煤矿水害防控有了“透明眼”与“智慧脑”

　　人民网北京7月17日电 (记者栗翘楚)陕西榆林，一座矿井深处，巷道掘进机轰鸣声暂歇，技术人员没有急着往前推进，他们先打开“井下智多星”瞄了一眼前方。

　　屏幕上，导水裂隙网络、富水异常区、断层构造等各类致灾要素清晰呈现。就在千米之外、地下几百米深处，系统刚识别出一处隐伏的导水断层，并给出探放水方案。

　　这枚“井下智多星”，是中国煤科西安研究院历经十余年攻关打造的矿井透明地质保障系统。近日，由董书宁牵头完成的“矿井水灾隐患透明感知与智能防控关键技术及装备”荣获2025年度国家科学技术进步二等奖。

　　煤炭是全球能源体系的重要基石，但水害始终是悬在矿工头顶的利剑。我国是全球矿山水文地质条件最复杂的国家之一，大多数煤矿开采都在与水害作斗争。

　　“很长一段时期内，矿井水害防治靠的是经验判断、人工踏勘和单点探测。”中国煤炭科工集团一级首席科学家、西安研究院科技委主任董书宁表示，传统手段存在三重局限：探测精度与距离不足，井下常规物探超前探测距离约100米左右，对深部、远场的隐蔽构造难以精准识别，如同“盲人摸象”;监测时效性与覆盖度不够，人工巡检周期长、数据滞后，预警往往“慢半拍”;治理工程不精准，大规模注浆和高强度疏放好比“不分病灶整片敷药”。

　　2014年，董书宁团队联合行业优势力量，决心啃下这块硬骨头。他们发现，矿井水灾防控问题之所以长期以来得不到根本解决，主要原因在于，水灾的致灾因素具有极强的隐蔽性，而且在开采扰动影响下还具有时变性，这两种特性使得水灾隐患总是“看不见、辨不清、治不住”。通过室内试验、数值模拟和上百组现场试验，首创采动岩体“基质-裂隙”双重介质时变渗流理论，系统揭示了采动影响下隔水层损伤、导水通道扩展的时空演化规律，为“透明感知”和“智能防控”奠定了核心理论基础。

　　一步步攻关下，团队跳出“巷道内探测”的传统思路，发明井下“智能钻探+钻孔物探”融合超前探测技术及装备，研发出智能钻机和随钻岩性识别装置，让钻探探查不仅够得着，而且打得准。

　　“这套装备将井下水灾隐患的超前探测距离从百米左右提升至超千米，实现远距离‘看得见’;同时，由于综合了随钻感知、孔中物探等多种方法，保证了远距离也可以‘探得清’。”董书宁表示，团队还构建出“震-电”联动全空间监测感知系统，如地层“听诊器”，实时捕捉岩层微破裂、富水体动态变化等，洞察煤矿井下各类水灾隐患参数状态。

　　看得见只是第一步，还得有个永不疲倦的“数字专家”。在决策端，项目攻克了地质体精细建模与动态更新技术，将地质模型更新周期从普遍的3天左右缩短至分钟级，构建出“数据+机理”双驱动的分级预警模型。

　　“这套‘透明地质+智能防控’体系，将水灾防控从过去‘探查-预防-治理’的单一流程，升级为‘数据感知-模型构建-动态评价-综合治理’的全流程闭环智能防控，实现水灾防控从‘事后处置’向‘事前预判’、‘经验驱动’向‘数智驱动’转变。”董书宁表示，目前项目成果已在陕煤集团、冀中能源、中国五矿等企业140余座煤矿与金属非金属矿山广泛应用，覆盖全国50%以上水文地质类型极复杂煤矿。项目成果也走出国门，推广到澳大利亚、孟加拉国、土耳其等6个国家，为国际矿山防治水工作贡献“中国智慧”。

　　董书宁表示，下一步，中国煤炭科工集团将进一步深化人工智能大模型在水灾防控中的应用，加强水灾风险辨识、灾害治理工程方案制定等方面的增量训练，切实实现矿井防治水工作的“数据+认知驱动”升级跃迁;同时，拓展技术边界，将透明化防治水向更深部煤层、更复杂构造条件延伸，构建覆盖矿井全生命周期的水灾智能防控体系。

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