姚志賓（右一）在介紹巖爆監(jiān)測(cè)情況。

馮夏庭（中）在指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。

以上照片均為東北大學(xué)深部金屬礦山安全開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供

攻關(guān)巖爆預(yù)測(cè)的世界性難題，最大程度提高預(yù)警準(zhǔn)確性；研發(fā)系列設(shè)備、堅(jiān)守工程一線，為重大工程建設(shè)提供安全保障……東北大學(xué)深部金屬礦山安全開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自成立以來(lái)，始終堅(jiān)持走自主創(chuàng)新之路，圍繞深部工程建設(shè)與深部金屬礦開(kāi)采等問(wèn)題，開(kāi)展理論研究、技術(shù)研發(fā)與科技服務(wù)，形成以深部工程地質(zhì)學(xué)為背景、深部巖體力學(xué)為基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)為手段的深部工程建設(shè)與深部資源開(kāi)采的理論體系和技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，為我國(guó)深部探測(cè)提供技術(shù)支撐。日前，本報(bào)記者走近東北大學(xué)深部金屬礦山安全開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)，記錄他們矢志攻關(guān)、向地球深部進(jìn)軍的故事。

——編者

北風(fēng)獵獵，吹皺黃沙。

在甘肅北山國(guó)家高放廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室施工現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自東北大學(xué)深部金屬礦山安全開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)成員，正在位于地下數(shù)百米的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位工作著，認(rèn)真記錄與圍巖破裂及安全相關(guān)的詳細(xì)信息。

聚焦深部金屬礦開(kāi)采面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，圍繞深部金屬礦全連續(xù)綠色高效開(kāi)采理論、采動(dòng)致災(zāi)機(jī)理與智能防控等重點(diǎn)任務(wù)，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)揚(yáng)科學(xué)家精神，為推動(dòng)我國(guó)從礦業(yè)大國(guó)向礦業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)積極貢獻(xiàn)力量。

通過(guò)大量科學(xué)試驗(yàn)、安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警研究，提高巖爆預(yù)警準(zhǔn)確性

礦產(chǎn)資源是支撐人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。地球深部蘊(yùn)藏著豐富的資源和能源，開(kāi)采好、利用好這些深埋地下的寶貴“財(cái)富”，對(duì)于支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和保障國(guó)防安全具有十分重要的意義。

然而，向地球深部進(jìn)軍，任重而道遠(yuǎn)?！耙陨畈繋r石工程建設(shè)為例，其建設(shè)質(zhì)量和水平取決于巖石力學(xué)與工程技術(shù)的突破，但昂貴的設(shè)備和技術(shù)一度制約相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展?！睂?shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、東北大學(xué)教授劉造保說(shuō)，推動(dòng)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，必須走自主創(chuàng)新之路。

巖爆是深部工程或深埋隧道建設(shè)過(guò)程中常見(jiàn)的一種動(dòng)力災(zāi)害。隨著隧道的開(kāi)挖，原本致密的巖石被挖走，一側(cè)凌空，另一側(cè)仍連接著原本的巖體。積蓄的能量可能在瞬間爆發(fā)，巖塊呈片狀四處飛濺，如同爆炸，這就是“巖爆”，其釋放的強(qiáng)大能量能讓一顆小石子變成“子彈”。

保障深部工程安全進(jìn)行，開(kāi)展針對(duì)巖爆的規(guī)律、特征等研究勢(shì)在必行。自2011年12月獲教育部批準(zhǔn)建設(shè)起，10余年來(lái)，該實(shí)驗(yàn)室圍繞這一領(lǐng)域，提出科學(xué)的預(yù)警方法，同時(shí)研發(fā)能有效應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)儀器、設(shè)備。

由于巖爆孕育機(jī)制復(fù)雜，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，學(xué)界普遍認(rèn)為一些巖爆是不可預(yù)測(cè)的，但從工程建設(shè)實(shí)際需要而言，展開(kāi)提前預(yù)警，在危險(xiǎn)發(fā)生之前及時(shí)把人員和設(shè)備轉(zhuǎn)移出來(lái)，其意義不可估量。面對(duì)外部的質(zhì)疑聲，實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)工程院院士馮夏庭鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員：“面對(duì)這一世界性難題，我們要甘坐冷板凳，耐得住寂寞，再苦再累也要把巖爆問(wèn)題研究清楚?！?/p>

為了最大程度提高巖爆預(yù)警的準(zhǔn)確性，馮夏庭院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員長(zhǎng)期堅(jiān)守施工一線，進(jìn)行了大量的科學(xué)試驗(yàn)、安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警研究。有一次，團(tuán)隊(duì)提前發(fā)布了巖爆預(yù)警的準(zhǔn)確信息，確保施工人員及時(shí)轉(zhuǎn)移。自那以后，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的信心越來(lái)越足。

如今，實(shí)驗(yàn)室牽頭的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“超大型深部工程災(zāi)害物理模擬設(shè)施”建設(shè)正穩(wěn)步推進(jìn)?！笆褂眠@一裝置，如同為隧道裝上巖爆‘聽(tīng)診器’，我們能夠在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)深部工程災(zāi)害5米級(jí)超高仿真度物理模型試驗(yàn)，有助于保障深部工程安全，破解誘發(fā)地震、儲(chǔ)氣庫(kù)泄漏、超長(zhǎng)時(shí)滯型巖爆等前沿科學(xué)問(wèn)題?！瘪T夏庭說(shuō)。

重大工程在哪里建設(shè)，團(tuán)隊(duì)就把實(shí)驗(yàn)室“搬”到哪里

當(dāng)前，國(guó)家戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源、能源、交通等重大工程都在向深部發(fā)展，但深部工程特有的地質(zhì)特征、環(huán)境條件，極易誘發(fā)巖爆、大變形和塌方等災(zāi)害。國(guó)家戰(zhàn)略需要就是科研努力的方向。以關(guān)鍵技術(shù)和工程任務(wù)為牽引，重大工程在哪里建設(shè)，團(tuán)隊(duì)就把實(shí)驗(yàn)室“搬”到哪里。

我國(guó)“西電東送”的標(biāo)志性工程——錦屏二級(jí)水電站建設(shè)長(zhǎng)大深埋引水隧洞群項(xiàng)目，平均洞線長(zhǎng)達(dá)16.67千米，最大埋深2525米，施工過(guò)程伴隨著極高的巖爆風(fēng)險(xiǎn)。

“為了摸清深部工程圍巖的‘脾氣’，我們深入一線開(kāi)展分析研究，逐步形成了系統(tǒng)的、操作性較強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控方案?！睂?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師姚志賓說(shuō)，“通過(guò)近4年的努力，我們自主研發(fā)高原鐵路隧道巖爆智能微震監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從巖爆定性預(yù)警到對(duì)等級(jí)和位置定量預(yù)警的升級(jí)，精確程度大幅提升?！?/p>

位于青藏高原的巴玉隧道，工程途經(jīng)一段強(qiáng)巖爆區(qū)，巖爆發(fā)生強(qiáng)度大、頻率高。面對(duì)高海拔、強(qiáng)巖爆等諸多挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)的師生和工人一起下井。在海拔3500米的隧道里，高溫高濕再加上缺氧和高分貝的噪聲，無(wú)不考驗(yàn)著團(tuán)隊(duì)成員的體力和精力。

對(duì)于隧道內(nèi)的工作環(huán)境，2021級(jí)博士研究生張文燦形象地總結(jié)為“兩進(jìn)兩出”：其一是“白口罩進(jìn)，黑口罩出”，隧道內(nèi)通風(fēng)不好，需要佩戴口罩完成工作，每次出洞口罩都會(huì)變黑；其二是“干衣服進(jìn)，濕衣服出”，由于溫度和濕度高，每次進(jìn)洞作業(yè)都是一身汗。

徒步上萬(wàn)米調(diào)試設(shè)備，每天與施工方研究施工方案，發(fā)生災(zāi)害后第一時(shí)間抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)分析……談到隧道建設(shè)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)室青年教師胡磊感觸很深：“作為新時(shí)代的科研人員，我們要勇于直面困難，真正為國(guó)家重大工程解決實(shí)際問(wèn)題。”

以科研促培養(yǎng)，帶動(dòng)更多年輕人在一線提高創(chuàng)新和實(shí)踐能力

甘肅北山，因位于河西走廊北部而得名。這里氣候干燥，地下水稀少，是一片風(fēng)沙肆虐的無(wú)人區(qū)。

國(guó)家“十三五”重大工程——高放廢物處置地下實(shí)驗(yàn)室便坐落于此。作為該項(xiàng)目的參與團(tuán)隊(duì)之一，深部金屬礦山安全開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)地下實(shí)驗(yàn)室螺旋斜坡道圍巖開(kāi)挖過(guò)程微震監(jiān)測(cè)與損傷程度評(píng)價(jià)，進(jìn)而為地下實(shí)驗(yàn)室順利建成及持久運(yùn)營(yíng)提供安全保障。

“由于掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致環(huán)境溫度升高，所以每次安裝完傳感器，衣服都會(huì)被汗水浸透?！比虆⑴c項(xiàng)目的2021級(jí)博士研究生朱寶全特意把自己的微信名改為“2026”，也就是項(xiàng)目預(yù)計(jì)完成的年份，“雖然工作辛苦，但每一天都有很多收獲。能參與國(guó)家重大工程建設(shè)，在祖國(guó)最需要的地方實(shí)現(xiàn)青春價(jià)值，我感到由衷的自豪”。

以科研促培養(yǎng)，以實(shí)干顯擔(dān)當(dāng)，在項(xiàng)目參與者之中，同朱寶全一樣的年輕力量不在少數(shù)。“推動(dòng)更多年輕人走向一線，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，才能培養(yǎng)出更多適應(yīng)時(shí)代需求的采礦人才。”實(shí)驗(yàn)室成員、東北大學(xué)教授顧曉薇多年來(lái)一直引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)課程建設(shè)及教學(xué)改革，鼓勵(lì)課題組成員傳承東大老一輩采礦人“敢為人先、實(shí)干報(bào)國(guó)”的精神。

“當(dāng)年，老一輩東大人義無(wú)反顧地奔赴祖國(guó)最需要的地方，給我們留下寶貴的精神財(cái)富。我們要弘揚(yáng)這種精神，堅(jiān)守老一輩采礦人的初心。”馮夏庭說(shuō)。

從十幾人到幾十人，研究隊(duì)伍不斷補(bǔ)充著新鮮血液，成員涵蓋國(guó)家級(jí)科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國(guó)家級(jí)青年人才等。如今，實(shí)驗(yàn)室正向著深層油氣開(kāi)發(fā)與儲(chǔ)存、深層地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用與高放廢物地質(zhì)處置等更廣闊的領(lǐng)域前進(jìn)。