姚志賓（右一）在介紹巖爆監(jiān)測情況。
以上照片均為東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室提供
">馮夏庭（中）在指導(dǎo)學(xué)生做實驗。
以上照片均為東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室提供
攻關(guān)巖爆預(yù)測的世界性難題，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采教育部重點實驗室自成立以來，始終堅持走自主創(chuàng)新之路，圍繞深部工程建設(shè)與深部金屬礦開采等問題，開展理論研究、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)、計算機和信息科學(xué)為手段的深部工程建設(shè)與深部資源開采的理論體系和技術(shù)研發(fā)平臺，為我國深部探測提供技術(shù)支撐。日前，本報記者走近東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室科研團隊，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。
在甘肅北山國家高放廢物處置地下實驗室施工現(xiàn)場，來自東北大學(xué)深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室的科研團隊成員，正在位于地下數(shù)百米的各監(jiān)測點位工作著，認(rèn)真記錄與圍巖破裂及安全相關(guān)的詳細(xì)信息。
聚焦深部金屬礦開采面臨的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，圍繞深部金屬礦全連續(xù)綠色高效開采理論、采動致災(zāi)機理與智能防控等重點任務(wù)，團隊成員發(fā)揚科學(xué)家精神，為推動我國從礦業(yè)大國向礦業(yè)強國邁進(jìn)積極貢獻(xiàn)力量。
通過大量科學(xué)試驗、安全監(jiān)測與預(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)。地球深部蘊藏著豐富的資源和能源，開采好、利用好這些深埋地下的寶貴“財富”，對于支撐國民經(jīng)濟建設(shè)和保障國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。”實驗室常務(wù)副主任、東北大學(xué)教授劉造保說，推動礦業(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)過程中常見的一種動力災(zāi)害。隨著隧道的開挖，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，開展針對巖爆的規(guī)律、特征等研究勢在必行。自2011年12月獲教育部批準(zhǔn)建設(shè)起，10余年來，該實驗室圍繞這一領(lǐng)域，提出科學(xué)的預(yù)警方法，同時研發(fā)能有效應(yīng)用于現(xiàn)場的相關(guān)儀器、設(shè)備。
由于巖爆孕育機制復(fù)雜，很長一段時間里，學(xué)界普遍認(rèn)為一些巖爆是不可預(yù)測的，但從工程建設(shè)實際需要而言，展開提前預(yù)警，在危險發(fā)生之前及時把人員和設(shè)備轉(zhuǎn)移出來，其意義不可估量。面對外部的質(zhì)疑聲，實驗室主任、中國工程院院士馮夏庭鼓勵團隊成員：“面對這一世界性難題，我們要甘坐冷板凳，耐得住寂寞，再苦再累也要把巖爆問題研究清楚。”
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)團隊成員長期堅守施工一線，進(jìn)行了大量的科學(xué)試驗、安全監(jiān)測與預(yù)警研究。有一次，團隊提前發(fā)布了巖爆預(yù)警的準(zhǔn)確信息，確保施工人員及時轉(zhuǎn)移。自那以后，整個團隊的信心越來越足。
如今，實驗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‘聽診器’，我們能夠在國際上首次實現(xiàn)深部工程災(zāi)害5米級超高仿真度物理模型試驗，有助于保障深部工程安全，破解誘發(fā)地震、儲氣庫泄漏、超長時滯型巖爆等前沿科學(xué)問題?！瘪T夏庭說。
重大工程在哪里建設(shè)，團隊就把實驗室“搬”到哪里
當(dāng)前，國家戰(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)，團隊就把實驗室“搬”到哪里。
我國“西電東送”的標(biāo)志性工程——錦屏二級水電站建設(shè)長大深埋引水隧洞群項目，平均洞線長達(dá)16.67千米，最大埋深2525米，施工過程伴隨著極高的巖爆風(fēng)險。
“為了摸清深部工程圍巖的‘脾氣’，我們深入一線開展分析研究，逐步形成了系統(tǒng)的、操作性較強的風(fēng)險調(diào)控方案?！睂嶒炇覍嶒灱夹g(shù)人員、高級實驗師姚志賓說，“通過近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)測預(yù)警技術(shù)，實現(xiàn)從巖爆定性預(yù)警到對等級和位置定量預(yù)警的升級，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)一段強巖爆區(qū)，巖爆發(fā)生強度大、頻率高。面對高海拔、強巖爆等諸多挑戰(zhàn)，研究團隊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，無不考驗著團隊成員的體力和精力。
對于隧道內(nèi)的工作環(huán)境，2021級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)害后第一時間抵達(dá)現(xiàn)場展開分析……談到隧道建設(shè)過程，實驗室青年教師胡磊感觸很深：“作為新時代的科研人員，我們要勇于直面困難，真正為國家重大工程解決實際問題?！?/p>
以科研促培養(yǎng)，帶動更多年輕人在一線提高創(chuàng)新和實踐能力
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)沙肆虐的無人區(qū)。
國家“十三五”重大工程——高放廢物處置地下實驗室便坐落于此。作為該項目的參與團隊之一，深部金屬礦山安全開采教育部重點實驗室主要負(fù)責(zé)地下實驗室螺旋斜坡道圍巖開挖過程微震監(jiān)測與損傷程度評價，進(jìn)而為地下實驗室順利建成及持久運營提供安全保障。
“由于掘進(jìn)機工作過程中會產(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，衣服都會被汗水浸透?！比虆⑴c項目的2021級博士研究生朱寶全特意把自己的微信名改為“2026”，也就是項目預(yù)計完成的年份，“雖然工作辛苦，但每一天都有很多收獲。能參與國家重大工程建設(shè)，在祖國最需要的地方實現(xiàn)青春價值，我感到由衷的自豪”。
以科研促培養(yǎng)，以實干顯擔(dān)當(dāng)，在項目參與者之中，同朱寶全一樣的年輕力量不在少數(shù)。“推動更多年輕人走向一線，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力和實踐能力，才能培養(yǎng)出更多適應(yīng)時代需求的采礦人才?！睂嶒炇页蓡T、東北大學(xué)教授顧曉薇多年來一直引領(lǐng)團隊加強課程建設(shè)及教學(xué)改革，鼓勵課題組成員傳承東大老一輩采礦人“敢為人先、實干報國”的精神。
“當(dāng)年，老一輩東大人義無反顧地奔赴祖國最需要的地方，給我們留下寶貴的精神財富。我們要弘揚這種精神，堅守老一輩采礦人的初心?！瘪T夏庭說。
從十幾人到幾十人，研究隊伍不斷補充著新鮮血液，成員涵蓋國家級科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家級青年人才等。如今，實驗室正向著深層油氣開發(fā)與儲存、深層地?zé)衢_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)。
（劉穎慧參與采寫）
《 人民日報 》（ 2025年01月06日 06 版）