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　　■团队在矿井地质构造和灾害源探测关键技术与仪器研发方面取得突破ღ◈，应用于全国50多个矿井ღ◈，为有效避免煤矿安全事故发生提供了坚实技术支撑

　　■如今ღ◈，在新疆ღ◈、内蒙古ღ◈、陕西ღ◈、宁夏等地ღ◈，团队的生态修复工程已开花结果ღ◈，建立了10余个生态修复示范基地ღ◈，累计修复面积超过10万亩ღ◈，守护着这片土地的“绿水青山”

　　被地层包裹的煤矿矿井下ღ◈，是一个由钢铁ღ◈、矿物和岩石交织而成的世界ღ◈。庞大的采煤机如同地下穿行的钢铁巨兽ღ◈，举起截割头缓缓地在煤层上移动ღ◈，每一次转动都带起一阵煤尘的旋舞ღ◈。掉落的煤炭汇聚成一条黑色的河流ღ◈，沿着传送带源源不断地流向地表ღ◈。

　　事实上ღ◈，采煤机这台“钢铁巨兽”并非来去自由ღ◈，在亿万年复杂地质作用下形成的地层中ღ◈，潜藏着断层ღ◈、褶皱ღ◈、地下水ღ◈、瓦斯等众多影响正常掘进的障碍ღ◈，如果不能提前预见并加以防范ღ◈，施工过程中一旦遇到ღ◈，轻则停机延误生产ღ◈，重则造成人员伤亡ღ◈。因此ღ◈，采煤机的开机率是一个能综合反映煤矿开采过程中设备适应性ღ◈、对煤层地质条件了解程度凯发·k8国际(中国)首页登录ღ◈，ღ◈、组织管理水平等因素的重要参数ღ◈。

　　20世纪90年代至今ღ◈，我国煤矿机械化生产开机率从不到40%提高至90%以上ღ◈。这背后ღ◈，有中国矿业大学（北京）煤矿安全开采地质保障与生态修复团队（以下简称“团队”）的突出贡献ღ◈。日前ღ◈，这个团队被党中央ღ◈、国务院授予“国家卓越工程师团队”称号ღ◈。

　　“煤矿机械化开采过程中遇到一个3—5米的断层就要停产搬家ღ◈，一次搬家要花费1个月时间ღ◈，经济损失能达到几千万元ღ◈。”团队负责人ღ◈、中国工程院院士凯发国际ღ◈！ღ◈、中国矿业大学（北京）教授彭苏萍说ღ◈。

　　地下世界像一张岩石构成的千层饼ღ◈，这些岩层并不是整齐排列的ღ◈，在亿万年复杂的地质作用下ღ◈，有的地方厚ღ◈，有的地方薄ღ◈，有的地方以复杂的角度彼此交错凯发k8娱乐官网app下载ღ◈，ღ◈，有的地方甚至完全缺失ღ◈。

　　地震波在地层中传播时ღ◈，遇到不同性质的岩层后会产生反射ღ◈、折射等现象ღ◈，通过对这些地震波信号进行分析凯发k8旗舰厅app下载ღ◈，可以推断出地下不同岩层的性质ღ◈、结构和形态ღ◈。三维地震勘探就是利用上述原理ღ◈，设计相应的工作流程ღ◈，对人工激发的地震波信号进行收集ღ◈、处理ღ◈、分析ღ◈，进而构建起勘探区域的三维图像凯发k8旗舰厅app下载ღ◈。这个过程因为原理上与医学领域使用CT进行诊断有诸多相似之处ღ◈，因此常被比喻为“给地球做CT”ღ◈。

　　给矿井“做CT”ღ◈，彭苏萍和团队是国内最早一批“吃螃蟹”的人ღ◈。20世纪90年代初ღ◈，彭苏萍领衔的团队与安徽煤田地质局ღ◈、淮南矿务局合作ღ◈，在位于安徽淮南的谢桥ღ◈、潘三煤矿进行了高分辨三维地震勘探btchina联盟ღ◈。项目实施得很成功ღ◈，为后面这项技术广泛应用于煤矿地质构造预测打下了良好基础ღ◈。

　　不过ღ◈，把三维地震勘探应用于煤矿地质构造探测的过程ღ◈，远非看上去那样一帆风顺ღ◈。这项脱胎于石油勘探的技术ღ◈，在应用到煤矿之初时还存在着一系列“水土不服”的情况ღ◈。

　　石油勘探关注的地层深度大多在1000米以上ღ◈，而煤矿勘探的目标地层要浅得多ღ◈。看起来都是使用三维地震勘探ღ◈，但二者要解决的问题和对精度的要求有很大区别ღ◈，很多石油勘探领域成熟的经验都不能直接移植到煤矿上来ღ◈。

　　工程实践中ღ◈，在理论可行和解决实际问题之间ღ◈，往往还隔着一条巨大的鸿沟ღ◈。要跨到对岸ღ◈，没有捷径可走ღ◈，只能立足基本原理ღ◈，在“试错—分析—调整”的循环往复中不断寻找相对最优解btchina联盟ღ◈。上述工程问题探索攻坚的过程ღ◈，正是对这支高校科研团队“工程师”属性的最佳注释ღ◈。

　　服务国家战略ღ◈，专注解决工程实践中的“硬骨头”问题ღ◈，是彭苏萍一开始就给团队定下的发展方向ღ◈。“我要求大家一定要多跑工程现场ღ◈，只有自己掌握情况ღ◈、拿到数据ღ◈，才有底气ღ◈。”彭苏萍说ღ◈。

　　“脚踏实地ღ◈、不怕吃苦ღ◈、能打硬仗”是这个团队鲜明的底色ღ◈：下完矿井脸上粘满黑色的粉尘ღ◈，一趟野外考察下来从头到脚全是土……采访过程中ღ◈，多位团队成员向记者展示了手机记录下的大家在工程一线的“狼狈”样子ღ◈。

　　多年来ღ◈，围绕矿井地质构造的高分辨识别和精确定位ღ◈、煤矿顶板岩性和稳定性预测ღ◈、煤矿瓦斯灾害隐患识别及矿井突水构造预测等工程问题ღ◈，团队在矿井地质构造和灾害源探测关键技术与仪器研发方面取得突破ღ◈，应用于全国50多个矿井ღ◈，为有效避免煤矿安全事故发生提供了坚实技术支撑ღ◈。

　　时下ღ◈，智能化建设正成为煤矿发展的主攻方向ღ◈，其核心特点是在掘进ღ◈、采煤ღ◈、运输ღ◈、安全监控等各环节广泛引入自动化作业ღ◈，实现井下生产的少人化甚至无人化ღ◈。

　　煤矿智能化建设ღ◈，不仅需要有反映矿井精确地质构造的静态数据ღ◈，还要在生产过程中实时获取更高精度的动态数据ღ◈。

　　以采煤机的作业为例ღ◈，其运行过程中ღ◈，要依据前方煤层厚度及时调整截割头深入煤体的深度ღ◈。截深过浅会导致采出率偏低造成浪费ღ◈，反之则可能使截割头切入岩石凯发k8旗舰厅app下载ღ◈，造成煤炭混入杂质ღ◈、磨损齿轮ღ◈，甚至在瓦斯浓度高的区域引发爆炸ღ◈。

　　要实现这套作业的无人化ღ◈，首先要解决煤岩层位的智能区分问题ღ◈，基于对前方煤层厚度的预测ღ◈，及时调控采煤机的工作状态凯发k8旗舰厅app下载ღ◈。相比识别断层ღ◈、陷落柱等地质异常体ღ◈，区分煤岩界面对探测手段在识别精度方面的要求又提高了一个数量级ღ◈。

　　与以地震波为媒介的地震勘探不同ღ◈，地质雷达通过发射天线定向发射的高频短脉冲电磁波在地下传播ღ◈，检测被地下地质体反射回来的信号或透射通过地质体的信号ღ◈，来对探测目标进行分析ღ◈。由于电磁波在地层中衰减速度很快ღ◈，其探测范围远不如地震波ღ◈，但由于频率高ღ◈、波长短的特性ღ◈，可以“看清”小得多的地下构造凯发k8旗舰厅app下载ღ◈。

　　原理看起来并不复杂ღ◈，但事实上ღ◈，要制造出适合矿井下使用的地质雷达还面临大量工程实际问题ღ◈。例如ღ◈，为了防止产生电火花ღ◈，满足井下防爆要求ღ◈，地质雷达设计要限制天线发出的电磁波频率ღ◈，但这反过来又会约束雷达探测范围ღ◈，难以满足实际作业需求ღ◈。

　　彭苏萍带领团队从20世纪90年代中期起步ღ◈，最初从分析国外地质雷达仪器结构入手ღ◈，经过10余年努力ღ◈，研发出矿井灾害源超深探测地质雷达装备ღ◈。

　　做到这一步ღ◈，还无法完全满足智能煤矿对实时探测的需求ღ◈。面对矿井下复杂的地质条件ღ◈，地质雷达要做到跟采煤机实时联动ღ◈，就要在距探测界面还有一段距离的情况下仍能正常工作btchina联盟ღ◈。要实现这个目标ღ◈，涉及从雷达硬件设计到数据处理算法等方面的一系列创新ღ◈。

　　“从电路设计到信号处理算法的开发凯发k8旗舰厅app下载ღ◈，（团队）都是自己动手ღ◈，当时光天线多种ღ◈，一次不行就再改ღ◈，逐渐摸索着把参数定下来ღ◈。”一位长期参与这项技术攻关的团队成员回忆说ღ◈。

　　上述成果不仅应用于矿井ღ◈。夜深人静时ღ◈，在北京等城市的街头ღ◈，或许能碰巧遇见彭苏萍和团队的成员们——他们在给城市的地下空间“诊脉”ღ◈。

　　我国城市地下空间起步晚ღ◈，但发展迅猛ღ◈，地质调查还很不充分ღ◈，地下安全形势严峻ღ◈。基于研发矿井探测设备技术的积累ღ◈，团队研发了城市道路地下病害车载探测装备及技术ღ◈、城市地下空间超深探测装备及技术ღ◈、城市地铁隧道多功能快速检测装备与技术ღ◈、城市地下管道全空间智能检测装备及技术ღ◈，形成了城市道路病害与安全隐患综合探测系列装备ღ◈。

　　2009年至今ღ◈，团队自主开发的城市地质雷达探测装备成功应用于多次重大活动的市政道路ღ◈、地下管线和地铁隧道等安全保障工程检测ღ◈，出色地完成了保障重大活动交通安全的任务ღ◈。

　　专注煤矿开采和长期研究煤矿的生态修复ღ◈，看似矛盾的两个研究方向ღ◈，彭苏萍和团队一直在坚持同步推动ღ◈。

　　我国西部广袤的干旱半干旱地区ღ◈，煤炭产量占全国的50%以上ღ◈。然而ღ◈，这里的水资源却极其稀缺ღ◈，不足全国总量的4%ღ◈。在这片本就水源紧张的土地上ღ◈，煤炭的开采使地下水位不断下降ღ◈，生态环境因此承受着更大的压力ღ◈。

　　彭苏萍深知ღ◈，若在煤炭开采的过程中忽视对水资源的保护和利用ღ◈，将会使这片土地的水资源更加捉襟见肘ღ◈，严重制约煤炭产业的发展ღ◈。遗憾的是ღ◈，以前的技术和方法ღ◈，尚无法支撑煤炭开采与生态环境的和谐共生btchina联盟ღ◈。

　　但团队并未放弃ღ◈，他们深入西部煤矿区ღ◈，经过长时间的监测和研究btchina联盟ღ◈，惊奇地发现煤炭开采造成的岩层裂隙ღ◈，竟与耕作时的松土有着异曲同工之妙ღ◈，这或许能缓解干旱半干旱地区易发的次生盐碱化问题ღ◈。这一发现ღ◈，仿佛为黑色与绿色之间搭建起了一座桥梁ღ◈。

　　“我们发现ღ◈，在对煤炭开发地区的土地整治和人工修复后ღ◈，植物多样性和繁茂程度比原始状况有显著提升ღ◈；煤炭开采后ღ◈，地下水和生态环境存在自修复现象——特别是干旱的盐碱地环境btchina联盟ღ◈，煤炭开采后盐碱地面积大幅度减少ღ◈，生态促进作用显著ღ◈。”彭苏萍说ღ◈。

　　通过不懈地定位监测ღ◈，团队发现适度的裂缝发育有助于矿区生物多样性的保护和生态系统的稳定ღ◈。而后ღ◈，他们运用物探监测技术ღ◈，揭示了岩层和地下水受扰动的程度与范围btchina联盟ღ◈，创新性地提出了地下水资源保护与综合利用技术ღ◈，改变了传统保水开采的被动做法ღ◈。

　　团队以开采为驱动力锡矿ღ◈，在时间和空间上ღ◈，系统研究了矿山开采对上覆岩层ღ◈、水资源ღ◈、土地资源和生态环境的影响ღ◈，以水资源保护利用为前提ღ◈，提出西部煤矿区生态修复的多种模式ღ◈。

　　如今ღ◈，在新疆ღ◈、内蒙古ღ◈、陕西ღ◈、宁夏等地ღ◈，团队的生态修复工程已开花结果ღ◈，建立了10余个生态修复示范基地btchina联盟ღ◈，累计修复面积超过10万亩凯发k8旗舰厅app下载ღ◈，守护着这片土地的“绿水青山”ღ◈。

　　在2022年度中国煤炭工业协会科学技术奖的评选中ღ◈，中国矿业大学（北京）矿山生态修复创新团队获评“科学技术创新团队奖”ღ◈。

　　“这份荣誉是对团队多年来在煤矿区水资源保护利用及生态修复领域辛勤耕耘的最好肯定ღ◈。”彭苏萍感慨道ღ◈。（本报记者 李澈）