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地下工程开“天眼”,助力煤矿数字化

发布时间:2023-07-18


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“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”,随着浅部煤炭资源的枯竭,煤矿深部开采已经成为常态,而由此产生的一系列全新挑战,也使得煤炭这一传统行业需要更加积极、主动地去拥抱新理念、新技术,完成产业的整体转型升级。来自中国煤科中央研究院的李海涛,正是这样一名“醉心”于交叉融合技术在煤炭领域应用的科研工作者。

李海涛入选了中国科协的“青年人才托举工程”,也被聘为了中国煤炭科工集团三级首席科学家、中央研究院学术带头人,山西省煤炭学会千人智库技能专家,还获第三十届孙越崎青年科技奖,但他自己却说:“煤炭领域未来还有很多事要做,我的工作才只是刚刚开始。”

源于冲击,不限于冲击

煤矿领域有一种灾害,由于没有明确的致灾物质和清晰的成灾机理,虽然危害很大,但距离完全杜绝还有很长的一段路要走,这种灾害就是“冲击地压”。

李海涛今年36岁,从事冲击地压研究工作却已有十多年的时间,从硕士求学到参加工作,他一路跟随本领域的谭云亮教授、姜耀东教授、姜福兴教授,以及齐庆新研究员学习成长,同事们开玩笑,“李海涛基本上把冲击地压领域的‘大咖’集齐了。”

玩笑虽然轻松,但冲击地压研究却从来不是一件轻松的事。冲击地压的本质是煤岩体内部大量弹性能突然地、剧烈地释放,而控制它的能量或应力,既无法被直接观测,又不能被充分测量,还与矿井地质赋存、采掘部署等全空间的要素直接相关,这也是造成冲击地压难以完全杜绝的根本原因所在。

而冲击地压作为工程问题,从工程实际中提炼有价值的科学问题是本领域科研工作者的基本功,功夫不负有心人,通过常年的煤矿驻场、跟班例会、检查调研、数据分析、提炼总结,李海涛在基础理论方面提炼出来一套兼容性好、内涵丰富、逻辑严谨的广义“三因素”理论,通过物性、结构、应力这三个要素,把冲击地压的基本逻辑完整地梳理了出来,也由此为地下工程开“天眼”奠定了坚实的理论基础。

成于孪生,不拘于孪生

地下工程开“天眼”的关键在于“透明”,最终目标则在于“工程支撑”。李海涛敏锐地意识到,数字孪生将能够为这一任务提供可靠的技术框架,但数字孪生的内涵和范畴非常之大,在具体的领域内应用,基本上需要从“零”开始。

为此,李海涛在2021年牵头创建了平均年龄只有30岁的中国煤科“数字岩石力学团队”,该团队致力于将煤炭领域成熟的理论认知和研究成果积累,与数字建模、大数据、深度学习等前沿技术有机融合,同时,为保障科学研究工作的工程价值,还确定了技术研发和基础研究“两条腿”走的基本原则。在此基础上,创新性地开展了煤岩物性工程级数字化、矿井地质模型流程化构建、冲击地压应力流求解算法等工作,从“物性透明、结构透明、应力透明”的角度,全面实现了“矿井透明”。

此外,为了在数字孪生技术的基础上,实现对于具体业务的支撑,李海涛带领团队打破了行业边界,开展了以矿井透明为数据支撑的冲击地压系列化预警算法、煤矿数字岩心库、冲击地压知识图谱等工作,真正借助前沿数字化技术和基础性科研工作,为煤矿冲击地压等复杂地下工程问题,提供了全新的解题思路和成套的解决方案。

其中,提出的“井-地”信息联合数据挖掘的思路,转化开发成为了“煤矿冲击地压动态预警平台”,产品在煤矿应用期间,成功预测了多个大能量事件,切实保障了冲击地压矿井的安全生产,成果经中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平。

始于煤矿,不止于煤矿

随着工作的不断深入和成果的不断积累,李海涛又明确提出了“多走一步”的发展策略,一方面,在现有成熟技术的基础上“多走一步”,以避免重复投入,最大限度提高科研成果产出效率;另一方面,将科研场景“多走一步”,扩展到了金属矿山、隧道工程、地下空间利用等,充分发挥冲击地压代表性强、煤矿技术积累成熟度高的优势,为相关领域提供赋能手段。

目前,在李海涛的带领下,数字岩石力学团队产出的技术成果和解决方案,已经在国内煤炭企业发布的行业关键难题揭榜任务中成功揭榜多次,并且已经和国内多个金属矿山技术服务企业、油气领域科研技术团队达成了长期合作协议,这个团队虽然年轻,但勇于创新的精神和切实可见的成果,已经成功吸引了相关领域的关注和信任,为后续整合优势力量,迈向更高水平的深地科学应用基础研究境界打下坚实基础。

深地工程领域的应用基础研究“道阻且长”,秉持着为我国煤炭和深地科学事业奋斗终身的信念,李海涛和他的团队将会毫无保留地贡献出自己的聪明才智和青春力量,让煤科青年在科技高水平自立自强和中国式现代化建设的伟大征程中唱响嘹亮的“军歌”!


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