这一技术实现了五次重大飞跃!

时事   2024-12-07 17:47   北京  

近期,由天津华北地质勘查局五一七大队(以下简称:五一七队)完成的云南彝良驰宏毛坪铅锌矿注浆帷幕治水项目通过了中国工程院院士武强领衔的国内水文地质和防治水专家组的验收。强岩溶、高承压、大涌水而“作恶”多年的矿山水害问题得以解决,项目涉及技术成果达到国际领先水平。验收通过的消息传来,五一七队和整个天津华北地质勘查局一片欢腾,这是他们用水文地质核心技术助力我国矿业开发的又一次成功。

云南彝良毛坪铅锌矿帷幕注浆工程

矿山水害是世界采矿业的拦路虎,人类为此付出了极大的生命、物质和时间代价。五一七队的核心使命是为探矿开矿保驾护航,解决强岩溶、高承压、大涌水等矿山水害问题。自1953年成立以来,五一七队牢记核心使命,坚守矿业勘探国家队意识,坚持以水文地质核心技术立业,把服务“开发矿业”战略需求作为立身之本,始终坚持创新驱动,在矿区水文地质领域实现了五次历史性技术飞跃,为我国的矿产资源开发和地下水害防治作出了贡献,在国内外采矿治水领域创下了响亮的中国品牌,成为产业一线实现科技创新的典范。

第一次飞跃:20世纪60年代,首开利用大口径钻孔进行多孔抽水试验的先河

20世纪50年代和60年代初期,矿区水文地质勘探工作仅限于矿床地段,在一些小口径抽水孔,进行小水量、小降深的单孔抽水试验,采用稳定流解析法或比拟法预测矿坑涌水量,所提交的报告往往不能真实反映客观情况。

五一七队认识到,“以点带面”获得的数据会导致对矿区水文地质条件的片面性认识,于是利用红星-300型水井钻机,开启了大口径抽水试验的新篇章。此类试验结合比拟法、数理统计法、地下水动力学法等多种计算方法,显著地提高了矿区水文地质条件认识的准确度。特别是1967年在矿山村-西石门-锁会联合进行的大型抽水试验,不仅验证了大口径抽水试验的有效性,还为矿区水文地质勘探提供了宝贵的数据和经验,为后续的矿坑涌水量预测和水资源管理提供了科学依据。这一创新举措在当时引起了业界的广泛关注,也为我国矿区水文地质勘探技术的发展树立了新的里程碑。

第二次飞跃:20世纪60年代后期,首次应用大流量、大降深、长时间生产性群孔抽水试验方法研究地下水运动规律

20世纪60年代末,安徽姑山铁矿在施工初期为流砂所困,被迫停产长达10年之久。面对外国专家认为“比海底捞月还难”的流砂疏干难题,五一七队老一辈水文地质专家不惧困难,勇于创新,利用“地下水的越流渗透理论”,通过大流量、大降深、长时间生产性群孔抽水实验,提出了对流砂层之下第四纪底部强含水层(砂砾卵石层)进行疏干、以降低上部地层高压水头,从而消除流砂层中的“残余水头”、达到间接疏干流砂层的方法,保证了露采边坡的稳定。

这一创新技术的应用使姑山铁矿得以重新启动生产,为国内解决类似问题创造了先例,也为五一七队在水文地质核心技术领域插上了腾飞的翅膀。后来,这项技术被应用到邯邢铁矿田、冀东铁矿田等资源基地。在河北邯邢铁矿田中关矿区进行的抽水试验中,共布设了65个钻孔,持续抽水24天,其降落漏斗影响范围扩展到10公里外的北洺河,为清晰认识邯邢资源基地的水文地质条件提供了坚实的基础,进一步夯实了五一七队在矿山地下水研究方面的领先地位,也标志着中国在矿山地下水运动规律研究方面取得了重要进展,为此后的矿区水文地质勘探工作指明了方向。

第三次飞跃:20世纪70年代中期,首次提出“块段解析法”并逐步采用数值模拟法预测矿坑涌水量

20世纪70年代中期,国内计算机技术尚不发达,无法将描述地下水系统状态的连续函数在时间、空间上离散化,无法对数学模型收敛方程进行迭代求解,无法处理降水入渗量与河流渗漏量等边界挑战。五一七队的水文地质专家们成功摸索出了一套名为“块段解析法”的新技术,解决了地下水在地层中的不均一性问题,丰富了矿山涌水量预测方法。

70年代末期,在河北地质大学(原河北地质学院)的支持下,五一七队在处理邯邢地区南洺河、北洺河、玉石洼、王窑、中关五大铁矿地下水联合疏干水量计算时,首次将地下水系统的多种影响因素纳入数值模型,开创了计算机数值模拟法在水文地质领域应用的先河。在冀东马城铁矿水文地质勘探项目中,五一七队利用这一方法,对基岩裂隙含水层和砂砾卵石含水层等复杂水文地质问题进行了深入研究和处理,效果良好。技术不仅提高了矿坑涌水量预测的准确性,也为我国矿产资源的科学开发及利用提供了有力支撑。

第四次飞跃:20世纪80年代,首次将系统理论应用于矿区水文地质领域

80年代末,五一七队以中国有色金属工业总公司水文地质中心的名义完成的《邢台百泉岩溶水系统报告》,创造性地提出了地下水补给系统、传导系统、储存系统、排泄系统等概念,丰富了水文地质学的理论体系。

五一七队对邯邢地区百泉岩溶地下含水系统特征以及地下水流动和传导系统的特性研究成果,成为《中国北方岩溶水资源的预测、利用与管理研究》的重要组成部分,为我国北方国土规划和国民经济建设的宏观决策提供了科学依据。该成果于1992年获得国家科技进步奖。

21世纪初期,五一七队提出的水文地质系统理论,推翻了前人“(山西)原平盆地为地下水超采区”的论断,且为山西晋北铝厂找到了理想的供水水源地,助力山西省“煤、电、铝”向“铝、煤、电”产业结构调整的目标。

目前,五一七队已将先进的水文地质理论应用于国际资源基地,足迹遍布非洲、南美洲、东南亚近50个国家和地区。

第五次飞跃:2010年,首次将矿区水文地质勘探技术延伸至矿山防治水领域

进入21世纪的第一个十年,五一七队首次将矿区水文地质工作拓展至矿山防治水全产业链条。在邯邢铁矿资源基地,五一七队实施了国内规模最大的中关铁矿特大型止水帷幕工程,帷幕堵水率85%,创造了单排深孔对整座矿山帷幕止水的世界纪录。五一七队提出大流量深层基岩地下水回灌技术方案,首次在国内实现了大水矿山开采时地下水资源的地表零排放,在保护地下生态环境的同时,释放了大量优质矿产资源,技术成果达到了国际领先水平。

在赣东北铜矿基地,五一七队首开湖泥作为主要注浆材料的先河,先后攻克了湖泥基浆加工、湖泥混合浆液制备和注浆效果物探检测等关键技术,成功实施了城门山铜矿帷幕注浆工程,成果获2016年度中国有色金属工业科技进步一等奖。在滇西北铅锌资源基地,五一七队成功实施了彝良毛坪铅锌矿帷幕注浆工程,研发了“鱼刺孔+S孔+直孔”组合灌浆孔结构及工艺,突破了传统注浆帷幕技术在矿山地下巷道应用瓶颈,成功建成国内首条复杂岩溶大水矿山地下巷道注浆帷幕体,堵水率达70.19%,超设计5.19%,实现了地面帷幕向地下帷幕的变革性转变,开创了金属矿山地下受限空间内帷幕施工之先河。

河北邢台中关铁矿帷幕注浆工程

正在进行的第六次飞跃:运用矿区水文地质核心技术融合数字化手段助力智慧矿山建设

智能化时代,如何将已形成的水文地质核心技术与智能技术深度融合,实现矿山突涌水超前预警,推动矿井水害由灾后治理向灾前预防转变,成为新的工作重点。五一七队以建设中的“自然资源部金属矿山地下水灾害防治工程技术创新中心”为依托,向实现“数字产业化,产业数字化”的第六次矿区水文地质核心技术飞跃挺进。

(光明日报全媒体记者 董山峰 王艺钊)

■专家短评

企业一线创新也能国际领先

毛照昉(天津大学管理与经济学部党委书记、天津大学管理创新研究院院长)

高端化、智能化、绿色化发展的时代浪潮中,创新已成为推动社会进步和产业升级的核心引擎。

目前,我国正处于从制造大国向创新强国的转型过程中。世界知识产权组织于2024年9月26日发布的《2024年全球创新指数(GII)》报告显示:在对全球130多个经济体的排名中,中国在2024年全球创新指数中排名第11位,是前30名中唯一的中等收入经济体,展现出在创新领域的快速发展和巨大潜力。

我国的创新成果既来自科研机构以及华为、中车等大型集团企业,也来自像“五一七队”这样长年深耕产业一线,以持续创新迈向世界一流水平的样板企业。过去,有些企业,特别是基层企业对自己的创新能力认识不足,其实从全球视野看,企业一线是创新最活跃、最直接的战场,一线创新看似基础却是“全民创新”文化与氛围形成的重要动力源泉。我们看好“五一七队”,也呼唤更多的“五一七队”加强创新意识,提高创新自信,持续推进产品技术快速迭代与产业竞争优势提升。

作为高校教学科研人员,我们应更多置身于一线前沿,更多贴近企业创新需求,捕捉产业创新需要,持续推动从理论到实践、从技术到产品的产教融合发展新格局,全面推动国家战略、社会经济与产业高质量可持续发展。


来源:光明日报全媒体记者董山峰 王艺钊

责编:张永群

编辑:吴亚琦

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