煤炭是我國能源體系的基石，水是生命之源。但在煤炭資源開發(fā)過程中，水體從巖層進(jìn)入礦井，常造成水害事故;同時，導(dǎo)致大量地下水流失而引發(fā)嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。中國煤炭科工集團(tuán)一級首席科學(xué)家董書寧近40年來緊盯這一問題，在煤礦防治水領(lǐng)域持續(xù)深耕并取得杰出成果，形成系列創(chuàng)新技術(shù)，推動煤礦水害由被動治理向主動預(yù)防、局部治理向區(qū)域治理、治理為主向治保結(jié)合的重大轉(zhuǎn)變。
1984年，董書寧大學(xué)畢業(yè)后開啟了自己與煤炭結(jié)緣的生涯。據(jù)回憶，工作初期一年中有大半時間泡在項目現(xiàn)場。豐富的現(xiàn)場工作經(jīng)歷讓他對煤礦防治水有了深刻認(rèn)識，也為今后的技術(shù)研發(fā)也打下了扎實的基礎(chǔ)。
2010年3月1日，董書寧突然接到相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的電話，“駱駝山礦突水了”。時任西安研究院院長的他迅速組織大批專家第一時間趕赴現(xiàn)場。期間，他帶領(lǐng)西安研究院參戰(zhàn)專家、技術(shù)人員在救援現(xiàn)場風(fēng)餐露宿、晝夜不息，他們和時間賽跑，與嚴(yán)寒抗?fàn)?，同風(fēng)沙搏斗，終于在4月5日建成了穩(wěn)固的“阻水墻”，將殘余水量控制到100m3/h以內(nèi)，并進(jìn)一步加固注漿充填裂隙。最終，僅用54天就完成了整個封堵工程并開始試驗排水，排水試驗表明，“阻水墻”耐受住了2.3MPa水頭壓力的考驗。也就是這項突水封堵工程，他們團(tuán)隊創(chuàng)造了世界采礦史上同等條件下突水封堵用時最短記錄，99.9%的堵水率也得到了國家安監(jiān)局和相關(guān)煤企的高度認(rèn)可。僅在2008~2022的15年內(nèi)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)了礦井突水控制注漿高效封堵技術(shù)，先后承擔(dān)了20余項礦井突水治理工程。
每次突水搶險過程中，董書寧總會問自己“為什么突水事故時有發(fā)生，能否在災(zāi)害發(fā)生之前避免”。
2009年的一次技術(shù)交流，給了董書寧解決這一問題的契機(jī)。在研討過程中，董書寧想到，如果采用類似于瓦斯抽采鉆孔的順層定向鉆孔注漿，就可以更大范圍的揭露并加固這些薄弱區(qū)，有效治理水災(zāi)隱患。遂提出變常規(guī)井下穿層斜孔為順層定向鉆孔進(jìn)行注漿治理煤層底板水害。
這項看似簡單的變化存在很多難題：水平孔注漿漿液如何擴(kuò)散?灰?guī)r地層硬度大、水壓高，定向鉆孔如何施工?如此大規(guī)模注漿如何控制漿液?這些都給他的團(tuán)隊提出了新的難題，其中的大多數(shù)基礎(chǔ)理論、技術(shù)裝備都屬于行業(yè)空白。為此，董書寧帶領(lǐng)團(tuán)隊開展了大量理論研究、室內(nèi)測試等工作，并在焦作趙固一礦煤層底板含水層定向長鉆孔注漿試驗工程中取得顯著效果。之后，他們依托國家重點研發(fā)計劃持續(xù)鉆研，創(chuàng)建了煤層底板水患超前區(qū)域探查治理技術(shù)體系，使有效注漿孔段率提高了80%以上，單孔平均注漿量提高5倍以上。
隨著我國煤炭開發(fā)重心的逐步西移，陜甘寧蒙青疆6省份煤炭產(chǎn)量已占到全國總產(chǎn)量的54%左右。但西北地區(qū)干旱少雨，水資源缺乏，大規(guī)模、高強(qiáng)度的煤炭開采帶來的礦區(qū)水環(huán)境問題也愈發(fā)突出。“如何既安全的把煤采出來，又能最大程度的保護(hù)水資源?”成了煤炭開采必須考慮的問題。
董書寧帶領(lǐng)團(tuán)隊在近30年的不斷凝練和總結(jié)中，提出并踐行了“治保結(jié)合、治用結(jié)合”這項解決煤—水矛盾的法寶。他們探索研究揭示了煤層頂板含水層泄壓涌水的動力學(xué)機(jī)制，摸清了礦井涌水動態(tài)變化規(guī)律;形成了煤層頂板水控制疏放技術(shù)，消除礦井涌水峰值確保安全生產(chǎn);開發(fā)的礦井強(qiáng)滲透含水層帷幕截流保水技術(shù)，徹底消除了地表水滲透補(bǔ)給造成的礦井高強(qiáng)度涌水現(xiàn)象。他們積極響應(yīng)國家保護(hù)黃河的號召，2021年牽頭申報了“黃河流域中段礦區(qū)(煤礦)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)校企聯(lián)合研究中心”，持續(xù)開展西部煤礦區(qū)水害防治與水資源保護(hù)利用技術(shù)研發(fā)，帶領(lǐng)團(tuán)隊持續(xù)踐行煤炭行業(yè)“綠色發(fā)展”的理念。
“十三五”末以來，煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程如火如荼，煤礦水害防治和水資源保護(hù)利用的智能化轉(zhuǎn)型，也成為新時代煤礦智能化地質(zhì)保障技術(shù)的重要組成部分。早在2017年，董書寧就帶領(lǐng)團(tuán)隊開始了煤礦水害遠(yuǎn)程診斷與防控云平臺研發(fā)，依托這一平臺，結(jié)合礦區(qū)水資源保護(hù)利用新需求，團(tuán)隊正在開發(fā)礦區(qū)水資源保護(hù)與利用智能管控平臺，有望成為破解煤礦智能化建設(shè)煤—水矛盾的新利器。
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