中国煤炭科工集团西安研究院董书宁：打赢治水与保水核心技术攻坚战

2月17日，2021和2022年度何梁何利基金奖颁布，中国煤炭科工集团西安研究院研究员董书宁获得2022年何梁何利基金科学与技术创新奖（产业创新）。

该基金由香港爱国金融家于1994年创立，旨在奖励取得杰出成就和重大创新的科技工作者。董书宁为该年度煤炭行业唯一获奖者。近日，本报记者采访了董书宁。

董书宁在颁奖现场

记者：您如何理解产业创新，有何获奖感悟？

董书宁：产业创新是指伴随某一项技术创新形成一个新产业，或对某一产业进行彻底改造的一种创新形式，而需求是产业创新的思想动力和技术源泉。60年来，中国煤科西安研究院根据不同时期矿山水害防治重大需求，持续开展技术创新，重点解决煤矿在勘探、建设、生产和闭井全生命周期内的各项重大水文地质技术难题。相关研究成果在矿井水害预防和突水灾害治理等领域得到了广泛推广与应用，不仅为中国煤科西安研究院产业建设和发展提供了重要支撑，而且为我国矿床水文地质学科发展作出了较大贡献。

正是在中国煤科西安研究院一代又一代科研工作者的共同努力下，本人有幸获得了这个奖项，这不仅是对团队和我个人过去工作的肯定，更是我们今后工作的新开端。现阶段，煤炭行业迎来了产业转型升级的关键时期，这为煤矿水害防治工作带来了新挑战。我们将以国家战略及行业需求为导向，集聚力量进行科技攻关，打赢煤矿水害防治与水资源保护的关键核心技术攻坚战。

记者：在推动煤矿防治水产业创新方面，您和团队做了哪些重点工作？

董书宁：这些年，中国煤科西安研究院矿山水害防治与水资源保护团队立足行业需求，不断产出创新技术成果，增强了产业发展支撑力度。我举两个例子具体说明。

一是矿井突水灾害治理。我国矿山水文地质条件复杂，常常会发生矿井突水淹井事件。然而，突水事故发生后，如何快速查明突水水源、封堵突水通道、防止灾害扩大，一直是世界矿山水文地质领域的工程科技难题。

中国煤科西安研究院是我国最早开展矿山突水灾害治理技术研究的机构，先后承担了1984年范各庄煤矿突水灾害治理、2003年东庞煤矿突水灾害治理、2010年骆驼山煤矿突水灾害治理工程，代表了不同时期突水灾害治理领域的技术创新。尤其是近10多年来，团队从前期的骨料、水泥浆液灌注堵水，发展到了后来的保浆袋控制浆液快速封堵。通过巷道截流、加固检验、通道治理三个阶段，可以实现突水灾害的快速高效封堵与治理。

以骆驼山煤矿突水灾害治理为例，当时的突水量达到了每小时6.5万立方米。团队采用自主研发的“前截后堵”双液浆巷道注浆堵水技术、淤积层“一步法”置换技术、浆液—骨料“反过滤”注浆技术等，仅用31天就完成了巷道截流工程、54天实现了堵水工程全面竣工。专家组后来一致认定，这项工程创造了世界采矿史上同等条件下注浆堵水用时最短记录。

二是煤层底板岩溶水灾隐患的超前治理。岩溶裂隙强含水层在我国华北型石炭二叠纪煤层底板广泛分布，具有厚度大、富水性强、水头压力高等特点，加上多期构造运动和水动力条件影响，发育大量断层、陷落柱等导水通道，频繁发生底板突水事故，多次造成人员伤亡和财产损失。如何高效可靠地治理底板水灾隐患，一直是困扰我国矿山水文地质工作者的主要难题。

近10余年来，团队在总结井下穿层直孔注浆治理技术存在问题的基础上，在国内首次提出基于井下顺层定向钻孔注浆的超前区域探查治理技术。后来，依托“十二五”国家科技支撑计划、“十三五”国家重点研发计划持续开展研究，建立了煤层底板水灾隐患超前区域探查治理技术体系，从模式选择、钻进探查、高效注浆、效果检验4个方面形成了系统理论、成套技术与先进装备。该技术体系的建立，将传统的矿井注浆治理钻孔有效孔段率由15%提高到85%，单孔平均注浆量提高5倍以上，取得了良好的治理效果。

如今，这项技术已被写入《煤矿防治水细则》等国家级规范性文件，同时在澄合、淮北、邯邢等10余个矿区、20余座矿井得到广泛应用，解放了大量受煤层底板水害威胁的煤炭资源。经统计，该技术目前带来的年产值达到5亿元以上，带动的综合产值也在7亿元左右，成为中国煤科西安研究院产业发展的重要方向。

在实践过程中，我们基于行业发展面临的问题，开展了大量的调查研究，组织团队成员进行多方面论证，形成解决思路并加以试验，建成了多个具有代表性的工程项目。同时形成多项创新技术成果，并在推广应用中不断改进，一步步发展成为创新产业。这也是中国煤科西安研究院发展的不竭动力。

董书宁（左二）在煤矿井下组织灾害防治工程施工

记者：在我国煤炭战略西移大背景下，煤矿防治水工作有哪些新要求？

董书宁：近年来，我国煤炭开发重心逐步西移，陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古、新疆六地煤炭产量占全国总产量的54%左右。但由于西北地区干旱少雨、水资源匮乏，生态环境脆弱，大规模、高强度的煤炭开采带来的矿区水与环境矛盾愈发突出。如何在保障现代化煤矿安全高效开采的基础上有效保护矿井水资源，成为我国西部煤炭开发的重大需求。

我们在多年防治水工作基础上，创新提出了“治保结合”的技术理念，其核心是在保障矿井安全生产的基础上，尽可能地减少矿井水疏排。对此，团队研发了“控制疏放、截流减排”技术，通过建立涌水量系统动力学模型，分析“采动涌水量—疏放水量”动力学关系，创新引入辐射井流量叠加效应进行钻孔优化布设，形成了基于安全水头控制的顶板水区域控制疏放工艺。

该技术在保障安全的前提下，可减少疏放水钻孔工程量70%，降低总疏放水量47%，为缓解西部煤层顶板水害防治与水资源保护的矛盾提供了一条新的技术路径。此外，我们针对有侧向水体或垂向越流补给的浅埋松散含水层、中埋烧变岩含水层、中深埋灰岩含水层分别研发形成了多种帷幕墙建造截流工艺，基本消除采矿对该类型含水层的影响，保障了矿井安全生产。

记者：未来煤矿防治水工作的方向？如何持续推动技术进步？

董书宁：推动经济社会发展绿色化、智能化是实现高质量发展的重要环节。绿色、智能也是现当今煤矿行业发展的主旋律。对于矿山水文地质领域，在确保矿山安全生产的前提下，尽可能减少矿山开发对水资源的扰动。在进行矿井水原位保护的基础上，还需充分发挥其自身资源属性，进一步研发立足绿色矿山建设的矿井水“保—治—用”结合协同技术。这应成为未来煤矿防治水工作一大趋势。

此外，去年底召开的全国矿山智能化建设和安全发展推进视频会透露，2020年以来，全国煤矿智能化采掘工作面从494个增加到1019个，智能化煤矿由242处增加到572处、产能由8.5亿吨增加到19.4亿吨。因此，研发面向煤矿智能开采的全过程水害智能防控技术、搭建煤矿水害物联网智能集控平台、构建煤矿水害防控全过程综合智能系统，是未来煤矿防治水工作的另一大趋势。

把握趋势，持续提升科技创新，我认为要做到以下几点。一是充分发挥政府的政策导向作用，通过合理政策，引导和激励各类科技创新主体围绕关键核心技术，更加积极主动地开展创新工作。二是积极推进行业科研院所、高校在科技创新领域的引领作用，支持相关单位开展关键核心技术攻关，增强其原始创新与协同创新能力。三是大力支持矿山企业发挥技术创新的支撑作用，鼓励企业坚持创新驱动和加大科技投入，强化企业自身创新的内生动力和对先进技术成果的推广应用能力。四是广泛吸收各行业先进的技术成果，打造行业技术创新互促平台，助力行业技术进步。

近期，中国煤科西安研究院联合国内科研院所针对高能缪子成像探测技术开展攻关，攻克了高效率探测、高精度甄别与动态成像等关键技术难题，可实现对煤矿采空区、含水层、地质异常体等精准定位，这有望成为矿井地质探测和矿山水害防治领域的“黑科技”。