為隧道裝上巖爆“聽診器”（講述·弘揚科學家精神）
攻關巖爆預測的世界性難題，最大程度提高預警準確性；研發系列設備、堅守工程一線，為重大工程建設提供安全保障……東北大學深部金屬礦山安全開採教育部重點實驗室自成立以來，始終堅持走自主創新之路，圍繞深部工程建設與深部金屬礦開採等問題，開展理論研究、技術研發與科技服務，形成以深部工程地質學為背景、深部巖體力學為基礎、計算機和信息科學為手段的深部工程建設與深部資源開採的理論體系和技術研發平台，為我國深部探測提供技術支撐。日前，本報記者走近東北大學深部金屬礦山安全開採教育部重點實驗室科研團隊，記錄他們矢志攻關、向地球深部進軍的故事。
——編 者
北風獵獵，吹皺黃沙。
在甘肅北山國家高放廢物處置地下實驗室施工現場，來自東北大學深部金屬礦山安全開採教育部重點實驗室的科研團隊成員，正在位於地下數百米的各監測點位工作着，認真記錄與圍巖破裂及安全相關的詳細信息。
聚焦深部金屬礦開採面臨的關鍵科學技術問題，圍繞深部金屬礦全連續綠色高效開採理論、採動致災機理與智能防控等重點任務，團隊成員發揚科學家精神，為推動我國從礦業大國向礦業強國邁進積極貢獻力量。
通過大量科學試驗、安全監測與預警研究，提高巖爆預警準確性
礦產資源是支撐人類生存和發展的重要物質基礎。地球深部藴藏着豐富的資源和能源，開採好、利用好這些深埋地下的寶貴“財富”，對於支撐國民經濟建設和保障國防安全具有十分重要的意義。
然而，向地球深部進軍，任重而道遠。“以深部岩石工程建設為例，其建設質量和水平取決於岩石力學與工程技術的突破，但昂貴的設備和技術一度制約相關領域發展。”實驗室常務副主任、東北大學教授劉造保説，推動礦業高質量發展，必須走自主創新之路。
巖爆是深部工程或深埋隧道建設過程中常見的一種動力災害。隨着隧道的開挖，原本緻密的岩石被挖走，一側凌空，另一側仍連接着原本的巖體。積蓄的能量可能在瞬間爆發，巖塊呈片狀四處飛濺，如同爆炸，這就是“巖爆”，其釋放的強大能量能讓一顆小石子變成“子彈”。
保障深部工程安全進行，開展針對巖爆的規律、特徵等研究勢在必行。自2011年12月獲教育部批准建設起，10餘年來，該實驗室圍繞這一領域，提出科學的預警方法，同時研發能有效應用於現場的相關儀器、設備。
由於巖爆孕育機制複雜，很長一段時間裏，學界普遍認為一些巖爆是不可預測的，但從工程建設實際需要而言，展開提前預警，在危險發生之前及時把人員和設備轉移出來，其意義不可估量。面對外部的質疑聲，實驗室主任、中國工程院院士馮夏庭鼓勵團隊成員：“面對這一世界性難題，我們要甘坐冷板凳，耐得住寂寞，再苦再累也要把巖爆問題研究清楚。”
為了最大程度提高巖爆預警的準確性，馮夏庭院士帶領團隊成員長期堅守施工一線，進行了大量的科學試驗、安全監測與預警研究。有一次，團隊提前發佈了巖爆預警的準確信息，確保施工人員及時轉移。自那以後，整個團隊的信心越來越足。
如今，實驗室牽頭的重大科技基礎設施“超大型深部工程災害物理模擬設施”建設正穩步推進。“使用這一裝置，如同為隧道裝上巖爆‘聽診器’，我們能夠在國際上首次實現深部工程災害5米級超高仿真度物理模型試驗，有助於保障深部工程安全，破解誘發地震、儲氣庫泄漏、超長時滯型巖爆等前沿科學問題。”馮夏庭説。
重大工程在哪裏建設，團隊就把實驗室“搬”到哪裏
當前，國家戰略礦產資源、能源、交通等重大工程都在向深部發展，但深部工程特有的地質特徵、環境條件，極易誘發巖爆、大變形和塌方等災害。國家戰略需要就是科研努力的方向。以關鍵技術和工程任務為牽引，重大工程在哪裏建設，團隊就把實驗室“搬”到哪裏。
我國“西電東送”的標誌性工程——錦屏二級水電站建設長大深埋引水隧洞羣項目，平均洞線長達16.67千米，最大埋深2525米，施工過程伴隨着極高的巖爆風險。
“為了摸清深部工程圍巖的‘脾氣’，我們深入一線開展分析研究，逐步形成了系統的、操作性較強的風險調控方案。”實驗室實驗技術人員、高級實驗師姚志賓説，“通過近4年的努力，我們自主研發高原鐵路隧道巖爆智能微震監測預警技術，實現從巖爆定性預警到對等級和位置定量預警的升級，精確程度大幅提升。”
位於青藏高原的巴玉隧道，工程途經一段強巖爆區，巖爆發生強度大、頻率高。面對高海拔、強巖爆等諸多挑戰，研究團隊的師生和工人一起下井。在海拔3500米的隧道里，高温高濕再加上缺氧和高分貝的噪聲，無不考驗着團隊成員的體力和精力。
對於隧道內的工作環境，2021級博士研究生張文燦形象地總結為“兩進兩出”：其一是“白口罩進，黑口罩出”，隧道內通風不好，需要佩戴口罩完成工作，每次出洞口罩都會變黑；其二是“乾衣服進，濕衣服出”，由於温度和濕度高，每次進洞作業都是一身汗。
徒步上萬米調試設備，每天與施工方研究施工方案，發生災害後第一時間抵達現場展開分析……談到隧道建設過程，實驗室青年教師胡磊感觸很深：“作為新時代的科研人員，我們要勇於直面困難，真正為國家重大工程解決實際問題。”
以科研促培養，帶動更多年輕人在一線提高創新和實踐能力
甘肅北山，因位於河西走廊北部而得名。這裏氣候乾燥，地下水稀少，是一片風沙肆虐的無人區。
國家“十三五”重大工程——高放廢物處置地下實驗室便坐落於此。作為該項目的參與團隊之一，深部金屬礦山安全開採教育部重點實驗室主要負責地下實驗室螺旋斜坡道圍巖開挖過程微震監測與損傷程度評價，進而為地下實驗室順利建成及持久運營提供安全保障。
“由於掘進機工作過程中會產生大量熱量，導致環境温度升高，所以每次安裝完傳感器，衣服都會被汗水浸透。”全程參與項目的2021級博士研究生朱寶全特意把自己的微信名改為“2026”，也就是項目預計完成的年份，“雖然工作辛苦，但每一天都有很多收穫。能參與國家重大工程建設，在祖國最需要的地方實現青春價值，我感到由衷的自豪”。
以科研促培養，以實幹顯擔當，在項目參與者之中，同朱寶全一樣的年輕力量不在少數。“推動更多年輕人走向一線，激發他們的創新能力和實踐能力，才能培養出更多適應時代需求的採礦人才。”實驗室成員、東北大學教授顧曉薇多年來一直引領團隊加強課程建設及教學改革，鼓勵課題組成員傳承東大老一輩採礦人“敢為人先、實幹報國”的精神。
“當年，老一輩東大人義無反顧地奔赴祖國最需要的地方，給我們留下寶貴的精神財富。我們要弘揚這種精神，堅守老一輩採礦人的初心。”馮夏庭説。
從十幾人到幾十人，研究隊伍不斷補充着新鮮血液，成員涵蓋國家級科技創新領軍人才、國家級青年人才等。如今，實驗室正向着深層油氣開發與儲存、深層地熱開發利用與高放廢物地質處置等更廣闊的領域前進。
（劉穎慧參與採寫）