新疆乌东煤矿的井下巷道里，高压水顺着钻孔缓缓注入煤体，监测屏上的曲线一点点逼近设计指标。守在井口的工程师们屏住呼吸。几分钟后，山东科技大学安全与环境工程学院教授王刚的声音从井下传来，只两个字：“成了。”

这一声“成了”，背后是十余年的科研攻关。为解出这道题，王刚带领团队攻关十余年，研发出深部低渗煤层“爆裂—强渗”机制与智能防灾关键技术。不久前，该成果获山东省科技进步奖一等奖。

孔裂隙网络纤毫毕现

为什么要往煤层里注水？在煤矿，瓦斯积聚易引发爆炸，粉尘则可能导致尘肺病，往煤层注水，驱走瓦斯、压住粉尘，是从源头防灾最朴素最有效的办法之一。可这道“送水题”，并不好解。

“难就难在，如何让水在煤体内部流动起来。”王刚介绍，我国煤炭开采已逐步进入“深井时代”，坚硬低渗煤层赋存比例近18%。

“这类煤层硬度大、缝隙小、渗透率低，水在煤里流不动，直接导致顶煤采放不顺畅、瓦斯抽采困难、井下粉尘治理效率低。”王刚说。

矿井越采越深，破解这道题愈发紧迫。然而，在煤体内部藏着许多肉眼难辨的裂缝，像是一座“地下迷宫”，每条裂缝的走向、宽窄、连通各不相同。在这种情况下看煤，像隔着一层毛玻璃。看不清，就找不到注水的路。

为把煤体内部裂缝真正看清楚，王刚带着团队扎进实验室，历时一年多自主研发了实时加载X-CT扫描系统，将CT图像分辨率提高到0.7微米。为尽量避开切割、研磨对煤样边缘的扰动，他们又从扫描结果中连续选取数百张内部切片，一层层寻找煤体内部裂缝。

最终，团队攻克煤体微小裂缝识别难题。该识别方法的识别精度较传统方法提高50%，最小能识别到0.2微米的裂缝——大约相当于一根头发丝直径的两百分之一。在这般极细微的尺度上，煤体内部纵横交错的孔裂隙网络纤毫毕现，原本模糊不清的“地下迷宫”第一次被精准绘制出来。

“算准”不同煤体注水难度

看清缝隙后，还要算准不同煤体的注水难易程度。“看清”靠的是实验室里一次次扫描，“算准”则要靠一遍遍推导。这一步，团队又走了好几年。

孔隙形状不规则，通道弯弯曲曲，传统达西定律在这里失灵。没有现成公式，团队只能从头推导。实验室的黑板写了擦、擦了写：第一版模型对不上数据，推翻重来；修改后的版本仍对不上，学生有些泄气。王刚给团队成员打气：“做理论，急不得，得坐得住冷板凳。”

他们重翻所有实验数据，逐点比对，终于找到症结——此前的模型忽略了孔道弯曲对流体阻力的累积效应。重构方程，再算再验，团队创立深部低渗煤层“爆裂—强渗”改造技术理论，揭示水力压裂、精细爆破过程中煤体应力、结构与渗流之间的作用关系，将理论解算与实验结果误差控制在10%以内。

“理论看不见摸不着，可它是一切技术的根。”王刚说，从“看见”到“预知”，团队拥有了可量化、可推演的科学工具。

理论突破只是第一步，装备层面的突破同样关键。团队研制了分级致裂一体化装备和分区精准注水装备，突破埋深1200米深井高地应力条件下煤层分段裂化技术瓶颈，将参数控制响应时间由5分多钟缩短至秒级。

目前，团队已经为我国14个大型煤炭基地的主采煤层做了“注水难易体检”，构建了一套注水难易程度评价指标，并配套研制微乳液和改性纳米材料，让原本难注水的煤层敞开“大门”。

在68对矿井推广应用

实验室里的“看清”、黑板上的“算准”，最终都要到现场“用上”。多年来，王刚有个雷打不动的习惯：新工艺，必须用在现场。他说：“坐在实验室算出来的是死数字，到井下流了汗、沾了灰，才是活技术。”

在新疆乌东煤矿进行现场试验时，现场环境比预想更复杂，预裂效果远未达标。那一夜，升井后没人回宿舍。王刚召集团队成员连夜“头脑风暴”，根据试验情况逐点分析原因。

面对复杂的地质条件和极高的应力环境，历时两周，团队提出“预先水力压裂增加自由面、控制爆破强化裂隙扩展”的改造方法，形成“水力压裂—精细爆破—复合增渗—精准注水”协同改造工艺。效果立竿见影：预裂半径从单一爆破的3—5米一举提升至7—10米，裂化范围成倍扩张。

这项技术还在陕西正通煤业有限责任公司得到应用。该公司因煤层埋深大、应力高、上部有含水层，长期受冲击地压和水害困扰。王刚团队第一时间赴矿调研，并拿出了解决方案，将深部低渗煤层“爆裂—强渗”机制与智能防灾关键技术应用到现场。技术应用一年多后，实现了冲击地压与水害双重防治，为采煤工作面安全高效开采提供了技术保障。

目前，这套技术体系已在山东能源集团、国家能源集团等大型矿业集团的68对矿井推广应用，不仅破解了深部低渗煤层注水防灾的行业难题，也让瓦斯抽采、粉尘治理和顶煤回收有了更可靠的技术支撑。

数据显示，应用该套技术体系后，坚硬顶煤回收率提高5—10个百分点，煤层瓦斯预抽率提高至70%以上，煤层注水源头减尘率由20%—30%提升至40%—50%。

（通讯员 韩洪烁）