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学科交叉破局!西安科技大学团队解锁煤矿安全“市场难题”新路径

2026-03-31 17:03:26 来源:阳光网-阳光报

阳光讯(记者 郑亚雷)在构建新发展格局、推进全国统一大市场建设的关键阶段,能源安全保障成为重中之重。煤炭作为我国能源体系的“稳定器”,其安全高效开发却面临深部开采多灾种耦合、防控难度激增的严峻挑战,传统单一学科技术体系早已难以应对,成为制约行业发展的典型“市场难题”。2026年国家部署建设交叉学科中心,明确以学科融合培育新质生产力,为破解行业瓶颈指明方向。西安科技大学智能开采与灾害防治团队紧跟国家战略,聚焦煤矿动力灾害智能防控核心领域,以多学科深度交叉为突破口,走出一条问题导向、技术牵引、人才支撑的教育科技人才一体化发展新路径。

直击产业痛点 把脉市场核心难题

科研从哪里来?从现场来。西安科技大学智能开采与灾害防治团队聚焦深部煤炭开采动力灾害防控关键领域,先后深入陕西彬长矿区、新疆乌东煤矿、宽沟煤矿、准东矿区及甘肃海石湾煤矿等10余座典型矿井开展调研,在深部煤炭开采条件下,冲击地压、瓦斯、油气、煤自燃等灾害呈现出多灾种耦合、跨尺度演化的新特征,团队基于“十四五”成果系统梳理出制约动力灾害防控的三大核心问题:致灾机理不明、预测方法不准、防控效果不佳。为“十五五”精准发力筑牢根基。

以海石湾等煤矿为代表的典型矿区,面临着多类灾害相互作用、叠加放大的复杂局面。在传统模式下,技术体系过度依赖单一学科与经验判断,难以实现精准识别与有效防控。鉴于问题的复杂程度,解决路径必然要朝着学科交叉的方向发展。从本质上说,这类问题已突破了单一学科的范畴,不再是某一学科能够独立解决的“专业问题”,而是演变成了一个需要矿业工程、安全科学与工程、信息与通信工程等多学科深度协同、共同攻克的“系统性市场难题”。

打破学科壁垒 构建全链条防控体系

团队负责人来兴平教授表示:“学科交叉的过程,本质上是一个统一技术体系、重构解决路径的过程”。围绕这一思路,团队打破学科壁垒,推动矿业工程、安全科学与工程、信息与通信工程等多学科深度融合,探索构建从机制认知—多源感知—智能决策—动态调控的一体化技术体系,为煤矿安全提供系统性解决方案。

在机制层面揭示多灾耦合致灾规律。通过理论分析、室内实验与数值模拟相结合,系统揭示高强度开采条件下覆岩结构演化机制、冲击地压与油气、瓦斯耦合作用机制、灾害孕育—触发—扩展全过程动力学规律,为预测预警提供物理基础。

在感知层面实现多源信息融合监测。融合微震监测、瞬变电磁、三维地震勘探、钻孔窥视等,构建多源异构数据采集体系,实现对灾害前兆信息的多维度捕捉。

在决策层面构建智能预警模型。引入人工智能方法,团队构建了涵盖长期、中期与短临阶段的层次化冲击危险性评价体系,建立时序演化模型、空间分布模型、能量强度模型,形成“时—空—强”三位一体预警体系。

在平台层面推动工程化应用高质量落地。自主研发矿山动力灾害智能预警平台,实现多源数据实时接入与标准化处理,构建云端预警系统与可视化界面,支持阈值预警、趋势预警与增速预警。在乌东等煤矿工程验证中,预警准确率达到90%以上,成功预警2起大能量冲击事件,实现从“经验判断”向“数据驱动决策”的转变。

深耕交叉培养 锻造复合型青年铁军

学科交叉不仅改变科研方式,更重塑人才培养模式。团队打破传统学科边界,推动不同专业背景成员协同参与科研攻关,构建“理论研究+工程实践”融合培养模式。来自矿业、数学、计算机、地质、力学、地球物理等不同背景的成员,在同一工程问题中协同创新。

在矿山一线,师生联合开展长期驻矿研究,将课堂延伸到真实工程场景,在解决复杂问题中提升系统思维与创新能力,真正实现“在问题中培养人才”。

崔峰教授表示:“我们培养的不是单一领域的‘技术执行者’,而是能够解决复杂问题的‘系统创新者’。”当前,该团队呈现出鲜明的年轻化特征,成员平均年龄不足35岁。在学术研究方面,成员以第一通讯作者身份发表高水平论文60余篇。其中,冲击地压风险可视化技术凭借其创新性、实用性与前瞻性在行业内引发广泛关注;在知识产权布局上,团队累计获得授权及受理专利、软件著作权等知识产权20项,构建起较为完善的技术保护体系,为科研成果的转化与应用奠定了坚实基础;在科研成果方面,团队凭借突出的科研实力与创新成果,获得省部级一等奖6项、二等奖6项,行业协会奖5项,厅局级政府奖3项。

经过多年的发展与实践,团队已成功打造出一支兼具多学科知识背景与强大创新能力的青年科研劲旅。这支队伍正以蓬勃的朝气、无畏的勇气和卓越的智慧,在科技创新的广阔舞台上崭露头角,逐步成为推动行业技术进步与创新发展的关键力量。

推动成果转化 赋能产业实现高质量发展

为推动成果落地,团队坚持“从现场提炼问题,用成果反哺现场”,构建高校与企业协同创新机制,与陕西煤业化工、中煤科工、国家能源等集团开展技术攻关项目10多项。团队深入矿山现场,从实际问题中提炼科学问题,再将研究成果反哺工程实践,实现从“书架”到“货架”的转化。

在陕西亭南煤矿、新疆乌东煤矿及准东二矿等的应用中,建立了基于采动加卸载响应比的动力灾害预警与调控方法及科学产能确定方法;针对煤矿因强矿压停产问题,团队提出的“结构探测+数据融合+支护优化”综合方案,成功实现下沟煤矿安全复产,为企业创造了显著经济与社会效益。科技创新,不再停留在论文之中,而是成为服务国家与人民的重要支撑。

践行国家战略 打造融合发展样板

当前,全国统一大市场建设加速推进,对高质量科技供给和复合型人才提出更高要求。复杂的市场问题,往往具有跨行业、跨领域特征,其本质正是学科交叉问题。

在乌东等煤矿的智能预警实践中,通过“矿业工程+信息与通信工程”学科交叉,将分散的数据与方法整合为统一技术体系,解决了长期依赖经验判断的难题;在海石湾煤矿多灾耦合治理中,通过“矿业工程+安全科学与工程”学科交叉,促使复合型青年科研人员在真实工程问题中快速成长,成为技术突破的重要力量;在多矿区推广应用中,科研成果直接嵌入生产系统,实现了从人才培养到技术落地的贯通发展。

团队以跨学科协同破解行业痛点,以一体化创新赋能产业升级,以实战化培养造就青年人才,实现了技术突破、人才成长、产业赋能同频共振。学科交叉、人才创新与教育科技人才一体化,正共同构成服务国家战略与推动高质量发展实现的核心支撑。

矿山深处的每一次精准预警,是多学科协同的智慧结晶;现场落地的每一项技术成果,是青年人才成长的坚实足迹。学科交叉,正是教育科技人才一体推进、核心技术高质量突破的关键破局点。未来,西安科技大学智能开采与灾害防治团队将继续以国家需求为方向、以工程实践为路径,以学科交叉为关键切入点,推动教育、科技、人才深度融合,让更多创新成果走出实验室、走进产业一线,为能源实现高质量发展和全国统一大市场建设,贡献更有分量、更具实效的“西科方案”。

责任编辑:杨晶