今年4月，在第49届日内瓦国际发明展上，中国矿业大学教授窦林名率冲击地压防控研究团队研发的创新成果——冲击地压多参量综合预警云平台（简称云平台）获国际发明金奖。
据了解，云平台具有数据实时采集、数据实时传输、数据智能处理、风险时空预警、结果及时发布五大特点。
“云平台是开创性的。”窦林名介绍，“云平台监测数据都是实时更新的，也可以交互操作。云平台根据采集的数据，借助人工智能、云计算等技术实时判断各矿井的冲击地压危险状态，并进行‘无—弱—中—强’相应等级的预警。”
深入煤矿一线开展研究
走进中国矿业大学冲击地压远程监控中心（研究中心），映入眼帘的是大屏幕上的云平台工作界面。全国100余座冲击地压矿井数据已接入平台，其冲击危险预警结果正在实时更新。绿、蓝、橙、红等不同颜色标识，清晰展示着矿井工作面的冲击地压危险等级。
笔者看到，画面中华东地区某矿井103工作面的红色强冲击危险预警信息很是显眼。
“我们研发的云平台通过简单操作，就能精准定位冲击危险对应的工作面，并显示出冲击危险源的三维空间位置。使用云平台的煤矿和它的上级集团都可以实时看到预警结果，并采取针对性的防控措施。”团队成员、中国矿业大学教师、江苏省特聘教授蔡武说。
冲击地压具有突发性、瞬时震动性、巨大破坏性等特点，事先难以预测发生的时间、地点和强度。作为煤矿五大灾害之一，冲击地压机理研究一直是世界性难题。
从1979年开始进行采矿工程学习与研究，多年来，窦林名深入煤矿一线，见识到了冲击地压事故带来的危害。
“有一次在煤矿现场，巷道经过冲击地压后的直径仅有1.8米。想解决这个难题，我们必须要拿到第一手资料，再危险也得上。”窦林名说。
凭借着敢闯无人区、勇于创新、严谨求实的精神，窦林名带领团队一步步开展研究，最终基于震动、能量、应力的三场监测原理，构建起基于冲击地压类型的监测预警指标体系，研发出多场多参量权重自适应时空强综合预警模型，建立了完备的冲击地压风险智能判识预警理论与技术。
基于上述理论与技术，冲击地压多参量综合预警云平台得以建立。在一次次优化后，云平台终于从实验室走向了工业应用。
“我们通过实时采集监测数据，利用云平台智能分析，可以准确显示出冲击地压危险的区域与强度，并分区分级预测矿井冲击危险趋势。数据处理与发布时效性大大提高，能够有效指导矿井制定科学防控方案。”中国矿业大学冲击地压防控研究团队成员贺虎说。
逐步在理论和技术上求突破
1998年，窦林名从波兰获得博士学位后，放弃了波兰研究院所提供的高薪职务，选择回国开展研究。他组建并带领了一支团队，一心扑在冲击地压防治研究工作上。那时正是煤炭行业发展低谷期。徐矿集团三河尖煤矿的一个工作面先后发生5次冲击地压灾害，面临被迫整体关闭局面。
当时，国内尚无可实时监测冲击危险的装备。如果引进国外的地音监测系统，光一套设备就报价50余万元，且不含后续技术服务费。煤矿最终因经费不足，只能放弃这一方案。
面对难题，窦林名决心填补监测技术与装备研发空白，“外国人能做到的，我们中国人也一定可以”。
反复思考后，博士后研究期间使用过的电磁辐射系统给了窦林名灵感：用成本较低的电磁辐射系统进行冲击地压监测行不行？
在博士后合作导师的帮助下，窦林名每周一到周五在矿上取样、实验、设计方案、现场试验，周六、周日一头扎进实验室进行测试与数据分析。经过两年多的反复调试，窦林名终于在实验室内用电磁辐射仪器将冲击危险前兆信息判识出来。
实验室的成功只是第一步，现场应用还需要克服监测对象大型化、井下强电磁干扰等困难。窦林名坚持在一线进行信息收集和设备调试，最终成功用这套国产系统开展冲击地压监测，使被迫关停的工作面重新生产。
“我们是全球首个应用电磁辐射监测技术，进行冲击地压监测预警的研究团队。”窦林名介绍。“煤矿冲击矿压电磁辐射监测预警技术与装备及其应用”项目，获得了2006年国家科学技术进步奖二等奖。
在电磁辐射监测预警系统应用成熟后，团队相继研发了其他装备，并在多个矿井应用。“我们引进了波兰SOS微震监测系统，并使用互联网进行远程数据传输。这可以说是我们云平台的1.0版本吧。”窦林名说。
一直以来，团队坚持理论、实践两手抓的思路，逐步揭示了煤矿冲击地压灾害的本质规律，在冲击地压灾害预防理论、技术和方法上取得了突破。团队还首创了煤岩体应力场震动波CT探测技术装备和冲击危险递进聚焦监测预警技术体系。
2016年，窦林名团队结合理论研究，在国际上首次提出双震源一体化应力探测技术，并克服了硬件、软件上的种种困难，自主研发出双震源一体化应力探测装备。
为实现区域应力场快速、在线、智能反演，团队开发了云平台的2.0版本。数据处理时间缩短，预警精度进一步提升，初步实现了采掘过程二维空间内的有效预警。该技术装备与平台是我国在冲击危险监测领域原创性、引领性的突破。
“国家和行业的发展需要就是我们的研发动力。冲击地压危险预警虽然不能达到100%，但我们要朝着最接近的预警准确度去努力，比如预警范围从50米缩小到30米，这对煤矿安全高效生产来说意义重大。”窦林名说。
云平台预警系统不断升级
2021年，核定产能为年产800万吨的内蒙古自治区鄂尔多斯地区某煤矿，因开采过程中多次发生强矿震和冲击现象，导致频繁停产。矿井年产量降至300万吨，由盈利转为亏损。
“现实情况告诉我们，仅仅监测微震数据还不够。应力场、能量场、震动场的时空迁移等因素，都会影响冲击危险的变化情况。”窦林名说。于是，他带领团队着手开展平台升级工作。
“我们明确了煤岩破裂过程的变形、应力、能量、震动波速度等参量的响应规律和转化关系，并将其集成起来，着手完成了基于多参量指标的冲击风险智能判识理论及模型。模型能够基于历史数据智能调整预警指标权重，并采用机器学习算法实时分区分级计算冲击危险等级。”蔡武介绍。
团队还引入大数据、人工智能等新技术，研发出井地一体化的高精度微震全息感知技术与装备，并在石拉乌素煤矿成功应用。
在融入了相关技术的理论模型和更多的监测参量后，云平台从2.0版本最终升级到了3.0版本。而鄂尔多斯地区某煤矿应用相关系统和云平台之后，有效控制住矿震与冲击地压危险状态，得以“起死回生”。
此后，团队还在平台中接入了地音、地表沉降、钻屑、支架阻力等监测数据和大直径卸压、水力压裂、顶板预裂爆破等防治措施信息。“平台实现了由点、局部、单参量监测到多场、多参量、区域综合预警的转变，并依靠智能预警模型实现了冲击地压实时智能预警和监防互馈分析。”窦林名说。
“云平台与预警系统的不断升级，离不开团队每位成员十年如一日的坚持。”蔡武介绍。他自2010年进入冲击地压课题组的第一天起，导师窦林名就给他安排了一份作业：冲击地压的监测预警要实现从单场单参量监测到多场多参量监测、从单指标定性分析到多指标量化智能综合分析。
这份作业一做就是十余年。蔡武开发出的冲击地压多参量预警分析单机版软件，长期服务于课题组所有有关冲击地压监测预警的科研课题，并延伸至服务欧盟项目及国内外部分矿山直接使用。同时，利用单机版软件具备的广泛试用、调试、检验的便利性，不断研发多参量预警新指标和智能预警新模型及新算法，并长期领跑同行业领域，保障了云平台的先进性。
目前，云平台正通过云端，服务全国100余座冲击地压矿井。同时，云平台也走出国门，为孟加拉国巴拉普库利亚煤矿等多个国家煤矿开展技术服务。
“搞科研绝不能躺在现有的功劳簿上，要不断探索新技术。”这是该团队一直坚持的理念。窦林名告诉笔者，团队目前正针对完善灾害源、实现更加智能的数据采集处理方式等技术难题开展研究。
