近期,由天津華北地質勘查局五一七大隊(以下簡稱:五一七隊)完成的云南彝良馳宏毛坪鉛鋅礦注漿帷幕治水項目通過了中國工程院院士武強領銜的國內水文地質和防治水專家組的驗收。強巖溶、高承壓、大涌水而“作惡”多年的礦山水害問題得以解決,項目涉及技術成果達到國際領先水平。驗收通過的消息傳來,五一七隊和整個天津華北地質勘查局一片歡騰,這是他們用水文地質核心技術助力我國礦業開發的又一次成功。

云南彝良毛坪鉛鋅礦帷幕注漿工程
礦山水害是世界采礦業的攔路虎,人類為此付出了極大的生命、物質和時間代價。五一七隊的核心使命是為探礦開礦保駕護航,解決強巖溶、高承壓、大涌水等礦山水害問題。自1953年成立以來,五一七隊牢記核心使命,堅守礦業勘探國家隊意識,堅持以水文地質核心技術立業,把服務“開發礦業”戰略需求作為立身之本,始終堅持創新驅動,在礦區水文地質領域實現了五次歷史性技術飛躍,為我國的礦產資源開發和地下水害防治作出了貢獻,在國內外采礦治水領域創下了響亮的中國品牌,成為產業一線實現科技創新的典范。
第一次飛躍:20世紀60年代,首開利用大口徑鉆孔進行多孔抽水試驗的先河
20世紀50年代和60年代初期,礦區水文地質勘探工作僅限于礦床地段,在一些小口徑抽水孔,進行小水量、小降深的單孔抽水試驗,采用穩定流解析法或比擬法預測礦坑涌水量,所提交的報告往往不能真實反映客觀情況。
五一七隊認識到,“以點帶面”獲得的數據會導致對礦區水文地質條件的片面性認識,于是利用紅星-300型水井鉆機,開啟了大口徑抽水試驗的新篇章。此類試驗結合比擬法、數理統計法、地下水動力學法等多種計算方法,顯著地提高了礦區水文地質條件認識的準確度。特別是1967年在礦山村-西石門-鎖會聯合進行的大型抽水試驗,不僅驗證了大口徑抽水試驗的有效性,還為礦區水文地質勘探提供了寶貴的數據和經驗,為后續的礦坑涌水量預測和水資源管理提供了科學依據。這一創新舉措在當時引起了業界的廣泛關注,也為我國礦區水文地質勘探技術的發展樹立了新的里程碑。
第二次飛躍:20世紀60年代后期,首次應用大流量、大降深、長時間生產性群孔抽水試驗方法研究地下水運動規律
20世紀60年代末,安徽姑山鐵礦在施工初期為流砂所困,被迫停產長達10年之久。面對外國專家認為“比海底撈月還難”的流砂疏干難題,五一七隊老一輩水文地質專家不懼困難,勇于創新,利用“地下水的越流滲透理論”,通過大流量、大降深、長時間生產性群孔抽水實驗,提出了對流砂層之下第四紀底部強含水層(砂礫卵石層)進行疏干、以降低上部地層高壓水頭,從而消除流砂層中的“殘余水頭”、達到間接疏干流砂層的方法,保證了露采邊坡的穩定。
這一創新技術的應用使姑山鐵礦得以重新啟動生產,為國內解決類似問題創造了先例,也為五一七隊在水文地質核心技術領域插上了騰飛的翅膀。后來,這項技術被應用到邯邢鐵礦田、冀東鐵礦田等資源基地。在河北邯邢鐵礦田中關礦區進行的抽水試驗中,共布設了65個鉆孔,持續抽水24天,其降落漏斗影響范圍擴展到10公里外的北洺河,為清晰認識邯邢資源基地的水文地質條件提供了堅實的基礎,進一步夯實了五一七隊在礦山地下水研究方面的領先地位,也標志著中國在礦山地下水運動規律研究方面取得了重要進展,為此后的礦區水文地質勘探工作指明了方向。
第三次飛躍:20世紀70年代中期,首次提出“塊段解析法”并逐步采用數值模擬法預測礦坑涌水量
20世紀70年代中期,國內計算機技術尚不發達,無法將描述地下水系統狀態的連續函數在時間、空間上離散化,無法對數學模型收斂方程進行迭代求解,無法處理降水入滲量與河流滲漏量等邊界挑戰。五一七隊的水文地質專家們成功摸索出了一套名為“塊段解析法”的新技術,解決了地下水在地層中的不均一性問題,豐富了礦山涌水量預測方法。
70年代末期,在河北地質大學(原河北地質學院)的支持下,五一七隊在處理邯邢地區南洺河、北洺河、玉石洼、王窯、中關五大鐵礦地下水聯合疏干水量計算時,首次將地下水系統的多種影響因素納入數值模型,開創了計算機數值模擬法在水文地質領域應用的先河。在冀東馬城鐵礦水文地質勘探項目中,五一七隊利用這一方法,對基巖裂隙含水層和砂礫卵石含水層等復雜水文地質問題進行了深入研究和處理,效果良好。技術不僅提高了礦坑涌水量預測的準確性,也為我國礦產資源的科學開發及利用提供了有力支撐。
第四次飛躍:20世紀80年代,首次將系統理論應用于礦區水文地質領域
80年代末,五一七隊以中國有色金屬工業總公司水文地質中心的名義完成的《邢臺百泉巖溶水系統報告》,創造性地提出了地下水補給系統、傳導系統、儲存系統、排泄系統等概念,豐富了水文地質學的理論體系。
五一七隊對邯邢地區百泉巖溶地下含水系統特征以及地下水流動和傳導系統的特性研究成果,成為《中國北方巖溶水資源的預測、利用與管理研究》的重要組成部分,為我國北方國土規劃和國民經濟建設的宏觀決策提供了科學依據。該成果于1992年獲得國家科技進步獎。
21世紀初期,五一七隊提出的水文地質系統理論,推翻了前人“(山西)原平盆地為地下水超采區”的論斷,且為山西晉北鋁廠找到了理想的供水水源地,助力山西省“煤、電、鋁”向“鋁、煤、電”產業結構調整的目標。
目前,五一七隊已將先進的水文地質理論應用于國際資源基地,足跡遍布非洲、南美洲、東南亞近50個國家和地區。
第五次飛躍:2010年,首次將礦區水文地質勘探技術延伸至礦山防治水領域
進入21世紀的第一個十年,五一七隊首次將礦區水文地質工作拓展至礦山防治水全產業鏈條。在邯邢鐵礦資源基地,五一七隊實施了國內規模最大的中關鐵礦特大型止水帷幕工程,帷幕堵水率85%,創造了單排深孔對整座礦山帷幕止水的世界紀錄。五一七隊提出大流量深層基巖地下水回灌技術方案,首次在國內實現了大水礦山開采時地下水資源的地表零排放,在保護地下生態環境的同時,釋放了大量優質礦產資源,技術成果達到了國際領先水平。
在贛東北銅礦基地,五一七隊首開湖泥作為主要注漿材料的先河,先后攻克了湖泥基漿加工、湖泥混合漿液制備和注漿效果物探檢測等關鍵技術,成功實施了城門山銅礦帷幕注漿工程,成果獲2016年度中國有色金屬工業科技進步一等獎。在滇西北鉛鋅資源基地,五一七隊成功實施了彝良毛坪鉛鋅礦帷幕注漿工程,研發了“魚刺孔+S孔+直孔”組合灌漿孔結構及工藝,突破了傳統注漿帷幕技術在礦山地下巷道應用瓶頸,成功建成國內首條復雜巖溶大水礦山地下巷道注漿帷幕體,堵水率達70.19%,超設計5.19%,實現了地面帷幕向地下帷幕的變革性轉變,開創了金屬礦山地下受限空間內帷幕施工之先河。

河北邢臺中關鐵礦帷幕注漿工程
正在進行的第六次飛躍:運用礦區水文地質核心技術融合數字化手段助力智慧礦山建設
智能化時代,如何將已形成的水文地質核心技術與智能技術深度融合,實現礦山突涌水超前預警,推動礦井水害由災后治理向災前預防轉變,成為新的工作重點。五一七隊以建設中的“自然資源部金屬礦山地下水災害防治工程技術創新中心”為依托,向實現“數字產業化,產業數字化”的第六次礦區水文地質核心技術飛躍挺進。
■專家短評
企業一線創新也能國際領先
毛照昉(天津大學管理與經濟學部黨委書記、天津大學管理創新研究院院長)
高端化、智能化、綠色化發展的時代浪潮中,創新已成為推動社會進步和產業升級的核心引擎。
目前,我國正處于從制造大國向創新強國的轉型過程中。世界知識產權組織于2024年9月26日發布的《2024年全球創新指數(GII)》報告顯示:在對全球130多個經濟體的排名中,中國在2024年全球創新指數中排名第11位,是前30名中唯一的中等收入經濟體,展現出在創新領域的快速發展和巨大潛力。
我國的創新成果既來自科研機構以及華為、中車等大型集團企業,也來自像“五一七隊”這樣長年深耕產業一線,以持續創新邁向世界一流水平的樣板企業。過去,有些企業,特別是基層企業對自己的創新能力認識不足,其實從全球視野看,企業一線是創新最活躍、最直接的戰場,一線創新看似基礎卻是“全民創新”文化與氛圍形成的重要動力源泉。我們看好“五一七隊”,也呼喚更多的“五一七隊”加強創新意識,提高創新自信,持續推進產品技術快速迭代與產業競爭優勢提升。
作為高校教學科研人員,我們應更多置身于一線前沿,更多貼近企業創新需求,捕捉產業創新需要,持續推動從理論到實踐、從技術到產品的產教融合發展新格局,全面推動國家戰略、社會經濟與產業高質量可持續發展。