我們問了人工智能這樣一個問題，“采礦是一個什么樣的行業(yè)？”
“采礦就是挖寶。”“挖礦可能會污染環(huán)境。”“采礦聽起來比較危險，還是安全最重要。”人工智能回答。
同樣的問題，我們問了重慶大學資源與安全學院教授陳結(jié)，“采礦是一個什么樣的行業(yè)？”
“采礦行業(yè)是一個永不落幕的行業(yè)，人類的生存生活離不開采礦。”這是陳結(jié)的答案。
2024年11月17日，2024世界青年科學家峰會在浙江溫州舉行，并表彰了99名獲得第十八屆中國青年科技獎的青年專家。陳結(jié)教授，便是其中的一員。對他而言，這是團隊成果的展示，是非常難得、非常榮光的事情。
第十八屆中國青年科技獎頒獎儀式。受訪者供圖
據(jù)了解，中國青年科技獎設立于1987年，每兩年評選一次。該獎項由錢學森等老一輩科學家提議設立，旨在造就一批進入世界科技前沿的青年學術(shù)和科技帶頭人，表彰獎勵在國家經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和科技創(chuàng)新中作出突出成就的青年科技人才。
2008年，陳結(jié)放棄工程力學研究所專業(yè)，跟隨導師姜德義教授進入采礦領域。從第一次下煤礦“除了牙齒一身都黑”的狀況，到今天帶領團隊，攻克一個又一個采礦領域的難題。
陳結(jié)如同一塊石頭，經(jīng)過腳踏實地慢慢積累，做出來的成果被企業(yè)采用，新的學術(shù)觀點和思路被行業(yè)認可。陳結(jié)覺得自己已經(jīng)找到了一生的熱愛和歸屬。
陳結(jié)榮獲第十八屆中國青年科技獎。受訪者供圖
“半路出家”進入采礦行業(yè)的陳結(jié)，經(jīng)歷了哪些故事？現(xiàn)在的采礦行業(yè)發(fā)展到了哪一步，與公眾認知里的采礦有哪些區(qū)別？采完礦產(chǎn)資源后的空區(qū)又有什么意想不到的用處？以及未來采礦行業(yè)又將如何發(fā)展？
在重慶大學轉(zhuǎn)移研究院的辦公室里，陳結(jié)把他美妙的暢想告訴了我們。
封面新聞：關(guān)于獲得第十八屆中國青年科技獎，您有什么感想？
陳結(jié)：這個獎我申報了三回，所以也是抱著平常心去的。這次能獲得同行專家的認可，確實有點意外之喜。
我們申報的是團隊的科技成果，對我們團隊來講，這是一件非常光榮的事情。對我個人而言，更是一種莫大的鼓勵，凝結(jié)了很多人的關(guān)心和支持。
本次青年科技獎評獎過程中，我也入選了十佳特別獎的候選名單。當時有15個人去答辯，但結(jié)果稍微有點遺憾，沒有進入到特別獎行列，說明科研路上仍需持續(xù)努力探索。
特別是能夠和全國這么多優(yōu)秀的青年科學工作者參加這樣一次頒獎會，能夠和他們一起交流互動，可以讓我們的工作和研究，產(chǎn)生不斷向前推動的動力。
封面新聞：您是如何接觸到采礦領域？有哪些難忘的回憶？
陳結(jié)：2008年，我第一次深入接觸采礦行業(yè)。我本科是學工程力學的，2008年跟著博士生導師姜德義教授做鹽礦開采。之后，又跟著博士后導師楊春和教授，開展地下鹽穴空間的穩(wěn)定性安全評估方面的研究。
當時，我們需要自己進行鹽巖試樣的加工，有時候還需要和其他人把時間錯開，就變成了，“晚上制樣品，白天做實驗”。采礦研究是需要走到地下，深入礦區(qū)。所以科學研究不僅需要腦力上的考驗，也需要體力（耐心）上的考驗。
我們讀書那會，下到一個煤礦，礦里的空氣中都漂浮著煤粉，結(jié)果就會變成大家看到的“經(jīng)典”礦工形象，除了牙齒是白的，其他全是黑的。
那時候的條件還是很艱苦，現(xiàn)在條件好了很多，礦井每十年都會有非常大的變革。我們也希望通過科技進步，讓礦工和我們的科研人員能夠有更好的工作環(huán)境。
封面新聞：您現(xiàn)在的主要研究內(nèi)容是什么？
陳結(jié)：目前主要開展礦山開采過程的災害監(jiān)測預警研究。當前，礦產(chǎn)資源開發(fā)不斷向深地、深海、深空進軍，怎樣能實現(xiàn)綠色、安全、高效地開采，是我們一直在探索的方向，更是國家的需求。
此外，我們擁有一個煤礦災害動力學與控制全國重點實驗室，可以協(xié)助我們開展更為廣泛的研究。例如：深地的稀有礦產(chǎn)資源開采、深海采礦，特別是深空領域。2019年，重慶大學牽頭研制的生物科普試驗載荷項目，成功實現(xiàn)人類首次月球背面生物生長實驗，也是人類首次在月面以較高等生物構(gòu)建太空生態(tài)系統(tǒng)。因此，如何在月球進行采礦活動也是我們規(guī)劃研究的方向。
封面新聞：能介紹一下關(guān)于在月球和太空采礦您的構(gòu)想嗎？
陳結(jié)：我們現(xiàn)在有一個暢想，就是“在月球采礦”。月球的地下蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源。但在月球表面生活，會面臨一個巨大的挑戰(zhàn)：溫差變化非常大。相比之下，月球地表以下的溫度波動則小得多，這為在月球上建立穩(wěn)定的生活與工作環(huán)境提供了潛在的解決方案。
我們設想過將月球采礦和月球地下空間結(jié)合起來，將城市建在月球表面以下。在月壤的表層及其里面，溫差會減小，對空間材質(zhì)的影響也會減小。目前我們還停留在計劃的構(gòu)想階段，重慶大學資源與安全學院規(guī)劃有太空采礦研究方向，目前也在籌劃一個關(guān)于月球采礦的科研平臺。
2035年，國家規(guī)劃在月球上建基地。建基地后，肯定會需要城市的采礦活動。我們想要把采礦與月球人居環(huán)境建設相結(jié)合。未來人們可以到月球上實現(xiàn)短居，到那個時候，或許采礦機器人在月球上也實現(xiàn)了廣泛普及。
封面新聞：您和您的團隊是如何利用科技，實現(xiàn)采礦過程中的安全保障和預警的？
陳結(jié)：目前主要是通過監(jiān)測礦山開采過程中巖體的穩(wěn)定性來開展研究。簡單來說，就是通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立“物理判據(jù)”和“數(shù)據(jù)模型”融合的智能分析模型，實現(xiàn)對采礦施工環(huán)境的智能預警，進而預防礦山事故的發(fā)生。
通過技術(shù)手段實現(xiàn)對礦井的智能監(jiān)測。
巖石信號的分析就像是中醫(yī)“把脈”，通過收集大量工程巖體破壞過程中的信號，并將這些信號和巖體的破壞形式，進行一一比對，就能夠找到每一次災害發(fā)生時相對應的特征信號，實現(xiàn)災害的提前預警。
相比僅采用單一的理論上的力學模型來解決巖體的穩(wěn)定性問題。現(xiàn)在，我們充分利用計算力學、信號學、大數(shù)據(jù)以及人工智能等新興科學技術(shù)，來解決傳統(tǒng)的礦山巖石安全工程問題。
不論是人為的擾動和自然的擾動，巖體都會釋放信號，我們可以通過對信號的判斷，推測巖體出現(xiàn)大規(guī)模破壞和失穩(wěn)的時間，進行災害預警。對于常規(guī)的圍巖垮落，能夠?qū)崿F(xiàn)大約一兩天的提前預警，對于突發(fā)性較強的災害事故，可以提前大約幾個小時的預警。
2019年開始，我們就在河南平頂山煤礦進行了預警測試研究，目前已經(jīng)進行了五年，完成了多次預警工作，取得了還不錯的效果。同時，我們在重慶西站，也安裝了監(jiān)測系統(tǒng)，對周邊圍巖的穩(wěn)定性進行實時監(jiān)測。
封面新聞：關(guān)注到您的研究內(nèi)容里，有一個很有趣的方向是關(guān)于“鹽穴儲能”，能介紹一下嗎？
陳結(jié)：20世紀50年代，包括德國、美國在內(nèi)的很多國家，已經(jīng)將采完后的地下鹽穴作為能源儲存的重要空間。重慶大學鮮學福院士早在上世紀八十年代，依托國家“八五”攻關(guān)項目開展地下鹽礦高效開采，并逐步開始探索地下鹽穴空間的利用。
鹽穴模型。
因為鹽巖易溶于水，通過注水溶解，再將鹽水（鹵水）抽出，地下鹽穴的空間不斷擴大，隨著鹽礦采完后，就形成了鹽穴。這種開采方式對圍巖的擾動性很小，其結(jié)構(gòu)性完整，加之鹽巖較為致密，因此能夠作為天然氣、石油、氫氣，還有氦氣等資源的重要儲存空間。
目前，我國江蘇金壇已經(jīng)建成亞洲最大的天然氣儲庫，也是我國第一個壓縮空氣蓄能的電站，更是團隊相關(guān)技術(shù)的一個標簽。金壇儲氣庫設計庫容達到26.39億立方米，年工作氣量達10.54億立方米。天然氣保供量相當于替代標煤763萬噸、減少二氧化碳排放超800萬噸。
封面新聞：您認為未來采礦行業(yè)會朝著什么樣的方向發(fā)展？
陳結(jié)：采礦行業(yè)是一個永不落幕的行業(yè)，人類的生活生存離不開采礦。大型機械化和人工智能會不斷參與到采礦當中。采礦的場景會不斷擴大，人類會在深地、深海、在月球、在太空開始新的采礦之旅。
陳結(jié)正在對巖石進行檢測。
第二是智能開采，現(xiàn)在整個采礦過程，從采礦、落礦、運礦、選礦，到最后的呈現(xiàn)，作業(yè)人員越來越少，智能化越來越高，這是采礦行業(yè)發(fā)展的另一個方向。現(xiàn)在的露天礦已經(jīng)完全實現(xiàn)了產(chǎn)運的無人化，未來采礦的主旋律就是綠色智能。
總的來說，未來采礦的主旋律就是綠色與智能。充分考慮環(huán)境生態(tài)保護，人工智能與機械的深度融合，整個采礦過程，從地勘、采礦、落礦、運礦、選礦，到最后環(huán)境修復都將呈現(xiàn)精準智能管控。
封面新聞：您認為科研工作者和社會責任之間，是一種怎樣的關(guān)系？科研工作者應該具備怎樣的品質(zhì)？
陳結(jié)：科研工作者與承擔社會責任存在一種天然的關(guān)聯(lián)。很多時候我們在做一件事情，就是源于一種責任。我們做很多科研工作，都不是盲目地去做，而是圍繞國家重大需求、人民對美好生活的追求去做，這也是我們做好科研工作的重要動力。
陳結(jié)在介紹不同類型的鹽穴。
對于一個科研工作者來說，熱愛自己的專業(yè)，同時把熱愛當成一種責任，是最重要的。
另外一方面，大膽嘗試創(chuàng)新思維對于科研工作者來說也是不可或缺的，我們不能以完成項目作為唯一的驅(qū)動，還要去探索新的領域，持續(xù)不斷地去思考有什么新的技術(shù)、新的方法能夠改進我們現(xiàn)有的環(huán)境。只有不斷地創(chuàng)新突破，才是不斷前進的保障。
記者手記：在重慶大學的那個下午，陳結(jié)把他16年來與采礦之間的故事告訴了我們。一顆石頭變?yōu)槊旱V需要數(shù)億年的沉淀，而煤礦變?yōu)殂@石還需要數(shù)億年時間。一個行業(yè)和一個人在十幾年的時間里，就會經(jīng)歷巨大的變化。
從初出茅廬的采礦新人，到學術(shù)領域內(nèi)的領軍人物，在陳結(jié)的身上，我們看到時間帶來的變化。光陰刻下一圈圈年輪，記載了他日夜奮斗與努力。從礦井到講臺、從實驗室到領獎臺、從深地到深空，陳結(jié)的探索似乎沒有盡頭，他如同不斷向更深處探索的盾構(gòu)機，在學術(shù)研究的巖層里不斷掘進。
也許在不久的將來，陳結(jié)的“鐵鍬”就能觸及月球的土壤，采礦行業(yè)不再局限地球，而是擴展到月球乃至太空。
