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又一项科技设想十年后成真了!
岳中琦
今年（2021年）1月10日14时，山东栖霞五彩龙金矿爆炸造成了22名人员被困井下事故牵动了我的心。我一直担心他们的安全，一直盼望救援人员，尽快使用高压空气作为动力的潜孔锤旋转冲击钻孔，来打通地面到地下深部被困人员所在巷道，尽快与被困人员联系上，输送给养。
昨天（17日）下午终于获得了相关消息，国家援救人员首次使用空气潜孔锤车载顶驱钻机，打通了一条从地面到被困人员所处航道的钻孔，收到了井下传来的铁器敲击钻杆的清脆响声https://c.m.163.com/news/rec/YDJ0516D6528OYYY.html?spss=newsapp&spssid=76576c57b1354ee77f2b5b9fd8268da2&spsw=6&isFromH5Share=reader。紧急着，救援人员通过钻孔用钢丝绳，向井下输送给养，包括手电筒、营养液、药品、纸笔等。当钢丝绳下放到580多米时，地面钻孔口放绳的救援人员感觉到多次拽绳、晃绳，猜测是有人在拆解胶带取东西。再缓缓从钻孔拉出钢丝绳后，发现补给已经全部被取走，而且传回来一张纸条http://wenhui.whb.cn/zhuzhan/rd/20210117/388577.html。纸条写到，“由于井下空气不流通，炮烟浓度大，现在井下水特别大，望救援不停，我们就有希望，谢谢你们了！”https://www.sohu.com/a/445202439_120207620。被困多人健在，这真让所用人都高兴!
我是更加高兴。自1996年4月以来，我一直在使用和研究高压空气作为动力的潜孔锤旋转冲击钻孔在岩体力学和工程中的应用，成功地研制出了钻孔过程数字监测仪（DPM）、建立了一套数据分析方法，发现了重要的科学规律。香港研究成果在2013年获得美国发明专利，2005年获得了中国内地和中国香港的发明专利，和2020年获得了中国岩石力学与工程学会的自然科学一等奖。参见博文《发现自然规律 应用生产实践 http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1157077.html》，《科学技术发明易与自然规律发现难http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-973915.html》，《数字钻孔过程监测技术与方法的简介http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1248844.html》和《第三项多年研究成果获得了自然科学奖http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1255868.html》。
2009年6月，我国重庆某山区发生了一起意想不到的巨型高速山崩远程滑坡事件。位于山崩坡体下方的采矿巷道出口，被大量山崩滑坡岩块碎石体掩埋，造成多名矿工被突然地埋在巷道内。各级政府和相关单位展开了紧急搜救工作。搜救人员用钻孔来寻找被埋的井下矿工们。媒体对这场援救工作做了及时报道。遗憾的是，众多努力还是没有找到被埋位置，也没有与被困矿工取得任何联系。我当时立即认识到，搜救人员仅仅使用了探勘常用的液压回旋钻孔，没有使用成孔快捷的高压空气驱动的潜孔冲击锤钻机。痛定思痛，如何使用潜孔锤钻机，以最快钻穿岩土体速度搜救井下被困人员，也就成为我对地下援救任务研究的重中之重。
2010年6月9-12日在北京举行的“第17届国际应急管理大会－暨应急救援成果与技术装备展”上，我应邀用英文作的题目为Automatic Monitoring of Down-the-Hole Hammer Drilling for Emergent Searching of Buried Underground Space学术报告，介绍了如何使用潜孔锤钻机，以最快钻穿岩土体速度搜救井下被困人员。
2012年是黑龙江科技学院建校65周年。我应黑龙江科技学院校长和《黑龙江科技学院学报》主编的邀请，撰写了这篇《地下工程事故紧急搜救的快速气冲钻孔和实时监测》的论文，在《黑龙江科技学院学报》出版的校庆专刊上发表了。
在该篇论文中，我提出和介绍了，如何使用压缩空气流驱动的潜孔锤钻孔和钻孔过程自动数字监测，进行地下工程事故中的快速定量搜救。提出了以下六条具体方法和思路。
“第一，如果已开挖的洞室和巷道没有被垮塌岩土体填满，它们就是空洞。钻进速度将极其快，且所需驱动力极其小。因此，钻孔和监测可以发现它们所处的深度和长度。
第二，作为驱动力的高压缩空气流将从潜孔锤头的两个出气孔进入被封闭的地下空间，可以为被困人员带来新鲜空气流，给被困于封闭空间的人员提供氧气。
第三，高压缩空气流和潜孔锤冲击岩石有很大的响声，能较为容易地通知被困人员，他们也可敲击铁质潜孔锤和钻杆来回应外部钻孔搜救人员。钻成的孔洞也可将食物和水传递给地下被困人员。
第四，如果已开挖地下空间被垮塌岩土体填满，它们同围岩土体相比不一样，其钻空过程和速度有相当大的差别。因此，搜救人员可以确定垮塌空间范围，以利于再钻孔寻找被困人员。
第五，目前，高压缩空气流驱动的潜孔锤冲击钻孔的设备数量多型号齐全，价格不贵。在各种岩土体中的钻成孔速度非常快。动力大的钻机一天可以钻进300米（m）。这对紧急搜救十分重要。时间就是生时间就是生命。搜救人员可在目标场地多做几个钻孔，快速确定和找到地下被困人员。
第六，搜救人员可以在平时对相关钻孔设备和数字自动监测设备操作熟练，对各种岩土体和空洞的钻孔响应有较好的了解和认识。这样，在紧急搜救时，可以做得更好，最大程度地减少人为失误。”
论文的结束语写到：“笔者扼要地介绍了钻孔过程数字自动监测研究，以及基于此技术而建立的原位连续测定岩土体力学强度与空间分布的DPM方法。实例分析表明，该方法获得的钻孔过程动力和运动参数能精确实时地确定地下地质岩土体的力学强度和分布，以及空洞、溶洞分布。笔者认为，该方法可以有效地和具体地应用到地下工程事故中，用以紧急搜救被困人员。其六种具体搜救方法切合实际，希望这个设想能在将来地下被困人员紧急搜救实践中起到作用。”
今天，特地撰写这篇博文，介绍相关研究和科技设想，同时记录这10年后的设想成真，以鼓励年轻科技工作人员，“救人一命，胜造七级浮屠”。感谢援救人员！
2021年1月18日11：45写成于香港大学602办公室
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