团队专访 ┃ 煤矿透明地质保障技术创新团队：打造专业级实用化透明地质保障技术体系

文章来源：《智能矿山》2024年第8期 “团队专访”专栏

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自2018年起，中国煤炭科工集团制定了“透明矿井”顶层设计，为煤炭行业的智能化转型奠定了战略基础。2019年，依托中国煤科西安研究院深厚的煤矿地质保障工作经验，透明矿井技术开发与应用研究所应运而生，标志着该领域专业化、系统化探索的正式开启。

进入2020年，透明矿井所凭借前瞻性的技术创新，成为行业内首家发布“智能开采透明工作面一体化解决方案”的机构，该方案推动了煤炭开采的智能化进程。2021年，随着智能开采透明地质保障中心的投入运行，标志着团队在智能煤矿透明地质保障技术上的实践应用迈上了新台阶。近年来，团队不断拓宽服务范围与深度，2022年在黄陵、榆林、鄂尔多斯、乌海等多个关键区域布局交付中心，构建起覆盖广泛服务网络，进一步加速了“透明矿井”理念落地与实施。上述举措不仅展现了团队强大的市场响应能力与执行力，也提高了行业影响力。

2023年，西安煤科透明地质科技有限公司正式成立，标志着团队在技术探索与应用上迈入了崭新的发展阶段，以更加独立的姿态和更加专业的服务，持续引领行业技术进步。2024年，公司凭借其卓越的技术实力和市场表现，成功入选国务院国资委启航企业名单，这是对其在推动煤炭行业智能化转型中所做出贡献的高度认可，也是团队发展历程中的一个重要里程碑。

在此过程中，团队实现了3大技术跨越：在淮河能源西部煤电集团唐家会煤矿，成功研发了地质信息同步映射系统，实现了井下地质条件的实时精准感知；在黄陵矿区，攻克了透明工作面规划截割难题，显著提升了开采效率和安全性；在乌海矿区，建设了专业级的地质保障体系，为矿区长期稳定发展提供了坚实的地质与安全保障。这些技术成果彰显了团队在煤矿透明地质保障领域的深厚积累与创新能力，为煤炭行业的智能化、安全化发展贡献了重要力量。

基于透明地质大数据的智能精准开采技术是面向智能开采的基础性技术体系，该技术融合地质探测与建模技术、“CT”切片技术、空间导航定位技术等构建了高精度智能开采截割模型：首创了可“预测、预判、预控”的综采大数据智能决策平台，利用综采自动化技术和大数据分析决策技术对截割模型进行实时修正；采煤机按照大数据智能分析决策中心下发的截割模型进行自主截割，无需人工干预截割过程，实现了智能精准开采。本项目实现了由传统记忆截割向三维空间感知、智能规划和自主截割的技术跨越，对推动煤炭行业智能化开采技术进步具有重要意义。

图1　煤矿智能工作面规划截割

在技术研发与实践过程中，团队面临的首要挑战是处理庞大而复杂的地质数据，这包括来自地质探测、CT切片、地质导航等多种来源的大量数据集成和清洗。为了攻克这一难题，团队首先引入了先进数据清洗和标准化工具，通过自动化算法处理重复、缺失或异常数据。然而，这一过程并非一帆风顺。在实际操作中，团队成员发现自动化算法虽然能够提高数据处理的效率，但难以应对所有复杂情况。因此，不得不进行大量的手动验证，确保数据的一致性和准确性。

与此同时，团队成员还面临算法优化和系统集成的挑战。在不同地质条件下，算法的性能和稳定性会受到严重影响。为解决该问题，团队开始深入研究各种算法的特点和适用场景，并根据实际情况不断优化和调整。此外，团队还采用分布式计算技术，引入并行计算和分布式处理，以提高算法训练和优化速度。在系统集成方面，团队成员采用了一种灵活、可扩展架构，通过标准化接口和协议，确保各个模块之间无缝协同工作。经过数月努力，团队终于攻克了关键技术难题，成功构建高精度智能开采截割模型，并实现综采大数据智能决策平台稳定运行。

该技术的应用效果显著，实现了智能开采由传统记忆截割向自主规划截割的技术跨越，提高了煤炭回采率，实现了减人增效。在陕西陕煤黄陵矿业、淮河能源集团、国家能源集团、中国中煤的20余个下属煤矿工作面开展了示范应用，实现产值3.5亿元。

该技术针对煤矿井下探掘接续失调矛盾和“两探分离”问题，充分利用掘进工作面超前钻孔和定向钻进技术优势，首次提出用于快速掘进工作面定向长钻孔超前探测的钻孔孔中综合物探方法，基于高效高精度三维三分量数值模拟，研发了钻孔电磁法径向远距离探测观测系统，研制了适用于矿井防爆环境和基于钻机推送的定向长钻孔无缆多参数一体化探测装备，研发了基于深度学习+机器学习的隐伏水害高精度反演信息立体成像方法，开发了基于人工群集智能的隐蔽致灾地质构造精细识别算法，研究了基于多参数融合分析的钻遇岩性综合解释技术。

图2 “长掘长探”技术通过在快速掘进巷道的后方

在研发过程中，团队遇到了挑战——如何准确识别隐蔽致灾地质构造，尽管尝试各种传统方法，其成效却均未达预期。为突破技术瓶颈，团队成员提出了利用深度学习和机器学习技术来识别地质构造，通过深入研究，研发出隐蔽致灾地质构造精细识别算法。研发过程中，面临算法运行速度慢、识别准确率低等问题，团队并没有放弃，不断调整和优化算法参数，尝试各种新方法和技术。最终，在团队成员的共同努力下，成功攻克难关。该创新在长钻孔探测中，能够有效识别地质构造，为工作面提供可靠的地质信息。

该技术为解决煤矿井下探掘接续失调矛盾，保障工作面快速掘进提供了新的技术手段，是当前煤矿企业急需的前沿技术，具有良好的推广应用效果。

该技术与装备已在陕西、山西、内蒙古等全国多个煤炭基地的50个煤矿进行了有效推广使用，项目成果对于井下掘进工作面前方水体灾害的超前预报带来了技术进步，使探测精度有较大提高，可有效指导煤矿安全生产，近3年为生产单位累计产生经济效益7.07亿元，产生利润1.63亿元。

随着技术的不断成熟和完善，团队在2022年首次研发出煤矿井下近千米定向长钻孔中综合物探超前探测技术，实现了掘进工作面水体灾害超前探测，为工作面地质透明化和快速掘进提供了重要支撑。在陕西、山西、内蒙古等地30余个煤矿示范应用，地质异常探测准确率从70%提升至90%，实现产值3051.10万元。如今，该技术已经成为煤矿安全生产的得力助手，不仅能够提高探测的准确性和效率，还能够降低生产成本和减少安全事故发生。

透明地质保障系统具有“矿区—矿井—工作面”的三级地质保障体系，开发了煤矿地质测量、防治水、瓦斯地质、防灭火、储量动态管理、地质预测预报以及透明回采、掘进等功能，可进行复杂地质条件三维地质建模技术研究，准确直观表达煤矿断层等构造位置、形态及延展特性；可基于煤矿生产实际需求设计开发透明地质保障系统功能，支持智能回采、智能掘进、灾害预警、三维储量管理等不同的场景应用，形成了“矿井地质−透明地质保障系统−采掘生产”平台化、标准化、流程化的作业新模式、新思路。

在研发透明矿井地质保障系统的过程中，如何在复杂的地质条件下进行准确的三维地质建模，成为了团队的难题。传统的建模方法已经无法满足需求，团队需要寻找一种全新的解决方案。在不断地尝试中，团队成员逐渐发现，单一的技术手段难以解决复杂地质条件下的建模问题。于是团队开始尝试将煤矿地质测量、防治水、瓦斯地质防灭火等多个领域的专业知识相融合，多维度地实现了复杂地质条件下的三维地质建模。这不仅克服了传统建模方法的局限性，还准确地表达了煤矿断层等构造的位置、形态及延展特性。可以根据实时数据自动更新模型，确保地质信息的准确性和时效性，这一突破性的技术使得地质建模更加精确和可靠，为煤炭工业的发展提供了强有力的支持。

图3　透明地质保障平台界面

团队研发的透明矿井地质保障系统，实现了全时空地质保障，“面向智能开采的透明矿井构建技术”作为煤炭行业唯一基础软件入选国务院国资委《中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版）》。在国家能源集团乌海能源有限责任公司、国能神东煤炭集团有限责任公司、陕西陕煤黄陵矿业有限公司、中煤陕西榆林能源化工大海则煤业有限公司、淮河能源唐家会煤矿等矿区示范应用，提高了地质保障工作效率，实现了减人增效，实现产值1.71亿元。

在科技浪潮的推动下，煤炭行业正迎来一场智能化的革新。团队紧跟智能化变革步伐，通过融合大数据、人工智能和先进的探测技术，在煤炭开采和地质保障领域取得了显著突破。这些技术不仅实现了煤矿地质情况的精准感知与预测，还推动了开采过程的智能化和自主化。从智能精准开采到定向长钻孔超前探测，再到透明矿井地质保障系统，这些技术的成功应用不仅大幅提升了煤炭开采的安全性和效率，也为行业的可持续发展奠定了坚实基础。未来，这支团队将继续发挥创新引领作用，不断推动煤炭行业将在智能化的道路上走得更远。