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透明地质关键技术及示范

来源：煤田地质与勘探

本期客座主编为淮河能源西部煤电集团有限责任公司党委副书记、总经理，教授级高工，安徽理工大学硕士生导师刘结高。客座副主编为中煤科工集团西安研究有限公司透明矿井技术开发与应用研究所所长刘再斌。

行业视野: 地质
类别; 86个
关键词; 73位
专家; 23篇
论文; 6610IP
点击量; 7116次
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唐家会煤矿透明地质保障系统构建及示范

作者(Author)：刘结高, 程建远, 疏义国, 刘再斌 , 高银贵 , 高耀全, 陆自清

摘要：唐家会煤矿智能化建设面临导水断层发育、带压开采等制约因素，地质条件不透明成为智能开采的技术瓶颈。唐家会煤矿以奥灰水害防治为重点，采用孔中瞬变电磁、孔间电阻率、随掘地震、随采地震、微震监测5 项先进技术，构建唐家会煤矿实时动态透明地质保障系统，可实现基于透明地质模型的水害防治、快速掘进和智能回采3 个目标，以支撑自主截割快速掘进和自主规划智能回采2 条智能采掘作业线，其中，随采地震探测技术在61304 智能回采工作面超前80 d、344 m 发现了SYC1 异常区并持续跟踪预报，现已得到回采揭露验证。唐家会煤矿透明地质保障系统的示范应用，取得了显著的经济效益和社会效益：① 61304 工作面解放了受奥灰水威胁近100 万t 煤炭资源；② 61302 快速掘进工作面的进尺由原来的260 m/月提高到352 m/月；③ 61304 智能开采工作面日常用工减少70%。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

作者(Author)：王海军, 刘再斌, 雷晓荣, 韩保山, 陆自清

摘要：智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势，精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一，其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点，提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上，研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法，并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程，其关键技术包括：三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法；点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法；点云关键点提取与特征描述技术中SIFT 特征检测算法和FPFH 特征描述算法；点云配准技术中基于FPFH 特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象，利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明，提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的，能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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基于微服务的地质保障系统架构与应用

作者(Author)：李鹏, 程建远

摘要：煤炭地质保障系统对煤矿的安全、高效生产具有非常重要的作用。煤矿地质保障系统开发面临数据来源多样、地质监测系统集成开发语言不统一、定制化软件导致地质保障平台在不同煤矿适应性差等问题。提出微服务的地质保障系统开发架构，架构分为3 层，分别是应用层、平台层和基础设施层。微服务的地质保障架构规范了开发过程，简化了使用的技术栈，优化了系统集成开发流程；将通用的技术业务固化在开发架构，将需要集成的地质类子系统等专业属性强的业务通过微服务方式进行开发和部署运行，降低了开发、集成难度；使用Docker 技术封装微服务镜像，让微服务的部署运行不再受到运行环境的影响，提高跨平台移植性，降低了系统的部署难度，缩短了部署时间。微服务地质保障系统架构在唐家会地质保障系统中的开发实践证明：架构的应用改变了现有地质保障类软件的开发模式，通用业务与专业类业务分离，以微服务的形式实现多专业应用集成，便于多团队并行开发，提高工作效率；微服务实现了系统内部各功能之间的高内聚低耦合，不同方法的钻探、物探等专业功能开发可独立完成，使后期运维、修改的可控性大大提高。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

作者(Author)：蒋必辞, 程建远, 李萍, 刘文明, 余俊辉, 吴国庆

摘要：煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达，联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型，实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度，采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式：回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用，基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始收集其他信息构建的地质模型相比，刻画的局部信息更精细，顶/底板界面的变化形态与回采后切眼测量的一致；钻孔雷达探测更新模型后与切眼测量更新模型后煤层顶界面最大误差为0.57 m，煤层底界面最大误差为0.54 m，煤厚误差0.3 m。结果表明:钻孔雷达可以高精度探测煤层与顶/底板界面，利用组合钻孔可实现透明工作面的构建。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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透明地质保障技术构建方法——以乌海矿区为例

作者(Author)：谷保泽, 代振华, 李明星, 陈宝辉

摘要：煤炭地质保障技术贯穿于煤炭工业的全生命周期，是实现煤炭资源安全高效智能绿色开采的基础和前提，在灾害防治、隐蔽致灾因素探查、煤炭智能开采等方面发挥着关键作用,而地质透明是提高智能分析与决策、自动精准控制与高效采煤能力的关键核心任务。以乌海矿区为例，为解决矿区智能化建设面临的地质条件复杂、透明地质保障能力薄弱的问题，采用以随掘地震、随采地震为代表的智能探测技术，获取采掘工作面实时地质数据；通过构建数据底座，利用多源数据融合技术，实现海量地质数据的融合分析；基于多源数据融合结果，构建三维地质几何模型和水、火、瓦斯等多属性模型，利用实时地质数据驱动模型更新，实现构造、水、火、瓦斯等隐蔽地质规律与分布特征的数字化表达。以地质模型为基础，融合地质异常体空间位置、几何大小、属性信息等，构建透明地质保障系统，实现隐蔽致灾因素的地质预报，为煤矿安全高效开采提供智能决策。研究成果为实现乌海矿区煤炭智能化开采提供地质保障，对于推动全国煤矿智能化建设具有重要的借鉴意义。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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元宇宙技术在煤矿安全培训和应急演练中的可行性研究

作者(Author)：郭泱泱

摘要：煤矿安全培训和应急演练是预防灾害事故发生的有效措施，但现阶段面临着培训内容枯燥乏味，演练重“演”轻“练”、形式主义等问题。元宇宙技术充分结合了VR、AR、3D、区块链、物联网、AI、数字孪生等技术，在煤矿安全培训和应急演练中具有直观、交互性强和知识转化率高等特点，可很好地解决培训单调枯燥、演练走过场的问题。虽然元宇宙从硬件、软件到各种配套设施产品日趋成熟，目前仍面临着VR 设备单一，三维模型仿真度低以及仿真模拟算法落后的问题。但随着智慧矿山的不断推进，元宇宙技术的不断发展，本技术终将为煤矿及非煤矿山的安全培训和应急演练提供一个新的途径。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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矿用随钻动态方位伽马仪器的研制与应用

作者(Author)：陈龙, 陈刚, 张冀冠

摘要：顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接最有效的瓦斯治理方法，自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据，可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有的矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量，不适用于复合钻进及旋转导向钻进，无法满足伽马动态连续测量的工况。针对以上问题，在分析了煤矿井下随钻测量工况特点和伽马测井原理的基础上，通过低压直流载波双向通信技术进行孔底多扇区方位伽马数据的实时传输；采用屏蔽开窗的结构设计，实现单伽马晶体的8扇区分区测量；基于三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS陀螺仪不同的频率特性，采用互补滤波的动态测量方法，克服了回转钻进过程中振动和旋转对工具面向角测量的影响。通过地面性能测试和井下的工业性试验，验证了仪器在不同放射性地层分界面能正确反映出地层放射性变化规律。试验结果表明，仪器可以满足复合回转定向钻进时的地质导向测量要求，为煤矿井下顺煤层定向钻进提供了技术保障。

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煤田地质与勘探

2022年第01期

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