2025-03-07
邹元春,卢新明,刘建功,等.煤矿绿色智能开采地质基座的内涵与研究进展[J].中国煤炭,2025,51(1):23-31. DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2025.01.003
ZOU Yuanchun,LU Xinming,LIU Jiangong,et al.Connotation and research progress of geological base for green and intelligent mining in coal mine[J]. China Coal,2025,51(1):23-31. DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2025.01.003
绿色智能开采是推动国家“双碳”战略实施和绿色矿山高质量发展的关键，而地质数据信息又是煤矿绿色智能开采的基础。提出了煤矿绿色智能开采地质基座概念，对地质基座的科学内涵进行了阐述，其核心是对多源数据的融合分析，利用先进的地质建模与可视化技术，实现井上下各种精细地质体模型的构建与动态更新，并融合井下灾害相关监测数据，动态构建井下隐蔽属性地质模型，实现地质数据的可视化分析及预测预警等，为煤矿的绿色智能设计、地质保障、精准开采及地质灾害防控预警提供地质基座。此外，对构建地质基座的关键技术进行了介绍，对其研究进展进行了梳理，通过应用实例展现了地质基座的实现过程，同时总结了地质基座目前依然面临的困难，并提出了下一步的研究方向以及应对策略。
邹元春（1984-），男，山东泰安人，博士，副高级工程师，主要研究方向为计算机辅助软件工程、计算机图形学、三维建模、智慧矿山信息技术。在煤矿采矿设计、力学计算领域深耕17年，主持完成了山东蓝光地测地理信息系统采矿设计、巷道三维设计、井筒三维设计等主要系统。
首先，煤矿绿色智能开采地质基座的科学内涵。煤矿绿色智能开采地质基座的科学内涵是融合矿井的遥感、勘探、物探、钻探、测量等多源地质和工程数据，利用先进的地质建模与可视化技术，实现井上下各种精细地质体模型的构建与动态更新，并融合井下灾害相关监测数据，动态构建井下隐蔽属性地质模型，在统一的时间坐标和空间框架下，真实再现井上下完整的地质信息，并利用大数据和空间分析等技术，实现地质数据的可视化分析及预测预警等，为绿色煤矿的智能化设计、地质保障、精准开采及地质灾害防控预警提供地质基座。其次，从多源数据融合、显/隐性地质建模、模型动态更新、地质数据可视化表达、地质数据空间分析及预警等方面，详细阐述了煤矿绿色智能开采地质基座的建立技术。一是要加攻克多源数据融合技术，对数据进行深层处理和分析、综合优化，得到完整、准确、可再利用的数字化、可视化空间信息库，为地质保障建设提供丰富的高精度基础数据；二是要开发更加先进的建模软件和工具，建立更加精细的显/隐性地质模型，为煤矿勘探评价、规划设计和开采生产提供精准地质信息；三是要研发更加精准的模型动态更新技术，通过不断的补充现场数据，实现二三维联动更新，适时快速更新矿井全局或局部地质模型；四是要重视地质数据的可视化表达，在统一的地理坐标下，集成展示矿井的地形、地层、井巷工程、构造、含水层、隔水层、采空区、陷落柱、工作面等三维地质模型；五是建立地质数据空间分析及预警机制，基于三维地质体可进行各种剖切、空间查询与量算、透视和叠置分析、危险源距离探测等空间分析应用，实现瓦斯聚集区、富水区、导水通道等地质构造和危险源的可视化展示及预测预警，为瓦斯、水文、火灾、冲击地压等矿井灾害预报提供可靠的地质信息支撑。第三，从智能设计、地质保障、精准开采、灾害预警和智能掘进等方面，介绍了煤矿绿色智能开采地质基座的作用。一是基于规范化和数字化的图形数据和可视化的地质模型基座，可实现地面工广选址、巷道和工作面布置设计、支护设计、保安煤柱设计、资源储量估算等智能设计；二是利用先进的装备和软件实现煤炭开采前、开采中和开采后全矿井地质体和隐蔽属性精准化、透明化和可视化，对地质灾害和危险源进行超前预知和防治提供地质保障；三是利用人工智能算法和地质推演技术，基于已知有限的工作面多源勘探数据，预测工作面前方未知的空间点煤层、构造信息，为精准开采提供连续的、精准的地质模型和截割数据；四是通过富水区和水压分布、温度分布、地应力分布、以及煤层和围岩力学参数等隐蔽属性的透明化和可视化，为采掘过程中的地质灾害风险因素进行超前预测和预防提供科学的决策支持，有效提高灾害预警的精准度；五是根据透明地质开采煤层三维模型，结合掘进机自身姿态、截割部运动状态，确定截割部的三维坐标，实现掘进机的智能掘进功能。第四，结合国内外智能开采的成果，介绍了在显/隐性建模和透明地质方面的研究进展。目前，国外的地质建模软件尽管功能相对较稳定和成熟，但是在国内推广由于界面汉化、沟通困难、软件使用费用昂贵以及与我国市场需求有些偏差等原因，使其面临水土不服的窘境。国内建模软件中，矿井地质体显性建模技术较为成熟，得到了广泛的应用，而隐性地质建模技术相对较新，尚处于不断发展和完善的阶段，还需要进行深入研究。山东蓝光作为国内煤矿地质建模软件行业的头部企业，开发的蓝光地质建模系统，是一套完全自主可控的蓝光独有的新型地质建模系统，具备整合性强、适应性广等特点，不仅能够基于现有的勘探数据实现显性地质体的低成本高精度快速建模，同时建立了科学的数学模型，解决了定量化和精细化预测隐蔽地质属性的难题。最后，结合我国煤矿绿色智能化开采要求，对地质基座的应用发展前景进行了展望。煤矿绿色智能开采地质基座在矿井地质勘探、资源评估、采矿设计、智能开采、灾害预警等方面的应用越来越广泛，在国家能源集团、中国中煤能源集团等多个能源集团下属煤矿进行了成功应用，为煤矿的安全生产和高效运营提供了有力保障。未来，还需要聚焦“数据驱动、模型赋能、智能决策”的技术路径，突破地质透明化、多源异构数据融合、实时动态建模、动态协同控制等瓶颈，同时强化跨学科协作与生态共建，为智能开采提供全生命周期的地质保障，最终实现安全、高效、可持续的煤炭资源绿色智能开发新模式。
图3 隐性地质精准建模流程
图5 岩性和断层地质信息显示界面
