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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤及共伴生资源精准开采科学问题与对策

2019-02-19   作者:袁亮

  国家《能源中长期发展规划纲要(2004—2020 年)》中确定,中国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”,同时《“十三五”国家科技创新规划》也提出了重点开展煤炭安全绿色开采和煤系伴生资源协同开发理论与技术攻关目标。以鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地为代表的煤、铀、煤层气、油气共伴生资源开采面临诸多问题,破解煤及共伴生资源精准协调开发科学问题势在必行。


  煤及共伴生资源精准开采是借力大数据、云计算、区块链、人工智能、5G通讯、超级计算、物联网等现代互联网、通讯网高新信息技术,融合地质勘探保障技术、协同开采机制、多相多场耦合理论及灾害防控预警模型,创新开采扰动多维全息地质信息实时共享互馈的互联网+现场监控、物理/数值模拟、基础实验“三位一体”科学研究方法,深度透视化资源储藏环境、动静态地质扰动灾害孕育演化,集成基于虚拟现实技术(VR)、全息人机虚拟互动技术(AR)的原生/扰动地质信息实时展示 、智能决策及预警解危平台,超前决策协调开采方式,灾害应急救援方案,最终实现少人(无人)煤及共伴生资源精准绿色安全开采,集成满足新时代环境保护、资源需求、安全开采要求的现代化煤及共伴生资源开发模式。


  煤层无人开采方面涉及矿层动态信息智能感知、多场耦合演化信息实时可视、自动巡航切割等关键技术;油气、铀开发方面涉及智能钻完井装备、智能连续管钻井、智能水平分支井完井、局域/广域物联网系统构建、井上下一体化智能闭环监控与决策系统等关键技术,安全保障方面涉及地球物理数据库、灾害风险判识、灾害智能防控、风险监控预警等技术理论。


  煤及共伴生资源精准开采发展将经历三大战略阶段。第1阶段以定性、探索性的协调开采规划,机械化、信息化、数字化的开采管控,进行煤及共伴生资源精准开采探索;第2阶段定量挖掘分析开采扰动地层损坏量、环境污染量、综合经济效益、灾害类型/源头,推进机械学习,优化协调开发模式、开采方案,基于煤、铀、油气开采工艺(地浸采铀、直接垮落法/充填法采煤、压差采油)结合数字化、信息化、智能化技术构建智能管控平台,科学、高效决策开发方案,实现提质增效、降本减灾开采;第3阶段互联网+物联网+科学开采理论、技术及装备高度成熟,智能实验设备、生产装备不断涌现,多相多场耦合机理及复合灾害模型弹性构建,开发管理水平极大提高,深入融合智能算法、MGIS、机器智能学习、VR/AR技术,透视化资源赋存及灾害区域,依据环境扰动容量、绿色资源需求量及资源开采安全保障,智能自主决策开采方案,智能机器人连续管钻井、智能无人盾构机开拓、自适应综合优化管道、自适应自主巡航采煤,勘探、规划、建设、开采及灾害防控一体化智能综合煤及共伴生资源精准开采体系形成。


  煤及共伴生资源开采5个关键科学问题包括:(1)煤铀资源精准协调开发流固耦合基础理论;(2)煤与油气精准协调开发多场耦合基础理论;(3)煤及共伴生资源精准协调开发协同机制与方法;(4)煤及共伴生资源安全高效开发关键技术与装备;(5)煤及共伴生资源开发灾害防控与智能预警平台。


  煤及共伴生资源开采主要研究方向包括:(1)创新煤及共伴生资源透视化地质保障;(2)多相多场耦合演化机理与灾害孕育演化规律;(3)精准协同开发方式与创新工艺工序;(4)多源海量动态参量智能监测与多网融合传输方法与技术装备;(5)云计算海量数据深度挖掘与智能管控技术与装备;(6)互联网+物联网煤及共伴生资源协调开发灾害预警与智能精准决策平台;(7)基于云技术的煤及共伴生资源智能矿山建设。


  随着科技的发展,我国煤及共伴生资源精准开采技术水平将不断提高。由于煤及共伴生资源精准开采研究现阶段仍处于起步阶段,能源资源工作者任重而道远。煤及共伴生资源应聚焦精准协调开采与灾害风险预警,进一步加大煤及共伴生资源科技创新力度,为实现科技强国梦做出贡献。2025年,煤及共伴生资源精准开采取得阶段性突破,2035年,煤及共伴生资源精准开采取得重大进展,2050年,全面实现煤及共伴生资源精准开采,助推中国能源科技强国梦!


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  责任编辑:宫在芹

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