創新點
（1）提出“四隨”地質信息重構概念，通過隨鉆、隨掘、隨采、隨落系列物探一體化透明信息的收集與表征，基于不同的點、線、面、體信息的匯集與整合，逐步形成透明工作面、透明采區、透明煤礦動態的地質模型構建體系。
（2）基于“四隨”動態高精度探查技術，提出研發地層、構造、采場、資源等多源地質地球物理場數據信息融合技術，通過“四隨”探測數據信息的實時獲取和綜合利用，提高地質信息實時感知與交互能力，輔以虛擬可視、成像等技術，實時修正靜態地質模型，完成動態地質模型重構，逐步實現對煤礦地質條件的全透明化。
煤礦透明地質模型動態重構的關鍵技術與路徑思考
作者：袁 亮1，2，張平松1，2
單位：1.中國煤炭學會 礦井地質專業委員會; 2.安徽理工大學
研究背景
據國家能源局不完全統計，現階段全國有近400座煤礦正在逐步落實與推進煤礦智能化建設，智能化采掘工作面已經達到800余個。由此可見，智能化煤礦建設是煤礦未來發展的主流方向，其基于智慧生產系統，依托智慧職業與安全系統，輔助以智慧后勤保障系統，通過全數據可視、全場景協同，對煤礦生產、安全、技術、保障、健康與后勤等進行主動感知、自動分析、智能處理，實現對煤礦的無人、少人、安全、高效、清潔、健康管理建設的目標。
隨著我國智能化煤礦落地進程逐漸加快，固定作業崗位無人值守、巡檢機器人輔助作業等智能化少人開采技術成果斐然，并已經初步實現了工作面“減人、增安、提效” 目標。但受制于智能化相關技術發展瓶頸，國內智能化煤礦全局建設總體上仍處于培育和示范過程中，未能得到完全突破，其中地質條件的透明化問題是一項重要內容，特別是地質基礎理論與技術短板亟待解決。尤其針對煤層開采靜態與動 態地質條件、開采環境精準探測、全過程地質信息的高精度建模、地質條件的信息識別與精準預測、突發性地質災害事件的智能監測與防治等相關基礎理論研究仍是十分薄弱，缺乏井下非接觸式全面感知與多源信息融合技術、井下應急性處理地質機器人等，智能化技術對復雜條件的生產礦井適應性不夠理想。隨鉆、隨掘、隨采、隨落(后稱“四隨”)探測一體化較以往單一探測技術而言，能夠實現不停鉆、不停掘、不停采條件下的連續探測，不影響正常的采掘作業，極大地提高了生產效率，具有數據采集實時性、低成本等特點。開展煤礦生產過程全生命周期的“ 四隨” 勘 探透明地質信息收集與表征是智能化煤礦建設的關鍵。與此同時，鉆掘采裝備配備了“視覺” 與“ 思考” ，嘗試對鉆、掘、采、落過程的安全開展主動管控，成為實現煤炭智能安全精準開采的基礎性、關鍵性技術。
摘要
圍繞煤炭“雙碳”發展戰略及智能精準開采需求，構建與智能化煤礦建設相匹配的透明地質保障體系，首要任務是提高地質條件透明化理論方法和技術水平。 地質條件的精準判識對煤炭資源安全高效開發尤為關鍵，但由于地質條件多樣、特殊、復雜，現階段地質透明化及動態過程研究程度仍然不夠充分。 鉆、掘、采、落是煤炭安全精準開發及礦井建設中的4個基本步驟，其對應的透明化條件場景涵蓋鉆孔、巷道、采煤面、采空區及廢棄礦井等諸多內容。因此，隨鉆、隨掘、隨采、隨落(后稱“四隨”)系列物探一體化透明信息的收集與表征至關重要。
提出“四隨”地質信息重構概念，基于不同的點、線、面、體信息的匯集與整合，逐步形成透明工作面、透明采區、透明煤礦動態的地質模型體系。具體而言，結合井下施工的鉆孔所探查和揭露信息，形成孔周邊特別是“隨鉆”過程中的慣性導航、煤巖識別、虛擬地質模型重構等技術突破;利用掘進機械在巷道工作面施工進程中超前探測與巖性分析，“隨掘”獲得對前方及周邊一定范圍內地質條件的物性成像和異常判斷; 根據割煤機及巷道空間布設探測與識別探頭，對煤層、頂底板空間巖層進行“隨采”過程的精準識別與異常判定，提高對割煤區煤厚及地質災害體的預報精度;依托布設在采空區的濃度、滲流、濕 度、溫度、應力、應變等傳感器，“隨落” 過程對采后各類環境及災害條件進行數據監測與跟蹤，提高對異常體和剩余資源的判識能力。
基于“四隨”動態高精度探查技術，進一步研發地層、構造、采場、資源等多源地質地球物理場數據信息融合技術，通過“四隨” 探測數據實時獲取與融合處理，提高地質信息實時感知與交互能力，輔以虛擬可視、成像等技術，實時修正靜態地質模型，完成動態地質模型重構，逐步實現煤礦地質條件的全透明化。通過構建煤礦生產全生命周期智能化信息平臺，實現云端信息綜合診斷和預警互助，為智能化煤礦建設及資源化評價利用提供可靠的技術支撐。
部分圖片
圖 1 黃玉川煤礦井下隨鉆方位伽馬測井試驗成果
圖 2 隨掘地震技術與復合干涉算法處理效果示意
圖 3 不同網絡模型動態煤巖識別效果對比
圖 4 采空區光纜應變分布
圖 5 采動裂隙場形成過程中微震事件及其等值密云圖的演化規律
圖片
圖6 采煤工作面三維建模
圖 7 透明化地質系統框架
圖 8 地震全波形單獨反演速度剖面和聯合反演速度剖面
圖 9 一體化透明地質軟件平臺
圖 10 三維地質模型動態重構路徑流程
作者簡介
圖片
袁亮，男，1960年6月生，安徽金寨人，中共黨員，十三屆全國人大代表，中國工程院院士，教授，博士生導師，著名煤炭開采及瓦斯治理專家，煤與瓦斯共采理論主要奠基人，安徽理工大學校長、中國工程科技發展戰略安徽研究院院長、合肥綜合性國家科學中心能源研究院副院長、中國煤炭學會礦井地質專業委員會主任委員。曾任淮南礦業集團公司總工程師、中國礦業大學安全工程學院院長、中國煤炭學會和中國巖石力學與工程學會副理事長等職務。獲國家科技進步二等獎6項，中國專利金獎1項、省部級科技進步特等及一等獎12項（均排名第一）、首屆全國創新爭先獎狀、安徽省重大科技成就獎、安徽省突出貢獻人才獎等獎勵，享受國務院政府特殊津貼。獲全國優秀科技工作者、國家有突出貢獻的中青年專家、世界采礦大會“突出貢獻獎”等榮譽稱號。連續2年入選“中國高被引學者”榜單。2009年當選為中國工程院院士。
研究方向
煤與瓦斯共采，煤與共伴生資源精準開發，煤礦典型地質及動力災害防控，工業粉塵防控與職業安全健康
主要成果
“九五”計劃以來，主持完成國家重大專項、國家重大科技攻關、國家科技支撐計劃、國家重點研發計劃、國家重大科研儀器研制等國家和省部級重大科研項目50余項，2010年以來主持參與中國工程院重大、重點咨詢研究項目10余項，獲批行業首個國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制項目（部門推薦）。開創性提出了卸壓開采抽采瓦斯、無煤柱煤與瓦斯共采理論，開展了基于應力場、裂隙場、瓦斯場多場耦合基礎研究，提出了煤與瓦斯共采“高位環形體”理論，取得了煤礦瓦斯治理理論重大突破。開發出煤礦瓦斯治理全套工藝技術，破解了低透氣性高瓦斯煤層群安全開采重大難題，淮南礦區應用研究成果杜絕了瓦斯爆炸事故。主持編制中國首個《煤礦瓦斯治理總體方案》，在全國實施。研究成果在全國14個產煤?。▍^）、澳大利亞、俄羅斯、印度等國推廣應用。
來源：
袁亮，張平松.煤礦透明地質模型動態重構的關鍵技術與路徑思考[J].煤炭學報，2023，48(1):1-14.
