創(chuàng)新點
基于礦井透明地質條件表達與實現(xiàn)，以智慧礦井體系及平臺建設為引領，提出靜態(tài)地質模型與動態(tài)地質模型相結合，向著智能化發(fā)展的方向。重點結合礦井靜態(tài)地質要素大數(shù)據(jù)信息庫、多災害源全程信息感知與監(jiān)測、動態(tài)地質要素虛擬現(xiàn)實展示、特殊地質因素動態(tài)評判與風險判識、預警等智慧模塊的交互應用，從多源、多參、多態(tài)、多維地質要素精細化探查的實施與透明地質條件構建和立體動態(tài)展示的角度，指明了實現(xiàn)煤炭精準生產全過程中地質信息透明化的思路，并對礦山透明地質條件構建中涉及的諸多關鍵技術的實現(xiàn)、集成與利用進行了構想，為煤炭資源開發(fā)智能、安全、高效、綠色發(fā)展提供借鑒，促進煤炭工業(yè)智慧化建設與發(fā)展。
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(yè)委員會；2. 安徽理工大學
研究背景
國家能源戰(zhàn)略對煤炭工業(yè)智能化建設與發(fā)展進行了準確定位,煤炭綠色智能開采、清潔高效利用成為未來礦山發(fā)展的主線,積極推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系是煤炭人肩負的使命。煤炭生產需要圍繞清潔、低碳、安全、高效4個核心要素,減少開采、轉化、燃燒發(fā)電到終端消費全產業(yè)鏈的污染物產生,有效控制和利用二氧化碳,開發(fā)集約化、規(guī)?；透咝实拿禾块_采、聯(lián)產轉化和發(fā)電技術?；趪H能源發(fā)展戰(zhàn)略前沿需求,全面推動煤炭綠色智能開采、煤炭清潔高效燃燒、現(xiàn)代煤化工及高效利用、廢棄礦井資源綜合利用及CCUS開發(fā)利用的基礎研究、前沿科學研究及應用研究,助力國家碧水藍天戰(zhàn)略。
在煤炭資源開發(fā)全過程中,地質條件的精細探查是基礎環(huán)節(jié),查明和重構煤炭開采透明化地質條件,是精準開采和清潔利用的基礎保障。針對煤炭資源的智能化發(fā)展,王國法等以礦區(qū)所在區(qū)域及地質條件為基本指標,結合礦井開采及安全相關參考要素,提出了智能化煤礦分類與程度分級的評價指標體系。在推進智能化煤礦建設中,首先需要解決的問題是地質條件的透明化,以確保采掘條件的可視、可預和可控。國內外地下空間透明化的研究較多,淺部地質條件的透明構建為淺層地下空間利用提供了基礎,形成了一系列圍繞地鐵、隧道、水利等工程的三維虛擬現(xiàn)實透明化軟件。
摘 要
礦井透明地質條件是煤炭精準開采智慧化的重要基礎。結合礦井靜態(tài)地質要素大數(shù)據(jù)信息庫、多災害源全程信息感知與監(jiān)測、動態(tài)地質要素虛擬現(xiàn)實展示、特殊地質因素動態(tài)評判與風險判識、預警等智慧模塊的交互應用,從靜態(tài)與動態(tài)地質模型角度提出實現(xiàn)煤炭精準生產全過程地質條件透明化的思路。
其一,靜態(tài)地質模型通過采集“空-天-地-井-孔”全方位立體化探測模式數(shù)據(jù),融合井巷建設基礎地質信息,重構地下空間地質特征數(shù)字模型,為資源、構造、井巷等靜態(tài)因素評價、瀏覽、計算等提供基礎。
其二,通過動態(tài)地質模型獲取掘采工程擾動效應影響下,原生靜態(tài)地下空間地質條件發(fā)生變形與破壞,由此而引起的應力應變場、地質地球物理場、滲流場、溫度場、濃度場等狀態(tài)發(fā)生改變的參量特征;以及工程動力學作用下,生產環(huán)境周邊巖層的離層、裂隙、垮落、圍巖失穩(wěn)、底臌、沖擊地壓顯現(xiàn)、應力集中與釋放、煤與瓦斯涌突、突水潰沙等多種災害源現(xiàn)象的動態(tài)地質信息變化量值。
特別針對動態(tài)地質模型發(fā)生與發(fā)展過程中狀態(tài)及參數(shù)的顯現(xiàn)不同,通過進一步加強多介質、多相、多態(tài)、多維、多源數(shù)據(jù)的有機融合,進行多參數(shù)聯(lián)合反演,搭建井上下復合源信息監(jiān)控平臺,構建耦合信息、致災因素、災害前兆等多元信息數(shù)據(jù)庫和時空四維地質信息系統(tǒng),進行實時連續(xù)動態(tài)監(jiān)控;并通過對靜態(tài)地質模型參數(shù)注入和改造,反演地質及災害源條件的變化狀態(tài),實現(xiàn)對煤層精細賦存條件、多災害源受采掘影響致災過程的透明化。同時,結合采掘要素對特殊地質條件進行探測與評價,從而實現(xiàn)整個礦井地質條件的透明重構。
實施中,還需要利用物聯(lián)網、云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能、VR等技術,進行資源整合、集成和升級改造,將礦區(qū)分散的、零星的地質信息聚集起來,實現(xiàn)“主動感知、自動分析、智能決策”,最終為煤系資源的精準開發(fā)利用和智慧礦區(qū)的建設管理提供支撐。
部分圖片
智慧礦井的要素體系結構
透明地質條件實現(xiàn)示意
礦井地質條件四維多場監(jiān)測感知系統(tǒng)示意
智能感知技術與裝備發(fā)展體系
地學大數(shù)據(jù)融合利用
地質空間條件的三維重構
多源災害事故評價體系
多災害源監(jiān)測與感知體系
安全事故多部門協(xié)同監(jiān)管
作者簡介
袁亮，男，1960年6月生，安徽金寨人，中共黨員，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，中國工程院院士，博士生導師。1982年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學院（現(xiàn)安徽理工大學）采礦工程系地下采煤專業(yè)。曾任淮南礦業(yè)集團（原淮南礦務局）總工程師長達15年，現(xiàn)任安徽理工大學黨委副書記、校長、煤炭安全精準開采國家地方聯(lián)合工程研究中心主任、工業(yè)粉塵防控與職業(yè)安全健康教育部重點實驗室主任、中國工程科技發(fā)展戰(zhàn)略安徽研究院院長；兼任煤層氣產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長、公共安全科學技術學會副理事長、中國職業(yè)安全健康協(xié)會副理事長、中國煤炭學會礦井地質專業(yè)委員會主任委員。
研究方向
煤與瓦斯共采，煤及共伴生資源精準開發(fā)，廢棄礦井資源開發(fā)利用，煤礦典型地質及動力災害防控，工業(yè)粉塵防控與職業(yè)安全健康
主要成果
袁亮院士是煤與瓦斯共采理論的主要奠基人。他開創(chuàng)性提出了卸壓開采抽采瓦斯、無煤柱煤與瓦斯共采技術原理，開發(fā)出具有自主知識產權的全套工藝技術，成功地解決了低透氣性高瓦斯煤層安全開采技術難題，實現(xiàn)瓦斯事故歷史“重災區(qū)”連續(xù)23年避免瓦斯爆炸事故，創(chuàng)建了我國首個煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，并將研究成果在全國14個產煤省（區(qū)）的200余家重點煤礦推廣應用，產生了顯著的社會經濟效益，對我國和世界低透氣性煤層的煤與瓦斯共采理論和技術發(fā)展，以及煤礦安全生產做出了重要貢獻。主持完成“973”、“863”、國家科技支撐計劃、重大專項、國家重點研發(fā)計劃等多項國家級科技攻關項目研究，先后獲國家科技進步二等獎6項（其中排名第一3項），中國專利金獎1項、省部級科技進步特等及一等獎9項（均排名第一）；是中國科學技術發(fā)展基金會孫越崎科學教育基金首屆“優(yōu)秀青年科技獎”、“能源大獎”、 首屆“全國創(chuàng)新爭先獎狀”、“安徽省重大科技成就獎”、“全國優(yōu)秀科技工作者”、“世界采礦大會突出貢獻獎”、國家有突出貢獻的中青年專家、全國煤炭系統(tǒng)專業(yè)技術拔尖人才、“八十年代全國優(yōu)秀大學畢業(yè)生”等多項榮譽的獲得者。先后獲國家授權發(fā)明專利70余項，出版專著8部、“十二五”規(guī)劃教材1部，制定行業(yè)標準10項，發(fā)表學術論文100余篇。
來源：煤炭學報
