煤炭智能开采地质保障技术及展望

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择,是实现煤矿安全高效生产的必由之路,地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑,且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产,从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查,不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题:地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上,论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系,主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术,通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈,实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革,针对新形势下煤矿安全发展新要求,提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向,平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。      

中国煤炭资源综合勘查技术新体系架构

中国煤炭地质条件的复杂性和自然、地理条件的差异性,造成单一勘查技术手段难以解决复杂地质条件下的勘查目标。在系统分析我国煤炭资源赋存规律的基础上,根据我国煤田地质勘查工作的特点、重新确立了煤炭地质勘查的基本原则,将“煤田地质勘探”发展为涵盖煤炭勘查、矿井建设、安全生产、环境保护等内容的“煤炭资源综合勘查”,提出了适合当代需要的煤炭资源综合勘查技术新体系。综合勘查技术新体系的的确立,应以取得最佳勘查效果为目标,统筹考虑勘查区具体的地理、地质和地球物理条件,选择最适宜的勘查技术手段及组合。基于理论分析,评述新体系兼备的主要技术特色及科学性、先进性,并依据地质和自然条件的差异,将我国煤炭地质勘工作划分为4种勘探模式以及与其相对应的区域。中国煤炭地质总局在全国近20个省区100多个地质勘查项目的实践中证明,煤炭资源综合勘查技术新体系的实施,为煤矿建设提供了详细、完整、准确的煤炭资源信息数据,极大地推动了我国煤炭地质勘查工作,对提高我国煤炭资源保障能力、促进煤炭工业可持续发展具有重要意义。     

"过程数字勘查技术"研究

煤炭地质勘查技术近年来有着长足的发展,但矿井突水、冲击地压、瓦斯突出等事故仍时有发生,反映了煤炭地质勘查技术存在着"瓶颈"。为此,结合云计算、AI、工业互联网等现代科学技术,以及国家提出的煤矿山地质保障2021初步形成、2025基本实现智能化的要求,提出了以"精细动态描述"为目标、以"过程"为对象的"过程数字勘查技术"概念,以及实施过程数字勘查的技术路径,包括"智能钻孔"、"智能勘查"、"智能勘查地质"、"矿山地质神经网络"、"智能矿山地质"。过程数字勘查技术可有效提升煤炭勘查和矿山开采的地质认识,为矿山超前预测、预报、安全生产等提供可靠的地质保障,为勘查地质和矿山地质向高度智能化、信息化、数字化、综合化和技术集约化发展创造条件,填补智能地质空白。     

再论中国煤炭地质综合勘查理论与技术新体系

基于近年来大量专题科研成果和勘查工程实践．系统总结形成了适应中国煤田地质特点和煤炭工业要求的煤炭地质综合勘查理论与技术体系。该体系可概括为一个创新思路、两大支撑理论、五大关键技术、一套标准规范：提出了集资源勘查、矿井建设、安全生产、环境保护为一体的”煤炭地质综合勘查”新思路：聚煤规律研究和构造控煤作用研究取得突出进展,为当代煤炭地质综合勘查技术体系提供了强大的理论支撑：建立并完善了由煤炭资源遥感技术、高精度地球物理勘查技术、快速地质钻探技术、煤炭资源信息化技术、煤矿区环境遥感监测技术等五大核心技术构成的地质综合勘查技术体系;编制技术规范与标准14项,为构建中国煤炭地质综合勘查体系提供了政策依据。     

榆神府区矿井水文地质条件分类研究

煤矿突水灾害是仅次于顶板、瓦斯的第三大灾害,煤矿水文地质条件分类是科学确定矿井水文地质条件、突水危险性的手段,以大量的勘查、矿井开采实际资料为基础,从受采掘影响的含水层水文地质特征、矿井涌水量、矿井突水、老窑积水及其危害性、防治水工作难易程度等5个方面,分析了榆神府矿区矿井水文地质分类的主要指标,提出了新民区主要为简单类型,神木北部矿区以中等类型为主,榆神矿区以复杂类型为主的科学分类,为榆神府矿区煤矿防治水、保水开采提供了基础资料。     

我国煤矿地质保障系统建设30年:回顾与展望

地质保障是煤炭安全、高效、绿色开采不可或缺的基础。综述了我国煤矿地质保障系统建设30年来在保障内涵、基础理论研究、技术与装备研发等方面的主要进展。较为系统地分析了煤炭绿色智能开采背景下地质保障系统建设面临的5方面技术难题:地质信息采集与解释的智能化水平不高,静态地质条件探查精度较低、综合研究程度不高、超前预测可靠性亟待提高,动态地质信息实时在线监测方法单一、致灾响应评价技术标准缺项,地质信息管理与多源异构信息融合的技术水平不高,三维地质模型精度不能满足智能开采对地质透明化的要求。指出煤矿地质保障系统未来应以精准地质预测为目的,以实现地质透明为目标,以精细地质探测和精准地质表征为突破口,重点在以下方向攻关:(1)以建立具有矿井地质特色的全空间地球物理场多参量响应模板为目标,不断加强矿井物探的应用基础研究。(2)低空无人机与智能机器人在地质探测和监测数据采集中的先导性示范研究。(3)加强矿井地质体赋存与分布规律和采动覆岩变形规律研究,探索精准辨识“地质异常”的方法,研究基于矿井地质与工程特色的智能开采地质条件定量描述和分区综合预测评价的理论与方法。(4)多源多维异构地质数据体交换格式与建库...     

《高产高效煤矿建设的地质保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集·2009》

本书是陕西省煤炭学会2009年学术年会论文集,收集了全省煤炭地质科技工作者的54篇优秀论文,涉及煤炭（煤层气）资源与地址勘查、生产矿井储量管理、矿山环境地质与开采技术条件、矿井地质测量及物探等内容,资料翔实,内容丰富,作者既有地质勘查单位的专家。     

深部煤炭资源安全高效开发地质保障系统研究

在分析深部煤矿床就位机制和理清影响深部矿井安全高效开采各种地质因素的基础上,将深部煤矿床勘查类型划分为2类5型12亚类,讨论了不同勘查类型的地质保障任务、勘查方略与技术保障体系:新区和老矿区的深部煤炭资源勘查采取"快速扫面、筛选靶区、地面物探先行、深钻验证"方略;生产矿井深部资源勘查采取"物探先行、井下钻探验证";采区地质条件探测实施"物探先行、长钻验证";工作面地质条件探测实行"井下物探先行、长钻验证、短钻保证、巷探跟踪"。采取地面与井下结合的立体式勘查模式,优化配套勘查技术开展综合勘探,通过多手段相互补充与多成果互相验证,为深部矿井生产建设提供可靠的地质保障,是解决"有煤难采"问题的关键。      

三李煤矿突水因素分析及堵水工艺探讨

根据三李煤矿矿井地质及水文地质条件的分析，三李煤矿矿井突水水源应该是来自二1煤直接底板太原组上段L7－8灰岩岩溶溶裂隙含水层。为探明突水通道，采用“先探后堵，探堵结合，堵源为主”的治理方案，查明了该次突水的主要通道是：“通过煤层而未经任何材料封闭的钻孔^[1]。经对此处实施了钻孔注浆后，恢复了矿井生产。     

中国区域化探若干基本问题研究：1999—2009

1999—2009年,中国区域化探发生了根本性改变。主导思想是以地球化学理论为指导研究区域化探方法技术问题和进行矿产资源潜力评价。区域化探方法技术研究的基本要求是最大限度保持原生地球化学分布特征,表生地球化学条件下采样物质问题是区域化探方法研究的核心,样品采集应以代表地质找矿信息的基岩物质成分为原则,在全国范围内最大限度地保持采样物质的一致性。基于成矿地球化学理论建立资源潜力地球化学评价方法和实行地质找矿定量预测,使勘查地球化学从单纯方法手段上升到指导地质找矿的理论高度。主要标志是在全国建立完整的区域化探工作方法技术系统和实行样品分析质量全程监控。在区域化探高精度数据基础上绘制与出版精美的地球化学图集,使区域地球化学图精确地反映地质背景分布与异常特征,促进区域化探数据信息深度开发和利用,建立具有从区域、普查到详查进行全过程独立开展资源调查、评价和预测的方法技术体系和工作程序。区域化探长期支撑中国地质找矿工作,是整个地质找矿工作的先导。随着新一代地区和全国地球化学图的形成,将在基础地质和成矿规律研究以及揭示重大地质事件等方面提供新的发现、新的认识和新的观点,对于未来中国勘查地球化学和整个地质工作产生重要影响。     

煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

在简要分析煤炭地质学演变的基础上,重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展,同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内,煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标,以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口,聚焦以下方面开展研究:①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法;②智能物探仪器和钻探装备研制;③煤层中断层属性的叠前地震反演技术,槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验;④孔中、孔间、孔-巷、巷-巷等多方式立体探测与精细解释技术;⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术;⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术;⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。      

论中国煤炭地质勘查工作在新条件下的定位与重大研究问题

煤炭是我国的主体能源和重要的煤化工原料,新中国成立70多年来煤炭地质勘查工作紧密结合国家战略需求,为国家探明了急需的煤炭资源,保障了国家煤炭能源供应。通过系统总结近年来我国煤炭地质工作取得的主要成果,分析了当前新条件下煤炭地质工作发展面临的重大研究问题,明确了煤炭地质勘查工作定位,提出“1个理论、10个主要技术”的重点攻关研究思路,拓展了煤炭地质勘查工作的研究范围,对保障煤炭资源在我国经济和社会发展中发挥好“稳定器”和“压舱石”作用具有重要研究意义。研究认为：(1)新条件下煤炭地质勘查工作已由以保障煤炭能源资源安全为主发展为既要保障煤炭能源资源安全供应,还要为绿色矿山建设、矿山智能化开采与生态安全服务的煤炭生态地质勘查新阶段。(2)提出了煤炭地质勘查工作今后的重点是资源勘查与利用、地质条件评价与动态地质事件预警、矿山环境治理修复与生态地质层功能作用复原、地质条件改性等方面的10大重点攻关问题。(3)针对煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源赋存特点,需研究建立煤与煤系共伴生矿产协同勘查模式,在关注“煤”的同时,加大对煤系、煤盆地全域性的多矿产聚集规律和各类资源研究,推动煤、煤系及煤盆地多能源...     

煤田绕射地震勘探现状与进展

我国煤炭绿色智能开采亟待解决透明地质条件精细构建问题,包括煤岩层构造、含水体、采空区与地应力等地质因素,该类隐蔽致灾体易诱发采空区突水或瓦斯突出等事故,是制约煤矿智能化开采与安全生产的主要障碍。三维地震勘探是目前探测断层和陷落柱等地质体的主要技术,但该技术基于反射理论框架,在小落差断层与小尺度陷落柱探测上仍存在挑战,发展针对隐蔽致灾体的煤田精细勘探理论与方法是安全与智能开采的基础问题。基于绕射的地震勘探框架在理论上能够突破传统地震勘探分辨率瓶颈,该前沿技术已在勘探行业权威期刊不断报道,国内外工业界和科研院校也投入了大量研究工作,但尚未形成方法体系与工业化软件。围绕煤田灾害源防治与智能开采关键地质问题,阐述了一套基于绕射理论框架的地震勘探系统,通过不同类型绕射波传播规律研究了弱信号捕获模式,利用反射波与绕射波多域差异特征提取了携带高分辨率响应的绕射波信息,基于散射点模型提出绕射波精细速度建模方法,在多学科交叉基础上发展了绕射波多属性融合解释与阻抗反演技术,进而形成一套适用于我国未来透明矿山绿色开采的基础学科与前沿技术。     

煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径,针对智能开采需求和地质保障要求,分析了回采工作面地质保障主要面临的难题,包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状,对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标,采用综合探测、数据融合等技术,构建工作面静态地质模型,利用地质雷达、惯性导航技术,动态修正工作面地质模型,通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”,获取采煤机关键截割曲线,与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式,实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割,推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式,融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库,构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型,并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化,实现地质模型的任意剖切,结合随采地质...     

煤层采动条件下断层活化研究的现状分析及展望

采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题。从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤监测技术、注水试验等,从方法原理、研究现状、技术特点等方面对现有的主要测试与评价方法进行了总结;结合当前国内断层复杂区的煤炭资源开采,重点分析断层活化诱发的几类典型动力地质灾害形成机制及其内在联系;当前,对于采动诱发下的断层活化多维多尺度全程精细化监测技术等研究工作仍然不足,基于煤矿开采精准化、智能化需求,指出断层复杂区煤层开采研究应向多场耦合、精细化模型构建、多手段综合探查、智能预警等方向发展。认为通过进一步开展断层活化的基础理论、精细化模拟、多维多场多尺度监测预警的技术系统研究,可为煤矿智能化引领下的矿井地质保障工作提供坚实基础。      

我国煤矿瓦斯灾害超前大区域精准防控技术体系及展望

为满足煤矿自动化、智能化生产的快速发展及区域防突的迫切需求,推动煤矿大区域瓦斯灾害治理技术体系发展,针对传统煤层钻孔瓦斯抽采技术“钻不深、抽不出、检不了”等技术难题,系统分析近年来定向钻进、地面井、分段水力压裂、深孔取样、随钻探测等技术与装备在各大矿区不同地质条件下的应用效果。结果表明:目前已形成了基于大区域超前随钻地质勘探及预测、大区域地面及井下瓦斯抽采、非接触式连续在线动态预测等关键技术组成的煤矿瓦斯大区域治理技术体系,为推动煤层瓦斯治理技术的升级变革,实现不用或少用专用瓦斯治理巷道综合治理煤矿大区域瓦斯的目的奠定了基础。最后指出未来将发展核磁探测、伽马、雷达、深孔光纤等探测技术,以实现煤岩及地质异常体识别、瓦斯参数精确测定;发展地面水平井体积压裂高效开发及井上下联合增渗等技术,以提升井上下联合预抽效果;发展区域化超大流量压裂泵组或压裂工厂、连续油管压裂等技术与装备,以提升煤矿井下区域化增渗效果;发展风险信息融合感知、突出前兆特征智能识别、瓦斯超限预警等技术,以实现区域连续精准预测及智能预报警。      

基于高分二号卫星数据的煤矿区地质灾害信息提取研究

随着遥感数据获取技术和能力的全面提高,遥感数据呈现出明显的大数据特征。发展适应于遥感大数据的智能分析和信息挖掘技术,成为当前遥感技术研究的前沿。高分二号（GF-2）卫星数据是我国首颗自主研发的亚米级高分辨率卫星数据,具有观测幅宽、重访周期短、高辐射精度、高定位精度等优势,为未来我国地质灾害的长期、动态地监测和研究提供了高精度、稳定可靠的数据源。本文选取安徽谢桥煤矿2015年1月8日的GF-2卫星影像为研究数据,在对煤矿区主要地质灾害遥感地学分析的基础上,采用面向对象的影像分析方法对研究区由采煤活动所诱发的地质灾害信息进行自动提取。结果表明：利用GF-2卫星数据能够有效地识别地质灾害体的位置、范围、形态等空间分布特征;面向对象的自动提取方法对于煤矿区大面积的积水塌陷盆地、小规模的塌陷坑和线性的地裂缝都有很高的提取精度,识别精度达90% 以上;基于逐层剔除的思路构建的提取规则,为GF-2数据在地质灾害调查和大数据分析中的应用提供了很好的技术支持,也为其它地物目标的提取提供了参考,但在特征的选择和阈值的设定上需要具体分析。     

矿井电法勘探研究现状与发展趋势

隐蔽地质因素透明化是煤炭智能精准开采和煤矿重大事故防治的关键。煤岩体结构和流体赋存等因素变化均可引起显著的电性变化,奠定了矿井电法勘探的物性基础。30多年来矿井电法勘探在我国煤矿防治水中发挥了关键作用,经过采煤工作面顶底板探测、掘进工作面超前探测、采煤工作面内小构造探测以及矿井电法动态监测几个阶段的发展,产生了一大批标志性的理论、技术与应用成果,并在超前探测理论、方法、技术研究方面均居于国际领先水平。在归纳1980年初以来我国煤炭生产面临的主要水文地质问题的基础上,系统总结了在煤矿生产安全突出问题所处的不同阶段矿井电法勘探技术的发展历程和国内相关单位所做出的重要贡献,聚焦矿井电法勘探研究与应用现状,着重从多源信息融合、工作面透明化与矿井智慧化角度出发分析了矿井电法勘探的发展趋势。认为在实现煤炭智能化精准开采、深地探测以及地下空间开发利用过程中,矿井电法动态监测将成为电法勘探的未来发展方向,矿井电法勘探的应用领域将得到大幅度延伸,其发展前景也会更为广阔。