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...     

我国煤矿地质保障系统技术发展现状和前景

煤矿生产是一个庞大的地下系统工程,由于我国煤矿开采地质条件的复杂多样性,采取多种综合技术手段查清影响煤矿生产的各种地质因素,为煤矿生产安全提供地质保障,已成为我国今后煤炭工业稳定高速发展的基本保证.本文对我国煤矿地质保障系统相关技术目前的发展水平和存在问题,进行了总结分析,提出了今后的努力方向.     

唐家会煤矿透明地质保障系统构建及示范

唐家会煤矿智能化建设面临导水断层发育、带压开采等制约因素,地质条件不透明成为智能开采的技术瓶颈。唐家会煤矿以奥灰水害防治为重点,采用孔中瞬变电磁、孔间电阻率、随掘地震、随采地震、微震监测5项先进技术,构建了实时动态透明地质保障系统,实现基于透明地质模型的水害防治、快速掘进和智能回采3个目标,以支撑自主截割快速掘进和自主规划智能回采2条智能采掘作业线,其中,随采地震探测技术在61304智能回采工作面超前80 d、344 m发现了SYC1异常区并持续跟踪预报,现已得到回采揭露验证。透明地质保障系统的示范应用,取得了显著的经济效益和社会效益:① 61304工作面解放了受奥灰水威胁近100万t煤炭资源;② 61302快速掘进工作面的进尺由原来的260 m/月提高到352 m/月;③ 61304智能开采工作面日常用工减少70%。      

透明地质保障技术构建方法

煤炭地质保障技术贯穿于煤炭工业的全生命周期,是实现煤炭资源安全高效智能绿色开采的基础和前提,在灾害防治、隐蔽致灾因素探查、煤炭智能开采等方面发挥着关键作用,而地质透明是提高智能分析与决策、自动精准控制与高效采煤能力的关键核心任务。以乌海矿区为例,为解决矿区智能化建设面临的地质条件复杂、透明地质保障能力薄弱的问题,采用以随掘地震、随采地震为代表的智能探测技术,获取采掘工作面实时地质数据;通过构建数据底座,利用多源数据融合技术,实现海量地质数据的融合分析;基于多源数据融合结果,构建三维地质几何模型和水、火、瓦斯等多属性模型,利用实时地质数据驱动模型更新,实现构造、水、火、瓦斯等隐蔽地质规律与分布特征的数字化表达。以地质模型为基础,融合地质异常体空间位置、几何大小、属性信息等,构建透明地质保障系统,实现隐蔽致灾因素的地质预报,为煤矿安全高效开采提供智能决策。研究成果为实现乌海矿区煤炭智能化开采提供地质保障,对于推动全国煤矿智能化建设具有重要的借鉴意义。      

基于微服务的地质保障系统架构与应用

煤炭地质保障系统对煤矿的安全、高效生产具有非常重要的作用。煤矿地质保障系统开发面临数据来源多样、地质监测系统集成开发语言不统一、定制化软件导致地质保障平台在不同煤矿适应性差等问题。提出微服务的地质保障系统开发架构,架构分为3层,分别是应用层、平台层和基础设施层。微服务的地质保障架构规范了开发过程,简化了使用的技术栈,优化了系统集成开发流程;将通用的技术业务固化在开发架构,将需要集成的地质类子系统等专业属性强的业务通过微服务方式进行开发和部署运行,降低了开发、集成难度;使用Docker技术封装微服务镜像,让微服务的部署运行不再受到运行环境的影响,提高跨平台移植性,降低了系统的部署难度,缩短了部署时间。微服务地质保障系统架构在唐家会地质保障系统中的开发实践证明:架构的应用改变了现有地质保障类软件的开发模式,通用业务与专业类业务分离,以微服务的形式实现多专业应用集成,便于多团队并行开发,提高工作效率;微服务实现了系统内部各功能之间的高内聚低耦合,不同方法的钻探、物探等专业功能开发可独立完成,使后期运维、修改的可控性大大提高。      

矿井地质保障技术在神东矿区的应用

介绍了矿井地质保障技术在神东矿区的应用情况,并针对该技术在神东矿区应用中存在的问题,提出了进一步发挥矿井地质保障系统作用的建议,以便使矿井地质保障系统真正地为神东公司继续保持高速、健康发展保驾护航.     

基于透明地质的唐家会煤矿奥灰水防治技术

唐家会煤矿6号煤开采面临导水断层多、隐伏导水构造发育,奥陶纪灰岩(简称奥灰)水害防治难度大的问题。经过不断的探索和实践,唐家会煤矿引进多种先进技术,获取大量地质、水文地质数据,构建智能地质保障系统,形成“物探钻探探查、井上下联合注浆治理、孔中瞬变电磁精细探查、注浆效果孔间电阻率检测、煤层底板微震电法联合监测”的技术思路。通过融合各类静态数据、动态数据、实时数据,完成断层、破碎带、含水层、低阻异常区等充水因素的数字建模,使地质要素、钻探物探数据可视化、透明化,以此为依托,建立一套基于透明地质的奥灰水害全时空防治体系,实现带压开采条件下奥灰水害的精细探查、靶向治理、效果检测和回采监测,取得了良好的应用效果。      

透明地质关键技术及示范专题客座主编寄语

煤矿智能化建设是煤炭企业转型升级的技术方向,煤矿智能地质保障系统是《煤矿智能化建设指南(2021年版)》的基本建设内容,其核心是实现矿井地质信息的透明化.透明地质是以高精度地质探测和监测技术为核心,以三维地质可视化平台为支撑,建立地质与工程数据动态融合的高精度模型,为智能掘进、智能采煤以及智能安全监控等提供基础地质保障.为此,需要大力推广智能采掘T作面的随采智能探测、随掘智能探测与监测的技术装备,积极研发智能钻探、智能物探、智能探测机器人等新技术与新装备,并开展智能地质保障系统的技术集成和工程示范.     

徐州深层地下水开发利用中存在的环境地质问题及成因分析

徐州深层地下水在开发利用过程中,由于开采布局不合理和存在"三集中"(开采层次集中、开采地段集中、开采时间集中)以及水文环境地质条件脆弱等因素,出现了一系列环境地质问题,如地下水位下降、地面塌陷、水质恶化等.分析徐州市深层地下水开发利用中存在的环境地质问题及成因,对徐州市深层地下水合理开采和保护具有一定的指导意义.     

新疆哈巴河县某金矿地质环境影响程度评价

新疆哈巴河县某一金矿为多年开采的老矿山,矿山采用地下开采方式,针对该金矿前期开采现状地质环境影响程度和后期开采预测地质环境影响程度问题,选取地质灾害危害程度、含水层破坏程度、对地形地貌景观破坏和土地资源破坏四个指标进行分析,分析各矿建设施、破坏土地单元和采矿活动对地质环境的影响程度,最后根据地质环境的破坏程度提出了相应的矿山地质环境防治措施。     

绿色煤炭基础地质工作框架刍议

绿色煤炭是煤炭行业绿色矿山建设的具体体现,绿色煤炭对煤炭地质工作提出新要求,带来新的发展机遇。煤炭地质工作贯穿于绿色煤炭产业体系的全过程,可以分解为三大目标任务:矿产资源地质,寻找绿色资源实现绿色勘查;安全开采地质,为绿色开采提供可靠的地质保障;加工利用地质,为煤炭清洁高效利用提供充分的地质依据。分析了绿色煤炭各阶段对地质工作的需求特点,初步建立了绿色煤炭基础地质工作框架,提出了各阶段基础地质工作的主要内容。      

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...     

我国煤矿矿井地质工作发展阶段概述

矿井地质是一门探索性、适用性都非常强的技术科学,是在煤田地质勘查的基础上、在矿井建设和生产期间、直接为煤矿建设和生产服务的一项重要技术基础工作。我国的矿井地质工作是随着煤炭工业的迅速发展而建立和发展起来的,并积累了丰富的实践经验,逐步形成了一套比较完整的工作内容和工作方法,它对煤矿建设和生产起着重要的作用,其发展历程可划分为四个阶段:初期创立阶段、曲折发展阶段、开拓前进阶段和发展提高阶段。随着我国经济的快速发展,煤炭需求量也随之持续增长,煤炭开采逐步向深部等难采块段及边缘地区推进,其地质条件日趋复杂,开采难度加大,因此矿井地质工作必须做好基础地质的研究工作,重视高新技术应用,完善地质保障体系,逐步提高勘探精度。     

煤炭绿色开发地质保障体系的构建

煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭...     

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。      

校准数字化矿图的一种实用算法——网格限制法

满足数字化矿图的精度要求是实现数字矿山的重要保证。结合煤矿地测微机制图和相关矿图的特点,本文提出了利用曲面样条函数及公里网特征点数据校准数字化矿图的实用数学方法。      

中国煤矿井地质及前景

中国的矿井地质工作历经50年的创业、发展和完善,已成为煤矿建设生产中无可替代的一门边缘和应用学科。矿井地质工作贯穿于煤矿设计、建设、生产、开拓延伸。矿井改造直到矿井报废的全过程,涉及到开拓设计、采煤掘进、瓦斯、水文、地压、顶板。地温、安全、环境保护和综合利用等领域。50年来中国矿井地质工作在新井建设和老井挖潜、核实储量、丰富煤田地质理论。完善预测和探查方法等方面都积累了许多可贵的经验,有力地推动中国煤炭工业持续高速度发展。在新的形势下,矿井地质的作用和自身优势尚未充分发挥,因采掘而发生的地质动态变化和环境问题必将成为矿井地质面临的重大课题。矿井地质亟待在改革中前进,在挑战中突破。     

煤地质学研究进展与前沿

煤地质学是以煤的形成、组成、煤系伴生矿产、煤层瓦斯和煤层气为主要研究内容的地质学分支。近年来随着我国和世界对煤炭资源安全开采、洁净利用的要求逐渐提高,煤及煤层气资源的勘探与开发,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过分析2011-2015年《国际煤地质学》杂志发表的717篇学术论文,总结了近期煤地质学最新的研究热点与前沿。研究发现:煤层气资源评价以及与煤层气开发关系最为紧密的煤储层物性研究是各国煤地质科技工作者最为关注的热点;煤中的矿物质和元素地球化学一直为人们所重视;与煤的形成、开采和利用相关的煤岩学及有机地球化学,煤的自燃、燃烧与环境,沉积环境与煤炭演化,地理信息系统与矿区环境监测,矿井瓦斯,矿井构造,矿井水和煤的热解等方面的研究一直在持续开展;页岩气资源评价与开发越来越受到人们重视。      

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。      

北京西山石炭-二叠纪煤系变形变质特征与地质灾害

北京西山石炭 二叠纪煤系分布区地质灾害类型 (尤其是采空区地面塌陷 )与处于同一地区的侏罗纪煤系有明显的差别。造成差别的因素很多。在区域构造位置、区域应力场分布格局、煤矿开采深度、煤系岩石组合和煤质特征、采区地形坡度、风化剥蚀条件、煤炭开采技术及工艺等因素中 ,煤系岩石组合和煤质特征是主要因素。对煤系岩石组合和煤质特征的研究成果表明 ,其变形变质特征是决定煤系岩石物理性质的重要因素。在北京西山的地质灾害调查和成因研究中逐步认识到 ,地质灾害类型及强度与煤系及煤层的物理性质关系密切。因此 ,煤系的变形变质特征研究 ,既是基础地质问题 ,也是工程地质问题 ,应是煤炭分布区与采空相关的地质灾害研究中的重要内容之一。