創(chuàng)新點
基于礦井透明地質(zhì)條件表達與實現(xiàn)，以智慧礦井體系及平臺建設(shè)為引領(lǐng)，提出靜態(tài)地質(zhì)模型與動態(tài)地質(zhì)模型相結(jié)合，向著智能化發(fā)展的方向。重點結(jié)合礦井靜態(tài)地質(zhì)要素大數(shù)據(jù)信息庫、多災(zāi)害源全程信息感知與監(jiān)測、動態(tài)地質(zhì)要素虛擬現(xiàn)實展示、特殊地質(zhì)因素動態(tài)評判與風(fēng)險判識、預(yù)警等智慧模塊的交互應(yīng)用，從多源、多參、多態(tài)、多維地質(zhì)要素精細化探查的實施與透明地質(zhì)條件構(gòu)建和立體動態(tài)展示的角度，指明了實現(xiàn)煤炭精準生產(chǎn)全過程中地質(zhì)信息透明化的思路，并對礦山透明地質(zhì)條件構(gòu)建中涉及的諸多關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)、集成與利用進行了構(gòu)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(shè)與發(fā)展。
作 者
袁 亮1,2，張平松1,2
單 位
1. 中國煤炭學(xué)會 礦井地質(zhì)專業(yè)委員會；2. 安徽理工大學(xué)
研究背景
國家能源戰(zhàn)略對煤炭工業(yè)智能化建設(shè)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(chǎn)和消費革命,構(gòu)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(chǎn)需要圍繞清潔、低碳、安全、高效4個核心要素,減少開采、轉(zhuǎn)化、燃燒發(fā)電到終端消費全產(chǎn)業(yè)鏈的污染物產(chǎn)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(chǎn)轉(zhuǎn)化和發(fā)電技術(shù)?；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(chǔ)研究、前沿科學(xué)研究及應(yīng)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(zhì)條件的精細探查是基礎(chǔ)環(huán)節(jié),查明和重構(gòu)煤炭開采透明化地質(zhì)條件,是精準開采和清潔利用的基礎(chǔ)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(zhì)條件為基本指標,結(jié)合礦井開采及安全相關(guān)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(shè)中,首先需要解決的問題是地質(zhì)條件的透明化,以確保采掘條件的可視、可預(yù)和可控。國內(nèi)外地下空間透明化的研究較多,淺部地質(zhì)條件的透明構(gòu)建為淺層地下空間利用提供了基礎(chǔ),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(zhì)條件是煤炭精準開采智慧化的重要基礎(chǔ)。結(jié)合礦井靜態(tài)地質(zhì)要素大數(shù)據(jù)信息庫、多災(zāi)害源全程信息感知與監(jiān)測、動態(tài)地質(zhì)要素虛擬現(xiàn)實展示、特殊地質(zhì)因素動態(tài)評判與風(fēng)險判識、預(yù)警等智慧模塊的交互應(yīng)用,從靜態(tài)與動態(tài)地質(zhì)模型角度提出實現(xiàn)煤炭精準生產(chǎn)全過程地質(zhì)條件透明化的思路。
其一,靜態(tài)地質(zhì)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(shè)基礎(chǔ)地質(zhì)信息,重構(gòu)地下空間地質(zhì)特征數(shù)字模型,為資源、構(gòu)造、井巷等靜態(tài)因素評價、瀏覽、計算等提供基礎(chǔ)。
其二,通過動態(tài)地質(zhì)模型獲取掘采工程擾動效應(yīng)影響下,原生靜態(tài)地下空間地質(zhì)條件發(fā)生變形與破壞,由此而引起的應(yīng)力應(yīng)變場、地質(zhì)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(xué)作用下,生產(chǎn)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(yīng)力集中與釋放、煤與瓦斯涌突、突水潰沙等多種災(zāi)害源現(xiàn)象的動態(tài)地質(zhì)信息變化量值。
特別針對動態(tài)地質(zhì)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(zhì)、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(fù)合源信息監(jiān)控平臺,構(gòu)建耦合信息、致災(zāi)因素、災(zāi)害前兆等多元信息數(shù)據(jù)庫和時空四維地質(zhì)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(zhì)模型參數(shù)注入和改造,反演地質(zhì)及災(zāi)害源條件的變化狀態(tài),實現(xiàn)對煤層精細賦存條件、多災(zāi)害源受采掘影響致災(zāi)過程的透明化。同時,結(jié)合采掘要素對特殊地質(zhì)條件進行探測與評價,從而實現(xiàn)整個礦井地質(zhì)條件的透明重構(gòu)。
實施中,還需要利用物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)、人工智能、VR等技術(shù),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(zhì)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(shè)管理提供支撐。
部分圖片
智慧礦井的要素體系結(jié)構(gòu)
透明地質(zhì)條件實現(xiàn)示意
礦井地質(zhì)條件四維多場監(jiān)測感知系統(tǒng)示意
智能感知技術(shù)與裝備發(fā)展體系
地學(xué)大數(shù)據(jù)融合利用
地質(zhì)空間條件的三維重構(gòu)
多源災(zāi)害事故評價體系
多災(zāi)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(dǎo)師。1982年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院（現(xiàn)安徽理工大學(xué)）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(wù)局）總工程師長達15年，現(xiàn)任安徽理工大學(xué)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(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長、公共安全科學(xué)技術(shù)學(xué)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(xué)會礦井地質(zhì)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(zhì)及動力災(zāi)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(shù)原理，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全套工藝技術(shù)，成功地解決了低透氣性高瓦斯煤層安全開采技術(shù)難題，實現(xiàn)瓦斯事故歷史“重災(zāi)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(chǎn)煤省（區(qū)）的200余家重點煤礦推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)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(shù)發(fā)展，以及煤礦安全生產(chǎn)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(guān)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(xué)技術(shù)發(fā)展基金會孫越崎科學(xué)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(shù)拔尖人才、“八十年代全國優(yōu)秀大學(xué)畢業(yè)生”等多項榮譽的獲得者。先后獲國家授權(quán)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(xué)術(shù)論文100余篇。
來源：煤炭學(xué)報
