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創新點
基於礦井透明地質條件表達與實現，以智慧礦井體系及平臺建設為引領，提出靜態地質模型與動態地質模型相結合，向著智能化發展的方向。重點結合礦井靜態地質要素大數據信息庫、多災害源全程信息感知與監測、動態地質要素虛擬實境展示、特殊地質因素動態評判與風險判識、預警等智慧模塊的交互應用，從多源、多參、多態、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展示的角度，指明了實現煤炭精準生產全過程中地質信息透明化的思路，並對礦山透明地質條件構建中涉及的諸多關鍵技術的實現、集成與利用進行了構想，為煤炭資源開發智能、安全、高效、綠色發展提供借鑑，促進煤炭工業智慧化建設與發展。
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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
國家能源戰略對煤炭工業智能化建設與發展進行了準確定位,煤炭綠色智能開採、清潔高效利用成為未來礦山發展的主線,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,減少開採、轉化、燃燒發電到終端消費全產業鏈的汙染物產生,有效控制和利用二氧化碳,開發集約化、規模化和高效率的煤炭開採、聯產轉化和發電技術。基於國際能源發展戰略前沿需求,全面推動煤炭綠色智能開採、煤炭清潔高效燃燒、現代煤化工及高效利用、廢棄礦井資源綜合利用及CCUS開發利用的基礎研究、前沿科學研究及應用研究,助力國家碧水藍天戰略。
在煤炭資源開發全過程中,地質條件的精細探查是基礎環節,查明和重構煤炭開採透明化地質條件,是精準開採和清潔利用的基礎保障。針對煤炭資源的智能化發展,王國法等以礦區所在區域及地質條件為基本指標,結合礦井開採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,以確保採掘條件的可視、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實境透明化軟體。
摘 要
礦井透明地質條件是煤炭精準開採智慧化的重要基礎。結合礦井靜態地質要素大數據信息庫、多災害源全程信息感知與監測、動態地質要素虛擬實境展示、特殊地質因素動態評判與風險判識、預警等智慧模塊的交互應用,從靜態與動態地質模型角度提出實現煤炭精準生產全過程地質條件透明化的思路。
其一,靜態地質模型通過採集「空-天-地-井-孔」全方位立體化探測模式數據,融合井巷建設基礎地質信息,重構地下空間地質特徵數字模型,為資源、構造、井巷等靜態因素評價、瀏覽、計算等提供基礎。
其二,通過動態地質模型獲取掘採工程擾動效應影響下,原生靜態地下空間地質條件發生變形與破壞,由此而引起的應力應變場、地質地球物理場、滲流場、溫度場、濃度場等狀態發生改變的參量特徵;以及工程動力學作用下,生產環境周邊巖層的離層、裂隙、垮落、圍巖失穩、底臌、衝擊地壓顯現、應力集中與釋放、煤與瓦斯湧突、突水潰沙等多種災害源現象的動態地質信息變化量值。
特別針對動態地質模型發生與發展過程中狀態及參數的顯現不同,通過進一步加強多介質、多相、多態、多維、多源數據的有機融合,進行多參數聯合反演,搭建井上下複合源信息監控平臺,構建耦合信息、致災因素、災害前兆等多元信息資料庫和時空四維地質信息系統,進行實時連續動態監控;並通過對靜態地質模型參數注入和改造,反演地質及災害源條件的變化狀態,實現對煤層精細賦存條件、多災害源受採掘影響致災過程的透明化。同時,結合採掘要素對特殊地質條件進行探測與評價,從而實現整個礦井地質條件的透明重構。
實施中,還需要利用物聯網、雲平臺、大數據、人工智慧、VR等技術,進行資源整合、集成和升級改造,將礦區分散的、零星的地質信息聚集起來,實現「主動感知、自動分析、智能決策」,最終為煤系資源的精準開發利用和智慧礦區的建設管理提供支撐。
部分圖片
智慧礦井的要素體系結構
透明地質條件實現示意
礦井地質條件四維多場監測感知系統示意
智能感知技術與裝備發展體系
地學大數據融合利用
地質空間條件的三維重構
多源災害事故評價體系
多災害源監測與感知體系
安全事故多部門協同監管
作者簡介
袁亮，男，1960年6月生，安徽金寨人，中共黨員，著名煤炭開採及瓦斯治理專家，煤與瓦斯共採理論主要奠基人，中國工程院院士，博士生導師。1982年畢業於淮南礦業學院（現安徽理工大學）採礦工程系地下採煤專業。曾任淮南礦業集團（原淮南礦務局）總工程師長達15年，現任安徽理工大學黨委副書記、校長、煤炭安全精準開採國家地方聯合工程研究中心主任、工業粉塵防控與職業安全健康教育部重點實驗室主任、中國工程科技發展戰略安徽研究院院長；兼任煤層氣產業技術創新戰略聯盟理事長、公共安全科學技術學會副理事長、中國職業安全健康協會副理事長、中國煤炭學會礦井地質專業委員會主任委員。
研究方向
煤與瓦斯共採，煤及共伴生資源精準開發，廢棄礦井資源開發利用，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
袁亮院士是煤與瓦斯共採理論的主要奠基人。他開創性提出了卸壓開採抽採瓦斯、無煤柱煤與瓦斯共採技術原理，開發出具有自主智慧財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採技術難題，實現瓦斯事故歷史「重災區」連續23年避免瓦斯爆炸事故，創建了我國首個煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，並將研究成果在全國14個產煤省（區）的200餘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採理論和技術發展，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、國家重點研發計劃等多項國家級科技攻關項目研究，先後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）；是中國科學技術發展基金會孫越崎科學教育基金首屆「優秀青年科技獎」、「能源大獎」、首屆「全國創新爭先獎狀」、「安徽省重大科技成就獎」、「全國優秀科技工作者」、「世界採礦大會突出貢獻獎」、國家有突出貢獻的中青年專家、全國煤炭系統專業技術拔尖人才、「八十年代全國優秀大學畢業生」等多項榮譽的獲得者。先後獲國家授權發明專利70餘項，出版專著8部、「十二五」規劃教材1部，制定行業標準10項，發表學術論文100餘篇。
來源：
袁亮,張平松.煤炭精準開採透明地質條件的重構與思考[J].煤炭學報,2020,45(7):2346-2356.
YUAN Liang,ZHANG Pingsong．Framework and thinking of transparent geological conditions for precise mining of coal[J].Journal of China Coal Society,2020,45(7):2346-2356.
責任編輯：韓晉平
編輯整理：郭曉煒
審 核：常琛
End
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