透明地质保障技术构建方法——以乌海矿区为例

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。

关于煤矿水害事故及水文地质工作的思考

矿井水害是影响煤矿安全生产的主要灾害之一,为了有效预防水害,需要分析水害类型及原因,并制订防治措施。经分析,煤矿主要水害类型包括地表水、煤层顶板上覆含水层水、奥灰承压水和老空水。主要防治措施是要严格执行探放水要求,做到“探清、查明、放净”。长远来看,煤矿水文地质工作仍有很大改进空间,一是需要建立健全煤矿水文地质理论体系;二是在传统物探和钻探技术基础上寻求突破;三是构建透明地质保障系统;四是优化水文地质技术服务机制;五是采用多种水文地质勘查技术。

随掘地震在乌海矿区断层超前预测中的应用研究

为解决乌海矿区智能化建设面临的透明地质保障问题,选择利民煤矿I030902工作面运输巷开展随掘地震探测工程,依托已有工业环网构建井地随掘地震实时数据传输网络和监测预报系统,在掘进机正常作业的同时,将巷道内采集的随掘地震数据实时传输至地面监控中心,经过数据筛选、脉冲化和偏移成像等步骤实现巷道掘进前方断层的随掘随探,共跟踪掘进长度1 268 m,为期54 d,预报6处断层,准确率75%,最大平面摆动误差6 m,验证效果较好。结果表明:随掘地震探测系统能够在巷道掘进的同时实现巷道前方断层的超前预报和跟踪探测,对多条断层具有良好的成像效果,可准确预测断层位置并及时反馈,保障了巷道掘进作业的安全高效开展。

基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术研究

巷道三维BIM建模具有数据结构复杂、细节信息量大等特点,在几何和语义上与GIS巷道三维模型相差很大,因此难以进行直接数据集成。为更好地利用GIS的空间分析功能和BIM的精细化建模功能,提出了基于BIM与GIS的矿山巷道参数化三维建模技术。首先设计了考虑BIM层次细节和GIS空间拓扑的巷道三维数据模型和数据结构,包括了结点、中间点、巷道弧段、巷道中线和三角网等多类型几何数据,能够管理巷道相关的地质素描、巷道设计、通风网络、避灾线路的各类专业参数;其次,提出了三维巷道网络拓扑关系处理方法,通过GIS的空间拓扑编辑功能构建标准化巷道中线网络数据集;最后,提出了参数化BIM巷道三维建模流程,即读取巷道中线数据集及参数,构建基本巷道BIM模型,利用布尔运算技术处理巷道硐室、拐弯和交岔点等复杂情况,生成的BIM模型可以充分展现巷道形态、支护等细节,也保留了GIS巷道网络拓扑关系,提高了数据的可集成性。采用布尔运算算法与常见的线框建模算法进行比对后,发现布尔方法在不同断面类型的巷道交岔点处理效果更佳。研究成果已经在大海则煤矿透明地质保障系统中得到应用,支持udatasmith、obj、fbx等多类型标准化三维数据格式,生成的三维巷道模型能够为煤矿避灾路线生成、通风网络解算、路径导航、智能地质保障等提供可视化与网络分析服务。

ZDY4500LFK全自动钻机开发与应用

为加速推进煤矿智能化建设,满足矿井透明地质保障系统构建需求,提高各类钻孔施工的自动化程度,减少井下工人数量,开发了ZDY4500LFK型全自动钻机,并配套开发了钻机的地面监测和控制系统。提出了该钻机结构设计方案,钻机地面监测和控制系统的组成和方案。并结合钻机在淮河能源西部煤电集团唐家会煤矿透明地质保障系统钻孔施工应用中遇到的问题,提出了杆仓列定位、自动接卸扣等关键技术,提高了钻机的可靠性、自动化程度。工业性试验结果表明:开发的地面监测和控制系统功能性、实时性满足使用要求,采用相关技术后,全自动钻机各系统运行可靠,杆仓列定位精准,主动钻杆丝扣磨损明显减少。研制的ZDY4500LFK型全自动钻机及其配套监测和控制系统减少了井下施工人员的数量,实现了稳定的全自动钻孔作业,为唐家会煤矿透明地质保障系统提供了可靠装备支撑。