透明矿山建设与推进的探讨

本文对透明矿山进行概述,利用随采(掘)随探、长掘长探(钻孔+物探)、时态地理系统、智能系统、煤岩层识别、虚拟现实、多源数据融合等多种技术手段,通过统一的多源数据管控平台,对地形地貌、地面生产及辅助生产系统、井下地层产状、地质构造、隐蔽致灾因素、主要机电设备、监测监控、开采环境等空间信息和属性信息进行三维动态建模、可视化展示,实现多源数据的集成和应用,是为矿山智能开采提供精准信息的可视化管控平台。探讨透明建设的主要思路和关键技术,即建设管控平台、建立规范的矿山三维模型、建立透明地质保障系统、建设隐蔽致灾因素可视化系统、构建主要设备模型、多源时空数据的存储与集成等。提出透明矿山建设要聚焦重点,结合煤矿隐蔽致灾因素普查治理与透明地质,为煤矿重大安全风险研判提供依据,为灾害治理提供精准靶区。

透明矿山建设与推进的思考

透明矿山建设可分为矿山外部生产环境透明化建设和矿山内部生产环境透明化建设,前者通过建设矿山多源数据协同共享平台消除困扰矿山的“信息孤岛”和“子系统孤岛”现象,实现对矿井生产过程中人设备环境所产生基础多源大数据的透明化管理;后者通过智能算法对反演模型的优化以及通过构建约束模型耦合基于平台实时获取的巷道、钻探以及回采动态揭露的多源先验数据,提高矿山地质勘探的精准性。透明矿山建设涉及范围广、实施难度大,通过对矿山生产各专业信息的逐步积累和充分挖掘利用,逐步提高矿井安全隐患、水、瓦斯等更大范围和更高维度的透明化建设,为矿山的智能无人开采提供精准数据支持。

透明化矿山管控平台的设计与关键技术

在分析国内外研究现状的基础上,提出了透明化矿山的概念和核心内容以及构建透明化矿山需要遵循的5个原则,并基于空间信息技术的最新发展,阐述了包括三维引擎层、智能煤矿平台层和生产操作层的透明化矿山系统构建的体系架构,并针对煤矿井上下空间对象的建模规范、多源时空数据的存储与集成、高精度地质体模型的构建和动态修正、海量数据三维可视化、机电设备模型构建与仿真以及自动化远程可视化控制等关键技术问题提出了解决方案,为矿山的透明化远程管控提供参考。部分技术已在阳泉煤业(集团)有限责任公司得到实际应用。

基于地质统计学反演的透明化矿山岩性建模参数研究及应用

为提供煤炭精准开采地质保障前期高分辨率的岩性地质建模基础数据,针对煤系地层的煤层厚度和存储条件,基于地质统计学反演理论建立楔形煤层的纵波阻抗模型,对获取的地震数据通过多组反演实验分析不同概率密度函数、横向变程参数对煤层厚度反演的影响,并进一步讨论了不同数量和位置的井约束条件下反演的效果,最后基于煤田地震数据进行了实际应用。结果表明,地质统计学反演参数对反演结果影响较大,合理的概率密度函数、横向变程和合理的约束井选取可以提高反演的准确性。实际应用表明地质统计学反演能够预测出1 m左右的薄煤层,反演的煤层厚度与测井数据结果误差范围为1.82%~12.24%。研究结果对薄煤层厚度预测具有一定的可行性,可以为透明化矿山前期岩性地质建模提供有价值的建模数据。

透明化矿山建设关键技术探讨

阐述了透明化矿山的定义:利用物探、钻探、地理信息等技术,基于地质资料,实现矿山地面设施、工作面、地层的可视化,实现多部门、多专业、多业务的集成和协同应用,能为矿山安全生产、智能开采提供强力的技术保障的可视化管控平台,可实现全矿井"监测、控制、管理"的二三维高度一体化。探讨了透明化矿山建设的关键技术,即高精度透明化三维地质模型的建立、数据的可视化、设备建模、管控平台的建设、智能化超前探测技术等,透明化矿山关键技术的建设与完善是矿山实现安全、高效、少人或无人开采的必要条件。指出了目前透明化矿山建设存在的问题:关键技术水平仍需进一步提高、三维地质模型建设技术仍不成熟,数据采集不够精确。今后针对透明化矿山建设,要不断提高三维地质建模的精准度,需开展对地球物理等勘探技术的研究,为智能化矿山建设提供更精准的地质保障。

生产视角下的智能化矿山建设及关键技术探讨

针对当前我国煤矿智能工作面建设存在的开采煤层厚度薄、普氏系数大、截割轨迹以记忆截割为主、对复杂地质条件适应性较差等问题,结合煤炭企业现场生产的大量经验和应用需求,提出了智能化矿山的层级化设计理念,将智能化矿山系统划分成感知控制层、通信层、数据层、应用层4个层级,明确了各层级的作用和建设内容,各层级彼此独立、相互依托。探讨了智能化矿山建设的关键技术,指出多源传感器体系搭建、井下复杂条件信息传输、智能化矿山云平台开发、安全生产系统构建、矿井设备智能联动控制、矿井智能应急处置等关键技术是智能化矿山建设的根本,尤其是云平台开发和安全生产系统构建是智能化矿山建设的核心。针对传统观念、资金筹集、人才队伍、技术难题等方面存在的问题,提出了相应的应对策略,倡导智能化矿山建设宜遵循"统筹兼顾、主次分明、模块建设、分步实施、基地示范"的建设思路,为煤矿智能化建设提供了参考。

矿井智能管控平台的设计及应用

在分析智能煤矿发展方向与需求的基础上,提出并设计了基于感知层、传输层、数据层、平台层、应用层和展现层的智能矿井整体架构,探讨了智能矿井建设过程中所涉及的地理信息技术、数据库及数据融合技术、协同处理技术、物联网与智能传感器、虚拟化技术与云计算技术等。提出了矿井智能化管控平台设计方法,包含全井智能监控系统、安全生产执行系统、企业经营管理系统、智能决策分析系统和3D透明矿山系统等。利用设计的矿山智能管控系统进行作业应用,结果表明提高了指挥调度决策效率,增强了矿井作业平台各信息显示的直观性和可操作性,并进一步通过智能会议系统,加快了信息交流速度,提高了办事效率,降低了行政管理成本,为智慧矿井的建设提供了新的参考。

国家能源集团煤矿智能化建设路径研究

分析了国家能源集团煤矿智能化建设现状,提出了国家能源集团煤矿智能化建设4条建设原则,制定了近期、中长期发展目标,重点研究了国家能源集团煤矿智能化的建设路径和重点任务;认为,应加强煤矿智能化建设的顶层设计,在融合先进技术、突破关键技术、建设示范工程上重点发力,分类分步有序推进煤矿智能化建设;最后指出,随着煤矿智能化建设的不断推进,现有传统开采模式必将被全新的智能化开采模式取代。