创新点
（1）提出“四随”地质信息重构概念，通过随钻、随掘、随采、随落系列物探一体化透明信息的收集与表征，基于不同的点、线、面、体信息的汇集与整合，逐步形成透明工作面、透明采区、透明煤矿动态的地质模型构建体系。
（2）基于“四随”动态高精度探查技术，提出研发地层、构造、采场、资源等多源地质地球物理场数据信息融合技术，通过“四随”探测数据信息的实时获取和综合利用，提高地质信息实时感知与交互能力，辅以虚拟可视、成像等技术，实时修正静态地质模型，完成动态地质模型重构，逐步实现对煤矿地质条件的全透明化。
煤矿透明地质模型动态重构的关键技术与路径思考
作者：袁 亮1，2，张平松1，2
单位：1.中国煤炭学会 矿井地质专业委员会; 2.安徽理工大学
研究背景
据国家能源局不完全统计，现阶段全国有近400座煤矿正在逐步落实与推进煤矿智能化建设，智能化采掘工作面已经达到800余个。由此可见，智能化煤矿建设是煤矿未来发展的主流方向，其基于智慧生产系统，依托智慧职业与安全系统，辅助以智慧后勤保障系统，通过全数据可视、全场景协同，对煤矿生产、安全、技术、保障、健康与后勤等进行主动感知、自动分析、智能处理，实现对煤矿的无人、少人、安全、高效、清洁、健康管理建设的目标。
随着我国智能化煤矿落地进程逐渐加快，固定作业岗位无人值守、巡检机器人辅助作业等智能化少人开采技术成果斐然，并已经初步实现了工作面“减人、增安、提效” 目标。但受制于智能化相关技术发展瓶颈，国内智能化煤矿全局建设总体上仍处于培育和示范过程中，未能得到完全突破，其中地质条件的透明化问题是一项重要内容，特别是地质基础理论与技术短板亟待解决。尤其针对煤层开采静态与动 态地质条件、开采环境精准探测、全过程地质信息的高精度建模、地质条件的信息识别与精准预测、突发性地质灾害事件的智能监测与防治等相关基础理论研究仍是十分薄弱，缺乏井下非接触式全面感知与多源信息融合技术、井下应急性处理地质机器人等，智能化技术对复杂条件的生产矿井适应性不够理想。随钻、随掘、随采、随落(后称“四随”)探测一体化较以往单一探测技术而言，能够实现不停钻、不停掘、不停采条件下的连续探测，不影响正常的采掘作业，极大地提高了生产效率，具有数据采集实时性、低成本等特点。开展煤矿生产过程全生命周期的“ 四随” 勘 探透明地质信息收集与表征是智能化煤矿建设的关键。与此同时，钻掘采装备配备了“视觉” 与“ 思考” ，尝试对钻、掘、采、落过程的安全开展主动管控，成为实现煤炭智能安全精准开采的基础性、关键性技术。
摘要
围绕煤炭“双碳”发展战略及智能精准开采需求，构建与智能化煤矿建设相匹配的透明地质保障体系，首要任务是提高地质条件透明化理论方法和技术水平。 地质条件的精准判识对煤炭资源安全高效开发尤为关键，但由于地质条件多样、特殊、复杂，现阶段地质透明化及动态过程研究程度仍然不够充分。 钻、掘、采、落是煤炭安全精准开发及矿井建设中的4个基本步骤，其对应的透明化条件场景涵盖钻孔、巷道、采煤面、采空区及废弃矿井等诸多内容。因此，随钻、随掘、随采、随落(后称“四随”)系列物探一体化透明信息的收集与表征至关重要。
提出“四随”地质信息重构概念，基于不同的点、线、面、体信息的汇集与整合，逐步形成透明工作面、透明采区、透明煤矿动态的地质模型体系。具体而言，结合井下施工的钻孔所探查和揭露信息，形成孔周边特别是“随钻”过程中的惯性导航、煤岩识别、虚拟地质模型重构等技术突破;利用掘进机械在巷道工作面施工进程中超前探测与岩性分析，“随掘”获得对前方及周边一定范围内地质条件的物性成像和异常判断; 根据割煤机及巷道空间布设探测与识别探头，对煤层、顶底板空间岩层进行“随采”过程的精准识别与异常判定，提高对割煤区煤厚及地质灾害体的预报精度;依托布设在采空区的浓度、渗流、湿 度、温度、应力、应变等传感器，“随落” 过程对采后各类环境及灾害条件进行数据监测与跟踪，提高对异常体和剩余资源的判识能力。
基于“四随”动态高精度探查技术，进一步研发地层、构造、采场、资源等多源地质地球物理场数据信息融合技术，通过“四随” 探测数据实时获取与融合处理，提高地质信息实时感知与交互能力，辅以虚拟可视、成像等技术，实时修正静态地质模型，完成动态地质模型重构，逐步实现煤矿地质条件的全透明化。通过构建煤矿生产全生命周期智能化信息平台，实现云端信息综合诊断和预警互助，为智能化煤矿建设及资源化评价利用提供可靠的技术支撑。
部分图片
图 1 黄玉川煤矿井下随钻方位伽马测井试验成果
图 2 随掘地震技术与复合干涉算法处理效果示意
图 3 不同网络模型动态煤岩识别效果对比
图 4 采空区光缆应变分布
图 5 采动裂隙场形成过程中微震事件及其等值密云图的演化规律
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图6 采煤工作面三维建模
图 7 透明化地质系统框架
图 8 地震全波形单独反演速度剖面和联合反演速度剖面
图 9 一体化透明地质软件平台
图 10 三维地质模型动态重构路径流程
作者简介
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袁亮，男，1960年6月生，安徽金寨人，中共党员，十三届全国人大代表，中国工程院院士，教授，博士生导师，著名煤炭开采及瓦斯治理专家，煤与瓦斯共采理论主要奠基人，安徽理工大学校长、中国工程科技发展战略安徽研究院院长、合肥综合性国家科学中心能源研究院副院长、中国煤炭学会矿井地质专业委员会主任委员。曾任淮南矿业集团公司总工程师、中国矿业大学安全工程学院院长、中国煤炭学会和中国岩石力学与工程学会副理事长等职务。获国家科技进步二等奖6项，中国专利金奖1项、省部级科技进步特等及一等奖12项（均排名第一）、首届全国创新争先奖状、安徽省重大科技成就奖、安徽省突出贡献人才奖等奖励，享受国务院政府特殊津贴。获全国优秀科技工作者、国家有突出贡献的中青年专家、世界采矿大会“突出贡献奖”等荣誉称号。连续2年入选“中国高被引学者”榜单。2009年当选为中国工程院院士。
研究方向
煤与瓦斯共采，煤与共伴生资源精准开发，煤矿典型地质及动力灾害防控，工业粉尘防控与职业安全健康
主要成果
“九五”计划以来，主持完成国家重大专项、国家重大科技攻关、国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家重大科研仪器研制等国家和省部级重大科研项目50余项，2010年以来主持参与中国工程院重大、重点咨询研究项目10余项，获批行业首个国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）。开创性提出了卸压开采抽采瓦斯、无煤柱煤与瓦斯共采理论，开展了基于应力场、裂隙场、瓦斯场多场耦合基础研究，提出了煤与瓦斯共采“高位环形体”理论，取得了煤矿瓦斯治理理论重大突破。开发出煤矿瓦斯治理全套工艺技术，破解了低透气性高瓦斯煤层群安全开采重大难题，淮南矿区应用研究成果杜绝了瓦斯爆炸事故。主持编制中国首个《煤矿瓦斯治理总体方案》，在全国实施。研究成果在全国14个产煤省（区）、澳大利亚、俄罗斯、印度等国推广应用。
来源：
袁亮，张平松.煤矿透明地质模型动态重构的关键技术与路径思考[J].煤炭学报，2023，48(1):1-14.
