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煤礦智能化開(kāi)采凝聚了煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的行業(yè)共識(shí)，不但成為煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展趨勢(shì)，還為今后煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展指明了方向。

一、地質(zhì)工作在煤炭工業(yè)健康快速發(fā)展中占基礎(chǔ)地位

煤炭地質(zhì)工作是一項(xiàng)基礎(chǔ)性很強(qiáng)的工作。它橫跨了煤田勘探、井田劃分、礦井設(shè)計(jì)、開(kāi)拓掘進(jìn)、安全回采、煤炭利用乃至礦井關(guān)閉等煤炭開(kāi)發(fā)的不同階段，貫穿于煤炭工業(yè)的全生命周期，是實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全高效開(kāi)采的基礎(chǔ)和前提。煤炭地質(zhì)工作是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，面對(duì)看不見(jiàn)、摸不著、變化多端的煤層賦存條件，地質(zhì)人員依靠有限的手段開(kāi)展探測(cè)，利用片段的信息進(jìn)行解釋推斷，其技術(shù)難度可想而知。

另外，煤炭地質(zhì)工作與煤礦安全生產(chǎn)密不可分。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，煤礦開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生的水、火、瓦斯、煤塵、頂板等事故，無(wú)一不與地質(zhì)條件密切相關(guān)。由于采區(qū)地質(zhì)條件不清，致使工作面無(wú)法正常推進(jìn)、接續(xù)失調(diào)以至蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失的事件，更是不勝枚舉。

因此，在“九五”期間，煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)作為煤礦安全高效開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)之一，被列入高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的五大保障體系。地質(zhì)工作在我國(guó)煤炭工業(yè)健康快速發(fā)展中占有不可或缺的基礎(chǔ)地位。

二、煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)將邁向以精準(zhǔn)探測(cè)、智能探測(cè)為特點(diǎn)的新階段

伴隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)的整體架構(gòu)、研究?jī)?nèi)容、保障目標(biāo)、配套技術(shù)等逐漸發(fā)展成熟，其內(nèi)涵與外延不斷豐富和完善，迄今為止歷經(jīng)了四個(gè)階段。

第一階段:煤炭資源開(kāi)發(fā)地質(zhì)保障。改革開(kāi)放后，我國(guó)完成了第三次全國(guó)煤田預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，埋深2000米以淺的煤炭資源總量5.57萬(wàn)億噸、保有資源量超過(guò)1萬(wàn)億噸。這是煤礦地質(zhì)保障技術(shù)的萌芽階段。

第二階段:“雙高礦井”建設(shè)地質(zhì)保障。“九五”期間，煤炭工業(yè)開(kāi)始創(chuàng)建以高產(chǎn)高效為主要特征的“雙高礦井”，隨著大型綜采配套設(shè)備的投入使用，迫切需要超前查明煤礦采區(qū)的構(gòu)造、水文等開(kāi)采地質(zhì)條件，傳統(tǒng)的地質(zhì)保障技術(shù)開(kāi)始從煤田地質(zhì)勘探進(jìn)入礦井設(shè)計(jì)領(lǐng)域。這是煤礦地質(zhì)保障技術(shù)的初級(jí)階段。

第三階段:煤礦安全高效生產(chǎn)地質(zhì)保障。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，為有效減少煤礦瓦斯、水害等事故，煤礦地質(zhì)保障工作從地面到井下，全方位開(kāi)展煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的探查與治理，煤礦地質(zhì)保障工作進(jìn)入生產(chǎn)階段，地質(zhì)保障技術(shù)向煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)發(fā)展。

第四階段:煤礦智能化綠色開(kāi)采地質(zhì)保障。從2014年陜煤集團(tuán)黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦41101工作面首次實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采以來(lái)，少人化、無(wú)人化、智能化開(kāi)采以及智慧礦井等先進(jìn)生產(chǎn)理念深入人心，煤炭綠色開(kāi)采、智能精準(zhǔn)開(kāi)采、透明工作面、透明礦井等對(duì)煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)提出了新的更高的要求。隨著《指導(dǎo)意見(jiàn)》的逐步落實(shí)，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)必將邁向以精準(zhǔn)探測(cè)、智能探測(cè)為特點(diǎn)的新的歷史發(fā)展階段。

三、亟待開(kāi)發(fā)煤礦采掘工作面地質(zhì)透明化技術(shù)與裝備

改革開(kāi)放以來(lái)，煤炭地質(zhì)保障技術(shù)與裝備得到了快速的發(fā)展，構(gòu)建了以煤為主、多種資源協(xié)同勘查的綜合勘查理論體系，形成了以三維地震與瞬變電磁、礦井電法、槽波地震等為特色的系列化地球物理探測(cè)技術(shù)與裝備，研發(fā)了煤層底板高承壓奧灰?guī)r溶水害隱患地面區(qū)域超前治理的新技術(shù)，不斷創(chuàng)造并刷新煤礦井下順煤層超長(zhǎng)定向鉆進(jìn)孔深世界紀(jì)錄，并在煤礦重特大水害事故搶險(xiǎn)救援中屢建奇功。然而，煤礦智能化開(kāi)采面臨急需解決的問(wèn)題，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)尚處于起步階段。

以“記憶截割為主，人工干預(yù)為輔”“無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，有人安全巡視”為特征，我國(guó)煤礦已有200多個(gè)工作面相繼實(shí)現(xiàn)了智能化開(kāi)采。山西、山東、陜西、河南等煤炭大省相繼出臺(tái)了全面實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)智能化開(kāi)采的實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)和激勵(lì)政策。簡(jiǎn)單地質(zhì)條件下，薄煤層、中厚煤層和厚煤層的智能化開(kāi)采技術(shù)在一些煤礦取得了初步成功。

但是，我們應(yīng)該清醒地看到，我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)才剛剛起步，尚處于初級(jí)階段，采煤工作面地質(zhì)條件探查精度偏低、智能化開(kāi)采對(duì)于地質(zhì)條件適應(yīng)性不足等，成為影響今后煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。煤礦智能化開(kāi)采中，遠(yuǎn)程無(wú)人化操控“三機(jī)”的定位精度已經(jīng)達(dá)到“厘米級(jí)”、下達(dá)指令的傳輸時(shí)間達(dá)到“毫秒級(jí)”，這就要求地質(zhì)保障技術(shù)能夠?yàn)橹悄芑_(kāi)采提供一份及時(shí)、精準(zhǔn)的電子地圖。這是現(xiàn)有地質(zhì)保障技術(shù)與裝備水平所難以企及的。因此，亟待開(kāi)發(fā)煤礦采掘工作面地質(zhì)透明化技術(shù)與裝備。

四、加快推進(jìn)智能化開(kāi)采三維地質(zhì)透明化

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家王國(guó)法認(rèn)為，智慧煤礦和智能化開(kāi)采是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)及隨掘隨采探測(cè)技術(shù)與裝備，應(yīng)作為當(dāng)前的五大重點(diǎn)研發(fā)方向之一。如果把智能化開(kāi)采比擬為無(wú)人駕駛汽車(chē)，隨掘隨采探測(cè)技術(shù)與裝備就如同無(wú)人駕駛汽車(chē)上提前安裝的視頻記錄、雷達(dá)測(cè)距等智能傳感器和智能解釋軟件;精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)就是提供給采煤機(jī)的一張高清“電子地質(zhì)地圖”。

在智能開(kāi)采工作面地質(zhì)透明化方面，已經(jīng)完成了煤礦智能化采煤工作面隨采地震探測(cè)技術(shù)與裝備的工業(yè)性試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)回采工作面內(nèi)部靜態(tài)地質(zhì)異常體的高精度智能探測(cè)，開(kāi)展了煤礦開(kāi)采動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害的微震、視電阻率動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警，初步實(shí)現(xiàn)了智能工作面三維地質(zhì)透明化，以及透明工作面三維動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型與“三機(jī)協(xié)同信息互饋”。在智能掘進(jìn)工作面的地質(zhì)透明化方面，我們依托國(guó)家科技重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持，將定向鉆探與鉆孔物探技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下掘進(jìn)工作面前方“腔狀”二維空間地質(zhì)透明化，正在開(kāi)展基于煤礦井下掘進(jìn)機(jī)震源的智能探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

未來(lái)的智慧礦山是煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的最高形式，它將融合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備等，形成自主感知、萬(wàn)物互聯(lián)、自學(xué)習(xí)、自決策、自控制的高度智能系統(tǒng)。這一切，都建立在透明礦井的基礎(chǔ)之上，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)不僅要在精準(zhǔn)探測(cè)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)三層架構(gòu)下的全息透明，并與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合。基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)，我們將大幅提升礦井地質(zhì)信息監(jiān)測(cè)水平，以端邊云融合模式，構(gòu)建透明礦井綜合感知指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)的協(xié)同管理。