• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
矿井透明化研究重点任务是什么?

提问者认为标题已经详细的描述了问题的所有要点,
所以没有再添加更多内容。

请先 登录 后评论
匿名 提出于2020-08-03
1 关注
0 收藏
1255 浏览

1 个回答

  未来的智慧矿山是煤矿智能化开采技术发展的最高形式,它将融合物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等,形成自主感知、万物互联、自学习、自决策、自控制的高度智能系统。这一系统的建立要基于可靠的地质保障,开发煤矿智能采掘工作面地质透明化技术与装备是当务之急!因此,煤矿安全高效开采地质保障系统的建设,以精准地质为目标进一步确定自己今后的努力和发展方向。目前,要在以下几个方面进行技术攻关,并取得突破:

  (1)在统一的数据融合基础上,进一步提高勘探精度,提高矿井地质的透明化水平,构建煤矿智能开采的地质保障平台。

  建立高精度三维地质模型,准确地反映煤层赋存地质状态、地质构造和煤岩特征,提高矿井地质的透明化水平,为实现综采装备直线度控制与水平控制、采煤机高度智能调节提供精准地质支持,是智能开采的矿井地质保障系统的主要攻关内容。然而,不同的地质勘查和勘探技术获取的资料分辨率不同。钻孔岩芯在理论上是100%反映地层岩石的真实状况,但由于钻探装备或人工施工过程存在不可控因素,钻孔取芯率一般都只在80%左右;钻孔地球物理测井的可靠性很高,由于在钻孔内近距离探测,对不同岩性分辨的敏感性高,分辨精度在10 cm以上。但钻孔之外的地质赋存状况在很多情况下是依赖钻孔成果向外推测。

  相对于钻探技术,煤矿三维地震勘探野外数据采集的面元一般是10 m×10 m,在有些情况下甚至达到5 m×5 m,相对于传统精查地质报告钻探勘探密度为500 m×500 m的标准,三维地震勘探成果在横向上的分辨率比钻探要大得多。但煤矿地震勘探的纵向分辨率多在数米,甚至10余米,比钻探和测井的分辨率要低得多。因此,在进行系统的岩石物理分析基础上,通过垂直地震剖面(VSP)将地震勘探目的层进行准确的标定,并将地震数据体与测井数据体进行有效融合,利用测井数据纵向分辨率高的优势,将地震勘探的分辨率从过去的数米提高到50 cm左右,并最终反演成以岩性为基础的三维地质数据体。其他矿井地质和矿井物探结果也要通过数据融合方法形成统一的数据结构,以提高矿井地质成果的精度与透明度水平,构建煤矿智能开采的地质保障平台,解决地质系统与采矿工程系统两张皮的问题,实现矿井地质与采矿工程的无缝对接。

  (2)研发与惯导技术一体的高分辨煤岩辨识仪器装备,实现对工作面前方5 m范围煤岩结构的精准识别。

  在智能化开采工作面布置时,尽管有高分辨三维地震勘探——甚至有与测井数据融合后的高精度地质成果,但是必须充分认识矿井地质的复杂性和地质成果的多解性,必须有先进的探测装备实时探测和检验地质保障平台成果的可靠性,以便及时调整采煤机的工作状况。近10年来,矿井测量中惯导技术得到突破,空间位置定位误差在10 cm以下,解决了采煤机生产过程中的精确导向问题。对采煤机前端煤岩分界难题,开展了视频监测技术的研究,因采煤机割煤时瞬间产生的粉尘质量浓度太高而使视频失效;后又进行了光谱检测的探索,因该方法目前仅能对煤岩表面进行化学组分分析而且很难实现实时,试验亦未成功;采用X射线对煤岩界面识别的试验延续时间最长,最后因为煤岩组分的复杂性,且X射线探测的深度仅仅为厘米级而告停止。中国矿业大学(北京)自1995年就开始煤岩界面分辨的研究,研制出的矿井地质雷达可实现厘米级范围内的煤岩识别,探测距离可达20余米,但因探测中要克服地质雷达天线在空气中的能量衰减问题,探测时雷达天线要贴着煤壁,探测不能与采煤机联动,因此该技术也难于推广。

  因此,针对当前煤岩分界技术探测精度低、探测距离小的问题需要开展技术攻关。从研究现状看,地质雷达可能是煤岩界面分辨最有潜力的仪器装备。结合采煤工作面的实际状况,开展机理和技术的系统研究,开发出仪器装备在探测中可悬于空中无需贴近煤壁、与采煤机联动、可实时动态获取5 m以上范围内的煤岩界面信息或判别出采煤机的截割状态(割煤/割岩)、探测精度达到2 cm。

  上述高分辨地质雷达探测成果要实时反馈到地质保障平台,并通过AI技术等对煤矿早期的地质成果进行自动修正更新,使整个系统数据分辨率进一步提高,准确性进一步加大,将解算出煤岩智能探测系统的位置信息、煤岩分界信息等实时传输给主机,用于智能工作面生产。

  (3)以岩层结构为基础,以岩石力学和流体因子为重点,开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预报系统。

  煤矿高分辨三维地震勘探技术是构建智能开采矿井地质保障系统、提高地质透明化最重要的技术之一。由于三维地震勘探是弹性波勘探,可进一步挖掘和分析提取岩石物理和流体识别相关的属性。通过约束反演,以获取矿区内地应力场的状况,为智能开采支架选型和动力灾害的预防提供科学依据。

  煤矿井下重大安全隐患的智能预测预警是实现智能开采的前提和保证。在对灾害隐患准确探测与识别的基础上,进一步分析煤岩层结构、地应力与流体因子(水、火、瓦斯)的耦合关系,在充分利用矿井感知设备与感知信息的基础上,确定隐蔽动力灾害源发生的条件和过程与物理场响应的耦合关系,建立水、火、瓦斯灾害精准预测评价模型,实现智能识别与预警,是以智能开采为目标的矿井地质保障系统亟待解决的重要问题。

  当前,煤炭开发的主体已从东部转移到中西部。西部矿区气候干旱、水资源匮乏、生态脆弱,煤炭开采对水、生态的损伤很大,成为影响该地区煤炭工业发展的重要因素。如何根据该地区煤岩层赋存特征,从采前、采中、采后煤炭开发全生命周期中观测和研究厚煤层开采条件下上覆岩层的破断规律及其与水、生态的关系,为该地区的矿区环境与生态修复服务,亦是今后矿井地质保障系统的重要内容。

参考文献:《我国煤矿安全高效开采地质保障系统研究现状及展望》

发布于 2020-08-03 09:49
0
请先 登录 后评论

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2021 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联