在智能化煤矿建设中，需要综合多种可利用的地质信息元素，使其集约整合成为透明地质系统构建的单元，着眼煤矿建设全空间全过程全链条框架，逐步实现透明煤矿信息化、数字化、智能化。地质信息的聚集需要赓续和接力，进而形成体系与系统。

透明化地质系统框架  

1.“四随”探测技术

　　为适应煤矿智慧化建设对高精度探测数据的要求，随钻、随掘、随采、随落（“四随”）单一探测技术需得到进一步发展。

　　（1）随钻探测数据实时传输及地层反演需要进一步深入研究。由于随钻探测技术对复杂地质特征的响应速度慢，所获取的数据质量难以保证，且受到施工场地和传输距离的影响，导致获取数据单一，数据量有限。针对此问题，开发适用于煤矿井下的近钻头随钻测量技术，缩短钻头到测量点的距离，提高数据的精度；同时为提高信号抗干扰能力，研发矿用的智能钻杆，以减少数据传输过程中的损耗。与此同时，将深度学习等人工智能反演算法引入地层反演，实现对地层岩性识别与反演，进而优化钻井参数，保障随钻工程的高效率和高精度。

　　（2）复杂地质条件下，随掘数据的采集与处理算法需进一步发展。首先，采用线性观测系统采集掘进机掘进时的震动信号，其地震信号含有较强的背景噪音，有效信号能量较弱。为获取高精度数据，研发适合矿用随掘地震采集的观测系统，提高数据采集过程中的抗干扰能力，同时加大对随掘地震信号复合干涉脉冲化处理方法的研究，提高信号分辨率；其次，开展以综掘机、TBM钻机等为震源的主被动源随掘地震数据的波场分离精细成像技术研究，研发满足巷道三维条件下的快速波场分离算法；同时，对随掘巷道进行高精度逆时偏移成像，实现随掘巷道实时探测、高精度成像。

　　（3）随采地震CT技术和煤岩识别技术相对孤立，缺少互联互通，海量数据未能得到充分的利用、挖掘和融合。为实现煤炭智能开采，提高煤岩识别及构造探测的分辨率，应进一步优化插值算法，充分挖掘随采地震数据和煤岩识别数据之间的相关性，着力近距离煤岩、远距离构造条件分辨，实现不同数据之间的实时联动。此外，开展随采地震数据快速处理算法与高精度成像技术研究是未来发展趋势。

　　（4）采空区探测传感器及数据采集观测系统亟需研发。受垮落岩石堆积压实等作用影响，采空区中的水、气、煤、温度等条件特殊，因此，利用采空区域特征进行综合监测技术研究还有待加强，特别是研发多信息源的感知单元，及其工程布设、施工、数据传输、传感单元保护等系列过程任务的落实。

　　通过实时、动态的“四随”探测数据整合与交叉处理，获取高精度“四随”原位探测数据以及地学信息资源，为多源数据的深度融合奠定基础。

　　2.多源数据信息融合

　　多源数据信息融合包括“四随”数据库构建与透明地质综合利用，是智能化煤矿建设的先导与基础。构建“四随”数据库存储“四随”数据，进而进行数据融合处理，从而为构建透明化地质条件提供本底参考。通过对“四随”过程中获取的实时、海量数据融合处理，实现对煤矿地质条件的动态修正与完善。

　　针对“四随”各过程中获取的多属性、多维度地质数据与物探数据，采用对象存储的云存储服务，使得各探测过程中产生的海量数据汇集在一起，为钻、掘、采、落四个环节数据融合利用提供先决条件。在此基础上，利用数据、特征分析等技术进行预处理，采用数据级、特征级、决策级等多级融合策略，进行多尺度、不同属性数据之间的融合，并使用联合反演或交叉验证提高数据精度，提升对异常体判识能力。实现钻孔、巷道、采煤面、采空区及废弃矿井等各环节地质条件透明化，逐步形成透明工作面、透明采区、透明煤矿。

　　其中，针对不同属性数据间的联合反演，选择合适的约束条件是多源数据联合反演的首要问题。针对缺乏岩石物理关系的不同物性数据之间的联合反演，采用交叉梯度约束可以很好地解决约束条件选取难题，基于交叉梯度约束条件只要求参与反演的模型具有结构相似性即可，更容易编程实现。

　　3.物探一体化装备研发

　　加强对“四随”装备软硬件的投入和研发力度。一是提高设备硬件一体化水平，研发适合不同探测任务、不同探测环境下与物探技术联合的“四随”一体化装备，与此同时，提升装备的环境自适性能，满足防尘、防爆、便携性、轻量化等可操作性能指标。例如随掘探测中研发适合TBM钻机的地震、电法一体化探测技术，与TBM装备有机搭载，实现掘进前方地质异常信息数据的短距离、高频次、高精度采集。二是提高设备软件的智能化、信息化水平，实现近距地质条件高精度分辨，远距离地质条件高效预报，动态交互更替。例如随钻探测主要由钻机、数据采集、导向系统组成，研发具有智能感知、岩性识别、异常判识的智能化钻机，配合5G数据传输，人工智能数据反演，实现钻孔轨迹智能修正，以及地质条件的分距离、分精度信息预报。

　　此外，为满足实时、动态数据采集需求，“四随”设备还需不断向操作便捷、无人值守、轻便化、耐粉尘更迭。

　　4.透明地质软件平台建设

　　“四随”技术需要实现对多透明地质条件信息构建的综合利用。目前“四随”获取的地质信息，其透明化利用统一性不足，钻探、掘进、回采、采空区管理等涉及到多部门，技术涉及到多学科，其在统一利用和归一化管理上未能实现，难以形成统一，对构建透明地质信息平台作用未能有效发挥。

　　透明化地质信息平台的构建主要是整合、协同利用煤矿生产周期全过程中收集的钻探、GIS、三维地震、沉积、构造、测绘、矿建、水文地质与井下揭露以及生产过程中的随钻、随掘、随采、随落等巨量信息源，建立研究区到煤矿的三维地质模型，并进行集中管理与分析。重点利用随钻地震、钻孔瞬变电磁、随掘地震、随采地震以及采掘过程中实际揭露情况形成煤矿环境云网络体，进而对煤矿内部的煤层及顶底板、断层、陷落柱等地质体进行精细探测，通过大数据、5G数据传输、虚拟现实等技术实现煤矿地质信息透明化。

　　综合利用“四随”过程中的钻探、物探、巷探和采掘揭露等数据，结合三维动态建模及云平台构建一体化透明地质软件平台，可以实时、有效掌握各个阶段的情况，实现地面操作人员对采掘活动的远程操作，达到智能无人开采。目前，地质信息透明化构建主要仍以单个服务对象为主，集中在巷道和工作面三维建模。针对常规三维建模存在建模数据量少且延时的问题，基于“四随”技术建模，则具有海量、动态建模数据的特点，满足智能化煤矿地质透明化三维建模对数据实时、动态更新需求，且通过RBF三维空间插值算法或模拟技术，将巷道或工作面插值出对象空间几何结构，并根据约束条件自动提取三维几何模型，每次只需输入巷道或工作面的空间数据和物探数据，就能够完成模型的实时更新。通过巷道、工作面和三维模型一体化分割技术形成巷道工作面与三维地质模型的一体化三维模型，使得矿山透明地质模型可视化、图形化能够实时切换多环境信息的动态展示。

　　5.三维地质模型动态重构路径

　　三维地质模型动态重构的核心是利用现有的煤矿生产地质资料，结合勘探钻孔资料、地面三维地震探测等资料构建整体三维静态地质模型，然后通过收集煤矿生产全周期内产生的随钻探测、随掘探测、巷道掘进揭露、随采探测、工作面回采揭露、随落探测等实时动态数据信息，构建透明化地质信息数据库，经过多维数据融合处理，动态修正三维地质模型局部特征，实现对三维地质模型中巷道、工作面、采区等整体及局部信息精准化、透明化重构。

来源：《煤矿透明地质模型动态重构的关键技术与路径思考》