融合“地质-数值”模型的透明工作面平台构建及应用

摘要

针对特厚煤层综放工作面采掘过程中存在的地质条件复杂、开采风险高等问题,以内蒙古蒙泰不连沟煤矿特厚煤层综放工作面为工程案例,采用多源异构数据融合,整合静态、动态与实时地质数据的方法,并结合动态仿真和可视化技术,构建了涵盖地表、地层、巷道和地质构造的高精度三维模型,将地质模型的几何框架与地层属性转化为数值仿真的边界条件与岩层分区,建立了以地质信息为约束、能动态更新的“地质-数值”融合模型,开发了特厚煤层综放开采透明工作面可视化平台。结果表明:通过对比实时支架压力与数值模型预测的围岩应力分布,实现顶板灾害风险预警；同时可交互式查看不同工作面推进距离下的覆岩垮落特征、岩层位移演化的规律,显著提升了特厚煤层综放开采的安全性和效率,降低事故风险；在三维地质可视化研究平台的安全保障与指导作用下,综放工作面回采效率提升3%,综放工作面累计多回收煤炭约230 000 t,顶板管理和智能化水平得到了提升,为工作面创造了安全开采环境,也为透明工作面可视化平台在矿井安全管理、资源高效利用及智能化转型中提供了广阔的应用前景。

关键词

特厚煤层 / 多源异构数据 / 三维仿真模拟 / 透明工作面 / 可视化平台

参考文献

[1] 韩会军, 王国法, 许永祥, 等. 6~10 m 厚煤层超大采高液压支架及其工作面系统自适应智能耦合控制[J]. 煤炭科学技术, 2024, 52(5): 276-288.

[2] 王明星, 孙浩, 于海涛, 等. 厚煤层综放工作面覆岩破断及矿压显现规律分析[J]. 煤炭技术, 2025, 44(2): 52-56.

[3] 刘振江, 邸春生, 张友博. 浅谈数字矿山建设的关键事项[J]. 内蒙古煤炭经济, 2018(20): 48-50.

[4] 王家臣. 我国综放开采40年及展望[J]. 煤炭学报, 2023, 48(1): 83-99.

[5] 庞义辉, 关书方, 姜志刚, 等. 综放工作面围岩控制与智能化放煤技术现状及展望[J]. 工矿自动化, 2024, 50(9): 20-27.

[6] 于斌, 邰阳, 徐刚, 等. 千万吨级综放工作面智能化放煤理论及关键技术[J]. 煤炭科学技术, 2024, 52(9): 48-67.

[7] 苟科学, 刘阳. 智能化综放工作面无人开采技术在彬长矿区应用与思考[J]. 陕西煤炭, 2021, 40(S1): 177-187.

[8] 王国法, 庞义辉. 煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设[J]. 煤炭工程, 2024, 56(10): 1-11.

[9] 范京道, 黄克军, 李川, 等. 我国煤矿智能化技术十年发展与实践[J]. 煤炭科学技术, 2025, 53(7): 1-24.

[10] 李伟, 孙希奎. 深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践[J]. 煤炭科学技术, 2024, 52(1): 52-64.

[11] 毛善君, 鲁守明, 李存禄, 等. 基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用[J]. 煤炭学报, 2022, 47(1): 515-526.

[12] 问永忠. 综放工作面基于透明地质的智能协同开采技术[J]. 陕西煤炭, 2024, 43(5): 1-6.

[13] 吕延森, 张学亮, 阮进林, 等. 保德煤矿智能综放开采关键技术及展望[J]. 煤炭科学技术, 2022, 50(S1): 233-243.

[14] 程建远, 刘文明, 朱梦博, 等. 智能开采透明工作面地质模型梯级优化试验研究[J]. 煤炭科学技术, 2020, 48(7): 118-126.

[15] 邱芹军, 田苗, 吴麒瑞, 等. 基于多源异构数据的地质知识图谱构建与应用[J/OL]. 地学前缘, 1-17[ 2025—12—10]. https://doi.org/10.13745/j.esf.sf.2024.11.69.

[16] 刘再斌, 董书宁, 李鹏, 等. 智能开采透明工作面技术架构与展望[J]. 智能矿山, 2020, 1(1): 46-51.

[17] 牛和平, 杜文刚, 张方树, 等. 基于全尺度建模的不连沟煤矿特厚煤层综放开采覆岩运移规律[J]. 六盘水师范学院学报, 2025, 37(3): 29-39.

[18] 张珂, 杨应迪, 刘学通, 等. 矿井通风系统三维模型的构建与应用[J]. 工矿自动化, 2020, 46(2): 59-64.

基金资助

陕西省重点研发计划“强矿压灾害前兆信息识别及多源监测数据融合 AI 中台构建”(2024GX-YBXM-492)

陕西省自然科学基础研究计划“脉冲型双震源混合算子构造及其波场分离影响研究”(2024JC-YBQN-0272)