智能煤矿 | 建立智能地质保障系统的8大关键技术

2020年3月3日，为深入贯彻落实习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全新战略，加快提升煤矿智能化水平，国家发改委等八部委研究制定了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（〔2020〕283号），明确指出：到2021年，建成多类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系；到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障等系统的智能化决策和自动化协同运行；到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。

《指导意见》中提出，煤矿智能化建设要全面贯彻“安全第一”的基本要求，以人为本，提升煤矿安全保障能力。建立智能煤矿地质保障系统是智能煤矿核心内容之一。根据行业标准、省级标准以及一些企业标准可见，地质保障系统应该建立完善的三维地质模型体系，为地质数据可视化共享、动态修正，智能开采、智能掘进、智能管控，安全生产、地质灾害预警等提供服务。因此，构建三维地质模型体系做为核心的数据资产，并提供配套的数据管理、可视化与服务系统是构建煤矿地质保障系统的主要工作。其主要要求如下：

1. 建立可局部动态更新的多尺度多精度三维地质模型体系：不同应用场景对三维地质模型的精度要求不同，因此需要根据需求建立多尺度多精度的三维地质模型体系。并随着数据的更新，支持使用者根据实际揭露的地质数据对已经建立的地质模型进行实时动态更新与修正，大大降低后期维护成本。

2. 三维地质模型支持致灾因素的预测：所建三维地质模型应充分表达真实的地质情况，并结合监测数据进行模拟计算，从而支撑智能分析，实现对火灾、水害等隐蔽地质灾害的评估、监测和预警。

3. 海量数据管理与大规模高精度三维地质模型Web端可视化：使用Web端地质保障系统可以方便的支撑相关部门的同步更新、共享与服务，煤矿行业需要的三维地质模型精度非常高，数据量极大，因此地质保障系统的关键点在于可以支持海量数据的管理与大规模高精度三维地质模型的Web端可视化。

为满足以上需求，所采用的地质保障系统应具备以下关键技术能力。

1. 多元数据融合分析技术：能够利用各种地质数据进行地质建模，包括但不限于地质图、剖面、钻孔、物探、地球化学数据等等。可快速建立任意复杂高精度地质三维模型，还可以进行DEM模型与地质模型的融合，并具备对矿区地质数据融合分析、地质数据推演等能力。

图1 多元数据形成地质三维模型

2. 复杂地质建模技术：处理任意复杂地质情况，如煤层倾角、煤层稳定性、断层、褶曲、陷落柱、瓦斯、水文等信息，建立完备的三维地质模型，支持智能估算和核实煤矿煤炭资源/储量以及煤矿瓦斯(煤层气)资源/储量。还可以通过特定的地质数据进行四维动态分析。

3. 三维网格剖分技术：三维网格模型是属性建模与数值模拟的基础，更为大数据技术与人工智能技术的应用创造了更好的条件。网格天地自主研发的顺层截断网格生成技术，完美匹配地质构造模型的几何形状，避免了其他绝大多数建模软件在地层断裂和尖灭出现锯齿效应等严重偏离现象.

4. 无缝拼接技术：通过无缝拼接技术可解决模型精度与尺度的矛盾，建立大规模高精度三维地质模型，形成多尺度多精度三维地质模型体系，并支持其局部动态更新，满足不同应用场景的需求。

5. 巷道、矿井与三维地质模型一体化剖切技术：可以将巷道、矿井等模型与三维地质模型进行切割，形成一体化的三维模型，支持各种模拟计算。

6. 数值模拟技术：地层中应力、水流和瓦斯气体的数值模拟技术。

7. 海量三维数据管理与服务：让用户可以根据需求，在平台上自由建立、管理各类数据，任意组建三维场景，并提供多种服务接口。

8. 多分辨率（LOD）可视化技术：当数据量大时，通过浏览器进行三维可视化的速度会很慢，甚至导致浏览器崩溃。通过多分辨率（LOD）可视化技术，可以有效的解决问题，使任何规模的数据都可以在Web端高效的呈现。

网格天地自主研发的软件产品已实现以上关键技术，为建设智能煤矿提供地质保障系统解决方案，以下为产品演示。如想了解详情，请扫描二维码，预约技术交流。

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