煤矿地质探测新突破：彭苏萍院士团队如何破解智能开采的“透明地质”难题

新疆煤炭资源的独特性与挑战

彭苏萍院士首先谈到了新疆煤炭资源的独特性及其面临的挑战。“新疆的煤炭资源禀赋特征非常好，埋藏浅，厚度大，有利于大规模的开采。”然而，他话锋一转，“新疆煤炭开发的现状是80%的井工矿只产20%左右的产量，而20%左右的露天矿却占了80%的产量。”这一现状引发了他对新疆煤炭开发模式的深刻思考。

彭苏萍院士指出，新疆要做好煤炭这篇文章，首要任务是确保安全。“因为煤矿不能再出事，同时在二氧化碳生态修复方面也要做好工作，因为这是世界上的潮流，二氧化碳的问题是我们煤炭发展的一个紧箍咒。”他进一步强调，新疆的井工矿要走智能安全高效的路子，目标是让井工矿的年产量不低于400万吨，甚至针对库-拜、哈密-吐鲁番等优质焦煤产区，要整合资源，打造千万吨级的矿井。对于露天矿，他则认为理想规模是5000万至8000万吨/年，甚至有望冲击亿吨级规模。“新疆的今后的煤矿数量目标如果控制在50处左右，就能做到智能柔性安全的开发。”他补充道。

地质保障系统的核心技术与创新

谈及煤矿智能安全高效开采地质保障系统的核心技术，彭苏萍院士如数家珍。他首先提到了三维地震技术的重要性。“以前钻探是750米×750米的精查地质报告，控制不了那些构造的隐患、灾害的隐患的特征。而我们现在做三维地震是10米×10米一个采样点，它就可以把信息高质量地拉过来。”三维地震技术的高分辨率成像能力，为煤矿智能开采提供了坚实的地质基础。

彭苏萍院士进一步介绍了团队在地质保障系统方面的创新成果。他提到，团队在东部地区的工作中将地质识别的精度从钻探的30米提高到了智能开采所需的3米左右。这一突破性的进展，为中国煤炭工业协会和国家发改委提出的智能开采要求——煤岩分界达到两个厘米级别——奠定了技术基础。为了实现这一目标，团队将地震资料与地质测井资料进行了耦合处理，将数据的精度提高到了0.5米。更进一步地，在工作面前方使用雷达进行探测，将精度提高到了10公分左右，逐步逼近“透明矿山”的目标。

从三维地震到地质雷达的全方位保障

在谈及具体的探测技术时，彭苏萍院士详细介绍了地质雷达的应用。“地质雷达技术是我们团队近年来重点研发的一项关键技术。它能够穿透煤层，对煤岩界面进行高精度探测。”他解释道，地质雷达的探测精度已经从国际上的5皮秒（ps）提高到了团队自主研发的2ps采一个点，实现了更密集的采样和更清晰的成像。

彭苏萍院士还提到了团队研发的宽频防爆地质雷达天线系统。该系统频率范围覆盖400MHz至12.5MHz，探测深度可达80米，最小分辨率达到了0.05米至2米之间。这一创新成果不仅大大提高了地质雷达的探测深度和分辨率，还荣获了国家技术发明奖和中国专利金奖。

此外，团队还研发了矿井煤岩界面探测地质雷达系统（空气耦合）。这一系统通过非接触式探测方式，实现了煤岩界面的高精度、连续、实时探测。彭苏萍院士介绍道：“这一系统的探测精度已经从0.6米提高到了0.2米，体积缩小了1/3，重量减少了1/2，极大地提高了探测效率和准确性。”

定向钻孔地质雷达：实现超前探测与透明化开采

在煤矿开采过程中，超前探测地质异常体对于预防灾害、保障安全至关重要。彭苏萍院士介绍了团队研发的定向钻孔地质雷达技术。“这项技术可以通过定向钻孔将雷达天线送入煤层内部，对煤层厚度、走向以及地质异常体进行超前探测。”他提到，定向钻孔雷达的探测距离大于10米，探测深度可达0至100米，可识别的最小分辨率为0.3米。

他分享了团队在贵州金彩黔煤矿和织金县杨柳煤矿的探测案例。在金彩黔煤矿的探测中，团队成功发现了煤层迎头面的富水区域和煤岩界面；在杨柳煤矿的探测中，团队则准确识别了煤层中的断层面和富水异常区。这些成功案例充分展示了定向钻孔地质雷达技术在煤矿超前探测和透明化开采方面的巨大潜力。

智能开采管控平台：实现多源数据融合与动态更新

为了实现煤矿开采的智能化和高效化，彭苏萍院士团队还构建了矿井地质安全保障技术及智能开采管控平台。该平台利用物联网、大数据、虚拟现实等先进技术，实现了多源地质物探数据的智能采集、精细解释和动态融合。

彭苏萍院士介绍道：“平台通过三个尺度的多源物探资料、地质数据以及动态数据构建高精度的构造、岩性和物性参数等统一、标准化、网格化的地质模型，实现了煤矿全三维地质空间的‘一个模型’。这一模型不仅可以服务于煤矿地质灾害预警，还可以为智能开采提供精准的地质保障。”

他进一步强调，平台的核心思想在于“三个尺度，一个模型”。即全井田三维地震勘探（3米精度）、综采工作面矿井物探与测井等多源数据融合（0.5米精度）以及工作面地质雷达超前探测与煤岩识别（0.1米精度）。通过这三个尺度的数据融合与动态更新，平台能够实时反映煤矿地质条件的变化情况，为智能开采提供实时、准确的地质信息支持。

持续创新，推动煤炭工业高质量发展

在报告的最后部分，彭苏萍院士展望了煤矿智能安全高效开采地质保障系统的未来发展方向。他指出，我国煤矿安全高效开采地质保障系统的下一步发展应围绕提高勘探精度与矿井地质透明化水平、研发高分辨率煤岩辨识仪器装备以及开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预报系统三个方面进行。

“我们将继续研发多地球物理场综合探测装备与技术，进一步提高勘探精度和矿井地质的透明化水平。”彭苏萍院士表示，“同时，我们还将开发地质灾害源定量精细表征和全息透明化地图构建技术，进一步完善地质灾害透明化地图和自动更新平台。此外，我们还将以岩层结构为基础，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，为煤炭工业的高质量发展提供坚实的技术支撑。”

彭苏萍院士的这番话不仅展现了他对煤矿智能安全高效开采地质保障系统未来发展的深刻洞察和坚定信心，也为我们描绘了一幅煤炭工业智能化、高效化、绿色化发展的美好蓝图！

来源：IntelMining