为宣传推广煤矿智能化建设先进经验和创新成果，发挥典型示范引领作用，《智能矿山》于2025年第2期策划出版了《2024年煤矿智能化重大进展成果特刊》，刊登代表新时代煤矿人创造性实践和智慧结晶的11项智能化建设成果，以飨读者。
文章来源：《智能矿山》2025年第2期“2024年煤矿智能化重大进展成果特刊”
第一作者：刘再斌，研究员，博士，博士生导师，现任西安煤科透明地质科技有限公司总经理，主要是做矿山透明地质技术相关研究工作。E-mail：
通讯作者：范涛，研究员，博士，现任中国煤炭科工集团有限公司首席科学家、西安煤科透明地质科技有限公司副总经理，主要是做地球物理智能化探测方法、地质透明化技术与装备的相关研究工作。E-mail：
作者单位：西安煤科透明地质科技有限公司；中煤科工西安研究院（集团）有限公司
引用格式：刘再斌，范涛，李萍，等. 煤矿远距离综合物探及透明地质保障系统研发与应用[J].智能矿山，2025，6(2)：7-12.
随着煤矿智能化加快速度进行发展，生产效率大幅度提高，煤炭行业迎来了以精准探测、智能监测、地质透明化为特色的智能开采地质保障新阶段。地质透明化是煤矿智能化建设的基础和前提，是保障煤矿安全、高效、智能开采的重要举措。现阶段煤矿远距离综合物探及透明地质保障智能化建设中存在4个主要问题。
（1）探掘冲突，常规探掘存在时空冲突，钻探、物探分离，干扰源复杂，探测距离短等问题。
（2）数据解译困难，现有探测数据处理解释智能化水平低，多源地质感知数据融合解译困难。
（3）模型表达能力弱，传统手段模型表达能力弱，复杂构造三维模型构建难度大且缺少灾害属性。
（4）系统支撑能力不够，传统地质保障技术难以为智能采掘提供准确的预测预报、地质辅助分析与设计支撑。
通过地质探测手段查明当前及未来采掘活动范围内，开采地质条件及隐蔽致灾地质因素的空间分布与属性特征，厘清采动条件下各类地质灾害的孕育演化机理，以钻探、物探、采掘揭露等地质数据为基础，构建煤矿地质体、地质结构、地质属性、采掘工程等三维模型，实现地质模型与采掘工程的深层次地融合，超前识别采掘前方隐蔽灾害的类别、危害范围、危险程度等信息，为煤矿生产场景提供地质条件准确预测预报，为地质灾害的识别、评判、治理决策提供支撑。
为实现长距离精准探测，有效解译及利用来源广泛、结构多样、精度各异的全要素地质数据，构建反映复杂地质规律与多重灾害特征的动态三维地质模型，透明地质保障系统支撑解决煤矿安全高效生产的技术难题，提出透明地质保障系统的“数据驱动、模型表达、场景应用”3层技术架构，通过构建“矿区-矿井-工作面”3级透明地质保障技术体系，实现地质数据标准化、地测业务流程化、透明地质保障平台实用化的建设路径，透明地质保障系统架构如图1所示。
煤矿远距离综合物探及透明地质保障系统取得了4项创新性成果，研发出快速掘进工作面定向长钻孔孔中电磁法径向远距离探测方法及装备、基于AI算法的地质感知数据融合解译技术、强表达-高分辨-多承载的三维地质模型构建方法与技术、评价-分析-预测一体化的透明地质保障系统。
针对常规超前探测效率无法匹配快速掘进速度，挤占掘进时间，且快速掘进设备与矿井超前物探装备存在空间冲突等问题，提出了快速掘进工作面定向长钻孔孔中电磁法径向远距离探测方法及装备，解决了快掘工作面定向长钻孔孔周含水异常体、地质构造远距离探测的难题，攻克了钻孔综合物探数据自动化采集技术，实现了煤矿井下快掘工作面千米定向钻孔孔中多方法综合物探，“长掘长探”孔中物探探测模式如图2所示。
研发了钻孔瞬变电磁动源动接收技术，确保了瞬变电磁收发信号强度稳定，不受钻孔长度限制。提出采用极小线圈实现孔内发射，突破了钻孔孔径限制，拟中心回线装置使异常场相对背景场更为显著，且响应形态对称，资料解释难度低，异常定位精度高。采用双路高低参数收发天线进行交替组合探测，兼顾信号的早晚期，有效提升了径向探测半径。可实现千米超前钻孔径向30m的地质电性高精度探测，孔中瞬变电磁探测技术原理如图3所示。
开发了基于GPU并行计算的钻孔地质雷达数值模拟分析云平台，通过海量模型计算，分析总结地质构造响应特征和地质构造边界分辨能力，验证钻孔雷达超前探测地质构造能力，确定钻孔雷达发射主频和有效探测半径，实现了千米超前钻孔径向20m的地质构造精准探测。
基于镶嵌工艺设计了无缆高强度非金属仪器组合外管结构，研制出最大承受转矩3352N·m、最大承受水压3MPa的水平定向钻孔多参数无缆一体化组合探管，为目前唯一能够在孔中收发的多参数、多分量煤矿井下电磁探测装备，实现了瞬变电磁+地质雷达+自然伽马+轨迹测量多参数“一趟钻”联合探测，钻孔瞬变电磁探测仪结构如图4所示。
针对无缆钻孔综合物探装备海量多源探测数据的按需识别提取问题，基于钻杆推送状态与探管测量姿态信息统计分析，研发了探管静止状态下瞬变电磁数据和探管连续运动状态下，地质雷达和伽马测井数据的自适应识别技术，实现了高精度钻孔综合物探数据自动采集和有效提取。
针对钻孔物探适用数据处理解释技术缺乏，地质资料数字化程度较低，现有数据融合方法地质解释精度低等难题，研发了基于AI算法的地质感知数据融合解译技术，实现了煤矿钻孔物探的高精度解释，研发出隐蔽致灾地质构造精细识别方法，实现了多源地测感知数据融合解译。
采用长短时记忆神经网络深度学习算法，提升钻孔瞬变电磁反演效果的大规模训练置于非探测时间，形成专用高精度反演模型，在探测时直接应用模型实现实时反演耗时1s，引入聚类算法精准刻画电性异常体边界。提取水平分量异常场数据特征，采用无监督机器学习算法，根据形态组合和幅值数学关系建立反演电阻率、深度与采样时间的正确映射，实现钻孔径向电性信息智能立体成像，将隐伏水害解释水平从平面提升至立体。
提出了利用孔口巷道反射波，标定煤矿井下煤层原位介电常数的算法，实现了雷达波精准速度分析和精细偏移成像。针对掘进工作面前方小断层快速识别难题，在混沌属性处理和边缘检测增强基础上，采用蚁群算法实现了断层反射波的高效追踪，高精度反演信息立体成像方法如图5所示。
提出了地质数据融合的一致性原则、高精度数据和专用数据优先原则，研发了数据分类、空间配准、交叉验证、数据处理和地震数据动态标定等煤矿多源异构数据融合技术。利用高精度钻孔、孔中物探、测量、写实数据，对煤层底板反射层位进行相关性分析和标定，提高点与点、点与线、线与线之间面的数据精度，多源地质数据交叉验证方法如图6所示，多源数据融合效果如图7所示。
针对三维模型地质规律表达不强、模型精度不高、地质属性承载不足等难题，研发强表达-高分辨-多承载的三维地质模型构建方法与技术，解决复杂构造三维地质模型和水火瓦斯属性模型构建及更新难题。
研发沉积构造演化规律分析方法，通过沉积环境恢复与沉积微相划分，精细划分地层、煤岩层建模单元及展布特征，有效提升古河道等沉积规律在模型中的表达。通过矿区构造特征解析及多期断层组合表达研究，精细刻画断层属性及展布特征，有效提升了矿区复杂断层形态在模型中的表达，叠瓦状逆掩断层组合建模界面如图8所示。
研发了动态高精度三维模型精细构建技术与软件，开发了基于DSI算法的专用三维地质建模系统TIM-3D，解决了逆掩断层边界约束问题，实现了矿区全要素地质模型构建与动态更新。提出了隐蔽致灾属性网格体元模型构建方法，构建矿区水、瓦斯多属性地质模型；接入矿区监测子系统数据，实现了隐蔽致灾属性与模型的同步映射，隐蔽致灾监测数据同步映射更新界面如图9所示。
针对地质风险预测评价难、地测业务关联分析难、地质预测预报不准确难题，研究评价-分析-预测一体化综合透明地质保障关键技术，解决了多灾害预测预报、地质分析评价、随采掘推进实时预测预报等难题。形成“矿区-矿井-工作面”3级技术体系，打造涵盖Web端、桌面端、移动端APP软件的地质保障算法库、工具包和应用集。
建立与地质模型耦合的瓦斯含量、压力与涌出量预测模型，提出基于PCA-Aprori算法的隐蔽灾害关联规则挖掘及风险评价技术，精准实现了矿井工作面相对瓦斯涌出量。
研究基于WEB并行融合编码的模型交互分析与工程辅助设计技术，开发模型在线分析平台，实现了虚拟钻孔柱状图、任意剖面图实时在线生成，大幅度缩短了制图工时。开发的缓坡斜井辅助设计工具，在穿乌达逆断层掘进中，突破了复杂工程二维设计瓶颈，单次缓坡斜井设计节约工时3h，地质分析效率提升40%。研发基于随采随掘的工作面地质预测预报技术，实现了采掘前方150m范围内地质构造、应力集中区的超前预报，保障工作面安全生产，落差1m以上断层预报准确率大于80%，地质保障系统界面如图10所示。
煤矿远距离综合物探及透明地质保障系统已在内蒙古乌海、东胜、准格尔，陕西彬长、黄陵、蒲白，新疆准东、哈密等地区的36座矿井进行应用，应用效果良好。
（1）远距离综合物探技术装备的探测精度从70%提升至92.3%，累计施工进尺大于150000m；透明地质保障系统改变了以往井下手工记录数据、素描图绘制，升井后计算机辅助制图、导线测量的工作模式，实现井下地质写实数据录入、在线同步、自动计算、绘制和生成地质成果，降低了工作强度。
（2）单次地质写实、导向测量工作均可节约工时约3h，工作效率提升50%。
利用三维地质模型的剖面图生成功能，预测存在约8m宽的断层破碎带，厘清了煤与断层空间对接关系，为过断层掘进提供了地质依据；采用透明地质+随采地震进行实时预测预报，预报5处异常信息均得到验证，无漏报现象，保障内蒙古公乌素煤矿021601回采工作面安全回采950m。
（3）透明地质保障体系建设了“矿区-矿井-工作面”3级地质保障体系和系统，以全信息地质模型构建为核心，实现隐蔽致灾地质因素精准预测预报，有效提升了煤矿智能化水平和地质保障能力，实现了“地测业务辅助”到“地质综合保障”的转变。“快掘工作面定向长钻孔孔中综合物探超前探测技术及装备”“乌海矿区透明地质保障系统研究与示范”2项成果经鉴定为国际领先水平，均获2024年度中国煤炭工业科技奖一等奖。
（1）煤矿远距离综合物探及透明地质保障系统实现了地质条件因素超前精准探测、多重地质数据有效解译融合应用、复杂地质规律与灾害特征动态构建，有力支撑了煤矿安全高效生产。
（2）透明地质保障体系创新了地测业务工作模式，为矿区隐蔽致灾因素普查治理提供全面的数据与模型支撑，准确描述矿区煤炭赋存特征及开采地质条件，打通地质模型与智能采掘的数据壁垒，为智能采掘提供地质综合保障。
（3）未来，进一步研究透明地质保障技术，实现更多场景化应用，并致力“AI+地学”创新研究，实现AI和地质保障的有机结合，推动透明地质技术科学化、实用化、智能化发展。
“煤矿智能化重大进展发布会”自 2021年开始，至今已举办4次，发布会吸引了众多煤矿智能化建设领域的专家及科研、工程技术人员，成为展示煤矿智能化建设成果，交流煤矿智能化科技成果的盛会。
煤科总院出版传媒集团成立于2015年，拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录7种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。
月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦矿山智能化领域产学研用新进展的综合性技术刊物。
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