八部委聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》），明確了我國煤礦智能化發(fā)展的三個階段目標(biāo)，提出了煤礦智能化對地質(zhì)保障技術(shù)的要求。

煤礦智能化開采凝聚了煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的行業(yè)共識，不但成為煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展趨勢，還為今后煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展指明了方向。

地質(zhì)工作在煤炭工業(yè)  健康快速發(fā)展中占基礎(chǔ)地位

煤炭地質(zhì)工作是一項基礎(chǔ)性很強(qiáng)的工作。它橫跨了煤田勘探、井田劃分、礦井設(shè)計、開拓掘進(jìn)、安全回采、煤炭利用乃至礦井關(guān)閉等煤炭開發(fā)的不同階段，貫穿于煤炭工業(yè)的全生命周期，是實現(xiàn)煤炭資源安全高效開采的基礎(chǔ)和前提。煤炭地質(zhì)工作是一項技術(shù)性很強(qiáng)的工作，面對看不見、摸不著、變化多端的煤層賦存條件，地質(zhì)人員依靠有限的手段開展探測，利用片段的信息進(jìn)行解釋推斷，其技術(shù)難度可想而知。

另外，煤炭地質(zhì)工作與煤礦安全生產(chǎn)密不可分。據(jù)不完全統(tǒng)計，煤礦開采過程中發(fā)生的水、火、瓦斯、煤塵、頂板等事故，無一不與地質(zhì)條件密切相關(guān)。由于采區(qū)地質(zhì)條件不清，致使工作面無法正常推進(jìn)、接續(xù)失調(diào)以至蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失的事件，更是不勝枚舉。

因此，在“九五”期間，煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)作為煤礦安全高效開采的關(guān)鍵技術(shù)之一，被列入高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的五大保障體系。地質(zhì)工作在我國煤炭工業(yè)健康快速發(fā)展中占有不可或缺的基礎(chǔ)地位。

煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)將邁向以精準(zhǔn)探測、智能探測為特點的新階段

伴隨著我國煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)的整體架構(gòu)、研究內(nèi)容、保障目標(biāo)、配套技術(shù)等逐漸發(fā)展成熟，其內(nèi)涵與外延不斷豐富和完善，迄今為止歷經(jīng)了四個階段。

第一階段：煤炭資源開發(fā)地質(zhì)保障。改革開放后，我國完成了第三次全國煤田預(yù)測與評價，埋深2000米以淺的煤炭資源總量5.57萬億噸、保有資源量超過1萬億噸。這是煤礦地質(zhì)保障技術(shù)的萌芽階段。

第二階段：“雙高礦井”建設(shè)地質(zhì)保障。“九五”期間，煤炭工業(yè)開始創(chuàng)建以高產(chǎn)高效為主要特征的“雙高礦井”，隨著大型綜采配套設(shè)備的投入使用，迫切需要超前查明煤礦采區(qū)的構(gòu)造、水文等開采地質(zhì)條件，傳統(tǒng)的地質(zhì)保障技術(shù)開始從煤田地質(zhì)勘探進(jìn)入礦井設(shè)計領(lǐng)域。這是煤礦地質(zhì)保障技術(shù)的初級階段。

第三階段：煤礦安全高效生產(chǎn)地質(zhì)保障。進(jìn)入21世紀(jì)以來，為有效減少煤礦瓦斯、水害等事故，煤礦地質(zhì)保障工作從地面到井下，全方位開展煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的探查與治理，煤礦地質(zhì)保障工作進(jìn)入生產(chǎn)階段，地質(zhì)保障技術(shù)向煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)發(fā)展。

第四階段：煤礦智能化綠色開采地質(zhì)保障。從2014年陜煤集團(tuán)黃陵礦業(yè)一號煤礦41101工作面首次實現(xiàn)智能化開采以來，少人化、無人化、智能化開采以及智慧礦井等先進(jìn)生產(chǎn)理念深入人心，煤炭綠色開采、智能精準(zhǔn)開采、透明工作面、透明礦井等對煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)提出了新的更高的要求。隨著《指導(dǎo)意見》的逐步落實，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)必將邁向以精準(zhǔn)探測、智能探測為特點的新的歷史發(fā)展階段。

亟待開發(fā)煤礦采掘工作面   地質(zhì)透明化技術(shù)與裝備

改革開放以來，煤炭地質(zhì)保障技術(shù)與裝備得到了快速的發(fā)展，構(gòu)建了以煤為主、多種資源協(xié)同勘查的綜合勘查理論體系，形成了以三維地震與瞬變電磁、礦井電法、槽波地震等為特色的系列化地球物理探測技術(shù)與裝備，研發(fā)了煤層底板高承壓奧灰?guī)r溶水害隱患地面區(qū)域超前治理的新技術(shù)，不斷創(chuàng)造并刷新煤礦井下順煤層超長定向鉆進(jìn)孔深世界紀(jì)錄，并在煤礦重特大水害事故搶險救援中屢建奇功。然而，煤礦智能化開采面臨急需解決的問題，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)尚處于起步階段。

以“記憶截割為主，人工干預(yù)為輔”“無人跟機(jī)作業(yè)，有人安全巡視”為特征，我國煤礦已有200多個工作面相繼實現(xiàn)了智能化開采。山西、山東、陜西、河南等煤炭大省相繼出臺了全面實現(xiàn)煤礦企業(yè)智能化開采的實施指導(dǎo)意見和激勵政策。簡單地質(zhì)條件下，薄煤層、中厚煤層和厚煤層的智能化開采技術(shù)在一些煤礦取得了初步成功。

但是，我們應(yīng)該清醒地看到，我國煤礦智能化開采技術(shù)才剛剛起步，尚處于初級階段，采煤工作面地質(zhì)條件探查精度偏低、智能化開采對于地質(zhì)條件適應(yīng)性不足等，成為影響今后煤礦智能化開采技術(shù)推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。煤礦智能化開采中，遠(yuǎn)程無人化操控“三機(jī)”的定位精度已經(jīng)達(dá)到“厘米級”、下達(dá)指令的傳輸時間達(dá)到“毫秒級”，這就要求地質(zhì)保障技術(shù)能夠為智能化開采提供一份及時、精準(zhǔn)的電子地圖。這是現(xiàn)有地質(zhì)保障技術(shù)與裝備水平所難以企及的。因此，亟待開發(fā)煤礦采掘工作面地質(zhì)透明化技術(shù)與裝備。

加快推進(jìn)智能化開采   三維地質(zhì)透明化

中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家王國法認(rèn)為，智慧煤礦和智能化開采是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)及隨掘隨采探測技術(shù)與裝備，應(yīng)作為當(dāng)前的五大重點研發(fā)方向之一。如果把智能化開采比擬為無人駕駛汽車，隨掘隨采探測技術(shù)與裝備就如同無人駕駛汽車上提前安裝的視頻記錄、雷達(dá)測距等智能傳感器和智能解釋軟件；精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)就是提供給采煤機(jī)的一張高清“電子地質(zhì)地圖”。

從2011年起，中國煤科西安研究院開始并持續(xù)開展智能探測技術(shù)與裝備的自主研發(fā)。

在智能開采工作面地質(zhì)透明化方面，我們已經(jīng)完成了煤礦智能化采煤工作面隨采地震探測技術(shù)與裝備的工業(yè)性試驗，實現(xiàn)了對回采工作面內(nèi)部靜態(tài)地質(zhì)異常體的高精度智能探測，開展了煤礦開采動力地質(zhì)災(zāi)害的微震、視電阻率動態(tài)監(jiān)測預(yù)警，初步實現(xiàn)了智能工作面三維地質(zhì)透明化，以及透明工作面三維動態(tài)地質(zhì)模型與“三機(jī)協(xié)同信息互饋”。在智能掘進(jìn)工作面的地質(zhì)透明化方面，我們依托國家科技重點研發(fā)計劃項目的支持，將定向鉆探與鉆孔物探技術(shù)融為一體，實現(xiàn)了煤礦井下掘進(jìn)工作面前方“腔狀”二維空間地質(zhì)透明化，正在開展基于煤礦井下掘進(jìn)機(jī)震源的智能探測現(xiàn)場試驗。

未來的智慧礦山是煤礦智能化開采技術(shù)發(fā)展的最高形式，它將融合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備等，形成自主感知、萬物互聯(lián)、自學(xué)習(xí)、自決策、自控制的高度智能系統(tǒng)。這一切，都建立在透明礦井的基礎(chǔ)之上，煤炭地質(zhì)保障系統(tǒng)不僅要在精準(zhǔn)探測技術(shù)上實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，還要實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識三層架構(gòu)下的全息透明，并與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合。基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算等技術(shù)，我們將大幅提升礦井地質(zhì)信息監(jiān)測水平，以端邊云融合模式，構(gòu)建透明礦井綜合感知指標(biāo)體系，實現(xiàn)人—機(jī)—環(huán)的協(xié)同管理。

中國煤科西安研究院組建了透明礦井技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究所，并創(chuàng)建了深圳研發(fā)中心，將借助大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人等國內(nèi)外的最新成果，實現(xiàn)信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)與煤炭地質(zhì)保障技術(shù)的加速融合，打造智能開采時代煤炭地質(zhì)保障技術(shù)的升級版。