我国大部分煤矿地质条件复杂，工作面生产及环境状态不“透明”，无法直接指导工作面智能开采，影响采煤自动化、智能化发展，亟待研发新技术或综合解决方案来解决以下地质难题：①采煤工作面地质构造的有效探查方法少，数据综合利用程度低，地质因素的精度控制尚未达到智能开采需求；②地质构造的控制主要依赖钻探，存在“一孔之见”、钻孔轨迹不清、成本高、周期长等问题；③地质构造的空间展布基本依靠地质人员推测，多种探查手段的解释结果相互独立，与地面勘探成果和实际地质情况结合较弱，工作面煤厚、地质构造控制精度偏低；④工作面地质信息的三维可视化程度低；⑤井下空间地质信息缺乏。
中煤科工集团重庆研究院有限公司最新研发的煤矿地质透明保障系统CMGeo1.0，利用先进的物探、钻探设备对地质构造和水文地质条件进行超前探测，结合瓦斯含量定点取样和快速精准测定数据，建立透明地质保障数据库。运用多源数据融合方法，综合考虑地质构造、水文地质条件和瓦斯情况等因素构建采掘工作面高精度三维地质模型，实现待采掘区域地质构造、水文地质条件和瓦斯分布“透明化”，用于指导煤矿智能化快速采掘。
煤矿地质透明保障系统关键技术
工作面地质多源多尺度信息获取技术
工作面地质透明需要在融合不同来源、不同属性、不同尺度数据的基础上构建工作面三维地质模型。首先，将工作面现有地质成果进行信息化，并优选开展工作面地质构造高分辨探测（槽波地震、多频电磁波透视、钻孔轨迹、动态瞬变电磁、钻孔地质雷达等），形成工作面地质透明基础数据库；再利用摄影测量技术建立工作面三维数据模型，对图像可识别的工作面煤岩分界线进行标定，测量得到煤岩分界线坐标，并与工作面的地理信息（测量）进行关联，提升三维地质模型和实际情况的契合度，确保工作面三维地质环境信息编录完整、准确。
中煤科工集团重庆研究院有限公司采用自主研发的WKT无线电波透视、KJH-D （A） 防爆探地雷达、YCS8.2 （DT） 瞬变电磁、DTC150 防爆地震波超前、YDG64 高密度电法等探测技术及装备对采掘工作面内部及其底板探测，获取构造、富水性、瓦斯富集等隐蔽地质异常空间分布数据；采用GS64 在线电监测、微震监测法对采掘工作面构造活化进行动态监测；结合钻探，采用ZKG1000 钻孔轨迹监测、自然伽马探测等得到地层层位、隐伏水害、隐蔽致灾因素等远距离超前预报信息。地球物理探测装备如图1 所示。采用KSB-Z 矿井摄影地质编录系统对采掘工作面空间进行三维建模编录（图2）。
工作面三维透明地质模型构建技术
通过地质要素控制信息优选、地质单元模型数据属性描述、建模数据格式标准化、地质构造预测及图形可视化信息进行结合，选择适宜建模方法，对离散采样点数据插值、三维空间网格化，通过三维数字化建模实现工作面地质构造的三维重现，并根据生产过程中的补充数据进行模型修正和动态更新。
依据静态探测和动态监测数据，融合构建以“动态监测+三维地质属性模型”为核心的采掘工作面透明地质系统，通过地质模型和透明地质系统建立完整的、精准的、动态的三维精细地质几何体模型，实现地质体及地质属性的可视化表达，并支持在地质建模的基础上融合相关监测数据，建立危险源模型，为灾害预警提供透明化底座。
应用推广
2022 年至今，煤矿地质透明保障系统已在山西焦煤集团西山煤电马兰矿、屯兰矿等多个智能工作面试验和应用，实现了工作面煤层、地质构造、水、瓦斯等隐蔽地质灾害分布情况的“透明化”呈现和高精度控制，透明地质模型的动态更新，并能实时与生产数据联动，为工作面的采掘提供了地质保障，采煤工作面地质透明地质模型实例如图3 所示。
煤矿地质透明保障系统实现对多源数据进行融合处理后，基于三维地质建模构建地质构造透明底座，支持融入采掘过程感知的实时信息，为智能工作面开采提供开采信息，并为煤矿井下地质灾害的预测预警提供透明化的载体，为推动煤矿采掘的智能化、无人化提供了安全地质保障，推广应用前景广阔。
