张平松，安徽理工大学教授，博士，博士生导师，安徽省学术和技术带头人，安徽省教学名师，中国煤炭学会矿井地质专业委员会秘书长，安徽 省地质学会副理事长，安徽省地球物理学会副理事长，中国岩石力学与工程学会地质与岩土工程 智能监测分会常务理事。主持国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金项目、安徽省科 技重大专项及重点研发计划项目等 50 余项。获得省部级科技进步奖一、二等奖6 项，三等奖7 项； 省级教学成果一等奖3 项、二等奖2 项。授权国家发明、实用新型等专利 60余件，国际专利 10 个； 发表各类学术论文70余篇，其中SCI、Ei收录50余篇；出版教材、专著6部；软件著作权12项。

我国“富煤 、贫油 、少气”的能源结构特征，决定了在未来一段时期内煤炭仍将在能源生产和消费中占据主导地位 。因此 ，煤炭行业的高质量发展、煤炭产业的转型升级是重中之重 。2020 年 2 月 ，国家八部委联合研究制定的 《关于加快煤矿智能化发 展的指导意见》  指出 ，要重点突破精准地质探测、 重大危险源智能感知与预警 ，到 2025 年形成煤矿智 能化建设技术规范与标准体系 。其中 ，智能化煤矿 是深度融合智能先进技术和现代煤矿开发 ，实现煤 矿智能化运行的一种新模式 ，是煤炭行业高质量内涵发展的关键技术支撑 。智能化煤矿建设的重要前 提是要对矿井地质条件有全面 、清晰的认识 ，实现 工作面地质条件的透明化是煤矿智能安全精准开采 的重要保障 。当前 ，煤矿生产中工作面地质条件透 明化 ，主要是以地质资料为基础 ，利用钻探 、物探 等勘探技术手段 ，探查和揭露地质数据 ，实现对工 作面地质条件的成图与认知 ，重点是对地层、构造、 异常体等条件的透明化、可视化。

近年来 ，工作面地质条件探查技术的发展水平 显著提升 ，静态地质建模技术取得了很好的效果， 工作面动态监测技术也有了一定突破 ，煤岩识别技 术正逐步向精准化发展 ，为煤矿安全精准开采提供 了地质基础 。但是 ， 围绕着工作面地质条件探查与 解释的方法技术较多 ，受各种因素所限 ，不同方法 技术的勘探精度不同 ，对采煤工作面的透明化能力存在差异 。从技术发展的角度来看 ， 由单场单一参 数评价到多场综合参数的探查 ，由长距离单次探查到短距离随采跟进的监测 ，对割煤机前端煤岩信息 进行有效识别 ，实现“电子地质导航图”指引是重 要的发展趋势 。笔者梳理了近年来采煤工作面地质 条件透明化技术的发展 ，分析阐述了智能化煤矿建 设中地质透明化技术的不足，提出了对未来发展的思考，力求为煤矿智能化建设技术体系构建提供参考。

采煤工作面地质条件透明化技术现状

对于工作面地质条件的透明化需要获得 3 个方面的内容  ，即静态地质模型 、采动面内及围岩条件 监测 、煤岩体识别 。其重点是以地质量化探测为指 导 ，强化对工作面及其地质构造特征 、水文工程环 境地质特征等研究 ，为生产准备 、采煤装备布置、 回采推进等工作面生产的全过程 、全周期提供透明 化地质保障 。要实现智能煤矿的建设目标 ，重要的 是对影响工作面生产的地质因素全面把控。

工作面地质条件探查技术

工作面地质条件的探查需要全面掌握煤层厚度 及其变化 、断层 、陷落柱 、瓦斯集中区等地质异常 信息 。采前结合勘探 、巷道揭露地质信息 ，利用弹 性波 、  电磁波等层析成像技术进行面内构造探查， 获得其精细地质条件及认识 。 目前 ，综合探测技术 包括三维地震勘探技术 、矿井物探技术 、定向钻探 技术、钻孔物探技术等。

( 1 )  三维地震勘探技术

三维地震勘探是利用人工激发地震波 ，地震波 在地下介质传播过程中遇到具有波阻抗差异的地质 体会发生反射 ，根据接收到的反射波在能量、频率、 相位 、速度等方面的不同 ，对地下地质情况进行探 查 ，为工作面透明化提供数据支撑 。随着技术的进 步与发展 ，三维地震勘探技术逐步走向数字化和精 细化 ，地震资料的信噪比和分辨率得到提高 。刘俊 等通过高密度三维地震勘探的应用 ，增强了定位小 断层 、判别陷落柱 、刻画灰岩地层裂缝的效果 ，并 利用对常规三维地震资料的二次精细化处理与解释， 提高了地质构造的解释精度 。李金刚等通过优化三 维地震数据处理和解释流程 ，提高了勘探精度和效 果 。三维地震勘探技术在查明小型地质构造等方面 应用广泛 ，是目前静态地质模型构建过程中的关键 技术。

( 2 )  矿井物探技术

矿井物探技术是解决影响煤矿安全生产的地质 问题 、保障煤矿智能化和精准化开采必不可少的技 术手段 。近年来 ，矿井物探技术的原理和仪器设备都有了较大进展 ，应用条件更加广泛 ，技术种类更加多样 ，为工作面透明化提供了重要的技术手段 。  目前 ，进行工作面地质条件探查的矿井物探技术主要包括 ：槽波地震勘探 、矿井瞬变电磁 、矿井 无线电波透视、矿井电阻率法等。

槽波地震勘探 。槽波地震勘探方法通过激发地 震导波 ，接收并分析导波的变化特征 ，实现对煤层 内地质构造成像 。武延辉等将槽波反射法和透射法 结合 ，准确定位了工作面隐伏构造 ；在数据处理方 面 ，李江华等采用振幅包络计算和共中心点叠加偏 移技术优化数据处理流程 ，实现槽波勘探对地质构 造的探查工作 ；王保利等开发了一套针对槽波地震 数据的处理解释平台。

矿井无线电波透视 。矿井无线电波透视的物理 基础是 ，正常煤层对电磁波的吸收作用小于围岩， 发射电磁波的能量会被煤层中含水断层 、裂缝带、 陷落柱吸收甚至完全屏蔽 ，接收器只能接收到微弱 的电磁波信号或接收不到信号 ，从而定位异常 。吴 荣新等利用无线电波多频率透视探测 ，精细探查出 大范围的薄煤区 ，无线电波透视吸收系数成像与解 释如图 1 所示。

矿井瞬变电磁 。除了探查工作面内部地质构造， 还要重点关注工作面及顶底板一定范围内含水体的 位置及状态 。矿井瞬变电磁法是基于电磁感应定律， 通过回线电流产生一次磁场 ，工作面内探测目标体 内部会产生感应的二次涡流场 ，二次场包含有良导 电矿体丰富的地电信息 ，通过对这些响应信息的提 取和分析 ，从而达到识别低阻异常体的探测目的。 张军提出了一种矿井瞬变电磁超浅层分辨率探测方 法 ，通过改进硬件系统 、优化数据处理 ，实现对矿 井巷道顶板岩层裂缝等浅层地质体三维精细化探测， 从而准确反映巷道顶板含水体的三维空间分布。

矿井电阻率法 。矿井电阻率法是基于异常体与 围岩的电阻率差异 ，通过观测与研究人工建立的电 场 ，  以查明地质问题的方法 ，主要包括 ：直流电法、 高密度电法 、并行电法等 。胡雄武等为进一步提高 对采煤工作面底板岩层富水区的判定精度 ，通过对视电阻率观测与反演方法的改进 ，提出视电阻率全

方位探测方法 ，使单巷测深数据与双巷透视数据之 间能够相互约束 ，实现了对底板富水区域的精确定 位 。图 2 是工作面底界面的相对低阻区分布 。刘宝 宝等综合现有矿井电阻率法的优势 ，设计出一种电 法集成勘探系统 ，简化了电法数据采集工作 ，可同 时采集多种电法数据 ，得到多种地电场的三维勘探 结果。

图 1    无线电波透视吸收系数成像与解释

图 2    1233 工作面底板相对低阻区分布

( 3 )  定向钻探技术

定向钻探技术是通过人工控制 ，依托于特殊的井下工具 、测量仪器和工艺技术控制钻井轨迹 ，使 钻头可以沿着预设方向到达地下勘探目标的工艺技 术 ，是地质保障技术体系的重要手段 ，是煤矿安全 生产必不可少的重要技术 。根据钻探的目的 ，矿井 钻孔可分为地质孔和措施孔 。地质孔是收集地层、 构造 、水文 、等地质资料所施工的钻孔 ，是采区布 置 、工作面生产的重要地质依据 ；措施孔是指探放 水 、抽放瓦斯等场景施工时的钻孔 ，为目前煤矿水 害和煤矿瓦斯突出的重要防治技术手段 。2005 年， 国内就开始研发自动化远程控制钻机 ，   目前远距离 控制钻进 、地面控制钻进 、地面远距离自动控制钻 进 、遥控自动钻进已经实现 ，但自动化和智能化水 平不高 ，未能广泛推广。

( 4 )  钻孔物探技术

定向钻探技术具有探测距离远 、探测精度高等 特点 ，在资源探查 、瓦斯治理 、水害防治等方面发 挥着重要作用 ，但其施工成本相对较高 、探测范围 较小 。因此 ，将钻孔和物探方法结合起来 ，可以通 过物探技术手段研究钻孔一定范围内的地质构造、 煤厚变化等。

钻孔物探技术是以钻孔为施工空间 ，观测系统 远离巷道且接近地质异常体 ，有效降低巷道中金属 设备 、电磁影响及其他干扰条件的同时 ，增强了异 常体的响应 ，从而实现地质异常的精确探测 ，扩大 探测范围 ，是保障工作面安全回采的有效手段之一， 其他手段包括钻孔无线电波透视 、钻孔瞬变电磁、 钻孔地震 CT 等。

为解决电磁类超前探测技术的探测效果受巷道 中金属框架等电磁干扰影响 ，张军提出了无线电磁 波透视新技术 ，  即孔-巷无线电磁波透视 ，研究改进 了装置设备和施工方式 ，借助钻孔岩层的屏蔽作用 降低接收信号的外部干扰 ，可以更加精确地探查工 作面内的地质情况 。图 3 是采用层析成像数据处理 方法获得的无线电磁波透视衰减系数成果。

钻孔瞬变电磁的原理与矿井瞬变电磁基本一致， 区别在于施工时前者将发射装置与接收装置一同送入钻孔中 。朱树来等通过数值模拟和工程实例验证了将物探和钻探结合的钻孔瞬变电磁法分辨率较高， 可以精准探明各含水层的富水性 。范涛为解决采空 区的精准探测问题 ，提出了孔巷瞬变电磁动源定接 收探测方法和煤矿井下巷道-钻孔瞬变电磁二维拟地 震反演方法 ，并通过数值模拟 、物理模拟 、工程试 验检验了该方法在探测采空区性质 、形态和规模的 实用性和有效性。

通过三维地震 、矿井物探 、定向钻探 、钻孔物 探等技术手段的综合利用 ，构建地质条件清晰的静 态地质模型 ，逐步实现工作面地质条件透明化 ，为 工作面综采提供地质保障。

图 3    孔-巷无线电磁波透视衰减系数成果

静态地质模型构建技术

回采工作面地质条件的掌握需要对煤矿生产各 阶段的多源地质数据进行有效利用 ，并依据该数据 实现工作面地质条件的初步透明化 。   目前 ，基于多源数据融合和三维地质建模技术 ，将工作面地质条 件勘探所获取的数据进行集成 、融合 、分析 ，可实 现对工作面地质情况的三维可视化。

( 1 )  多源数据融合技术

多源数据融合技术是对采前获取的地面及井下 钻探 、物探等具有复杂性 、异构性 、海量性 、孤立 性 ，但有一定相关性的多维度 、多结构 、多属性静 态地质数据 ，谷保泽等提出采用过滤分析 、特征分 析 、数据清洗等手段进行处理 ，基于数据级 、特征 级 、决策级相匹配的多级融合策略以及数据空间配 准技术 ，实现多量纲 、多尺度的数据融合 ，并进行 交叉验证和联合反演 ，  以弥补单一属性数据的不足， 进而确定煤层工作面构造 、煤厚和顶底板界面等地 质信息 ，为构建工作面多属性三维地质模型提供高 精度 、可靠的数据支撑 。王皓等基于多源数据融合 技术 ，构建了矿井水害预警平台 ，精准探查导水裂 缝带的位置及发育情况 ，实现了矿井水害的精准防 治工作 。郭昌放提出了以图形化工程数据为空间指 导 ，并融合了煤矿多源数据的协同共享机制和平台 建设架构 ，实现工作面更大范围和更高维度的透明 化 ，为智能精准开采提供了数据支持。

( 2 )  三维地质建模技术

三维地质建模技术是整合地质 、测井 、地球物 理数据和各种解释结果或概念模型 ，生成三维定量 随机模型 ，并使用计算机相关技术手段把地质数据 统计 、地质信息解释 、空间信息整合 、空间分析与 预测 、实体内容分析和图形可视化相结合 ，并应用地质分析技术 ，集成综合地质探测技术所获取的地质信息 ，从而增强采掘地质条件的判识精度 。利用 高密度三维地震数据体作为基础地质构造框架 ，  以 地面钻探 、掘进数据进行地质层位标定 ，通过矿井 物探 、钻孔物探获取多参量 、多属性地质数据进行 构造及含水体等属性填充 ，可以实现煤矿井下三维 可视化表达 。曾鹏等提出利用 Autodesk Revit 建模软 件 ，结合 Kriging 插值算法 ，采用 “由点成面 ，   由 面成体”的三维地质模型构建思路 ，通过收集的地 质及钻探资料 ，并利用留一法检验模型精度 ，进行 合理的空间插值和三维地质模型的构建 ，提高了模 型的精确度和可靠度 。朱梦博采用煤厚预测法和顶/ 底板迭代建模法 ，分别构建了煤层厚度子模型和顶/ 底板子模型 ，并融合构造解释成果 ，构建了工作面 采前三维静态地质模型 ，如图 4 所示 。姜逢宇等提 出一种基于网格快速求交算法的模型侧边界面重构 方法 ，按先建模后更新的思路 ，解决模型侧边界面 上的重复面问题 ，通过网格求交算法和约束Delaunay 三角剖分算法 ，快速实现模型边界面的重构。

图 4    工作面三维静态地质模型

工作面及其围岩条件动态监测技术

工作面采动揭露面内煤岩分界并导致围岩条件 的动态变化 ，  因此工作面透明地质模型需要实时更 新 。工作面回采前静态地质模型构建利用的多源数 据包括地质、物探、钻探等 ，随着回采生产的进行， 可控制的煤层实际数据增加 ，实时进行动态三维地 质模型修正 ，  以得到更高精度的可视化地质条件， 其重点是进行面内煤层变化以及致灾地质因素的动 态监测 。   目前 ，利用随采震波技术 、微地震及电法监测技术等 ，可对面内及围岩条件实施动态监测。

( 1 )  随采地震技术

随采地震是指利用割煤机切割煤壁时所产生的 连续震动作为震源 ，  除震源较为特殊以外 ，该技术 的方法原理和常规地震勘探基本相同 。随采地震通 过对回采工作面的动态监测 ，获取海量的地震数据， 以实现对回采工作面内部断层 、陷落柱 、煤厚变化 等地质条件的不间断精细化探测 ，实现地质数据实 时更新 ，逐渐成为工作面透明地质模型构建 、  回采 工作面地质灾害预报的重要方法 。覃思等在实际工 作面进行随采地震试验 ，并进行反演成像 ，验证了 随采地震勘探技术的可行性 。在软件开发方面 ，段 建华等开发了随采地震监测数据采集软件 ；王保利 开发了随采地震数据处理软件 ；王云宏等为解决随 采地震 CT 层析成像中绝对走时难以获取的问题 ，提 出直接利用相关时差进行 CT 层析成像的方法 ，降低 对初始速度的依赖 ，实现了工作面内部速度成像， 陷落柱的随采地震探测如图 5 所示 。张唤兰等提出 分段波形互相关方法优化随采地震数据处理流程， 通过将割煤机产生的数据分段 ，采取互相关的方法 提取有效信号的走时 ，利用速度层析成像方法进行 反演成像 ，并应用于模拟数据和实测数据 ，结果表明该方法能解决割煤机震源信号处理问题。

图 5    陷落柱的随采地震探测示意

( 2 )  微震监测技术

除对断层 、陷落柱等地质构造不间断探测外， 还要对导水通道 、顶底板破坏特征进行监测 。微震 监测的实质就是利用微震监测网络对监测区域内岩 石破裂时产生的实时微震信息进行接收 ，利用震源 定位得到煤岩破裂的三维坐标及应力波强度 ，通过 理论方法分析岩体的微震活动规律 。李术才等采用 高精度微震监测系统和顶板动态监测仪 ，研究了某矿 2200 工作面底板微震活动特征和动压对 4106 巷道 变形破坏的影响 ，  图 6 是微震事件空间分布 。程爱 平等对不同赋存及地质条件的工作面回采 ，进行了 反演优化 、数据解释等研究 ，获得了工作面顶底板 围岩的空间破裂状态及分布特征 ，并将其与导水裂 缝带发育高度 、采动应力场分布建立联系 ，在防治 矿井灾害方面取得了显著成效。

图 6    微震事件空间分布

( 3 )  光纤监测技术

顶底板的破坏和工作面内含水通道的导通会体现在其他属性的物理场上 。光纤监测技术是一种以 光作为载体 ，光纤作为传输媒介 ，在时空上对被测 量地质体进行连续感知的传感技术 。该技术可以记 录回采工作面及巷道围岩应力变化与变形破坏特征， 同时掌握工作面应力场动态迁移规律 ，从而监测顶 底板破裂演化 ，实现灾害超前感知 。刘少林等利用 分布式光纤测试技术 ，在回采工作面布设分布式光 纤 ，监测工作面回采过程中岩层变形破坏区域应变数据 ，分析得出工作面顶底板变形 、破坏特征及导水裂缝带发育高度 。程刚等以实际综放工作面为背 景 ，采用分布式光纤传感技术 ，开展了相似模型试 验 ，获得了煤层采动过程中覆岩变形分布式监测结 果 。图 7 是煤层采动过程岩层变形监测现场实测与 相似模型实验分布式光纤布设示意 。图 8 是随着工 作面开挖光纤监测数据的时空分布演示。

图 7    煤层采动过程岩层变形监测现场实测与相似模型实验分布式光纤布设示意

图 8    随工作面推进距离光纤监测应变云

( 4 )  电法监测技术

电法监测技术是根据不同地层的电导率差异， 通过人工施加稳定的电流场 ，根据其电阻率的时空 变化判别结构破坏及裂缝发育 ，根据不同时间的测 试数据可动态分析顶底板变形与含水体变化特征。

靳德武等以采煤工作面为应用对象 ，采用多频连续电法监测系统、“井－地－孔”联合微震监测系统以 及基于时空监测数据的智能预警系统对工作面底板 水害进行三维实时监测 ，精确定位导  (突)  水通道， 实现了对矿井底板水害的智能预警 。张平松等根据 工作面覆岩破坏高度观测的需要 ，利用顶板岩层钻 孔和巷道形成探测区域 ，采用孔巷电阻率法进行电 性参数采集与处理 ，在工作面回采过程中进行动态 观测 ，根据顶板岩层视电阻率的变化分析其内部结 构变化特征 ，研究覆岩变形与破坏的发育规律 ，  图 9 为电阻率监测剖面的节选 。OU Yuanchao 等以淮南 某矿工作面底板巷道围岩为研究对象 ，采用地电场监测技术进行实时监测 ，发现了复杂应力场环境下工程岩体区域破裂破坏过程中地电场的时空响应 规律。

利用多地球物理场对回采工作面进行实时监测， 可实现对地质构造 、导水裂缝带 、顶底板变形破坏 等超前感知 ，实现井下灾害预判辨识 ，获得透明化 工作面的构建数据。

图 9    岩层变形与破坏电阻率分布特征

煤岩识别技术

煤岩识别技术通过自动判别煤层与岩层 ，为割 煤机提供高精度煤岩分界面数据 ，使割煤机自动调 节滚筒高度进行正常割煤 ，达到改善煤质 ，提高回 采过程效率与安全等目的。

目前 ，煤岩识别技术主要分为非接触式和接触 式 。非接触式煤岩识别包括机器视觉技术 、电磁探 测技术 、声波探测技术 、伽马射线技术等 ，通过信 号传感器采集图像信号 、电磁信号 、声信号 、放射 性信号等 ，根据岩层 、煤层的不同信号特征 ，对煤 岩界面进行自动识别 。接触式煤岩识别技术包括声压探测技术 、转矩探测技术 、温度监测技术等 ，根据割煤机切割煤层与切割岩石的振动特征 、声压特 征 、转矩特征 、温度特征等识别煤岩界面 ，减小了 采煤工作环境对识别精度的影响 。Liu Yanbing 等提 出了一种基于小波包分解和模糊神经网络的煤岩识 别系统 ，利用多种传感器采集采煤机的响应信号， 实现了煤岩界面识别方法的多信号特征提取和数据 融合 ，提高了煤岩图像识别技术的精度 。  田立勇等 为降低识别的结果误差率 ，提出一种基于加权数据 融合理论的多传感器煤岩识别方法 ，将多个不同位 置传感器所测得的同一参数的数据通过分配加权系 数的方法融合成一个数据 ，利用融合后的数据对煤 岩分界面进行识别。

煤岩识别技术是实现工作面综采少人  (无人)  化 、地质透明化的重要技术基础 ，是安全回采过程 重要的理论和数据支撑 ，促进了煤矿智能化发展进 程 。作为少人  (无人)  工作面综采中的关键技术手 段 ，煤岩识别技术已成为智能煤矿建设的技术瓶颈。 目前 ，煤岩识别的精度和速度易受到回采工作面复 杂地质构造 、电磁干扰 、较差的作业环境等因素限 制 ，  同时在数据处理和识别算法方面仍存在较大的 提升空间 ，该方法仍处于探索和完善阶段。

采煤工作面地质条件透明化技术展望

地质条件透明化技术研究分析

煤层工作面地质条件透明化需要多种技术手段 作支撑 ，通过地质勘探 、物探探查 、三维可视化、 地质大数据分析等综合利用 ，为工作面安全精准开 采 提 供 保 障 。  工作面地质条件透明化技术统计见表 1。

表 1   工作面地质条件透明化技术统计

回顾透明工作面地质条件的探测技术发展 ，  由 钻探 、巷道揭露 、物探探查分析 ，到工作面及围岩 动态监测 ，其技术手段不断进步 。但受各种方法技 术本身所限 ，   目前煤矿地面勘探阶段勘查精度属于 “十米级”的层次 ，煤矿井下钻探、物探技术对工作 面的地质探测精度 ，总体上可以达到“米级”水平，这与智能化煤矿建设及工作面开采需求的地质透明化“亚米级”精度要求还有距离 ，依然不能满足智 能开采工作面地质透明化的地质精度需求 。具体来说 ，对于工作面地质条件透明化存在一些不足：

( 1 )  随采测试技术、装备研发能力不足

对于工作面地质条件的透明化 ， 由过去的静态 探测到动态跟踪的煤岩识别及围岩条件监测发展至 关重要 。   目前 ，  多数工作面仍是单次探测与解释， 亟需改变探查方式 ， 由一次探查向跟踪探查 、短距 离 、高精度煤岩条件识别发展 ，提高对测试技术与 装备的投入与研发力度。

( 2 )  煤岩识别及构造异常分辨能力有限

现有煤岩识别技术在光照不均 、粉尘量大 、电 磁干扰等作业环境下 ，识别精度和速度受限 ，且数 据处理和识别算法会影响识别精度和速度 。矿井物 探技术在实际应用中 ，受到如传感器布设 、与介质 耦合效果 ，  以及矿井物探装备的性能参数等限制，影响探测精度 。针对割煤机前端 0 ~ 20 m 煤岩条件的识别亟需开发适合的 、独特的地质地球物理等表 征信息。

( 3 )  适合随采的“电子地质导航图”制作研究 滞后

地质透明化对开采支撑要求精准性 、实时性， 透明地质建模适用性算法研究 ，  以及透明地质模型 与煤矿采掘系统的实时联动反馈方面存在较大不足， 如何缩小地质透明化精度需求和目前地质保障技术 的探测精度两者的差距 ，并且将透明地质模型和煤 矿采掘进行深度的联动共享 ，为智能化开采提供透 明化工作面的“地质导航”，成为一个亟需解决的关 键技术难题。

工作面地质条件透明化技术发展思考

随着煤矿智能化进一步发展 ，工作面透明化的 地质控制精度需求进一步提高 ，而利用随采震波 CT精细成像是一个重要的方向。

( 1 )  完善采煤工作面地质条件透明化技术体系

透明工作面重建 ，通过采前多源数据信息融合 及工作面探查结果 ，构建工作面内外一定范围的地 质静态数据体 ；采中随采跟进探查 ，利用工作面巷 道构建非完全观测系统 ，  以割煤机 、带式输送机为 随机震源 ，布设随采震波 CT 信息感知系统 ，实施工 作面内煤层震波全波场信息采集 、反演 、成像 ，跟 踪识别割煤机前端 0 ~ 20 m 段煤岩及构造异常信息； 利用动态识别煤岩信息 ，逐步修正构建的静态地质 模型 ，实现对随采地质条件的动态预测 ，为割煤机 推进提供可靠的指引参数 。采煤工作面地质条件透 明化技术体系如图 10 所示。

构建静态地质数据体与动态修正静态模型 ，重 点是开展井下适用的高精度三维地质建模技术研究； 其中 ，构建地质静态数据体需要加强三角剖分法、 Kriging 空间插值等高精度建模算法的适用性研究， 利用离散光滑插值和随机模拟等算法来实现物探模 型与地质模型的融合约束也是研究的重点 ；静态地 质模型动态修正则需要加强平面-剖面对应算法 、膨 胀搜索算法 、样条曲面算法 、平滑过渡算法等关键 技 术 的 研 究 与 应 用 ，  做 到 随 采 地 质 模 型 的 动 态 管理。

( 2 )  研究适合工作面割煤机推进的多地球物理 场数据采集、成像及煤岩体识别新技术及探测装备

矿井地球物理勘探和煤岩识别技术的不断发展能够获得多维度 、多属性的地质数据 ，为实现透明 化工作面提供地质基础  (图 11 )。  矿井地球物理勘 探技术的发展 ，需要 ：①研究随机震动波 、地电场 等实时数据采集与处理技术与装备 ，提升对煤岩条 件及构造异常的分辨程度 。随采地震技术需要开发 适用于随采地震的多维 、多分量数值模拟软件 ，开 展典型地质模型的随采地震数值模拟与分析 ，利用 数学方法提纯割煤机信号 ，  以及割煤机近场信号采 集技术与装备研发等 ；  电法实时监测系统需要深入 研究海量数据体的采集及深度利用 、围岩破坏判断 电性参数阈值以及视电阻率反演成像的优化改进； ②进一步优化各物理场传感器的结构设计 ，提升其 全空间信号感知能力 ，增强接触式传感器与地质体 间的耦合效果 ；③改进狭小环境下观测系统的合理 布设 ，创新孔-孔 、孔-巷 、孔-地等观测系统 ，  降低 巷道环境的影响 。  因此 ，孔中传感器的快速布设、 结构及性能的改进设计十分重要。

煤岩识别技术的发展 ，需要 ：①多种识别技术 交叉  (如：  接触式和非接触式传感器交叉或多个同 类传感器加权融合)，  减少探测盲区 ，增大适用范 围 ；②安装喷雾除尘装置 ，  降低粉尘影响 ，采用屏 蔽措施 ，抑制电磁干扰 ，改善检测环境 ，提高信号 质量 ，  减小预处理时间 ，  提高识别速度与精度； ③优化图像识别算法 ，采用并行计算 、神经网络， 在保证识别精度的前提下压缩运算时间 。随着技术与装备的不断发展 ，深化数据融合技术 ，促进智能 煤矿的动态监测信息不断丰富。

( 3 )  研发动态震 、电 、磁监测面内层析成像及 围岩多源灾害条件的监控平台

利用多维 、多参量地球物理及煤岩识别技术， 对工作面采前 、采中进行地质勘探与监测 ，获取的 地质数据具有复杂性 、异构性 、海量性 、孤立性， 但有一定相关性 ，研发动态震 、电 、磁监测面内层 析成像及围岩多灾害源条件监控平台 ，开展多场多 源数据融合研究 ，提高地球物理探测及煤岩识别分 辨率 ，进一步优化插值算法 ，为构建三维工作面动 态透明化模型提供高精度基础数据支撑 ；基于割煤 机切割震波源的频率 、能量断面扫描预测 ，重建高 精度三维工作面动态透明化模型 ，制作“电子地质导航图”，实施透明地质模型和采煤工作程序间的实 时共享联动 ，实现对工作面煤厚及围岩一定范围内 多源灾害体的精准 、实时监测预警 ，多源灾害预警 平台如图 12 所示。

图 12    多源灾害预警平台

结   语 

目前 ，我国煤矿已经完成了普通机械化 、综合 机械化 、  自动化采煤的进程 ，开始迈入智能化煤矿 建设新时代 。为推动煤炭行业高质量发展 ，促进煤 炭产业转型升级 ，煤矿少人化 、无人化 、智能化建设成为发展方向 ，煤矿工作面地质条件透明化是实现上述目标的基础 ，这需要各类地质保障技术及装 备作保障。

通过精细重构透明工作面条件 ，形成监测平台， 做好与智能割煤机械装备融合配套 ，才能保障井下 生产的正常化 ，  同时需要进行三维地质模型动态重 构 ，实现随采波场环境检测 、震波 CT 数据采集成 像 、电子地质图件导航 ，保障割煤机械装备的安全 高效行走 。煤矿生产企业和科研院所 ，需要加大对 透明地质重构技术与装备研发的投入 ，培养一批年 轻技术骨干 ，  以承接智能化煤矿建设事业的发展。

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