智能开采透明工作面地质模型梯级优化试验研究.pdf

第48卷第7期 2020年 7月 煤炭科学技术 Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y Vo l . 48 No . 7 Ju l y 2020 程建远，刘文明,朱梦博，等.智能开采透明工作面地质模型梯级优化试验研究[J].煤炭科学技,2020,48 7118-126. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 011 CHENG Jia nyu a n, LIU Wenming ,ZHU Meng bo, et a /.Ex per iment a l st u d y o n c a sc a d e o pt imiza t io n o f g eo l o g ic a l mo d el s in int el l ig ent mining t r a nspa r enc y w o r k ing f a c e [ J ]. Co a l Sc ienc e a nd Tec h no l o g y, 2020, 48 7 118 - 移动扫码阅读 126. d o i 10. 13199/j. c nk i. c st . 2020. 07. 011 智能开采透明工作面地质模型梯级优化试验研究 程建远1,刘文明1,朱梦博余北建3,王一 j张泽宇“ 1.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077；2,煤炭科学研究总院，北京100013； 3.阳泉煤业集团有限责任公司，山西阳泉045000；4,山西新元煤炭有限责任公司，山西阳泉045499 摘要煤矿智能开采工艺与装备对于地质条件适应性不足，亟需在各种复杂地质条件下构建高精度 透明化的煤层地质模型。以山西某地质条件复杂的矿井为例，选择陷落柱、断层、褶曲等较为发育的 XY-S工作面，利用勘查、生产阶段获取的地质数据，递进式构建了设计阶段的黑箱模型、掘进阶段的 灰箱模型、回采前的白箱模型和开采中的透明模型；以XY-S工作面总长7 400 m掘进巷道、1 470 m 推采范围的实测数据作为统计依据，对不同模型的地质建模精度进行实证分析。试验结果表明①煤 层底板标高的建模误差黑箱模型10-20 m仅有钻探数据时、510 m钻探三维地震，灰箱模型 和白箱模型05 m,透明模型01.0 m;②断层、陷落柱的控制程度槽波解释的3条落差为1.5 m以 上断层验证可靠，直径为20 m以上陷落柱的解释准确率平均75,但是槽波探测的陷落柱范围明显 偏大、推断的异常区偏多；③煤厚预测误差主采煤层平均厚度2.70 m,黑箱、灰箱、白箱模型煤厚预测 最大误差为1.5 m、均方误差0.5 m左右，透明模型的煤厚预测误差小于0.30 m,但是可统计的实证点 偏少。按照智能开采工作面地质模型梯级构建的思路，智能开采前白箱模型的建模精度只能满足自 适应截割模拟开采的需求，急需研发随采智能探测、孔中地质雷达、视频煤岩识别等新技术新装备，实 现工作面高精度三维地质建模，为煤矿智能开采提供可靠的地质保障。 关键词智能开采;透明工作面；地质模型；梯级优化;地质信息透明化 中图分类号TD67 文献标志码A 文章编号0253-2336 2020 07-0118-09 Experimental study on cascade optimization of geological models in intelligent mining transparency working face CHENG Jia nyu a n1 ,LIU Wenming1 ,ZHU Meng bo1 2,YU Beijia n3, WANG Yi3, ZHANG Zeyu4 l .Xi5 an Research Institute, China Coal Technology 更重 要的原因是智能开采工作面基础地质条件査明精 度不足，导致智能开采遭遇地质条件较大变化时无 法迅速调整适应等。因此，我国煤矿智能化开采整 体上还处于起步阶段、初级水平［句o 王国法院士指出煤矿开采是一个复杂的系统 工程,它涉及到地质保障、煤炭回采、巷道掘进、主辅 运输等诸多子系统⑺。众所周知煤层赋存地质条 件是煤炭资源安全高效绿色智能开采的基础和前 提,而煤矿地质保障系统是煤矿智能化开采的核心 技术支撑［“I。现有的智能化开采工作面大多数都 选择地质条件相对简单的工作面，随着煤矿智能化 开采的技术进步,灾害严重矿井、地质条件复杂矿井 都要实现智能化，因此为采煤工作面提供高精度 4D-GIS透明地质模型将成为智能化开采的必然选 择［1-11］o煤矿传统的地质保障是以基本查明煤层 赋存条件、水文地质条件、构造地质条件等为目标, 主要服务于煤炭资源勘査、井田划分、采区设计和工 作面选择等地质任务，其勘査程度整体上以定性、半 定量为主,对智能化开采要求高精度查明煤层厚度、 煤层起伏形态与隐伏构造以至于动力地质灾害等需 求而言，其精度尚存在明显不足［⑵。因此,如何构 建智能开采工作面的高精度三维地质模型,成为实 现智能化的关键技术问题之一［⑶O 三维地质建模这一概念1994年由加拿大学者 Ho u l d ing提出，他指出三维地质建模是用三维数据 模型,包括钻孔数据、图形数据、体元数据以及三维 格网数据等为数据源的数据流对地质结构进行描 述网。国外开发了三维地质建模软件，如GOCAD、 Mic r o MineA Su r pa cA Da t a Mine Disc o ver 等，这些软件 主要适用于露天矿山，对于地下开采煤矿不太适用; 国内三维地质建模软件主要有北京龙软科技 Lo ng r u a n 3D、武汉中地数码Ma p GIS、中煤科工集团 西安研究院MSGIS、北京东澳达科技3DMine、长沙 迪迈数码Dimine、西安集灵信息科技VRMine GIS 等，其中北京龙软科技股份有限公司的软件在煤炭 行业得到推广。在矿井三维地质建模方面,2008年 姜在炳［⑸在综合分析煤层地质建模方法与软件的 基础上,以地面钻探资料为基础，采用不规则三角网 和广义直三棱柱构建了煤层动态建模的表面模型和 体模型，开发出煤矿地质测量空间信息系统 MSGIS3.0软件;2014年孙振明等利用煤矿生产 数据具有动态变化的特性,在静态地质模型的基础 上，开展地质模型的动态修正和平/剖面的同步更 新，提高了三维地质模型的动态更新自动化程度及 实用性;2016年王议等”］在矿区地形地质数据、钻 孔数据、巷道数据、高程和影像数据等处理的基础 上,构建了煤岩层地质体、钻孔、巷道、采空区和地表 影像等三维模型，同年，祁和刚等［⑻系统研究了煤 矿三维模型的自动生成算法和动态修正技术，开发 了二维GIS软件平台和三维可视化集成数据处理平 台，标志着传统矿山逐渐迈向信息化和智能化的新 时代。以上三维建模方法研究中，主要侧重于计算 机可视化三维建模的软件开发,对于回采工作面三 119 2020年第7期 媒尖科学技术 第48卷 维地质模型的精度问题几乎没有涉及。毛善君 等问指出当前透明化矿山建设的重点之一是透明 化综采工作面（透明化工作面）的建立，并对透明化 工作面的概念进行了论述;程建远等⑶提出了煤矿 智能开采工作面三维地质模型梯级构建的思路、流 程与关键技术，按照已知地质信息的差异，将工作面 地质模型概化为黑箱、灰箱、白箱和透明模型4种类 型，并对每种地质模型的精度进行了分析;王存飞 等迦］基于物联网、虚拟现实等新技术讨论了透明工 作面的概念和技术架构，并对透明工作面构建的关 键技术进行了阐述;2020年，王双明等⑵］提出通过 构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高 精度三维模型,进行地质条件损害探测、监测，实现 煤炭开发利用全过程地质保障和煤炭资源绿色开采 的总体思路。围绕三维地质建模国内外专家学者开 展了大量卓有成效的研究工作，为煤炭资源智能化 开采三维地质透明化建模提供了理论、方法、技术和 软件。但是，前人的实证性研究、对比性研究工作尚 有待加强,特别是面对同一数据采用不同的建模方 法或软件所建立的三维地质模型可能有很大出入, 如何优选地质模型、客观评价三维地质建模的精度 是一个亟待探究的问题［22］。 笔者以XY-S智能化工作面的探采对比分析为 例，通过利用不同阶段地质探测所获取的静态数据, 并动态融入采掘地质信息，分别构建了回采工作面 的黑箱、灰箱、白箱和透明模型,结合煤巷掘进、工作 面回采不同阶段所揭露的地质资料，剖析了回采工 作面4种地质模型的实证误差,对实现工作面高精 度三维地质建模的技术途径进行了探讨。 1试验区地质条件 试验矿井位于山西寿阳沁水煤田西北部,2009 年投产，主采的3煤、9煤为优质无烟煤,2017年核 定能力为252万t /ao试验矿井先后开展了大量的 钻探、物探、采掘揭露等地质工作，目前正在该矿井 XY-S工作面开展智能化开采的技术示范。 1.1井田地质条件 井田总体为一走向近WE、倾向S的单斜构造, 地层倾角2。9。，断层、陷落柱较发育，已揭露的 258条断层中逆断层11条,大多数断层为3煤层间 小断层,落差小、延展长度短；已揭露67个陷落柱, 构造复杂程度为简单类型；3煤位于二叠系下统山 西组中部，煤层厚度0.40-4.75 m,平均2.58 m,大 部可采，属稳定煤层，其可采性指数为0.97、厚度变 异系数为24,煤层结构简单较简单；矿井绝对瓦 斯涌出量为297. 95 m3/min,相对涌出量为 30.57 m,鉴定为煤与瓦斯突出矿井;3煤开采的 矿井水文地质类型定为中等类型;其他开采地质条 件划分为中等。 根据煤矿地质工作规定从地质构造复杂程 度、煤层稳定程度、瓦斯类型、水文地质类型和其他 地质条件等进行煤矿地质类型划分（表1）,由于该 矿陷落柱较为发育，且为煤与瓦斯突出矿井,依据就 高不就低的原则，综合评价该矿地质类型为极复杂 类型⑵勺］。因此，该矿复杂的地质条件在国内具有 一定的典型代表性，其智能开采地质建模的实证精 度对于类似煤矿具有较大的实际意义。 表1煤矿地质类型划分（以3煤为目标层） Table 1 Classification of coal mine geological types （target on Coal Seam 3） 1.2工作面地质条件 划分依据 类型 简单中等复杂极复杂 主要 地质构造复杂程度 V 煤层稳定程度 V ___ 地层 条件 瓦斯类型 V 水文地质类型 V 其他 顶底板 V 地质倾角 7 条件 其他特殊地质因素 V 本次试验工作面为XY-S智能开采工作面，该 工作面主采3煤，煤层埋深为485-567 m,煤层厚度 为2.52-2.82 m,平均厚度为2.72 m,煤层倾角为 2。4。。2013年该区开展了三维地震勘探,覆盖了 工作面大部分范围。2017年该工作面准备开始全 煤巷掘进，工作面倾斜长度为240 m、走向长度为 3 155 m；2019年开始回采，回采前整个工作面开展 了槽波地震探测工作（图1）。目前,XY-S工作面 推采长度达到1 470 m,主要分布在钻探控制区，并 已局部进入三维地震控制区。 2地质透明化模型的梯级优化 按照不同勘査、生产阶段所获地质信息透明化的 不同，构建XY-S工作面的黑箱、灰箱、白箱和透明化 4种地质模型,对不同地质模型的建模思路加以阐 述,分析不同地质模型逐次递进、梯级优化的特点。 2.1黑箱模型 黑箱模型是以采区采前地面勘查阶段所获的钻 探、三维地震资料为基础数据，利用地面钻探数据、 三维地震数据构建采区采前初始地质模型。该模型 120 程建远等智能透明开采工作面地质模型梯级优化的试验研究2020年第7期 團地表钻孔目三维地震覆盖区 E测量点 冋实测剖面 7 1 N N L N 匸厶▲ ▲ I a ▲ R ▲.二 I. N L 丄 1 -1I I ■ X l I *丿 倚 1 JI * XY-S工作而 推采方向e 冋凤巷］ 进风巷］ Q J 口钻孔控制区 图1 XY-S工作面布置示意 Fig.l Sketch map of Working Face XY-S 由于地质实见的“硬数据”偏少、物探间接探测的 “软数据”多，二者协同构建的三维地质建模精度偏 低，故称其为“黑箱模型”，仅可用井田采区划分和 工作面设计。 XY-S智能开采工作面内部（含巷道区域）共有 3个地面勘探钻孔，其周边共有13个地面钻孔，工 作面左侧地段开展过三维地震勘探（图1）。因此, 该工作面右侧地段地质建模只能利用克里金插值算 法对钻孔控制的3号煤层底板和煤厚数据进行空间 内插,而左侧地段则可以通过钻探资料与三维地震 数据联合建模，对二者加以整合可以构建出该工作 面整体的“黑箱模型”。 图2a为黑箱模型预测的3号煤层底板等高线。 可以看出图2a右侧仅有地面钻探控制的区域，整 体上呈现一个向左倾斜的单斜形态,构造简单,这是 由于地质数据信息量太少的缘故;图2a左侧三维地 震控制区域的褶曲、断层、陷落柱等出现复杂变化, 其对煤层的控制程度明显提高。由于图2a中左右 两侧煤层底板通过2种方法分别进行预测的结果, 所以两者之间的等值线出现了不连续和间断。 2.2灰箱模型 灰箱模型是指在完成巷道掘进、尚未回采的工 作面准备阶段，综合利用地面钻探、三维地震、巷道 实测地质数据等，对煤层底板起伏、煤厚变化以及揭 露断层综合分析后所构建的工作面地质模型。由于 该模型的巷道是地质透明的，巷道两侧是相对透明 的,工作面内部煤层的起伏形态得到可靠控制個此 将该模型称为“灰箱模型”，它可为工作面开采方法 和设备选型提供依据。 XY-S工作面两巷及开切眼掘进完成后，开展 76个煤层底板起伏状况的数据实测（图2b）。在有 三维地震数据的区域，据此可对煤层底板反射波的 时-深转换速度进行重新标定,提高时-深转换的精 度；在无三维地震数据的区域,仍然采用克里金插值 算法,联合地表钻孔、巷道测量点数据，对工作面内 部煤层底板进行预测。 图2b为增加两巷和开切眼的实测数据后，重新 标定三维地震速度，并结合克里金算法内插后得到 的3号煤层底板等高线图。可以看出钻探控制区 （图2b右）已由黑箱模型的单斜形态变为一个背斜 形态，地层倾角加大;与黑箱模型相比（图2a左）， 三维地震覆盖区（图2b左）的向斜形态更加明显， 地层倾角相对变缓。XY-S工作面从“黑箱模型”到 “灰箱模型”出现的上述变化,是增加了两巷、开切 眼的先验地质信息后工作面三维地质模型进一步优 化的结果。 2.3白箱模型 白箱模型是指工作面2条巷道和开切眼开拓完 成后、在工作面回采前这一阶段，通过开展工作面的 槽波、坑透以及钻探等工程，进一步对工作面内部的 小断层、陷落柱和煤层起伏等开展精细探测,进而构 建出工作面的高精度三维地质精细模型。由于这是 工作面回采前最后能够开展的常规地质勘査工作， 据此所构建的模型精度相对来说是最高的，因此将 这一阶段的地质模型称为“白箱模型” O XY-S工作面在回采前进行了槽波地震探测工 作，测线沿进风巷、开切眼及回风巷布置，接收点距 10 m、激发点距20 m,布设测线总长度6 616 m,探 测区域覆盖整个XY-S工作面。槽波地震CT反演结 果如图3所示。槽波探测区域内共解释陷落柱7个、 异常区11个,三维地震仅在XY-S工作面内解释了 3个陷落柱（尚未验证）;槽波推断解释断层8条，其 中最小落差l .o m、最大落差3.5 m,均已被巷道局部 控制和验证。 与XY-S工作面的“灰箱模型”相比，“白箱模 型”进一步增强了对工作面内部断层、陷落柱等地 质异常体的控制程度（图2c）。 2.4透明化模型 透明化模型是指在工作面进入回采阶段后，利 用随采探测数据、回采揭露的煤层顶底板、煤层厚 121 2020年第7期媒農科学技术第48卷 ■ 一 一 I * 200 1000 200 1000 050010002 0002 5003 000 I 1 500 走向长度/m a B箱模型 爲 O O 圭赳半 4r4r 星 200 100 200 100 走向长度/m b灰箱模型 0000 I 00 I 00 I 00 I 00 00 O O HH c 白箱模型 r o 5050 o o 200- 100 200- 100 叭 0 500 1000 1 500 2 000 2 500 3 000 走向长度/m d 透明化模型 画］地而钻孔 □已知底板点I 验证底板点 应 探测陷落柱 曰探测断层 叵I揭盔陷落柱 □揭露断层If OO-l底板等窩线 图2 XY-S工作面4个阶段模型预测煤层底板等高錢 Fig .2 Co nt o u r s o f c o a l sea m f l o o r pr ed ic t ed by f o u r st a g e mo d el s o f Wo r k ing Fa c e XY-S 200 100C 200 100C E E 、沦虫匡 w w・ ・ b b J J rp・ ・ q IT 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 走向长度/m 衰减系数 0 0」0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 图3 XY-SX作面槽波地震提幅衰减系数CT反演结果 Fig.3 In-seam seismic amplitude attenuation coefiidence and CT inversion of Working Face XY-S 度、小构造等地质信息，通过工作面随采地震实时成 像、“三机”采场信息互馈、“白箱模型”动态修正等 技术，开展高精度三维地质建模图2d ，实现回采 工作面前方50-100 m范围内地质条件的逐级、递 进式透明。在图2d中剖面D-ZT附近，由于加入了 回采揭露数据，该位置等高线与图2c对应位置产生 了轻微的变化，煤层底板精度得到提高。应该说，地 质透明化是智能开采三维地质建模的最高境界、终 极目标，这一目标的实现是一个渐进的动态过程，只 有通过地质、物探、采掘、监测等多元信息融合手段 才能构建智能开采的“透明化模型” o 3梯级模型的精度对比 智能感知、智能决策、智能控制是智能开采的核 心技术,它不仅依赖于单机的高度自动化、多机的智 能化协同等，更是建立在煤层底板起伏、煤层厚度变 化、构造发育情况以及开采过程中动力地质灾害等 高精度探测、监测预警的基础之上。前述4种地质 122 程建远等智能透明开采工作面地质模型梯级优化的试验研究2020年第7期 模型的精度能否满足实际开采的需要,下面将结合 4种地质模型的建模精度分析，从XY-S工作面煤 层底板、断层构造、煤厚变化3个方面的实证结果加 以论述。 3.1底板标高控制课差 XY-S工作面回风巷的地震剖面如图4所示， 可以看出煤层反射波能量强、信噪比高，整体呈现出 宽缓向斜的形态;回风巷道掘进过程中实测了 43个 点的煤层底板标高，因此通过回风巷道的实测地质 剖面与黑箱模型、灰箱模型的预测地质剖面进行对 比，可以分析黑箱模型、灰箱模型对于煤层底板标高 的控制精度。 图4工作面回风巷地震剖面 Fig.4 Seismic section of auxiliaiy air tunnel in working face 黑箱模型中，在三维地震控制区域联合地面钻 孔可以预测回风巷的煤层底板标高（图5左侧），在 仅有钻探控制的区域可以通过克里金算法对回风巷 的底板标高进行预测（图5右侧）；在灰箱模型中， 假设进风巷已经掘进完成而回风巷还未掘进,利用 进风巷实测的30个底板控制点对回风巷煤层底板 图5 XY-SX作面回风巷处不同阶段模型预测与实际揭露剖面对比 Co nt r a st o f pr ed ic t ed c o a l sea m f l o o r l evel s o f d if f er ent mo d el s a nd sit e r evea l ed l evel s in Wo r k ing Fa c e XY-S 的梯级优化，煤层底板标高的预测误差不断降低，其 Fig.5 底板及断层的走向预测在回风巷实测地质剖面 如图5所示,同样,图5右侧的钻探控制区域随着井 下实见信息的增加,其预测精度得到明显提高。可 以看出灰箱模型由于引入了井下1条掘进巷道的 煤层底板控制点，其预测的回风巷煤层底板（图5 的绿线）更加贴近实际地质剖面（图5的黑线）；相 对于黑箱模型而言,灰箱模型对于煤层底板的控制 精度显著提高。 以工作面回采过程中实测的32个点、4组地质 剖面数据为例，对不同阶段4种地质模型上煤层底 板误差进行了统计（表2）,可以看出随着地质模型 进行预测，其中三维地震控制区域以进风巷实测的 16个底板控制点，对三维地震速度场进行重新标 定，采用刷新后的平均速度场对回风巷的煤层底板 进行时-深转换，而在钻探控制区域以进风巷实测 的14个底板控制点和地面钻孔资料为基础对回风 巷底板标高进行插值预测（图5）o 中透明模型底板误差小于0.5 m的样本点占比达到 75。以剖面为例,对灰箱/白箱模型和透明 化模型预测的煤层底板与实际揭露煤层底板进行了 剖面对比（图6）。 由于该工作面的白箱模型相对于灰箱模型而 言,仅仅增加了工作面槽波透视探测,而并没有新 的煤层底板标高控制点，因此灰箱/白箱模型的底 板等高线没有变化。另外，由于剖面的黑箱 模型预测误差较大（表2），所以未在图6上进行展 示，可以看出随着地质模型的梯级优化,剖 123 2020年第7期媒農科学技术第48卷 面预测的煤层底板形态不断逼近实际的煤层底板 形态。 表2不同阶段模型煤层底板标高预测误差统计 Table 2 Error statistics of coal seam floor elevation in different stage models 谋差 煤层底板预测误差样本点占比/ 范围/m 2・0， 8 m1.02.0]m0.51.0]m[00.5]m 黑箱模型 760.04- 26.1084.26.65.33.9 巷道揭露点 灰/白箱模型 320.06-3.4043.815.628.112.5 回采揭露点 透明模型 80.16-0.80002575 回采揭露点 图6 D-D回采剖面不同阶段模型预测与 实际揭露煤层底板对比 Fig . 6 Co nt r a st o f c o a l sea m f l o o r el eva t io n a c qu ir ed by d if ier ent st a g e mo d el s a nd mining in Po sit io n D-D*D-D* II o.l l IIII II„ II IIIJ II i 1 Il II11II“ * II 1 2 000 1 2 500 1 3 000 S槽波解释断层 O槽波解释陷落柱 □榊波解释异常区 [E实际揭需陷落柱 Q实际揭碟断层 走向长度/m 图7 XY-SX作面构造探采对比 Fig .7 Co nt r a st o f g eo l o g ic st r u c t u r e a c qu ir ed by d et ec t ing a nd mining in Wo r k ing Fa c e XY-S 3.3煤层厚度预测精度 黑箱模型阶段，利用地面钻孔对工作面煤厚进 行插值，计算预测煤厚与巷道实测116个煤厚实测 点的误差;灰箱模型阶段，利用地面钻孔、巷道煤厚 测点和三维地质资料动态解释,计算回采实测4条 煤壁剖面上30个实见点进行验证；白箱模型阶段, 由于只是增加了工作面内的构造探测,本次没有增 3.2断层和陷落柱验证 以XY-S工作面已推采的1 470 m范围内，回 采揭露了 3条断层、6个陷落柱和1个破碎带（图 7），据此对4种地质模型中断层、陷落柱的解释情 况开展探采对比分析。黑箱模型中,工作面推采的 01 470 m范围是三维地震未覆盖、仅有地面稀疏 钻孔控制，未查明工作面内部的断层和陷落柱;灰箱 模型中，尽管进风巷和回风巷揭露了 3条断层，但其 落差小于3 m、且在三维地震控制区域之外无法解 释;白箱模型中，实际揭露的10个构造区中,槽波预 报9个、漏报1个;槽波共解释了 12个异常区（断 层/陷落柱）,回采揭露9个，预报准确率75 o 加新的煤层厚度控制点信息，因此仍然采用灰箱模 型阶段的煤厚预测结果;透明模型阶段，同时利用了 地面钻孔、巷道煤厚测点和前3条实测回采剖面，开 展未采区域的煤厚预测,并以第4条实测剖面为样 本开展探采对比。按照上述思路和做法,4种地质 模型煤厚的探采对比统计结果见表3。 表3不同阶段模型煤层厚度预测误差范围统计 Table 3 Error of coal seam thickness in different stage models 模型 竝 范围/m 均方根 /m 绝对误差范围频数统计/个 备注 [0, 0.1 m[0.1, 03 m[03, 0.5m[0.5, 8 m 黑箱模型 0.03 1.520.3628432916116 巷道揭露点 灰箱模型 0.03 1.520.264196130 回采揭露点 透明模型 0.24** -0.040.1253008 回采揭露点 可以看岀随着工作面地质模型的梯级优化，从 黑箱模型、灰箱模型、白箱模型到透明模型中，煤厚 124 程建远等智能透明开采工作面地质模型梯级优化的试验研究2020年第7期 预测的误差范围、均方根误差等统计指标均大幅度 降低，表明地质模型梯级优化后的精度不断得到提 高。不同地质模型中煤厚预测误差的占比信息如图 8所示，从另一个侧面证实了工作面地质模型梯级 优化后煤厚预测精度显著提高。 图8不同地质模型煤厚预测课差对比 Fig .8 Er r o r st r ip o f c o a l sea m t h ic k ness pr ed ic t io n mo d el a t d if f er ent st a g e mo d el s 4结 论 1 由于煤矿地质条件超前查明精度偏低，导致 智能开采对复杂地质条件的适应性不足，利用不同 勘查、生产阶段获取的地质数据，分层次构建设计阶 段的黑箱模型、掘进阶段的灰箱模型、回采前的白箱 模型和开采中的透明模型,梯级提升工作面三维地 质透明化建模的精度，可以满足智能开采初阶阶段 的地质建模需求。 2 复杂地质条件下XY-S工作面的透明地质模 型，经过回采工作面1 470 m的推采揭露验证，煤层 底板标高控制误差01 m、20 m以上陷落柱的准确 率平均75、煤厚预测误差小于0.30 m,取得了较 高的地质建模精度，但是依然存在圈定陷落柱明显 偏大、异常区多解性强、实证统计点偏少等问题。 3 为了满足煤矿智能开采对工作面高精度地 质建模的技术需求，今后亟需研发基于随采智能探 测、孔中地质雷达、视频煤岩识别等高精度探测技术 与装备，以超前实现工作面三维地质透明化,构建满 足智能开采自适应截割高精度地质模型,为煤矿智 能开采提供可靠的地质保障。 参考文References [1] 王国法，范京道，徐亚军，等.煤炭智能化开采关键技术创新 进展与展望[J].工矿自动化，2018 , 4425-12. 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