隨著地球系統(tǒng)科學(xué)、大數(shù)據(jù)、人工智能和人地關(guān)系、生態(tài)文明的發(fā)展，我國對地質(zhì)勘查工作提出了新的要求，即利用信息技術(shù)建立透明地球，以實現(xiàn)礦體或地質(zhì)體的逐步透明化和可視化，這將為地質(zhì)勘探帶來巨大變革。建設(shè)“數(shù)字地球”、“玻璃地球”、“透明地球”的關(guān)鍵之一是三維地質(zhì)建模（3D Geoscience Modeling）技術(shù)，它是在多維環(huán)境下，利用空間信息管理、地質(zhì)解譯、空間分析與預(yù)測、地學(xué)統(tǒng)計、實體內(nèi)容分析以及圖形可視化等工具用于地質(zhì)分析的技術(shù)，也是隨著地球空間信息技術(shù)的不斷發(fā)展，由地質(zhì)勘探、數(shù)學(xué)地質(zhì)、地球物理、礦山測量、礦井地質(zhì)、GIS、圖形圖像和科學(xué)計算可視化等學(xué)科交叉而形成了一門新興學(xué)科。
大海則透明礦井地質(zhì)信息系統(tǒng)是中煤集團(tuán)重大科技專項“大海則智能化煤礦關(guān)鍵技術(shù)與工程示范”項目下設(shè)科研課題，該課題由中煤能源研究院有限責(zé)任公司聯(lián)合北京龍軟科技股份有限公司承擔(dān)。課題研究以大海則井田勘探和礦建揭露資料為基礎(chǔ)，通過地質(zhì)資料深度挖掘與分析整理，面向大海則煤礦智能化建設(shè)構(gòu)建礦區(qū)真三維全地層精細(xì)地質(zhì)模型。項目構(gòu)建了礦區(qū)二三維一體化綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，提出并實現(xiàn)了礦井全要素多維時空地質(zhì)-水文-礦壓精細(xì)建模的方法，搭建了透明礦井地質(zhì)信息系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的二維地質(zhì)保障工作逐漸轉(zhuǎn)向三維和多維。智能透明礦井地質(zhì)信息系統(tǒng)總體基于時態(tài)地理信息系統(tǒng)（TGIS/4DGIS）的透明化礦井關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了高精度動態(tài)地質(zhì)模型建模和自動處理，構(gòu)建基于C/S的自主分布式協(xié)同4DGIS，為煤礦開采過程提供地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)換、管理、查詢、分析和可視化服務(wù)。
大海則煤礦位于陜北榆橫礦區(qū)的西北部，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)管轄，西部與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，井田面積約265.66km2。在地質(zhì)建模方面，大海則礦地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相變頻繁、砂體展布連續(xù)性差，為滿足礦方生產(chǎn)實際需求以及全地層三維地質(zhì)建模的技術(shù)難題，結(jié)合鉆孔和沉積相、沉積旋回分析成果數(shù)據(jù)，對礦區(qū)地質(zhì)體巖性段主要煤層、主要含水、隔水層等進(jìn)行精細(xì)建模。建模過程中，對地層中砂巖單獨刻畫，既保證了巖性保真度又保證了系統(tǒng)和模型的運行效率；為防止模型中地層連通出現(xiàn)穿層交叉問題，地層按照從下到上順序編號，按照同一旋回內(nèi)砂體聯(lián)通的原則，中間存在尖滅的砂體采用賦予極小值厚度的處理方式。此外，三維地質(zhì)模型具備了定量化智能分析功能，研發(fā)了煤層沖刷帶和含水層發(fā)育高度分析、涌水量分析、礦壓分析、儲量分析、虛擬鉆孔、空間預(yù)警分析等功能。地質(zhì)模型的更新通過數(shù)據(jù)庫后臺在三維模型系統(tǒng)模塊中自動實現(xiàn)。此外，還實現(xiàn)了三維地層和巷道模型的一體化任意線剖切、分層隱藏透明顯示、距離體積量測等功能。
本項目通過原始創(chuàng)新以及借鑒國際先進(jìn)的三維地質(zhì)建模技術(shù)，攻克了復(fù)雜精細(xì)化地質(zhì)建模技術(shù)、二三維模型動態(tài)更新技術(shù)、模型剖切與自動成圖等一系列瓶頸問題，利用三維可視化和地質(zhì)模擬等技術(shù)，將地下礦井變得“像玻璃一樣的透明”，充分表達(dá)出井下真實的地質(zhì)情況，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算，從而支撐智能礦山地質(zhì)保障的深度應(yīng)用，實現(xiàn)對水害等隱蔽地質(zhì)災(zāi)害的評估、監(jiān)測和預(yù)警。
圖1 大海則高精度全地層三維地質(zhì)模型
圖2 大海則高精度延安組三段模型（砂巖含水層和煤層）
圖3 大海則鉆孔模型和鉆孔柱狀圖
圖4 大海則高精度透明綜采工作面模型
研究成果緊扣標(biāo)準(zhǔn)中的智能地質(zhì)保障系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)，采用最新的空間信息、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、4DGIS等技術(shù)，構(gòu)建具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 “透明化礦山”基礎(chǔ)平臺，以沉積學(xué)、層序地層學(xué)、巖石力學(xué)等理論為指導(dǎo)，進(jìn)行礦井全要素多維時空地質(zhì)-水文-礦壓精細(xì)建模，實現(xiàn)了三維地質(zhì)建模、水文地質(zhì)環(huán)境建模、強礦壓環(huán)境建模、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時更新全場景融合四維模型構(gòu)建。該項研究成果為后續(xù)智能地質(zhì)保障的建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)，最終為安全生產(chǎn)、地測保障、智能開采、智能管控等提供空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用，達(dá)到大海則礦山建設(shè)智能礦山、綠色礦山、透明礦山的總體要求。
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