中國工程院院士袁亮：煤炭精準(zhǔn)開采科學(xué)構(gòu)想

作者簡介

袁亮（1960—），男，安徽金寨人，中國工程院院士?；茨系V業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司常務(wù)副總經(jīng)理、總工程師、教授級高工、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心主任、中國礦業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院院長，安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院名譽(yù)院長。

摘要
新世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)+及智能化發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，在總結(jié)煤炭開采歷史及科技發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，思考了煤炭開采如何應(yīng)對新一輪科技創(chuàng)新的到來，針對我國煤炭開采面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，提出了煤炭精準(zhǔn)開采的科學(xué)構(gòu)想。煤炭精準(zhǔn)開采是基于透明空間地球物理和多物理場藕合，以智能感知、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算等作支撐，將不同地質(zhì)條件的煤炭開采擾動(dòng)影響、致災(zāi)因素、開采引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞等統(tǒng)籌考慮，時(shí)空上準(zhǔn)確高效的煤炭少人(無人)智能開采與災(zāi)害防控一體化的未來采礦新模式。煤炭精準(zhǔn)開采可顯著提高煤炭安全開采自動(dòng)化、智能化、信息化水平，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)由勞動(dòng)密集型向具有高科技特點(diǎn)的技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。本文凝練了煤炭精準(zhǔn)開采的7個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題和八個(gè)主要研究方向，為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+科學(xué)開采的未來少人(無人)采礦提出了技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞
煤炭精準(zhǔn)開采；透明地球；互聯(lián)網(wǎng)+；科學(xué)開采

煤炭作為不可再生資源，具有能源、工業(yè)原料雙重屬性，不僅可以作為燃料取得熱量和動(dòng)能，還是化工產(chǎn)品等重要工業(yè)原料。自第1次工業(yè)革命以來，煤炭在為人類提供能源等領(lǐng)域扮演了重要角色，是工業(yè)“真正的糧食”。即使在科技高度發(fā)展的今天，煤炭仍然是寶貴的能源資源，在世界一次能源消耗結(jié)構(gòu)中仍占29.2%，甚至在部分國家占據(jù)能源消費(fèi)主導(dǎo)地位，如2015年我國煤炭消費(fèi)量占國家能源消費(fèi)總量的64%，美國、澳大利亞等國家將煤炭作為國家戰(zhàn)略資源保護(hù)。
近百年來，煤炭開采在理論、技術(shù)和裝備方面取得了舉世矚目的成就，在地質(zhì)勘探、煤炭高效開采、礦井災(zāi)害預(yù)警與防治、煤與共伴生資源協(xié)調(diào)開發(fā)和煤礦大型化及精細(xì)化設(shè)備等科學(xué)領(lǐng)域取得了諸多進(jìn)展，特別是綜合機(jī)械化采煤和煤與瓦斯共采等取得的重大突破，極大地提高了煤炭的安全高效開采水平。
       我國煤炭資源相對豐富，但是煤層賦存條件差異大，從薄和極薄煤層到厚與特厚(巨厚)煤層、從近水平煤層到緩傾斜、急傾斜煤層均有分布，且地處歐亞板塊結(jié)合部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，自然發(fā)火、高瓦斯、煤與瓦斯突出煤層多，開采難度大，同時(shí)深部煤炭開采基礎(chǔ)研究薄弱，大部分煤礦煤炭開采存在信息化程度不高、用人多、效率低以及安全不可靠等問題，使得煤炭行業(yè)在滿足國家能源需求、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)也付出了巨大的代價(jià)。不僅如此，煤炭開采引起采礦區(qū)地表沉陷、水污染、植被破壞等環(huán)境問題也日益突出。
縱觀國際采礦史，礦難發(fā)生的致災(zāi)機(jī)理和地質(zhì)情況不清、災(zāi)害威脅不明、重大技術(shù)難題沒有解決等是導(dǎo)致事故的主要原因。要想從根本上破解煤礦安全高效生產(chǎn)難題，煤炭工業(yè)須由勞動(dòng)密集型升級為技術(shù)密集型，創(chuàng)新發(fā)展成為具有高科技特點(diǎn)的新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，走智能、少人(無人)、安全的開采之路。一方面應(yīng)靠提升自動(dòng)化和智能化水平精簡人員，實(shí)現(xiàn)煤礦開采總體少人化，主要工藝流程無人化。另一方面需提升煤炭開采技術(shù)水平，保證在少人(無人)情況下的煤炭安全高效開采，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求，并有國際競爭力。第3次工業(yè)革命勢頭強(qiáng)勁，信息化技術(shù)日新月異，給采礦業(yè)由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型、定性決策為主向精準(zhǔn)型、定量智能決策轉(zhuǎn)變提供了又一次創(chuàng)新、發(fā)展的機(jī)遇以及挑戰(zhàn)，為實(shí)現(xiàn)智能少人(無人)的煤炭科學(xué)開采提供了可能。
結(jié)合煤炭開采面臨的挑戰(zhàn)和現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展方向，煤炭精準(zhǔn)開采科學(xué)構(gòu)想應(yīng)運(yùn)而生。本文詳細(xì)闡述了煤炭精準(zhǔn)開采的科學(xué)內(nèi)涵，凝練出了煤炭精準(zhǔn)開采的關(guān)鍵科學(xué)問題和主要研究方向，為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+科學(xué)開采的未來少人(無人)采礦提出了技術(shù)路徑。

一、煤炭開采面臨的挑戰(zhàn)
1.1綠色煤炭資源量少，回收率亟待提高
綠色資源量是指能夠滿足煤礦安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等綜合約束條件，能夠支撐煤炭科學(xué)產(chǎn)能和科學(xué)開發(fā)的煤炭資源量。我國煤炭資源總量相對豐富，已查明儲量1.3萬億t，預(yù)測總量5.57萬億t，根據(jù)中國工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目研究，綠色煤炭資源量5000~6000億t，只有煤炭預(yù)測總量的1/10。更嚴(yán)峻的問題是，我國煤炭資源回收率低，平均僅為30%~40%，小煤礦回收率不足10%，遠(yuǎn)低于美國等發(fā)達(dá)國家80%的煤炭資源回收率。若不提高煤炭資源回收率，按國家能源需求，綠色煤炭資源量僅可開采40~50a，或煤炭開采將大面積進(jìn)入非綠色煤炭資源賦存區(qū)開采，這樣勢必造成安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等面臨巨大難題!
1.2開采條件復(fù)雜、安全形勢依然嚴(yán)峻
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、煤炭開采和需求量的不斷增加，導(dǎo)致我國煤礦開采深度以平均10~25m/a的速度快速向深部延伸。特別是在中東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，煤炭開發(fā)歷史較長，淺部煤炭資源已近枯竭，許多煤礦已進(jìn)入深部開采(埋深800~1500m)。全國50對礦井深度超過1000m，山東新汝礦業(yè)孫村煤礦最大采深達(dá)1501m。與淺部開采相比，深部煤巖體處于高地應(yīng)力、高瓦斯、高溫、高滲透壓以及較強(qiáng)的時(shí)間效應(yīng)的惡劣環(huán)境中，煤與瓦斯突出、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害問題更加嚴(yán)重，并且有多重災(zāi)害耦合合發(fā)生的趨勢，深部煤礦開采面臨諸多重大科學(xué)技術(shù)難題，英國、德國等發(fā)達(dá)國家普遍采取國家關(guān)井措施，但煤炭仍將長期是我國的主要能源，深部煤炭開發(fā)難題只有面對無法回避。
1.3環(huán)境負(fù)外部性凸顯，可持續(xù)發(fā)展勢在必行
由于采礦行業(yè)本身的特點(diǎn)，使得采礦過程中總是伴隨著對環(huán)境或多或少的破壞。如采礦對地表和地下水系的破壞，加劇了水資源的匱乏；開采導(dǎo)致地表沉陷，造成了大面積的土地遭到破壞；排到地面堆積起來的砰石山則導(dǎo)致大量土地被占用；另外每年因開采煤炭而排放到大氣中的大量有害氣體，對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，煤炭開采環(huán)境成本與日俱增。上述煤炭開發(fā)的負(fù)外部性都與綠色、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略沖突，未來煤炭開采若不改變發(fā)展戰(zhàn)略和方向，行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展將面臨巨大的挑戰(zhàn)。
1.4 煤礦地質(zhì)保障水平亟待提高
精確掌握開采地質(zhì)條件是煤礦安全開采的重要保障，忽視地質(zhì)條件的盲目開采常帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。經(jīng)過多年的持續(xù)攻關(guān)，“以地震主導(dǎo)，多手段配合，井上下聯(lián)合”的立體式綜合勘探技術(shù)在我國得到廣泛應(yīng)用，以高分辨三維地震勘探為核心、井上下一體、采前采中配合的煤礦地質(zhì)保障技術(shù)體系初步形成。然而，我國煤礦地質(zhì)條件極其復(fù)雜，尚未實(shí)現(xiàn)深部復(fù)雜地質(zhì)條件下煤層賦存、頂?shù)装鍘r性空間分布及構(gòu)造、瓦斯地質(zhì)、水文地質(zhì)和其他地質(zhì)異常體的精細(xì)探查，煤礦安全開采地質(zhì)保障水平有待進(jìn)一步提高。
1.5 深部采礦理論發(fā)展滯后，相關(guān)技術(shù)亟待突破
采礦理論和技術(shù)取得了諸多突破，促進(jìn)了煤炭行業(yè)快速發(fā)展，但是針對煤炭深部開采面臨的諸多科學(xué)問題，傳統(tǒng)采礦基礎(chǔ)研究不夠，基于工程實(shí)測、真三維物理模擬和數(shù)值模擬“三位一體”的研究手段缺乏，忽視煤巖的非均質(zhì)非線性特性的研究，且往往只考慮單場的影響，而實(shí)際采礦涉及到瓦斯、水、火、粉塵等影響，是復(fù)雜的多場耦合問題，需要研究應(yīng)力場-裂隙場-滲流場-溫度場等耦合作用下的煤炭開采和致災(zāi)機(jī)理。上述基礎(chǔ)理論研究的薄弱也導(dǎo)致當(dāng)前研究成果多為定性研究，缺乏定量研究，難以針對現(xiàn)場采礦和安全問題作出有效的指導(dǎo)。
1.6 煤炭開采智能化水平低，相關(guān)技術(shù)亟待突破
煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化程度以及井下人數(shù)很大程度上決定了礦井的現(xiàn)代化水平和安全狀況。煤礦井下環(huán)境特殊，有甲烷、一氧化碳等易燃易爆氣體，也有礦塵、淋水，電磁波傳輸衰減嚴(yán)重，電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大。煤礦井下的特殊性，制約著地面相關(guān)技術(shù)直接在煤礦井下應(yīng)用，使得煤礦的機(jī)械化、信息化、智能化水平嚴(yán)重滯后于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展步伐。世界煤礦業(yè)經(jīng)過近百年的摸索，機(jī)械化水平有了很大的提高，但水平依舊有限，如我國全國平均采煤機(jī)械化程度僅為45%，國有重點(diǎn)為82.72%，小煤礦幾乎沒有機(jī)械化開采，煤礦機(jī)械化水平還有很大提升空間，信息化、少人(無人)智能化更是處于起步階段。而機(jī)械化、信息化和智能化是實(shí)現(xiàn)科學(xué)采礦的必需手段，未來采礦必須向著信息化和智能化邁進(jìn)。要解決當(dāng)前煤炭開采所面臨的上述難題，煤炭工業(yè)必須由勞動(dòng)密集型升級為技術(shù)密集型，創(chuàng)新發(fā)展成為具有高科技特點(diǎn)的新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式，走智能、少人(無人)、安全的開采之路。煤炭精準(zhǔn)開采將運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)改造傳統(tǒng)采礦，對于推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)變革，實(shí)現(xiàn)煤炭開采顛覆性技術(shù)創(chuàng)新意義重大，煤炭精準(zhǔn)開采是人類社會(huì)未來采礦必由之路!
二、煤炭精準(zhǔn)開采科學(xué)內(nèi)涵
煤炭精準(zhǔn)開采是基于透明空間地球物理和多物理場耦合，以智能感知、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算等作支撐，具有風(fēng)險(xiǎn)判識、監(jiān)控預(yù)警等處置功能，能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)空上準(zhǔn)確安全可靠的智能少人(無人)安全精準(zhǔn)開采的新模式新方法，其科學(xué)內(nèi)涵如圖1所示。

精準(zhǔn)開采支撐科學(xué)開采，是科學(xué)開采的重中之重。煤炭精準(zhǔn)開采從資源評估與決策、礦山規(guī)劃和設(shè)計(jì)到煤礦生產(chǎn)與安全管理等全過程都始終貫徹和融入現(xiàn)代科技成果，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化煤炭開采，其框架如圖2所示。

煤炭精準(zhǔn)開采系統(tǒng)層級從下到上依次為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、模型層、模擬與優(yōu)化層、設(shè)計(jì)層、執(zhí)行與控制層和管理層，如圖3所示。

結(jié)合煤炭發(fā)展現(xiàn)狀及長遠(yuǎn)要求，精準(zhǔn)開采將分兩步實(shí)施：第1步是實(shí)現(xiàn)地面和井下相結(jié)合的遠(yuǎn)程遙控式精準(zhǔn)開采，即操作人員在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程干預(yù)遙控設(shè)備運(yùn)行，采掘工作面落煤區(qū)域無人操作；第2步是實(shí)現(xiàn)智能化少人(無人)精準(zhǔn)開采，即采煤機(jī)、液壓支架等設(shè)備自動(dòng)化智能運(yùn)行、慣性導(dǎo)航。煤炭精準(zhǔn)開采將最終實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程控制的智能化、自動(dòng)化、信息化和可視化，實(shí)現(xiàn)煤炭開采的少人(無人)、精確、智能感知和災(zāi)害智能監(jiān)控預(yù)警與防治。

三、煤炭精準(zhǔn)開采關(guān)鍵科學(xué)問題
煤炭精準(zhǔn)開采涉及面廣、內(nèi)容紛繁復(fù)雜，實(shí)施過程中需要解決諸多科學(xué)問題。
(1)煤炭開采多場動(dòng)態(tài)信息(如應(yīng)力、應(yīng)變、位移、裂隙、滲流等)的數(shù)字化定量
 傳統(tǒng)采礦多依賴經(jīng)驗(yàn)、憑借定性分析開采，精準(zhǔn)開采是傳統(tǒng)采礦與定量化智能化的高度結(jié)合，開發(fā)出多功能、多參數(shù)的智能傳感器。以開采沉陷的精準(zhǔn)控制為例，需要快速而精確地實(shí)現(xiàn)對開采沉陷數(shù)據(jù)的識別、獲取、重建，以達(dá)到開采沉陷的信息化、數(shù)字化及可視化，為進(jìn)一步的定量化預(yù)測奠定基礎(chǔ)。
(2)采場及開采擾動(dòng)區(qū)多源信息采集、傳感、傳輸
煤炭井下開采涉及應(yīng)力場、裂隙場、滲流場等諸多問題，采場及開采擾動(dòng)區(qū)地應(yīng)力、瓦斯壓力、瓦斯涌出量、裂隙發(fā)育區(qū)等信息準(zhǔn)確獲取至關(guān)重要。精準(zhǔn)開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括采場及開采擾動(dòng)區(qū)多源信息采集傳感、礦井復(fù)雜環(huán)境下多源信息多網(wǎng)融合傳輸以及人機(jī)環(huán)參數(shù)全面采集、共網(wǎng)傳輸?shù)取?br /> (3)基于大數(shù)據(jù)云技術(shù)的多源海量動(dòng)態(tài)信息評估與篩選機(jī)制
隨著煤礦物聯(lián)網(wǎng)覆蓋的范圍越來越廣，“人、機(jī)、物”三元世界在采場信息空間中的交互、融合所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越大，基于大數(shù)據(jù)云技術(shù)的多源海量動(dòng)態(tài)信息評估與篩選機(jī)制的研究愈發(fā)重要。精準(zhǔn)開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括井下掘進(jìn)定位以及應(yīng)力場-應(yīng)變場-裂隙場-瓦斯場等多物理場信息定量化采集，多源、海量、動(dòng)態(tài)、多模態(tài)等特征傳感信息評估與篩選，多維度信息復(fù)雜內(nèi)在聯(lián)系，質(zhì)量參差不齊、不確定等海量信息的聚合、管理與查詢，可視化、交互式、定量化、快速化、智能化的多物理場信息智能分析系統(tǒng)搭建等。
(4)基于大數(shù)據(jù)的多相多場耦合災(zāi)變理論研究
煤炭開采涉及固-液-氣三相介質(zhì)，在開采擾動(dòng)作用下三者相互影響、相互制約、相互聯(lián)系，形成采動(dòng)應(yīng)力場-裂隙場-滲流場-溫度場的多場耦合效應(yīng)，研究煤炭開采災(zāi)害的多相多場致災(zāi)機(jī)理是精準(zhǔn)開采的重要內(nèi)容。精準(zhǔn)開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括開采擾動(dòng)及多場耦合條件下災(zāi)害孕育演化機(jī)理，災(zāi)變前兆信息采集傳感傳輸，災(zāi)變前兆信息挖掘辨識方法與技術(shù)等。
(5)深度感知災(zāi)害前兆信息智能仿真與控制
與基于被控對象精確模型的傳統(tǒng)控制方式不同，智能仿真與控制可直觀的展示井下采場情況，模擬不同開采順序、工藝等引起的采動(dòng)變化等，更好的解決煤礦復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用控制，更具靈活性和適應(yīng)性。精準(zhǔn)開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題涵蓋礦山地測空間數(shù)據(jù)深度感知技術(shù)，礦山地質(zhì)及采動(dòng)信息數(shù)字化，礦山采動(dòng)及安全隱患智能仿真，開采模擬分析與智能控制軟件開發(fā)等。
(6)礦井災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警
礦井災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)超前、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確預(yù)警是煤礦安全生產(chǎn)的前提。精確開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括礦井災(zāi)害致災(zāi)因素分析，礦井災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系的創(chuàng)建，多源數(shù)據(jù)融合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識方法及預(yù)警模型，災(zāi)害智能預(yù)警系統(tǒng)等。
(7)礦井災(zāi)害應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)及裝備
快速有效的應(yīng)急救援是減少事故人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的有效措施。精準(zhǔn)開采在該方面涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題包括救災(zāi)通信、人員定位及災(zāi)情偵測技術(shù)與裝備，災(zāi)難礦井應(yīng)急生命通道快速構(gòu)建技術(shù)與裝備，礦井災(zāi)害應(yīng)急救援通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等。

四、煤炭精準(zhǔn)開采主要研究方向

4.1 創(chuàng)新具有透視功能的地球物理科學(xué)
具有透視功能的地球物理科學(xué)是實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采的基礎(chǔ)支撐。該方向?qū)⒌乩砜臻g服務(wù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、CT掃描技術(shù)、VR技術(shù)等積極推向礦山可視化建設(shè)，打造具有透視功能的地球物理科學(xué)支撐下的“互聯(lián)網(wǎng)+礦山”，對煤層賦存進(jìn)行真實(shí)反演，實(shí)現(xiàn)斷層、陷落柱、礦井水、瓦斯等致災(zāi)因素的精確定位。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容：
(1) 創(chuàng)新地下、地面、空中一體化多方位綜合探測新手段。
(2) 研制磁、核、聲、光、電等物理參數(shù)綜合成像探測新儀器。
(3) 構(gòu)建探測數(shù)據(jù)三維可視化及重構(gòu)的數(shù)據(jù)融合處理方法。
(4) 研發(fā)海量地質(zhì)信息全方位透明顯示技術(shù)，構(gòu)建透明礦山，實(shí)現(xiàn)瓦斯、水、陷落柱、資源稟賦等1：1高清顯示，地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯層、礦井水等礦井致災(zāi)因素高清透視，最終實(shí)現(xiàn)煤炭資源及煤礦隱蔽致災(zāi)因素動(dòng)態(tài)智能探測。
4.2智能新型感知與多網(wǎng)融合傳輸方法與技術(shù)裝備
智能新型感知與多網(wǎng)融合傳輸方法與技術(shù)裝備是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開采的技術(shù)支撐。該方向?qū)⒀邪l(fā)新型安全、靈敏、可靠的采場、采動(dòng)影響區(qū)及災(zāi)害前兆信息等信息采集傳感技術(shù)裝備，形成人機(jī)環(huán)參數(shù)全面采集、共網(wǎng)傳輸新方法。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容:
(1) 采場及采動(dòng)擾動(dòng)區(qū)信息的高靈敏度傳輸傳感技術(shù)。
(2) 采場及采動(dòng)擾動(dòng)區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)的組網(wǎng)布控關(guān)鍵技術(shù)及裝備。
(3) 非接觸供電及多制式數(shù)據(jù)抗干擾高保真穩(wěn)定傳輸技術(shù)。
(4)災(zāi)害前兆信息采集、解析及協(xié)同控制技術(shù)及裝備。
4.3動(dòng)態(tài)復(fù)雜多場多參量信息挖掘分析與融合處理技術(shù)
動(dòng)態(tài)復(fù)雜多場多參量信息挖掘分析與融合處理技術(shù)可為煤炭精準(zhǔn)開采系統(tǒng)提供智能決策、規(guī)劃，提高系統(tǒng)反應(yīng)的快速性和準(zhǔn)確性。該方向?qū)⑼黄贫嘣串悩?gòu)數(shù)據(jù)融合與知識挖掘難題，創(chuàng)建面向煤礦開采及災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測數(shù)據(jù)的共用快速分析模型與算法，創(chuàng)新煤礦安全開采及災(zāi)害預(yù)警模式。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容:
(1)多源海量動(dòng)態(tài)信息聚合理論與方法。
(2)數(shù)據(jù)挖掘模型的構(gòu)建、更新理論與方法，面向需求驅(qū)動(dòng)的災(zāi)害預(yù)警服務(wù)知識體系及其關(guān)鍵技術(shù)。
(3)基于漂移特征的潛在煤礦災(zāi)害預(yù)測方法與多粒度知識發(fā)現(xiàn)方法。
(4)煤巖動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域快速辨識及智能評價(jià)技術(shù)。
4.4基于大數(shù)據(jù)云技術(shù)的精準(zhǔn)開采理論模型
基于大數(shù)據(jù)云技術(shù)的精準(zhǔn)開采理論模型可以為煤炭精準(zhǔn)開采提供理論支撐。該方向基于大數(shù)據(jù)的煤炭開發(fā)多場耦合及災(zāi)變理論模型，采用“三位一體”科學(xué)研究手段，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)自動(dòng)分析、生成監(jiān)測數(shù)據(jù)異常特征提取模型，研究煤礦災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理及災(zāi)變理論模型，實(shí)現(xiàn)對煤礦災(zāi)害的自適應(yīng)、超前、準(zhǔn)確預(yù)警。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容:
(1) 基于實(shí)驗(yàn)大數(shù)據(jù)的多場耦合基礎(chǔ)研究，利用“深部巷道圍巖控制”“煤與瓦斯突出”“煤與瓦斯共采”等大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器不同開采條件下的海量實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，開展多場耦合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。
(2) 基于生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測大數(shù)據(jù)的多場耦合研究。基于生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測的海量數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的云計(jì)算整合，探索總結(jié)多場耦合致災(zāi)機(jī)理及其誘發(fā)條件。
(3) 基于精準(zhǔn)透視下的多場耦合理論模型?，F(xiàn)場實(shí)時(shí)掃描監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究數(shù)據(jù)瞬態(tài)導(dǎo)入機(jī)制，數(shù)值模擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，進(jìn)行真三維數(shù)值仿真智能判識與監(jiān)控預(yù)警。
4.5多場耦合復(fù)合災(zāi)害預(yù)警
多場耦合復(fù)合災(zāi)害預(yù)警為煤炭精準(zhǔn)開采提供了安全保障。該方向?qū)⑻剿骶哂型评砟芰罢Z義一致性的多場耦合復(fù)合災(zāi)害知識庫構(gòu)建方法，建立適用于區(qū)域性煤礦開采條件下災(zāi)害預(yù)警特征的云平臺。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容：
(1)不同類型災(zāi)害的多源、海量、動(dòng)態(tài)信息管理技術(shù)。
(2)基于描述邏輯的災(zāi)害語義一致性知識庫構(gòu)建理論與方法。
(3)基于深度機(jī)器學(xué)習(xí)的煤礦災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識理論及方法。
(4)煤礦區(qū)域性監(jiān)控預(yù)警特征的云平臺架構(gòu)。
(5)基于服務(wù)模式的煤礦災(zāi)害的遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺。
4.6 遠(yuǎn)程可控的少人(無人)精準(zhǔn)開采技術(shù)與裝備
遠(yuǎn)程可控的少人(無人)開采技術(shù)與裝備是實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采的必需技術(shù)手段。該方向以采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)與裝備為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心，研發(fā)遠(yuǎn)程可控的少人(無人)精準(zhǔn)開采技術(shù)與裝備。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容：
(1)采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高、巡航及自動(dòng)切割自主定位。
(2)煤巖界面與地質(zhì)構(gòu)造自動(dòng)識別。
(3)井上一井下雙向通訊。
(4)采煤工藝智能化。
(5)工作面組件式軟件和數(shù)據(jù)庫，大數(shù)據(jù)模糊決策系統(tǒng)。
4.7救災(zāi)通信、人員定位及災(zāi)情偵測技術(shù)與裝備
救災(zāi)通信、人員定位及災(zāi)情偵測技術(shù)與裝備是實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采的堅(jiān)實(shí)后盾。該方向?qū)⑦M(jìn)行災(zāi)區(qū)信息偵測技術(shù)及裝備、災(zāi)區(qū)多網(wǎng)融合綜合通信技術(shù)及裝備、災(zāi)區(qū)遇險(xiǎn)人員探測定位技術(shù)及裝備、生命保障關(guān)鍵技術(shù)及裝備、快速逃生避險(xiǎn)保障技術(shù)及裝備、應(yīng)急救援綜合管理信息平臺的研發(fā)。
該方向主要包括以下研究內(nèi)容:
(1)地面救援方面，開發(fā)全液壓動(dòng)力頭車載鉆機(jī)、救援提升系統(tǒng)研制及其下放提吊技術(shù)、煤礦區(qū)應(yīng)急救援生命通道井優(yōu)快成井技術(shù)。
(2)井下救援方面，推進(jìn)大功率坑道救援鉆機(jī)、大直徑救援鉆孔施工配套鉆具、基于頂管掘進(jìn)技術(shù)的煤礦應(yīng)急救援巷道快速掘進(jìn)裝置研制，井下大直徑救援鉆孔成孔工藝設(shè)計(jì)。
4.8基于云技術(shù)的智能礦山建設(shè)
基于云技術(shù)的智能礦山建設(shè)是煤炭精準(zhǔn)開采需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。該方向結(jié)合采礦、安全、機(jī)電、信息、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等學(xué)科，融計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)于一體，將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)應(yīng)用于云礦山建設(shè)，把煤炭資源開發(fā)變成智能車間，實(shí)現(xiàn)未來采礦智能化少人(無人)安全開采。

五、展望
炭精準(zhǔn)開采是以透明空間地球物理和多物理場耦合為基礎(chǔ)，以少人(無人)開采技術(shù)和安全開采技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)煤炭開采零死亡；以數(shù)字化、信息化為重要手段，將不同地質(zhì)條件的煤炭開采擾動(dòng)影響、致災(zāi)因素、開采引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞等統(tǒng)籌考慮，時(shí)空上準(zhǔn)確高效的煤炭無人(少人)智能開采與災(zāi)害防控一體化的未來采礦新模式，實(shí)現(xiàn)煤炭連續(xù)開采、資源回收率達(dá)國際領(lǐng)先水平。煤炭精準(zhǔn)開采對提高煤炭安全開采技術(shù)水平、資源開發(fā)效率及實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)由勞動(dòng)密集型向具有高科技特點(diǎn)的技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變意義重大。
聚焦煤炭智能少人(無人)安全開采，進(jìn)一步加大煤炭科技創(chuàng)新力度，實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采，任重而道遠(yuǎn)。目前，我國已實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯精準(zhǔn)共采、采區(qū)工作面少人(無人)開采、工作面盾構(gòu)無人掘進(jìn)、礦井自動(dòng)化運(yùn)輸?shù)?，這些成果為煤炭精準(zhǔn)開采典型了基礎(chǔ)。
建議政府主管部門和煤炭行業(yè)高度重視煤炭科技創(chuàng)新，以煤炭精準(zhǔn)開采引領(lǐng)煤炭科技未來發(fā)展，力爭2020年煤炭精準(zhǔn)開采取得階段性突破，2030年基本實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采，到2050年全面實(shí)現(xiàn)煤炭精準(zhǔn)開采，以煤炭開采全面實(shí)現(xiàn)高科技產(chǎn)業(yè)改造升級，助推中國能源科技強(qiáng)國夢。
本文轉(zhuǎn)自中國煤炭教育網(wǎng)