透明工作面多属性动态建模技术.pdf

第4 5 卷第7 期 2 0 2 0 年7 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．7 J u l y 2 0 2 0 移动阅读 刘再斌，刘程，刘文明，等．透明工作面多属性动态建模技术[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 7 2 6 2 8 2 6 3 5 ．d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 7 0 9 L I UZ a i b i n ，L I UC h e n g ，L I UW e n m i n g ，e ta 1 ．M u l t i a t t r i b u t ed y n a m i cm o d e l i n gt e c h n i q u ef o rt r a n s p a r e n tw o r k i n gf a c e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 7 2 6 2 8 2 6 3 5 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 7 0 9 透明工作面多属性动态建模技术 刘再斌1 ，刘程1 ，刘文明1 ，陆自清1 ’2 ，李鹏1 ，李明星1 1 ．中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安7 1 0 0 5 4 ；2 ．煤炭科学研究总院，北京1 0 0 0 1 3 摘要为满足煤矿智能化开采对高精度地质模型的需求，提出透明工作面多属性动态建模方法， 探讨了工作面综合探测多源异构数据特征、多属性数据融合算法、动态可视化建模技术，并进行实 例应用。利用综合探测技术对工作面进行逐级综合探测，可在不同阶段获得多属性、多维度和多精 度的多源异构探测数据，按照数据产生的阶段和频度，将多源异构探测数据划分为静态、动态和实 时数据；通过数据配准实现多源异构探测数据量纲和尺度统一；通过交叉验证实现多源异构探测数 据相互验证和补充；通过井震、震电和多参数联合反演，实现煤层厚度、地层波速、电阻率及其他属 性参数预测；利用局部搜索、内插和网格化等动态可视化建模技术，实现模型的局部快速更新；采用 局部渲染和C U D A 实时绘制技术，实现模型高效渲染和实时呈现。结果表明多属性融合能够将 多源异构探测数据统- 3 , 1 同一地质空间中，交叉验证可提高探测数据解释精度，联合反演可实现多 源异构探测数据多属性融合，提高探测数据空间分辨率并丰富属性信息；动态可视化建模以静态数 据和工作面精细探测动态数据构建的初始工作面地质模型为基础，融合回采过程中获取的动态探 测数据和实时数据，可实现回采工作面前方煤层顶底板和构造等信息快速局部更新和可视化，模型 精度逐步得到提高，推采前方逐步地质透明化。透明工作面动态建模技术以采前、采中产生的多源 异构数据为基础，与开采系统循环互馈，可为智能工作面开采提供高精度地质导航。 关键词透明工作面；动态建模；智能开采；数据融合 中图分类号T D 8 2 ；T D 6 7 文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 0 0 7 2 6 2 8 0 8 M u l t i a t t r i b u t ed y n a m i cm o d e l i n gt e c h n i q u ef o rt r a n s p a r e n tw o r k i n gf a c e L I UZ a i b i n l ，L I UC h e n 9 1 ，L I UW e n m i n 9 1 ，L UZ i q i n 9 1 ”，L IP e n 9 1 ，L IM i n g x i n 9 1 1 ．X i ’a nR e s e a r c hI n s t i t u t eo f 吼i n oC o a fT e c h n o l o g y E n g i n e e n n gG r o u pC o r p ，X i ’a n 71 0 0 5 4 ，C h i n a ；2 ．C h i n aC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt op r o v i d eah i g h - p r e c i s i o ng e o l o g i c a lm o d e lf o ri n t e l l i g e n tm i n i n g ，am u l t i - a t t r i b u t ed y n a m i cm o d e l i n gm e t h o df o rat r a n s p a r e n tw o r k i n gf a c ew a sp u tf o r w a r d ．F e a t u r e so fm u l t i s o u r c eh e t e r o g e n e o u sd a t af r o mt h ec o m p r e h e n s i v ed e t e c t i o no fw o r k i n gf a c e ，t h em u l t i a t t r i b u t ed a t af u s i o na l g o r i t h ma n dd y n a m i cv i s u a l i z a t i o nm o d e l i n gt e c h n i q u ew e r es t u d i e da n da p p l i e d ．M u l t i a t t r i b u t e ，m u l t i d i m e n s i o na n dm u l t i p r e c i s i o nd a t ac a nb ea c q u i r e dt h r o u g h s o m ec o m p r e h e n s i v ed e t e c t i o nt e c h n o l o g i e sa td i f f e r e n tp r o d u c t i o ns t a g e s ．B a s e do np h a s e sa n df r e q u e n c i e so fm o d e l i n g d a t ag e n e r a t i o n ，t h em u l t i - s o u r c eh e t e r o g e n e o u sd e t e c t i o nd a t aw e r ed i v i d e dt os t a t i cd a t a ，d y n a m i cd a t aa n dr e a l t i m e d a t a ．D i m e n s i o na n ds c a l e so ft h em u l t i - s o u r c eh e t e r o g e n e o u sd a t ac a nb eu n i f i e dt h r o u g hd a t ar e g i s t r a t i o na n dc a nb e 收稿日期2 0 2 0 0 4 2 5 修回日期2 0 2 0 0 6 1 0 责任编辑郭晓炜 基金项目天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项重点资助项目 2 0 1 9 一T D Z D 0 0 3 ；国家重点研发计划资助项目 2 0 1 7 Y F C 0 8 0 4 1 0 0 ；天 地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目 2 0 1 8 一T D M S D 0 7 2 作者简介刘再斌 1 9 8 2 一 ，男，江苏徐州人，研究员。E m a i l l i u z a i b i n c c t e g x i a n ．c o n 通讯作者刘文明 1 9 9 0 一 ，男，山东临沂人，助理研究员。E m a i l l i u w e n m i n g c c t e g x i a n ．C O B 万方数据 第7 期刘再斌等透明工作面多属性动态建模技术 2 6 2 9 v e r i f i e dt h r o u g hc r o s sv a l i d a t i o n ．C o a lt h i c k n e s s ，s t r a t u mv e l o c i t y ，r e s i s t i v i t ya n do t h e ra t t r i b u t ep a r a m e t e r sc a nb eo b t a i n e db yl o g - s e i s m i cj o i n ti n v e r s i o n ，s e i s m i c - r e s i s t i v i t yj o i n ti n v e r s i o na n dm u l t i - p a r a m e t e r sj o i n ti n v e r s i o n ．T h eg e o 。 l o g i c a lm o d e lc a nb er a p i d l yu p d a t e db yu s i n gl o c a ld a t as e a r c h ，i n t e r p o l a t i o na n dg r i dt e c h n o l o g i e s ．E f f i c i e n ta n d r e a l t i m er e n d e r i n gw a sr e a l i z e dt h r o u g hl o c a l l yr e n d e r i n ga n dC U D Ad r a w i n gm e t h o d s ．R e s u l t ss h o wt h a tt h em u l t i s o u r c e h e t e r o g e n e o u sd e t e c t i o nd a t ac a nb eu n i f i e di nt h es a m eg e o l o g i c a ls p a c e ．D a t ai n t e r p r e t a t i o na c c u r a c yc a nb er a i s e db y c r o s sv a l i d a t i o n ．S p a t i a lr e s o l u t i o nc a nb er a i s e da n da t t r i b u t e sc a nb ea d d e db yj o i n ti n v e r s i o n ．B a s e do nt h ep r i m a r y g e o l o g i c a lm o d e lb u i l tb yt h es t a t i cd a t aa n dd y n a m i cd a t ag e n e r a t e db yf i n ed e t e c t i o ni nw o r k i n gf a c e ，c o a ls e a mr o o f ， f l o o ra n ds t r u c t u r ei n f o r m a t i o ni nf r o n to ft h em i n i n gf a c ec a nb eu p d a t e db a s e do nd y n a m i cd a t aa n dr e a l t i m ed a t at o i m p r o v et h em o d e lp r e c i s i o nc o n t i n u o u s l y ．T r a n s p a r e n tw o r k i n gf a c ed y n a m i cm o d e lw a sb u i l to nt h eb a s i so fm u l t i a t - t r i b u t eh e t e r o g e n e o u sd a t ag e n e r a t e dd u r i n gm i n i n gp r o c e s s ．I n t e l l i g e n tc u t t i n gp l a nc a nb ec a l c u l a t e dt h r o u g hc o n s t a n t i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ed y n a m i cm o d e la n dm i n i n gs y s t e m ． K e yw o r d s t r a n s p a r e n tw o r k i n gf a c e ；d y n a m i cm o d e l l i n g ；i n t e l l i g e n tm i n i n g ；d a t af u s i o n 煤矿智能化开采是将大数据、人工智能、物联网 和云计算等技术手段融人煤矿开采过程中，实现数据 的实时传输与互联、控制系统的自主学习与分析预 测，达到煤矿生产过程的智能化运行。5 j 。目前智能 化开采在机械自动化、视频监控等方面取得了显著的 进展∞书J ，工作面“三机”控制精度已经达到厘米级， 但现有的探测手段及解释方法不能满足煤矿智能化 开采的精度要求。9 叫⋯。利用工作面多源地质探测数 据实现地质透明化成为煤矿智能精准开采的关 键‘1 1 - 1 3 ] 。 目前实现了工作面局部数据的采集、分析以及静 态展示，但相互关联性较差，分析手段相对单一4 。。 因此，需要结合钻探、物探以及采掘工程揭露等获取 的多源数据，进行动态融合，实现数据之间的互联，从 而进行数据深度挖掘，动态更新工作面模型卜m j 。 针对透明工作面动态建模问题，拟总结透明工作面多 源探测数据异构特征，以数据产生的阶段和频度为主 线，提出透明工作面静态、动态和实时数据分类；形成 透明工作面多属性数据融合技术，研究工作面动态建 模和可视化的关键技术和流程，并应用于工程实践 中。多源数据融合、多属性模型构建和动态建模是工 作面逐级透明的关键技术，对实现智能工作面地质透 明化具有重要意义。 1 透明工作面建模方法 1 ．1 综合探测技术 透明工作面是在煤矿智能化开采的背景下应运 而生的，工作面智能化开采必须以地质透明化为基本 保障，而地质透明化的基础是工作面的综合探测 图 1 。地质条件的复杂性已经成为制约煤炭智能化开 采的技术瓶颈，为破解这一难题，程建远等提出基于 不同探测技术构建多层级、递进式、高精度地质模型 的思路‘1 33 ，介绍了工作面不同开发阶段主要探测手 段 表1 。 ／ 肾孔 瓦材采孔／／鼎 ／／ 瑟麓震／／ ／尊 7 C D P 网格 黝 k 一。t ，。一，。．。燃⋯⋯． 黝 窜 ，冷 桫 匙 ～ ，’■5 o S ’● ’ V ’／、 阽．羽灌默p ’ ．f ’ 蕊 图I工作面综合地质探测示意 F i g ．1C o m p r e h e n s i v eg e o l o g i c a ld e t e c t i o nm e t h o d so f w o r k i n gf a c e 表1 工作面不同阶段探测手段 T a b l e1 W o r k i n gf a c ed e t e c t i o nm e t h o di nd i f f e r e n ts t a g e 1 ．2 数据特征 不同探测手段实施阶段、技术方法、探测目标、数 据维度、物理属性和精度等具有很大差异，对其特征 进行分析、分类，有助于数据的深度挖掘和有效利用。 透明工作面地质数据主要通过钻探、物探和采掘工程 等3 种手段获取 图2 。钻探主要分为地面钻探和 井下钻探；物探方法按照不同物理场分为弹性波方法 和电磁场方法，其中弹性波方法主要包括三维地震、 万方数据 2 6 3 0 煤炭学报2 0 2 0 年第4 5 卷 槽波探测、微震监测、随掘地震和随采地震等，电磁场 方法主要包括地面电磁法、井下电磁法、随钻测井、探 地雷达、钻孔雷达和电磁法监测等；采掘过程通过测 量、编录等手段对揭露的地质信息进行采集。根据获 得目标体信息的途径又可以分为探测、监测和揭露； 按照数据的空间特征分为点、线、面和体数据；按照 数据的不同时空特征分为时间域、深度域、频率域和 时频域等Ⅲ。1 副；按照数据的表征特征分为几何数据 和属性数据。 ⑩⑩㈣ 固4 匦圃i 团圆 n ；巨豳暖豳；匦圃8 l 锨”匦圃匝蛰i 匡堡蛩 【_ I i |I I I I 压圆i 匦盥囹 僳葡匦虱| I ℃乡I 匮酾圃{ ；匦稠团因丽圆．I 图2 工作面探测数据分类 F i g ．2 C l a s s i f i c a t i o nd i a g r a mo fd e t e c t i o nd a t ai nw o r k i n gf a c e 工作面透明化是逐级和动态建模的过程。按照 工作面数据产生的阶段和频度，将透明工作面的探 测、监测和生产揭露数据分为静态数据、动态数据和 实时数据静态数据是指工作面巷道掘进前得到的数 据，主要有地面钻探、物探等数据；动态数据是指工作 面巷道掘进和工作面回采期间得到的更新数据，主要 有井下钻探、物探和巷道揭露实测等数据，数据主要 通过人工采集完成；实时数据是指在工作面回采过程 中获得的监测数据，主要有随采地震、电磁法监测、微 震监测等数据，数据实时生成、数据量大，数据接收、 传输和处理通过采集系统、通讯系统和处理中心自动 完成。 常规钻探资料精度高，但数据空间密度有限。井 下定向钻探主要在目标层位钻进，通过孔中测量可提 高工作面模型数据密度。钻探成果主要为深度域的 点、线数据，能够表征工作面的几何和属性特征。 高密度三维地震，能够对煤层起伏、埋深、厚度和 构造等进行高精度探测，通过属性提取和反演，预测 地层属性参数。地震数据为时间域的体数据，其成果 能够表征工作面的几何和属性特征。 槽波勘探与三维地震勘探相比，与目标体距离更 近，能够探测出煤层内更小的异常体，是工作面内部 小断层和陷落柱高精度探测的有效手段。槽波数据 属于时间域的面数据，其成果能够表征工作面的几何 特征和属性特征。 地面和井下电法、瞬变电磁探测，可获得煤层及 回i 圈圜圈l 一_ j E j ． 圃 医亟圃叵圆圆l Q 亟DI [ 叠巫固匡亘区圃i 2 多属性融合 2 ．1 数据空间配准 在统一坐标系下的多源数据空间配准是多量纲、 圈 万方数据 第7 期 刘再斌等透明工作面多属性动态建模技术 多尺度属性融合的基础。 透明工作面地质模型所有数据，需要在深度域中 配准到统一坐标系下。对多属性数据而言，已有的深 度域数据要统一基准点，时频域数据则需要先进行域 转换，再统一基准点。以地震与电磁法数据为例，使 用合成记录、叠前深度偏移技术将时间域地震数据转 换到深度域；利用反演方法将频率域电磁法数据转换 到深度域。 点、线、面、体数据在完成域转换、坐标基准点 统一工作之后，即实现了多源数据的三维空间配 准。 2 ．2 交叉验证 多源数据经过统一的三维空间配准后，需要进行 交叉验证，弥补单属性数据解释的不足。 交叉验证是多专业多属性表象的综合解读，如图 4 所示，地层几何要素、构造特征与属性特征，在统一 的地质空间中，不同专业的解释结果需要能够相互验 证补充。例如针对同一地层界面信息，通过钻探岩屑 识别、采掘揭露、地震解释等方法获得的结果，会有各 自对应的表征出现，满足地质解读的自洽性。如果采 掘工作面揭露断层，同一位置的钻探工作应该也能钻 遇该构造，断层达到一定规模也会导致地震波形的明 显变化，当断层含水性较高时，会在电磁法探测结果 中产生低阻区域。 交叉验证是数据融合的基础，一方面检验数据质 量，另一方面有利于提高工作面地层、构造和地层属 性解释精度，丰富解释成果。 V ’鎏薹K - 团圈圈 图4 多源数据交叉验证 F i g ．4 C r o s sv a l i d a t i o no fm u h i S o l l r e ed a t a 2 ．3 联合反演 为实现综合探测成果的定量分析，需要在交叉验 证的基础上，进行多源数据联合反演，包括井震联合 反演、震电联合反演和多参数联合反演等。 2 ．3 ．1 井震联合反演 测井数据纵向分辨率高，但横向数据密度低，地 震数据体横向分辨率高，但纵向分辨率有限。通过测 井与地震的联合反演迭代，可提高地层分辨率，对煤 层厚度和顶底板起伏进行更高精度预测。 图5 所示的测井与地震联合反演应用案例中，使 用基于Z e o p p r i t z 方程的联合反演方法9 。2 0 ] ，融合了 测井与地震数据，反演后的波阻抗体在纵横向上均具 有更高的分辨率，煤层识别与地层起伏形态能得到更 精细的解释。 C D P 号 2 0 04 0 06 0 08 0 010 0 012 0 014 0 0l6 0 0 图5相对波阻抗剖面 左 与联合反演波阻抗剖面 右 F i g ．5 R e l a t i v ei m p e d a n c ep r o f i l e 1 e f t a n dj o i n ti n v e r s i o ni m p e d a n c ep 1 1 0 f i l e r i g h t 2 ．3 ．2 震电联合反演 当地层属性存在较强的相关性时，使用最z J , - - 乘 法、遗传算法建立不同属性之间的目标函数，可以提 高反演精度。以F a u s t 公式为例，岩石波速”与电阻 率尺存在如下相关关系 z ， K H C “” 1 其中，K ，C ，d 为不同地层参数；H 为深度。通过震电 联合反演就可以获得更精准的岩石波速、电阻率分布 特征。 2 ．3 ．3 多参数联合反演 当不同属性之间的相关性较弱时，以地质属性参 数分布于共同的地质空问为前提，使用交叉梯度函数 建立不同属性之间的空问几何约束，建立交叉梯度函 数t 一I-一∽．PLIu一．∞I／撂吲“释 2 lc兰川u_______L 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 t 戈，Y ，z Vm I z ，Y ，z X ⋯Vm 。 石，Y ，名 2 其中，V 为梯度算子；m l ．一，m 。为多属性参数，根据 交叉梯度函数方法，当梯度函数收敛到0 空间时，可 得 t 。 戈，Y ，z 0 3 式 3 表明多参数联合反演结果满足空间相似 性的要求。反演过程中，首先给定初始模型后，采用 正反演循环迭代，然后依据多次建模，综合约束，分步 反演的基本原则，使用耦合函数或损失函数控制，得 到一个较为精确的解，反演出最接近目标函数需求的 结果。 3 动态可视化建模 3 ．1 动态建模 透明工作面动态建模以服务智能化开采为中心， 需要动态提高模型精度并满足工作面回采进度要求。 常规的地质模型更新，是利用地质建模技术对所有数 据进行重新建模，运算效率低。在工作面回采过程 中，对推进前方进行局部更新，提高模型更新效率。 由于数据分布的不均匀，需要对参与计算的数据进行 搜索和定义，结合动态数据实现模型局部更新。 透明工作面模型包含几何模型和属性模型。几 何模型构建包括地层面和断层面空间形态拓扑关系 的网格化重构等旧卜2 6J 。其中地层面采用四边形网格 构建，断层面采用三角网格构建，根据层面之间地质 接触关系生成其相应的网格耦合模式，最后对三维几 何体进行地质网格化，实现模型的任意剖切、属性充 填和截割规划等功能。 工作面几何建模主要采用插值方法，以已知样点 和地质规律为约束，对未知区域进行预测。离散光滑 插值是一种无维数的内插方法，它不以空问坐标为参 数，主要依赖于网格结点的拓扑关系，通过使网格点 满足特定约束条件，求解1 个线性方程得到未知结点 上的值。 首先建立网格结点9 最优解目标函数R 9 尺 9 R 9 P 9 4 式中，R 妒 为全局粗糙度函数；P 妒 为线性约束 违反度函数，其约束点为插值点。 使式 2 无限逼近最小值，达到p 在任意结点的 函数值逼近该点领域结点妒值的均值，使插值点处 结点的预测值尽可能逼近插值数据。 通过求解全局粗糙度函数使网格结点尽可能平 滑 力A 々 尺 妒 ∑{ 肛 七 I ∑”。 后 9 o I2 } 5 式中，肛 k 为在结点kE 门上的权系数，可调整局部 光滑度；o 为以 k 的结点；以 k 为结点k 邻域内不 包含k 的结点的集合；秽。 k 为在结点k 的邻域内结 点。的权系数；妒 口 为结点Ⅱ处的真实值。 通过违反度函数进行结点约束 n M p 妒 ∑∑O 。。 i 2A i 口 妒 n 一b i o I2 6 n2i2 式中，‘；为给定的正数；4 。 n 9 n 一b 。 o 为结点 。关于9 的第i 个结点的线性约束；A j o 和b i o 为给定常数。 不断融人开采过程中精细探测和采掘揭露数据， 动态标定工作面范围内数据体，减少对内插算法的依 赖。通过局部搜索定义推采前方更新范围，对该范围 内的几何模型进行动态更新，不断提高工作面几何模 型精度。 工作面属性建模主要采用随机建模方法，以区域 化变量分布函数和变差函数为基础进行随机模拟，同 时结合蒙特卡洛方法，以属性特征概率分布为基 础‘2 5 。”J ，对地层属性空间复杂变化进行模拟。 区域化随机变量是一个随机函数，其取值与位置 有关，变量之问的自相关性由其间距和变量特征决 定。区域化变量往往只存在一定的空间范围内，通过 对样点不同距离计算变差值确定这个范围。变差函 数是在任意方向a 相距fhf 的2 个区域化变量值 Z 戈 与Z x h 的增量的方差 1 Y z ，h E { [ z 戈 一z 戈 h ] 2 } 一 ‘ 1 { E [ z 戈 ] 一E [ z 石 矗 ] } 2 7 Z 在二阶平稳假设或内蕴假设下，对任意h ，变差 函数推导为 1 Y h ，O t 』- V a r [ Z 戈 一Z z h ] 8 二 式中，Y 戈，h 为计算得到的变差函数；E 为期望计算 符号；h 为不同区域化变量之间的距离；o ／为角度； V a r 为方差计算符号。 变量的影响范围通过变差函数的“变程”反映影 响范围，区域化变量的各向异性通过不同方向的变差 函数图反映。 工作面属性模型动态更新以实时微震监测、电磁 法监测和随采地震等数据为基础，通过不断迭代，使 随机模拟与真实属性模型不断逼近。 3 ．2 三维可视化 透明工作面动态三维可视化可实时准确刻画工 作面的变化情况。通过更新线程和渲染线程，降低地 万方数据 第7 期刘再斌等透明工作面多属性动态建模技术 质监测数据更新对模型渲染性能的影响⋯，更新线 程实现实时数据转换为渲染数据结构，渲染线程实现 数据快速写入显存和计算。当构建模型的数据量较 大时，模型整体更新耗时长，基于智能判断的局部自 动更新机制，可实现模型任意局部更新，及整体模型 的无缝合成。采用多层次细节 L e v e lo fD e t a i l s ， L O D 技术∞和模型显示范围裁剪处理技术优化渲 染性能。当工作面模型在远处或快速移动时，通过减 少图形管道阶段顶点转换的工作负载，控制像素复杂 度，分级别显示模型细节，提高渲染效率。通过C P U 内部的实时计算对显示区域外的模型进行预裁剪，降 低G P U 和C P U 的负载，提高渲染速度和显示质量。 为将模型的动态变化过程和演变趋势进行平滑表现， 在模型的变化过程中对模型的空间位移和形态变化 数据进行三次函数拟合平滑处理，在顶点着色器中对 模型的状态改变进行插值，增加显示的帧数，将模型 的动态变化过程进行平滑。透明工作面模型除r 外 部的几何形态的表面绘制还包含内部的地层物理属 性的反映，采用实时体绘制技术“ 引对属性模型进行 实时绘制，可实现对多物理场数据的实时光线投射体 绘制。 4 应用实例 4 ．1 工作面概况 某工作面开采煤层为3 号煤层，已揭露煤层厚度 变化为1 ．3 2 ～3 ．9 3f n 。工作面煤层呈北高南低、东 高西低的单斜构造形态，走向N W 6 0 。，倾向S W ，倾角 为2 。～8 。。槽波探测出7 个陷落柱和7 条断距 31 3 3 的小断层。由于工作面煤层倾角较大，构造发育，需 j ～ 陷落梓 采用动态建模技术实现工作面逐级透明，以满足工作 面智能化开采要求。 4 ．2 工作面多属性模型 通过数据配准融合，将时间域的三维地震体数 据与深度域的钻孔、巷道测量点数据及时间域的钻 孑L 雷达线数据等进行时深关联和转换；将槽波探测 和三维地震等构造和属性成果数据进行空间真实 坐标配准。对不同方法得到的同一目标成果进行 交叉分析融合验证，提高解释的准确度；通过联合 反演，建立电磁场与弹性波场的属性关系，对煤层 物性参数进行预测。 利用巷道掘进和工作面精细探测等动态数据，构 建工作面的初始地质模型 图6 ，工作面内部煤层起 伏和小构造分布基本得到控制。图6 中断层和陷落 柱为三维地震、槽波探测和采掘揭露等交叉验证融合 后的成果。左侧边框范围是三维地震已勘探区域，具 有点、线、面和体数据，通过对多源异构数据的融合， 对煤层起伏进行预测；工作面右侧区域，无地震勘探 资料，仅有采掘揭露和钻孔雷达的点和线数据，通过 内插函数预测煤层起伏。 4 ．3 工作面动态模型 随着工作面进入回采，利用随采过程中产生的动 态数据对模型进行局部动态更新，图7 为工作面模型 单次更新后对比图，图中边框为局部更新范围。通过 对比，煤层底板等高线在边框范围内得到了动态更新 修正。通过验证，局部更新范围的精度得到提高。通 过不断融入动态数据，不断更新和提高推采前方煤层 顶底板模型和煤层厚度的精度，工作面煤层厚度与顶 板等高线叠合图如图8 所示。 图6 工作面初始多属性模型 图7工作面动态模型更新示意 F i g ．71 y n a m i cu p d a t ep r o c e s so fw o r k i n gf a 【、em o d e I | | ； 一5 2 0 5 0 0 O O O O O O 如 跎 舛 ％ 船 印 ■■■■■■■■■■■■ 万方数据 2 6 3 4 煤炭学报2 0 2 0 年第4 5 卷 5 结论 图8工作面煤层厚度与顶板等高线叠合 F i g ．8O v e r l a yo tc o a lt h i c k n e s sd i s t l i b u l i o na n dc o a lr o o fC O I I [ O H r So f ’W O l l k i n gl a c e 1 透明工作面综合探测数据分为静态、动态和 实时数据，以数据产生的阶段和频度为主线，通过多 源数据融合和局部动态更新可以实现多属性动态建 模过程。 2 对工作面探测、监测和采掘产生的多源异构 数据进行空间配准是多源数据融合的基础；交叉验证 实现了基于目标体的多属性数据综合解释；联合反演 提高了多属性数据空间分辨率和丰富了模型属性信 息。 3 工作面静态数据种类少、精度有限，仅能反 应工作面整体地质特征，必须融合工作面精细探测和 巷道掘进等动态数据，以构建的工作面初始模型为基 础，结合回采过程中产生的动态数据，利用局部动态 建模方法实现模型快速更新和实时显示，不断提高回 采前方模型精度，实现工作面逐级透明化。 透明工作面构建依赖于综合探测、多源异构数据 融合和动态可视化建模等技术，与工作面回采形成循 环互馈。随着网络通讯和传感器技术的快速发展，透 明工作面的数据采集、传输对人工的依赖将会大大减 少，未来透明工作面模型可依靠人工智能算法实现高 效、实时更新，真正实现动态模型向实时模型转变。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 王国法，赵国瑞，任怀伟．智慧煤矿与智能化开采关键核心技术 分析[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 9 ，4 4 1 3 4 4 1 ． W A N GG u n f a ，Z H A OG u u r u i ，R E NH u a i w e i ．A n a l y s i so nk e yt e c h n o l o g i e so fi n t e l l i g e n tc o a lm i n ea n di n t e l l i g e n tm i n i n g [ J ] ．J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 1 9 ，4 4 1 3 4 4 1 ． A R K AJ y o t iD a s ，P R A B H A TK u m a rM a n d a l ，A M A RP r a k a s h ，e ta 1 ． U n d e r g r o u n de x t r a c t i o nm e t h o d o l o g yo fc o n t i g u o u sc o a ls e a m se n s u r i n gt h es a f e t yo ft h ep a r t i n ga n dt h es u r f a c es t r u c t u r e s [ J ] ．S a f e - t yS c i e n c e ，2 0 2 0 ，1 2 1 2 1 5 2 3 0 ． 王国法，刘峰，庞义辉，等．煤矿智能化煤炭工业高质量发 展的核心技术支撑[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 9 ，4 4 2 3 4 9 3 5 7 ． W A N GG u o f a ，L I UF e n g ，P A N GY i h u i ，e ta 1 ．C o a lm i n ei n t e l l e c t u a l i - z a t i o n T h ec o r et e c h n o l o g yo fh i g hq u a l i t yd e v e l o p m e n t [ J ] ．J o u r n a l o fC h i n aC o a lS