開(kāi)展基于人工智能的煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采研究，為深地開(kāi)發(fā)提供科技支撐

袁亮

（安徽理工大學(xué)，淮南232001）

開(kāi)展基于人工智能的煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采研究，為深地開(kāi)發(fā)提供科技支撐

袁亮

（安徽理工大學(xué)，淮南232001）

袁亮 安徽金寨人，煤炭開(kāi)采及瓦斯治理專家，煤與瓦斯共采理論主要奠基人，中國(guó)工程院院士?，F(xiàn)任安徽理工大學(xué)黨委副書(shū)記、副校長(zhǎng)，兼任煤炭開(kāi)采國(guó)家工程技術(shù)研究院院長(zhǎng)，煤礦瓦斯治理國(guó)家工程研究中心主任，深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

近年來(lái)，中國(guó)工程院戰(zhàn)略研究表明，我國(guó)將堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的能源戰(zhàn)略，2050年以前以煤炭為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)難以改變。我國(guó)煤炭資源總量相對(duì)豐富，已查明儲(chǔ)量1.3萬(wàn)億t，預(yù)測(cè)總量5.57萬(wàn)億t，但是能夠滿足煤礦安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等綜合約束條件以及支撐煤炭科學(xué)產(chǎn)能和科學(xué)開(kāi)發(fā)的綠色煤炭資源量約0.5萬(wàn)億～0.6萬(wàn)億t，只占煤炭預(yù)測(cè)總量的10%。若不提高煤炭資源回收率，綠色煤炭資源量?jī)H可開(kāi)采40～50年，未來(lái)或?qū)⒋竺娣e進(jìn)入非綠色煤炭資源賦存區(qū)開(kāi)采。我國(guó)煤層賦存條件差異大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，開(kāi)采深度快速向深部延伸，深地煤巖體面臨高地應(yīng)力、高瓦斯、高溫、高滲透壓，煤與瓦斯突出、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害問(wèn)題更加嚴(yán)重，大部分煤礦煤炭開(kāi)采存在信息化程度不高、用人多、效率低及安全不可靠等問(wèn)題。不僅如此，煤炭開(kāi)采還能引起采礦區(qū)地表沉陷、水污染、植被破壞等環(huán)境問(wèn)題。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)存在能源資源各自開(kāi)采現(xiàn)象，相互影響嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，多資源共采重大科技問(wèn)題難以解決，只有開(kāi)展基于人工智能和多物理場(chǎng)耦合的精準(zhǔn)開(kāi)采研究才能解決當(dāng)前資源開(kāi)發(fā)所面臨的難題，實(shí)現(xiàn)煤炭及共伴生資源的協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)。精準(zhǔn)開(kāi)采是指將不同地質(zhì)條件的資源開(kāi)采擾動(dòng)影響、致災(zāi)因素、開(kāi)采引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞等統(tǒng)籌考慮，時(shí)空上準(zhǔn)確高效的資源無(wú)人（少人）智能開(kāi)采與災(zāi)害防控一體化的未來(lái)采礦新模式。需要盡快研究突破的關(guān)鍵技術(shù)如下。

一是創(chuàng)新具有透視功能的地球物理科學(xué)。將地理空間服務(wù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、CT掃描技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)等應(yīng)用到礦山可視化建設(shè)上，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(duì)資源賦存進(jìn)行真實(shí)反演，實(shí)現(xiàn)斷層、陷落柱、礦井水、煤層氣等致災(zāi)因素的精確定位。

二是智能新型感知與多網(wǎng)融合傳輸方法與技術(shù)裝備。研發(fā)新型的安全、靈敏、可靠的采場(chǎng)、采動(dòng)影響區(qū)及災(zāi)害前兆信息等時(shí)空信息采集傳感技術(shù)裝備，找到人機(jī)環(huán)參數(shù)全面采集、共網(wǎng)傳輸?shù)男路椒ā?/p>

三是動(dòng)態(tài)復(fù)雜多場(chǎng)多參量時(shí)空信息挖掘分析與融合處理技術(shù)。突破多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與知識(shí)挖掘難題，創(chuàng)建面向智能精準(zhǔn)開(kāi)采及災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共用快速分析模型與算法，創(chuàng)新資源安全開(kāi)采及災(zāi)害預(yù)警模式。

四是基于大數(shù)據(jù)云技術(shù)的精準(zhǔn)開(kāi)采理論模型。采用大型物理模擬測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值仿真“三位一體”手段，在透明地球體的基礎(chǔ)上，利用多場(chǎng)耦合模型實(shí)現(xiàn)定量、可知可視化（量化的發(fā)展可知可視化），為無(wú)人精準(zhǔn)開(kāi)采提供理論支撐。

五是多場(chǎng)耦合復(fù)合災(zāi)害預(yù)警。探索具有推理能力及語(yǔ)義一致性多場(chǎng)耦合復(fù)合災(zāi)害知識(shí)庫(kù)構(gòu)建方法，建立適用于區(qū)域性資源開(kāi)采條件下的災(zāi)害預(yù)警云平臺(tái)。

六是遠(yuǎn)程可控的少人（無(wú)人）精準(zhǔn)開(kāi)采技術(shù)與裝備。以采煤機(jī)記憶切割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控等為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心，研發(fā)遠(yuǎn)程可控的無(wú)人精準(zhǔn)開(kāi)采技術(shù)與裝備。

七是基于云技術(shù)的智能礦山建設(shè)。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，建設(shè)基于云技術(shù)的智能礦山，把資源開(kāi)發(fā)變成智能工程或車間，實(shí)現(xiàn)未來(lái)采礦智能化無(wú)人安全開(kāi)采。

可喜的是，在國(guó)家科技計(jì)劃支持下，已開(kāi)展的研究卓有成效，我國(guó)煤礦已有30個(gè)采煤工作面實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)開(kāi)采，在世界上首次研發(fā)成功了無(wú)人采煤技術(shù)。面向未來(lái)，建議政府主管部門更加重視煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新，以煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采引領(lǐng)資源科技未來(lái)發(fā)展，力爭(zhēng)2020年精準(zhǔn)開(kāi)采取得階段性突破，2030年基本實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)采，到2050年全面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)采，為深地資源的協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)提供科技支撐。

—— 摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2017年第14期