采礦地球物理學在智能開采領域的前景

呂衛(wèi)東

摘 要：針對采礦地球物理的發(fā)展前景問題，通過對目前采礦地球物理的任務和技術應用的分析，結合現(xiàn)有技術，對未來智能開采領域采礦地球物理的應用進行預測。

關鍵詞：地球物理;智能開采

引言：根據(jù)我國的能源儲備情況，在未來很長的一段時間里，煤炭都將是我國最主要的能源[1]。采礦地球物理是地球物理在采礦領域的應用，在礦壓測量、礦山動力現(xiàn)象監(jiān)測等方面有著很大作用。隨著數(shù)據(jù)信息時代的到來，煤礦企業(yè)也在朝著自動化智能化轉型，采礦地球物理和先進科技相結合，必將是未來發(fā)展的大趨勢。

一、采礦地球物理

采礦地球物理是將地球物理技術運用到采礦行業(yè)當中，能夠極大程度地方便采礦工作的順利進行，在資源探測、礦壓測量、風險預測評估等方面具有非常重要的意義。

（一）采礦地球物理任務

（1） 礦壓測量

可以采用震動法進行礦壓的測量，在不同的應力狀態(tài)下，震動波會以不同的速度進行傳播，從而可以在區(qū)域范圍內(nèi)完成對應力的簡單探測，在煤礦巷道支護等過程中起到了非常重要的作用。相比于傳統(tǒng)鉆孔測量的方法，具有更高的效率，在很短的時間內(nèi)完成任務，具有及時性。

（2）地質構造探測

可以采用重力法、電磁波法、震動法等完成煤礦地質構造的測量。進行測量通過對反饋信息進行分析，知道地下各種地質構造情況，然后按照方向和距離對其進行定位，可以確定一定區(qū)域的地質構造。這種方法可以連續(xù)得到地質信息，定位準確，對地質勘探具有長足的影響力。

（3）動力現(xiàn)象監(jiān)測

可以采用聲發(fā)射法、微震監(jiān)測法、震動法等完成動力現(xiàn)象監(jiān)測。可以檢測到巖體破裂、沖擊礦壓等各種危險因素，對其進行預測和評估，并及時做好防范措施，從而解決礦山動力問題。這種方法能夠在不對巖體進行破壞的情況下完成，實時高效地解決了煤礦開采過程中存在的一些安全問題。

（二）技術及應用

（1）聲發(fā)射監(jiān)測

聲發(fā)射監(jiān)測是監(jiān)測巖石發(fā)生力學現(xiàn)象時所形成的信號，記錄發(fā)射頻度、阻尼等信息，對這些信息進行分析處理，得到巖石的破壞變化，從而得到巖石的應力情況。這一技術在采礦中主要應用于分析評價井下的危險狀況、監(jiān)測動力現(xiàn)象等，在煤礦安全預測方面起到了不可忽視的作用。

（2）震動波法探測

震動波法探測是利用震動波在不同介質、不同應力等情況下傳播速度以及波長變化等，來分析所測巖體狀況的方法?？梢酝ㄟ^這種方法測出地下的裂隙發(fā)育情況、礦產(chǎn)分布情況、應力情況等，在礦山開采中得到較為廣泛的運用。目前常用于礦壓測量、地質構造探測等，為煤炭事業(yè)做出了較為突出的貢獻。

（3）電磁輻射監(jiān)測

電磁輻射是指監(jiān)測不均質的材料在力的作用下破裂，從而向外發(fā)射的電磁輻射的過程。監(jiān)測到的信號，可以在處理、轉化之后變?yōu)樘攸c明顯的電壓信號，對其進行分析可得到一定區(qū)域內(nèi)巖層的活動情況。

二、采礦科技

我國目前正面臨著能源轉型、勞動力不足等問題，煤礦生產(chǎn)智能化、少人化、自動化技術的發(fā)展迫在眉睫。接下來從物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、人工智能幾個方面對煤礦智能化現(xiàn)狀及未來進行分析。

（一）礦山物聯(lián)網(wǎng)

物礦山物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術結合礦山生產(chǎn)工作的一項具體實踐，這一技術目前基本上得到了普及。礦山物聯(lián)網(wǎng)通過感知層、網(wǎng)絡層、應用層實現(xiàn)了信息快速傳遞分析調度，實時得到信息，對煤礦的生產(chǎn)、運營以及安全等產(chǎn)生了巨大作用，提高了煤礦開采效率，給煤礦行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，同時減少了冗雜的人員，一定程度上起到了少人化的作用。

（二）礦山大數(shù)據(jù)

礦山在生產(chǎn)、監(jiān)測、安全等方面會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，人工進行分析處理的話，這將會是一份浩大的工程。隨著大數(shù)據(jù)的到來，這些問題在一定程度上可以有效得到解決，大量的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術存儲到建立的數(shù)據(jù)庫當中，對其中的數(shù)據(jù)簡單處理建成數(shù)據(jù)倉庫，在海量繁雜的數(shù)據(jù)中得到有價值的信息，給最后的決策提供有用的信息。礦山大數(shù)據(jù)已經(jīng)得到了一定程度上的應用，在少人化、自動化方面有著較為顯著的成效。

（三）智能礦山

人工智能通俗講就是讓機器具有人的智慧，智能礦山就是指讓礦山中的各種機械設備具有“智慧”，能夠自行生產(chǎn)、檢測故障等，實現(xiàn)礦山無人化。目前人工智能還沒能發(fā)展到這種智慧的程度，但結合采礦，已經(jīng)可以初步實現(xiàn)無人化、自動化生產(chǎn)。榆家梁煤礦使用了人工智能中的優(yōu)化算法、智能巡檢機器人等，構建綜采面三維模型，綜合分析煤層變化趨勢，制定未來幾刀的割煤策略，實現(xiàn)了綜采面開采自動化，代替了人力，減少了物力。這也是未來煤礦行業(yè)發(fā)展的大趨勢。

三、展望

采礦地球物理方法在應用中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，對于信息存儲、傳輸和分析處理等具有很高的要求。而當下物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術發(fā)展勢頭迅猛，相對應的，也有大量的人才被培養(yǎng)出來，地下礦山的開采也在向信息化、自動化、智能化方向發(fā)展[2]?？梢詫⒉傻V地球物理與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術有機結合起來，把設備收集到的信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳感技術例如當下新興的5G無線傳輸系統(tǒng)輸送到編譯好優(yōu)化算法的處理器當中，對數(shù)據(jù)進行挖掘、數(shù)據(jù)預處理以及各種智能算法，對所得到的信息進行融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、存儲、傳輸、分析處理一體化自動化智能化。采礦地球物理和先進科技相結合，發(fā)展信息時代下的智能化采礦地球物理。

四、結語

采礦地球物理和各種采礦科技在煤礦開采中都有著十分重要的作用，目前采礦地球物理技術的發(fā)展進入了一個平緩的階段，只有與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術有機結合起來，才能展現(xiàn)出新的生機和活力，在構建自動無人礦山的構建上起到更大的作用。

參考文獻：

[1]張驎，翁翼飛.煤炭資源產(chǎn)權、產(chǎn)品市場協(xié)調機制與供應安全[J].管理學報，2008（05）：722-724.

[2]景占杰. 地下礦山智能化采掘基礎系統(tǒng)的規(guī)劃設計[D].西安電子科技大學，2014.

基金項目：本文系中國礦業(yè)大學2018年度大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目，項目編號：201810290002