袁亮

（安徽理工大學，淮南232001）

開展基于人工智能的煤炭精準開采研究，為深地開發(fā)提供科技支撐

袁亮

（安徽理工大學，淮南232001）

袁亮 安徽金寨人，煤炭開采及瓦斯治理專家，煤與瓦斯共采理論主要奠基人，中國工程院院士?，F(xiàn)任安徽理工大學黨委副書記、副校長，兼任煤炭開采國家工程技術(shù)研究院院長，煤礦瓦斯治理國家工程研究中心主任，深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室主任。

近年來，中國工程院戰(zhàn)略研究表明，我國將堅持以煤炭為主體、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的能源結(jié)構(gòu)難以改變。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，但是能夠滿足煤礦安全、技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等綜合約束條件以及支撐煤炭科學產(chǎn)能和科學開發(fā)的綠色煤炭資源量約0.5萬億～0.6萬億t，只占煤炭預(yù)測總量的10%。若不提高煤炭資源回收率，綠色煤炭資源量僅可開采40～50年，未來或?qū)⒋竺娣e進入非綠色煤炭資源賦存區(qū)開采。我國煤層賦存條件差異大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，開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、沖擊地壓等動力災(zāi)害問題更加嚴重，大部分煤礦煤炭開采存在信息化程度不高、用人多、效率低及安全不可靠等問題。不僅如此，煤炭開采還能引起采礦區(qū)地表沉陷、水污染、植被破壞等環(huán)境問題。

長期以來，我國存在能源資源各自開采現(xiàn)象，相互影響嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，多資源共采重大科技問題難以解決，只有開展基于人工智能和多物理場耦合的精準開采研究才能解決當前資源開發(fā)所面臨的難題，實現(xiàn)煤炭及共伴生資源的協(xié)調(diào)開發(fā)。精準開采是指將不同地質(zhì)條件的資源開采擾動影響、致災(zāi)因素、開采引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞等統(tǒng)籌考慮，時空上準確高效的資源無人（少人）智能開采與災(zāi)害防控一體化的未來采礦新模式。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。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（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支撐下的“互聯(lián)網(wǎng)＋礦山”，對資源賦存進行真實反演，實現(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、采動影響區(qū)及災(zāi)害前兆信息等時空信息采集傳感技術(shù)裝備，找到人機環(huán)參數(shù)全面采集、共網(wǎng)傳輸?shù)男路椒ā?/p>

三是動態(tài)復(fù)雜多場多參量時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)融合與知識挖掘難題，創(chuàng)建面向智能精準開采及災(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)新資源安全開采及災(zāi)害預(yù)警模式。

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

五是多場耦合復(fù)合災(zāi)害預(yù)警。探索具有推理能力及語義一致性多場耦合復(fù)合災(zāi)害知識庫構(gòu)建方法，建立適用于區(qū)域性資源開采條件下的災(zāi)害預(yù)警云平臺。

六是遠程可控的少人（無人）精準開采技術(shù)與裝備。以采煤機記憶切割、液壓支架自動跟機及可視化遠程監(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)遠程可控的無人精準開采技術(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、機電、信息、計算機、互聯(lián)網(wǎng)等學科，建設(shè)基于云技術(shù)的智能礦山，把資源開發(fā)變成智能工程或車間，實現(xiàn)未來采礦智能化無人安全開采。

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

—— 摘自《科技導報》2017年第14期