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彭苏萍：《为矿井做“CT”，让工作面更透明》
2026-03-18 11:11:21
作者：彭苏萍（中国工程院院士，中国矿业大学（北京）教授）
当前，我国煤矿机械化生产开机率从不到40%提高到90%以上，煤矿安全生产形势实现好转。但智能开采工作面主要集中在煤田地质条件相对简单的矿区，其内涵被强大的机械化能力所掩盖。矿井地质透明化及自动更新，仍是智能开采地质保障系统发展的努力方向。智能开采地质保障系统是支撑煤矿安全高效生产的必要条件。在地质分析预测的基础上，通过地球物理探测和钻探、巷探等技术手段，超前探明精细地质结构和瓦斯突出、矿井突水等灾害隐患，可为矿井设计、采区布置、生产准备、采煤工作面布置到回采等各个阶段提供清楚可靠的地质信息，大大提高煤矿安全生产水平。
20世纪80年代以前，我国煤炭生产以炮采和普采为主，开采效率低，对开采地质条件预测准确性的要求不高，主要侧重于煤层赋存状况的判别。20世纪80年代后，我国开始推进煤矿综合机械化生产。受制于复杂的地质条件，机械化效益受到较大影响。近年来，智能开采地质保障系统已在矿井地质构造的高分辨识别和精确定位、煤矿顶底板岩性和稳定性预测、煤矿瓦斯灾害隐患识别以及矿井突水构造预测等方面取得长足进步。具体表现在四个方面：一是实现矿井精细地质构造识别；二是在精确描述煤矿复杂地质构造、预测煤矿灾害隐患方面的准确性大幅度提高；三是在识别煤矿顶底板岩性和煤与瓦斯、矿井突水灾害隐患技术方面日臻完善；四是使矿井地质预测从点拓展到采区和矿区范围，促进了矿井地质工作理念的根本性改变。
国家发展改革委等八部门联合发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（以下简称《指导意见》）明确提出，到2025年，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行。
勘探精度和地质物探数据融合问题是阻碍建立真正意义上的透明工作面的主要问题之一。不同精度、不同数据结构的数据体叠加在一起，在精度、分辨率上并没有真正提高，就如同毛玻璃一般，还不是真正意义上的三维。因此，三维地质数据体和矿井生产工程设计还不能融合在一起，存在‘两张皮’现象。确切来说，我国目前还没有真正意义上的透明工作面。随着煤矿智能化建设的不断推进，远程无人化操控“三机”的定位精度已经达到厘米级，下达指令的传输时间达到毫秒级。经过20多年的努力，最近我们开发出空气耦合雷达系统。该系统可以不贴着煤壁进行悬空探测，煤岩分界精度可达厘米级，探测深度8米至10米，探测速度可与采煤机同步。这才使煤岩分界的难题初步得到解决。
我国不同煤矿地质条件差异显著，矿井地质灾害时有发生，依托智能开采地质保障系统给矿井做“CT”，是煤矿准确预测预报地质灾害的迫切需求，必须开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预报系统。煤矿高分辨三维地震勘探技术是构建智能开采地质保障系统、提高地质透明化水平的最重要技术之一。由于三维地震勘探是弹性波勘探，可进一步分析和提取岩石物理和流体识别相关的数据。通过约束反演，以获取矿区内岩性及地应力场情况，为智能开采支架选型和动力灾害预防提供科学依据。
我国广袤的西部干旱半干旱地区，煤炭产量占全国的50%以上，但水资源匮乏，不足全国的4%。在本就缺水的基础上，煤炭开采造成地下水位下降，进一步影响了生态环境。应在采前、采中、采后煤炭开发全生命周期中，通过观测和研究厚煤层开采条件下上覆岩层的破断规律及其与水、生态的关系，为西部干旱半干旱地区矿区环境与生态修复服务。这是今后智能开采地质保障系统建设的一项重要内容。
作者介绍：
彭苏萍：中国工程院院士，中国电机工程学会会士，中国工程院能源与矿业学部主任，中国矿业大学（北京）教授、博士导师，煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任，教育部长江学者计划特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。兼任：国家能源领导小组专家咨询委员会委员，国家“973”项目专家咨询委员会委员，“探月工程”重大工程专家咨询组成员、煤炭工业技术委员会委员、国家自然科学基金委员会地学评议组成员、国务院学位委员会学科评议组成员，中国煤炭学会常务理事，世界资源组织中国顾问，国际工程组织能源委员会委员等。1978年考入淮南矿业学院地质系煤田地质专业，先后获得学士、硕士学位；1988年获得中国矿业大学北京研究生部博士学位后留校任教，1996年晋升为教授，1997年入选煤炭工业部学术带头人。彭苏萍院士长期从事煤矿地质与煤矿工程物探工作，注重矿井地质中物探技术研究，在煤矿精细地质构造、矿井灾害源探测技术与装备研究和工程应用上取得突出成绩。近年来，又在煤矿绿色开采技术和煤炭高效转化技术方面进行了积极探索，取得重要进展；近年来，先后承担了“973”、“863”等多项国家重大科研和产业化项目，以及企业重大工程项目，研制与开发了矿井地质雷达、多波地震仪及相关软件，建立了煤矿采区小构造高分辨三维地震勘探技术体系，在全国34个煤炭企业57个工程项目中推广，在隧道工程和军事阵地建设中得到应用。获国家发明专利1项、软件版权4项，实用新型专利1项。出版了3部专著和发表了126篇论文，其中，SCI收录17篇，EI收录92篇，ISTP收录7篇。获国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖3项，省部级科技进步特等奖1项、一等奖5项、二等奖4项，军队科技进步二等奖1项。2004年获孙越崎能源大奖和中国工程院光华科技奖（青年奖），2006年被评为“国家653工程”煤炭地质与测绘领域首席专家，2008年获首都劳动奖章。
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