地上下一体化的三维数字矿山，包括地表开采设施，三维矿区地形，三维勘探工程，三维矿体模型，井下巷道设施等各类三维对象的建模工具，并进行综合的一体化数据管理，提供协同三维分析功能，真实模拟矿山生产环境。 依据钻孔、测井资料、勘探剖面、底板等高线及其它成果数据，采用三维可视化技术直观、形象地表达区域煤田地质构造的空间展布特征以及各种地质参数，提供自动或半自动的三维建模功能，包括地表影像、三维钻孔模型、剖面栅格模型、地质体模型、巷道模型等，实现三维地表可视化、勘探工程可视化、地质模型可视化，为相关部门提供有效的煤炭地质信息和科学决策依据。 构建选矿厂三维仿真场景，实现各自动化设备工况参数的实时接入与仿真，出现工况异常时进行报警提示。系统支持加载文字、图片、视频、声音、自定义演示路径等，实现选矿工艺流程的仿真介绍。

“十三五”期间，我国煤矿开采开始进入了智能化模式，但处于智能开采的初级阶段。首先，对国内外智能开采技术进展进行了分析，重点介绍了澳大利亚的智能煤矿建设和北京天地玛珂电液控制系统有限公司的无人化综采工作面技术进展。其次，按照智能感知和智能控制2个环节总结了国内智能开采行业的顶层设计。对于智能感知关键技术，建立了智能感知技术体系，攻克了综采装备全方位感知技术和工作面自动找直技术，解决了惯性导航长时间坐标漂移的累积误差增大问题；以物联网推动了围岩透明感知技术，基于多信息融合的煤岩界面识别和超宽带雷达精细测量，具备了一定的超前探测能力和适应煤层地质条件变化能力，高精度三维动态地质模型的动态修正技术；将机器人技术引入到综采工作面感知体系中，通过巡检机器人实现综采工作面生产的快速无缝实时感知；通过对传统VR的建模技术升级，建立了工作面三维实景模型。对于智能控制关键技术，建立了智能控制技术体系，研究了远程监督型控制技术和自主控制技术，利用巡检机器人超前对煤岩界面自动检测和滚筒截割状态的实时识别，实现了智能调高控制、俯仰采控制和推进方向的平滑阶梯多级调整控制，开发了巡检机器人模式下的智能割煤工艺；通过

针对我国薄煤层产量逐年增长和开采技术相对滞后的现状，提出了透明化自适应型中厚偏薄煤层智能开采模式。

针对我国薄煤层产量逐年增长和开采技术相对滞后的现状，提出了透明化自适应型中厚偏薄煤层智能开采模式。以神东矿区为例，对当前的中厚偏薄煤层智能化开采技术进行了总结，介绍了中厚偏薄煤层智能开采情况，由此提出厚度1.0~1.7 m的煤层称为中薄煤层的分类概念，以适应煤矿智能化开采和优先发展的需要。首先，在综合处理多源异构信息的基础上，将三维初始地质模型、激光扫描动态数字化工作面、顶底煤厚度探测结果以及煤机姿身数字化，实时提交给智能开采系统进行超前规划，生成动态透明四维地质模型。随后，根据实时生成的动态四维地质模型，获取每个截割位置的顶、底板高度数据，结合煤机姿态参数和采煤机的绝对位置坐标，及工作面平直度要求，对未来几个割煤循环的采煤机调高策略进行提前规划，形成基于动态透明工作面智能化割煤技术。提出了“十二工步”割煤工艺，建立采煤机电缆拖拽系统。最终，以动态四维地质模型构建、采煤机智能化割煤、工作面自动调直、机器人巡检、采煤机电缆拖拽、液压支架自动跟机以及智能协同联控等技术为依托，建立了具备综采工作面全面感知、设备远程集控、协同联动、自动控制、多维数据融合、隐患自动辨识、流程数据驱动、智能辅助决

煤层赋存的复杂地质条件，是制约煤炭智能开采的重要因素，透明工作面是支撑煤矿智能开采的关键和前提。从玻璃地球、透明地质和透明工作面3个方面分析了国内外技术演化进程，指出了目前面向智能开采透明工作面构建中存在的数据孤岛严重、模型精度低、地质与开采系统互馈性差等问题。将工业互联网、5G、云计算、智能感知、数字孪生等新兴技术与传统地质勘探、煤矿开采相结合，采用流程化、模块化的理念进行设计，提出了“数据透明-信息透明-知识透明”3层全息透明架构下的透明工作面体系。通过多源异构数据融合、多属性动态可视化建模、地质与开采系统信息互馈等技术手段，打通地质与开采之间的数据壁垒，实现基于地质信息的开采系统流程化作业。指出了核心算法、专用二三维一体化引擎和统一的透明工作面平台是未来智能开采透明工作面核心技术发展方向。

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CUDA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一到同一地质空间中，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

为了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 CUDA 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一到同一地质空间中，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

我国绿色煤炭资源量有限，实施煤炭精准智能开采是未来绿色采矿的必由之路，其中地质保障技术体系是重要的基础。从煤炭开采基础地质及其勘探、综合地球物理探测、地质钻探和矿井地质信息技术平台等方面，系统地分析了我国矿井地质保障技术体系的现状，提出了煤炭精准智能开采模式下矿井地质保障技术的发展趋势和方向。通过大数据、云计算、互联网等技术平台，采用地质调查、钻探、物探、化探、GIS等多种地学参数信息，构筑基于天空、地面、井孔、地下、采煤工作面、长钻孔等全空间、全方位地质动态模型的保障技术体系，为煤炭精准智能开采提供所需的透明地质条件;研发三维和四维地球物理精细探测新方法、新技术，研制震、电、磁、核、声、光等物理参数主、被动源综合探测与成像智能化仪器设备，实现对开采地质条件的精准判识;发展由探测到监测，以及与掘进机械、采煤机械等一体化的监控预报识别体系，对影响开采的多灾源地质因素进行智能预测及监控，不断建设和完善煤炭资源综合开发保障技术体系;结合移动智能终端APP，逐步完成煤炭资源开发过程中井下图、景、物、人、设备等人机共享共管，实现高度信息化和智慧化，切实保障矿井安全高效生产;通过进一步加强高素质复

地质条件的复杂性是影响当前智能开采进一步发展的关键问题之一，亟需构建高精度回采工作面三维地质模型。通过分析智能开采地质模型的构建方法，并以黄陵一号矿某智能工作面为例，结合工作面所有的地质勘探资料，利用TIM-3D建模软件分别构建了工作面初始静态模型和回采工作面动态模型，搭载透明工作面数字孪生系统对智能开采地质模型进行展示；通过对比回采揭露真实煤厚值与地质模型预测煤厚值，分析静态地质模型与动态地质模型的误差，探讨模型误差产生的原因。分析认为：静态地质模型精度不能达到智能化开采的地质要求；更新后的动态地质模型可显著缩小煤厚预测误差，基本能达到智能化开采的地质需求；模型的误差是测量误差、采样数据量及其分布、插值算法选取共同造成的。综合认为模型的建立要充分融合工作面所有地质信息，模型建立巷道标志点的间隔应该小于10 m，模型动态更新的推采距离应该小于15 m。研究结果对于充分认识当前智能开采地质模型精度水平有重要意义，为下一步智能开采地质保障技术的发展具有借鉴意义。

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择，是实现煤矿安全高效生产的必由之路，地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑，且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产，从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查，不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题：地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上，论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系，主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术，通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈，实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革，针对新形势下煤矿安全发展新要求，提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向，平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。