隨著地球系統科學、大數據、人工智能和人地關系、生態文明的發展，我國對地質勘查工作提出了新的要求，即利用信息技術建立透明地球，以實現礦體或地質體的逐步透明化和可視化，這將為地質勘探帶來巨大變革。建設“數字地球”、“玻璃地球”、“透明地球”的關鍵之一是三維地質建模（3D Geoscience Modeling）技術，它是在多維環境下，利用空間信息管理、地質解譯、空間分析與預測、地學統計、實體內容分析以及圖形可視化等工具用于地質分析的技術，也是隨著地球空間信息技術的不斷發展，由地質勘探、數學地質、地球物理、礦山測量、礦井地質、GIS、圖形圖像和科學計算可視化等學科交叉而形成了一門新興學科。
大海則透明礦井地質信息系統是中煤集團重大科技專項“大海則智能化煤礦關鍵技術與工程示范”項目下設科研課題，該課題由中煤能源研究院有限責任公司聯合北京龍軟科技股份有限公司承擔。課題研究以大海則井田勘探和礦建揭露資料為基礎，通過地質資料深度挖掘與分析整理，面向大海則煤礦智能化建設構建礦區真三維全地層精細地質模型。項目構建了礦區二三維一體化綜合地質數據庫，提出并實現了礦井全要素多維時空地質-水文-礦壓精細建模的方法，搭建了透明礦井地質信息系統，將傳統的二維地質保障工作逐漸轉向三維和多維。智能透明礦井地質信息系統總體基于時態地理信息系統（TGIS/4DGIS）的透明化礦井關鍵技術，實現了高精度動態地質模型建模和自動處理，構建基于C/S的自主分布式協同4DGIS，為煤礦開采過程提供地質數據存儲、轉換、管理、查詢、分析和可視化服務。
大海則煤礦位于陜北榆橫礦區的西北部，行政區劃隸屬榆林市榆陽區管轄，西部與內蒙古自治區接壤，井田面積約265.66km2。在地質建模方面，大海則礦地層結構復雜、相變頻繁、砂體展布連續性差，為滿足礦方生產實際需求以及全地層三維地質建模的技術難題，結合鉆孔和沉積相、沉積旋回分析成果數據，對礦區地質體巖性段主要煤層、主要含水、隔水層等進行精細建模。建模過程中，對地層中砂巖單獨刻畫，既保證了巖性保真度又保證了系統和模型的運行效率；為防止模型中地層連通出現穿層交叉問題，地層按照從下到上順序編號，按照同一旋回內砂體聯通的原則，中間存在尖滅的砂體采用賦予極小值厚度的處理方式。此外，三維地質模型具備了定量化智能分析功能，研發了煤層沖刷帶和含水層發育高度分析、涌水量分析、礦壓分析、儲量分析、虛擬鉆孔、空間預警分析等功能。地質模型的更新通過數據庫后臺在三維模型系統模塊中自動實現。此外，還實現了三維地層和巷道模型的一體化任意線剖切、分層隱藏透明顯示、距離體積量測等功能。
本項目通過原始創新以及借鑒國際先進的三維地質建模技術，攻克了復雜精細化地質建模技術、二三維模型動態更新技術、模型剖切與自動成圖等一系列瓶頸問題，利用三維可視化和地質模擬等技術，將地下礦井變得“像玻璃一樣的透明”，充分表達出井下真實的地質情況，并結合監測數據進行模擬計算，從而支撐智能礦山地質保障的深度應用，實現對水害等隱蔽地質災害的評估、監測和預警。
圖1 大海則高精度全地層三維地質模型
圖2 大海則高精度延安組三段模型（砂巖含水層和煤層）
圖3 大海則鉆孔模型和鉆孔柱狀圖
圖4 大海則高精度透明綜采工作面模型
研究成果緊扣標準中的智能地質保障系統國家標準，采用最新的空間信息、云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、4DGIS等技術，構建具有自主知識產權的 “透明化礦山”基礎平臺，以沉積學、層序地層學、巖石力學等理論為指導，進行礦井全要素多維時空地質-水文-礦壓精細建模，實現了三維地質建模、水文地質環境建模、強礦壓環境建模、動態監測數據實時更新全場景融合四維模型構建。該項研究成果為后續智能地質保障的建設打下了堅實的基礎，最終為安全生產、地測保障、智能開采、智能管控等提供空間數據和業務數據的集成與應用，達到大海則礦山建設智能礦山、綠色礦山、透明礦山的總體要求。
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