基于三維地質建模技術的煤礦隱蔽致災因素透明化研究

王嘉偉，王海軍，，吳漢寧，吳艷，韓珂，程鑫，董敏濤

（1.西北大學 地質學系，陜西 西安 710069；2.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069；3.中煤科工西安研究院（集團）有限公司，陜西 西安 710077）

0 引言

煤礦智能化是煤炭產業高質量發展的核心技術支撐，而隱蔽致災因素是制約煤礦智能化建設的關鍵因素。近年來，煤礦生產過程中發生的水害、火災、頂板、瓦斯等重大災害事故與隱蔽致災因素關系密切。為保證煤礦安全生產，利用計算機技術實現隱蔽致災因素的地質透明化對于揭示隱蔽致災因素類型及分布范圍、提供數據支撐、協助制定治理方案具有重要作用，而三維地質建模是實現隱蔽致災因素地質透明化的關鍵技術手段[1-3]。相較于傳統二維圖件中對隱蔽致災因素的描述，三維地質模型能將礦區開展的隱蔽致災因素普查、鉆探、物探、采樣測試等地質勘查階段和礦井生產階段的多源異構數據以圖像形式呈現，能夠實時、直觀地呈現隱蔽致災因素的分布范圍和變化，是當前對隱蔽致災因素的監測、預警及精確治理較為有效的技術手段[4-5]。

國際上三維地質建模技術的發展主要從21 世紀開始。當前主流建模軟件GOCAD 以J.L.Mallet 提出的離散平滑插值（Discrete Smooth Interpolation，DSI）算法為理論支撐[6]進行開發，并不斷迭代形成了一套以算法為關鍵、數據存儲和交互為核心、工作流程為主體的半智能化建模軟件，在油氣勘探、地質勘探、礦山開采、地下工程規劃等領域應用較廣[7-8]。同時，隨著三維地質建模技術在煤炭行業的應用及國產三維地質建模技術的發展成熟，國內學者在煤礦透明地質保障技術[9]、三維地質建模可視化技術綜合找礦[10]、智能化開采地質構造三維可視化模型構建[11]及智能開采透明工作面地質模型梯級優化[12]等方面相繼取得成果。目前國產三維地質建模軟件在復雜地質構造建模、數字礦山建設、煤炭勘探[13-14]等領域逐漸普及。其中DepthInsight 三維地質建模軟件通過Delaunay 三角網格中的對偶Voronoi 邊與曲線的交點來獲取限定曲線段在網格中的逼近邊，實現在三角網格中呈現出平滑曲線的效果，利用閉合區塊構造算法生成封閉實體，達到構建復雜地表形態、區域地質體、深部地質構造和地層屬性模擬的效果[15-16]。相較于國內外其他建模軟件，該軟件對礦區地質構造及地層屬性還原度較高，降低了對使用者知識儲備量的要求，并通過調節網格大小構建不同精度的地質模型，對復雜地質條件下的地質體及地層屬性描述較為詳細。

目前煤礦三維地質建模技術以幾何建模為主、屬性建模為輔，缺少對制約煤礦安全、高效、綠色、智能開采的隱蔽致災因素的“靜態+動態”地質分析的災害屬性建模。針對上述問題，本文以某智能化建設礦井為工程背景，在完成多源異構二維地質數據同化處理的基礎上，采用DepthInsight 軟件進行三維地質幾何、屬性建模，并根據工程勘查、地質建模的結果從全礦井和工作面2 個尺度分析煤礦的地質幾何及其隱蔽致災因素災害屬性特征，探索三維地質建模技術在煤礦隱蔽致災因素地質透明化等方面的應用和可行性。

1 開采地質概況

1.1 礦井地質特征

礦井位于陜北黃土高原地區，地貌特征為典型的黃土丘陵溝壑單元，地表支離破碎、溝壑縱橫，整體地勢為東北-西南由高向低展布，構造類型簡單，地表、煤層及其煤系沿溝谷大面積出露，屬于半掩蓋式煤田；礦井主要涌水量來源為采空區積水，直接充水含水層為煤層頂板砂巖水和沿溝谷區域的地表水；煤層頂板巖性以曲流河三角洲形成的砂巖為主，煤層頂板穩定性中等；煤層自燃瓦斯以氮氣為主，二氧化碳少量或微量，甲烷微量或零，屬于低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸危險性且屬于I 類易于自燃煤層。

制約礦井安全開采的關鍵隱蔽致災因素包括采空區積水、煤層頂底板構造起伏及煤層厚度變化、淺埋煤層過溝谷開采等，其中淺埋煤層過溝區域具有水害、火災、頂板等多災害耦合的特點。

研究區構造如圖1 所示。針對該礦井的建模任務主體地層為延安組地層，而全新統河流沖積層只在溝谷之中有所分布，第四系上、中更新統與全新統河流沖積層全部劃歸為第四系地層，不作單獨區分。

圖1 研究區構造Fig.1 Geological map of the study area

1.2 采掘工程部署

區內主力開采煤層為5-2煤，煤層厚度為2.6～5.2 m，平均厚度為3.95 m，煤層埋深為47.31～292.92 m，采用綜合機械化采煤方式。采空區頂板采用自然垮落法管理，目前開采工作面為智能開采工作面，工作面寬度為300 m，傾向長度為3.50 km；針對智能開采煤礦采用自動推溜拉架，采煤機采用記憶截割為主、人工為輔助的自動采煤工藝。在工作面的智能開采過程中發現采煤工作面煤層厚度、煤層頂板起伏構造形態是目前影響工作面智能化的關鍵性地質因素，依據地質勘查鉆孔間距建立的地質模型無法滿足智能開采的精度要求，需要利用精度更高的鉆孔數據和相關地質資料構建礦區三維地質模型來實現生產指導和地質透明化。

2 三維地質建模

對研究區內三維地質建模任務進行分析，確立“煤礦地質數據庫建立—三維幾何建模—三維屬性建模”的三維地質建模流程，如圖2 所示。

圖2 三維地質建模流程Fig.2 3D geological modeling flow

2.1 煤礦地質數據庫建立

利用無人機傾斜攝影成像、航空瞬變電磁勘探、鉆孔數字化錄入、鉆孔-剖面地層精細劃分對比技術完成對地質資料、物探、鉆探等成果的數字化工作，建立煤礦地質數據庫，包括鉆孔數據和地質資料數據。提煉鉆孔綜合柱狀圖、抽水試驗成果表中鉆孔井位（鉆孔編號、坐標、深度）、鉆孔分層（鉆孔編號、地層編號、頂深）、鉆孔屬性（鉆孔編號、深度、富水系數、滲透率）等數據，完成鉆孔數字化；通過AutoCAD 對地質地形圖中地表等高線、煤層底板等高線、工作面邊界、采空區邊界和積水區邊界賦值，利用ArcGIS 格式轉換模塊生成.shp 文件。此外，利用無人機航測RTK+傾斜攝影技術對區內地表進行三維成像，并對溝谷、河流、建筑物等進行拍攝成像，生成數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）。

2.2 初始地層三維幾何建模

本文三維地質建模分為幾何建模和屬性建模2 個部分。幾何建模主要內容包括地表模型、地層、地質體模型、煤層、工作面、回采實測、采空區及積水區模型；屬性建模的內容是富水系數、滲透率模型。

研究區面積約為16 km2，針對不同時期地質認識、地層單元、煤層編號、層段及地層界限劃分不統一的問題，依據地層旋回、巖性組合、煤層底板標高、標志層法、古生物化石等綜合對比技術實現對區內層序地層格架的建立，并根據層序地層格架對所有施工的137 個鉆孔在統一刻度下的地層及煤層組段進行劃分，將5-2煤層至地表共劃分為26 個層段，實現全礦井層面劃分，層序清晰且地層全區閉合。考慮工作站性能及數據處理量等，初始模型單位網格尺寸為200 m×200 m，地質體模型單位網格尺寸為20 m×20 m，并利用拐點數據確定工區范圍，以工區東南角為原點、工區東西方向為X軸、南北方向為Y軸、地層垂向為Z軸建立工區空間直角坐標系。三維地質幾何模型的建立遵循“點-線-面-體”的原則，將數據庫中鉆孔分層數據以地層控制點的形式對地層進行約束，并相互連接形成網格線，控制地層整體走向、起伏和地質構造形態。基于以上數據和地層面、地質體生成算法可生成初始層面模型（圖3（a））及初始地質體模型（圖3（b））。

圖3 初始層面及初始地質體模型Fig.3 Initial level and initial geologic body model

2.3 模型精細修正

研究區初始模型中相鄰地層互相穿插，地層關系不正確。針對模型穿層現象展開分析，總結歸納為層面劃分不清和數據不足2 種原因造成。

模型中單一層面突然隆起或凹陷，是由于部分區域層面劃分不清導致鉆孔分層出現誤差，與同一層面其他鉆孔井位比較，異常位置分層數據過淺或過深造成異常現象。

相鄰地層之間穿層現象，例如圖3（a）中左側頂面出現新近系保德組地層與下伏2-2煤頂板地層相互穿插，并且在初始地質體模型中會看到地質體西南部有穿層現象。這種穿層現象主要由數據不足導致。對于下伏地層而言，2 組地層在穿層位置沒有分層數據進行控制，地層生成算法會默認延續周圍控制點所示地層走向，即持續抬升或持續凹陷導致穿過相鄰地層；對于地表而言，由于這一階段生成的地表數據主要來源于鉆孔分層數據，此類數據雖能較好地反映地表下伏地層的整體走向，但是對于形態復雜的地表而言數據體量太小，無法顯示其與下伏地層的接觸關系和復雜的地形地貌。

針對單一層面突然隆起或凹陷的位置，與層序地層格架對比復核鉆孔分層，和前期區域勘探報告交叉驗證，明確層位劃分，更新鉆孔分層數據并提取生成地層；對于相鄰地層之間的穿層現象，根據算法判斷穿層位置附近其他控制點所生成的層面整體走向來確定是下伏上穿或上覆下穿，根據地表標高、煤層底板等高線、地層傾角和煤層厚度變化趨勢，結合周邊鉆孔柱狀圖插入虛擬鉆孔數據并校準層面；對煤層底板、地表等重要層面利用等高線數據通過離散點和控制點進行聯合控制；人工指定地層關系，即除第四系地層和新近系保德組出露地層關系設置為上切下關系，其余地層均設置為下切上關系，統一地層產狀。應保證層面之間關系清晰，層序正確并調整網格步長為20 m×20 m，檢驗地層面模型效果（圖4）。

圖4 地層面模型Fig.4 Ground level model

利用地層體生成算法在地層面模型的基礎上充填層間空隙、刻畫地表起伏和剝蝕形態，生成地質體模型（圖5）。

圖5 地質體模型Fig.5 Geological body model

2.4 地表、煤層、工作面三維幾何建模

利用無人機航測RTK+傾斜攝影技術獲取區內DEM，并加載圖像，針對區內工作面進行地表建模。采用圖像耦合技術對DEM 與地質體模型中地表進行耦合處理，生成地表模型（圖6）。加載數據庫中工作面邊界，運用切割算法切除其余地表模型，僅保留工作面部分，并單獨顯示溝谷、梁峁、地表水流等地貌特征。

圖6 工作面地表模型Fig.6 Surface model of working face

基于地質體模型建立5-2煤層三維地質模型。為反映煤層厚度變化和頂底板構造起伏形態，采取單層建模，關閉上覆地層數據，提升運算速率。調整網格步長為10 m×10 m，重新校準煤層底板等高線和控制點數據并生成煤層模型（圖7）。在模型表面和側面進行網格填充來凸顯層厚變化和起伏。

圖7 煤層模型Fig.7 Coal seam model

為指導工作面智能開采，同時考慮到建模硬件運行環境，依據工作站性能，選取5 m×5 m 的網格步長，從數據庫中導入工作面邊界，采用切割算法保留邊界內煤層。將工作面邊界與工作面模型（圖8）組合，圈定隆起區和洼陷區并標注煤層厚度變化區。

圖8 工作面模型Fig.8 Working face model

2.5 采空區、積水區三維幾何建模

進行采空區三維建模時需恢復被切割的煤層模型，并從煤礦地質數據庫中提取采空區范圍，以離散點集的形式在層面呈現其輪廓。利用離散點提取命令分別提取煤層頂底板采空區邊界線內所有離散點并以.dat 文件格式導入煤礦地質數據庫。加載巖體建模模塊，將采空區作為煤層中的異常巖體進行處理。以5-2煤層底板作為參考面，在巖體面集中加載數據庫中頂底板離散點集文件，并在參考面上勾勒出采空區邊界后生成頂底面和包絡面，生成采空區模型（圖9），并對采空區內氣體、溫度等信息進行標注。

圖9 采空區模型Fig.9 Gob model

將采空區模型數據與煤層模型數據進行鏈接，重新生成層面和地質體模型，采空區數據以巖體形式耦合到煤層模型中并標注遺煤區，生成回采實測模型（圖10）。

圖10 回采實測模型Fig.10 Mining measurement model

利用井下物探、探放水等成果資料，在數字化的基礎上，采用巖體建模技術和巖體耦合技術對采空區中3 處積水區進行建模。關閉采空區模型數據鏈接，重新生成煤層地質體，恢復工作面中采空區耦合區域。從數據庫中提取積水邊界并在煤層底板上以離散點形式展示，從而劃定積水區范圍。與采空區相比，積水區只存在于煤層底板，因此在積水區煤層底板文件基礎上，為深度值附加積水深度，得到積水區水深文件，生成積水區模型（圖11）。重新載入采空區模型，并檢驗積水區與采空區耦合效果。

圖11 積水區模型Fig.11 Waterlogged area model

2.6 水文屬性三維建模

針對富水系數和滲透率參數進行水文屬性三維建模，數據來源于區內鉆孔抽水試驗和泉眼調查實測數據。以地質體模型為基礎，對數據采用連續屬性建模的方法進行建模。

在網格及屬性建模模塊中新建大工區，設置屬性數據儲存路徑。在大工區中定義平面網格幾何信息及縱向分層。在平面網格幾何信息中，根據研究區域面積和屬性數據量設置網格精度，通過調整網格步長的參數大小來設置單一網格的長和寬；而縱向分層是通過設置網格的高度來對地層進行剖分。研究區直接充水含水層薄厚不均，最厚含水層平均厚度為28.37 m，最薄含水層平均厚度僅1.18 m。為保證對地層屬性準確描述，選擇等比例算法剖分網格，建立160 m×160 m×2 m 的截斷網格模型。

在截斷網格模型基礎上選取建模子區域建立網格化格架模型，對地質體模型進行網格模擬，搭建屬性模擬地層。從煤礦地質數據庫中提取鉆孔模型，并添加在大工區屬性列表下。將2 種屬性數據分別提取到屬性模型集下，生成地層屬性列表并進行鉆孔屬性粗化。屬性粗化的目的在于保證原有地層屬性信息不變的前提下最大程度地減少網格計算量，提升計算機運算效率。針對滲透率和涌水量，利用調和函數進行數據粗化。在數據分析中利用變差函數對富水系數和滲透率的空間分布范圍進行數據描述，調節扇形搜索區域和函數曲線，使其涵蓋所有數據點。運用序貫高斯模擬算法分別對2 種水文屬性進行條件概率分布模擬，在網格化模型上獨立呈現，生成富水系數模型（圖12（a））和滲透率模型（圖12（b））。

圖12 富水系數模型及滲透率模型Fig.12 Water-rich coefficient model and permeability model

3 三維地質模型分析

針對關鍵性隱蔽致災因素，從地層、煤層及工作面、采空區及其積水區、水文屬性4 個方面，結合三維地質模型從隱蔽致災因素的角度進行分析，并對三維幾何模型進行屬性化賦能，實現屬性建模的災害解譯功能。

3.1 地層特征分析

地質體模型展現全區地層劃分、厚度變化、地形地貌和煤層分布位置。根據地質體模型顯示，區內地表溝壑縱橫，梁峁走向為西北—東南延伸，并且在梁峁頂部被砂土層和黏土層覆蓋，屬典型黃土丘陵溝壑區地貌單元，模型地層劃分從上到下分別為第四系地層、新近系保德組和延安組Ⅰ-Ⅴ段，其中主要含煤地層為延安組I-Ⅲ段。

延安組Ⅰ段地層由西向東呈逐漸增厚的趨勢，地層產狀有較小起伏，頂部賦存有5-2煤層。東部存在隆起，隆起兩翼5-2煤層與上覆延安組Ⅱ段砂巖層呈不整合接觸關系。

延安組Ⅱ段地層是區內厚度最大的地層，整體地層平整，起伏較小，遵循地勢變化規律，地層中有煤層賦存，煤厚較薄。層內砂巖層底板起伏較大，厚度變化不均；由西向東砂巖層厚度逐漸增大，東部砂巖層底板受下伏延安組Ⅰ段隆起的影響被剝蝕，形成不整合接觸。

延安組Ⅲ段之上所有地層均遭受地表流水侵蝕，地質體模型邊緣呈現出溝谷密布的形態，導致延安組Ⅲ段出露位置分布在溝谷兩側。地層整體產狀平整，局部略有起伏，層內有煤層賦存。地層東部明顯受擠壓形成隆起，頂部地層產狀相對平整。

延安組Ⅳ段地層厚度分布均勻，整體形態受溝谷流水侵蝕嚴重，出露區域均分布在溝谷兩側。地層產狀較為平整，砂巖層厚度分布均勻。但是由于地層受地表水侵蝕的作用強烈，導致地層殘缺不全，僅局部有煤層分布且不具備開采價值。

延安組Ⅴ段地層在區內基本被剝蝕，僅在梁峁頂部殘存。上覆新近系保德組地層為黏土層，主要分布于梁峁頂部及溝谷兩側，與延安組Ⅴ段地層呈不整合接觸；第四系上、中更新統地層以黃土為主，僅零星分布于梁峁之上，與新近系保德組亦呈不整合接觸。

3.2 煤層及工作面特征分析

全礦井主力開采煤層為5-2煤，根據煤層模型顯示，5-2煤為中厚煤層，煤厚由南向北呈增厚變化，西南部煤層最薄，厚度為2.60 m；煤層中部存在局部洼陷區；在煤層東北部受地層擠壓應力影響出現局部隆起，導致煤層與上覆砂巖層底板存在不整合接觸關系，同時隆起兩翼也是5-2煤層厚度最大的位置，為5.20 m。總體上5-2煤層具有煤厚變化均勻、結構簡單、全區賦存的特點。

工作面位于5-2煤層西部，方向由西向東延伸，根據工作面模型顯示，工作面東西兩側以中厚煤層為主，厚度為2.60 m，在中部位置出現小規模隆起，隨后向下凹陷形成洼陷區，在洼陷區煤層厚度為4.29～4.31 m，是該工作面煤層最厚的位置。工作面整體起伏較小，煤厚變化均勻。

根據現場調查和工作面地表模型顯示，工作面范圍內地表分布有5 條溝谷，并且有1 條常流性河流經過。整體地勢相對平緩，地表被風積層覆蓋，植被稀疏。主要地表形態為丘陵，溝谷切割、梁峁相間，流水侵蝕和風化堆積發育，水土流失現象嚴重，是典型的黃土高原型地貌。溝谷兩側有多組地層出露且下切深度大，最大下切深度為39.27 m，與5-2煤頂板最小距離為47.31 m。

將工作面煤層模型和地表模型從不同層次結合分析可知，雖然工作面煤厚變化均勻，無較大起伏，是較為穩定的可采區域，但地表地質條件復雜，受地形地貌影響，工作面存在過溝開采、潰頂、潰砂、潰水、涌土、漏風等多災害耦合發生的風險。工作面煤層模型中洼陷區所處位置對應工作面地表模型中常流性河流所處位置，因此在工作面洼陷處需做好對水害等隱蔽致災因素防治措施，將此處作為冬季寒凍、結冰等環境災害的重點防治區。

3.3 采空區及其積水區特征分析

采空區模型可對采空區內各項監測數據進行三維顯示。對比工作面模型和采空區模型可知，采空區整體形態與工作面形態一致，工作面采掘工作基本完成，并在采空區模型中對監測參數進行顯示。從井下回傳數據中可知，影響采空區隱蔽致災因素的關鍵性參數包括溫度、壓力、風量、風速及氣體濃度。監測數據顯示采空區溫度與壓力正常，CH4濃度和CO 濃度極低，O2和CO2濃度正常，井下風量和平均風速符合掘進工作面巖巷風速規定（0.15～4.0 m/s）。采空區模型為瓦斯、火災等災害防治提供了數據監測顯示平臺。將工作面回采測量數據和回采實測模型對比，回采實測模型中采空區有部分區域呈現黑灰色交替，說明在較厚煤層賦存區存在遺煤分布，是礦井火災重點防治區，并且在較薄煤層處存在底巖割頂現象，容易引起開采擾動，對頂板造成一定破壞。

采空區內存在3 處積水。根據積水區模型顯示，3 處積水區分別位于采空區西部、中部和東部的洼陷區內。1 號積水區最高水位標高1 006.16 m，2 號積水區最高水位標高1 009.94 m，3 號積水區最高水位標高1 012.06 m。其中2 號積水區積水量最大，為21 672 m3。將積水區模型分別與工作面地表模型、回采實測模型等多尺度模型對比可知，3 處積水區所處位置均與地表溝谷相對應，大氣降水多匯聚于此并向地下滲透，且積水區位置均與工作面割頂區域相吻合。對比3 處積水化學性質發現其化學性質一致，均為HCO3-Ca·Mg 型水，說明3 處積水區水源一致。據此可推斷采空區3 處積水是由于在采掘過程中割煤機對煤層頂板造成擾動，導致頂板裂隙發育形成導水通道，進而頂板積水下滲。

3.4 水文屬性特征分析

研究區地表植被稀疏，水土流失嚴重。根據富水系數模型顯示，地層涌水量變化區域主要集中在區內西、南、北側，占全區面積約50%。區內整體富水性較弱，中等和弱富水性為主，局部區域出現強富水性，占比較小。

研究區內整體為低滲地層，局部出現滲透率相對較高的區域。根據滲透率模型顯示，滲透率變化區域主要集中在研究區東西兩側，在西南部和北部僅有零星分布，總面積約占研究區30%。地層滲透率以中低滲為主，高滲區域相對占比小。但是研究區地表溝谷密布，溝谷中存在常流性河流與大氣降水形成的地表積水，因此局部區域出現滲透率相對較高的情況。

將水文屬性模型與回采實測模型結合分析可知，煤層采空區上覆地層對應水文屬性模型中滲透率相對較高的區域，且富水性以中等富水和強富水為主，水文條件較為復雜，同時也是采空區形成積水的重要原因之一。

綜上所述，采空區存在火災、水害、頂板等多災害耦合的特點。隨著開采工作不斷推進，研究區其他位置的水文屬性隨之改變，地層中水文隱蔽致災因素將受到影響，對煤礦生產形成新的安全隱患。

4 討論

4.1 煤礦智能化開采保障技術

對煤礦隱蔽致災因素進行三維地質建模的目的在于對煤礦生產進行指導和為礦井作業人員提供安全保障[17-18]。根據建模成果顯示，礦區內地表形態復雜，煤層厚度分布不均，影響工作面安全生產的隱蔽致災因素在地表、煤層2 個層次中均有分布，并且煤礦中局部富水性、瓦斯濃度、風量、風速、壓力等參數隨著開采的進行而發生動態變化，導致隱蔽致災因素的分布和危險性產生改變[19]。

利用三維地質幾何及屬性建模技術在工作面正式投產前構建全礦井和工作面尺度的三維地質模型，實現全礦井地質透明化，展示全礦區地形地貌、地質構造及開采規劃，同時工作面尺度的三維地質模型可針對采前規劃的綜采工作面進行三維顯示[20-21]。從地表和煤層2 個層次顯示工作面煤厚、起伏形態、地質構造、地形地貌等信息，為可能存在的過溝開采、潰水、潰砂、涌土、底巖割頂、遺煤等致災因素的防治提供精準靶區[22]。針對危險區隱蔽致災因素的關鍵性參數，通過設置相應的傳感器（如水位、壓力、氣體及溫度等傳感器）獲取或隨采掘工作探測關鍵地質數據（如底板標高、煤層厚度等）[23-24]。通過屬性模擬算法對采掘過程中搜集的隱蔽致災因素數據進行模擬生成和模型對比，并根據實測災害屬性變化對模型的生成算法進行調整，使之與工作面正式投產后隱蔽致災因素變化規律相吻合，從而實現利用三維地質模型對制約工作面安全生產的隱蔽致災因素進行實時監測和預警[25-26]，全程對隱蔽致災因素進行精準防治，有效保障井下生產安全[27]。

4.2 煤礦三維地質建模發展方向

煤礦三維地質建模的發展方向是與其他先進技術相結合，形成一整套完整的煤礦智能化協同體系[28]。三維地質模型作為煤礦智能化建設的基底，可以實現對井下數據的三維呈現，不僅能夠指導煤礦生產工作，還能夠實現隱蔽致災因素地質透明化[29]，對井下可能會造成災害的危險因素進行實時監控，對隱蔽致災因素引起的事故進行模擬，提出防治方案，有效解決制約煤礦生產效率的安全問題，并以此為基礎發展成一套較為成熟的煤礦地質保障體系[30-32]。利用人工智能的學習功能和采掘進行時回傳的實時數據，開發動態修正三維地質模型[33]，實現從遠程控制采掘和災害防治向智能化采掘和災害防治的轉變[34-36]。

5 結論

1）利用DepthInsight 幾何建模和屬性建模功能建立了研究區三維地質幾何模型和三維地質屬性模型，實現對隱蔽致災因素從全礦井到工作面、從地表到煤層的多尺度、多層次顯示及研究區水文屬性的地質透明化。

2）從全礦井和工作面2 個尺度對三維地質模型進行地表和煤層的多層次對比分析，結果表明采煤工作面具有過溝開采、潰砂、潰水、涌土、漏風等多災害耦合發生的特點，并且采空區中存在頂板裂隙、遺煤、積水區等隱蔽致災因素。

3）利用煤礦三維地質建模技術從多尺度、多層次對礦井隱蔽致災因素進行透明化顯示，利用三維地質模型對影響隱蔽致災因素的關鍵性參數進行監測和顯示。

4）研究成果可為煤礦隱蔽致災因素的透明化管控、災害精準治理及災害預警監測提供精準靶區，驗證三維地質建模技術在煤礦隱蔽致災因素透明化等方面應用的可行性。