基于三维地质建模技术的煤矿隐蔽致灾因素透明化研究

2024-04-22王嘉伟王海军吴汉宁吴艳韩珂程鑫董敏涛

工矿自动化 2024年3期

王嘉伟，王海军，，吴汉宁，吴艳，韩珂，程鑫，董敏涛

（1.西北大学地质学系，陕西西安 710069；2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069；3.中煤科工西安研究院（集团）有限公司，陕西西安 710077）

0 引言

煤矿智能化是煤炭产业高质量发展的核心技术支撑，而隐蔽致灾因素是制约煤矿智能化建设的关键因素。近年来，煤矿生产过程中发生的水害、火灾、顶板、瓦斯等重大灾害事故与隐蔽致灾因素关系密切。为保证煤矿安全生产，利用计算机技术实现隐蔽致灾因素的地质透明化对于揭示隐蔽致灾因素类型及分布范围、提供数据支撑、协助制定治理方案具有重要作用，而三维地质建模是实现隐蔽致灾因素地质透明化的关键技术手段[1-3]。相较于传统二维图件中对隐蔽致灾因素的描述，三维地质模型能将矿区开展的隐蔽致灾因素普查、钻探、物探、采样测试等地质勘查阶段和矿井生产阶段的多源异构数据以图像形式呈现，能够实时、直观地呈现隐蔽致灾因素的分布范围和变化，是当前对隐蔽致灾因素的监测、预警及精确治理较为有效的技术手段[4-5]。

国际上三维地质建模技术的发展主要从21 世纪开始。当前主流建模软件GOCAD 以J.L.Mallet 提出的离散平滑插值（Discrete Smooth Interpolation，DSI）算法为理论支撑[6]进行开发，并不断迭代形成了一套以算法为关键、数据存储和交互为核心、工作流程为主体的半智能化建模软件，在油气勘探、地质勘探、矿山开采、地下工程规划等领域应用较广[7-8]。同时，随着三维地质建模技术在煤炭行业的应用及国产三维地质建模技术的发展成熟，国内学者在煤矿透明地质保障技术[9]、三维地质建模可视化技术综合找矿[10]、智能化开采地质构造三维可视化模型构建[11]及智能开采透明工作面地质模型梯级优化[12]等方面相继取得成果。目前国产三维地质建模软件在复杂地质构造建模、数字矿山建设、煤炭勘探[13-14]等领域逐渐普及。其中DepthInsight 三维地质建模软件通过Delaunay 三角网格中的对偶Voronoi 边与曲线的交点来获取限定曲线段在网格中的逼近边，实现在三角网格中呈现出平滑曲线的效果，利用闭合区块构造算法生成封闭实体，达到构建复杂地表形态、区域地质体、深部地质构造和地层属性模拟的效果[15-16]。相较于国内外其他建模软件，该软件对矿区地质构造及地层属性还原度较高，降低了对使用者知识储备量的要求，并通过调节网格大小构建不同精度的地质模型，对复杂地质条件下的地质体及地层属性描述较为详细。

目前煤矿三维地质建模技术以几何建模为主、属性建模为辅，缺少对制约煤矿安全、高效、绿色、智能开采的隐蔽致灾因素的“静态+动态”地质分析的灾害属性建模。针对上述问题，本文以某智能化建设矿井为工程背景，在完成多源异构二维地质数据同化处理的基础上，采用DepthInsight 软件进行三维地质几何、属性建模，并根据工程勘查、地质建模的结果从全矿井和工作面2 个尺度分析煤矿的地质几何及其隐蔽致灾因素灾害属性特征，探索三维地质建模技术在煤矿隐蔽致灾因素地质透明化等方面的应用和可行性。

1 开采地质概况

1.1 矿井地质特征

矿井位于陕北黄土高原地区，地貌特征为典型的黄土丘陵沟壑单元，地表支离破碎、沟壑纵横，整体地势为东北-西南由高向低展布，构造类型简单，地表、煤层及其煤系沿沟谷大面积出露，属于半掩盖式煤田；矿井主要涌水量来源为采空区积水，直接充水含水层为煤层顶板砂岩水和沿沟谷区域的地表水；煤层顶板岩性以曲流河三角洲形成的砂岩为主，煤层顶板稳定性中等；煤层自燃瓦斯以氮气为主，二氧化碳少量或微量，甲烷微量或零，属于低瓦斯矿井。煤尘具有爆炸危险性且属于I 类易于自燃煤层。

制约矿井安全开采的关键隐蔽致灾因素包括采空区积水、煤层顶底板构造起伏及煤层厚度变化、浅埋煤层过沟谷开采等，其中浅埋煤层过沟区域具有水害、火灾、顶板等多灾害耦合的特点。

研究区构造如图1 所示。针对该矿井的建模任务主体地层为延安组地层，而全新统河流冲积层只在沟谷之中有所分布，第四系上、中更新统与全新统河流冲积层全部划归为第四系地层，不作单独区分。

图1 研究区构造Fig.1 Geological map of the study area

1.2 采掘工程部署

区内主力开采煤层为5-2煤，煤层厚度为2.6～5.2 m，平均厚度为3.95 m，煤层埋深为47.31～292.92 m，采用综合机械化采煤方式。采空区顶板采用自然垮落法管理，目前开采工作面为智能开采工作面，工作面宽度为300 m，倾向长度为3.50 km；针对智能开采煤矿采用自动推溜拉架，采煤机采用记忆截割为主、人工为辅助的自动采煤工艺。在工作面的智能开采过程中发现采煤工作面煤层厚度、煤层顶板起伏构造形态是目前影响工作面智能化的关键性地质因素，依据地质勘查钻孔间距建立的地质模型无法满足智能开采的精度要求，需要利用精度更高的钻孔数据和相关地质资料构建矿区三维地质模型来实现生产指导和地质透明化。

2 三维地质建模

对研究区内三维地质建模任务进行分析，确立“煤矿地质数据库建立—三维几何建模—三维属性建模”的三维地质建模流程，如图2 所示。

图2 三维地质建模流程Fig.2 3D geological modeling flow

2.1 煤矿地质数据库建立

利用无人机倾斜摄影成像、航空瞬变电磁勘探、钻孔数字化录入、钻孔-剖面地层精细划分对比技术完成对地质资料、物探、钻探等成果的数字化工作，建立煤矿地质数据库，包括钻孔数据和地质资料数据。提炼钻孔综合柱状图、抽水试验成果表中钻孔井位（钻孔编号、坐标、深度）、钻孔分层（钻孔编号、地层编号、顶深）、钻孔属性（钻孔编号、深度、富水系数、渗透率）等数据，完成钻孔数字化；通过AutoCAD 对地质地形图中地表等高线、煤层底板等高线、工作面边界、采空区边界和积水区边界赋值，利用ArcGIS 格式转换模块生成.shp 文件。此外，利用无人机航测RTK+倾斜摄影技术对区内地表进行三维成像，并对沟谷、河流、建筑物等进行拍摄成像，生成数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）。

2.2 初始地层三维几何建模

本文三维地质建模分为几何建模和属性建模2 个部分。几何建模主要内容包括地表模型、地层、地质体模型、煤层、工作面、回采实测、采空区及积水区模型；属性建模的内容是富水系数、渗透率模型。

研究区面积约为16 km2，针对不同时期地质认识、地层单元、煤层编号、层段及地层界限划分不统一的问题，依据地层旋回、岩性组合、煤层底板标高、标志层法、古生物化石等综合对比技术实现对区内层序地层格架的建立，并根据层序地层格架对所有施工的137 个钻孔在统一刻度下的地层及煤层组段进行划分，将5-2煤层至地表共划分为26 个层段，实现全矿井层面划分，层序清晰且地层全区闭合。考虑工作站性能及数据处理量等，初始模型单位网格尺寸为200 m×200 m，地质体模型单位网格尺寸为20 m×20 m，并利用拐点数据确定工区范围，以工区东南角为原点、工区东西方向为X轴、南北方向为Y轴、地层垂向为Z轴建立工区空间直角坐标系。三维地质几何模型的建立遵循“点-线-面-体”的原则，将数据库中钻孔分层数据以地层控制点的形式对地层进行约束，并相互连接形成网格线，控制地层整体走向、起伏和地质构造形态。基于以上数据和地层面、地质体生成算法可生成初始层面模型（图3（a））及初始地质体模型（图3（b））。

图3 初始层面及初始地质体模型Fig.3 Initial level and initial geologic body model

2.3 模型精细修正

研究区初始模型中相邻地层互相穿插，地层关系不正确。针对模型穿层现象展开分析，总结归纳为层面划分不清和数据不足2 种原因造成。

模型中单一层面突然隆起或凹陷，是由于部分区域层面划分不清导致钻孔分层出现误差，与同一层面其他钻孔井位比较，异常位置分层数据过浅或过深造成异常现象。

相邻地层之间穿层现象，例如图3（a）中左侧顶面出现新近系保德组地层与下伏2-2煤顶板地层相互穿插，并且在初始地质体模型中会看到地质体西南部有穿层现象。这种穿层现象主要由数据不足导致。对于下伏地层而言，2 组地层在穿层位置没有分层数据进行控制，地层生成算法会默认延续周围控制点所示地层走向，即持续抬升或持续凹陷导致穿过相邻地层；对于地表而言，由于这一阶段生成的地表数据主要来源于钻孔分层数据，此类数据虽能较好地反映地表下伏地层的整体走向，但是对于形态复杂的地表而言数据体量太小，无法显示其与下伏地层的接触关系和复杂的地形地貌。

针对单一层面突然隆起或凹陷的位置，与层序地层格架对比复核钻孔分层，和前期区域勘探报告交叉验证，明确层位划分，更新钻孔分层数据并提取生成地层；对于相邻地层之间的穿层现象，根据算法判断穿层位置附近其他控制点所生成的层面整体走向来确定是下伏上穿或上覆下穿，根据地表标高、煤层底板等高线、地层倾角和煤层厚度变化趋势，结合周边钻孔柱状图插入虚拟钻孔数据并校准层面；对煤层底板、地表等重要层面利用等高线数据通过离散点和控制点进行联合控制；人工指定地层关系，即除第四系地层和新近系保德组出露地层关系设置为上切下关系，其余地层均设置为下切上关系，统一地层产状。应保证层面之间关系清晰，层序正确并调整网格步长为20 m×20 m，检验地层面模型效果（图4）。

图4 地层面模型Fig.4 Ground level model

利用地层体生成算法在地层面模型的基础上充填层间空隙、刻画地表起伏和剥蚀形态，生成地质体模型（图5）。

图5 地质体模型Fig.5 Geological body model

2.4 地表、煤层、工作面三维几何建模

利用无人机航测RTK+倾斜摄影技术获取区内DEM，并加载图像，针对区内工作面进行地表建模。采用图像耦合技术对DEM 与地质体模型中地表进行耦合处理，生成地表模型（图6）。加载数据库中工作面边界，运用切割算法切除其余地表模型，仅保留工作面部分，并单独显示沟谷、梁峁、地表水流等地貌特征。

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

基于地质体模型建立5-2煤层三维地质模型。为反映煤层厚度变化和顶底板构造起伏形态，采取单层建模，关闭上覆地层数据，提升运算速率。调整网格步长为10 m×10 m，重新校准煤层底板等高线和控制点数据并生成煤层模型（图7）。在模型表面和侧面进行网格填充来凸显层厚变化和起伏。

图7 煤层模型Fig.7 Coal seam model

为指导工作面智能开采，同时考虑到建模硬件运行环境，依据工作站性能，选取5 m×5 m 的网格步长，从数据库中导入工作面边界，采用切割算法保留边界内煤层。将工作面边界与工作面模型（图8）组合，圈定隆起区和洼陷区并标注煤层厚度变化区。

图8 工作面模型Fig.8 Working face model

2.5 采空区、积水区三维几何建模

进行采空区三维建模时需恢复被切割的煤层模型，并从煤矿地质数据库中提取采空区范围，以离散点集的形式在层面呈现其轮廓。利用离散点提取命令分别提取煤层顶底板采空区边界线内所有离散点并以.dat 文件格式导入煤矿地质数据库。加载岩体建模模块，将采空区作为煤层中的异常岩体进行处理。以5-2煤层底板作为参考面，在岩体面集中加载数据库中顶底板离散点集文件，并在参考面上勾勒出采空区边界后生成顶底面和包络面，生成采空区模型（图9），并对采空区内气体、温度等信息进行标注。

图9 采空区模型Fig.9 Gob model

将采空区模型数据与煤层模型数据进行链接，重新生成层面和地质体模型，采空区数据以岩体形式耦合到煤层模型中并标注遗煤区，生成回采实测模型（图10）。

图10 回采实测模型Fig.10 Mining measurement model

利用井下物探、探放水等成果资料，在数字化的基础上，采用岩体建模技术和岩体耦合技术对采空区中3 处积水区进行建模。关闭采空区模型数据链接，重新生成煤层地质体，恢复工作面中采空区耦合区域。从数据库中提取积水边界并在煤层底板上以离散点形式展示，从而划定积水区范围。与采空区相比，积水区只存在于煤层底板，因此在积水区煤层底板文件基础上，为深度值附加积水深度，得到积水区水深文件，生成积水区模型（图11）。重新载入采空区模型，并检验积水区与采空区耦合效果。

图11 积水区模型Fig.11 Waterlogged area model

2.6 水文属性三维建模

针对富水系数和渗透率参数进行水文属性三维建模，数据来源于区内钻孔抽水试验和泉眼调查实测数据。以地质体模型为基础，对数据采用连续属性建模的方法进行建模。

在网格及属性建模模块中新建大工区，设置属性数据储存路径。在大工区中定义平面网格几何信息及纵向分层。在平面网格几何信息中，根据研究区域面积和属性数据量设置网格精度，通过调整网格步长的参数大小来设置单一网格的长和宽；而纵向分层是通过设置网格的高度来对地层进行剖分。研究区直接充水含水层薄厚不均，最厚含水层平均厚度为28.37 m，最薄含水层平均厚度仅1.18 m。为保证对地层属性准确描述，选择等比例算法剖分网格，建立160 m×160 m×2 m 的截断网格模型。

在截断网格模型基础上选取建模子区域建立网格化格架模型，对地质体模型进行网格模拟，搭建属性模拟地层。从煤矿地质数据库中提取钻孔模型，并添加在大工区属性列表下。将2 种属性数据分别提取到属性模型集下，生成地层属性列表并进行钻孔属性粗化。属性粗化的目的在于保证原有地层属性信息不变的前提下最大程度地减少网格计算量，提升计算机运算效率。针对渗透率和涌水量，利用调和函数进行数据粗化。在数据分析中利用变差函数对富水系数和渗透率的空间分布范围进行数据描述，调节扇形搜索区域和函数曲线，使其涵盖所有数据点。运用序贯高斯模拟算法分别对2 种水文属性进行条件概率分布模拟，在网格化模型上独立呈现，生成富水系数模型（图12（a））和渗透率模型（图12（b））。

图12 富水系数模型及渗透率模型Fig.12 Water-rich coefficient model and permeability model

3 三维地质模型分析

针对关键性隐蔽致灾因素，从地层、煤层及工作面、采空区及其积水区、水文属性4 个方面，结合三维地质模型从隐蔽致灾因素的角度进行分析，并对三维几何模型进行属性化赋能，实现属性建模的灾害解译功能。

3.1 地层特征分析

地质体模型展现全区地层划分、厚度变化、地形地貌和煤层分布位置。根据地质体模型显示，区内地表沟壑纵横，梁峁走向为西北—东南延伸，并且在梁峁顶部被砂土层和黏土层覆盖，属典型黄土丘陵沟壑区地貌单元，模型地层划分从上到下分别为第四系地层、新近系保德组和延安组Ⅰ-Ⅴ段，其中主要含煤地层为延安组I-Ⅲ段。

延安组Ⅰ段地层由西向东呈逐渐增厚的趋势，地层产状有较小起伏，顶部赋存有5-2煤层。东部存在隆起，隆起两翼5-2煤层与上覆延安组Ⅱ段砂岩层呈不整合接触关系。

延安组Ⅱ段地层是区内厚度最大的地层，整体地层平整，起伏较小，遵循地势变化规律，地层中有煤层赋存，煤厚较薄。层内砂岩层底板起伏较大，厚度变化不均；由西向东砂岩层厚度逐渐增大，东部砂岩层底板受下伏延安组Ⅰ段隆起的影响被剥蚀，形成不整合接触。

延安组Ⅲ段之上所有地层均遭受地表流水侵蚀，地质体模型边缘呈现出沟谷密布的形态，导致延安组Ⅲ段出露位置分布在沟谷两侧。地层整体产状平整，局部略有起伏，层内有煤层赋存。地层东部明显受挤压形成隆起，顶部地层产状相对平整。

延安组Ⅳ段地层厚度分布均匀，整体形态受沟谷流水侵蚀严重，出露区域均分布在沟谷两侧。地层产状较为平整，砂岩层厚度分布均匀。但是由于地层受地表水侵蚀的作用强烈，导致地层残缺不全，仅局部有煤层分布且不具备开采价值。

延安组Ⅴ段地层在区内基本被剥蚀，仅在梁峁顶部残存。上覆新近系保德组地层为黏土层，主要分布于梁峁顶部及沟谷两侧，与延安组Ⅴ段地层呈不整合接触；第四系上、中更新统地层以黄土为主，仅零星分布于梁峁之上，与新近系保德组亦呈不整合接触。

3.2 煤层及工作面特征分析

全矿井主力开采煤层为5-2煤，根据煤层模型显示，5-2煤为中厚煤层，煤厚由南向北呈增厚变化，西南部煤层最薄，厚度为2.60 m；煤层中部存在局部洼陷区；在煤层东北部受地层挤压应力影响出现局部隆起，导致煤层与上覆砂岩层底板存在不整合接触关系，同时隆起两翼也是5-2煤层厚度最大的位置，为5.20 m。总体上5-2煤层具有煤厚变化均匀、结构简单、全区赋存的特点。

工作面位于5-2煤层西部，方向由西向东延伸，根据工作面模型显示，工作面东西两侧以中厚煤层为主，厚度为2.60 m，在中部位置出现小规模隆起，随后向下凹陷形成洼陷区，在洼陷区煤层厚度为4.29～4.31 m，是该工作面煤层最厚的位置。工作面整体起伏较小，煤厚变化均匀。

根据现场调查和工作面地表模型显示，工作面范围内地表分布有5 条沟谷，并且有1 条常流性河流经过。整体地势相对平缓，地表被风积层覆盖，植被稀疏。主要地表形态为丘陵，沟谷切割、梁峁相间，流水侵蚀和风化堆积发育，水土流失现象严重，是典型的黄土高原型地貌。沟谷两侧有多组地层出露且下切深度大，最大下切深度为39.27 m，与5-2煤顶板最小距离为47.31 m。

将工作面煤层模型和地表模型从不同层次结合分析可知，虽然工作面煤厚变化均匀，无较大起伏，是较为稳定的可采区域，但地表地质条件复杂，受地形地貌影响，工作面存在过沟开采、溃顶、溃砂、溃水、涌土、漏风等多灾害耦合发生的风险。工作面煤层模型中洼陷区所处位置对应工作面地表模型中常流性河流所处位置，因此在工作面洼陷处需做好对水害等隐蔽致灾因素防治措施，将此处作为冬季寒冻、结冰等环境灾害的重点防治区。

3.3 采空区及其积水区特征分析

采空区模型可对采空区内各项监测数据进行三维显示。对比工作面模型和采空区模型可知，采空区整体形态与工作面形态一致，工作面采掘工作基本完成，并在采空区模型中对监测参数进行显示。从井下回传数据中可知，影响采空区隐蔽致灾因素的关键性参数包括温度、压力、风量、风速及气体浓度。监测数据显示采空区温度与压力正常，CH4浓度和CO 浓度极低，O2和CO2浓度正常，井下风量和平均风速符合掘进工作面岩巷风速规定（0.15～4.0 m/s）。采空区模型为瓦斯、火灾等灾害防治提供了数据监测显示平台。将工作面回采测量数据和回采实测模型对比，回采实测模型中采空区有部分区域呈现黑灰色交替，说明在较厚煤层赋存区存在遗煤分布，是矿井火灾重点防治区，并且在较薄煤层处存在底岩割顶现象，容易引起开采扰动，对顶板造成一定破坏。

采空区内存在3 处积水。根据积水区模型显示，3 处积水区分别位于采空区西部、中部和东部的洼陷区内。1 号积水区最高水位标高1 006.16 m，2 号积水区最高水位标高1 009.94 m，3 号积水区最高水位标高1 012.06 m。其中2 号积水区积水量最大，为21 672 m3。将积水区模型分别与工作面地表模型、回采实测模型等多尺度模型对比可知，3 处积水区所处位置均与地表沟谷相对应，大气降水多汇聚于此并向地下渗透，且积水区位置均与工作面割顶区域相吻合。对比3 处积水化学性质发现其化学性质一致，均为HCO3-Ca·Mg 型水，说明3 处积水区水源一致。据此可推断采空区3 处积水是由于在采掘过程中割煤机对煤层顶板造成扰动，导致顶板裂隙发育形成导水通道，进而顶板积水下渗。

3.4 水文属性特征分析

研究区地表植被稀疏，水土流失严重。根据富水系数模型显示，地层涌水量变化区域主要集中在区内西、南、北侧，占全区面积约50%。区内整体富水性较弱，中等和弱富水性为主，局部区域出现强富水性，占比较小。

研究区内整体为低渗地层，局部出现渗透率相对较高的区域。根据渗透率模型显示，渗透率变化区域主要集中在研究区东西两侧，在西南部和北部仅有零星分布，总面积约占研究区30%。地层渗透率以中低渗为主，高渗区域相对占比小。但是研究区地表沟谷密布，沟谷中存在常流性河流与大气降水形成的地表积水，因此局部区域出现渗透率相对较高的情况。

将水文属性模型与回采实测模型结合分析可知，煤层采空区上覆地层对应水文属性模型中渗透率相对较高的区域，且富水性以中等富水和强富水为主，水文条件较为复杂，同时也是采空区形成积水的重要原因之一。

综上所述，采空区存在火灾、水害、顶板等多灾害耦合的特点。随着开采工作不断推进，研究区其他位置的水文属性随之改变，地层中水文隐蔽致灾因素将受到影响，对煤矿生产形成新的安全隐患。

4 讨论

4.1 煤矿智能化开采保障技术

对煤矿隐蔽致灾因素进行三维地质建模的目的在于对煤矿生产进行指导和为矿井作业人员提供安全保障[17-18]。根据建模成果显示，矿区内地表形态复杂，煤层厚度分布不均，影响工作面安全生产的隐蔽致灾因素在地表、煤层2 个层次中均有分布，并且煤矿中局部富水性、瓦斯浓度、风量、风速、压力等参数随着开采的进行而发生动态变化，导致隐蔽致灾因素的分布和危险性产生改变[19]。

利用三维地质几何及属性建模技术在工作面正式投产前构建全矿井和工作面尺度的三维地质模型，实现全矿井地质透明化，展示全矿区地形地貌、地质构造及开采规划，同时工作面尺度的三维地质模型可针对采前规划的综采工作面进行三维显示[20-21]。从地表和煤层2 个层次显示工作面煤厚、起伏形态、地质构造、地形地貌等信息，为可能存在的过沟开采、溃水、溃砂、涌土、底岩割顶、遗煤等致灾因素的防治提供精准靶区[22]。针对危险区隐蔽致灾因素的关键性参数，通过设置相应的传感器（如水位、压力、气体及温度等传感器）获取或随采掘工作探测关键地质数据（如底板标高、煤层厚度等）[23-24]。通过属性模拟算法对采掘过程中搜集的隐蔽致灾因素数据进行模拟生成和模型对比，并根据实测灾害属性变化对模型的生成算法进行调整，使之与工作面正式投产后隐蔽致灾因素变化规律相吻合，从而实现利用三维地质模型对制约工作面安全生产的隐蔽致灾因素进行实时监测和预警[25-26]，全程对隐蔽致灾因素进行精准防治，有效保障井下生产安全[27]。

4.2 煤矿三维地质建模发展方向

煤矿三维地质建模的发展方向是与其他先进技术相结合，形成一整套完整的煤矿智能化协同体系[28]。三维地质模型作为煤矿智能化建设的基底，可以实现对井下数据的三维呈现，不仅能够指导煤矿生产工作，还能够实现隐蔽致灾因素地质透明化[29]，对井下可能会造成灾害的危险因素进行实时监控，对隐蔽致灾因素引起的事故进行模拟，提出防治方案，有效解决制约煤矿生产效率的安全问题，并以此为基础发展成一套较为成熟的煤矿地质保障体系[30-32]。利用人工智能的学习功能和采掘进行时回传的实时数据，开发动态修正三维地质模型[33]，实现从远程控制采掘和灾害防治向智能化采掘和灾害防治的转变[34-36]。