摘要：现有针对智能化露天煤矿建设的研究主要聚焦于智能化露天煤矿总体规划、基本架构、建设内容的完整性评价等方面,关于智能化露天煤矿建设完成后运行效果综合评价的研究很少。提出了露天煤矿智能化能力的概念,即矿山巨系统对内外部环境变化能够自主做出合理响应的综合能力,是评价露天煤矿智能化程度最重要的标志。基于能力成熟度模型,从功能完整性、功能活跃性、系统结构性、数据利用高效性4个维度建立了露天煤矿智能化能力成熟度评价模型。分析了影响露天煤矿智能化能力成熟度的主要因素,发现单纯追加投资、扩建系统不能保障智能化能力的成熟,通过科学的规划,尽量采用少的功能来实现智能化建设目标,智能化建设效益将更加显著。从智能化露天煤矿能力成熟度评价模型出发,提出了露天煤矿智能化建设应遵循的减法逻辑、生态逻辑、重构逻辑与自洽逻辑,并给出了未来露天煤矿智能化发展的总体目标——全面建成“001”模式智能化露天煤矿,即移动设备及固定岗位全无人值守(“0人员”)、场景生态全覆盖(“0盲区”)、业务管控一体化(“1大脑”)。

摘要：为提高煤矿综采工作面智能视频监控系统对作业场景的监控能力,研究了工作面监控视频图像识别技术。首先构建工作面关键目标对象的自动检测识别和语义分割算法模型,完成工作面工况条件下设备、人员目标对象的自动检测识别和关键区域识别与动态划分;然后利用监控视频图像识别结果,融合综采控制工艺设计,实现工作面自主跟机视频智能监控和工作面液压支架区域人员目标智能感知及动态监测;最后集成于矿井综采工作面智能视频监控系统中进行应用,使用效果良好,可满足实际生产的可视化视频智能监控需求。

摘要：自2020年国家八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》以来,全国煤矿智能化建设进入快速发展阶段,行业管理部门、产煤省区、协会和煤炭生产企业不断凝聚共识,推进煤矿智能化建设机制保障;行业内外产学研用单位协同攻关,加快煤矿智能化技术与装备研发,发挥技术装备核心支撑作用,建成了一批技术先进、引领性强的智能化示范煤矿,减人增安提质增效目标取得实质性进展,煤炭企业职工福祉进一步提升,煤炭对我国能源安全的“压舱石”作用进一步发挥。

摘要：甲醇是重要的基础化工原料之一,为了实现合成气制甲醇的高效利用,采用流程模拟软件Aspen Plus建立年产100万t甲醇模型。首先,在一定假设条件下,采用Aspen Plus建立基于平衡反应器的甲醇合成反应器模型,合成气采用粉煤加压气流床气化炉产生的煤气,对国内某年产100万t甲醇厂进行模拟,结果显示模拟结果与实际运行数据基本吻合,原料气与驰放气组成的设计值与实际模拟值组分绝对偏差在±2%以内,达到工业化模拟精度要求。在此模型基础上,探究了BGL气化炉所产生的合成气、固态排渣碎煤加压气化炉所产生的合成气在甲醇合成过程中循环比对甲醇产率的影响。结果表明,原料气H/C比均为2.05,BGL气化、固态排渣碎煤加压气化所产生的甲醇合成原料气吨甲醇有效气(CO+H_(2))消耗分别为2247 Nm^(3)和2461 Nm^(3)。2种原料气随着甲烷含量升高,原料气中的H_(2)、CO、CO_(2)的转化率降低,甲醇产率降低。在操作条件不变的情况下,随着循环比从1.5上升至5.0,甲醇产量呈现抛物线上升趋势,BGL气化原料气、固态排渣碎煤加压原料气在甲醇合成中只有循环比分别不低于2.00和4.93时,甲醇年产量才能达到100万t,压缩机功耗随着循环比提高而呈现线性上升的趋势。

摘要：随着煤矿智能化建设进程的推进,制约行业发展的一些问题也逐渐凸显,例如“信息孤岛”现象尚未彻底解决,大量基础条件较差的矿井仍未打通子系统之间的数据流通壁垒,先进矿井的数据平台也主要停留在数据集成阶段,尚未实现数据的跨系统融合,无法实现业务协同;煤矿企业管理信息化水平相对于其他先进行业有较大差距,横向和纵向的管理模式仍较为落后,大多仍停留在传统的非信息化或半信息化模式,缺乏一体化、协同化的管理体系;共享平台缺失,重复开发了众多功能相对单一的同质化软件,无法实现优质软件的复用和技术积累的共享;设备通信接口不统一、数据协议标准不一致,系统集成难度大,协同控制水平低等问题。因此,建设矿井一体化管控平台,融合井上、井下各自动化子系统数据,实现统一监控、统一调度和统一决策已经成为了煤矿行业的迫切需求。参照国家及行业相关标准,明确了矿井一体化管控平台的内涵,并对照智能化煤矿的三级评价体系,结合智能化建设目标,分别梳理了初级、中级、高级矿井一体化管控平台的建设要求。并据此完成了矿井一体化管控平台的总体架构设计,确定了各个部分的功能划分和技术实现方式。随后具体阐述了矿井一体化管控平台应用的统一EIP协议、大数据融合平台、容器化平台、数据交换共享以及主数据管理等关键技术。最后介绍了系统平台在实际应用中的部署架构和协同方式,通过试运行系统验证了矿井智能一体化管控平台的数据融合能力和综合管控能力,该平台可以有效支撑煤矿的生产、安全、管理需求,加强纵向联动和横向协同,推进矿井的安全、高效、精细化运营,实现降本增效。

摘要：工业互联网是工业系统与新一代信息通信系统深度融合的新型应用模式,是新基建的重要组成部分和促进两化融合的抓手。为推进煤矿智能化改造和升级,探索通过煤炭工业互联网平台的建设,充分利用物联网、大数据、人工智能等先进技术手段,对煤矿企业生产各环节产生的数据进行采集、存储、加工处理和分析利用,打通信息和系统孤岛,实现数据融合和共享,为安全高效生产提供分析和决策支持。首先基于工业互联网产业联盟发布的工业互联网平台整体框架,结合业界应用实践,围绕煤炭行业特殊应用场景,研究适合于矿井的工业互联网平台解决方案。同时通过分析研究煤炭行业业务数据特征,根据不同层级工业互联网平台的定位,尝试给出了工业互联网平台在煤炭行业落地部署时矿井级、集团级、行业级等不同层次工业互联网平台的功能和协同关系。然后进一步深入设计了一种适用于矿井的云边端一体工业互联网平台技术方案,满足矿井智能化生产过程管控需求,并重点对工业互联网平台的核心支撑大数据平台技术体系进行研究,以数据为导向,设计了大数据平台整体功能架构和技术架构。针对大数据平台的核心技术组件选型,搭建试验环境,利用在某矿井综采工作面实际采集的数据进行试验验证,证明整体架构和技术路线可行,大数据平台的数据存储、访问、计算等关键性能指标符合预期。

摘要：CT扫描技术为观测煤岩内部裂隙提供了重要手段,然而由于煤岩CT扫描裂隙场的高度复杂性,对其精确定量描述一直是行业内十分困难的问题。通过CT扫描发现,煤岩内部裂隙结构以面裂隙为主,因此针对CT扫描获得的煤岩面裂隙结构,提出了一种基于椭球模型的解决方案:首先将煤岩CT扫描获得的面裂隙结构离散为三角形面网格,在Geomagic Wrap软件中对三角形面网格进行简化和修复,得到一系列三角形裂隙面代替原有的裂隙结构;然后采用一种特殊的面椭球,即旋转扁椭球,拟合每一个三角形面裂隙,据此实现对整个裂隙结构的椭球模型重构,详细给出了二维空间和三维空间中面椭球重构的控制方程及求解策略,并验证了求解策略的可行性,给出了椭球模型重构CT扫描裂隙场的精度分析;最后利用重构的椭球形裂隙场,分别设计面裂隙方向张量与面裂隙组构张量,定量表征煤岩CT扫描面裂隙结构,同时给出了针对面裂隙方向张量与组构张量的简便计算方法。对于裂隙张量表征理论的应用,选取了简单面裂隙结构、CT扫描获得的真实复杂裂隙结构、真实裂隙场的演化过程等3个具体案例,验证了裂隙张量理论对煤岩复杂裂隙结构的描述能力,并阐明了其与孔隙率、分形维数描述方法之间的异同。关于椭球模型重构方法的应用,除了有助于裂隙结构的定量表征,还介绍了其在裂隙煤岩等效弹性模量预测理论方面的应用前景,并通过数值模拟分析初步验证了理论公式的适用性。

摘要：为保持露天煤矿区域地下水系统平衡,避免由疏干造成的水资源破坏及不良环境影响产生,缓解露天煤矿疏干和排水之间的矛盾,尝试在降落漏斗范围内同层回灌露天煤矿疏干水。在保障采矿安全的前提下,通过短路径“疏干-回灌”地下水循环,实现疏干水零排放。以水均衡为理论基础,依据短路径地下水循环疏干理论,以露天煤矿为研究对象,采用FEFLOW地下水数值模拟软件,构建疏干-回灌协同开采地质模型,对露天煤矿疏干和回灌同时运行条件下的地下水流进行模拟。分析疏干井和回灌井的井数、井距、流量与疏干效果的关系。对比分析降水孔疏干法和短路径地下水循环疏干法的疏干效果,验证短路径地下水循环疏干法。通过数学模型得出回灌完全补给疏干时,形成短路径地下水循环。给出疏干与回灌同步、疏干流量稳定、回灌量尽量接近疏干量、回灌井与疏干井距离短4个关键问题。模拟计算出形成短路径地下水循环的回灌井布设数量与疏干井为1∶1;回灌井距降水中心的最优距离段是2000~3000 m,并且距离越大疏干流量降幅越大,距离越短达到最大回灌流量的时间越短。突破地下水同层回灌以疏干降落漏斗为界限的限制条件,定义短路径地下水循环疏干;提出临时利用含水空间和水在含水层中循环的时间,换取采煤工作区安全开采的疏干思路,得出短路径地下水循环疏干理论。研究以露天煤矿地下水实现疏干目标为前提,模拟短路径“疏干-回灌”水循环疏干过程。得出单环型等距布设回灌井时,回灌与疏干井数相等;循环较好的回灌井与降水中心距离段;通过分析疏干流量、回灌流量、回灌井距离降水中心距离和疏干时间之间的关系,推算出距离降水中心最近的回灌井布设距离计算公式,并给出了该方法用于露天煤矿疏干排水的应用步骤。结合某矿疏干实例,在达到与降水孔疏干法相同的疏干效果时,短路径地下水循环疏干还具有保持疏干系统流量稳定、使疏干设备高效能稳定效率工作等优势,并可通过调整回灌井布设位置和调节回灌井井内水位,控制区域降落漏斗的范围和形态。通过实例模拟计算对比2种疏干方法,短路径“疏干-回灌”水循环使疏干井日出水量稳定在最大出水能力的82.5%以上,降低了疏干水外排量33%~98%。

摘要：国内外尚未见各向异性岩体弹性矩阵21个系数反演分析的研究成果。采用"横波可控震源激振VSP三维三分量数据采集"岩体原位测试技术,设计矿山岩体精细勘探WalkawayVSP观测系统,利用基于各向异性介质Christoffel方程解的qP波及q S波慢度矢量、偏振矢量计算公式,以原位采集的直达qP波及qS波的波场参数(慢度矢量、偏振矢量)为输入条件,纵横波联合反演出完全各向异性条件下岩体介质弹性矩阵的21个系数。利用弹性矩阵系数,识别出覆岩"三带"各向异性为HTI介质属性,计算出不同深度岩体的各向异性参数及工程力学参数,对比分析覆岩"三带"与各向异性参数、工程力学参数之间的关系。研究成果使岩体力学及勘探地震学正演计算不再依赖目标介质各向异性类型,开辟岩体工程力学特性研究的新方向。

摘要：为寻求智能化露天煤矿统一的设计思想和建设内容,确保露天煤矿智能化建设的实效,针对目前露天煤矿山普遍存在的重“软”系统建设,轻“硬”工艺装备变革,重业务系统建设、轻数据价值挖掘,偏离需求片面追求无人化,忽视智能化建设的经济属性等问题,厘定了围绕“人”“设备”“系统”3条主线的建设内容,明确了将露天煤矿智能化程度分为初级、中级、高级3个阶段的智能化分级建设原则,提出了实现矿山全要素、全过程、全生命周期个性化安全稳定运行的露天煤矿智能化建设的总体目标。通过解析露天煤矿生产和智能化建设的特征,提出了工艺为本、分级建设、价值导向、有序推进和虚实共生的智能化露天煤矿总体设计策略,以期指导我国露天煤矿智能化建设系统化、科学化和规范化。基于我国煤矿露天开采技术和工艺装备水平的现状及矿山的现实需求,提出了露天煤矿智能化建设应以工艺作为基本的出发点和落脚点,而并非片面追求少人或无人的发展本质。我国露天煤矿智能化建设的首要任务和核心关键是攻克连续和半连续开采工艺核心装备的卡脖子难题,建立工艺系统机理模型,基于泛在连接技术实现设备群的全面互联和数据的全面采集管理,再进行大数据分析和智能决策。基于工业互联网平台体系架构思想,建立了“感知层、接入层、边缘层、智能化煤矿工业互联网平台层和综合管控平台层”的5层智能化露天煤矿平台架构。感知层实现露天煤矿“人-机-环-管”信息的全面感知;接入层利用智能数据网关模块技术实现感知层数据的实时传输;边缘层依托协议转换技术实现多源异构数据的协议转换、归一化和边缘集成;智能化煤矿工业互联网平台层由物联网管理平台、云计算平台、技术中台、业务中台和数据中台等组成,构建可扩展的开放式云操作系统;综合管控平台层提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用,实现独立决策与控制、数据共享和系统间的智能联动。构建了智能化技术驱动的露天煤矿智能开采技术的5大主要应用场景,提出了智能化露天煤矿初、中、高三级的建设内容,明确了露天煤矿智能化建设的基本规律,即矿山必须以智能化建设的价值创造为评价准则确定相关建设内容及合理的投入规模,方可形成智能化矿山建设的最终价值。