摘要：随着矿井开采逐步向深部发展,多中段开采引起的围岩稳定问题是矿井面临的主要安全因素。某金矿开采分为早期浅部空场法开采和后期深部充填开采两个阶段,早期开采在地表形成了一定范围的塌陷区。为了掌握深部多中段充填开采的覆岩移动变形叠加效应是否引起浅部塌陷区的活化,进而影响地表稳定性及井下安全生产,首先,采用理论分析方法研究了浅部塌陷区形成原因、机理,进而分析了地表塌陷区当前的自身稳定性;然后,采用RHINO、FLAC3D等数值模拟方法研究了深部上向水平分层充填开采引起的围岩移动变形规律及其引起的地表塌陷区的剩余沉降和塑性区发育。研究认为,某金矿深部多中段充填开采后充填区自身的变形量、浅部采空区内部岩层位移及地表沉降整体较小,相比于未充填情况下可较大程度减小围岩变形和地表塌陷区沉降,地表塌陷区仅在局部区域出现塑性区,多中段充填开采在维持当前充填效果的前提下不影响地表塌陷区的整体稳定性。本文研究方法及成果可为金属矿山充填开采覆岩变形安全性评价及地表塌陷区灾害防治提供有益借鉴。

摘要：建立了一种从定性地进行地质概念模式的类比到定量的利用统计学的算法对地质模型进行逐级检验的方法,形成多条件约束下的地质模型精度评价体系;结合露天煤矿矿床赋存条件及构造特点,提出了普适的矿床界面模型构模方法,研究了不同赋存条件下块体模型尺寸x、y、z值的设定方法。露天煤矿三维地质模型精度检验方法提高了地质模型精度和模型运算速率,为露天矿工程开采设计、生产和运维工作提供可靠的模型和数据支撑,为建设智慧化露天矿山提供“高品质”的模型底座。

摘要：利用固体废弃物制备充填材料充填采空区可有效控制煤层垮落及地表沉降,减少地表堆存及带来的环境问题。以郭家湾煤矿为背景,通过单因素分析方法研究了料浆质量浓度、水泥添加量及破碎方式对充填体强度的影响,同时通过响应面法与回归分析方法,研究了各因素的交互作用对强度的影响及其敏感性排序。结果表明,质量浓度与水泥添加量的提高均会导致充填体强度的提高,煤矸石选用80 mm双级破碎方式所得颗粒相较于全粒径单级破碎更细,在充填配比条件下有着更高的强度;交互作用的敏感性排序为:质量浓度×破碎方式>质量浓度×水泥添加量>水泥添加量×破碎方式。通过建立拟合回归方程,得出了因素交互作用下的回归方程,R2为0.9499,研究结果为充填体的设计和配比的优化提供了参考。

摘要：高速螺旋复合钻进技术是针对破碎松软复合煤体钻孔过程中出现的问题进行改进的一种方法。通过研究给进速度、压风风量以及钻具转速等关键参数,确定了合适的钻进参数;此外,设计了3种具有高强度、良好刚度和钻孔保直性较好的钻具组合,分别为?110/63.5 mm、?95/60.3 mm和?88/50 mm。通过优化钻杆材质,并选择了三角锥齿PDC钻头,提高了螺旋钻具的使用效果。同时,匹配了ZDY6000LR大功率钻机,增强了深孔成孔的能力和成孔率。在某煤矿4318工作面的现场工业性试验中,证明了高速螺旋复合钻进技术和配套的钻探装备与钻具组合可以有效解决施工过程中的排渣困难和喷孔顶钻等问题。钻孔成孔率得到了显著提高,百米以上的钻孔成孔率超过70%。

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：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：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：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。

摘要：针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题,分析了智慧矿山建设技术架构现状,对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系,采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论,提出了智慧矿山工业互联网架构体系,包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设,提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构,分析了各层构建的主要内容和相互关系,包括:①现场层,提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景;②边缘层,构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构,实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环;③IaaS层,构建基于边云协同的存储与计算架构,实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化;④工业PaaS平台层,包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境;⑤工业SaaS应用层,调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统PaaS平台构建“智慧矿山大脑”赋能智慧矿山建设,主要有矿山资源勘察、数字化协同设计、矿井施工管理、综合自动化集成、智能开采、快速掘进、地测管理、故障诊断、智能物流、智能通风、精准感知、重大危险源辨识与控制等赋能应用场景,最后进行了总结和展望。