我国“数字煤炭”建设发展研究与探讨

“数字煤炭”的内涵是通过数字技术与煤炭工业的深度融合,优化煤炭生产、运营、流通、转化、服务等各环节,全面推进煤炭工业及所关联对象的数字化进程,进而实现煤炭工业以安全、高效、绿色、智能、健康为核心目标的高质量发展。全面阐述了优化升级煤炭数字基础设施、全面赋能现代化煤炭产业体系、完善煤炭数字技术创新体系等10个方面“数字煤炭”建设的主要内容;为进一步提升“数字煤炭”建设水平,研究提出应突出顶层设计、健全体制机制、保障资金投入、实施示范评价等具体建议;认为在数字中国建设背景下,为实现煤炭工业高质量发展,“数字煤炭”建设势在必行。

保供降碳目标下能源转型模式及转型时点分析

应对气候变化目标要求全球能源系统进行广泛而深刻的转型。由于资源禀赋、能源战略、技术水平等差异,各国能源转型进程呈现出明显的异质性特征。通过对主要国家能源转型特征与减煤路径的分析,归纳了4种典型模式:能效提高模式、增气减煤模式、煤炭洁净利用模式、新能源替代模式,不同模式在不同时间点上与经济社会发展交互影响形成了国际能源转型的内在驱动机制。采用面板数据模型识别了影响能源转型模式的重要因素,并利用历史趋势分析方法对我国化石能源消费“拐点”与减煤时间节点进行研究。研究表明,当人均GDP达到25500美元时,发达国家即出现化石能源减少拐点。国家创新指数和城镇化与煤炭消费占比呈负相关,第二产业增加值占比与煤炭消费占比呈正相关。我国预计减煤时间范围在2028-2035年,化石能源消费减少时点在2040年左右。考虑到我国以煤炭为主的能源资源禀赋,我国能源转型目标的实现须依赖于煤炭洁净利用为主的转型路径,大力发展低碳化现代煤基能源体系,改变传统煤炭利用理念与方式,为未来多能耦合的新型能源体系提供重要支撑。

基于过热蒸汽干燥开式制粉燃褐煤发电技术研究

针对高水分褐煤燃烧发电中存在的热效率低和低负荷稳燃困难等问题,提出了基于过热蒸汽干燥开式制粉系统的新型高效燃褐煤发电技术,该技术采用基于汽轮机抽汽加热的过热蒸汽干燥开式制粉系统,保证了制粉系统的运行安全性,提高了燃烧系统的运行灵活性,实现了制粉系统与锅炉主机的运行解耦,并综合解决了褐煤锅炉炉温低、热效率低的等问题。以600 MW超临界燃褐煤机组为例,对采用该技术的热力系统进行了仿真,分析了其节能与环保效益。研究结果表明,该技术通过对锅炉与汽轮机整体热力系统的综合优化,将汽轮机回热系统扩大至高水分煤的干燥过程,同时梯级回收锅炉排烟废热和制粉乏汽废热至汽轮机回热系统,可获得较为显著的节煤效益。同时,该技术不仅可由节煤相应减少各类污染物及CO_(2)排放,还可回收大量水资源,有望实现零水耗电厂。

王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律及卸压区瓦斯抽采试验研究

为实现低瓦斯高涌出矿井综放工作面安全高效开采,以王家岭煤矿为背景,结合物理相似模拟实验、UDEC数值模拟和微震监测,系统分析了王家岭煤矿综放工作面上覆岩层运动规律,在此基础上,开展了现场卸压区瓦斯抽采试验。研究结果表明:随工作面推进,煤层顶板上覆岩层垮落高度距煤层底板距离增大,离层裂隙距顶板距离增大,空洞高度减小;采空区两侧瓦斯运移通道的裂隙多于压实区的裂隙。初次来压前,采空区垂直应力随工作面的推进而降低;初次来压后,采空区垂直应力随工作面的推进而增大。在进、回风巷顶板,煤层、采空区顶底板共发生2 572个微震事件,工作面前方50 m范围内应力集中较大,应注意超前支护防范。12301工作面周期来压步距20~26 m,采动裂缝带高度90~110 m,周期来压4~6次。现场卸压区瓦斯抽采试验中,合理层位工作面瓦斯抽采量是其他层位工作面瓦斯抽采量的1.5倍,且工作面上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,瓦斯治理效果显著。

2种细菌降解蒙东褐煤产腐植酸的研究

通过单因素实验和正交实验分别得到假单胞菌属和粪产碱杆菌降解蒙东褐煤提取生物腐植酸的最优条件,将此条件下所得的2种生物腐植酸与利用碱性萃取剂法得到的化学腐植酸通过UV-vis、FTIR、XPS及营养元素检测等方法进行对比分析。研究结果显示,假单胞菌属对蒙东褐煤氧化煤的最优降解条件为煤浆浓度0.5g/50mL、提取时间14d、菌液用量2mL/50mL,粪产碱杆菌对蒙东褐煤氧化煤的最优降解条件煤浆浓度0.5g/50mL、提取时间12d、菌液用量4 mL/50 mL,2种细菌对生物腐植酸的最高产率分别为35.39%和38.26%,这表明粪产碱杆菌对蒙东褐煤的降解效果好于假单胞菌属;对照组碱提取法对化学腐植酸最高产率为42.89%。UV-vis和FTIR分析表明,2种生物腐植酸的分子量、芳香度以及含氧官能团的总数量要小于化学腐植酸;XPS分析表明2种生物腐植酸中含氧官能团的种类数大于化学腐植酸,同时2种生物腐植酸中的碳元素的存在形式与化学腐植酸也有较大差异;营养元素检测表明2种生物腐植酸中的N、P、K、Ca、Mg的含量远大于化学腐植酸。

煤炭三维地震精准探测关键技术

经过近10年的发展,煤炭三维地震勘探的精度和能力大幅度提升。从三维地震资料采集、处理、解释、动态服务4个环节,重点阐述煤炭三维地震在煤矿地层格架、地质异常体、岩性分布、流体分布精准探测方面的关键技术,以大幅度提高三维地震勘探服务煤矿安全生产的地质保障能力。资料采集方面,全数字高密度三维地震勘探通过缩小CDP面元、采用全数字检波器接收地震波,提高了煤层反射波的信噪比及识别小构造分辨率;资料处理方面,井巷约束动态高精度叠前深度偏移成像处理、基于高密度宽方位的OVT五维处理、叠前Q补偿保真提频处理,较大程度提高了地震资料的成像精度;资料解释方面,通过时间剖面、水平切片、面块切片、地震多属性分析、多信息反演等开展全三维解释,拓展了三维地震应用范围;服务方面,远程专家动态服务这种全新的地质保障服务模式,方便煤矿地质人员与物探人员实时沟通,通过分阶段、分级次的动态服务,使地震地质成果精度满足不同生产阶段需求。

智能综采工作面系统设计及关键技术研究

针对当前煤矿智能综采工作面系统功能划分不明确、设备协同运行存在困难等问题,基于智能综采工作面要素,在现有研究的基础上设计了智能综采工作面系统总体架构,并深入分析了远程集控中心、设备协同控制系统、智能监控预警系统、通讯网络系统、透明地质系统、智能负荷系统六大子系统功能、组成和工作流程。此外,对智能综采工作面三维透明地质建模技术、远程通信及数据传输技术以及多源异构数据融合技术进行了详细阐述,并结合系统架构构建了智能综采工作面系统的集成模型,完成了单系统向多系统智能化、系统化的转变,增强了系统的抗干扰能力。通过在河南龙宇能源股份有限公司陈四楼煤矿实际应用表明,该系统能够帮助作业人员更加直观精准地掌握综采工作面工况,可以有效提高了各系统的联动性,为矿井智能化建设提供了有力保障。

安徽省煤炭资源开发利用水平调查 及问题分析

为了掌握安徽省煤炭资源“三率”情况和综合利用水平,协助管理部门建立合理的矿产资源开发利用评价体系,以2023年度安徽省煤炭资源开发利用水平调查试点工作为基础,梳理了工作方法和工作成果,并对当前煤矿开发利用及管理中存在的主要问题进行了分析,得出以下结论:一是“三率”考核指标存在局限性,不能全面真实反映资源开发利用现状;二是煤炭采出率较低,存在资源浪费问题;三是煤矿资源储量不够明确,管理存在欠缺;四是管理部门和煤矿企业技术力量有待加强;五是煤矿综合利用率指标有待进一步优化。此外,根据存在的问题,提出了具有针对性的管理建议。

推进煤矿岗位标准作业流程应用 促进煤矿安全生产形势根本好转

通过分析煤矿现场安全管理长期以来存在的主要问题,发现员工作业规范欠缺是长期困扰煤矿现场安全管理的重要因素之一,认为煤矿岗位标准作业流程是破解煤矿现场安全规范作业难题、保障煤矿安全生产的有效手段。阐述了煤矿岗位标准作业流程的由来,并对近几年煤炭行业在推广应用煤矿岗位标准作业流程过程中取得的主要成效进行了介绍。提出加快流程标准体系建设、加强流程示范引领与学习共享、强化流程科技创新与总结、持续拓展完善流程体系内容等进一步推进煤矿岗位标准作业流程应用的具体举措。

新时期煤矿岗位标准作业流程应用探讨

随着我国煤炭工业智能化水平的逐步提升,生产力水平也随之发生变化。针对煤矿岗位标准作业流程如何支撑煤炭行业新质生产力的发展进行了深入探讨,认为煤矿岗位标准作业流程应用将面临智能矿山建设、职业安全健康、机器人替代、新兴岗位出现、多岗位协同作业等方面的挑战,提出了数字化应用、智能化装备落地、系统化培训等发展路径;总结了煤矿岗位标准作业流程在保障安全生产和推动智能化、高效化、绿色化发展中发挥的作用,最后提出未来优化和创新建议。

刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

低透气煤层无泵式钻扩一体化增透技术与钻具研究

针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:钻扩一体化增透施工技术在煤矿井下静压水条件下,可实现一趟下钻完成先导孔和机械掏穴的同时作业,解决了常规掏穴装置刀翼开合不稳定、必须配套高压泵的问题,降低了该技术的使用成本;研发的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置工作灵活稳定且可靠性高,造穴段单孔直接扩大至原常规钻孔孔径的4.4倍,显著提升了瓦斯抽采效果,该技术的成功应用为煤矿井下低透气煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了技术支撑。

煤矿灾害预警数据集成管理平台研究与应用

针对深部矿井地质的复杂性与灾害的多样性,开展基于海量数据驱动的深部矿井无人化、智能化监测预警技术与装备研究是提高深部煤矿开采安全保障的有效途径。然而,目前煤矿监测系统间关联性差、数据利用率低、数据深入智能分析不够,导致煤矿防灾措施实施针对性差,可能存在防灾措施不到位或过量的现象。针对煤矿灾害监测预警的需求,提出了煤矿灾害监测预警大数据平台架构,设计了结构数据、非结构数据、时序数据等异构数据的混搭数据存储方案,从数据汇集、数据质量、数据融合、数据指标等方面设计煤矿监测数据治理方法,并提出面向煤矿灾害预警应用的多租户数据集市构建技术,从而支撑煤矿灾害分析应用的多样化数据需求。

2024年我国无烟煤市场发展与展望

通过对宏观政策以及产业政策动态等多维度进行剖析,对无烟煤下游行业的消费现状和趋势进行详细分析和预测。介绍了我国无烟煤资源分布、生产和进口现状,对我国无烟煤生产和进口趋势进行了预测。综合分析供需、成本、政策等影响无烟煤价格的因素,特别是需求和供应关系,对2024年无烟煤价格走势进行了定性分析。整体认为,2024年,我国无烟煤将处于供需紧平衡状态,但较2023年略有宽松;价格中枢有望小幅下移,但仍将处于相对较高的位置。

水仓防隔水煤柱安全评价及注浆加固治理研究

某煤矿水仓的砌碹巷道在开采的扰动、防隔水煤柱宽度留设不足、砌碹壁后充填不密实等情况下,使得周边采空区水渗漏至水仓,极大影响了水仓的安全稳定。为进一步加强水仓煤柱的稳定性,运用地面钻孔及井下钻孔相结合的方法进行注浆加固。采用地面钻孔注浆充填井下硐室,硐室充填沙子245~328 m^(3)、水泥487~650 t,充填材料体积远远大于硐室体积220 m^(3),有效增加了煤柱厚度;利用井下钻孔在砌碹处进行水泥注浆与水化学注浆,使得砌碹裂缝处涌水量由15 m^(3)/h降至为零,砌碹壁后空隙充填效果良好。通过对煤柱及砌碹壁后空隙的注浆充填,有效提高了水仓防隔水煤柱的稳定性。

机器学习在煤自燃预测预报中的应用现状及展望

煤矿井下煤自燃受多种因素影响,目前还难以实现对其准确预测预报。机器学习的基本思想是让计算机从过往经验和历史数据中获得学习能力,从而对未知事物做出判断,其在对复杂、非线性问题处理及数据分析中具有良好表现。在概述煤自燃预测预报技术现状和机器学习发展过程基础上,介绍了机器学习在煤矿安全领域应用情况,分析了机器学习在煤自燃预测预报的研究现状,对应用机器学习实现煤自燃预测预报智能化进行了展望。

煤炭地下气化开发利用现状与发展趋势

煤炭地下气化(UCG)作为一种可以将固体煤转化为气体燃料的技术,将煤炭在地下进行气化反应,可以缓解由于在地上燃烧煤炭而产生的大气污染,助力碳减排社会效益,对于实现低碳发展具有重要作用。以建立“清洁、低碳、安全、高效”的能源获取方式为出发点,介绍了我国煤炭地下气化的研究历程、发展目标和政策方针,对我国发布的关于煤炭资源利用和煤炭地下气化技术的相关政策进行了分析解读。分别从经济、环境、社会效益3个维度对煤炭地下气化的开发利用价值进行分析,指出煤炭地下气化技术的开发利用可以为我国煤炭行业带来一定的效益。同时,在推动煤炭地下气化技术的发展过程中,还要注重环境保护和管理措施,确保技术实施的安全性和可持续性。基于PESTEL模型从政治、经济、社会、技术、环境、法律5个方面对煤炭地下气化技术的开发进行全面、系统的分析,并阐述了我国煤炭地下气化技术发展的不利因素。最后根据PESTEL模型分析结果,从技术、政策和环境3个方面对我国煤炭地下气化的发展提出了相应的解决方案和政策性建议。结果表明,煤炭地下气化技术具有潜在的经济和环境优势,需加强国内高校、企业与能源公司的协同合作,扩大国际合作范围,并制定和执行环境保护措施,以推动煤炭地下气化技术的发展,实现可持续能源开发和环境保护的双赢。

煤炭开发推动地学研究发展

煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采、深部开采、绿色开采对地质保障技术发展的需求,促进了“透明地质”“数字地质”以及“宜居地质”的技术进步,有利于地学学科拓宽研究领域、提升研究精度、拓展研究尺度。

煤矸石规模化综合利用整体解决方案研究

基于我国煤矸石的来源、性质和危害,研究分析了煤矸石综合利用现状及存在的问题,着重对煤矸石规模化综合利用整体解决方案进行探究,并结合煤炭资源禀赋,提出“源头减量-资源利用-无害处置”的煤矸石规模化综合利用方案,对煤矸石进行分类、分质梯级利用,以期实现煤矸石无害化、规模化、高值化利用,该方案适用于我国西部地区等大型煤炭基地。结合社会效益、生态环境效益和经济效益对煤矸石规模化综合利用进行评估与分析,为煤炭行业可持续发展和资源循环利用提供借鉴。