基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统设计

目前煤矿瓦斯智能抽采管控系统存在以下问题:①系统功能局限于某一段流程管控,导致瓦斯抽采业务管理覆盖不全、措施落实不到位。②基于传统的“烟囱式”IT架构,导致子系统分散、数据利用率低、协同能力差,后期子系统融合代价大、系统扩展不便。③瓦斯抽采过程仍存在较多的人工环节,系统智能化、自动化能力还有待进一步提升。针对上述问题,设计了一种基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统。基于发布/订阅模式开发了瓦斯抽采多源异构数据采集流程,促进了数据的解耦和共享,降低了系统复杂度,实现了瓦斯抽采管网数据、钻孔作业及轨迹数据、设备工况数据、达标评判数据等多源异构数据的统一采集。基于数字孪生技术,构建了三维抽采系统模型,达到了井上下抽采系统的立体化展示。基于规则引擎技术,根据订阅的Topic对经过消息中心处理后的传感器数据进行判断,可进行告警消息的推送,并将处理后的传感器数据存入数据库中,以实现瓦斯抽采达标评判的自动化、流程化运行。利用机器视觉视频分析技术识别钻杆根数,从而实现钻孔过程的钻杆根数(钻孔深度)的自动计数和钻孔工程的信息化管理,结合钻孔测量仪器,实现了钻孔轨迹左右、上下偏差分析及可视化。现场应用结果表明:瓦斯抽采相关管理人员通过查看瓦斯智能抽采管控系统软件,可实时快速地了解各抽采面抽采情况、抽采评判情况、钻孔工程施工情况、系统故障情况,提高了瓦斯抽采信息化和智能化管理水平。

基于机器学习的煤矿瓦斯浓度预测技术

煤矿发生瓦斯灾害前,往往伴随瓦斯浓度异常,准确判断瓦斯浓度是进行瓦斯突出预测、通风设计等工作的基础。通过机器学习的方法,将影响瓦斯浓度的多种因素进行综合计算,探索一种基于机器学习的多因素煤矿瓦斯浓度预测技术,通过构建模型、训练模型、实际使用,计算得出预测值与实际值的误差,并结合实际生产矿井数据,进行验证计算,验证此种方法的可行性,将瓦斯预测技术由被动式变为主动式,为煤矿瓦斯浓度预测提供新思路,同时将大数据、深度学习等智能化技术引入至煤矿瓦斯治理中,具有广阔的应用前景。

基于传感器网络的煤矿瓦斯预警系统设计与应用

针对瓦斯监测效果差、预警困难等特点,基于传感器网络技术,设计了一套煤矿瓦斯监测与预警系统。该系统采用分布式部署的瓦斯传感器节点实时采集矿井内部的瓦斯浓度数据,并通过ZigBee无线通信网络将数据传输到地面监控中心。经实验测试,传感器节点的采样精度优于±0.5%LEL,重复性误差小于1%。系统设计了基于动态阈值的瓦斯报警算法,可根据瓦斯浓度变化趋势自适应调整报警阈值,在保证报警及时性的同时,将误报率降低了60%以上。当瓦斯浓度超限时,系统能够在1 s内发出报警,且准确率达到98%以上。通过在开滦(集团)钱家营煤矿的试点应用,证实该系统能够对矿井瓦斯进行全方位的实时监测,瓦斯事故预警的平均提前量提高到30 min以上,有效提升了煤矿安全生产水平。

基于超前探测技术的煤矿瓦斯异常预警方法

考虑到瓦斯浓度数据为非连续性序列,如果直接将原始的非连续性序列输入模型中进行瓦斯浓度预测,会导致模型对序列内部潜在的周期性、趋势和异常特征的捕捉能力较弱,影响模型的预测准确性和稳定性,为此,提出基于超前探测技术的煤矿瓦斯异常预警方法。通过瑞利波超前探测技术获取煤矿地质结构信息,充分考虑煤层、岩层、断层等地质特征,将可能产生高浓度瓦斯的区域作为重点监测区域,并结合安全距离和通风情况,均匀布置瓦斯传感器。通过瓦斯传感器采集煤矿内瓦斯浓度数据,使用离散小波变换分解获取的瓦斯浓度数据,获取其高频分量、低频分量后,输入至LSTM-注意力机制模型中,利用LSTM充分捕捉瓦斯浓度数据的时序关系,并将注意力机制融入LSTM模型中,使用tanh函数处理LSTM模型输出的特征信息,增强关键信息的提取能力,完成浓度预测,最后通过设置阈值完成异常预警。实验结果表明,所提方法的瓦斯浓度异常预测准确率最大值为97.0%,明显高于现有方法,说明其煤矿瓦斯异常预警效果更好,更适用于实际场景。

基于叠前AVO技术的煤矿瓦斯富集区检测方法研究

煤矿瓦斯富集区在地球物性特征及地震响应上与煤矿瓦斯含量较低区域有显著不同,造成煤矿瓦斯富集区的地震波属性变化异常,通过对异常的检测来划定煤矿瓦斯富集区。煤矿瓦斯富集区地段在地震资料上出现地震波初至时间加长、振幅减弱、频率降低的特征。本文以此理论为基础,利用叠前AVO技术对某矿区瓦斯富集区进行了尝试性检测,与实际抽采资料表明:这种方法检测出的煤矿瓦斯富集区与实际抽采的结果基本吻合。这种方法的应用为后续的煤层气开发奠定了基础。

新田煤矿瓦斯发电创效5100万元

2023年,贵州豫能投资有限公司新田煤矿瓦斯发电量完成5755万度,完成年度计划5660万度的101.68%,利用瓦斯量2302万标方,全年创效5100万元。

基于免疫机理的煤矿瓦斯爆炸事故预警

为预防煤矿瓦斯爆炸事故,从生物免疫角度出发,提出一种煤矿瓦斯爆炸预警方法。首先,探究煤矿瓦斯爆炸预警系统与生物免疫机理之间的相似性,并分析其耦合机制,从瓦斯积聚、火源、管理三个方面对煤矿瓦斯爆炸进行定性分析;其次,通过对煤矿瓦斯爆炸影响因素的分析,确定瓦斯爆炸指标,运用层次分析法和生物免疫机理构建煤矿瓦斯爆炸Ag-Ab预警模型,建立成对比较矩阵,采用1-9的标度进行赋值;最后,计算该成对比较矩阵的特征向量并进行归一化,确定各煤矿瓦斯爆炸因素的权重和各指标体系的排序,识别影响煤矿瓦斯爆炸的关键风险因素。研究结果表明:在Ag要素层中,AgI (瓦斯异常涌出)、AgV (静电起火)和AgIX (明火)是影响较大的指标,占Ag准则层的16.67%,Ag指标层中Ag5 (瓦斯突出)和Ag39 (煤炭自燃)比重较大,瓦斯突出和煤炭自燃要素层中两者占比都为37.49%,占总权重的7.49%,AbI (安全管理规定)影响较大,占Ab准则层的37.50%,Ab指标层中Ab1 (瓦斯检测不及时)是影响较大的因素,占安全管理规定因素的38.04%,占Ab总权重的14.26%。通过各因素权重分析,对这些因素进行管理和控制,是防止瓦斯爆炸事故的重要措施。该预警方法可为决策者有效管理煤矿瓦斯爆炸风险提供技术指导。

高效低成本煤矿瓦斯抽采技术创新

本文围绕高效低成本煤矿瓦斯抽采技术研究现状与应用前景进行探讨。分析创新抽采技术及防止瓦斯抽采孔垮塌的方法,推动煤矿瓦斯抽采技术创新发展,提升瓦斯抽采效率与安全性,降低抽采成本,实现煤矿瓦斯抽采高效性与成本控制,从而提升煤矿安全生产水平和经济效益。总结高效低成本瓦斯抽采技术创新应用,为煤矿瓦斯管理提供理论支持和技术指导。

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的有效运用

近些年来,随着社会经济的持续发展,科学技术水平也明显提升,这极大地促进了煤矿行业的发展,可以进一步保证煤矿生产质量和效率。在煤矿生产过程中,为了保证煤矿资源开采期间的安全性,相关工作人员需要全面加强瓦斯治理,避免由于瓦斯含量过高而对生产人员的生命安全造成威胁,使煤矿开采过程中的危险性得到降低。为了有效实现此目标,相关煤矿企业应合理运用水力压裂技术,确保可以有效治理瓦斯,使生产环境的安全性得到提高,充分保障人员生命安全,促进我国煤矿行业的健康发展。本文针对水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用展开分析,介绍了水力压裂技术的概念,探讨了该技术的应用优势,并提出具体的应用要点,希望能够为相关研究人员起到一些参考作用。

煤矿瓦斯治理与防突对策研究

瓦斯属于煤矿开采中的混合气体,其在未能得到有效整治和防控的情况下,那么对于煤矿井下开采与运输的作业过程将会增加较多的灾害事故风险。近些年以来,由于瓦斯积累浓度过高从而引发煤矿井下的突发爆炸事故仍然较为普遍,因此决定了煤矿企业人员需要更加重视运用可行的技术方案来预防瓦斯突出的灾害隐患。本文主要探讨了治理煤矿瓦斯的具体实践方案,合理改进煤矿瓦斯的防突技术手段。

煤矿瓦斯防治抽采利用技术应用

煤矿瓦斯对煤矿企业生产安全造成的影响非常大,而把煤矿瓦斯有效利用既能减少煤矿瓦斯产生的危害,又能实现能源利用,是值得研究的内容。因此,本文依托某煤矿工程项目实例,对煤矿瓦斯防治抽采利用技术要点进行详细分析。同时,对采空区瓦斯的防治策略进行探讨,希望可以给相关工作人员提供一些参考。

煤矿瓦斯地质特征及瓦斯防治技术路线

煤矿瓦斯是一种特殊的有毒有害气体,如果通风管理不当,容易造成瓦斯积聚、煤尘飞扬和火灾等事故,威胁井下作业人员的生命安全。针对煤矿瓦斯的特征,结合实际案例,对煤矿瓦斯防治技术路线进行分析,并提出相应的建议。

煤矿瓦斯地质勘察技术的关键问题与解决方案

近年来,随着工业化、现代化进程的加快,对能源需求的急剧增长,使得作为重要能源来源的煤炭的开发利用成为全球关注的焦点。然而在煤矿开采过程中,煤矿瓦斯的安全性一直是困扰煤炭行业的一个重大难题,瓦斯爆炸事故不仅严重威胁着矿工的生命安全,还严重影响着矿区生态环境与社会经济的发展,因此如何对煤矿瓦斯进行有效地地质调查就成了亟待解决的问题。

低浓度煤矿瓦斯氧化催化剂研究进展

在煤炭开采的过程中,低浓度瓦斯的涌出会造成大量温室气体的排放。通过催化氧化反应将瓦斯转化为二氧化碳,可以有效减少温室效应。然而,目前所报道催化剂的活性与稳定性大多难以满足实际应用的需求。简要论述了煤矿瓦斯催化氧化的反应机理,总结了近期低浓度煤矿瓦斯氧化催化剂的研究进展,并探讨了未来高效稳定煤矿瓦斯氧化催化剂的设计思路。甲烷C—H键活化是煤矿瓦斯催化氧化反应的决速步骤。高活性的贵金属催化剂和热稳定性好的非贵金属氧化物催化剂是两类常用的瓦斯氧化催化剂。对于贵金属催化剂,活性金属的类型与分散性对C—H活化性能至关重要,可以通过改性载体与掺杂助剂来调控金属的分散度。对于非贵金属氧化物催化剂,可以通过调变催化剂的结构或掺杂助剂来调控比表面积、氧空位浓度、化学键等性质,从而改善催化剂的活性。此外,煤矿瓦斯氧化催化剂还需要具备优异的耐水和耐硫性能。通过构筑包覆结构或构筑特殊金属结构,可以促进水的解吸;通过掺杂助剂调控活性金属的电子结构与催化剂表面基团,也可以提高催化剂的耐水稳定性。构筑包覆结构可以阻止含硫组分在活性位点的吸附,而添加牺牲剂可以优先吸附含硫组分,是常用的提升催化剂耐硫稳定性的策略之一。

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用研究

为保证煤矿瓦斯治理效果,提高煤矿生产安全性,阐释煤矿瓦斯的危害,并从应用原理、方案优化、方位布井与技术实施流程等方面对水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用进行研究,以期有效避免煤矿瓦斯事故。

人工智能在煤矿瓦斯风险评估中的应用

瓦斯事故是影响煤矿安全生产的主要事故类型,为降低瓦斯事故风险,提出一种创新实用的煤矿瓦斯风险等级评价方法,为煤矿瓦斯事故的防治提供帮助。研究主要包括3个步骤,首先,收集煤矿瓦斯事故的真实数据;其次,由于属性特征较多,数据集具有过于高维、大规模和高复杂性的结构特征,采用t分布随机邻域嵌入(t-SNE)方法处理复杂的高维气体事故数据;最后,利用遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)进行优化,对煤矿瓦斯事故的严重程度进行预测。结果表明,通过对预测效果、误差分布、时间成本等性能的比较,引入t-SNE的评价模型可以准确预测89%的事故结果,同时节省约60%的时间成本。

定向长钻孔高效成孔技术在煤矿瓦斯抽采中的实践探究

在煤矿瓦斯的抽采操作实施中,定向长钻孔的成孔工艺方法目前已经广泛采用于煤矿工程实践。煤矿工程的技术人员对于抽采矿井瓦斯的整个进行过程只有合理运用高效的定向成孔方法,才能促使抽采矿井瓦斯的实践效率指标得到优化,同时做到准确把控煤矿抽采施工所在区域的地层状况因素。重点探讨了煤矿瓦斯在抽采施工中运用的定向长钻孔成孔技术基本要点,采取高效的成孔技术手段来提升煤矿瓦斯的抽采操作效率。

煤矿瓦斯爆炸事故致因选取与风险等级预测

为对煤矿瓦斯爆炸事故风险等级进行精准预测,以符合实际情景的特征向量为前提,基于改进粒子群算法优化概率神经网络(RWPSO-PNN)实现瓦斯爆炸风险等级预测模型。首先利用中文分词提取煤矿瓦斯爆炸事故致因,以灰色关联分析(GRA)选取模型的输入特征向量;并针对概率神经网络(PNN)中平滑因子易引起网络识别率低的问题,提出了RWPSO-PNN,实现平滑因子的自适应调整;最后对RWPSO-PNN进行了实例分析,并与极限学习机算法、BP神经网络和支持向量机算法进行对比。结果表明:RWPSO-PNN预测准确率为90%,平均绝对误差为0.133,明显优于对比算法。

煤矿瓦斯多相协同抑爆的研究进展与展望

为深入研究各种煤矿瓦斯抑爆剂的抑爆过程、参数变化以及实际应用,分析国内外研究瓦斯抑爆剂的种类、作用机制和研究方法。结果表明:目前抑爆剂的种类主要有惰性气体、细水雾、粉体、多孔介质、卤代烃5种。作用机制包括稀释反应物浓度、抑爆剂分解吸热、吸附自由基、吸波减振等物理作用和消耗H·、HO·等关键自由基的化学作用。N 2-细水雾协同抑制火焰传播比CO 2-细水雾协同抑制效果更好,但从超压峰值与压力时程角度来看,CO 2的抑爆效果要优于同等条件下N 2的抑爆效果。数值模拟可以在试验的基础上,展示抑爆在真实煤矿环境下的发展过程,使抑爆过程中湍流扰动与各自由基数量变化更详细具体,在开发瓦斯抑爆剂方面,可从抑制H·、HO·等活性自由基生成的基元反应入手,降低其含量,延缓瓦斯爆炸进程,达到抑爆目的。

煤矿瓦斯控排技术及政策研究

在我国的甲烷排放中,煤炭开采、油气开采等能源活动的排放量占比能够达到44.8%,是排放量最多的人为排放源。因此对煤矿瓦斯抽采及利用技术总结评价,结合控排政策细化治理途径有利于提高煤矿瓦斯的综合利用率,推动我国甲烷的减排,助力实现“双碳”目标。本文从煤矿瓦斯抽采技术、煤矿瓦斯利用技术和煤矿瓦斯控排政策三方面,对我国煤矿瓦斯控排现状进行梳理,为我国控制和减少甲烷排放工作取得显著效果提供支撑。