“十四五”时期我国煤炭工业发展思考

煤炭是保障我国能源安全供应的“压舱石”和“稳定器”,目前国际发展形势的复杂多变与国内“双碳”目标的全面实施,极大地提高了我国煤炭工业绿色低碳发展的标准和要求。为加快推动我国煤炭工业在“十四五”时期的高质量发展,分析研究了煤炭工业的发展环境,明确了安全、高效、绿色、协调、共享五大发展方向,指出了提高储运能力、严格风险管控、着力提质增效、注重生态环保、强化科技创新等实施路径,分析了地质勘查、矿权出让、“多规合一”等政策,总结了“十四五”时期我国煤炭工业发展思路并给出了发展建议。

煤炭资源合理开发利用“三率”标准应用研究

随着我国煤炭行业迈入高质量发展新阶段,对煤炭资源合理开发利用提出了更高的标准和要求。通过系统研究煤炭资源“三率”标准历史沿革和指标要求,分析了我国煤炭资源“三率”标准应用现状和存在的主要问题,结合我国煤炭行业产业政策和发展趋势,从强化日常监督管理、建立信息管理平台、全面推动政策落地、加快推动技术创新、深入研究“三率”指标等方面,研究提出了煤炭资源合理开发利用“三率”标准应用的相关建议。

煤炭企业数字化转型建设路径研究

数字化转型是破解煤炭产业发展瓶颈、推动煤炭行业转型升级、实现高质量发展的重要手段。为探究煤炭企业数字化转型建设实施路径,通过总结煤炭产业数字化转型发展现状,提出全面提升数字能力、深入挖掘数据价值、大力推动经济转型三大重点任务;指出集团侧应从数字基础、安全生产调度、业务财务融合、流程化协同办公、运维保障五个维度开展转型建设;提出煤矿侧应做实数据传输能力提升建设、数字化网络建设、煤矿智能化建设、智能化感知平台建设、综合管控信息系统建设。研究认为,数字化转型应实现生产运营安全智能、经营管理高效敏捷、生产设备泛在互联、业务运行全面在线、数据要素价值凸显。

我国煤炭资源勘查开发主要问题及对策措施

煤炭是我国重要的能源矿产和工业原料,在国民经济发展过程中一直发挥着重要作用。通过分析2016年以来我国煤炭资源勘查投入、钻探工作量、新发现矿产地、资源储量、煤炭产量等方面数据,指出我国煤炭资源勘查开发存在的煤炭勘查投入低、优质煤炭资源少、伴生资源开发难、生态环境约束强、安全生产压力大等问题,研究提出了加大煤炭资源绿色精细勘查、推动煤炭资源安全绿色开发、强化优质稀缺资源勘查开发、探索煤与共伴生资源协同开发、提升矿区资源多元利用水平的对策措施,以期为全面提升我国煤炭资源勘查开发水平提供思路方向。

我国煤炭绿色开采技术进展

绿色开采是煤炭行业可持续发展的必由之路。为探究我国煤炭绿色开采发展趋势,通过回顾我国煤炭绿色开采20年来的发展历程,系统总结了绿色开采技术进展;提出随着智能化、数字化技术的发展与“碳达峰、碳中和”等发展要求的实施,煤炭绿色开采内涵不断丰富,并被赋予新的时代定义;指出煤炭绿色开采技术逐渐向全生命周期绿色开采的方向发展,形成了智能绿色的“采前精细勘探、采中有效减损、采后恢复提升”的新发展模式;认为我国将继续深化智能化、数字化技术对煤炭绿色开采的赋能,并在降低绿色开采技术综合成本、提高生产效率等方面持续发力。

煤炭资源开发利用“三率”标准调查与分析

以2020年为基期,以调研上报数据为基础,全面梳理我国煤炭资源赋存及开发利用情况,对我国煤炭资源“三率”指标进行深入分析。结果得出:煤炭井工开采平均回采率为86.14%,露天煤矿为94.82%,原煤入选率平均值为80.60%,煤矸石综合利用率和矿井水综合利用率平均值分别为84.54%和91.54%。煤炭资源合理开发利用“三率”标准在提高企业技术装备水平、煤炭资源保护和合理利用、提高矿政管理效率、提高共伴生资源利用率等方面具有推动作用。

世界一流煤炭企业建设的思路和路径

为加快建设世界一流煤炭企业,推动煤炭工业高质量发展,谱写中国式现代化煤炭篇章,通过分析研究世界一流煤炭企业建设的背景和意义,阐明了世界一流煤炭企业的内涵,进一步提出了安全夯实基本前提、高效构建整体特征、创新打造强劲动力、绿色促进和谐共生、共享实现共富使命的世界一流煤炭企业建设思路,并且阐述了提供优质煤炭产品和服务、建塑熔铸企业特色文化、加快科技自立自强步伐、接轨建设卓越管理体系的世界一流煤炭企业四大建设路径,总结了对标价值创造、加快自主创新、加强风险管控和强化考核激励的世界一流煤炭企业建设保障措施。

顶煤运移轨迹监测实验平台研制与教学实践

为丰富“采矿学”课程实践教学内容,促进本科生对综合机械化放顶煤开采技术的了解,该文研制了顶煤运移轨迹监测实验平台。实验平台包括模型框架、综放支架、辅助铰轮、磁场发射装置、轨迹识别装置和数据采集系统,平台基于电磁波技术精准定位顶煤位置和精准识别顶煤运移轨迹,可用于研究煤层地质赋存条件、开采技术条件等对顶煤运移规律的影响。实验设计了“模型搭建、标志点安装、模拟放煤、数据采集、轨迹反演”等环节,培养了学生团队合作和创新思考能力。

磨粒环境下超高分子量聚乙烯的摩擦学行为研究

井下装备的密封结构极易受到钻井液中颗粒的侵蚀而发生磨粒磨损最终导致密封失效,明确颗粒对密封件的损伤机理是提升密封性能延长密封寿命的关键.本研究中通过配置含二氧化硅颗粒的膨润土基液建立井下的磨粒环境,以常用于制作密封件的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料作为研究对象,采用正交试验法研究颗粒浓度和尺寸对材料磨粒磨损行为的影响关系.正交试验分析结果表明:颗粒尺寸对UHMWPE摩擦学行为的影响程度显著高于颗粒浓度.在不同颗粒尺寸环境中对摩擦过程中的摩擦系数、材料磨损量和磨损形貌的变化行为展开分析时发现,摩擦副的摩擦系数和磨损量均表现出随着颗粒尺寸增加而逐渐增加的趋势,磨损状态逐渐恶化.此外,材料的表面磨损形态随颗粒尺寸的变化表现出“颗粒尺寸效应”.研究结果揭示了UHMWPE的磨粒磨损机理,为材料的工程应用和井下密封结构的设计提供了参考.

深部煤系软岩大巷全断面锚注修复技术研究

为解决深部煤系软岩大巷变形剧烈、持续时间长且支护困难的问题,以王洼煤矿8煤层南深部集中运输大巷为工程背景,采用现场勘查、矿物组分分析、围岩应力测试、数值模拟分析等方式,揭示了造成深部煤系软岩大巷产生强烈变形的主要原因,得出加强深部煤系软岩大巷支护的控制思路,并在此基础上根据煤系软岩的劣化程度和支护失效特征,提出了基于全断面高强锚索支护+喷浆+全断面注浆锚索锚注支护+钢棚支护的主被动联合补强修复支护方案,并建立了修复支护的“三个阶段、四个步骤”工艺体系。研究结果表明:8煤层南深部集中运输大巷围岩成分复杂、质地软弱、遇水易膨胀崩解,且处于高地应力环境,应力集中系数达到1.46,总体表现出变形速率快、持续时间长、变形量大的特点;原支护设计存在支护强度不足、未针对软岩特性采取有效措施的缺陷,导致顶板、巷帮部分锚杆锚索破断失效;进行全断面锚注修复支护后,形成高强度、范围大、连续性强的预应力场,预应力场有效影响深度增大至原支护的1.5倍。现场试验监测显示:补强修复支护后,大巷巷帮及顶底板变形趋于稳定,表明全断面锚注修复支护工艺对深部煤系软岩大巷的稳定性控制效果显著。

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。

基于未确知测度理论的矿井巷道安全风险评价分析

矿井巷道的安全性是保证矿山掘进与煤炭开采的重要保障之一,对其进行安全风险评价也是工程开展过程中不可或缺的关键环节。过往的评价方法往往更依赖于主观的定性分析,缺乏定量以及对各影响因素之间的主次关系考虑。基于此,从人、机、环、管4个方面出发,选取其中17个关键影响因素,运用未确知测度理论,科学建立了矿井巷道的安全评价体系;利用熵权法计算各影响因素的权重,再依据置信度识别准则对结果进行科学判定;最终对结果进行重要性排序,构建基于未确知测度理论的矿井巷道安全风险评价方法。结合工程实例分析结果表明,该评价方法客观全面,能够准确判别影响巷道安全状态的关键因素,与工程实际情况基本相符,证明该方法具有较高的准确性以及实际应用价值,可用于类似条件矿井巷道的综合安全评价。

“双碳”背景下我国煤炭行业发展面临的挑战与机遇

“双碳”目标对煤炭行业发展提出了新的要求。分析了“双碳”背景下我国煤炭行业发展面临的挑战与机遇,并从产能布局、科技创新、清洁利用、低碳发展等方面介绍了煤炭行业发展现状;指出,煤炭行业发展依然面临气候变化影响、新能源产业快速发展、煤炭供应精准调控和保障能力不足、技术原始创新能力不足等挑战。基于此,从政策、技术、环境等方面阐述了煤炭行业发展的重大机遇,并提出相关政策建议;认为,煤炭行业应设立高质量发展专项基金、促进优质先进产能加快释放、优化煤炭生产布局、建立完备的落后产能退出与煤矿关闭机制、推进低碳关键技术攻关、健全人才保障机制、增强政策向心力,从而推动煤炭行业高质量发展。

澳大利亚与我国煤炭资源储量评估规则对比研究

在研究我国与澳大利亚矿业行业、企业及矿业资本市场的基础上,从煤炭资源储量评估基础、专业人员、依据、范围要求和结果使用方向五个方面分析,探讨了我国与澳大利亚煤炭资源储量评估规则的异同。结果表明澳大利亚矿业企业选择包括胜任人在内的专业人员以行业协会发布实践指南等为依据,估算3级资源量,根据企业需要估算2级储量或其他类别储量。我国要求有资质的单位根据相应标准规范估算16种资源储量。研究成果为我国煤炭资源储量评估规则完善和我国矿业企业在澳大利亚进行煤炭资源勘查投资提供了借鉴。

煤炭国家规划矿区管理及与煤炭矿区辨析

针对煤炭国家规划矿区与煤炭矿区易混淆不清问题,基于相关标准和通知,详细解读了煤炭国家规划矿区和煤炭矿区的定义,梳理了第一、二批煤炭国家规划矿区和《全国矿产资源规划(2016—2020年)》划定的煤炭国家规划矿区基本情况,并从划定目的、划定依据和形成时段等方面详细阐述了二者的区别。指明煤炭国家规划矿区划定主管部门是自然资源部,划定主要目的是控制矿权设置,规范矿业权管理;煤炭矿区划定主管部门是国家发展改革委,划定目的主要是为生产开发做准备。在未来煤炭国家规划矿区管理工作中,建议加强煤炭规划矿区基本理论、划定标准及规划矿区内矿产资源与环境影响等方面的研究。

岗位标准作业流程在煤炭企业的应用及实践

为有效约束煤矿作业人员不安全行为,减少和杜绝各类安全事故,将标准作业流程理念引入煤炭企业,形成煤矿岗位标准作业流程,主要包括标准作业工单和流程图。通过研究煤矿岗位标准作业流程在安全生产、高产高效、提质增效、员工培训、标准化建设等方面的作用,结合现场实际应用情况,分析了煤矿岗位标准作业流程存在的主要问题,并提出了优化建议。建议结合现场实际情况,全面细化流程作业内容;依据流程作业内容,开展危险源信息再辨识;创新流程日常管理模式,确保流程全面落地执行。

近距离下煤层综放面覆岩结构特征及运动演化规律

针对近距离煤层开采时存在的上、下位基本顶特殊地质条件,运用“三带”理论分析了上煤层采后覆岩结构特征,得出下位基本顶周期来压步距22.09 m,上位基本顶处在弯曲下沉带不发生破坏。建立了下煤层开采时基本顶结构力学模型,计算得出下煤层开采时上位基本顶的周期来压步距31 m,下位基本顶二次破断步距12 m,下位基本顶两次周期来压后会发生上位、下位基本顶同时来压,从而在工作面表现出“强-弱-弱-强”的循环来压现象。矿压监测结果表明,工作面确实出现“强-弱-弱-强”的周期来压现象,在强周期来压时需要提前加强工作面支架稳定性控制以保障工作面安全生产。

浅埋近距离煤层工作面过遗留煤柱压架机理及防治措施研究

以榆家梁矿井42307工作面发生的压架事故为工程背景,采用UDEC离散元数值模拟方法,探究了工作面“过煤柱前过煤柱时发生压架事故”全过程的煤岩层破坏与应力演化特征,揭示了工作面推进采出煤柱过程中煤岩体裂隙演化过程及失稳压架机理,并提出了工作面采出遗留煤柱防治顶板动压灾害的“定向长孔高压水力压裂+地面深孔爆破”技术措施。现场实施效果表明,顶板动压灾害防治技术措施使得工作面出煤柱前支架压力峰值减少34.5%,支柱最大下沉量减少83.3%,工作面巷道顶板下沉量减少75.0%,工作面出煤柱无明显来压,有效避免了工作面采出遗留煤柱时剧烈动压灾害事故的发生。

高强度开采条件下上行开采顶板运动规律研究

以新疆龟兹矿井2个近距离煤层为工程背景,研究上部煤层工作面在非上行开采和上行开采之间过渡转化过程中,工作面顶板运动的变化规律。将上部煤层工作面开采过程按工作面位置分为“进采空区上方前”、“位于采空区上方”和“出采空区上方后”,结合工程条件设计了3组相似模拟试验进行分析研究。研究结果表明:①上部煤层工作面在位于非采空区上方区域时,其开采过程中顶板运动与一般生产工作面无显著差别;②上部煤层工作面位于采空区上方时,工作面顶板破坏程度加大,发生整体切落失稳;③在上行开采与非上行开采阶段的过渡区域时,顶板稳定性差,且存在前后差异,较大程度上增加了围岩控制难度。研究结果可为上行工作面开采时掌握围岩稳定性变化情况提供依据。

基于人工智能的煤矿生产带式输送机巡检机器人应用研究

针对人工在带式输送机巡检工作中效率低、精度低及劳动强度大等问题,本文重点研究了自动化技术、计算机技术结合人工智能化带式输送机巡检机器人。分析了带式输送机巡检机器人的系统结构及功能、特点,论述巡检机器人驱动系统、控制系统设计等。最后,对带式输送机巡检机器人应用效果进行了分析,证明了智能巡检机器人不仅可以降低劳动强度,及时发现故障,还能为带式输送机的稳定运行提供保障。