煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径,针对智能开采需求和地质保障要求,分析了回采工作面地质保障主要面临的难题,包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状,对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标,采用综合探测、数据融合等技术,构建工作面静态地质模型,利用地质雷达、惯性导航技术,动态修正工作面地质模型,通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”,获取采煤机关键截割曲线,与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式,实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割,推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式,融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库,构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型,并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化,实现地质模型的任意剖切,结合随采地质雷达获取煤厚、煤层顶底板和煤岩界面数据进行动态修正,实现基于高精度地质模型的采煤机自主截割。通过2个案例对面临的难题进行有益的探索,最后进行总结与展望,为企业高质量发展指明了技术方向。

站用瓶式容器和大容积气瓶的对比分析与探讨

汽车加气站的储气瓶组虽然在材质、结构、功能等很多方面都相同,但是由于采用了不同的安全技术规范和标准,导致在有些方面产生了较大差异,也带来一些争议。针对储气瓶组所采用的不同规范标准,剖析储气瓶组在材料、设计、制造、检验检测等各环节存在的差异,并对储气瓶组的定位和创新进行了探讨。

液化天然气汽车加注装置检验与评价

车用燃料是液化天然气的重要用途,液化天然气汽车加注装置结合压力容器、压力管道、潜液泵、安全仪表系统等构成小型化成套装置,按照《中华人民共和国特种设备安全法》要求,应当进行定期检验,但目前其检验与评价尚无统一的方法和标准。在风险评估基础上结合失效分析,考虑介质危害性与使用过程中设备性能下降共同作用造成的安全隐患,制定检验策略;根据在线检验要求和设备结构特点,选择红外热成像、交变电磁场检测、X射线数字射线成像等无损检测方法,对保冷性能、异种钢接管角焊缝、双层管道内管缺陷进行检测;对气体损耗原因进行分析,结合动态模拟和静态测量,对系统由于工艺布局设计、设备保冷效果、操作维护管理等因素造成的气体损耗分别进行计算并分析其原因,给出建议措施,保障液化天然气汽车加注装置安全性与经济性。

长管拖车安全防护系统功能安全研究

长管拖车是典型的移动式承压类特种设备,广泛应用于天然气、氢气等压缩气体运输,建立长管拖车安全防护系统模型,采用HAZOP方法对压缩天然气长管拖车风险进行分析,提出增加安全仪表系统等降低风险的措施。

特种设备安全防护系统功能安全保障服务平台设计与开发

针对我国特种设备安全防护系统功能安全管理和技术服务需求,解决功能安全保障平台建设关键技术,在我国首次建立了覆盖八大类特种设备安全防护系统全生命链条的功能安全保障服务平台,形成面向政府、设计商、集成/构造商、使用单位以及检验检测机构的功能服务模块,提升特种设备安全防护系统整体管理水平和技术水平。

ISO/TS 19880-1:2016气态氢加注站第1部分一般要求标准解读

氢燃料电池汽车是目前氢能源交通领域利用的热点,加氢站是为燃料电池汽车加注氢气的场所,是氢能源安全、高效利用的保证,国际标准化组织制定了ISO19880气态氢加注站系列标准,本文对其第1部分一般要求的主要内容进行解读,并与国内加氢站相关标准进行对比分析,为我国加氢站相关科学研究和标准体系建设提供建议。

短源距声波固井质量检测仪在高压地下储气井中的应用试验

储气井是地下压力容器的典型代表,主要的损伤模式为外部腐蚀减薄,防腐蚀手段采用水泥固井,目前储气井固井质量检测的仪器沿用了石油测井中的声波变密度测井仪,其分辨率和检测精度与固定式压力容器检测要求不相适应,因此研发了储气井专用短源距声波固井质量检测仪,并在实验室和实际现场进行应用试验,结果表明短源距固井质量检测仪在纵向分辨率和检测精度上优于石油测井仪器.

铁素体与奥氏体异种钢焊接接头表面开口裂纹的电磁检测

为了研究电磁检测技术检测铁素体与奥氏体异种钢焊接接头表面开口裂纹的能力,制作了Q235R与S30408异种钢横向刻槽对比试样和纵向刻槽对比试样,开展了涡流阵列检测和交流电磁场检测试验。结果表明:涡流阵列检测技术能够检测异种钢焊接接头的横向裂纹和远离铁素体与奥氏体熔合线处的纵向裂纹,但无法检出熔合线处的纵向裂纹;交流电磁场检测技术能够检测熔合线处的纵向裂纹,但无法检测出远离铁素体材料的纵向刻槽;涡流阵列检测技术与交流电磁场检测技术的组合,可以解决铁素体与奥氏体焊接接头的表面开口裂纹的检测问题。

应用非参数的MK和ITA方法分析地下水水质参数变化特征——以新三矿含水层为例

矿区地下水水质变化是影响矿区生态环境和矿井安全生产的制约因素之一,正确认识水质变化趋势是首要任务。根据以往实测水质参数pH、COD、Na^++K^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^-、SO_4^(2-)和HCO_3^-的数据,采用Mann-Kendall检验法(MK)和Innovative Trend Analysis(ITA)探讨新三矿由上而下6个不同含水层水质参数随时间的演变规律,并且针对不同的数值变化范围选用不同的ITA指数。通过比较,两种方法结果有很好的一致性,结论认为:相比MK检测法,定量的ITA法拥有更多的优点,可以图形化地表示分析结果,可以通过将水质参数值分为低、中、高水平更好地分析水质参数的趋势和次要趋势;8种水质参数中,Ca^(2+)和Mg^(2+)相较其他离子能表现出更显著的变化趋势;6种含水层中,大青灰岩含水层中Cl^-浓度的低、中值下降而高值上升,煤层顶板山西组砂岩含水层和底板奥陶系灰岩含水层大部分水质参数显著下降,矿化度逐渐降低。

煤炭智能开采地质保障技术及展望

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择,是实现煤矿安全高效生产的必由之路,地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑,且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产,从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查,不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题:地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上,论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系,主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术,通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈,实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革,针对新形势下煤矿安全发展新要求,提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向,平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。

透明工作面多属性动态建模技术

为满足煤矿智能化开采对高精度地质模型的需求,提出透明工作面多属性动态建模方法,探讨了工作面综合探测多源异构数据特征、多属性数据融合算法、动态可视化建模技术,并进行实例应用。利用综合探测技术对工作面进行逐级综合探测,可在不同阶段获得多属性、多维度和多精度的多源异构探测数据,按照数据产生的阶段和频度,将多源异构探测数据划分为静态、动态和实时数据;通过数据配准实现多源异构探测数据量纲和尺度统一;通过交叉验证实现多源异构探测数据相互验证和补充;通过井震、震电和多参数联合反演,实现煤层厚度、地层波速、电阻率及其他属性参数预测;利用局部搜索、内插和网格化等动态可视化建模技术,实现模型的局部快速更新;采用局部渲染和CUDA实时绘制技术,实现模型高效渲染和实时呈现。结果表明:多属性融合能够将多源异构探测数据统一到同一地质空间中,交叉验证可提高探测数据解释精度,联合反演可实现多源异构探测数据多属性融合,提高探测数据空间分辨率并丰富属性信息;动态可视化建模以静态数据和工作面精细探测动态数据构建的初始工作面地质模型为基础,融合回采过程中获取的动态探测数据和实时数据,可实现回采工作面前方煤层顶底板和构造等信息快速局部更新和可视化,模型精度逐步得到提高,推采前方逐步地质透明化。透明工作面动态建模技术以采前、采中产生的多源异构数据为基础,与开采系统循环互馈,可为智能工作面开采提供高精度地质导航。

煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势,精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一,其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点,提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上,研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法,并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程,其关键技术包括:三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法;点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法;点云关键点提取与特征描述技术中SIFT特征检测算法和FPFH特征描述算法;点云配准技术中基于FPFH特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象,利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明,提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的,能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。

唐家会煤矿透明地质保障系统构建及示范

唐家会煤矿智能化建设面临导水断层发育、带压开采等制约因素,地质条件不透明成为智能开采的技术瓶颈。唐家会煤矿以奥灰水害防治为重点,采用孔中瞬变电磁、孔间电阻率、随掘地震、随采地震、微震监测5项先进技术,构建了实时动态透明地质保障系统,实现基于透明地质模型的水害防治、快速掘进和智能回采3个目标,以支撑自主截割快速掘进和自主规划智能回采2条智能采掘作业线,其中,随采地震探测技术在61304智能回采工作面超前80 d、344 m发现了SYC1异常区并持续跟踪预报,现已得到回采揭露验证。透明地质保障系统的示范应用,取得了显著的经济效益和社会效益:①61304工作面解放了受奥灰水威胁近100万t煤炭资源;②61302快速掘进工作面的进尺由原来的260 m/月提高到352 m/月;③61304智能开采工作面日常用工减少70%。

基于水力层析法的某煤矿承压含水层叠加放水试验分析

水文地质参数是衡量含水层富水性的重要指标,其空间分布特征的准确推算,对于矿井突水灾害预报与防治具有积极意义。传统放水试验分析方法得到的是等效水文地质参数,不能准确刻画含水层的空间异质性。基于随时间变化的水头数据与水文地质参数的互相关分析,将水力层析法应用在陕西榆林柠条塔煤矿井下承压含水层叠加放水试验数据分析中,获得了研究区水文地质参数的空间分布特征。结果表明,工作面南北富水性差异大,涌水区位于强导水带上;从涌水区往北,导水系数和储水系数整体上逐渐减小;南部导水系数和储水系数均较大,属于富水异常区。研究表明,水力层析法是一种有效的非均质含水层参数识别的新技术,将井下放水视为针对含水层的刺激源,结合水头与水文地质参数的互相关分析,联合多个观测孔的水头响应数据,反演刻画研究区域的主要地质结构特征。在矿井水文地质条件分析中,预先采用水力层析法识别富水异常区域,可以有效降低突水事故风险。

掘进工作面前方煤层底板高程动态预测的试验研究

快速掘进急需构建掘进前方高精度二维地质模型。以沁水煤田某矿区XY-S工作面为例,基于三维地震解释成果,利用巷道掘进过程中煤层底板高程实测信息,动态刷新三维地震平均速度场,更新掘进前方煤层底板高程,最后对掘进前方预测的精度进行统计分析。结果表明:通过不断利用掘进实测煤层底板高程,刷新平均速度场,更新掘进前方煤层底板地质剖面,掘进前方煤层底板剖面与实际揭露剖面之间误差逐渐越小,实测点前方25 m和50 m范围的煤层底板高程最小绝对误差可达0.2 m和0.45 m。若实测点数据密度大、分布均匀,预测精度将会进一步得到提高,可为快速掘进提供高精度煤层底板导航数据。

Flow pattern identification in oil wells by electromagnetic image logging

Petroleum production logging needs to determine the interpretation models first and flow pattern identification is the foundation, but traditional flow pattern identification methods have some limitations. In this paper, a new method of flow pattern identification in oil wells by electromagnetic image logging is proposed. First, the characteristics of gas-water and oil-water flow patterns in horizontal and vertical wellbores are picked up. Then, the continuous variation of the two phase flow pattern in the vertical and horizontal pipe space is discretized into continuous fluid distribution models in the pipeline section. Second, the electromagnetic flow image measurement responses of all the eight fluid distribution models are simulated and the characteristic vector of each response is analyzed in order to distinguish the fluid distribution models. Third, the time domain changes of the fluid distribution models in the pipeline section are used to identify the flow pattern. Finally, flow simulation experiments using electromagnetic flow image logging are operated and the experimental and simulated data are compared. The results show that the method can be used for flow pattern identification of actual electromagnetic image logging data.

2000t/d水煤浆加压辐射废热锅炉汽包和水冷壁的功能安全联锁分析

辐射废热锅炉的工作环境温度通常高于1000℃,在这样高温、高压的工作环境里,辐射废热锅炉容易出现灾害性事故,因此辐射废热锅炉的安全问题被广泛关注。为了使其安全运行,防止危险事故发生,需设置安全联锁保护装置。本文对某2000 t/d水煤浆加压辐射废热锅炉汽包和水冷壁进行了功能安全联锁分析。

储气井水泥防护层胶结质量声学检测方法研究

储气井是一种典型的埋地压力容器,外部采用水泥防护层作为防腐措施,目前水泥防护层的检测采用油气井的声幅/变密度测井的方法和设备,其检测精度和纵向分辨率不能满足压力容器检测的要求。综合考虑检测有效性、经济性和可操作性,选择声学检测方法,开展了低密度水泥防护层声波传播特性理论研究,建立了成分波特征与水泥胶结质量的关系,分析了水泥参数和地层岩性对波形的影响,研究了储气井水泥胶结检测与评价方法,制造了储气井水泥防护层胶结声波检测样机,并在模拟试验装置和工程井进行检测试验,结果表明样机的检测精度优于油气井检测设备。