智能放煤理论与技术研究进展

综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。分析了智能放煤技术难点,指出含矸率是影响顶煤采出率和煤质的关键因素,放煤过程中含矸率的快速、准确计算是智能放煤技术突破的重点和关键。将智能放煤技术分为非图像识别智能放煤技术和图像识别智能放煤技术2类,对不同技术的研究进展、优缺点及使用条件进行了详细分析。非图像识别智能放煤技术包括记忆放煤技术、声音振动信号识别技术、γ射线探测技术、探地雷达技术、微波照射+红外探测技术、激光扫描放煤量监测技术等,图像识别智能放煤技术包括井下照度环境精准控制、放煤图像去尘算法、含矸率计算精度保障策略、煤岩红外图像识别等。

基于GSL-YOLO模型的综放工作面混矸率检测方法

针对现有基于深度学习的综放工作面混矸率检测方法在井下低照度、高粉尘、煤矸堆叠等复杂条件下存在煤矸识别精度低、分割效果差、模型参数量和运算量大、未实现混矸率的实时检测等问题,提出了一种基于GSL-YOLO模型的混矸率检测方法。GSL-YOLO模型在YOLOv8-seg的基础上进行以下改进:在主干网络中引入全局注意力机制(GAM),通过减少信息弥散和放大全局交互表示提高模型特征提取能力;选用具有高效局部聚合网络的空间金字塔池化(SPPELAN)模块,提升模型处理不同尺寸目标时的检测性能;采用轻量级非对称多级压缩检测头(LADH),降低模型的训练难度,同时提高推理速度。提出了一种基于类别分割掩码的混矸率计算方法,该方法基于煤流图像处理结果中的分割掩码信息,计算其中矸石的像素面积与总像素面积的比值,作为瞬时混矸率。实验结果表明:(1)GSL-YOLO模型的m AP@0.5∶0.95达96.1%,比YOLOv8-seg模型提高了0.8%。(2)GSL-YOLO模型的参数量为2.9×10^(6)个,浮点运算次数为11.4×10^(9),模型权重为6.0MiB,比YOLOv8-seg模型分别降低了12.1%,5.8%,11.8%,实现了模型的轻量化。(3)GSL-YOLO模型在测试集上的帧率为12帧/s,基本满足实时检测要求。(4)与YOLO系列模型相比,GSL-YOLO模型分割效果最好,检测精度最高,参数量和运算量较少,综合性能最佳。(5)基于截取的综放工作面后部刮板输送机上煤流视频中的3帧图像,计算了瞬时混矸率,结果表明,提出的混矸率计算方法基本实现了综放工作面混矸率的实时计算。

煤炭调运分流信息化升级策略研究

为了应对当前调运工作面临的效率和准确性挑战,针对煤炭调运分流的信息化问题,需要进行全面的升级策略研究。提出煤炭调运分流信息化升级“三步走”建设目标,旨在实现调运流程的信息化和智能化;提出业务流程可视化“两步走”建设目标,以提高业务流程的透明度和可管理性。通过策略的实施,不仅能提高调运分流效率,为决策提供更多智能支持和更全面的数据分析,满足现代信息化和智能化管理的需求,还将有助于克服当前工作流程的复杂性和对人工操作的依赖性,使煤炭调运分流业务向高效和智能化迈进。

5G技术在煤矿智能化中的应用展望

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障,当前处于煤矿智能化发展的初级阶段,仍然面临泛在感知难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时性差、融合大数据的智能决策效率低等问题,面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术(The fifth Generation Mobile Communication Technology,5G)为上述问题的解决提供了契机。分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术和各自的技术特征;研究了煤矿智能化应用在信息感知、多类型数据传输、实时决策控制、新技术应用和异构物联设备互联互通需求等方面的短板,以视频传输为例分析了4G技术在未来应用中的局限性,研究了井下WiFi组网的不足之处,指出了煤矿井下应用5G技术的必要性;结合5G技术优势和煤矿井下实际需求提出了基于5G技术的高精度实时定位与应用服务、虚拟交互应用、远程实时控制、远程协同运维及井下巡检和安防等煤矿井下应用场景,提出了基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控的构想,给出了井下应用5G技术的总体架构:有线光纤骨干环网加5G覆盖,分析了实施要点,指出与井下应用场景的结合才能最大程度发挥5G技术在煤矿智能化开采中的作用,简要展望了基于5G技术的物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术在煤矿智能化中的融合应用。

煤层顶板稳定性智能分区实现及工程应用

针对目前煤层顶板分类方法存在计算量大、人工参与多、智能化程度低,为煤矿生产不能提供快速指导的问题,结合煤矿现场实际情况,确定了煤层顶板稳定性的影响因素。以层次分析和模糊聚类为理论核心,建立了煤层顶板稳定性层次分析模型,得出了影响因素的隶属度和合成运算方法。以Visual Basic 6.0为编译环境,将Matlab与Surfer进行二次混合编程,对钻孔数据以及地质资料进行分析整理,自动绘制煤层顶板稳定性类型分区图,形成煤层顶板稳定性智能预测分区系统。将研究成果应用于贺西煤矿3号煤层顶板稳定的预测,通过钻孔窥视对预测结果进行了验证。

图像识别智能放煤技术原理与应用

煤炭智能开采是煤炭行业高质量发展的必由之路,放顶煤工作面的智能化滞后于综采工作面。智能放煤是实现智能放顶煤开采的关键核心技术,低照度、小空间、高粉尘、煤矸叠压、声振信号干扰、夹矸误识别等问题严重制约智能放煤技术开发。在探索尝试图像、声音、振动等多种煤矸识别技术的基础上,提出了图像识别智能放煤技术。精准快速识别混矸率与适应恶劣环境是图像识别智能放煤需要攻克的主要技术难题。针对混矸率识别问题,将混矸率细化为投影面积混矸率、表面体积混矸率、内部体积混矸率。建立了轻量级的放顶煤工作面矸石识别及边界测量模型,实现了投影面积混矸率的精准快速识别。提出了快速写意重建和精准重建等2种煤矸块体三维重建方法,研究了煤矸块体三维形态特征与二维形态特征关系,揭示了后部刮板输送机上煤矸块体堆积特征。在此基础上,提出了“由表及里”的混矸率高精度预测2步走策略,以实现透明化煤流,达到混矸率高精度测量的目的。针对低照度、高粉尘等恶劣环境适应问题,提出了立体视觉照度智能监测与自适应调节方法,为图像采集实时提供最优照度环境。基于人体仿生学以及边缘AI技术开发了智能图像采集系统,提出了基于频域先验的单通道Retinex去粉尘算法以及空频域联合强化去粉尘算法,为图像识别持续提供高质量图像。形成了“三位一体”夹矸智能识别技术,对放煤过程中可能出现的夹矸进行了精准识别,减少了由于夹矸放出而引发的误识别、误操作。图像识别智能放煤技术可以提高放煤工序的智能化水平,提高资源回收率、降低含矸率,保证矿井安全生产,研究成果的科学应用将有助于高质量实现智能化放顶煤开采。

基于数字煤场的混配掺烧及其应用

在技术不断发展的当今社会,电厂的机组不断大型化,对煤场的储煤量需求不断增大,煤炭资源紧张导致来煤源头多,来煤热值不均及煤场堆煤不规范,存煤自燃等一系列问题。老式的人工煤场管理模式的这些缺点越来越受到各方面的重视,而数字化煤场则能够有效的解决以上问题,完整的数字化煤场系统包括来煤、堆煤、盘煤、混配掺烧、上煤、报表。随着煤价居高不下以及煤种的复杂多变,采取燃烧器改造、调整运行方式和选取特定煤种掺烧的方式因费用高昂等原因而慎于实施,因而出现的混煤掺烧成为解决此问题的有效途径。以津能某电厂为研究背景,对基于数字煤场的混配掺烧进行了一系列的研究。

金融危机期间世界主要国家能源构成变化及启示

金融危机导致的全球性经济衰退,使世界各国的能源消费量增速、特别是能源构成发生了相应变化。多数国家煤炭消费占比有所上升,其中尤以能源消费量大且最强调绿色环保的德、法、英、西、意等欧盟五国表现最为典型,中国、印度等许多发展中国家也有程度不同的表现,这是与改善能源构成的大方向相反的逆行性变化。但美国因页岩气革命导致非常规油气大发展而表现与众不同。期间各国新能源多有较快发展,不过皆表现出后期增速减缓的趋势。这些变化给我们以启示:市场竞争力是影响能源构成变化、能源替代和新能源发展的决定性因素。促进新能源发展的补贴政策应以帮助其提高科技水平、获得市场竞争力为目的,为此各种扶持政策应向产业链上游、特别是科研项目和工业化试生产倾斜。新能源补贴标准不应过高、时间不应过长。能源新时代的到来是以经济和科技的大发展为前提的,需要经历艰苦并可能是曲折的一段发展历程。能源发展模式和能源构成要因地制宜,实现多元化发展。

大型燃煤电厂燃煤掺烧综述

阐述了燃煤掺烧的两种方式及其各自的优缺点;重点介绍了燃煤掺烧在实际中的应用及判断标准,对本技术的推广应用具有一定借鉴作用;最后还指出了燃煤掺烧的发展方向。

乐滩灌区输水隧洞穿合山煤矿采空区处理设计

分析了乐滩灌区工程北干渠溯河隧洞段长约1.06 km穿合山煤矿采空区的地质情况。借鉴高速公路煤矿采空区的成功处理经验,通过科学分析,对采空区变形和区域内覆岩的稳定性做了评价,论述了输水线路穿采空区段采取全充填压力注浆法的工程处理方法。

350MW机组锅炉SCR脱硝系统优化

准东煤田是我国目前最大的整装煤田,但准东煤在锅炉燃烧过程中易发生结焦问题,一般掺烧高岭土缓解结焦。某燃用准东煤350 MW机组,锅炉燃煤掺烧高岭土后烟气携带灰尘颗粒及灰尘量增大,出现SCR脱硝系统烟道积灰严重和喷氨量明显偏大问题,同时在空气预热器形成硫酸氢氨堵塞,使机组不能长周期稳定运行。通过与国内同类型多台机组锅炉对比后发现,脱硝系统均存在易产生积灰的脱硝转向室、催化剂上方及空气预热器入口斜坡积灰状况等情况。针对存在的问题,通过建立改造前、后的模型计算分析,进行了导流板布置的优化设计、CFD流场分布、优化SCR系统导流板设计、声波与蒸汽吹灰器结合吹灰和氨注射栅格优化升级等工作,应用德图480风速仪实测风速试验,发现脱硝烟道原导流板设计不合理及施工安装偏差;原导流板水平段跨距大,支撑不足,造成导流板压塌变形,影响烟气流场分布;锅炉所烧煤质为高钠煤,为防止锅炉结焦掺烧高岭土后,增加了烟气飞灰颗粒及灰尘量,飞灰具有很大黏性,易沉积在烟道导流板及烟道壁面上。因此,提出对脱硝内部各处导流板进行优化改造,对脱硝系统烟道易产生积灰的部位增加声波吹灰器,对喷氨格栅喷嘴数量及氨空混合器升级,同时开展锅炉SCR脱硝喷氨热态优化调整试验工作。通过开展相关工作,SCR烟气系统的烟气流场相对标准偏差优化5%,相同负荷下液氨消耗量降低45%,彻底解决脱硝系统积灰和空气预热器堵塞问题,实现机组满负荷达标稳定运行。锅炉长期运行半年后停炉检查,发现前期脱硝系统烟道高达1 m的积灰部位彻底解决,催化剂表面干净无杂物,解决了脱硝系统积灰问题,同时配合提高空气预热器冷端综合温度的措施,彻底解决锅炉空气预热器堵塞问题。同时,经济效益显著,每年可以分别节约液氨费用70万元,节约风机电耗费用100万元,节约检修清理积灰及检修费用80万元,节约空气预热器冲洗治理费用20万元,综合节约费用270万元/a,达到预期效果实现机组长周期安全经济稳定运行。

大型循环流化床机组掺烧煤泥自适应煤质变化AGC控制优化

本文通过分析循环流化床掺烧煤泥,以及煤泥泵随时的启停,煤泥发热量不定等诸多不确定性因素给机组AGC控制带来的难题进行分析,引入智能化的静态前馈、动态前馈应对机组AGC调峰,同时在原主汽压力调节器的基础上增加手工搭建的辅助调节器,以前馈的形式施加到原来的主汽压力调节器上,辅助调节器与原来的主汽压力调节器构成新的智能调节器,同时将智能调节器技术运用到主汽温度的控制上,有效地改善了煤质变化主汽压力、主汽温度、机组负荷控制三者的控制品质,确保了机组安全、经济、高效的运行。