井下智能装备研究综述

随着全球工业化进程的加速,矿产资源的开发和利用变得愈发重要,然而井下采矿作业的复杂性和危险性对传统人工操作提出了严峻挑战。智能装备技术在提高井下作业的安全性和效率方面发挥了重要作用。本文综述了井下智能装备的研究现状及其应用,主要涵盖了采掘装备、支护装备、通风排水装备、安全监测装备和矿井运输装备等方面;同时探讨了井下智能装备的关键技术,包括传感器技术、通信技术和控制技术,并分析了当前技术面临的问题与挑战;最后,展望了智能装备在矿山智能化发展中的应用前景和技术趋势。

井下智能节流器的设计与节流阀流场分析

为了满足智能完井和数字化油气田技术的发展需要,设计了一套适用于远程控制的井下智能节流器。介绍了智能节流器的结构体系和控制机理。通过ANSYS有限元软件对井下智能节流器结构进行了力学分析。采用流场分析方法对节流器的关键位置处流体的压力、速度以及温度场进行了分析。分析结果表明,设计的节流器结构满足要求,能为井下智能节流工艺技术的实施提供设备支撑,对相关智能化井下工具的研发具有参考意义。

投球式井下智能分控开关系统的研制及功能试验

为了降低分层采油中的生产维护成本,结合无线射频和单片机技术,研制了一种投球式井下智能分控开关控制系统,并在室内对其进行了功能试验。在分析各类井下开关系统优缺点的基础上,明确了研制思路:在地面通过投入信号小球的方式来实时灵活地控制井下目标油层开关阀的开启/关闭,实现对目标油层的有效控制。确定了总体设计方案:在油管内先后投入2个信号小球,先投入的信号小球用于井下控制系统的唤醒,后投入的信号小球携带开启/关闭目标油层开关阀的指令,用于控制目标层位开关。室内模拟试验表明,投入唤醒信号小球后井下控制器由待机模式变为工作模式,投入油层控制信号小球后,各目标油层开关阀能按预定指令正确开/关,各层通信、开关控制均满足设计要求。研究认为,研制的井下智能分控开关系统能够实现对目标油层的有效控制和降低油层间的干扰,从而实现分层采油、提高采收率。

智能完井井下智能滑套位移监测系统研制

针对我国油气田液控式智能滑套技术存在缺陷、严重制约其应用与推广的问题,研制了一种可以实现滑套位移精准测量的监测系统,并进行了工程样机研制及现场试验。该监测系统根据非接触式线性可变差动变压器式监测原理设计。研究与试验结果表明:该监测系统实现了液控式井下智能滑套开度精准监测,使液控式智能完井可以对井下智能闭环调控产量精准控制;监测系统采用同心线性结构,可以与现有的液控式智能滑套连接,无需对现有滑套进行结构修改;可以使液控式井下流量控制阀省去J形槽往复式机械定位机构,简化了地面液压控制操作流程;滑套位移监测精准,单芯电缆信号传输稳定。所得结论可为实现完井井下滑套闭环智能控制提供技术支撑。

井下智能变电站电流检测系统研究

针对以电磁式电流互感器为核心的传统电流检测方式存在电流互感器安装与维护困难、占用空间大、精度低等问题,设计了一套以Rogowski线圈为传感头的井下智能变电站电流检测系统。详细介绍了积分还原电路、自适应放大电路的设计,并进行了系统稳定性分析及Rogowski线圈测试、线性度测试、频率特性测试和温度特性测试。测试结果表明,该系统具有较高的精度和良好的线性度。

井下智能工具闸阀开度精密控制技术探讨

井下智能工具闸阀的开度控制,目前均采用延时法,在高温情况下,电机的工作情况是不稳定的,依靠这种方法来控制闸阀开度的准确度不高。将光电编码器引入到井下智能工具中,通过设计光电编码器控制电路来控制井下智能工具闸阀开度,使闸阀开度不再受到电机转速的影响,就可以准确控制。

井下智能通风系统研究

通风系统作为矿井生产开展的必要基础,其运行质量对矿井生产安全和生产效益有着直接影响,不断探索设计更加高效的通风系统对于矿井长久发展意义重大。以此为着手点,针对井下智能通风系统开展研究。在分析井下智能通风机制的基础上,对井下智能通风系统自动控制功能做出分析,进而总结了井下智能通风系统设置要点与传感装置布设要点,希望能为其他矿井相似工程的开展提供一定的借鉴与参考。

井下智能找堵水与测控技术研究与应用

智能找堵水及测控技术是通过智能找堵水开关器分别对各生产层进行智能分段开采,评价各层段出液情况及贡献率,找出该井主力生产层和需要封堵的层段,并进行堵水分采生产。

某矿山井下智能运输管理系统的应用实践

以某矿为例,分别对矿石破碎远程控制和遥控自动放矿管理系统、井下精细化智能计量管理系统、胶带智能化运行管理系统等井下高效智能化管理系统进行了建设,并对实施效果进行了讨论,供类似矿山参考.

井下智能干选系统工艺探讨

原煤井下分选、矸石就地充填可以实现矸石不升井,有效地减少环保压力,是建设绿色矿山的重要手段。通过智能干法技术与传统湿法选煤技术的对比,明确了智能干选技术具有系统简单、分选精度高等优点,利于井下推广应用。系统地阐述了井下智能干选系统的系统处理能力、工艺流程制定及工艺位置等方面的原则与建议,对井下智能干选系统的设计及应用具有一定的指导作用。

煤矿井下智能化开采技术分析与展望

煤矿井下智能化开采技术提高了整体开采安全性。扩展煤矿井下智能化开采技术,在精准化管理的基础上提高地下金属矿产的产量,对于实施创新化的采掘是有利的。

煤矿井下智能化开采与安全管理体系构建策略

煤矿井下智能化开采是煤矿智能化建设的关键核心,是煤矿当前和今后发展的方向与必由之路。鉴于煤炭生产的风险客观存在性,智能化条件下的煤矿安全保障体系应适用于煤矿的智能化水平。论述了煤矿智能化的概念及技术表征,对井下智能化开采技术进行分析,结合智能化提出“1+1”智能化开采安全管控新模式,对于煤矿井下开采实现智能化的精确定位,通过大数据系统平台,对井下安全风险进行预知预控,采用智能化的手段提前干预井下灾害的发生,达到智慧型、大数据及一体化的煤矿井下智能开采和智慧化的安全管理体系模式,具有一定的借鉴和参考价值。

智能井下开关器在试油中的应用

智能井下开关器由开关阀、微电动机驱动系统和微电脑控制电路三部分组成 ,是集采油工艺技术、计算机自动化控制技术于一体的装置。可以自动开关油井目的层 ,实现井下开关井目的 ,准确计量目的层的产能、含水量以及地层压力等数据 ,对大庆油田杏 9- 2丙 5 1井和杏 9- 4丙 5 1井的试油情况表明 ,这种装置可替代常规MFE地层测试器 ,实现井下多次开关井的目的。

井下无线智能调产技术研究及应用

针对传统井下节流调产方式(绳索作业更换井下节流嘴)作业周期长、成本较高和风险较大等不足,综合应用机械工程、微计算机、自动化控制和无线通信等技术手段,以实现远程无线控制井下调产的智能化天然气生产控制技术为目的,攻关基于CAD/CAE的无线控制井下节流器机械系统结构设计、基于气体压力波编解码方法和井口压力波编码工艺设计以及无线控制井下节流器控制算法设计等关键技术。以远程无线控制井下智能节流方法及控制原理为基础,配套研制了无线控制井下节流器,并开展了现场应用。应用结果表明,无线控制井下节流器整体性能稳定,气压波无线控制技术可靠,具有操作简便、成本和风险低的特点。该工艺技术可为实现智慧油气田井筒自动化控制提供新的解决方案,提出的方法和思路对其他井下智能工具的研发亦具有一定的参考意义。

智能井下节流器控制系统设计

智能式井下节流器满足智能完井和数字化油气田技术的自动化和数字化要求,是未来井下节流器发展的趋势。针对井下智能节流工艺技术需要,采用CAN总线技术构建一套适用于井下智能节流器的控制系统。介绍了CAN总线的技术原理;详细阐述了构建基于CAN总线的伺服控制系统体系结构和控制模式、控制系统的数据逻辑结构模型以及基于分层设计法的系统软件架构模块;给出了整个控制系统的软件运行实例和操作流程。实验反馈数据表明,该控制系统能实时精确地对井下电机完成远程控制,满足智能井下节流器要求的动力控制需求。该系统设计方法对其它智能化井下工具的研发具有一定启发意义。

煤矿井下排水智能控制系统研究

在煤矿事故中,水灾作为第二大元凶,造成了较大的经济损失和人员伤亡,于是对煤矿井下进行合理的排水十分重要。文章设计了一种井下排水智能控制系统,能够实现智能化控制井下排水。通过对系统的整体结构设计、硬件和软件的设计,能够增强系统运行的稳定性和灵活性,使得系统在理论上具有较好的应用效果。

煤矿井下智能化高效掘进控制体系的研究

井下智能化高效掘进控制体系是一种采用智能化技术实现煤矿掘进控制的新型技术体系,其具有优化煤矿生产过程、提高资源利用效率、提高企业经济效益等显著优势。智能化掘进技术作为当前最具发展潜力的技术之一,在煤矿生产中的应用前景备受关注。基于此,从煤矿智能化掘进技术的体系结构、应用价值、应用方法等方面进行详细阐述,以期为煤矿智能化掘进技术的推广和应用提供参考和借鉴。

“物联网+”智能分层测配注水系统应用

传统人工上井测调方式存在野外作业环境恶劣、操作复杂、测调配成功率低、周期长、配注不合理、无效注水多、耗能多、人工成本高、安全隐患多等问题。针对上述难题,依托油田内部网络SCADA系统,采用远程采集控制终端(RTU),对接应用波码通信数字式分注技术,联合研发“物联网+”智能分层测配注水系统。2021年在邵家油田现场应用,根据每层油层注水需要,调整水嘴开度,减少无效注水,增加原油产量,降低注水单耗。年获经济效益891.95万元。实现精细分层注水后,注入井分层测调工艺向物联网人工智能方面转变,升级换代到无人化、全自动智能测调方式,大幅提升工作效率,改善工作环境。

智能钻孔井下电视在岩溶勘察工程中的应用

智能钻孔井下电视具有直观可视、高分辨率精度、全孔井壁覆盖率、清晰精确、传输及时等特点,是认识钻孔中地质体的有效技术方法。本文以昆明长水国际机场改扩建工程场地为例,介绍智能钻孔井下电视成像技术在识别岩(土)层界面、探明地下水位和地下水活动情况、量测结构面产状、探明溶蚀裂隙及破碎地带、查明空洞及溶洞充填物等方面的应用。结果表明,智能钻孔井下电视成像技术提取的地质信息具有有效性。

基于边云协同框架的煤矿井下实时视频处理系统

目前煤矿井下智能视频监控主要采用云计算方式处理实时视频,视频传输占用的网络资源多,时延高,无法实时响应监控区域发生的紧急事件。针对该问题,提出了基于边云协同框架的煤矿井下实时视频处理系统,将实时性强的目标识别任务下放至边缘端,将计算量大且实时性弱的边缘设备整合等任务放至云端处理。在视频监控现场,利用部署在边缘设备上的神经网络模型对视频监控图像进行本地处理;通过井下异构融合网络将不同网络环境中边缘设备的处理结果和模型参数等信息发送给云服务器;云服务器针对性地对各场景中的边缘设备进行模型更新、推送,最终实现边云数据实时交互和边缘端服务的在线优化。针对目标检测模型Tiny-YOLOv3无法提取到图片的深层特征、易出现梯度消失和过拟合现象等问题,依据残差结构设计了下采样残差模块,对Tiny-YOLOv3进行改进,以提高模型的深度特征提取和泛化能力。在边云数据交互的基础上,对边缘设备上的目标检测模型进行针对性场景优化,以提高边缘设备端模型检测的准确率。测试结果表明:改进型Tiny-YOLOv3模型的稳定性与数据泛化能力优于YOLO和Tiny-YOLOv3;经过单一场景的特化训练后,改进型Tiny-YOLOv3模型的目标识别更加精准;与云计算相比,边云协同框架可显著降低监控视频处理时延。