智能化建井理论技术研究与工程实践

基于煤矿建井阶段的智能化发展需求,提出了“智能化建井,建智能矿井”的定义与科学内涵,阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破难等问题;构建了由感知层、传输层、边缘层、平台层和执行与应用层组成的智能化建井系统总体架构,研发了由斜井掘进控制、竖井钻进控制及综合保障系统构成的智能化建井协同控制系统;总结了煤矿智能化建井通过基础理论研究、工艺设计、智能装备研制、控制系统研发、现场工程示范的一体化研究思路,解决煤矿建井过程中全断面机械破岩效率低、掘进复杂地层难、地下水防治及井筒稳定性与支护困难的技术难题。通过延长石油集团可可盖煤矿的智能化建井工程实践,形成了斜井敞开式全断面智能掘进工法,实现了斜井掘进“探-掘-支-锚-运”一体化作业;形成了竖井“一钻完井”智能化钻井工法,实现了竖井钻进“井下无人施工”本质安全作业,打造了行业智能化建井的工程与技术示范,形成了煤矿智能化建井的“延长模式”。最后结合煤矿智能化发展趋势,提出煤炭行业建井应共同遵循的原则与目标、当前工作和发展方向,并号召全行业聚焦智能化建井技术领域,推动煤矿建设向安全高效绿色智能方向发展。

复杂地层条件智能化建井关键技术及发展趋势

井筒智能化建设是地下矿物资源开采、地下空间开发利用等领域高质量发展的重要技术支撑,也是井筒建设发展的必然趋势。在分析我国深厚冲积地层、硬岩地层、岩溶地层、富水弱胶结地层4种典型地层条件下现有建井技术的基础上,以西部富水弱胶结地层煤矿盲竖井建设为典型代表,从地质探查、地层改性、掘进装备、支护结构等方面梳理了智能化建井面临的挑战;深入剖析了复杂地层条件下智能化建井需要继续解决的问题及技术发展趋势,包括建井地层全信息探识与重构技术、智能化冻结控制技术、掘进装备破岩-排渣及智能化控制技术、掘-支协同智能化控制技术、仿真决策与智能化管理系统平台;提出了智能建井的发展建议,以期为推动智能化建井技术发展提供参考。

我国竖井掘进机研究热点综述

向地球深部进军是资源开采的必然趋势,竖井掘进机作为深地开发的关键装备,逐渐备受关注。为了解竖井掘进机的研究情况,利用CiteSpace软件,对中国知网数据库的全部有关文献进行可视化分析。研究发现:竖井掘进机领域的相关研究正处于快速发展阶段,研究热点主要侧重于竖井掘进机的破岩理论、装备研制和应用,并对这3点进行详细论述;而掘进效率的提升、智能化凿井以及绿色低碳建井是研究的前沿及发展趋势。可见,竖井掘进机领域的研究呈多学科融合态势,未来仍是广大学者关注的重点。

钻井法凿井在我国西部地区的应用分析——以可可盖煤矿进风立井采用钻井法施工为例

钻井法凿井技术在我国中、东部煤矿已得到广泛应用,但在西部地区尚无成功应用先例。钻井法施工煤矿立井比冻结法有更多优点,但它在西部地区的应用中存在着地质条件复杂、气候寒冷、设备性能落后等各种问题。随着新设备、新工法、新措施的实施,钻井法凿井技术会逐步解决在西部地区推广应用的各种问题,通过技术更新实现智能化,提高西部地区煤矿智能建井水平,推动行业技术进步。

“科技乙方”商业服务模式创新及应用

基于矿山特殊施工高科技企业专业和核心技术优势,研究提出了“科技乙方”商业服务模式,通过提供科技含量更高的产品和服务,有效释放新质生产力的科技效能,该模式成功解决特殊凿井领域中大量“卡脖子”技术难题,并引领我国地下工程特殊施工技术的发展。“科技乙方”以技术力量实现价值创造,主要服务产品包括冻结技术、注浆技术、钻井技术及装备、智能化建井设计及建设、国家重大引调水技术服务。“科技乙方”是“技术+装备+工程”整体解决方案的提供商,在实施过程中对新出现的技术难题即时研究解决能力更加突出,已经在山西省中部引黄工程地面定向钻孔预灌浆工程和涌水应急抢险堵水工程中得到了实践检验。

煤炭开发工程“五化协同”模式研究

矿业工程是人类获取能源与原料的重要手段,随着新一代信息化技术与传统采矿技术的深入融合,传统矿业工程管理技术难以适应煤炭资源高效开发与利用的需求。由此,提出了基于融合赋能管理思想的“五化协同”工程管理方法,阐述了包含绿色化、智能化、集成化、专业化、精细化的“五化”主要内容,分析了“五化”协同建设的多目标、协同、开放、伺服、自组织等特性,构建了以价值最优化为整体目标,以“五化”协同融合为核心的全生命周期工程构架体系。在指导煤矿智能化建设实践中,取得了智能化开采与智能化建井工程的安全高效建设。为矿业工程决策、建设与管理提供了一条科学的可借鉴、可复制的工程管理模式,以引领我国煤矿智能化建设与管理新方向,践行工程与经济、工程与技术、工程与管理及人与自然和谐统一的工程哲学思想,对于工程建设与管理具有重要意义。