煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展

当前,煤矿智能化正在向着中高级阶段迈进,煤炭工业数智化转型迫切需要实时掌握煤质煤量全面信息,因此,开展了煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展综述研究。在分析煤质煤量检测技术工业应用需求的基础上,重点阐述以激光诱导击穿光谱法(LIBS)及其与其他光谱联合的多光谱联用技术为代表的光谱学技术的基本原理、优缺点、研究进展与工业应用情况和以图像分析为代表的人工智能煤质煤量检测方法。然后,基于不同技术的工业应用情况进行问题梳理,分析实时煤质煤量在线检测技术在工业应用中的技术局限性,包括:基于技术原理的探测精度问题;由复杂环境因素引用的设备稳定性问题;基于大量数据处理的算法分析问题;煤炭全产业链应用的技术适用与灵活性问题。最后,对未来煤质煤量全面分析及在线检测技术提出4点发展建议:结合地质条件的煤质在线检测技术研究;工业化多光谱联用技术研究;光谱学与图像分析技术联用煤质煤量全面分析技术研究;智能化在煤质煤量实时检测的深入应用研究。智能化煤质煤量全面分析及在线检测装备研发需多学科共同努力,基于煤岩学、光谱学、仪器仪表工程、数据处理和模式识别、人工智能和机器学习等多学科科学技术,建立工业应用场景-煤质煤量参数-实际应用指导数据库,是实现智能化煤质煤量在线检测,掌握和预测全面煤质煤量信息的重要发展方向。

模拟降雨条件下重构阻水层对坡面风化煤矸石产流产沙的影响

[目的]为缓解水分因子对高寒矿区扰动土体无法形成冻土带来的不利影响,研究提出扰动土体下方添加高阻水性材料亲水性聚氨酯(W-OH)重构底部阻水层(近似无缝隙的不透水层)的设计方案,分析重构阻水层后高寒矿区风化煤矸石坡面入渗、产流和产沙的变化特征,为高寒矿区扰动坡面冻土重现以及重构阻水层的坡面水土流失防治提供理论支撑。[方法]通过人工模拟降雨试验,研究在60和90 mm/h降雨雨强条件下,重构阻水层(添加W-OH浓度0%,1.5%,2.5%,3.5%,4.5%)后不同坡度条件的(3种坡度5°,15°,25°)的风化煤矸石坡面入渗特性和水土流失变化规律。[结果]①重构阻水层后的煤矸石坡面稳定入渗率较自然坡面明显降低,且与W-OH添加浓度呈负相关关系;②煤矸石坡面产流率随时间变化呈现先快速上升后逐渐平稳的变化趋势,平均产流率与W-OH添加浓度呈现正相关关系,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5%W-OH的煤矸石坡面平均产流率较自然状态增加26.75%,38.02%,46.90%,63.23%;③坡面平均流速与降雨雨强、W-OH添加浓度和坡度均呈正相关关系,影响程度表现为:降雨雨强>坡度>W-OH添加浓度。④坡面产沙率随时间变化曲线多为“单峰”曲线,呈现先迅速上升随后缓慢下降最终趋于稳定的变化趋势,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5%W-OH的煤矸石坡面平均产沙率较自然状态增加26.98%,49.48%,71.64%,94.01%。[结论]重构阻水层对坡面风化煤矸石渗透性能降低明显,能有效帮助高寒矿区扰动坡面的冻土恢复和形成,但入渗率的降低使坡面更容易产生径流,增加了地表的产流产沙,可配置一定的水土保持措施。

基于节能优化的带式输送机智能控制系统设计

基于区间二型模糊算法设计带速煤流量匹配算法,通过设计鲁棒性强的二自由度PID算法对输送机的电机进行调速控制,以此设计带式输送机自动节能控制系统。经过在MATLAB/Simulink环境下对整个节能系统进行仿真验证,发现基于节能优化的带式输送机智能控制系统设计不仅在上升时间、调整时间及绝对误差方面实现了明显改善,而且实际输送机带速不仅紧密贴近于期望的带速,甚至在多数情况下略有超出。

唐钢新区高炉提升煤比的措施及效果

唐钢新区高炉投产以来,原燃料质量波动导致了炉况不稳定,主要表现为煤气流不稳定,操作炉型不受控,为保持顺行主要采用轻负荷操作,煤比在125~135kg/t。通过采取改善原燃料质量、改进炉前出铁操作、优化工艺参数及调整操作制度等措施,煤比由130kg/t逐步提升到150kg/t以上,并稳定在160~170kg/t,同时实现了燃料比下降。认为:①高炉煤气流稳定、操作炉型规整是提升煤比的关键;②良好的原燃料质量是高炉稳定顺行的基础;③稳定的外部条件,减少操作影响,发展两股气流的上下部制度,有利于提升煤粉利用率。

基于煤流精准监测带式输送机运速的匹配节能控制

为解决当前带式输送机恒速运行控制所导致的设备能耗较大且效率较低的问题,先对带式输送机煤流量的实时准确监测方法进行研究,确定基于双目视觉系统为基础实现对煤流量的精准监测,基于BP神经网络算法对带式输送机的能效进行优化得出煤流量与最佳运速之间的关键,最后基于PLC控制器设计了带式输送机智能调速控制系统,并对其能效进行了验证,达到了预期的效果。

一面四巷瓦斯抽采对采空区遗煤自燃影响数值模拟研究

为研究高瓦斯易自燃煤层不同瓦斯治理条件下采空区自燃“三带”及温度场分布变化规律,结合某高瓦斯易自燃工作面的实际条件,构建了“一面四巷”采空区自然发火物理模型,将程序升温试验得到的煤样氧化耗氧参数和放热参数应用到数值模拟中,分别研究了不同供风量、低抽流量及高抽流量对采空区自燃“三带”及温度场分布的影响,定量分析了氧化带最大宽度、氧化带面积和采空区最高温度点等参数随供风量、低抽流量及高抽流量的变化规律。结果表明:在模拟测试范围内,提高供风量、低抽流量及高抽流量均会造成采空区漏风量增多,不利于采空区遗煤自燃防治;最高温度点变化不明显(仅在1 K范围内变化),高抽流量变化对采空区氧化带宽度和面积及最高温度的影响大于供风量和低抽流量;氧化带最大宽度随供风量增大而增加,采空区最高温度和氧化带面积随供风量增加而减小,供风量从1600 m^(3)/min增加到1900 m^(3)/min时,氧化带最大宽度增加了2 m(74~76 m),最高温度降低了0.1 K(315.38~315.28 K),氧化带面积减小了180.08 m^(2)(8669.49~8489.41 m^(2));氧化带最大宽度随低抽流量增大而增加,采空区最高温度和氧化带面积均随抽采流量增大而增加,低抽流量从200 m^(3)/min增加到300 m^(3)/min时,氧化带最大宽度增加了2 m(75~77 m),最高温度升高了0.152 K(315.340~315.492 K),氧化带面积扩大了51.56 m^(2)(8553.79~8605.35 m^(2))。高抽流量从80 m^(3)/min增加到240 m^(3)/min时,氧化带最大宽度保持在75 m,最高温度升高了0.76 K(315.13~315.89 K)。

基于三节炉测碳不确定度的影响因素分析

煤中碳含量的测定对研究煤的分类有着重要的意义,通过碳含量的测定对煤质质量的判定有着重要的作用,碳含量的检测通常使用三节炉法,该方法简便、成熟,但是试验过程中影响因素却比较多,本次研究就对三节炉法测定碳含量进行不确定度评价,以测得值与真实值可能存在的差异大小,同时也可对提高试验的准确性和精密度进行有效指导。本试验选用低阶煤作为样品进行检测,通过分析影响因素确定不确定度评定的来源,经过多次测量,测得的碳含量结果是67.84%时,以常规选择不确定度来源进行分析,扩展不确定度U=0.00542%,吸收管的增重称量为主要影响因素;当将气体流速和环境湿度以黑箱模型加入计算时,扩展不确定度为0.029%,经分析,环境湿度为主要影响因素。

准东煤飞灰沉积特性及数值模拟研究

针对燃用准东煤锅炉出现的积灰结渣现象,研究了准东煤在不同灰化温度下灰颗粒元素含量变化,建立灰沉积模型,对灰颗粒在圆管壁面的沉积特性进行数值模拟.结果表明:烟气温度600℃时,灰颗粒表面无明显熔融现象,且EDS结果中Si、Al元素含量高,计算黏度值远高于临界黏度,随着烟气流速提高,反弹的灰颗粒粒径减小,积灰扩展角减小;随着烟气温度升高,烟气温度800℃时的最大积灰厚度为烟气温度600℃时最大积灰厚度的近3倍,灰化温度达到800℃时灰颗粒表面出现黏结现象,灰颗粒的黏附能力增强;烟气温度达到900℃时,积灰厚度进一步提高,结合实验结果可知,微米级灰颗粒表面出现明显熔融现象,且EDS结果显示Fe元素含量高达28%,计算黏度值接近临界黏度.

沁水盆地典型煤矿区煤的流速敏感性实验及控制机理

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透率随流速发生变化,且存在一个临界流速。在临界流速之前随着注入流量(或流速)的增加煤样渗透率增加,当流速超过临界流速后,煤样的渗透率随着流体流速的增加反而减少。煤储层流速敏感性主要受控于煤储层物性和煤中速敏矿物。随着煤储层孔隙度、渗透率和流体流量的增高,煤储层速敏损害率按对数函数关系增高。实验煤样黏土矿物占矿物质含量为66.63%~99.89%,主要以高岭石、伊利石为主,存在潜在的速敏伤害,速敏实验结果表明,本区实验煤样存在不同程度的速敏损害,煤样速敏损害程度由弱至中等偏强,临界流速低。随着煤中黏土矿物含量的增加,煤储层速敏损害率也增高。在煤层气井排采过程中,寺河煤矿和西山煤矿煤层气井排采降速应为赵庄煤矿的6倍左右。

地面钻井抽采卸压煤层及采空区瓦斯的流量计算模型

以神华宁夏煤业集团乌兰煤矿地面钻井瓦斯抽采系统为研究背景,根据质量守恒和能量守恒定律,建立了确定地面钻井抽采卸压煤层及采空区瓦斯流量的数学模型,采用该模型对乌兰煤矿保护层开采区域钻井抽采的不同瓦斯源的流量进行了计算,结果表明,2、3号卸压煤层瓦斯抽采量占总抽采量的52.0%～89.1%,充分反映了保护层开采具有显著的卸压效果。

粒煤在补气料仓中的下料特性

在自行设计的有机玻璃料仓系统上对粒煤下料过程及其特性进行了实验研究。当料位在筒仓段时,粒煤以整体流形式稳定下料;当料位下降到斗仓段时,粒煤以中心流形式流动下料。研究结果表明,斗仓段的松动风对粒煤下料流率和下料稳定性有重要影响,当在斗仓段单层低位通入松动风且风量较大时,粒煤下料呈间歇式喷射流动,下料流率最大,但在补气位置附近容易形成气压平衡拱,影响粒煤下料稳定性。当松动风在斗仓段3处不同高度的位置同时补气时,下料稳定性最好,同时下料流率也很大。研究还表明,窄筛分粒煤的粒径越小,下料流率越大,0～2.50 mm宽筛分粒煤与0.35～0.60 mm窄筛分粒煤的下料流率基本相等。

煤粉漂移对神华煤直接液化工艺影响及预防

为了降低煤粉漂移对煤直接液化生产过程的影响,通过降低热高压分离器、常压塔顶气相流速,提高煤液化生成油过滤器的过滤精度,来减少煤粉漂移;同时,通过对相关部位沉积煤粉量前后计算来验证改造效果。结果表明:通过降低气相流速,热高压分离器气相夹带煤粉量由5.07 mg/m3降低到0.304 mg/m3以下,常压塔顶气相夹带煤粉量由26.89 mg/m3降低到5.38 mg/m3以下;通过增设过滤器及提高过滤精度,煤液化生成油夹带煤粉量降低约0.08%。煤粉漂移问题的产生主要是热高压分离器、常压塔顶气相以及煤液化生成油过滤精度低夹带共同作用的结果。

激光诱导击穿光谱法测量煤粉流的控制因素

用激光诱导击穿光谱(LIBS)法直接检测煤粉流时需要对主要控制因素进行优化,本文采用正交实验法考察了3个主要控制因素:功率密度、积分延迟时间和单位截面流量对LIBS测量煤粉流的影响。选用粒径小于0.2mm的煤粉作为实验样品进行了统计分析和方差分析。结果显示:在实验所选取的参数范围内,功率密度、积分延迟时间对有效激发率有显著影响,单位截面流量的影响程度最低。优化后的方案为:功率密度9.4×1011 W/cm2,积分延迟时间1 500ns,煤粉流量根据经济性原则在合理范围内选取。得到的结果表明该方法可用于指导煤粉流的实际在线测量。

惰化降温耦合作用下的采空区低温CO_2注入流量与温度研究

为了更好地使用LCO_2预防采空区煤自燃安全事故,结合宣东二号煤矿Ⅲ3煤层209工作面的实际条件,利用FLUENT数值模拟的方法,分别研究了低温CO_2的不同注入流量与温度对采空区氧化带内最高点温度、氧化带宽度和最大高温区域温度的影响。发现随着注入流量的增大,氧化带宽度与温度先逐渐下降后趋于平缓,注入温度的下降对回风侧高温点影响不大,而能将入风侧采空区最大高温区域温度降低。研究表明,注入流量增大到一定程度后对缩小采空区氧化带宽度的作用变小,而注入温度的下降对回风侧存在高温发火危险的采空区降温效果不佳。

某1000MW对冲燃烧超超临界锅炉水冷壁汽温偏差分析及设计运行对策

针对1000MW超超临界锅炉水冷壁出现的较大汽温偏差进行了试验研究和水动力计算。在锅炉结构和燃烧方式的基础上建立了平顶山发电分公司锅炉的流动网络系统水动力计算数学模型,根据计算模型划分的流动回路在现场布置了相关试验测点。通过现场启炉试验、变磨煤机投运方式试验和中间混合集箱混合效果试验,结合水动力计算结果,探索各因素影响汽温偏差的规律。研究结果发现,升负荷速率和局部热负荷过大会造成较大汽温偏差,启炉过程中应控制升负荷速率不大于25MW/min;在4台磨投运试验工况中推荐BCEF组合方式,5台磨投运试验工况中推荐ABCEF组合方式;中间过渡段混合集箱50%BMCR负荷至100%BMCR负荷混合效果良好。在锅炉整体结构设计方面,需通过增大进入上炉膛前墙的流动截面积以改变前墙水动力适应性,降低其热敏感性。

改进的基于能量平衡法的风粉监测

为了更准确地得到风粉混合管温度测点位置以及煤粉流量,从热平衡的角度分析了煤中水分对风粉混合带来的影响,并对能量平衡法测量煤粉锅炉风粉流量的一维模型进行了修正。根据模型,风粉混合温度测点最佳位置在风粉混合后3m处。

济三选煤厂粗煤泥截粗试验

通过分析济三选煤厂煤泥水系统工艺流程,说明煤泥水桶溢流量大,超粒度物料进入压滤循环系统,离心液中大量末精煤经筛网离心机处理后直接变成煤泥混入中煤,+0.1753 mm物料进入煤泥水系统后成为产品煤泥,损失了精煤等原因造成了选煤厂煤泥水系统跑粗,提出了解决系统跑粗问题的关键在于控制煤泥水桶溢流、斗子捞坑的入料粒度及旋流器溢流。通过在煤泥水桶四周建溢流堰,增加倾斜角度的筛板,建集料桶,安装煤泥振动筛和弧形筛,将进入捞坑的所有水全部打至煤泥水桶等措施对粗煤泥回收系统进行了工艺改造。最后对选煤厂改造效果进行了分析,结果表明:选煤厂改造完成后,减少了粗颗粒进入压滤系统,减轻了煤泥水系统压力,提高了精煤产率,降低了设备事故率,每年可回收末精煤3652.11 t,创造效益189.91万元。

煤层气井排采过程中煤粉运移规律研究

研究煤粉运移规律并以此制定减少煤粉产出的措施是保证煤层气井高产、稳产的关键。基于煤粉颗粒在煤岩通道中的运动学和动力学分析,建立了煤储层中煤粉随流体运移的数学模型,并依据现场调研资料研究煤粉粒径、通道孔径等因素对煤粉运移的影响。实例分析结果表明,煤储层中煤粉颗粒运移的临界流速表征了煤层气井开始产出煤粉的特征值,当流体流速达到临界流速时煤粉即发生运移。随煤粉颗粒和通道(喉道)半径不断减小,煤粉运移临界流速逐渐降低,颗粒更容易运移,将加重煤层气井的煤粉产出量。骨架煤粉颗粒的增大和相邻颗粒质心连线与通道方向间夹角的减小使得通道孔壁变得更加粗糙,煤粉运移临界流速逐渐提升,这会减轻煤层气井的出煤粉问题。该研究首次系统而定量的分析了煤储层中煤粉运移规律,为控制煤层气井出煤粉量和采取合理的排采作业方法提供了重要依据。

预分解窑系统在稳定运行条件下的用风

根据预分解窑系统煤粉燃烧的特点，结合国内几家预分解窑的实际生产情况，探讨了窑炉在稳定运行条件下的用风量及其风量平衡问题，强调指出烧成系统风、煤、料的合理匹配对系统正常运转的重要性，为指导工厂的实际操作提供了参考。

遗传算法在火电机组冷端系统优化中的应用

针对火电机组冷端系统的影响因素进行全面的分析,获得以供电煤耗率最小为目标函数,以循环水流量、循环水温度、凝汽器过冷度、凝汽器结垢、漏空气等客观条件为变量的优化模型。运用遗传算法对机组多因素进行了优化,得到最小煤耗及其对应的各参数优化条件。通过比较发现运用遗传算法不仅能快速准确地对冷端系统进行优化,而且还能通过参数的自动调整对由于某些参数缺陷所造成的经济性下降进行补偿,以获得最佳的运行方式,实现最大的经济效益。