山东能源临沂矿业集团有限责任公司打造智能化设备管理及监测诊断平台

煤矿企业经过几十年的发展,机械自动化程度得到了很大提高,目前,在自动化控制技术、矿山通信技术、矿山信息管理系统等方面取得了显著进展,大大降低了工人的劳动强度,提高了煤矿生产效率。但是,在设备管理、健康监测、故障诊断方面依然存在着较大不足,矿山信息孤岛、规范标准缺乏、系统封闭等问题依然普遍存在。项目基于朗坤苏畅工业互联网平台,为临沂矿业集团有限责任公司下属古城煤矿和王楼煤矿建立智能化设备管理和监测诊断平台,通过建立设备台账、技术档案、设备备件、巡点检、预防性维护、设备检修的管理体系,将财务资产、备件物资与设备资产统筹管理。通过在设备上加装必要的振动、温度、转速等传感器,实现对设备运行状态的全面感知,应用专业的信号分析技术和故障诊断技术,实现煤矿重要机电设备的24小时连续状态监测、早期故障预警与故障诊断功能。项目的实施大大减轻了煤矿运维人员的劳动强度,预防和减少了设备故障的发生,提高了煤矿生产率,为煤矿企业创造了可观的经济效益。

青春在奋斗中闪光——记山东能源临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿综掘一区优秀共产党员周波

2019年7月初,刚被山东省国资委党委评为省属企业“优秀共产党员”的山能临矿菏泽煤电公司郭屯煤矿综掘一区职工周波,又被该公司党委表彰命名为“菏煤奋斗者”称号。面对沉甸甸的荣誉,年仅30岁的周波却显得异常冷静,他谦虚地说:“作为煤矿掘进战线的共产党员和班组长,我的任务就是要以自己的模范行动带领大家抓好安全、完成任务,成绩属于和我一起并肩战斗、冲锋陷阵的每一名成员。”

蒙山沂水续新曲 科学发展铸辉煌——山东能源临沂矿业集团推进“六大工程”建设

10年前,一年销售收入3.6亿元,连续28年亏损,企业被原煤炭工业部确定为全国36家特困企业之一,濒临破产的边缘。10年后的今天,仅用10个月的时间该企业就完成销售收入108亿元,实现利润17.4亿元,资产总额突破145亿元,人均产值、效益、效率达到山东省煤炭行业一流水平。

“5+N”煤泥减量化工艺在临沂矿业集团选煤生产中的探索与实践

为解决制约煤泥减量化生产的难点,山东能源临沂矿业集团各选煤厂精准定位各自工艺流程、装备水平及现场管理存在的问题及主要挖潜点,在粗煤泥分选回收、煤泥浮选、尾煤泥截粗掺配、压滤煤泥干燥破碎掺配、褐煤干选等工艺环节上因煤制宜、分类实施,创新衍生煤泥精回收工艺,形成了“5+N”煤泥减量化分选创效体系,实现了煤泥产量及质量的“双降”,达到了分选效益最大化,取得了社会效益和经济效益的双丰收。

临矿集团煤质管理信息系统的建设与应用

分析了山东能源临矿集团煤质管理系统信息化现状及存在问题,定向开发建设了集团煤质管理信息系统,主要包括煤质管控系统、数字化实验室系统、产销协同管控系统,实现了从煤炭开采到洗选加工、储装运销全流程煤质数据的在线采集、分析、共享,满足了企业集团化、多层级、多部门管理的需要,取得了良好的应用效果。

株柏煤矿新能源综合利用方案研究

株柏煤矿对原有的能源系统进行改革,取消了锅炉燃煤等传统的能源消耗方式,改为太阳能、压风机余热利用以及水源热能利用。

深埋煤层回采巷道支护参数优化设计

深部煤层受高地应力及采动应力的影响,巷道围岩破碎松散,支护问题较为突出,围岩变形速度快,持续变形时间较长。以古城煤矿3103轨道顺槽的支护方案为研究对象,通过数值计算对支护参数进行优化,采用巷道顶帮强支、强护,底板弱支、弱护,围岩钻孔卸压的“强+弱+卸”三位一体综合围岩控制技术,巷道围岩变形量有所减小,两帮支护效果较为明显,围岩变形量分别减少了37%和14%,优化支护方案符合煤矿的安全生产要求,保证了巷道在掘进过程中安全可靠性。

黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践

为研究黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦新技术,选取山东省德州市邱集煤矿采煤沉陷地为研究对象,提出了间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术工艺流程并进行实践,通过研究复垦农田地貌景观、土壤剖面、复垦土壤理化性质以及复垦农田生产力,揭示复垦新技术工艺的优越性。结果表明:黄河泥沙间隔条带式一次性充填采煤沉陷地复垦技术可行,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率可达95.12%;技术实现表土和心土的分别剥离与回填,构造出与原有农田相似的上部60 cm土层结构,具有较好保水性和持水性,但在覆土过程中存在机械压实情况,具有较高的密度和较低的孔隙度;复垦农田覆盖土壤p H值较高,覆土层属于中度盐土,其基本不缺全磷、全钾(中高水平),轻度缺少速效钾状态(中级水平),缺少速效氮、有效磷、有机质(低级水平)和严重缺少全氮(极低水平),因此在复垦农田耕种过程中注意施加氮肥和有机肥;实地测产发现,复垦农田玉米产量(11 961.07 kg/hm2)与对照农田产量(13 032.80 kg/hm2)无显著差异(P<0.05),说明复垦当年即可达到原有农田产量。通过山东省邱集煤矿采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦的实践,验证了黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术的可行性,并可为该技术在其他地区的推广提供借鉴。

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其“控底-助帮”的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。

循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征

煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下煤样变形破坏各阶段能量积聚、耗散和释放的转化机制及其与煤样碎块块度分布规律的内在关系,为开展重复载荷作用下煤岩破裂响应及破坏机制的研究提供依据。试验结果表明:煤样能量转化具有明显的阶段性特征,可分为能量初始积累阶段、能量加速积累阶段和能量快速耗散阶段。煤样破坏前耗散能所占比例经历了高—低—高的过程,而弹性能则相反,加载后期弹性能比例下降或耗散能比例的升高,预示着煤样进入加速破坏阶段;能量集聚和释放与加载速率密切相关,随着加载速率的增大,峰值前弹性能所占比例逐渐增加,煤样破坏前更多的能量以弹性能形式储存在煤样体内,岩石破坏后,更多的能量被释放出来,煤样破坏越剧烈,其宏观破坏形态由剪切张拉和劈裂破坏向弹射破坏过渡;循环加卸载下煤样碎块分形特征具有明显的分段性,在小于尺寸阈值范围内具有较好的自相似性特征,不同加载速率下碎块分形维数为2~3,且随加载速率的增加成线性增长;加载速率越大碎块分形维数越大,煤样破碎程度越高,大块碎块所占比例越小,煤样碎块越破碎且单块碎块质量越小,煤样发生动力灾害的危险性越大。

会宝岭铁矿全尾砂胶结充填最优配比试验研究

会宝岭铁矿拟采用全尾砂骨料和水泥胶凝剂进行嗣后充填，对料浆流动性及充填体强度开展全尾砂胶结充填料配比试验。采用回归正交组合设计方法对全尾砂料浆的坍落度、充填体养护28天和90天的强度性能进行了研究。结果表明：料浆浓度在70％～75％时可泵性较好；充填体养护28天和90天的抗压强度、弹性模量、内聚力随着料浆重量浓度、水泥用量的增加有增大的趋势；强度性能回归分析得出充填浓度75％、水泥用量10.5％的情况下，全尾砂胶结充填体达到满足该矿生产需要的最佳强度性能。

煤矿信息全面感知与智慧决策系统

针对目前煤矿安全生产过程中存在煤矿信息感知能力差、决策水平低的问题,提出了一种煤矿信息全面感知与智慧决策系统。该系统由胶囊网络层、数据传输层和云服务层组成:胶囊网络层由人员位置与行为感知胶囊、设备状态感知胶囊、环境感知胶囊构成,实现煤矿"人、机、环"全面感知;数据传输层采用无线传感器网络与有线网络结合的方法来实现煤矿井下数据可靠传输;云服务层通过基于随机森林的智慧决策机制为煤矿生产高效、可靠决策提供了保障。实验结果验证了该系统的有效性。

黄河北煤田顶底板定向注浆关键技术

为有效解决我国黄河北煤田面临的顶底板含水层双重水害问题,以山东能源邱集煤矿水害治理为例,在矿井水文地质和水害特征分析的基础上,确定了超前主动、区域协同、逢漏必注和安全推进的防治水理念;提出了"顶底板同注+帷幕注浆"的灰岩水害治理技术,采用"梅花式"与"上下穿层式"的钻探方式实现了含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道的有效探查,通过等距离定向钻孔和井上下水文钻孔实时观测技术确保了高质量精准注浆;截至2018年底注浆工程共施工19个主孔,95个分支孔,累计完成进尺64 183.74 m,注入水泥329 035 t、粉煤灰24 845t。结果表明:注浆治理后区域内四五灰和徐灰的水压明显减小,涌水量均小于10 m^(3)/h,实现了11煤层的安全揭露和工作面试采,说明黄河北煤田定向注浆关键技术可以有效封堵含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道,实现含水层岩溶裂隙和导水通道的高质量精准注浆。

加载速率对大尺寸试样破裂特性的影响规律

结合当前我国矿井高强度快速推采的现状,系统分析了双轴加载速率对大尺寸岩体破裂的影响规律。以山东能源济宁矿区深部岩体所处的复杂环境为背景,确定了与深部岩体力学特性相似的混合砂浆材料的最优配比。采用自主研发的岩石应力–渗流耦合真三轴试验系统和美国生产的PCI-2声发射系统,分析了双轴加载下加载速率对大尺寸试样破裂的影响规律,揭示了加载过程中单裂隙和双裂隙试样的破裂和声发射行为特征。研究表明:当加载速率为1.5 kN/s时,单裂隙试样在剪切作用下易起裂形成反翼裂隙;试样双裂隙的岩桥倾角越大,越有利于试样的加速破坏,产生的声发射事件数较少,表现出岩体破裂的突变性。

会宝岭铁矿全尾砂废石复合充填体沉降试验

全尾砂废石复合充填体沉降是一个复杂的非牛顿流体与固体混合物的连续介质力学加载过程,难以通过经验估算或理论推导获得其沉降规律。为研究会宝岭铁矿全尾砂-废石复合充填体沉降问题,通过相似模型试验的方法,对不同比例(高度)全尾砂、废石组成的复合充填进行室内试验模拟。结果分析表明:复合充填体中废石所占比例与其总沉降量呈递减函数关系;复合充填体总沉降量与时间的拟合关系为递减对数关系,且拟合曲线在15 d时斜率明显减小,故在15 d后复合充填体沉降量趋于稳定,可进行顶板胶结作业;比较不同废石比例的复合充填体沉降稳定所需时间,1/2废石比例的复合充填体沉降稳定最快。

回采巷道围岩稳定性的分类预测方法分析

通过SVM分类机、朴素贝叶斯分类器和决策树算法,利用Matlab和WEKA软件以及粗糙集理论分析并验证了7个非线性因素对回采巷道围岩稳定性的影响。成功实现了对回采巷道围岩稳定性基于3种不同算法的训练和预测。从详细精度、混淆矩阵和节点错误率这3个方面分别比较了3种算法对回采巷道围岩稳定性分类预测的适用性。结果表明决策树算法不适用于对回采巷道围岩稳定性进行分类预测,SVM优于朴素贝叶斯分类器。

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统(TGIS)的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了:①采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;②三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;③综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;④为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。

智能矿井安全生产大数据集成分析平台及其应用

针对智能矿井建设需要监控实时化、系统集成化、数据海量化、控制协同化和决策在线化的实际需求,提出建立高度集成的大数据分析平台,为决策支持和协同管控服务。在阐述煤矿大数据特征的基础上,提出了服务于智能开采的大数据集成分析平台设计的具体要求,并对"一张图"协同管理、平台技术架构和数据处理流程进行了阐述;设计了由设备感知层、数据资源层、平台服务层、大数据分析应用层构成的系统总体架构;研究了数据集成、知识集成等技术,开发了包括煤矿安全状况评估打分子系统、煤矿安全问题推理解释子系统、诊断任务配置与管理子系统在内的安全生产大数据动态诊断系统。安全生产大数据集成分析平台在山东能源临沂矿业集团有限责任公司示范矿得到了全面应用,并已运行1年多,应用结果表明,该平台运行稳定可靠、效果显著。

千米深井掘进工作面冲击危险性预测与防治

为了提高掘进工作面冲击地压危险性评价的准确性,提出了基于多因素耦合的半定量半实测评价方法,通过考虑掘进工作面冲击危险性的影响因素,以及影响因素在矿井的影响程度、范围,得到掘进工作面冲击危险性评价结论。针对不同冲击类型和程度的危险区,制定了针对性的冲击地压治理方法,并在多个矿井得到成功应用。以临矿集团古城煤矿千米深井强冲击煤层3208掘进工作面为例,阐述评价模型与方法的应用情况,结果表明:评价得到掘进工作面冲击危险区的位置、危险程度,相比传统宏观评价方法更准确合理;提出的有针对性的危险区处理方案有效解除了3208掘进工作面的冲击危险,并且减少卸压的盲目性,提高了解危的效率;基于多因素耦合的半定量半实测评价方法可为具有相似条件的矿井掘进工作面冲击地压防治工作提供技术参考。

刚度差异对岩石破裂影响的颗粒流模拟研究

为研究矿物颗粒与胶结物刚度差异对岩石破裂的影响,基于平行黏结模型开展了不同颗粒有效模量、黏结有效模量下的压缩、拉伸试验研究。结果表明:颗粒有效模量与压弹性模量相关性最大,黏结有效模量与拉弹性模量相关性最大,同时受黏结有效模量影响的宏观参数包含且多于颗粒有效模量,优先标定黏结有效模量有助于提高模拟试验的准确性。固定黏结有效模量时,颗粒有效模量越大,岩体稳定性越好;固定颗粒有效模量时,黏结有效模量越大,颗粒稳定性越差;当两种有效模量增大时,模型易出现脆性破坏,反之易出现塑性破坏;刚度差异系数值反映了模型内部颗粒刚度和胶结体刚度的差别,刚度差异系数值越小,模型越容易产生裂隙,即矿物颗粒的刚度越大岩石越稳定,胶结物的刚度越大岩石越容易出现裂隙。最后利用试验实例验证了结论的准确性。