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贵州省煤炭智能采掘技术榜单 黔科通〔2020〕22号

发布时间:2020-04-01点击量:84

        一、无井式煤炭地下气化全链条现场先导性试验技术榜单
       
变物理挖煤为化学取煤,通过原位流态化开采建设绿色矿山,通过碳捕集等措施达到清洁能源要求。煤炭地下气化(UCG)后的混合气体在地面首先分离二氧化碳,其余混合气体以氢气、一氧化碳、甲烷为主。在工程第一阶段直接作为分布式电源的燃料:用于小型燃气轮机发电、固体氧化物燃料电池(SOFC)发电;在工程第二阶段须分离氢气,氢气供氢燃料电池(FC)发电或者运往氢能汽车加气站,其余混合气用于燃气轮机发电。地下气化和燃气轮机燃烧后形成的高温二氧化碳气体回灌到地下,与煤炭直接开展还原反应,产生新的可燃气体,循环利用后实现碳减排。待矿区煤炭“采空”后,通过碳捕集将二氧化碳封存到地下“采空区”。微型燃气轮机主要用于煤炭井工开采作业中的瓦斯抽排发电。本榜单的最终目标是通过在六枝等项目地的现场先导性试验,探索在全省建设2000个左右UCG发电点(每个容量1万千瓦左右)和瓦斯抽排发电点,并与光伏发电、沼气发电等分布式电源点组网的可行性。
        (一)课题1:煤炭地下气化资源评价及现场先导型试验选址
       
1.子课题
 1:贵州省煤炭地下气化资源评价
        (1)研究内容对全省煤炭地下气化资源条件进行量化评价;根据煤炭地下气化地质选区与风险评价方法,提出是否适宜开展煤炭地下气化的科学判断。
        (2)考核指标
        ①提出贵州省煤炭地下气化资源地图,评估全省煤炭地下气化产业潜在规模,提出相应“气电”规模的预估报告。
        ②建立贵州省煤炭地下气化资源与风险评价体系。
        ③建立可依托大数据手段进行计算机辅助选址的煤炭地下气化资源地质选区(或选址)评价模型和算法。
        2.子课题2:现场先导型试验选址
        (1)研究内容对六枝等候选地进行评估,分析煤炭类型、煤层厚度、煤矿床和水文地质条件等因素,开展地下气化先导型试验项目环境影响评价,对每日产气量、气体组分和项目持续期等进行评估,优选出20万吨左右资源量的示范区。
        (2)考核指标
        ①完成项目候选地煤炭地下气化可行性研究,形成报告。
        ②炉址煤炭资源量满足可持续生产能力。
        ③炉址煤炭资源气化后的热值满足后续发电需求。
        (二)课题2:无井式煤炭地下气化气体组分控制及分离
        技术和装备
        1.子课题1:无井式煤炭地下气化炉型设计
        (1)研究内容
        基于课题1子课题2的成果设计气化炉,开展无井式煤炭地下气化工业试验;形成贵州省薄至中厚煤层煤炭地下气化炉型构建、定向钻、气化通道保护套管、点火装置、气化过程自动控制等全套技术、工艺及装备,有关参数可异地远程控制。
        (2)考核指标
        ①单炉年气化煤量2万吨以上,服务年限不少于2年。
        ②形成薄至中厚煤层无井式地下气化炉结构与构建技术;气化炉点火及地下气化过程自动控制技术;气化炉型满足密封性和安全性要求;建立地下气化环境影响评价方法体系。
        ③形成成套技术装备产品,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ④形成企业标准和操作规程各1套。
        2.子课题2:煤炭地下气化气体组分控制、分离及补偿
        (1)研究内容建立异地远程监测和自动控制系统,通过地面装置控制地下气化后的混合气体组分,提高氢气、甲烷、一氧化碳等有效组分。分离二氧化碳,将二氧化碳气体回输到地下循环参与还原反应或者回灌到采空区。氢气分离提纯,控制其中的硫等有害组分。
        (2)考核指标
        ①气化后的混合气有效组分(H2+CO+CH4)≥50%,热值大于5.0MJ/Nm3。
        ②二氧化碳捕集率不低于85%,形成成套二氧化碳分离、回灌技术和装备,装备功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ③氢气纯度不低于99.99%,形成成套氢气分离和脱硫技术、工艺和装备,装备功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ④可异地远程监测控制。
        ⑤形成企业标准和操作规程各1套。
        (三)课题3:分布式发电站(小型微型燃气涡轮发电机)
        1.子课题1:移动式小型燃气涡轮发电站
        (1)研究内容
        研制适应课题2混合气体组分的10兆瓦级移动式小型燃气涡轮发电设备。本子课题根据课题2进展情况启动。
        (2)考核指标
        ①形成成套技术装备产品,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②适用于课题2混合气体组分的燃烧。
        ③单机发电效率达到50%以上。
        ④发电质量满足并网要求,可异地远程控制。
        ⑤形成企业标准和操作规程各1套。
        2.子课题2:移动式微型燃气涡轮发电站
        (1)研究内容研制适应贵州瓦斯抽排气体量和组分的兆瓦级移动式微型燃气涡轮发电设备。
        (2)考核指标
        ①形成成套技术装备产品,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②适用于瓦斯浓度9%-30%变化区间,且气流变化大、杂质多样等情况下的燃烧需求。
        ③单机发电效率不低于50%。
        ④发电质量满足并网要求,可异地远程控制。
        ⑤形成企业标准和操作规程各1套。
        (四)课题4:分布式发电站(燃料电池)
        1.子课题1:移动式氢燃料电池发电站
        (1)研究内容研制氢燃料电池发电设备。
        (2)考核指标
        ①对于课题2子课题2提纯后的氢气,形成成套技术装备产品,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②单台套容量不低于10兆瓦,发电效率达到50%以上。
        ③发电质量满足并网要求,可异地远程控制。
        ④形成企业标准和操作规程各1套。
        2.子课题2:移动式固体氧化物燃料电池(SOFC)发电站
        (1)研究内容研制固体氧化物燃料电池(SOFC)发电设备。
        (2)考核指标
        ①对于课题2子课题2分离二氧化碳后的混合气体,形成成套技术装备产品,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②单台套容量不低于1兆瓦,发电效率达到60%以上。
        ③发电质量满足并网要求,可异地远程控制。
        ④形成企业标准和操作规程各1套。
        (五)课题5:煤炭地下气化发电专用智能电网
        1.子课题1:煤炭地下气化试验智能电网应用示范
        (1)研究内容
        在先导型试验点建立3个以上气化发电站并组网,通过能源互联网在贵阳建立远程监测和控制点,开展煤炭地下气化系统、发电系统和电网系统远程监控与运维试验,研究远程监测、控制技术和控制策略,实现信息、能源协同控制,验证和完善“气电”基本商业模式。
        (2)考核指标
        ①建立覆盖煤炭地下气化、发电、输配电、充换电环节的小型电网,按照工业互联网标准构建能源互联网。
        ②形成成套技术、软件和装备,产品功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ③符合国家标准和行业标准。
        2.子课题2:贵州西部智能电网可行性研究
        (1)研究内容评价六盘水、毕节、黔西南地区煤炭地下气化发电、瓦斯
发电、风力发电、光伏发电、沼气发电、垃圾发电等分布式发电潜力,开展贵州西部组建智能电网可行性研究。
        (2)考核指标形成贵州西部地区组建智能电网的可行性研究报告。

        二、基于工业互联网的煤矿智能采掘技术榜单以井下全场全程(建设、生产、维护)无人化为目标,研制适合“121”工法的煤炭智能采掘方案,实现“井下无人地面出煤”。对井下设施、设备和网络进行数字化、智能化改造,加装传感、定位、行走、对接、通信等模块,把井下装备改造为可在地面操作的遥控机器人,与地面控制站形成完整的OODA(观察、判断、决策、行动)环路,构建高速工业互联网,打造智慧矿井,统一数据传输、智能管控标准,实现煤矿生产智能调度,为最终打造煤电一体化工业互联网夯实基础。
        (一)课题1:工业互联网:智慧矿井技术和装备
        1.子课题1:井下物联网
        (1)研究内容通过透明煤矿、精准开采、装备智能化、工业互联网、边缘计算、混合现实(MR)、机巷协同、机器人辅助装配等技术,对井下设施和网络进行数字化改造,形成高速工业互联网。网络包括具有无线热点、10G级光纤的数据传输系统,以及由雷达、视频、图像、气体、振动和噪声监测等传感器构成的数据采集系统。
        (2)考核指标
        ①编制煤矿矿井智能化地方标准草案。针对从设备、工段到矿井不同层级的井下场景,提出从井口到巷道、采面的完整工业互联网架构。提出衡量矿井无人化程度的标准。
        ②编制煤矿专用工业互联网地方标准草案。建立覆盖独立设备和重要设施、符合IPV6标准的物联网体系。通过安装在设施和装备上的传感器实现对关键部位和装备的自动巡检。
        ③在示范矿井建立符合工控级标准的井下互联网。形成成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标达到工控级标准,完成典型使用环境验证。
        ④井下装备通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。
        2.子课题2:地面控制站
        (1)研究内容研制进行数据存储、处理和显示,对井下设备进行自动控
制,以及通过人机交互手段控制井下遥控机器人的地面站。
        (2)考核指标
        ①具有控制井下遥控机器人的操作杆等装置。
        ②决策支持和自动控制系统。煤层群穿层钻孔综合抽采分层评判技术,形成透明煤矿,生成采煤路径。
        ③在示范矿井建立符合工控级标准的地面控制站。形成成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ④实现对掘进、采煤工作面、辅助系统的自动控制和地面远程控制。通过显示屏、显示头盔实现数据可视化,通过混合现实(MR)、操作杆力反馈等技术增强地面操作员的临场感。
        (二)课题2:掘进无人化技术和装备
        1.研究内容针对煤矿开拓巷道、准备巷道、回采巷道和瓦斯抽排等场景,加装传感、定位、行走、通信、连接等数字化、智能化模块,把井下设备改造为可在地面远程操作的遥控机器人。包括但不限于掘进机器人、自动定向钻等装备。优先支持借鉴盾构机、凿岩台车、拱架安装机、3D扫描仪、湿喷机械手等隧道施工装备研制具有打钻、(瓦斯和矿压)监测、(瓦斯)抽排、掘进、锚固、支护、运输等功能的一体机。
        2.考核指标
        ①形成成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现自动运行和地面操控,机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。
        ③实现松软煤层瓦斯抽采。
        ④工作效率与现有装备相当。
        (三)课题3:工作面无人化技术和装备
        1.研究内容加装传感、定位、行走、通信、连接等数字化、智能化模块,把采煤机、液压支架、刮板输送机、破碎机等装备改造为可在地面远程操作的遥控机器人。以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础,实现在地面站和巷道舱对综采设备的智能监测与控制,确保工作面割煤、推溜、移架、运输、消尘等无人化运行。
        2.考核指标
        ①形成成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现自动运行和地面远程操控,机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。
        ③智能化采面电液控系统适应倾角30°以上煤层。
        ④工作效率与现有装备相当。
        (四)课题4:运输无人化技术和装备
        1.子课题1:常规运输
        (1)研究内容加装传感、定位、行走、对接、通信等模块,通过自行走、自组装、远程操控及调试等技术,实现采煤机、液压支架等生产装备,以及通风、供电等辅助设备的标准化装载、智能化配送、无人化运输。
        (2)考核指标
        ①形成成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现自动运行和地面远程操控,机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。
        ③形成技术规范或企业标准。
        2.子课题2:煤炭井下管道输送技术和装备
        (1)研究内容借鉴混凝土泵的原理,用管道输送替代皮带输送。将煤炭破碎后与矿井水混合,以混凝土泵泵送到地面。
        (2)考核指标
        ①形成成套技术、软件和装备,,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现自动运行和地面远程操控,机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。
        ③形成技术规范或企业标准。
        三、110/N00工法煤炭智能采掘技术和装备技术榜单
       
110/N00工法简化甚至取消了巷道掘进,使采煤和掘进形成一体化,使得全矿井实现无人化开采成为可能。自2016年以来,N00工法正从1GN00工法、2GN00工法、3GN00矿井向4GN00智能化矿井、5GN00智慧型矿井连续演化。2GN00工法采用全新采煤工艺,改变采煤工作面的装备布局,突破了长壁开采先掘巷后采煤的传统模式,实现整个盘区内无煤柱留设和无巷道掘进。4GN00智能化矿井提出了“N00+地面站”模式,利用地面站实现全矿井智能化控制,煤炭生产不再需要人员下井工作,进而可探讨取消矿井通风(仍须采取瓦斯抽排、防自燃等措施),进一步简化井下条件。与121工法相比,110/N00工法的规程和装备变动主要集中在采煤工作面区域。2018年-2020年贵州省科技厅支持了多个针对贵州煤层实际的110/N00工法推广项目。在此基础上,本榜单旨在针对智能采掘要求开展研究与应用示范,一方面针对贵州煤层条件进行110/N00工法本地化调整,另一方面根据远程操作要求对110/N00工法专用装备进行无人化改进,终极目标是实现“井下无人地面出煤”。
        (一)课题1:110工法智能化技术和装备
        1.研究内容加装传感、定位、行走、通信、连接等数字化、智能化模块,把110工法专用设备改造为可在地面远程操作的遥控机器人。包括但不限于钻进(锚索钻机)、切顶爆破(切顶钻机)、矿压监测、挡矸支护等装备。优先支持借鉴盾构机等原理研制具有打钻、(瓦斯和矿压等)监测、(瓦斯)抽排、掘进、锚固、支护、切顶、运输等功能的一体机。
        2.考核指标
        ①形成110工法专用成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现井下系统自动运行和地面远程操控。机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。实现钻机装卸钻杆自动化。
        ③实现安全连续生产。工作面后方自动形成的巷道变形量不超过原巷道断面的10%,巷道断面尺寸满足后期工作面回采巷道通风、运输使用要求。
        ④形成企业标准和操作规程各1套。
        (二)课题2:2GN00工法智能化技术和装备
        1.研究内容
        对2GN00工法专用的采煤三机系统(采煤机系统、刮板机系统、支架系统)或智能化成巷四机系统(多功能支架、高效切顶钻机、恒阻锚索钻机、切顶护帮支架)进行改进,加装传感、定位、行走、通信、连接等数字化、智能化模块,改造为可在地面远程操作的遥控机器人。包括但不限于钻进(锚索钻机)、切顶爆破(切顶钻机)、矿压监测、挡矸支护等装备。优先支持借鉴盾构机等原理研制具有打钻、(瓦斯和矿压等)监测、(瓦斯)抽排、掘进、锚固、支护、切顶、运输等功能的一体机。
        2.考核指标
        ①形成2GN00工法专用成套技术、软件和装备,产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现井下系统自动运行和地面远程操控。机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。实现钻机装卸钻杆自动化。
        ③在试验矿井实现安全连续运行。
        ④形成企业标准和操作规程各1套。
        (三)课题3:N000/4GN00工法智能化技术和装备
        1.研究内容
        在N00工法基础上探索N000工法,增加的“0”代表无通风系统。在此情况下,不仅要以地面站远程控制机器人代替人工完成“N00”工法,还要研究在无通风条件下防瓦斯突出、防自燃等措施,以及紧急情况下人员到井下作业时的个人护具。
        2.考核指标
        ①形成N000/4GN00工法专用成套技术、软件和装备,包括具有呼吸保障功能的个人护具。产品符合煤矿安全要求,功能满足使用需求,可靠性和维修性等指标明确,完成典型使用环境验证。
        ②实现井下系统自动运行和地面远程操控。机器人通过脐带缆(由光纤与电缆组合形成)与网络连接。实现钻机装卸钻杆自动化。
        ③个人护具提供不小于4小时呼吸保障且氧气瓶可更换,具有传感和信息显示终端。优先支持具有外骨骼系统的方案。
        ④在试验矿井实现安全连续运行。
        ⑤形成企业标准和操作规程各1套。

        附件:贵州省煤炭智能采掘技术榜单的通知 黔科通〔2020〕22号.pdf


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