Techniques and Devices for Monitoring and Early Warning and Risks Controlling of Ground Pressure Dur
admin
2022-09-16
矿山开采过程地压监测预警与风险管控技术及装备
Techniques and Devices for Monitoring and Early Warning and Risks Controlling of Ground Pressure During Mining
技术编号
BJ-074
提供单位
矿冶科技集团有限公司
技术大类
资源能源利用技术
联系人
冀虎
技术类型
能源回收与节约技术
电话
18210646356
邮箱
jihu@bgrimm.com
适用范围
有色金属矿山安全开采与地压风险管控领域
推荐单位
中国有色金属工业协会
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技术简要说明通过岩体微破裂过程复合感知、监测台网阶段收敛、岩体破坏精确定位、实时自动处理及安全风险在线管控等技术攻关,捕捉岩体变形破裂过程中向外所释放的各种能量信息,预测岩体的受力变形状态,进而分析岩体稳定性和评估灾害风险,搭建矿山安全监测分析与风险管控云服务平台,提供基于灾源辨识、风险登记、指标评价、专家评估、灾害预警、风险管控的全流程在线云服务。关键设备包括:微震监测系统、应力计、位移计、云服务平台。
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技术提供方矿冶科技集团有限公司
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技术主要指标信息检波器:频带上限>2.2kHz、灵敏度>220V/m/s、防护等级IP67;采集基站:采样≤105ksps、分辨率24位
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商业应用情况本技术通过方案设计、产品销售、工程建设及技术服务等多样化方式,先后在新疆、西藏、云南、广西、安徽、湖北、山东、河北、河南等12个省市的26家矿业集团应用,不仅为深部开采矿山突发地质灾害预警及其引发的重大安全事故预防提供了保障,而且有效地提高了矿山开采效率和矿石回收率,保障了矿山生产的稳定和可持续发展。示范工程:广西桂华成有限责任公司珊瑚矿开采过程地压活动规律研究。规模:矿脉走向约1.5公里,纵宽300多米,中段断高均为50米,采场长度50米,高度50米,采幅1.1-1.2米,采空区体积约200万立方米,顶板暴露2万立方米。新建工程涉及3个中段及其周边岩体稳定性监测预警及开采风险管控。
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希望在技术转移过程中得到的帮助/支持
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商业应用单位联系人/电话/邮箱
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设备投资应用本技术新建工程所必须的主要设备及其他附属设备包括监测传感器、井下监测数据采集分站、地表监测数据服务站、地压管控、处理及可视化分析软件、矿山安全风险管控云服务平台等。以典型矿山为例,矿脉走向约1.5公里,纵宽300多米,中段断高为50米,采场长度50米,高度50米,采幅1.1-1.2米,采空区体积约200万立方米,顶板暴露2万立方米。新建工程涉及3个中段及其周边岩体稳定性监测预警及开采风险管控,主要及附属设备的投资金额及技术寿命如下:监测传感器40支,单价0.90万元/支,总价36.00万元,技术寿命5年以上;数据采集站5台,单价15万元/台,总价75.00万元,技术寿命5年以上;数据服务站1台,单价15万元/台,总价15.00万元,技术寿命5年以上;系统管控软件1套,单价2.50万元/台,总价2.50万元,技术寿命长期有效;数据处理软件1套,单价4.50万元/台,总价4.50万元,技术寿命长期有效;可视化分析软件1套,单价5.50万元/台,总价5.50万元,技术寿命长期有效;风险管控平台1套,单价20.00万元/年,总价20.00万元1年,技术寿命按年计费。合计158.50万元。
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年运行维护费用本技术成果采用“现场系统建设”与“在线云运维”相结合的运行模式,正常运行时主要涉及运行维护费用包括电费、人工费、运维管理费、技术服务费、维修费等,详细费用统计如下:以一年为周期,电费单价1.2元/kW·h,按平均功率510w计算,总价0.54万元;人工费单价0.80万元/月,单人一年总价9.60万元;运维管理费单价10.00万元,按年计费10.00万元;技术服务费单价30万元,按年计费30.00万元;维修费平均测算20.00万元,按年计费20.00 万元。合计71.40万元。
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投资回收期以某铁矿为例,设计生产能力约为300万吨/年,采用本技术除了实现矿山本质安全、高效率开采之外,还可通过实时监测回采过程中的位移、应力等变化过程及趋势,进一步为矿柱回采厚度提供了数据指导,该矿山上部存留矿柱范围以1000m2,分段高度约为15m,经统计可回收资金为:506.9元/吨×15m×1000m2×4.2吨/m3=3193.47万元。因此,单以提高矿石回收率进行投资测算,按照一次性投入158.5万元,外加运行维护费用71.4万元,实际投资回收期约为:(158.5+71.4)÷3193.47≈0.072年。
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附加效益本技术系统应用于矿山开采过程岩体稳定性监测分析及风险管控,通过安全监测与采矿工程、地质条件、岩石力学等多源信息融合和互馈,建立矿山开采过程的可视化和精细化管理,优化开采顺序,合理设计工程结构,有效实施支挡、加固和保护措施,实现矿山本质安全、高效率开采,同时指导矿山开采在部署系统前由于安全性问题无法开采的矿脉,大幅提高矿山矿石回收率,为企业增加直接经济效益。大量高品位矿体残留给企业带来巨大的经济损失,为了尽可能的减少类似损失,本技术成果可通过实时监测回采过程中的位移、应力等变化过程及趋势,进一步为矿柱回采厚度提供了数据指导。以典型矿山为例,其上部存留矿柱范围以1000m2计算,采用大直径深孔回采时,一个分段高度约为15m,采用本技术后实测隔离矿柱可多回采一个分段,其矿石品位按照30%,当前铁矿石价格约为1100元/吨(63.5%),折算为30%铁矿石单价约为:1100÷(63.5%÷30%)=506.9元/吨,则回收资金为:506.9元/吨×15m×1000m2×4.2吨/m3=3193.47万元。
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综合效益本技术成果针对矿产资源可持续开发利用面临的开采深度增加、安全挑战增大、环境约束趋紧等难题,实现了矿山岩体稳定性监测分析、风险评估及灾害预警、地压精细化动态管控、采矿开采设计优化等综合应用,系统性地优化采矿工艺,降低矿石损失贫化,控制安全事故风险,提高作业效率,全面保障矿山安全、高效、稳定生产和可持续发展。本技术优势在于:建立基于多源信息融合的综合在线监测、预警及管控平台,实现了联动分析模式下的安全风险态势分析;实现了矿山开采过程的地质信息、应力条件、岩体质量、工艺协同、作业优化、地压调控的多维度可视化、多层次联动分析与全周期精细化管理。本技术成果总体上瞄准国际领先技术水平,其中关键指标与国际上现有技术及产品对比:传感装置具有较高的灵敏度可实现高灵敏度感知和高信噪比传输,保障信号源质量,可拆卸安装提高了系统适应性和复用性,可缩减建设成本和施工周期。采集系统具有较高采样精度可以提高信号分辨率,具有较大动态范围可以提高有效信号采集的幅值范围,时间同步误差较小可以降低后续数据分析误差,采用“一站式托管”服务模式,通过化解应用复杂度,降低应用成本。
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障碍对技术转移影响等级0
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提交日期2020/12/23
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技术成熟度本技术委托中国计量科学研究院、中国检验认证集团、矿安认证检测中心等第三方机构进行了指标参数检验和标定,技术成熟度高,系统完善。技术工艺流程如下:基于矿山地质条件、岩石力学特性、采矿工程结构、通信网络结构形成定制化系统建设与分析预警方案,构建大尺度区域性监测系统,分析开采过程中区域围岩破裂的时空演化规律,确定监测范围内的应力集中区域;针对应力集中区重点分析,建立应力(应变)、位移等小尺度局域监测系统,通过多尺度协同分析,精准评价岩体稳定性。基于人工智能的全自动监测与分析预警新技术,建立与采矿工程、岩石力学、安全监测等应用的多层面融合,通过地质、力学及工程的模型化,建立静态分析与动态监测的集成化软件平台解决方案,实现开采设计、生产计划与开采环境间的联动分析与精细化管理,为矿山客户提供实时、高效、便捷、多样化的应用。基于物联网和云平台的矿山安全监测与风险管控技术,实现矿山地压安全监测大数据计算的平台解决方案,建立“维护-分析-预警-防控”等不同层级的虚拟化、服务化和协同化,提供动态监控与在线维护、高性能并行云计算、远程在线数据分析、多维一体风险评估、安全预警灾害防控等一体化运维云服务。
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技术适用性与使用条件本技术成果适用于有色金属矿山安全高效开采与地压风险管控技术领域。针对深部矿山资源赋存的地质条件复杂、应力增大、岩性恶化,进一步导致资源开采难度加大、作业环境恶化、安全风险加剧、管控难度增大等问题,建立安全监测与采矿工程间的互馈机制,对采矿作业过程进行协同优化,形成矿山开采过程地压动态调控机制和管理模式,辅助矿山实现安全、高效、可持续生产。系统需供电、供网(工业以太网)、GPS授时等配套条件。
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技术稳定性本技术成果研发过程,运用质量技术,强化目标分析与流程改进、标准化和规范化管理,根据功能指标、技术参数、性能指标、系统稳定性、技术对标、工程试验及系统试用等环节,制定了完备的系统验证方案,并围绕系统功能及性能测试、系统技术指标测试等两条线,确保具体测试验证工作质量。在完成各项独立测试后,选定试验矿山,进行现场工业试验和用户使用测试。同时,本技术成果委托中国计量科学研究院、中国检验认证集团、矿安认证检测中心等第三方机构进行了指标参数检验和标定,确保了成果应用的稳定性、可靠性和准确性。目前,本技术成果已成功应用于新疆、西藏、云南、广西、安徽、湖北、山东、河北、河南等12个省市的26家矿业集团,在高温潮湿、多尘多灰、电磁干扰、浪涌冲击、供电不稳等复杂地下开采工况环境下,稳定运行平均年限在3年以上,技术成果稳定可靠。
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技术安全性本技术成果是基于多年科研积累、工程实践逐渐形成,具有完全自主知识产权,相关技术产品经过第三方机构技术认证,属于矿山可用的电子信息类高新技术产品,不存在二次污染、易燃易爆高毒性物质泄露等环境、安全事故等风险。本技术成果采用内、外结合的方式,拆解各个环节,进行供应商、制造商、仓库、配送中心和渠道商等供应链管理,所涉及原材料、模组、配件、网络及其他配套资源均属于市场成熟技术及产品。
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技术转移推广障碍0
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知识产权转让本技术成果涉及知识产权是矿冶科技集团有限公司基于多年科研积累、工程实践,独立开发并逐渐形成,具有完全自主知识产权,不存在知识产权边界不清晰的情况。本技术成果涉及知识产权完全属于矿冶科技集团有限公司,不存引进国外技术需要国产化的情况。