粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究科研项目申报书

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粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究科研项目申报书 本文简介：科研项目实施方案项目名称：粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究项目承担单位：兖州煤业股份有限公司南屯煤矿项目负责人：管振祥起止年限：2008年3月-2008年9月兖州煤业股份有限公司二○○八年二月6一、项目来源《粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究》的提出来源于煤矿清仓的迫切需要

粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究科研项目申报书 本文内容：

科研项目实施方案

项目名称：粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究

项目承担单位：

兖州煤业股份有限公司南屯煤矿

项目负责人：

管振祥

起止年限：

2008年3月-2008年9月

兖州煤业股份有限公司

二○○

八

年

二月

6

一、项目来源

《粗细混合煤泥新型水仓自动清挖工艺和系统设备研究》的提出来源于煤矿清仓的迫切需要。

目前南屯煤矿由于受开采条件的限制，九采北部泄水巷跨落已无法修复，为此设立-537二级泵房，承担矿井七采深部的排水，该排水泵房水仓位置运输环节复杂，-537二级轨道若受开采动压影响无法保证运输路线的畅通，严重影响该泵房水仓煤泥清挖，且该水仓无沉淀池，又地处九采三分区皮带机尾后方，涌水量大，大块状煤炭及煤泥直接进入该水仓，造成清挖频繁，工作量大，目前煤矿井下水仓的清理基本全部是人工清理。

通过该项目的研究，建立清挖水仓机械化作业线，为水仓中的粗细混合煤泥的清挖走出一条新路，并能实现煤泥与水的分离，从而达到安全、快速、高效、低耗的清仓效果。该项目不仅能使清仓机械化，而且可以提高清仓速度，同时大大降低了工人的劳动强度，减少了环境污染，创造了较好的经济效益。

二、项目主要研究内容及目标

1、研究目标

研制南屯煤矿粗细煤泥混合新型水仓自动清挖工艺和系统设备，对各种性质的煤泥实现自动清理、自动分离，自动装车运输，解决清仓劳动强度大，不安全，效率低，污染巷道问题。促进煤矿现代化矿井建设，实现煤泥清挖的文明生产和安全生产。

2、主要研究内容、关键技术

（1）主要研究内容

本次研究针对南屯煤矿水仓煤泥颗粒粗细分布不均，清挖周期短，劳动强度大、操作不安全等问题，深入研究水仓高效机械清挖新工艺、新设备、新方法与配套技术。

1．借鉴天科机械制造有限公司已有的细煤泥水仓煤泥清挖工艺，找到粗细煤泥并存处理的更简单，更合理，更环保的工艺方法。

2．研制煤泥清挖机和配套的移动系统、搅拌装置：

主要指标：仓口粗颗粒正常搅拌输送，搅拌、破碎与泵吸头一体化设计。φ30以下颗粒可抽排长距离输送。

3．设计高效双工作区域两端进料煤泥脱水压滤机，效率高、体积小

主要指标：压滤泵优化设计，滤布合理选用，压滤效率提高10%；压滤泵站与操作台分体设计，方便设备操作。

4.MC-1型煤泥粗分机设计定型：0.3MM以上颗粒通过粗分机分离并自动装车，所分离煤泥水自动进入缓冲搅拌罐，由高效压滤机分离处理。

水仓内的粗细煤泥可以实现自动搅拌、抽排、分级、脱水、装车流水线作业。

（2）关键技术

1、含有粗细颗粒的煤泥水搅拌、抽排、输送技术：

全新的“MQ-1型煤泥清挖输送机”:该机革新以前的设计,将煤泥的搅拌、水仓煤泥的清除、煤泥输送集为一体化的自动清挖机，该机可自行移动，搅拌与抽排高度集合、抽排设备可左右摆动、上下移动，实现不同高度、不同方位的煤泥的搅拌抽排。水平输送距离可达1200米），煤泥输送浓度达到50%，操作只需要一人，实现了真正意义上的水仓煤泥自动清挖输送。其关键技术是：自动搅拌煤泥水、自动过滤杂物、搅拌与抽排高度集合、搅拌抽排能够全方位工作，高浓度煤泥的长距离输送。

2.粗细煤泥的分离，既不影响压滤机的使用，又不能糊筛

开发设计全新的专利产品“MC-1型煤泥粗分机”：该机是专门针对煤泥性质复杂，为给连续高效压滤机提供优质的待分离煤泥而设计的煤泥分离设备，主要目的是将不便于压滤脱水的煤泥粗颗粒首先从煤泥中分离出来，从而既可提高煤泥脱水质量，又可大大提高煤泥的脱水效率。关键技术是煤泥的粗细分离、粗煤泥自动装车、细煤泥能够全部进入压滤设备。

3.洗煤泥的高效脱水

开发设计新型“ZQ-4型高效连续压滤机”:基于对煤泥脱水处理的深入研究和多年经验的总结，我们将开发新型的高效连续压滤机，该机突破传统的压滤过滤理论，在设备体积不变的条件下，大幅度提高了煤泥的单位产量。关键技术：压滤机全液压控制、双工作区域、两端进料、自动装车。

3、创新点

（1）压滤机全液压控制、双工作区域、两端进料、自动装车。。

（2）煤泥的粗细分离、粗煤泥自动装车、细煤泥能够全部进入压滤设备。

（3）自动搅拌煤泥水、自动过滤杂物、搅拌与抽排高度集合、搅拌抽排能够全方位工作，高浓度煤泥的长距离输送。

三、主要技术指标

主要技术指标

序号设备名称设备型号数量

参数名称

参数值

1煤泥清挖机MQ-1

1

输送煤泥浓度

%

45

煤泥输送粒度

mm

φ10

可输送颗粒：mm

φ30

输送出口压力

MPa

0.2

输送流量

M3/h

25-33

电机功率

kW

28

配水压力

MPa

2.5

2煤泥粗分机

MC-1

1

粗煤泥产量

T/h

5

高频振动功率

kW

3*2

搅拌功率

kW

4.0

缓冲容量

M3

2.0

3高效连续压滤机ZQ-41

干煤泥产量

T/h

10-12

煤泥含水率

%

＜30

入料压力

MPa

0.7

液压缸压力

MPa

16

泵站电机功率

kW

28

输送带电机功率

kW

3

四、项目实施的技术方案

1、总体技术方案

1）设备组成：水仓清挖系统主要由煤泥搅拌设备、煤泥输送设备、缓冲搅拌容器、煤泥分离设备（装车输送带）四大部分组成。

2）主要工艺路线：

水仓煤泥高压水冲击、搅拌、破碎----＞煤泥清挖泵输送----＞煤泥粗分（分离的粗煤泥装车）----＞缓冲搅拌容器搅匀----＞双作用压滤机分离脱水----＞皮带机自动装车。

工艺流程如下：

干煤泥自动装车

净水

副水仓

粗煤泥自动装车

水

仓

ZQ-4型高效连续压滤机

精煤泥输送

MC-1:煤泥粗分

含水煤泥输送

MQ-1：煤泥清挖输送

3.2.3、设备的布置方式：见下图一、图二

水仓煤泥经高压水冲击后搅拌达到一定浓度，大颗粒经破碎后用煤泥输送泵输送到水仓口的煤泥粗分机内，将大于0.3mm以上的粗颗粒煤泥首先分离，自动装矿车。余下的煤泥水进入缓冲容器内，缓冲容器的作用是贮存一定量的煤泥，以便保证脱水压滤机始终有足够的煤泥供应。由于煤泥沉淀快，所以必须加搅拌机构不停的搅拌，防止沉淀。脱水压滤机将缓冲搅拌罐内的煤泥以一定的压力输送入压滤机过滤室内，将煤泥脱水。脱出的煤泥经过压滤机下部的输送带自动装车或者送到另一部皮带上运走，脱出的水回到另一个蓄水水仓。煤泥清理过程完成。

2、技术途径

本项目将采用现场考察、技术调研、工艺设计、总体方案设计、设备研制、地面试验、井下工业性试验，具体为：

1）、井下水仓相关资料调研：

查资料了解水仓的现状，断面尺寸、长度。

水仓内取样，进行煤泥沉降试验、粒度分析。

拟选址。

人工清仓的存在问题。

2）、工艺设计

借鉴现机械清仓的工艺，设计新的清仓工艺。

3）、根据现场情况和现清仓周期，设计系统整体方案。

生产能力的核定

系统的组成设计

设备总体布置

4）、设备的研制

煤泥煤泥清挖输送机研制

煤泥粗分机研制

双工作区域两断进料高效连续压滤机的研制

5）、地面试验

关键设备模拟试验

6）、井下工业性试验

进行水仓的清挖，检验设备的相关参数和可靠度

7）、总结分析，形成相关研究成果，项目验收。

3、试验基地及规模

该项目试验分出厂试验和井下工业性试验。出厂试验在制造工厂地面进行，主要对设备原理性试验、基本参数进行测定。项目井下工业性试验兖矿集团兖州煤业公司南屯煤矿进行工业性试验，对设备寿命、配套性进行考核。

五、项目进度与阶段考核目标

本项目自2008年1月开始执行，2008年9月30日总结鉴定，包括现场调研、理论分析、工艺和系统设备设计制造并在南屯煤矿进行现场实验。

（1）2008年01月~2008年02月

研究计划：现场调研，井下水仓现状调查、收集资料，采集煤泥样品。

研究目标：分析分析煤泥构成和特性，分析清挖现场构造，研制合理清挖工艺；

（2）2008年03月~2008年06月

研究计划：制定工艺实现方案，系统设备的设计和制造

研究目标：系统设备完成地面模拟试运行，并进行必要改进；

（3）2008年07月

研究计划：设备完成井下安装并进行清挖煤泥试验；

研究目标：在实验基础上，完成设备定型；

（4）2008年09月

项目总结，提交总体研究报告，评审鉴定。

六、

协作单位及试验地点

1.协作单位基本情况

徐州天科机械制造有限公司是省级高新技术企业，拥有中高级人才二十多人，具有教强的开发能力，长期从事水仓设备的研发，在行业处于领先地位。拥有国家专利5项，通过省部级技术鉴定项目1项，获省科技基金资助的项目1项，通过矿务集团技术验收的项目3项。长期以来公司按照ISO-9000标准建立并实施了质量体系，实行从采购、设计、生产、销售等全过程的质量控制。公司生产的水仓自动清挖设备在全国八十多个矿井使用，受到广大用户的好评。公司拥有整套水仓设备试验设施，保证了产品的可靠性。从人员设备都可保障课题的正常进行。

2.

试验地点的条件

南屯煤矿是我国大型现代化高产高效矿井，在开采、掘进等方面具有雄厚的实力。长期以来，南屯煤矿坚持科学技术是第一生产力的思想，走产学研相结合的道路，解决了煤炭生产中的一系列科技难题，推动了煤炭生产技术的发展，取得了显著的科技成果。同时培养了一大批具有较高科技水平的技术队伍。在各个方面走在行业的前列。

南屯煤矿由于受开采条件的限制，九采北部泄水巷跨落已无法修复，为此设立-537二级泵房，承担矿井七采深部的排水，该排水泵房水仓位置运输环节复杂，-537二级轨道若受开采动压影响无法保证运输路线的畅通，严重影响该泵房水仓煤泥清挖，且该水仓无沉淀池，又地处九采三分区皮带机尾后方，涌水量大，大块状煤炭及煤泥直接进入该水仓，造成清挖频繁，工作量大，目前煤矿井下水仓的清理基本全部是人工清理。煤泥清挖需要人工：每班需要6人施工，每班大约清挖6车，每车为3立方米。

-537水仓：外环容量1260立方米。内环容量840立方米。

共2100立方米。

-670水仓：外环容量1206立方米，内环容量1604立方米。

共2810立方米。

人工清理主要工具是铁锹、水桶、矿车，工人劳动强度大，作业环境恶劣，清理和运输对煤矿巷道污染严重。另外清理效率低下，一般一个水仓清理周期长达60天左右，给煤矿用水和治水安全造成一定的安全隐患。清理时工人在煤泥中作业，非常不安全，有些煤矿曾发生过煤泥将工人埋在泥下的事故。

水仓内的煤泥颗粒有大有小，仓口颗粒粗大、仓内细小，因此粗细煤泥混合水仓机械化，自动化清理设备的研制，就十分必要。

该项目也正是该矿在实际生产需要提出来的，可以作为该项目的井下工业性试验地点。

3.试验内容

⑴

验证水仓清挖的工艺

⑵煤泥清挖输送机试验

①

煤泥清挖输送机的基本性能考核；

②

煤泥清挖输送机可靠性。

⑶煤泥粗分机

①煤泥粗分机效果考核；

②煤泥粗分机可靠性考核。

⑷

高效连续压滤机

①高效连续压滤机效果考核；

②高效连续压滤机可靠性考核。

5）整个装载作业线试验

①

水仓清挖系统作业线清挖能力试验；

②

水仓清挖系统作业线能力匹配性试验；

③

水仓清挖系统作业线连续性考核；

④

水仓清挖系统作业线整体可靠性考核。

七、项目经费预算

单位：万元

1、项目调研、差旅、论证费

2万元

2、系统研究制造费

59.6万元

1）脱水设备研究（含泵站、加长小皮带）

32.72万元

2）缓冲罐（带搅拌）研究

2.72万元

3）煤泥清挖专用泵（一）

8.90万元

4）煤泥清挖专用泵（二）

8.80万元

5）脱水设备系统附件

0.48万元

6）螺旋式搅拌器

0.98万元

7）自动卸料装置

5万元

3、系统安装调试费

3万元

4、项目验收、鉴定费（含资料费）

2万元

费用总计

66.6万元

八、项目人员组成

（1）课题负责人（单位、姓名、职称、职务）：

兖州煤业股份有限公司南屯煤矿：管振祥

高级工程师

副总工程师

徐州天科机械制造有限公司：

刘传令

高级工程师，总经理

（2）课题工作人员

兖州煤业股份有限公司南屯煤矿：

澹凡苓

队长

宋庆亮

技术主管

范爱文

工程师

韩

刚

工程师

徐州天科机械制造有限公司：

史万明

高级工程师，总工程师

李大男

高级工程师，技术部长

季益义

高级工程师，副总经理

朱兴民

高级工程师，副总经理

董圣明

高级工程师，总装车间主任

王

栓

工程师

煤泥分级浮选工艺关键技术的分析

第5期

2007年10月

选煤技术

C0ALPREPARAT10NTECHNOLOGY

NO.5

0et.2007

文章编号:1001—3571(2007)05—0049—03

煤泥分级浮选工艺关键技术的分析

李振涛,张悦秋,谢广元,俞和胜

(1.中煤国际工程设计研究总院,北京100083;2.中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008)

摘要:以邯郸洗选厂为例,详细介绍了煤泥分级浮选工艺改造过程中需要注意的几项关键技术,阐述了采用分级旋流器组进行浮选入料粗,细煤泥分级,0,125mm细煤泥采用新型旋流微泡

浮选柱一快速双隔膜压滤机处理,05～0.125mm粗煤泥采用原有的浮选机一过滤机处理所具有

的优势.

关键词:分级浮选;旋流微泡浮选柱;快速双隔膜压滤机

中图分类号:TD943文献标识码:A

l概况

邯郸洗选厂是我国解放后自行设计,安装的第

一

座大型选煤厂,原设计处理原煤能力150万t/a,采用跳汰粗选,重介精选,煤泥混合浮选工艺流

程.随着采煤机械化程度的提高,原煤质量逐渐变

差,而市场对产品质量的要求却日益提高,原有的

煤泥混合浮选凸现出其致命弱点:分选粒度范围过

宽,高灰细泥夹带污染精煤,导致浮选精煤灰分

高,尾煤灰分低,综合精煤质量波动大,超灰现象

严重,影响了精煤产品质量和企业的经济效益.针

对煤泥混合浮选工艺存在的问题,该厂于2003年

开始对原有的煤泥混合浮选系统进行了分级浮选工

艺改造.

2分级浮选工艺的关键技术

对于老厂进行浮选工艺改造,工艺流程的选择

应该侧重于:①工艺布置宜简单,合理,实现与原

系统其他工艺环节的有机匹配;②要实现设备大型

化,控制自动化,系统信息化;③最大限度地利用

现有的设备和设施,减少投资.邯郸洗选厂主厂房

结构为采用分级浮选提供了先决条件.但是若要完

成分级浮选工艺的改造,还须把握好分级浮选工艺

中的几个关键技术问题.

2.1分级粒度

邯郸洗选厂的人浮煤泥为中等可浮到难浮.根

据实验室试验结果和对实际生产的分析,分级粒度

定为0.125mm.按照粒度分布情况,粗,细煤泥

收稿日期:2007—09—14

作者简介:李振涛(1971一),男,陕西省宝鸡市人,高级工程

师,现任《煤炭工程》杂志总编.联系电话:(010)82276676.

各占60%,40%.分级粒度并不是一个绝对的概

念,相对于混合浮选而言,只是一个相对的概念,对于分级效率的要求并不是很严格,只要满足粗粒

级以粗粒为主,细粒级以细粒为主即可.原因是浮

选柱和浮选机的有效分选范围都是0～0.5mm,只

是浮选柱在处理细粒煤泥时具有相对优势.0.5—

0125mm粒级的粗粒煤泥采用原有的部分浮选机

一

过滤机处理;细煤泥采用新型的旋流微泡浮选柱

一

精煤快速压滤机处理.根据粗,细煤泥表现出的

不同浮选和过滤特性,采用不同的浮选和脱水设备

以及不同的加药制度,可充分发挥各自在不同粒度

范围内的分选与脱水优势,实现粗,细煤泥高精度

分选和高效脱水.

2.2分级设备——水力分级旋流器组

分级浮选能否正常运行,分级设备起着关键的

作用.采用水力分级旋流器组进行浮选人料粗,细

煤泥分级,配备12台FXJ一350组成的旋流器组

(通常使用9台,3台作为备用),以解决人料中杂

质过多,堵塞旋流器的问题;分级旋流器组配备几

种规格直径的底流口,可以根据生产情况进行灵活

的调整,实现浮选机和浮选柱人料量的最佳分配;

通过控制旋流器的入料压力,来达到调整分级粒度

的目的.增大底流口直径或提高人料压力,溢流中

煤泥含量减少,分级粒度减小;反之,则溢流中煤

泥含量增加,分级粒度加大.

2.3细粒煤泥的浮选设备——旋流微泡浮选柱

2.3.1旋流微泡浮选柱与传统机械搅拌浮选机的

性能对比

目前,分选细粒和超细粒煤的方法主要有浮

选,油团选和选择性絮凝等方法,其中只有浮选在

技术上最成熟并已产业化.但应用实践表明,传统

49

第5期选煤技术2007年1O月25日

机械搅拌浮选机存在以下缺点:①浮选槽体浅,精

煤泡沫层薄(大约200—300mm),泡沫中央带高

灰细泥多,选择性差,分选效率低;②每室设一个

叶轮,长期浸泡在矿浆中,磨损严重;③维修工作

量大,维护费用高;④占地面积大,土建投资高;

⑤每一室必须有电机,动力消耗大.

由中国矿业大学矿物加工工程研究中心研制的

旋流微泡直径为1m,1.5m,2m,3m的浮选柱已投

人工业化应用.旋流微泡浮选柱的应用不仅提高了

分选效率,而且分选粒度范围延伸到了微米级,特

别适用于超细粒物料的分选.结构简图如图1所示.

喷淋水

图1旋流微泡浮选柱结构简图

旋流微泡浮选柱主要由:浮选段,旋流段和气

泡发生器三部分构成.旋流微泡浮选柱具有以下优

点:

(1)浮选原理和重选原理(旋流力场)相配

合,提高了分选效率.

(2)单位容积处理能力大,工艺指标先进.

由于浮选柱集浮选和重选于一体,在一个柱体内能

完成粗选,精选和扫选,所以高灰细泥对精煤的污

染小,精煤灰分低,产率高,完全适用于0.5mm

级煤泥浮选,尤其适合灰分高,粒度细(

0.045mm)的难选煤泥浮选.

(3)机体外配置的射流自吸式节能微泡发生

器充气量大,气泡质量好,不堵塞,易调节,工作

稳定,易维护和更换.

(4)采用合理的柱内结构,可随时开,停机,而无须排空,物料不会发生沉积堵塞.

(5)动力消耗小,节能明显,比相同处理能

力的常规浮选机节能1/3.

(6)能使用普通浮选药剂,用量也基本相同.

2.3.2工业应用

近年来,旋流微泡浮选柱在国内得到了推广应

用,目前煤用浮选柱的应用主要围绕三方面:一是

在大型选煤厂取代工业浮选机;二是在中,小型厂

形成以浮选柱为核心的高效,简易煤泥分选回收系

统;三是在低灰,低硫煤制备及高灰,细粒分选方

面取得工业应用.

表1为3m浮选柱在大屯选煤厂的工业应用

结果.从表1中可以看出,浮选柱的精煤灰分可以

比浮选机的精煤灰分降低1～1.5个百分点,从而

确保了选煤厂出灰分8.0%精煤的要求.表2列

出了各种规格浮选柱的处理能力和配用电机功率.

可以看出,浮选柱比相同处理能力的浮选机可节能

1/2～1/3

表1击3m浮选柱与8m浮选机在大屯选煤厂的生产应用结果

可见,旋流微泡浮选柱可以作为与跳汰或重介

选配合完成全粒级煤炭分选,特别是在重介选或分

级浮选中实现细粒煤泥资源回收利用的首选设备.

50

2.4细粒煤泥的脱水设备一’XMZG一100/1090一

u型隔膜式自动压滤机

细粒煤泥的脱水设备有圆盘真空过滤机,加压

第5期李振涛等:煤泥分级浮选工艺关键技术的分析001主旦旦

过滤机,板框(或厢式)压滤机,精煤快速隔膜

压滤机.

2.4.1传统真空过滤机的缺点

真空过滤是以真空为动力造成压力差进行固液分

离的过程,但真空泵产生的真空压力差最高只能达到

0.06MPa,实际过滤表面的压力差则更低,一般小于

0.02MPa,所以真空过滤机存在脱水效率低,滤饼水

分高,能耗大的问题.尤其是处理细而粘的物料时,真空过滤脱水则更为困难.具体表现在:

(1)滤饼脱落困难,不得不借助人工捅饼.

(2)真空过滤机滤液不能出清水,滤液浓度

高,必须返回浮选,导致细煤泥在系统内循环,无

疑增加了无用功的消耗,并恶化了浮选和过滤效果.

(3)真空泵动力消耗大.

(4)滤布更换麻烦,成本也较高.

2.4.2加压过滤机的不足

运行故障较多,电控系统较复杂,故障率高;

密封排料装置用密封圈寿命短;刮板输送机底粘煤

严重;对人料浓度,粒度组成要求苛刻,人料粒度

组成变化较大时,产品水分和过滤机处理量波动

大.当人料中0.074ram含量80%时,细粒煤

泥通过滤布网孑L进入滤液的量较大,滤饼薄,加压

过滤机压力难以维持,造成滤饼水分偏高.

2.4.3板框(或厢式)压滤机用于浮选精煤脱水

存在的不足

(1)目前国内选煤厂使用的压滤机一般最小

过滤面积为340m,最大至1050m,一次循环工

作时间长,单块滤饼的体积大,不易破碎,脱水后

的产品间断集中卸料,用于浮选精煤脱水,难于保

证出厂最终精煤的粒度,水分和质量的均匀性.

(2)大型压滤机最适宜的人料浓度为500g/L

左右,用泵压人.而浮选精矿是含有大量泡沫的矿

浆,浓度通常250g/L,尤其是采用底流大排放和

直接浮选的选煤厂,其浓度一般200g/L,用泵加

压过滤难度较大.其原因:一是矿浆内的泡沫会加

重水泵使用中的气蚀现象,使泵的工作效率大幅度

下降;二是低浓度人料压滤成饼所需时间长,效果

差,生产效率低.

(3)大型压滤机的脱水功能单一,单纯依靠

给料泵的压力脱水,会使压滤时间长,滤饼水分偏

高,滤饼脱落困难.

2.4.4精煤快速隔膜压滤机

针对真空过滤机和板框(或厢式)压滤机所存

在的不足,研制开发的精煤快速压滤机具有以下特

点:①解决了传统尾矿压滤机机型大,单块滤饼体

积大且不易破碎,单循环时间长和间断集中卸料导

致的不易保证总精煤质量均匀和发生运输事故的问

题,实现了压滤速度快,进料速度快,卸饼速度快,滤饼易脱落,不粘滤布,拉板卸料速度快,辅助时

间短;②解决了浮选精矿浓度低(一般160～250

g/L,而尾矿压滤机人料一般为浓缩机底流,浓度为

500g/L左右)且含有大量泡沫,易产生气蚀现象的

问题,既提高了压滤机进料速度,又最大限度地提

高了进料压力,提高了过滤速度;③是增加吹风,挤压,强化了脱水功能,降低了精煤水分,滤饼脱

落效果得到改善.滤液可以直接进入循环水系统,克服了真空过滤机的滤液浓度高,必须返回浮选,导致恶化浮选效果的缺点;④在结构上采用中间无

支腿大梁,彻底解决了滤饼,滤液二次混污问题;

采用超高分子量聚乙烯板,质量轻,寿命长,耐腐

蚀,不老化;采用双排独立进气结构,滤饼表面水

分分布均匀,利于卸饼;采用高强度双面隔膜,可

实现挤压脱水,利于卸饼,杜绝了喷料现象.

2.5分级浮选工艺参数的自动化控制技术

实现浮选参数的自动化控制是提高浮选效果的

关键,应用浮选参数自动化控制技术,采用先进的

计量检测手段,使浮选全过程实现数据库管理,使

浮选操作摆脱了传统的黑箱模式,采用友好的人机

界面,清晰的过程参数,根据现场情况随时进行人

工干预,操作智能化,更加简单,准确和有效.浮

选自动化控制功能有七项:①实现对分级旋流器组

的人料压力控制,使其压力稳定在0.12～0.35MPa

范围内;②实现对浮选机人浮浓度的控制,使人浮

浓度保持在100～120g/L;③实现对进入浮选机的

浮选药剂量的控制,使两种药剂流量跟踪干煤泥

量;④实现对进入浮选柱浮选药剂量的控制,使两

种药剂流量跟踪干煤泥量;⑤自动监测浮选工艺相

关设备的工作状态;⑥具有浮选瞬时值与累计值等

参数的显示,打印及生产管理功能;⑦具有按班,按日,按系统的查询功能,自动更换班次.

3结束语

邯郸洗选厂煤泥分级浮选工艺改造后取得了显着

的经济效益,不仅证明了煤泥分级浮选工艺在技术上

是可行的,而且在实践中也是行得通的.文章详细介

绍了煤泥分级浮选工艺改造过程中需要把握的几项关

键技术,希望能够对计划或者正在进行煤泥分级浮选

工艺改造的选煤厂提供一定的提示和帮助.

5】

22

篇2：本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书

本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书 本文关键词：定向井，管柱，扭矩，申报，基金项目

本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书 本文简介：编号：石油工程学院本科生创新培养基金申请书项目名称：定向井管柱摩阻与扭矩计算项目负责人：申报日期：类别：t自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文□科技发明制作石油工程学院本科生创新培养基金管理委员会制一、基本信息项目摘要：（限400字以内）定向井钻井技术是当今世界最先进的钻井技术之

本科创新基金项目定向井管柱摩阻与扭矩计算申报书 本文内容：

编号：

石油工程学院本科生创新培养基金

申请书

项目名称：

定向井管柱摩阻与扭矩计算

项目负责人：

申报日期：

类别：

t

自然科学类学术论文

□

哲学社会科学类社会调查报告和学术论文

□

科技发明制作

石油工程学院本科生创新培养基金管理委员会制

一、基本信息

项目摘要：（限400字以内）

定向井钻井技术是当今世界最先进的钻井技术之一，由于定向井能够绕过障碍物和提高油气采收率，通常被海上石油钻探或高山，城镇，湖泊等地区钻探广泛采用。但是定向钻井应用的关键障碍是摩阻扭矩的存在，过大的摩擦阻力使钻头加压、套管下入困难，因此摩阻扭矩对定向井的井眼轨迹设计与控制、机械钻速及套管的下入都有很大的影响，从而增大了定向钻井的风险。本课题主要在前人的基础上，建立适合于井下实际的定向井摩阻扭矩计算模型和考虑定向井摩阻扭矩的钻柱屈曲计算模式；在此基础上，探讨摩阻扭矩模型在井眼轨道设计、钻柱优化设计、漂浮下套管分析、摩阻扭矩的实时监测分析、以及井眼环空净化等方面的具体应用。

三、经费预算

经费用途

金

额

备注

测试/计算/分析费

1000

主要用于数值模拟的计算工作

会议/差旅费

300

调研、市场采集与学习交流

文献/资料费

500

购买相关书籍，打印复印相关文献资料

实验耗料费

200

软件购买安装

仪器设备使用费

100

计算机的使用

其他

400

注册文件的购买，联系发表研究论文

合计

2500

进行研究的总共费用

四、申请报告

（一）立项依据与研究内容

1．

项目的立项依据

1.1

研究定向井摩阻扭矩的意义

近年来，随着海上油田的勘探向滩海和深海的发展，定向井由于其成本上的优势越来越多地被油田所采用。然而由于套管与管柱的摩阻和扭矩的问题使得井眼轨迹的偏离和管柱与套管的磨损使得钻井出现了一些困难。尽管国内外专家对摩阻扭矩问题进行了大量的研究，并且建立了不少的数学模型，但这些模型对于解决问题的方案还有所欠缺。对于摩阻和扭矩的计算，有些方程都是以滑动摩擦产生的摩阻和扭矩为假设，取管柱微元段作为增量方程计算，可能存在一定的欠妥，因此以三种弯曲井段导出的微分方程为基础，对假设的井斜角θ和方位角α没有同时变化的理论公式和近似公式一代数方程导出，将其增量方程变为微分方程，从而推导出摩阻扭矩的计算方程的方法有着一定的意义。

1.2

定向井摩阻扭矩研究现状

1.2.1

定向井研究现状

定向井作为较先进的钻井技术之一，已经被各油田广泛采用。在国外，技术发展比较早而且渐趋于成熟。在我国，定向井技术起步较晚，但发展较快。1984年打成了江汉第一口江油陆采的定向井—黄36井（红旗码头），目前国内定向钻井技术已为成规技术。和国外相比主要差距在于仪器装备落后，技术人员奇缺。

1.2.2

国外摩阻扭矩研究现状

约翰西克(Johansick)在1983年首次对全井钻柱受力进行了研究，开始了对管柱摩阻与扭矩研究的起步。

Sheppard等人在1986年将摩阻扭矩理论用于井眼轨道设计，研究了井眼轨道形状对拉力、扭矩的影响，通过分析认为悬链线轨道能减少扭矩和拉力。在轴向力计算时，他们强调应考虑钻井液内外压差对轴向力的修正作用。

Maida等人对拉力、扭矩进行了平面和空间的分析，建立了应用于现场的二维和三维的数学模型。他建立的二维模型如下，运动速度对摩擦系数进行分解，用以模拟钻柱周向运动和轴向位移对扭矩和摩阻的影响。

1.2.3

国内摩阻扭矩研究状况

在国内张建群教授于1989年最先给出了定向井中摩阻力的计算模型，其特点是在约翰两克(Johansick)模型的基础上作了进一步的细化，井对其应用进行了初步的研究。

韩志勇教授于1993年对定向井摩阻扭矩计算进行了总结，建立了自己的二维和三维摩阻模型，最大特点是对增斜段，可以判断钻柱是与上井壁还是与下井壁接触。并重新推导了弯曲井眼中钻柱受力微分方程。

2．

项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。

2.1

研究内容以及拟解决的关键问题

结合摩阻扭矩的研究现状，对定向井摩阻扭矩问题从模型建立、影响因素分析以及摩阻扭矩具体应用等方面展开研究，其研究内容主要包括以下几个方面:

1)

结合定向井钻井特点，以及钻柱结构和钻柱所处的不同位置，建立适合于定向井摩阻扭矩分析的综合力学模型;

2)

分析目前已有的钻柱屈曲计算模式和计算公式，建立适合于定向井摩阻扭矩力学分析的钻柱屈曲计算模式;

3)

分析摩阻扭矩的具体应用，探讨摩阻扭矩模型在井眼轨道设计、钻柱优化设计、漂浮下套管分析、摩阻扭矩的实时监测分析、以及井眼环空净化等方面的具体应用

。

关键问题在于理解钻柱屈曲影响，于定向井钻井的特殊性，摩阻的作用往往使得钻柱受压产生屈曲，屈曲的钻柱又将进一步的增大摩阻，定向井中钻柱的屈曲不可避免，因此研究钻柱的屈曲问题非常重要。根据屈曲的形态钻柱的屈曲可分为正弦屈曲和螺旋屈曲，诸多文献都给出了钻柱屈曲的计算公式。钻柱的屈曲对摩阻和扭矩有很大的影响，对于，垂直井段和倾斜井段，Wu

Jiang博士建立了螺旋弯曲后的轴向载荷的微分方程，根据不同的井眼条件对上微分方程进行了求解，得到轴向载荷计算公式。正弦屈曲很易发生，正弦屈曲对摩阻扭矩的影响不大，而螺旋屈曲将很大程度地增加侧向载荷，从而增大摩阻和扭矩，当井斜较大时，螺旋屈曲不易发生，反而在井斜较小或直井中螺旋屈曲是很容易发生的。

2.2

研究的主要方法

2.2.1

钻柱单元体摩擦力的计算钻柱单元体摩擦力的计算

在钻井作业中，钻柱与井壁的摩擦力分布于整个钻柱上，其影响主要体现在大钩载荷和扭矩载荷的变化上，为了便于分析，将整个钻柱分为若干单元段，通过每一个单元杆件进行受力分析，再叠加，从而求得结果。一般情况下，钻柱表面某点的运动实际就是一种复杂的螺旋运动。在弯曲井段中，取一钻柱单元，如图一所示，V

为钻柱表面某点的绝对速度，Vt

为钻柱表面某点的轴向速度，即钻进速度，Vn

为钻柱表面某点的周向速度，与转速有关。Ff

为钻柱表面的摩擦力，Ft

为钻柱表面沿轴向摩擦力分量，Fn

为钻柱表面沿周向摩擦力分量。

其中，f

为摩擦系数，N

为钻柱与井壁间的挤压力。

当是动力钻具钻进时，钻柱不转动，钻柱轴向

摩擦力即是总摩擦力F=

f·

N

t

。

2.2.2

钻柱单元体轴向力和扭矩的计算

在弯曲井段中，取一钻柱单元ds

长度，位于空

间一斜平面上，如图二所示。其中，N

为钻柱与井壁间的挤压力；单位长度钻柱在钻井液中的重为Wg；T

为钻柱单元一端部的轴向力；M

为钻柱单元一端部的扭矩；θ

和φ

分别是井斜角和方位角；r和R

分别是钻柱半径和该微段的曲率半径。根据受力分析，并略去高阶无穷小量进行化简，可得

为研究方便，作如下假设：井斜角和方位角没有同时变化；钻柱全长与井壁接触，并接触摩阻系数为常数；钻柱不发生失稳弯曲。因此，钻柱单元在侧弯段处，方位角为常量，即△φ＝0；在组合弯段处，井斜角为常量，即△θ＝0；在悬链井段处，方位角和井斜角均为常量，即△φ＝△θ＝0。将(3)～(5)式分段写成微分形式，则：在侧弯段处(△φ＝0)

在组合弯管处△θ＝0，化简得：

在悬链井段处(△φ＝△θ＝0)，化简得

根据实际井眼轨迹条件，将由方程(6)～(11)组成的微分方程组分段进行有限差分变化，考虑钻柱不同工作状态下的边界条件，即可应用数值方法对所得到的方程组求解。从而可以得到钻柱的轴力及横向支撑力沿钻柱长度的分布规律，进而可以求得地面大钩拉力及转盘扭矩。

2.3

技术路线流程图

国内定向井管柱摩阻与扭矩场数据收集

明确摩阻与扭矩机理

分析摩阻与扭矩原因

开展井管柱摩阻与扭矩测试

井管柱摩阻与扭矩诊断

测试曲线解释

管柱摩阻与扭矩变化规律预测

建立定向井管柱摩阻与扭矩计算模型

撰写研究报告

理论研究

建立定向井管柱数学模型

管柱摩阻与扭矩实验测试

国外大位移井管柱摩阻与扭矩资料收集

修正

3

本项目的特色与创新之处。

结合摩阻扭矩的研究现状，为提高定向井摩阻扭矩的预测和计算精度，需要在以下几个方面进行改进或创新设计：

1)

基本力学模型的改进。由于钻柱由多段不同的钻具组成，而不同的井眼段的井斜参数和曲率不同，使得单一的模型难以描述钻柱在井眼中的受力状况，需要对定向井中的钻柱受力模型进行改进和创新。

2)

建立适合定向井摩阻扭矩分析的管柱屈曲计算模式。目前几乎所有的管柱屈曲计算公式都是基于两端铰支假设条件下推导出来的，而摩阻扭矩分析中，受压计算单元杆柱的两端受有弯矩的作用，因此需要建立两端弹性铰支下的管柱屈曲计算模式。

3)

定向井稳斜井段的摩阻扭矩计算。稳斜井段的摩阻扭矩是定向井摩阻扭矩的一个重要组成部分，由于对稳斜井段的摩阻扭矩计算认识不足，过去采用修正摩阻系数的办法，未能从本质上解决，造成摩阻扭矩计算有时准确，有时不准确。为了解决稳斜井段的摩阻扭矩计算问题，需要研究运动状态对摩阻扭矩的影响。这也是需要论文进行创新设计的一个重要方面。

4

研究计划及预期研究结果。

4.1

研究计划

（1）写申请书（2010.6）。

（2）查找学习关于定向钻井摩阻、扭矩相关资料。（2010.7-2010.8）。

（3）了解、掌握钻井技术，扭矩技术，摩阻技术的知识(2010.9-2010.10)。

（4）练习VB软件，将其充分应用于数值模拟

(

2010.11-2010.12)。

（5）将资料与计算机充分结合，以数值模拟得出此次研究的最终结果(2011.1-2011.3)。

（6）撰写论文以及修改

(2010.4-2010.6)。

4.2

预期研究结果

在核心期刊上发表学术论文一篇。

5

参考文献

[1]

三牧敏太郎，申学义，定向井的摩阻与扭矩解析计算分析J，国外油田工程，2010，17（10），18-25

[2]

李田军

，基于全井钻柱系统的力学摩阻扭矩分析J

CNKI

[3]

白加址，苏义脑

井斜控制理论

[4]

韩志勇，井眼内钻柱摩阻的二维和两维模型的研究，石油大学学报，1993年第17卷增刊。

[5]

赵洪激，水平井钻柱摩擦力的计算，41汕钻采工艺，1995年第17卷第3期

[6]

王建军，张绍槐，狄勤丰，赵业荣，水平井钻柱接触冷擦阴力解析分析，

[7]

郭峰，吕英民，水平井钻柱摩阻力儿何非线性分析研究，石油钻采工艺，1994年第18卷第2期。

[8]M.L.Payne

etc.

Advanced

Torque-and-Drag

Considerations

in

Extended-Reach

Wells,SPE

[9]J.G.Boulet

and

J.A.Shepherd

and

J.Batham

and

L.R.Elliot,Improve

[10]张祖兴主编，国外水平井技术，第1版，北京:中国石汕天然气总公司情报研究所。

[11]董圣昌，大位移井摩阻分析及钻柱强度评价.西南石油学院硕士毕业论文，1997年

（二）研究基础与工作条件

1、

工作基础

关于石油工程专业的一些专业基础课、专业课的基础知识。部分国外油田、气田针对定向钻井扭矩与摩阻研究已取得的一些成果，大量相关的专家、学者发表的研究文献，学习相关数值模拟软件，优秀的导师指导以及相关知识的运用。

2、

工作条件

图书馆大量书籍，石油工程专业教材，计算机的一些基础教程，VB软件，网络资源，学校多媒体教室计算机的使用。学校实验室提供了研究的方案的具体方法，按照预先的方案进行试验，得到可靠的预期目标。

3、

完成基金项目情况

无

申请者：

篇3：自主创新本科生项目火灾探测技术研究申报书

自主创新本科生项目火灾探测技术研究申报书 本文关键词：自主创新，本科生，火灾，技术研究，探测

自主创新本科生项目火灾探测技术研究申报书 本文简介：1项目背景及研究意义1.1项目背景社会生活中，火灾是威胁公共安全、危害生命财产的主要灾害之一，它给人类社会造成过不少生命财产的严重损失，是世界各国人民面临的一个共同的灾难性问题。在城市化进程日益加快的今天，高层建筑和大型商场如雨后春笋般出现在城市的许多角落，由于人口的密集，财产的集中，其消防安全问题

自主创新本科生项目火灾探测技术研究申报书 本文内容：

1项目背景及研究意义

1.1项目背景

社会生活中，火灾是威胁公共安全、危害生命财产的主要灾害之一，它给人类社会造成过不少生命财产的严重损失，是世界各国人民面临的一个共同的灾难性问题。在城市化进程日益加快的今天，高层建筑和大型商场如雨后春笋般出现在城市的许多角落，由于人口的密集，财产的集中，其消防安全问题就显得十分重要。然而，由于设计和预警系统的不完善，近年来国内特大火灾事故仍时有发生，2015年1月2日哈尔滨仓库“火烧连营”，2014年1月11日香格里拉古城“付之一炬”，湖南常德市批发市场“12·21”特大火灾事故的惨痛教训使得大家更加认识到，构建完备的火灾预警系统迫在眉睫。对于伴随中部崛起而快速发展的武汉市来说，大型物流仓库、会展展馆、商场影院以及拥有世界最多学生的武汉各大高校等防火重点单位，一旦发生火灾，只有在第一时间预警并及时扑灭火灾才能尽最大可能保障生命财产的安全，减少损失。

随着社会生产力的发展，社会财富日益增加，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是一个客观规律。据联合国世界火灾统计中心提供的资料显示，发生火灾的损失，美国不到7年翻一番，日本平均16年翻一番，中国平均12年翻一番;全世界每天发生火灾1万多起，造成数百人死亡。因此，研制火灾预警系统，对火灾进行实时有效监控，把火灾造成的损失减小到最小程度是火灾防治技术领域的重点研究内容。然而现在火灾探测技术的误报率较高，因此迫切需要在火灾探测技术方面进行进一步的研究。

1.1.1传统火灾探测方法

1847年美国牙科医生Chmmjne和缅因大学教授Famnr研制出了世界上第一台用于城镇火灾报警的发送装置，1890年英国研制成功了第一个感温式火灾探测器，国外已经有了一百五十多年的火灾自动探测报警技术的研究。传统火灾探测方法中最常用的有两大类，即感温探测和感烟探测。利用感温或感烟探头，提取温度或烟雾信号，利用简单的算法来判断有无火灾的发生。相对于感温探测而言，感烟探测有利于较早发现火警，所以在传统火灾监控系统中，感烟探测器的使用占绝大多数。传统火灾探测系统结构简单并易于实现，所以已经得到广泛的应用。但是无论感温还是感烟监控系统，都难以做到火灾的早期预报。另外在大空间环境下(如商场、仓库等)，由于感温感烟探头的参数受到限制，误报率比较高。此外，感温感烟探头与周围环境直接接触，从而不适于在较恶劣(潮湿、多粉尘)的环境下使用。因此这些探测系统的性能还不能满足大空间火灾探测的需要，需要进一步研究新的火灾探测方法。

1.1.2基于图像处理的火灾预警技术的研究背景

传统的火灾预警系统一般基于红外传感器和烟雾传感器，但在室外仓库和大型室内仓库等大空间场合的火灾预警中，上述传感器信号变得十分微弱，即使是高精度的传感器也会由于种种干扰噪声而无法工作．为解决此类场合的火灾报警问题，国外某些公司在九十年代初提出用紫外波段的图像传感器进行中远距离的火焰检测，并推出了相应产品，但这类系统并不具有自动识别的功能，模块也不具有可重构性，而且火焰的识别方法简单，识别误报率较高。[1]

基于图像处理的火灾预警技术，是一种以计算机为核心，结合光电技术和计算机图像处理技术研制而成的火灾自动监测预警系统，通过对普通视频影像进行处理实现火灾自动报警的功能。火灾图像探测方法，是一种基于数字图像处理和分析的新型火灾探测方法。它利用摄像头对现场进行监视，同时对摄得的连续图像由图像采集卡转换为数字图像输入计算机，不断进行图像处理和分析，通过早期火灾火焰的形体变化特征来探测火灾．目前国内外对这种新的火灾探测技术开展了深入研究。火灾中的燃烧过程是一个典型不稳定过程。由于可燃物、几何条件、环境和气候的影响，火灾过程要比一般动力装置中的燃烧过程更为复杂。同时，火灾现场存在各种干扰因素，如阳光、照明灯等。图像型火灾探测方法立足于早期火灾火焰的基本特性，可以排除各种干扰，使火灾探测快速、可靠。[2]

1.1.3国内外研究现状

目前国内外对这种新的火灾探测技术开展了深入研究。文献[3]和文献[4]提出了一种“视频火灾探测”方法，利用多个温敏探头将火灾现场的温度幅度和分布信息转化为灰度信息，用黑白摄像头采集灰度信息进行处理，实现火灾的定位并可计算出火灾的热释放速率。文献[5]提出基于火灾发生概率与模糊聚类分析相结合的烟气模式分类的思想，利用烟气自身多参数特征的特点，形成了多参数特征的火灾图像探测方法。文献[6]对早期火灾烟雾的颜色特性和形体变化特性作了系统的分析，提出一种彩色图像的烟雾的检测算法，并用常规的图像处理方法实现了完整的火灾图像探测系统。在科学技术迅猛发展的今天，国外各大公司和科研机构的火灾探测技术也相应的快速发展，例如，Bosque公司的BSDS系统采用红外和普通摄像机的双波段监控，在准确识别森林火灾的同时还可以区别其他现象的干扰，误报率很低。在大空间火灾监控方面有sIL公司和MganxoElecrtic公司联合开发的用于电站火灾监控的VSD一8系统。该系统以视频运动检测软件为主体，使用了各种滤波器技术，并与人工智能相结合，该系统可以用来对电站内的火灾进行监控。在自动灭火方面，国际上并未有知名产品出现。我国在火灾报警控制系统的研究开发相对较晚一些，到二十世纪八十年代中期才开始这方面的研制开发。但发展十分迅速，现在已经基本达到国际先进水平。国内对火灾探测和自动灭火的研究目前以中国科技大学的火灾科学国家重点实验室[7][7][8][9](标红的位置还需要继续查找文献补充引用)做得比较领先。该实验室研制的LA一100型双波段大空间早期火灾智能探测和自动灭火系统通过了有关方面的验收，并已转化成产品。此外，上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工程大学等都在火灾探测方面进行了积极的研究，并根据工程实践提出了一些改进算法[0l][l-][l2]。但是，迄今为止，并没有研制出令人满意的系统，还存在火灾误报率较高，自动灭火算法误差很大的问题，实用程度还有待提高。

1.2研究意义

火是人类从野蛮进化到文明的重要标志，但随着人们在生产生活中用火用电的不断增多和用火用电的管理不慎，或者设备故障等多种原因导致不断产生火灾，对人类的生命财产构成了巨大的威胁。随着经济的快速发展，物质的极大丰富，各种能源的广泛开发，人口和物质财富趋于集中，火灾的发生给我们带来的是更大的损失。因此，火灾预防的研究是刻不容缓的项课题。同时随着现代科技，尤其是信息技术和国际互联网的飞速发展，智能电子技术在生活中的电子产品中得到了广泛应用火灾报警系统也就成为现代建筑中很常见的设施，以往的火灾报警器往往是内置―种传感器针对火焰的烟雾、气体等某—种特性进行检测。这种探测器不能将火灾信号和香烟、厨房烟等非少灾信号区分，常常出现漏报、误报的情况。在世界范围内，人们己经成功地利用大量的点型火灾探测报警系统来保护众多的建筑。但由于上述大空间及地下建筑的特殊性，普通的点型感烟、感温火灾探测报警系统无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息，因此难以满足早期探测并预报此类建筑火灾的要求。因此，大空间与地下建筑的火灾探测问题也是目前国际消防界火灾探测报警领域研究的重要课题之一。随着我国大空间与地下建筑数量的不断增加，为适应此类建筑对火灾探测报警技术提出的特殊要求，迫切需要研究和生产适应性强、性能价格比较高的新型火灾探测报警系统，而图像处理技术能很好的满足这一要求。在运用数字图像处理技术利用火灾火焰的图像特性的现有系统，往往只是根据火焰图形的一些单一形态特征作为模式识别的判据，往往由于选取特征单一，算法相对复杂，造成误判率高，不能实时处理等缺点。

（1）针对现有图像型火灾探测技术存在的问题，本文的研究目的是尝试实现一种能真正适用于大空间的火灾安全监控系统。

（2）在图像获取手段上引入全方位视觉，在图像的分析、理解和信息加工上引入以人为中心的思想进行系统设计，利用计算机视觉技术，集动态图像理解和多特征融合于一体，实现对早期火灾的智能探测。

（3）该火灾安全监控系统具有较低的误报率、较高的准确率，可应用在大空间的火灾安全监控，例如仓库、地下车库、隧道等，解决了现有火灾安全监控系统存在的监控范围小、实时处理差、实现算法相对复杂、对环境依赖性强等不足，具有突出的现实意义。

2项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

2.1项目研究目标

本项目主要研究基于计算机视觉与图像处理技术火灾预警系统的设计与实现，针对现有的图像型火灾探测技术存在的问题，试图从火灾过程中提取适当的特征作为探测识别火灾的参数，能够利用釆集到的图像信息自动识别火灾并提取出火灾信息，从而能够尽早的自动探测到火灾并发出火灾警报，以保证有足够的抢救或逃生的时间，使火灾损害减到最低程度。

该系统完善了国内外其他相同研究领域的图像采集过程中，由于光线、信号传输、摄像机等综合因素造成的所获得的含有大量噪音的图像，以及质量比较差的问题，对图像进行预处理，进而获得清晰的目标，提高抗干扰性，以实现对图像的深入理解。同时从火灾过程中提取多个的特征作为探测识别火灾的参数，提高精确性，从而能够尽早地自动探测到火灾并发出火灾警报。

2.2研究内容和拟解决的关键问题

（1）图像采集

火灾自动检测系统基于计算机视觉技术开发，利用图像处理技术判断是否起火，所以如何实时获取图像数据便成为此系统的重要环节和关键前提。图像采集的软件很多，且功能已十分完善，但都无法完全满足我们动态测量的要求，为了对火焰形态特征和颜色特征做比较充分的研究，因此我们计划结合openCV对视频采集进行开发，做出特点专一、实用性较高的视频采集软件。

（2）对图像的预处理

图像预处理的主要目的是消除图像中无关的信息，恢复有用的真实信息，增强有关信息的可检测性和最大限度地简化数据，从而改进特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性。预处理过程一般有数字化、几何变换、归一化、平滑、复原和增强等步骤。

本项目对采集的原始图像采用方图变换方法增加图像灰度动态范围，也增加图像的对比图，同时也增加图像的可视粒度。采用值滤波方法对火焰图像进行平滑处理，能较好的去除图像中的噪声，同时增强图片对比度来增强原图的各部分反差。

（3）对运动目标检测算法的创新

运动检测就是计算机对视频流中的动态目标提取出来，目前,已有的运动目标检测方法按照算法的基本原理可以分为三类:帧间差分法、背景减除法和光流法。三类方法各有其优缺点，在火灾视频监视的场景中，常常伴有非常复杂的干扰源，例如运动的非火焰光源、阴影等，他们也会在图像中表现为像素数值的变化，为图像检测带来很大的困扰。因此我们想结合火灾现场实际，基于多个特征进行算法创新，使得算法高效，为多目标跟踪奠定基础。

（4）利用实验构建颜色特征模型

火焰的颜色特征可以采用RGB三分量差值的直方图强加、HIS的线性组合、YUvYUV

颜色模型颜色直方图、颜色矩来表示。在图像处理方面更多的是采用RGB颜色模型，本项目中计划通过对大量火焰图像的研究和火焰图像与其它发光体图像的比较，用统计的方法，找到了适用于火焰图像的精准色彩空间模型。

（5）火焰的特征提取

火焰的特征有静态特征和动态特征两种形式。火灾火焰的静态特征包括：颜色、纹理及形状，火灾火焰的动态特征包括：面积变化、边缘变化、形体变化、闪动规律、分层变化、整体移动及烟雾等特性。

本项目计划针对静态特征主要分析了火焰的颜色特性，针对动态特征分析了面积变化和边缘变化，并将这些特征作为识别火灾的特征参数。

同时与一些容易形成干扰的因素进行比对,通过对其图像特征的分析选取一个综合的判定方案，得到一个准确的、抗干扰性强的识别系统。

3项目研究的实施方案及拟采取的研究方法和技术路线

3.1项目研究的实施方案

本次研究的设想是在vc6.0VC

6.0版本太老且不适合设备无关的图像开发-》Visual

C++

和openCVOpenCV

下对摄像头采集进行二次开发，完成对图像的采集。之后对图片进行预处理，例如，对采集的原始图像采用方图变换方法增加图像灰度动态范围，采用中值滤波方法对火焰图像进行平滑处理等。

之后对运动目标检测算法进行分析，并结合本项目特点创新出高效、实施的检测算法；通过对大量火焰图像的研究和火焰图像与其它发光体图像的比较，找到适用于火焰图像的色彩空间，构建RGB色彩空间模型。

针对图像静态特征主要分析火焰的颜色特性，针对动态特征分析面积变化和边缘变化，研究提取该特征参数的现有算法并适当改进，将这些特征作为识别火灾的特征参数。最终通过对其图像特征的分析，构建一个综合的判定方案得到一个准确的、抗干扰性强的识别系统。

3.2

拟采取的研究方法和技术路线

3.2.1技术流程图此流程图似乎看不到多少新意

3.2.2研究方法和技术路线

（1）获取图像

图像采集的软件很多，且功能已十分完善，但都无法完全满足我们动态测量的要求，为了对火焰形态特征和颜色特征做比较充分的研究，因此我们计划结合openCV对视频采集进行开发，做出特点专一、实用性较高的视频采集软件。

（2）图像预处理

本项目对采集的原始图像采用方图变换方法增加图像灰度动态范围，也增加图像的对比图，同时也增加图像的可视粒度。采用中值滤波法对火焰图像进行平滑处理，能较好的去除图像中的噪声，同时增强图片对比度来增强原图的各部分反差。

（3）运动目标检测

关于对运动目标的检测是本次项目的重点之一，目前,已有的运动目标检测方法按照算法的基本原理可以分为三类:帧间差分法、背景减除法和光流法。因此我们想结合火灾现场实际，基于多个特征进行算法创新，使得算法高效，为多目标跟踪奠定基础。

（4）颜色检测

构建颜色空间模型是本次项目的又一个重点，本项目中计划通过对大量火焰图像的研究和火焰图像与其它发光体图像的比较，用统计的方法，找到了此处不要用完成时态

适用于火焰图像的精准色彩空间模型。

（5）火灾可疑区域精确提取

运动区域与色彩检测区域重叠产生可疑火灾区，此时火灾区较粗糙，需进一步精确提取，此时利用连通区域的各类判定算法，进行综合筛选，得到火灾区域的精准位置信息。

（6）动态特征提取

本项目计划针对静态特征主要分析了火焰的颜色特性，针对动态特征分析了面积变化和边缘变化，并将这些特征作为识别火灾的特征参数，同时与一些容易形成干扰的因素进行比对。在提取特征时，重点在算法的选取上，要确保算法的高效性与实时性。

（7）多目标跟踪

基于运动目标检测、颜色检测及动态特征的提取，同时在算法上进行创新和改进，最终要实现火灾预警并多目标跟踪。

4项目的可行性分析

本项目主要研究基于计算机视觉和图像处理技术，火灾预警系统的设计与实现。先通过摄像头获取视频资源,再通过现有的视频转换算法转化为图像格式，再通过图像预处理，获得清晰的特点突出的图像，在通过火焰的静态特征和动态特征，进行火焰识别，判断是否有火灾发生，再进行报警并进行多着火点目标跟踪。通过图像识别来，预判报警火灾的研究不在少数，但各有缺陷。在这样的基础上，我们觉得通过研究参考文献和资料，完善和优化算法，来创新实现我们的项目目标是极为可行的。在学校的支持和专业的老师指导下，我们有信心取得较好的研究成果。并且项目负责人以及项目组主要成员均有较好的知识储备，学习和阅读过大量有关这方面的文章，有较强的创新意识并都处于高度的思维活跃期，为申请本次项目奠定了较坚实的基础，研究环境也已具备部分相应条件。因此，我们分析认为若在现有基础上，进一步加强基础工作，综合运用计算机图形学的知识经验，完善研究环境，适当增强物质条件，项目负责人及其成员可以胜任研究任务。

5项目的创新之处（50字以内）

（1）在视频采集中，基于openCVOpenCV

开发一个特点专一这一条似乎难以成为创新点，是否再斟酌一下其它提法？

、实用性较强的视频采集软件。

（2）比较现有的目标运动检测算法优劣，结合本项目火焰检测特点，提出全新的实时检测算法，以此为基础实现多目标跟踪。

（3）构建颜色空间模型时，用实验统计的方法，对大量实验中的火焰色彩进行分类统计，构建精准专一的颜色空间。最好指出与现有方法有何不同，方能使“创新”更令人信服

6项目预期成果

（1）做出一套完整的建议去掉“完整的”，改为“实现……系统原型”

基于计算机视觉与图像处理的火灾预警系统。

（2）对创新的算法及方案进行整理,发表论文1-2篇建议改为：“对创新成果进行深入的总结，发表1-2篇高水平的研究论文”

。

参考文献

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