文章來源：山西(xi)省國(guo)資委 發布(bu)時間：2018-08-16
“實(shi)現(xian)煤(mei)(mei)炭資源安全高效智能開(kai)(kai)發，推動(dong)(dong)煤(mei)(mei)炭資源綠色(se)開(kai)(kai)發與生態礦(kuang)山建設。”這(zhe)是 《能源技術(shu)革命創(chuang)新(xin)行動(dong)(dong)計(ji)劃 （2016～2030年）》中有關“煤(mei)(mei)炭無害化開(kai)(kai)采技術(shu)創(chuang)新(xin)”戰略方(fang)向的(de)簡要表(biao)述(shu)(shu)。在上述(shu)(shu)計(ji)劃明確的(de)15項重點任務(wu)中，煤(mei)(mei)炭無害化開(kai)(kai)采位(wei)列之(zhi)首，其地位(wei)之(zhi)重要、意義之(zhi)深(shen)遠可見一斑(ban)。
要實現(xian)上述目標，還需(xu)深(shen)厚的技術(shu)(shu)積淀作(zuo)支撐。回望過去(qu)5年，我(wo)國建(jian)井技術(shu)(shu)、高效開(kai)采(cai)方法已達(da)到國際領先(xian)水(shui)平(ping)，煤炭開(kai)采(cai)技術(shu)(shu)取得(de)了(le)長足進步。這其中最(zui)具發言權和代表性(xing)的，當(dang)屬享有“煤炭工業的長子”之美(mei)譽的同煤集團。
“十二五”期(qi)間，同煤集團成功入選第五批(pi)“國家級(ji)創新(xin)型試點企業”，獲得國家級(ji)科技(ji)(ji)進步(bu)獎(jiang)3項，獲得省部(bu)級(ji)科技(ji)(ji)進步(bu)獎(jiang)、專利等(deng)近700余項。去年(nian)，該(gai)集團“特厚煤層沿空掘(jue)巷千萬(wan)噸綜放面(mian)安全保障關鍵技(ji)(ji)術(shu)研(yan)究與應用”等(deng)3個(ge)項目(mu)，更是(shi)首次在同一年(nian)度同時榮獲2016年(nian)中國煤炭(tan)工業協(xie)會(hui)科技(ji)(ji)進步(bu)一等(deng)獎(jiang)，創整個(ge)煤炭(tan)行業歷(li)史最好水平。
不難看出，在同煤人(ren)的(de)辛勤(qin)耕耘下，這方煤炭(tan)開采技術和裝備行業的(de)“試驗田(tian)”、“研發地”之上，正醞釀新一輪(lun)的(de)采礦業技術革命。
直(zhi)面(mian)世界(jie)性難(nan)題 一次開采14米以上厚(hou)煤層
資料(liao)顯(xian)示，我國(guo)厚煤(mei)層(ceng)可(ke)采(cai)儲量(liang)(liang)占(zhan)全國(guo)煤(mei)炭(tan)(tan)總(zong)可(ke)采(cai)儲量(liang)(liang)的43%左右，每年厚煤(mei)層(ceng)的煤(mei)炭(tan)(tan)產量(liang)(liang)約占(zhan)全國(guo)煤(mei)炭(tan)(tan)產量(liang)(liang)的40%~50%。因此，在(zai)厚煤(mei)層(ceng)條(tiao)件下實現安全、高效、高回(hui)收率開采(cai)對我國(guo)煤(mei)炭(tan)(tan)工(gong)業(ye)的發展(zhan)及能源安全具有(you)重要(yao)意義。
在2014年(nian)度國(guo)家科學技術獎勵大會上，同煤(mei)集團(tuan)“特厚煤(mei)層大采高綜(zong)放開(kai)采成套(tao)技術與裝(zhuang)備研發(fa)”項目獲(huo)得國(guo)家科學技術進步獎一等獎，這是該集團(tuan)時隔21年(nian)再次獲(huo)此殊榮。
值(zhi)得一提的是，14~20米特厚(hou)煤層大采高綜放開(kai)采國內(nei)外(wai)沒有先例，這也是該項目的創新(xin)性之所在。
具體來說，該項(xiang)目開發(fa)了(le)特厚煤(mei)(mei)層大采(cai)高綜采(cai)放頂煤(mei)(mei)開采(cai)工藝及安(an)全保(bao)障技術，掌握了(le)大采(cai)高綜放工作面(mian)礦(kuang)壓顯現規律和控制技術；發(fa)明了(le)液(ye)(ye)壓支架(jia)圍(wei)巖耦合(he)三維動態優化(hua)(hua)設計(ji)方法，研制出5.2米大采(cai)高放頂煤(mei)(mei)液(ye)(ye)壓支架(jia)；研制出世界首套(tao)且(qie)全部(bu)國產化(hua)(hua)的年(nian)產千(qian)萬噸特厚煤(mei)(mei)層大采(cai)高綜放工作面(mian)成(cheng)套(tao)裝(zhuang)備，提(ti)高了(le)成(cheng)套(tao)裝(zhuang)備的配套(tao)性、適應性及可(ke)靠性。
該項目(mu)相關(guan)負(fu)責人表示(shi)，這是(shi)繼我國成(cheng)功研(yan)制(zhi)年(nian)產600萬噸綜采成(cheng)套技術(shu)裝備之后，煤炭(tan)科技和裝備制(zhi)造的又一大進步，標志(zhi)著我國千(qian)萬噸礦井和千(qian)萬噸工作面(mian)成(cheng)套技術(shu)裝備研(yan)發進入(ru)了工程示(shi)范和全面(mian)推(tui)廣應用階段。
據(ju)悉，該(gai)項(xiang)技術已被推廣到(dao)大(da)同煤礦集團其他千萬(wan)噸(dun)礦井及平朔(shuo)、神東等10多個礦區的30多個煤礦。與分層開采比較，該(gai)項(xiang)技術大(da)幅提高了煤炭(tan)產量、開采效(xiao)率(lv)與安全系數。
此外，該項(xiang)技(ji)術已在澳大利亞(ya)、俄羅斯(si)等地推廣(guang)，對解決世界(jie)特厚煤層的開(kai)采難題(ti)也起到了(le)引領作用。
小(xiao)煤柱留設技(ji)術(shu)威(wei)力大 煤柱寬度從38米(mi)縮至6米(mi)
在特厚煤(mei)層開采(cai)中，隨著(zhu)開采(cai)不(bu)(bu)(bu)斷延伸(shen)，采(cai)空區懸頂(ding)面積不(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)大(da)(da)，支承(cheng)應力向礦井深部轉移(yi)，傳統煤(mei)柱留設(she)的位(wei)置恰好處在高應力區域，導致巷(xiang)道變(bian)形嚴重，影(ying)響安全生產。這意味著(zhu)煤(mei)礦不(bu)(bu)(bu)得不(bu)(bu)(bu)放棄在回采(cai)初期(qi)留設(she)的大(da)(da)煤(mei)柱，進(jin)而損失大(da)(da)量煤(mei)炭(tan)資(zi)源。
如何破題？同(tong)煤(mei)集(ji)團“十二五”收(shou)官之年的重(zhong)點(dian)科研項(xiang)目———小煤(mei)柱留(liu)設技術攻克了此頑疾(ji)。
“行(xing)業內將3~8米(mi)(mi)(mi)的(de)煤(mei)柱(zhu)(zhu)統稱為(wei)小(xiao)煤(mei)柱(zhu)(zhu)。小(xiao)煤(mei)柱(zhu)(zhu)留設技術就(jiu)是把(ba)工作(zuo)面(mian)的(de)回風順槽布置(zhi)(zhi)在采(cai)空區(qu)的(de)邊緣，通過數值模擬及試驗分析(xi)，布置(zhi)(zhi)小(xiao)煤(mei)柱(zhu)(zhu)。這樣(yang)不僅(jin)維(wei)護巷(xiang)道簡單了，還能有(you)效降低支(zhi)護成(cheng)本，保證安全回采(cai)。”據(ju)塔山煤(mei)礦(kuang)總工程師匡鐵軍介紹，該技術將工作(zuo)面(mian)原來的(de)38米(mi)(mi)(mi)寬的(de)大煤(mei)柱(zhu)(zhu)縮(suo)到6米(mi)(mi)(mi)，剩下(xia)30多米(mi)(mi)(mi)的(de)煤(mei)柱(zhu)(zhu)全部可以(yi)采(cai)出。
2015年6月，同(tong)煤(mei)(mei)集團在(zai)塔山煤(mei)(mei)礦(kuang)試驗(yan)性地(di)運用小(xiao)煤(mei)(mei)柱(zhu)留(liu)設(she)技術，并于(yu)同(tong)年11月成(cheng)功完成(cheng)了8204工(gong)作面的(de)回采工(gong)作，共計多回收煤(mei)(mei)炭資源68萬(wan)噸。2016年11月，該集團開始在(zai)總(zong)結前期小(xiao)煤(mei)(mei)柱(zhu)回采成(cheng)功經驗(yan)的(de)基礎上，繼(ji)續在(zai)塔山煤(mei)(mei)礦(kuang)深入研究小(xiao)煤(mei)(mei)柱(zhu)留(liu)設(she)技術。
“應用小煤柱留設技術(shu)后，巷道成型好(hao)、回采期間二次維護量小，而且(qie)支護環境、安全條(tiao)件要(yao)比原來(lai)留設大(da)煤柱的還(huan)要(yao)好(hao)，資(zi)金(jin)投(tou)入少了，資(zi)源回收率(lv)大(da)幅度提升。”匡(kuang)鐵軍說。
據統計，相(xiang)(xiang)比(bi)大煤(mei)柱(zhu)工作(zuo)面，在相(xiang)(xiang)同走向長度內，每(mei)回采一個小(xiao)煤(mei)柱(zhu)工作(zuo)面產生(sheng)經濟效益上(shang)億(yi)元。
智能(neng)化(hua)高效綜采裝備(bei)成同忻煤(mei)礦(kuang)“頂級配置”
當前，煤礦工人(ren)的職業健康逐漸成為(wei)社會(hui)關注的焦點。在此背(bei)景下，國家正大力(li)推進(jin)“機械化換人(ren)、自動化減(jian)人(ren)”工程(cheng)。同忻煤礦也在實踐(jian)過程(cheng)中(zhong)，不斷向這一目(mu)標靠(kao)攏。
隨著(zhu)操作人員摁(en)下總控臺啟(qi)動(dong)按(an)鈕，50米(mi)開(kai)外工作面緩緩啟(qi)動(dong)的(de)(de)機器(qi)轟鳴聲打破了地層深處的(de)(de)沉寂，遠端的(de)(de)采煤(mei)機穩步前行，自(zi)如流暢地割煤(mei)、推溜(liu)、移(yi)架，傳輸皮帶上(shang)，滾滾的(de)(de)“烏金”流水(shui)般奔向地面。
恰(qia)在此時，于同忻(xin)煤礦地面(mian)調(diao)度指揮(hui)中心的智能化(hua)總控(kong)臺前，調(diao)度指揮(hui)人員也可以通過視頻操(cao)控(kong)機(ji)組設備(bei)，隨時掌握著井下生(sheng)產(chan)狀況(kuang)。
這是(shi)同忻(xin)煤礦(kuang)智能化(hua)綜采隊在8202工(gong)作面遠程控(kong)制自動化(hua)開采的作業(ye)場(chang)景。
據介紹，此項(xiang)技術系(xi)(xi)(xi)(xi)統是由工(gong)作(zuo)(zuo)面集中控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統、視頻監控(kong)系(xi)(xi)(xi)(xi)統、設(she)備姿態監測系(xi)(xi)(xi)(xi)統、通(tong)訊網絡平(ping)臺與多項(xiang)關鍵技術組成(cheng)的(de)三位一(yi)體(ti)的(de)大型控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統，是煤炭(tan)綜(zong)采(cai)(cai)成(cheng)套裝備的(de)核(he)心。作(zuo)(zuo)為(wei)操(cao)作(zuo)(zuo)人員的(de)人機接口，該系(xi)(xi)(xi)(xi)統以采(cai)(cai)煤機記憶截割、液壓支架自(zi)動跟機及(ji)可視化遠程(cheng)監控(kong)為(wei)基(ji)礎，以生產(chan)系(xi)(xi)(xi)(xi)統智能(neng)化控(kong)制(zhi)軟件(jian)為(wei)核(he)心，實現了在地(di)面及(ji)順槽綜(zong)合監控(kong)中心對(dui)綜(zong)采(cai)(cai)設(she)備的(de)智能(neng)監測與集中控(kong)制(zhi)，確保(bao)工(gong)作(zuo)(zuo)面智能(neng)化運(yun)行，達到工(gong)作(zuo)(zuo)面連續(xu)、安全(quan)、高(gao)效開采(cai)(cai)。
2013年8月，由同煤(mei)(mei)集(ji)團承(cheng)擔的(de)國家發展改(gai)革(ge)委 “同忻(xin)煤(mei)(mei)礦(kuang)千(qian)萬噸級高效綜采關鍵技術創新及(ji)產業化(hua)示范工程”項目立項。2016年7月，8202綜采面(mian)被(bei)選定為試點。
據了(le)解，該項目的(de)實施使設(she)備(bei)替(ti)代工(gong)人進行井下開采，實現地面及井下控制中(zhong)心對設(she)備(bei)的(de)智能(neng)監(jian)測和(he)集中(zhong)控制，大大降低了(le)工(gong)人的(de)勞動強(qiang)度，將(jiang)工(gong)人從危險的(de)工(gong)作面采場解放(fang)到相對安(an)全(quan)的(de)順槽監(jian)控中(zhong)心。
數據顯示，采用該技術使得工(gong)作面(mian)回采率達85%以上(shang)，生產能耗(hao)下降5%以上(shang)，操作人員(yuan)減半(ban)，進一步提升(sheng)了企(qi)業(ye)安全生產的保(bao)障能力。