砥礪奮進的五年丨煤炭開采聚焦安全高效綠色

 “實現(xiàn)煤炭資源安全高效智能開發(fā)，推動煤炭資源綠色開發(fā)與生態(tài)礦山建設。”這是 《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃 （2016～2030年）》中有關(guān)“煤炭無害化開采技術(shù)創(chuàng)新”戰(zhàn)略方向的簡要表述。

記者注意到，在上述計劃明確的15項重點任務中，煤炭無害化開采位列之首，其地位之重要、意義之深遠可見一斑。

要實現(xiàn)上述目標，還需深厚的技術(shù)積淀作支撐。回望過去5年，我國建井技術(shù)、高效開采方法已達到國際領(lǐng)先水平，煤炭開采技術(shù)取得了長足進步。這其中最具發(fā)言權(quán)和代表性的，當屬享有“煤炭工業(yè)的長子”之美譽的同煤集團。

記者了解到， “十二五”期間，同煤集團成功入選第五批“國家級創(chuàng)新型試點企業(yè)”，獲得國家級科技進步獎3項，獲得省部級科技進步獎、專利等近700余項。去年，該集團“特厚煤層沿空掘巷千萬噸綜放面安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與應用”等3個項目，更是首次在同一年度同時榮獲2016年中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎，創(chuàng)整個煤炭行業(yè)歷史最好水平。

不難看出，在同煤人的辛勤耕耘下，這方煤炭開采技術(shù)和裝備的行業(yè) “試驗田”、“研發(fā)地”之上，正醞釀新一輪的采礦業(yè)技術(shù)革命。

直面世界性難題一次開采14米以上厚煤層　

資料顯示，我國厚煤層可采儲量占全國煤炭總可采儲量的43%左右，每年厚煤層的煤炭產(chǎn)量約占全國煤炭產(chǎn)量的40%~50%。因此，在厚煤層條件下實現(xiàn)安全、高效、高回收率開采對我國煤炭工業(yè)的發(fā)展及能源安全具有重要意義。

在2014年度國家科學技術(shù)獎勵大會上，同煤集團“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”項目獲得國家科學技術(shù)進步獎一等獎，這是該集團時隔21年再次獲此殊榮。

值得一提的是，14~20米特厚煤層大采高綜放開采國內(nèi)外沒有先例，這也是該項目的創(chuàng)新性之所在。

具體來說，該項目開發(fā)了特厚煤層大采高綜采放頂煤開采工藝及安全保障技術(shù)，掌握了大采高綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和控制技術(shù)；發(fā)明了液壓支架圍巖耦合三維動態(tài)優(yōu)化設計方法，研制出5.2米大采高放頂煤液壓支架；研制出世界首套且全部國產(chǎn)化的年產(chǎn)千萬噸特厚煤層大采高綜放工作面成套裝備，提高了成套裝備的配套性、適應性及可靠性。

該項目相關(guān)負責人表示，這是繼我國成功研制年產(chǎn)600萬噸綜采成套技術(shù)裝備之后，煤炭科技和裝備制造的又一大進步，標志著我國千萬噸礦井和千萬噸工作面成套技術(shù)裝備研發(fā)進入了工程示范和全面推廣應用階段。

據(jù)悉，該項技術(shù)已被推廣到大同煤礦集團其他千萬噸礦井及平朔、神東等10多個礦區(qū)的30多個煤礦。與分層開采比較，該項技術(shù)大幅提高了煤炭產(chǎn)量、開采效率與安全系數(shù)。

此外，該項技術(shù)已在澳大利亞、俄羅斯等地推廣，對解決世界特厚煤層的開采難題也起到了引領(lǐng)作用。

小煤柱留設技術(shù)威力大煤柱寬度從38米縮至6米　

在特厚煤層開采中，隨著開采不斷延伸，采空區(qū)懸頂面積不斷增大，支承應力向礦井深部轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)煤柱留設的位置恰好處在高應力區(qū)域，導致巷道變形嚴重，影響安全生產(chǎn)。這意味著煤礦不得不放棄在回采初期留設的大煤柱，進而損失大量煤炭資源。

如何破題？同煤集團“十二五”收官之年的重點科研項目———小煤柱留設技術(shù)攻克了此頑疾。

“行業(yè)內(nèi)將3~8米的煤柱統(tǒng)稱為小煤柱。小煤柱留設技術(shù)就是把工作面的回風順槽布置在采空區(qū)的邊緣，通過數(shù)值模擬及試驗分析，布置小煤柱。這樣不僅維護巷道簡單了，還能有效降低支護成本，保證安全回采。”據(jù)塔山煤礦總工程師匡鐵軍介紹，該技術(shù)將工作面原來的38米寬的大煤柱縮到6米，剩下30多米的煤柱全部可以采出。

2015年6月，同煤集團在塔山煤礦試驗性地運用小煤柱留設技術(shù)，并于同年11月成功完成了8204工作面的回采工作，共計多回收煤炭資源68萬噸。2016年11月，該集團開始在總結(jié)前期小煤柱回采成功經(jīng)驗的基礎上，繼續(xù)在塔山煤礦深入研究小煤柱留設技術(shù)。

“應用小煤柱留設技術(shù)后，巷道成型好、回采期間二次維護量小，而且支護環(huán)境、安全條件要比原來留設大煤柱的還要好，資金投入少了，資源回收率大幅度提升。”匡鐵軍說。

據(jù)統(tǒng)計，相比大煤柱工作面，在相同走向長度內(nèi)，每回采一個小煤柱工作面產(chǎn)生經(jīng)濟效益上億元。

智能化高效綜采裝備成同忻煤礦“頂級配置”

當前，煤礦工人的職業(yè)健康逐漸成為社會關(guān)注的焦點。在此背景下，國家正大力推進“機械化換人、自動化減人”工程。同忻煤礦也在實踐過程中，不斷向這一目標靠攏。

隨著操作人員摁下總控臺啟動按鈕，50米開外工作面緩緩啟動的機器轟鳴聲打破了地層深處的沉寂，遠端的采煤機穩(wěn)步前行，自如流暢地割煤、推溜、移架，傳輸皮帶上，滾滾的“烏金”流水般奔向地面。

恰在此時，于同忻煤礦地面調(diào)度指揮中心的智能化總控臺前，調(diào)度指揮人員也可以通過視頻操控機組設備，隨時掌握著井下生產(chǎn)狀況。這是同忻煤礦智能化綜采隊在8202工作面遠程控制自動化開采的作業(yè)場景。

據(jù)介紹，此項技術(shù)系統(tǒng)是由工作面集中控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設備姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡平臺與多項關(guān)鍵技術(shù)組成的三位一體的大型控制系統(tǒng)，是煤炭綜采成套裝備的核心。作為操作人員的人機接口，該系統(tǒng)以采煤機記憶截割、液壓支架自動跟機及可視化遠程監(jiān)控為基礎，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心，實現(xiàn)了在地面及順槽綜合監(jiān)控中心對綜采設備的智能監(jiān)測與集中控制，確保工作面智能化運行，達到工作面連續(xù)、安全、高效開采。

2013年8月，由同煤集團承擔的國家發(fā)展改革委 “同忻煤礦千萬噸級高效綜采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化示范工程”項目立項。2016年7月，8202綜采面被選定為試點。

據(jù)記者了解，該項目的實施使設備替代工人進行井下開采，實現(xiàn)地面及井下控制中心對設備的智能監(jiān)測和集中控制，大大降低了工人的勞動強度，將工人從危險的工作面采場解放到相對安全的順槽監(jiān)控中心。

數(shù)據(jù)顯示，采用該技術(shù)使得工作面回采率達85%以上，生產(chǎn)能耗下降5%以上，操作人員減半，進一步提升了企業(yè)安全生產(chǎn)的保障能力。