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從與復(fù)雜地質(zhì)斗爭到掌握智慧開采密碼

瀏覽次數(shù): 發(fā)布日期:2022-08-25 09:00

導(dǎo)讀:割煤、跟機(jī)、推溜、拉架……一系列動作一氣呵成,滾滾烏金經(jīng)過刮板運(yùn)輸機(jī)流出工作面。這一切都顯示在四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)華榮能源公司大寶頂煤礦調(diào)度指揮中心屏幕上。小到設(shè)備零件的溫度,大到整個工作面的開采進(jìn)度,都被處理成了一個個清晰明確的數(shù)據(jù)。
割煤、跟機(jī)、推溜、拉架……一系列動作一氣呵成,滾滾烏金經(jīng)過刮板運(yùn)輸機(jī)流出工作面。這一切都顯示在四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)華榮能源公司大寶頂煤礦調(diào)度指揮中心屏幕上。小到設(shè)備零件的溫度,大到整個工作面的開采進(jìn)度,都被處理成了一個個清晰明確的數(shù)據(jù)。
 
“2124—14智能化綜采工作面自今年4月初正式生產(chǎn)以來,平均每個月可以生產(chǎn)7萬余噸原煤,比之前普通綜采工作面產(chǎn)量提升了150%,當(dāng)班作業(yè)人員減少了30%,勞動強(qiáng)度也小多了。”大寶頂煤礦綜采二隊(duì)隊(duì)長張濤表示。
 
應(yīng)用智能化綜采技術(shù),在大寶頂煤礦早已不是新鮮事。2021年初,全國首個大傾角復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)智能化綜采工作面在該礦正式投產(chǎn)。截至2021年12月工作面回采結(jié)束,累計(jì)回采產(chǎn)量達(dá)43.2萬噸。在原工作面開采完成之后,該礦新建了2124—14智能化綜采工作面。從與復(fù)雜地質(zhì)斗爭,到掌握智慧開采密碼,智能化開采技術(shù)已在華榮能源公司大寶頂煤礦落地生根。
 
密碼一:支架上的秘密
 
“走路拉繩子,常走太空步”是大寶頂煤礦井下職工的工作寫照,也是大寶頂煤礦采煤工作面開采條件的真實(shí)寫照。
 
“我們的煤層賦存和開采條件很復(fù)雜,發(fā)展智能化綜采比較艱難,每走一步都在與復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)作斗爭。”大寶頂煤礦機(jī)電副總工程師董超表示。隨著第二個智能化綜采工作面正式投運(yùn),該礦逐漸掌握了大傾角復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)智能化綜采技術(shù)。
 
2019年,大寶頂煤礦打算把2124—15工作面建成全國首個大傾角復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)智能化綜采工作面。不過,工作面平均傾斜長度172米,平均采高2.4米,煤層傾角從北往南逐漸增大,最小10度,最大34度,平均傾角26度。當(dāng)時,國內(nèi)外綜采智能化技術(shù)的推廣應(yīng)用集中于近水平工作面,未有在大傾角工作面進(jìn)行智能化開采的先例。
 
“正常人在坡度20度的斜坡上來回行走都會非常累,更別說在這種情況下自動操作采煤機(jī)、拉移支架了。”大寶頂煤礦綜采二隊(duì)機(jī)電副隊(duì)長李清林說。
 
為此,大寶頂煤礦成立了工作專班,對工作面現(xiàn)場條件和智能化開采可行性進(jìn)行了分析,逐一列出問題,開展課題攻關(guān)。“首先面對的就是設(shè)備防倒防滑問題。”綜采二隊(duì)隊(duì)長張濤說,“由于支架自重的下滑分力和頂板對頂梁的傾斜推力等作用,工作面傾角越大,液壓支架越會出現(xiàn)沿傾斜方向下滑和傾倒的可能。”
 
“當(dāng)時國內(nèi)尚無可借鑒的經(jīng)驗(yàn),我們就在現(xiàn)有支架上‘做文章’。”一名參與技術(shù)攻關(guān)的相關(guān)人員表示。
 
據(jù)介紹,在設(shè)計(jì)上,他們在工作面前5架排頭支架上添加了其他支架所沒有的前調(diào)、后調(diào)和千斤頂。在前5架進(jìn)行降柱移架的時候,鄰架可以對其進(jìn)行牽引,防止其傾倒。同時,前5架排頭架在進(jìn)行移架的時候,采用錯位移架的方式,先進(jìn)行3號、4號支架移架,再進(jìn)行1號、2號支架移架,最后再進(jìn)行5號及往后支架移架。整個工作面在排頭架的支撐下,防傾倒能力大大增強(qiáng),保證了下出口設(shè)備和人員的安全。
 
在設(shè)備防滑上,該礦在支架底板加裝了防滑千斤頂,將防滑千斤頂伸出,抵住推溜缸,以升壓固定住的支架為支點(diǎn),對推溜缸進(jìn)行支撐,從而固定刮板輸送機(jī),防止其下滑。此外,推溜缸還被編入了工作面自動跟機(jī)程序,可實(shí)現(xiàn)程序控制自動伸縮,解決了工作面下滑問題。
 
“我們在智能化自動跟機(jī)過程中開創(chuàng)性使用防倒防滑缸,對類似的大傾角工作面實(shí)現(xiàn)智能化采煤具有借鑒意義。我們第二個智能化綜采工作面也應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)。”一名參與技術(shù)攻關(guān)的相關(guān)人員表示。
 
此外,該礦還應(yīng)用了多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架。這是一種具備多角度調(diào)節(jié)功能的可行走液壓支架,是智能化綜采的核心設(shè)備。因行走液壓支架要依靠行走履帶,而行走履帶接地面積大,如果地面礦石較多,行走履帶壓在礦石上時,會導(dǎo)致整個液壓支架歪斜。但是,現(xiàn)有的多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架不具備清障功能。
 
針對實(shí)際情況,大寶頂煤礦在支架履帶前設(shè)置了清障和導(dǎo)流機(jī)關(guān)。當(dāng)行走履帶行走時,可以對前方路障進(jìn)行清除,從而保持平穩(wěn)。由于設(shè)置了導(dǎo)流機(jī)關(guān),不會出現(xiàn)礦石堆積在清障板前方導(dǎo)致行走履帶工作負(fù)荷加重的現(xiàn)象,保障了液壓支架自動移架和支護(hù)效果。目前,“一種多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架”獲得了國家實(shí)用新型專利。
 
密碼二:防飛石的智慧
 
隨著采煤機(jī)滾滾向前,支架前的擋矸板依次豎起,遮擋住飛來的矸石。
 
“這是智能化工作面防止矸石飛濺的小秘密。”該礦工作人員指著最上層擋矸板上一處特殊的網(wǎng)狀窗口表示,這個設(shè)計(jì)使紅外線無論在任何采高、任意傾角都不會被遮擋,可以更好地適應(yīng)地質(zhì)條件復(fù)雜的工作面。
 
為了防止煤壁側(cè)的煤矸飛到架內(nèi)傷及人員和設(shè)備,在設(shè)計(jì)之初,大寶頂煤礦預(yù)想在刮板機(jī)電纜槽靠近支架通道的一側(cè),增加可以固定擋矸板的結(jié)構(gòu),采用液壓缸的動力方式控制擋矸板升降。
 
大寶頂煤礦工作面傾角大、采高變化大。為了適應(yīng)極其復(fù)雜的地質(zhì)條件,該礦擋矸板創(chuàng)新采用三層式設(shè)計(jì),一層固定、一層升降、一層可拆卸。結(jié)合測高傳感器的使用,在自動控制系統(tǒng)的控制下,擋矸板可以完成不同采高條件下的升降動作。
 
但在設(shè)備試機(jī)調(diào)試時,該礦技術(shù)人員發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的擋矸板會遮擋支架紅外線信號接收,無法自動控制擋矸板升降。面對困難,該礦技術(shù)人員打起了擋矸板的主意。他們對傳統(tǒng)擋矸板進(jìn)行了改進(jìn),把擋矸板的一部分實(shí)心結(jié)構(gòu)改成鏤空網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
 
“我們反復(fù)模擬試驗(yàn)了該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在不同采高、不同傾角工作面條件下的紅外線接收情況。檔矸板網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為國內(nèi)現(xiàn)有大傾角工作面實(shí)現(xiàn)智能化自動跟機(jī)提供了借鑒。”該礦相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
 
密碼三:轉(zhuǎn)載機(jī)的改進(jìn)
 
在綜采過程中,每割一刀煤,橋式轉(zhuǎn)載機(jī)就向前拉移一刀的距離。拉移橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的前進(jìn)速度與安全問題,直接關(guān)乎采煤效率。
 
以往升降單體支柱時,必須有兩人扶正壓柱缸,一人注液,人工扶正壓柱缸的時間較長,耽誤生產(chǎn)。同時,扶壓柱缸、注液時,人員在壓柱缸下方,壓柱缸易偏,導(dǎo)致頂板落石傷人。此外,壓柱是固定的,橋式轉(zhuǎn)載機(jī)向前拉移一刀后,就要撤柱、移柱,為下一個循環(huán)拉轉(zhuǎn)載機(jī)做準(zhǔn)備。撤柱、移柱工人勞動強(qiáng)度大,安全隱患多。
 
“我們設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)壓柱,便于調(diào)節(jié)壓柱缸的方向和高度,消除安全隱患,減少工作人員,實(shí)現(xiàn)一人遠(yuǎn)程操作。”董超說。
 
改良后的可調(diào)節(jié)式橋式轉(zhuǎn)載機(jī)壓柱,通過其中一個輔助液壓缸的活塞桿伸縮,可以使壓柱缸沿橋式轉(zhuǎn)載機(jī)滑道的延伸方向擺動;通過另一個輔助液壓缸的活塞桿伸縮,可以沿垂直于橋式轉(zhuǎn)載機(jī)滑道的延伸方向擺動,使壓柱缸在橋式轉(zhuǎn)載機(jī)滑道的兩側(cè)擺動;配合滑軌調(diào)節(jié)位置的設(shè)置,可以調(diào)節(jié)壓柱缸任意角度,最大限度發(fā)揮壓柱缸的作用。
 
“通過兩個輔助液壓缸來完善壓柱缸的角度調(diào)節(jié)功能,對壓柱缸起到支撐作用,避免了人員扶柱。同時,兩個輔助液壓缸、壓柱缸跟隨滑道移動,避免了撤柱、移柱,確保了人員安全。”董超表示。
 
2021年2月9日,“可調(diào)節(jié)式橋式轉(zhuǎn)載機(jī)壓柱”獲得國家實(shí)用新型專利。
 
通過這些技術(shù)創(chuàng)新,大寶頂煤礦逐漸完善了大傾角復(fù)雜煤層智能化采煤工藝。
 
“大寶鼎煤礦智能化綜采項(xiàng)目積累的技術(shù)成果和經(jīng)驗(yàn),可以促進(jìn)區(qū)域內(nèi)乃至全國煤炭企業(yè)智能化綜采水平的大幅度提升,有利于提升煤礦整體安全水平與效益,具有推廣應(yīng)用價值。”中國國際工程咨詢公司專家組對該項(xiàng)目作出評價。
 
目前,大傾角復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)智能化綜采工作面已順利投產(chǎn)500余天。“這表明,大傾角復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層條件下已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)智能化綜采技術(shù)。”華榮能源公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,“盡管大寶頂煤礦大傾角復(fù)雜煤層智能化采煤工藝在全國范圍內(nèi)是先例,但不可否認(rèn),無人化、智能化綜采工藝乃至智慧礦山建設(shè)是一個硅步千里的過程。大寶頂煤礦仍面臨著不少挑戰(zhàn),在煤流生產(chǎn)運(yùn)輸智能協(xié)調(diào)、機(jī)器人巡檢等方面,我們還需繼續(xù)探索。”
 
讓煤礦智能化釋放更大紅利
 
車  瓦
 
煤層賦存和開采條件復(fù)雜的礦井能否發(fā)展智能化綜采?大寶頂煤礦用實(shí)際行動給出了答案——不僅能,而且比之前普通綜采工作面產(chǎn)量提升了150%,當(dāng)班作業(yè)人員減少了30%。作為在大傾角復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)采用智能化綜采技術(shù)的“吃螃蟹”者,大寶頂煤礦付出了艱辛,也享受到了煤礦智能化的紅利。
 
由于我國煤層賦存條件復(fù)雜多樣,不同煤層賦存條件礦井開展智能化建設(shè)的技術(shù)路徑、難易程度、效果等均不相同。目前,我國煤礦智能化發(fā)展依然存在不平衡現(xiàn)象。
 
西部大型礦區(qū)煤層賦存條件較好,智能化開采技術(shù)與裝備相對成熟,生產(chǎn)效益好,人才儲備相對豐富,智能化煤礦建設(shè)速度快、效果好。相比之下,中東部、西南部礦區(qū)煤層賦存條件相對復(fù)雜,智能化開采技術(shù)與裝備適應(yīng)性較差,高端技術(shù)人才匱乏,投入產(chǎn)出比低,煤礦智能化建設(shè)緩慢。
 
是否有必要投入資金和人力物力在煤層賦存和開采條件復(fù)雜的礦井發(fā)展智能化?在煤炭行業(yè),有不同的聲音。有人認(rèn)為,煤層賦存條件復(fù)雜的礦井,能源開采成本高,以后要逐漸淘汰,不應(yīng)再花大力氣搞智能化。有人認(rèn)為,在煤層賦存條件復(fù)雜的礦井突破技術(shù)瓶頸,不僅能夠提高煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率,而且對于其他同類型礦井有借鑒意義。
 
《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確了全國煤炭開發(fā)總體布局是壓縮東部、限制中部和東北、優(yōu)化西部。這并不意味著中部、東部地區(qū)的煤炭發(fā)展要完全“擺爛”,對于煤層賦存和開采條件復(fù)雜的礦井而言,坐以待斃更是下下策。
 
當(dāng)前,煤炭行業(yè)雖面臨政策、環(huán)境等壓力,但能源保供基本面依然給目前煤炭行業(yè)發(fā)展提供了機(jī)遇。在這樣的宏觀背景下,智能化是必然趨勢。智能化做得好,則步入發(fā)展快車道;智能化做得不好,則面臨淘汰風(fēng)險。
 
煤層賦存和開采條件復(fù)雜的礦井還需更加重視煤礦智能化建設(shè)。未來煤礦智能化的發(fā)展形態(tài)不僅是煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化,還包括煤礦地質(zhì)勘探、礦井設(shè)計(jì)建造、廢棄礦井綜合利用等礦井全生命周期管控智能化以及煤礦“產(chǎn)、運(yùn)、銷、儲、用”全流程調(diào)控的智能系統(tǒng)化。突破其中眾多技術(shù)難題,還有很長的路要走,也值得我們?nèi)プ。正如中國工程院院士王國法所言?ldquo;我們提出的煤礦智能化愿景,讓職工更幸福、企業(yè)更高質(zhì)量地發(fā)展。這是符合科學(xué)規(guī)律的,是一定能夠?qū)崿F(xiàn)的。”

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