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煤炭采掘裝備向“智造”升級(jí)

發(fā)布時(shí)間：

2024-03-22

在一個(gè)年產(chǎn)煤炭量超過(guò)1000萬(wàn)噸的工作面，掘進(jìn)一條6000米的巷道需要多長(zhǎng)時(shí)間？答案是4個(gè)月。位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團(tuán)曹家灘煤礦，借助先進(jìn)的智能掘進(jìn)裝備，一天可掘進(jìn)巷道55至65米，有力保障了采煤工作的開(kāi)展

　　在一個(gè)年產(chǎn)煤炭量超過(guò)1000萬(wàn)噸的工作面，掘進(jìn)一條6000米的巷道需要多長(zhǎng)時(shí)間？答案是4個(gè)月。位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團(tuán)曹家灘煤礦，借助先進(jìn)的智能掘進(jìn)裝備，一天可掘進(jìn)巷道55至65米，有力保障了采煤工作的開(kāi)展。日前，記者來(lái)到曹家灘煤礦生產(chǎn)一線一探究竟。上午10時(shí)許，換上橙黃色工作服，記者乘坐特制防爆車進(jìn)入礦區(qū)井下，約半小時(shí)后，到達(dá)地下300米深的工作面。只見(jiàn)煤巷中，一臺(tái)100多米長(zhǎng)的掘進(jìn)裝備正旋轉(zhuǎn)著滾筒破開(kāi)煤層，一邊向前掘進(jìn)，一邊支護(hù)巷道。“這臺(tái)大家伙是我國(guó)自主研制的全球首套鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)成套裝備，我們是第一家采用的煤礦。”曹家灘煤礦掘進(jìn)三隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)張虎向記者介紹。
　　采煤，首先需要掘進(jìn)巷道。煤礦運(yùn)輸、通風(fēng)、行人等有了必要通道，接著才能開(kāi)采煤炭。這套裝備有何不同？張虎大步登上臺(tái)階，領(lǐng)著記者走到了鉆錨裝置前。“只要按一下，錨桿就會(huì)自動(dòng)打入煤層，不到3分鐘就能打上一根。”他指著操作按鈕說(shuō)。打入錨桿為的是支護(hù)煤層。煤巷埋深常達(dá)幾百米，掘進(jìn)時(shí)想要確保兩側(cè)煤幫和上方巖層不塌方，有效的支護(hù)至關(guān)重要。拿起一根錨桿，一旁的中國(guó)煤炭科工集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)煤科”）工程師王子越說(shuō)起了“一鍵打錨桿”的高效：傳統(tǒng)的支護(hù)作業(yè)，先要用鉆桿打出鉆孔，卸下鉆桿后，再將錨桿打入鉆孔中，然后加固和支護(hù)圍巖。打鉆桿、裝錨桿輪番上陣，一次要6道工序。而采用鉆錨一體化自動(dòng)支護(hù)方法，鉆桿即錨桿，6道工序變1道，革新了巷道支護(hù)工藝。張虎接過(guò)話茬：“過(guò)去，支護(hù)作業(yè)需要兩個(gè)人配合，一個(gè)班次10多個(gè)人下井，一個(gè)人打鉆桿，另一個(gè)打錨桿，耗時(shí)長(zhǎng)不說(shuō)，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大，如今工作效率高了，作業(yè)強(qiáng)度大幅降低。”順著礦燈，記者看到，煤幫上整齊均勻排列著打入的錨桿，牢牢支撐住這個(gè)地下300米的開(kāi)闊巷道。
　　鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)技術(shù)裝備，簡(jiǎn)化了支護(hù)流程，提升了巷道支護(hù)速度。該技術(shù)裝備研發(fā)項(xiàng)目執(zhí)行負(fù)責(zé)人、中國(guó)煤科首席科學(xué)家姜鵬飛介紹，傳統(tǒng)綜掘機(jī)掘進(jìn)一個(gè)月只能掘進(jìn)200米左右，如今每月能掘進(jìn)1500米以上。巷道掘進(jìn)提速為何重要？“因?yàn)樗梢云平饷旱V采掘失衡難題。”中國(guó)煤科科技委主任、中國(guó)工程院院士康紅普解釋，“我國(guó)90%以上的煤礦為井工礦，而井下開(kāi)采必須先掘巷道。如今，采煤工作面自動(dòng)化、智能化程度較高，相比之下，巷道掘進(jìn)拖了后腿，成為煤炭行業(yè)安全、可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。”“曹家灘煤礦井下地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，我們希望用3到5年時(shí)間，改造完善技術(shù)裝備，讓它應(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)條件中去，在更多礦區(qū)、更大范圍解決巷道掘進(jìn)‘卡脖子’問(wèn)題。”康紅普說(shuō)。
　　跟著中國(guó)煤科首席科學(xué)家張金虎，記者又來(lái)到曹家灘10米超大采高智能綜采工作面。抬頭仰望，煤壁比3層樓還高。機(jī)器轟鳴，采煤機(jī)舉起兩個(gè)直徑4.8米的截割滾筒旋轉(zhuǎn)，滾滾“烏金”從煤壁傾瀉而下，再通過(guò)刮板輸送機(jī)、皮帶機(jī)等源源不斷地被送往地面煤倉(cāng).
　　采煤工作面為何要提高到10米？張金虎告訴記者，10米左右的特厚煤層是我國(guó)煤炭保供的重要資源。以往采煤一次開(kāi)采，最大只能到達(dá)8米多。為了盡可能采完特厚煤層，煤炭人只能通過(guò)多次分層開(kāi)采或放頂煤開(kāi)采。但這種方式在一次開(kāi)采后，余下的煤層開(kāi)采難度大，開(kāi)采成本高。用放頂煤工藝開(kāi)采，又存在頂部石頭混雜進(jìn)來(lái)影響煤質(zhì)的問(wèn)題。“提升煤炭開(kāi)采效益，需要更大采高、更智能的煤炭開(kāi)采技術(shù)與裝備。”張金虎說(shuō)。
　　2023年11月，在曹家灘煤礦，世界首創(chuàng)10米超大采高智能綜采工作面及配套設(shè)備重載試運(yùn)轉(zhuǎn)成功，并采出第一刀煤，我國(guó)煤炭一次采全高跨入10米大關(guān)。
　　“有了這臺(tái)‘采煤利器’，我們單個(gè)工作面煤炭年產(chǎn)量能從現(xiàn)在的1300萬(wàn)噸提高到2000萬(wàn)噸以上，產(chǎn)能提升50％以上，煤炭資源回收率提高10%以上。”曹家灘礦業(yè)有限公司副總經(jīng)理韓存地說(shuō)。然而，在地下300米挖出10米高的超大空間，采煤工作面上覆巖層和煤壁面臨著巨大的壓力。“8米以上，采高提高哪怕10厘米，巖層和煤壁控制難度都會(huì)急劇提升。”張金虎說(shuō)，10米超大采高國(guó)內(nèi)外都沒(méi)人做過(guò)，科研人員闖入煤炭開(kāi)采裝備設(shè)計(jì)、研發(fā)的“無(wú)人區(qū)”，在煤礦支護(hù)、采煤、運(yùn)輸裝備等方面，突破了一個(gè)個(gè)難題。
　　采煤工作面上，記者看到，100多臺(tái)液壓支架牢牢撐起了工作面的頂板，伸展的護(hù)臂頂住了前方的煤壁。這里每個(gè)液壓支架重達(dá)120噸，具有約2900噸的支護(hù)能力。從8米多到10米，提升的不僅僅是1米多的支護(hù)高度，更帶動(dòng)了煤炭開(kāi)采裝備基礎(chǔ)材料、加工設(shè)備、技術(shù)工藝、認(rèn)知理念等全方位躍升。

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