“實(shí)現(xiàn)煤炭資源安全高效智能開發(fā)，推動(dòng)煤炭資源綠色開發(fā)與生態(tài)礦山建設(shè)。”這是 《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 (2016～2030年)》中有關(guān)“煤炭無(wú)害化開采技術(shù)創(chuàng)新”戰(zhàn)略方向的簡(jiǎn)要表述。

記者注意到，在上述計(jì)劃明確的15項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)中，煤炭無(wú)害化開采位列之首，其地位之重要、意義之深遠(yuǎn)可見一斑。

要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，還需深厚的技術(shù)積淀作支撐。回望過(guò)去5年，我國(guó)建井技術(shù)、高效開采方法已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，煤炭開采技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。這其中最具發(fā)言權(quán)和代表性的，當(dāng)屬享有“煤炭工業(yè)的長(zhǎng)子”之美譽(yù)的同煤集團(tuán)。

記者了解到， “十二五”期間，同煤集團(tuán)成功入選第五批“國(guó)家級(jí)創(chuàng)新型試點(diǎn)企業(yè)”，獲得國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、專利等近700余項(xiàng)。去年，該集團(tuán)“特厚煤層沿空掘巷千萬(wàn)噸綜放面安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”等3個(gè)項(xiàng)目，更是首次在同一年度同時(shí)榮獲2016年中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，創(chuàng)整個(gè)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(yàn)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(guó)厚煤層可采儲(chǔ)量占全國(guó)煤炭總可采儲(chǔ)量的43%左右，每年厚煤層的煤炭產(chǎn)量約占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的40%~50%。因此，在厚煤層條件下實(shí)現(xiàn)安全、高效、高回收率開采對(duì)我國(guó)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(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，同煤集團(tuán)“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”項(xiàng)目獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這是該集團(tuán)時(shí)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(guó)內(nèi)外沒(méi)有先例，這也是該項(xiàng)目的創(chuàng)新性之所在。

具體來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)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(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(guó)產(chǎn)化的年產(chǎn)千萬(wàn)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(yīng)性及可靠性。

該項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這是繼我國(guó)成功研制年產(chǎn)600萬(wàn)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(jìn)步，標(biāo)志著我國(guó)千萬(wàn)噸礦井和千萬(wàn)噸工作面成套技術(shù)裝備研發(fā)進(jìn)入了工程示范和全面推廣應(yīng)用階段。

據(jù)悉，該項(xiàng)技術(shù)已被推廣到大同煤礦集團(tuán)其他千萬(wàn)噸礦井及平朔、神東等10多個(gè)礦區(qū)的30多個(gè)煤礦。與分層開采比較，該項(xiàng)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(xiàng)技術(shù)已在澳大利亞、俄羅斯等地推廣，對(duì)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(shè)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(yīng)力向礦井深部轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)煤柱留設(shè)的位置恰好處在高應(yīng)力區(qū)域，導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)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(shè)的大煤柱，進(jìn)而損失大量煤炭資源。

如何破題?同煤集團(tuán)“十二五”收官之年的重點(diǎn)科研項(xiàng)目———小煤柱留設(shè)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(shè)技術(shù)就是把工作面的回風(fēng)順槽布置在采空區(qū)的邊緣，通過(guò)數(shù)值模擬及試驗(yàn)分析，布置小煤柱。這樣不僅維護(hù)巷道簡(jiǎn)單了，還能有效降低支護(hù)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(lái)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(tuán)在塔山煤礦試驗(yàn)性地運(yùn)用小煤柱留設(shè)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(jì)多回收煤炭資源68萬(wàn)噸。2016年11月，該集團(tuán)開始在總結(jié)前期小煤柱回采成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)在塔山煤礦深入研究小煤柱留設(shè)技術(shù)。

“應(yīng)用小煤柱留設(shè)技術(shù)后，巷道成型好、回采期間二次維護(hù)量小，而且支護(hù)環(huán)境、安全條件要比原來(lái)留設(shè)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(shuō)。

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

智能化高效綜采裝備成同忻煤礦“頂級(jí)配置”

當(dāng)前，煤礦工人的職業(yè)健康逐漸成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。在此背景下，國(guó)家正大力推進(jìn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”工程。同忻煤礦也在實(shí)踐過(guò)程中，不斷向這一目標(biāo)靠攏。

隨著操作人員摁下總控臺(tái)啟動(dòng)按鈕，50米開外工作面緩緩啟動(dòng)的機(jī)器轟鳴聲打破了地層深處的沉寂，遠(yuǎn)端的采煤機(jī)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(shí)，于同忻煤礦地面調(diào)度指揮中心的智能化總控臺(tái)前，調(diào)度指揮人員也可以通過(guò)視頻操控機(jī)組設(shè)備，隨時(shí)掌握著井下生產(chǎn)狀況。這是同忻煤礦智能化綜采隊(duì)在8202工作面遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化開采的作業(yè)場(chǎng)景。

據(jù)介紹，此項(xiàng)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(shè)備姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與多項(xiàng)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(jī)接口，該系統(tǒng)以采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心，實(shí)現(xiàn)了在地面及順槽綜合監(jiān)控中心對(duì)綜采設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)與集中控制，確保工作面智能化運(yùn)行，達(dá)到工作面連續(xù)、安全、高效開采。

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

據(jù)記者了解，該項(xiàng)目的實(shí)施使設(shè)備替代工人進(jìn)行井下開采，實(shí)現(xiàn)地面及井下控制中心對(duì)設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)和集中控制，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，將工人從危險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)解放到相對(duì)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(dá)85%以上，生產(chǎn)能耗下降5%以上，操作人員減半，進(jìn)一步提升了企業(yè)安全生產(chǎn)的保障能力。

原標(biāo)題:砥礪奮進(jìn)的五年丨煤炭開采聚焦安全高效綠色