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高端智能装备提升煤炭安全保供能力

2023-09-11 14:55:01

两台3430系列采煤机可保障上海全年发电用煤需求。

▲我国研制的全球首台套大功率、超大采高智能化高端采煤机。上海煤科/供图

煤炭行业再传捷报——全球首台套大功率、超大采高智能化高端采煤机MG1250/3430-WD系列(以下简称“3430系列采煤机”)日前在我国问世,大采高可达10米,将世界采掘机械发展推上又一新高度。记者从研发制造单位中国煤炭科工集团上海研究院(以下简称“上海煤科”)获悉,该装备将于9月中旬在神东上湾煤矿首次投用。

“受关注不仅仅是因为装备登顶了全球采煤机装机功率和开采高度高峰,更重要的是,它能够推动特厚煤层一次采全高综采工艺的普及,有效解决传统放顶煤工艺对煤炭资源回收率偏低的问题,满足年产2000万吨工作面安全开采需求。”上海煤科天地采掘机械研发一室主任张斌告诉记者,“这是什么概念?相当于只需两台,就可以保障上海全年发电用煤需求。”

煤炭开采迫在眉睫

采煤效率不断提升,对保障国家能源安全至关重要。煤炭是我国能源供应的压舱石和稳定器,但按照2022年我国原煤产量45.6亿吨、资源产出率40%估算,现有煤炭储量仅能保障开采20年左右,如何安全可靠兜底是一大考验。

中国工程院院士康红普表示,保障国家能源安全对煤炭提出的要求,总体可概括为“三千”——实现西部千万吨级采煤工作面及矿井建设、东部深部千米深井建设与生产、煤巷千米快速掘进技术与装备水平提升。抓住以上难点,解决产出率问题,煤炭资源才能实现开发。

“当前,我国94%的千万吨级矿井分布在西部。要让这些保供主力实现高产,要么把采煤工作面加高或加长,要么采用更先进的开采工艺。另外,我国现有50多对矿井开采深度超过1000米,开采深度大、难度也加大,稍有不慎就可能造成重大事故。所以,开发这部分资源势在必行,而其关键技术和装备必须攻克。”康红普称。

张斌向记者举例,对于8米以上的特厚煤层,过去由于大型综采装备缺失,只能采用分层开采或放顶煤开采方法。长此以往,矿井普遍存在生产效率低、资源回收率低等诸多问题。特厚煤层若能做到沿着煤岩分界线一次性精准采出,可大程度减少对煤炭资源的浪费,生产效率也会随之提高。“换句话说,特厚煤层传统开采工艺和装备,已经难以支撑我国煤炭工业高质量发展,高产迫在眉睫。”

智能化助力资源挖潜

在煤炭行业,智能化被视为提升资源储量和保障能力的主要抓手。

以3430系列采煤机为例,其针对7-10米厚与特厚煤层开发,集智能感知、智能控制、智能诊断与智能通信于一体,使超大采高工作面安全、、智能开采成为可能。“这是我国煤炭安全开采进程迈出的实质性一步。”张斌说起更多细节,“真正的不止于采煤环节,检修和维护等其他环节也应实现智能化。比如像3430这样的大型采煤机,检修时需注入润滑脂,一台设备15个润滑点,传统靠人工维护,一名工人8小时都做不完。对此,我们研制了采煤机专用智能注脂系统,通过采煤机主控系统实现自动注脂,完全替代人工。”

3430系列采煤机正是我国煤矿智能化进程的一个缩影,也是技术装备升级带动生产效率逐步提升的典型案例。近日召开的煤炭绿色、智能开采产学研合作论坛公布的新数据显示,截至今年7月底,56座国家首批智能化示范煤矿通过验收,累计建成智能化采煤工作面363个、掘进工作面239个,采煤工作面单面平均生产能力达到500万吨/年,平均剩余服务年限达到约58年。此外,已建成智能化采煤工作面1043个,掘进工作面1277个。

“通过人工智能等先进信息技术对传统煤炭产业开展智能化改造,对于煤矿减人增安提效、助力煤炭行业高质量发展、保障国家能源安全具有重要意义。”日前,国家能源局在答复十四届人大一次会议第3396号建议中再次强调,国家高度重视煤矿智能化建设,到2025年大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化,到2035年各类煤矿基本实现智能化。

智能化建设面临新考验

“随着技术装备不断升级,智能化建设整体面临着全新考验。”中煤科工开采研究院智能开采装备分院副院长侯刚感慨。

他举例称,采煤、掘进等硬件设备不断升级,数据中台、经营管理系统等软件虽从外行业引入不少先进理念和技术,但应用在煤矿井下的效果却不理想。再如,不少矿井出现人员不足问题,既要完成生产任务,又要学习应用智能化,精力时间受限。加上智能化在调试阶段难免影响产量,煤炭企业如何平衡生产效益和智能化未成熟阶段的矛盾,同样亟待思考。

中国工程院院士王国法坦言,一些关键技术装备瓶颈尚未突破,导致智能化本应带来的效率和效益未全面显现。“在不同区域,煤层赋存条件差异较大,不同煤炭企业的智能化建设基础、理念、技术路径均不相同,导致我国煤矿智能化发展不平衡问题较突出。例如在西南云贵川矿区,矿井产量依然偏低,智能化开采技术与装备适应型比较差。截至目前,在复杂多变煤层条件下,采掘系统还无法形成连续稳定的智能化作业,需要较多人工干预,整体智能化能力得不到有效发挥。”

对此,王国法表示,采掘装备是核心,关键元部件和整机可靠性差、对复杂条件煤矿适应性差等问题,需要开展集中攻关。

在侯刚看来,破题关键在于让每个矿打造合理定位的智能化矿井。“从矿井全场景进行分析研究,建设从设计、实施、交付、使用到维护保障的全流程机制,站在高产实际需求角度,开展针对性科研攻关。除科研单位,煤矿工作人员一开始就要介入,真正做到系统设计、建设、使用全过程融入。”


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