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煤炭开采向薄煤层要“厚”效益

2023-09-16 15:08:06

像朱集东矿这样的薄煤层资源储量巨大,但受限于开采空间小、装备水平偏低等因素,海量资源一度被“搁置”。上述现象如今正在改变。

▲图为国产采煤机在1171(1)薄煤层智能化工作面进行割煤作业。苏雨/摄

“过去,手动拉支架,在低矮空间里一架一架地钻,一个班下来,大伙儿累得腰酸背痛。现在不一样了,一个按钮就能自动移架,效率变高,人还不辛苦!”近日,淮河能源集团朱集东煤矿综采二队副队长朱亚运在接受记者采访时,感慨连连。

井下支护是采煤的重要环节,“支得住”才能确保采煤巷道全生命周期安全稳定。位于淮南矿区的朱集东矿地质条件复杂,平均煤厚仅约1.3米,井下空间有限,给支护这项工作增加了难度。朱亚运介绍,传统靠人工拉支架,工人长时间无法直立,劳动强度极大。“引入智能化装备后,井下人员主要集中在后方远程操控和检修维护,工作面内用人随之减少。”

在我国,像朱集东矿这样的薄煤层资源储量巨大,但受限于开采空间小、装备水平偏低等因素,海量资源一度被“搁置”。上述现象如今正在改变。

“采厚丢薄”不可取

按照煤层厚度划分,煤炭资源分为厚煤层、中厚煤层与薄煤层。统计显示,薄煤层可采储量约占我国煤炭全部可采储量的20%,在陕西、河南等10多个省区均有分布。

然而,一个“薄”字给开采带来诸多困难。朱亚运举例,煤层薄、加上断层构造复杂,工人在拉移支架时受到顶板、底板条件约束,支架姿态差,时常出现拉移不到位;煤层埋藏深,伴随着地压大等状况,巷道采用锚联网支护,还易导致采煤机效率发挥受限。

因为开采不易,薄煤层的实际产量目前只占到总产量的7%左右。除了不好采,有些矿井还长期存在“采厚丢薄”的情况。“厚煤层、中厚煤层先天条件好,自然是优先开采对象。在薄煤层作业,采掘空间狭小,工作非常不便,有时候工人甚至只能爬行。井下采高有限,其他煤层适用的成熟装备不可用,对采煤机的尺寸、功率等都提出苛刻要求。”中国矿业大学矿业工程学院教授王方田证实。

现实制约摆在眼前,薄煤层资源却不可丢掉。记者了解到,在东部、中部等区域,煤炭优质资源基本面临枯竭,薄煤层接续必须跟上。此外,诸如延安东部一带,煤层厚度虽然不到0.8米,底下却赋存着配焦煤这样的稀缺煤种。

“好采、易采的资源总有采完的一天,薄煤层不采不行。而且,越是难采的资源,越需要把劳动强度降下来、让井下人员少下来。为此,我们一直在研究摸索,希望通过更先进的装备把效率提上去。”西煤机公司研究院院长赵书斐告诉记者。

适应性装备屡获进展

据了解,薄煤层开采现已引起越来越多矿井及煤机企业的重视。记者从中煤科工集团获悉,其研制的适应小采高1.3米薄煤层的采煤机,日前在神东煤炭公司石圪台煤矿成功应用,创下低1.3米煤层年产260万吨的世界纪录。在同等工作面条件下,该系列采煤机产能可达到国际同类采煤机的3倍。徐矿集团下属华东机械公司自研的国内首台套极薄煤层液压支架,带动0.6米极薄煤层实现综合机械化开采。以电液控液压支架取代人工支护,基本取消了极薄煤层开采用人多、风险高的工种工序。

对此,朱亚运有着深刻感受。“像我们矿的1171(1)工作面,煤层均厚只有1.3米。采高受限,要不要走智能化道路?上了智能化装备是否可行?一开始,大家心里不太有底。”他告诉记者,为保证智能化效果,矿上多次组织人员到兄弟单位实地考察,立足矿井地质条件,与相关设备厂家建立合作关系,全面保证设备的匹配性、适用性、稳定性。如今,采煤机硬件改造、自动跟机移架调试、“岗位合一”等难点、堵点逐一解决,实现了全流程智能化采煤工艺,工作面综合自动化率达到85%以上。“为进一步提率,矿上还开发定制了移动端app,把控制中心工况信息监测和控制功能移植到app上,职工通过操作平板就能查阅和控制工作面设备情况。”

“薄煤层采煤机普遍存在装机功率小、生产能力低、智能化水平不高等问题,这些年我们一直在想办法攻关。目前,装机功率已由过去的七八百千瓦,提升到一千千瓦以上,功率大大提高,智能化水平随之上升。”赵书斐说。

装备升级是系统工程

进展之余,薄煤层开采仍有不少提升空间。王方田认为,正是由于开采难度大、限制条件多,薄煤层矿井的智能化需求更加迫切,更需要先进装备加以支撑。“先要做好勘探,对地质条件有清晰把握,再有一个科学开采规划。如果采厚丢薄,反过头来再采薄煤层,这是难上加难。构建薄煤层工作面透明化模型,可为智能开采提供参考依据。”

“事实上,我们的采煤装备已经走在世界前列,其他国家有的我们能做,国外没有的我们也都有了。换个角度说,这也带来新问题——缺乏可参考的对象,建立相应的标准及认证还需要时间。”赵书斐坦言,薄煤层采煤机的功率在放大、效率在提高,但目前,基础原理研究不够深入、试验平台缺乏等问题,尚未从根本上解决。“也就是说,理论支撑还不够,基础不牢是迫切的现实问题。”

要进一步升级装备,单靠煤机企业还不够。赵书斐举例,在狭窄井下空间内,采煤装备体积要小、自重要大、效率要高。装备越做越小,重量反倒要求更重,否则难以应对截割负载,机器运转时振动对电控系统等损伤较大。“这样一来,对采煤装备的设计、材料、工艺等都有苛刻要求。再比如,为满足尺寸要求,装备越做越紧凑,所用的机械、电气元件自然不能像以前那么大。通用件不符合要求,只能走定制化路线,这些都需要相关厂家配合。”

“用人数量减少了,智能化装备对人员能力要求却更高。”朱亚运表示,朱集东矿联合相关设备厂家,已开展智能化操作人员、检修人员专业化培训。“不仅要学会各型号装备的操作,还要熟悉原理、构造、故障排除方法等,掌握一整套工艺流程。对智能化综采设备有系统认识,才能真正用得上、用得好。”


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