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煤炭智能掘進技術突破的“三板斧”

2021-6-17 8:04:52 來源:中國礦業報 本報記者:劉盼盼 通訊員 王蕊 李秀

日前,由陜西陜煤榆北煤業有限公司和中國礦業大學智能快掘團隊、中國鐵建重工股份有限公司、西安煤礦機械有限公司等單位共同研發的煤礦智能掘進裝備與技術,實現了智能裝備研發、控制機理創新、施工組織優化三大突破,將我國煤礦智能化快速掘進推上了新臺階,為我國智能掘進技術機械化、自動化,逐步向智能化邁進打下了基礎。

在實現煤礦智能掘進技術三大突破的過程中研發團隊是如何攻堅克難的呢?

現狀:亟需解決智能掘進難題

煤炭資源是我國重要的基礎能源之一,長期以來,煤炭產業在我國社會發展中扮演著重要的角色。除了大家都知道的煤炭用于發電以外,煤炭在冶金、化工、建材行業的作用也是其他材料所不能替代的。隨著經濟社會的不斷發展,我國對煤炭資源的需求量也在不斷增大。

由于煤礦資源的分布不同,有的煤礦資源埋得不深,露天就可以進行開采,有的煤礦埋藏較深,只能進行深井作業,開采較為困難,而深層采礦工作往往面臨著高地應力和復雜地質條件的挑戰,這些新問題導致了巨大的變形以及圍巖和巷道的破壞,嚴重威脅礦工的安全并限制了煤炭生產的產能。

隨著市場對煤炭需求量的日益增長,近年來采煤裝備機械化程度及技術水平不斷得到提高,煤礦采煤效率大幅度提升,為保證正常生產的運輸、通風及行人安全,這就要求更多的巷道、更大斷面。

長期以來,存在于煤炭生產企業“重采煤、輕掘進”的傳統思想,導致掘進裝備遠落后于采煤等系統的智能化水平,成為智慧礦山建設的“卡脖子”工程。

巷道掘進工作是煤礦安全生產的核心環節。目前,我國煤巷智能快速掘進技術發展存在裝備、機理及工藝三個方面的問題:首先,現有快速掘進關鍵裝備自動化程度低、系統不協調、無法實現掘支同步,對地質條件的適應性差,不能保證本質安全,從設計理念、研發及現場應用仍需大量探索。其次,快速掘進技術顯著的改變了圍巖應力、位移時空演化規律,現有圍巖控制理論與快掘技術不匹配,無法充分發揮裝備效能。此外,施工工藝及勞動組織仍未解決“掘支平衡、掘支平行”難題,無法實現人機協同、機環協同。這些仍是制約煤巷智能快速掘進技術的瓶頸難題,需要進一步的探索。談起當前我們煤炭企業快速掘進技術發展的現狀,中國礦業大學礦業工程學院許興亮教授如是說。

為解決這一現狀,陜西陜煤榆北煤業有限公司聯合中國礦業大學智能快掘團隊,組織開展了“榆北大斷面煤炭快速掘進技術研究”。

攻關:團隊齊心協力攻克難題

面對煤礦井下惡劣環境,發展巷道智能化快速掘進技術成為提高煤礦開采效率、解決采掘失調及減少安全生產隱患的一個方向。

國家煤礦安全監察局曾在2019年發布的《煤礦機器人重點研發目錄》中對應用到煤礦資源開采的機器人提出,掘進機器人首先要具備一定的自主決策能力,精準導向、多參數感知、自適應截割、自動支護、連續運輸、狀態監測與故障預判、高效除塵、緊跟迎頭,掘支平行,快速成巷。這樣施工人員可以精準定位掘進機器,同時也可實現對掘進環境進行實時監測。

中國礦業大學智能快掘團隊結合曹家灘煤礦的具體情況,聯合現場科技人員進行了艱苦卓絕、不分日夜地測試研究。團隊以實現大斷面煤巷的優質高效掘進、解決設備以及技術瓶頸為目標,運用現代信息技術手段,將社會發展成果充分融入煤礦智能掘進建設,提出“減量提效、減密加長、結構自穩、空區保障、變形均化、強度阻斷”的圍巖控制對策、“關鍵強化、整體協調”的裝備優化方法、“突破瓶頸、科學管理”的施工組織優化思路。

為此,項目研發團隊長期全程跟蹤裝備運行情況,發現問題、解決問題,共對智能快掘系統進行了十大類207項改造,全方位優化了該套設備性能,“人機匹配度”進一步提升。團隊管理人員還大膽創新,多方面、多節點、全工位地對區隊進行科學管理,在實現快掘目標的同時,總結形成了一套極具特色的“六型六化”管理體系,為全國范圍內快掘技術的推廣提供了教科書式的管理指導。

千人同心,則得千人之力;萬人異心,則無一人之用。在項目進展過程中,雖然面臨各種各樣的困難,但經過團隊成員齊心協力,共同奮戰,從2019年到2020年,經過兩年時間,最終形成了榆北大斷面煤巷快掘進技術體系,為千萬噸特大型礦井大斷面煤巷快掘進提供技術保障,首次實現了全國快速掘進條件下的掘支平行、一次成巷,避免了傳統掘進的大面積空頂作業,實現巷道掘進本質安全。

陜西陜煤曹家灘礦業有限公司董事長雷亞軍驕傲地說:“現在我們礦井大斷面煤巷掘進取得了單班進尺51米、單日進尺101米、單月進尺2020米的驕人成績,從以前每班25人減少至現在7人,不僅解決了前期采掘失衡的難題,讓礦井生產接續安排游刃有余,而且生產實現了‘少人、無人’的轉變。”

未來:雖有成果但仍需再突破

風正潮平,自當揚帆破浪;任重道遠,更須奮鞭策馬。雖然煤巷智能快速掘進技術得到了突破,解決了亟待攻克的難題,但面對井下復雜的環境,煤巷智能快速掘進之路仍是崎嶇不平的,是充滿挑戰的,有無數的難題等著研究團隊去攻克。

項目研究專家表示,智能化正在重新定義煤炭產業,未來,我們將不負使命,持續創新,在智能快掘的探索和應用中,以無人或少人為目標,深化“兩化融合”,加快“產學研用”深度融合,持續加大智能快掘關鍵技術攻堅,讓智能快掘技術再升級。

煤礦智能化建設的浪潮正在興起,智能快掘研究團隊將不忘初心、勇擔重任,為煤炭行業高質量發展貢獻力量,為煤炭行業科技創新再做新貢獻。

對此,科研團隊認為要做好以下幾點:首先,需要在現有掘進技術的基礎上結合我國煤礦基本國情,研制出適合我國煤礦使用的快掘裝備,實現快掘裝備的運行穩定性、關鍵部件的可靠性及整體裝備智能化水平大幅提升。其次,快掘裝備技術正處于高速發展期,新裝備、新技術不斷涌現,新的支護材料、新的適應掘錨裝備的支護工藝需作進一步研究。再次,施工組織優化中人員占據了主導作用,但施工人員的經驗及習慣大部分仍處于傳統工藝中,需要對施工人員的職業素質進一步提升。最后,我們應當依據實際情況,提出相應的快速掘進標準,建立符合我國國情的快速掘進標準作業體系,加快推進煤炭行業智能化掘進技術規范化。

網站編輯:宮莉

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