近期,薄煤層安全高效開采捷報(bào)頻傳:國內(nèi)首套等高式采煤設(shè)備在神東煤炭集團(tuán)石圪臺(tái)煤礦投入試生產(chǎn),距離工作面400米外即可遠(yuǎn)程操控,真正實(shí)現(xiàn)了無人開采;我國首個(gè)智能化薄煤層綜采工作面在神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦優(yōu)質(zhì)貫通,采用智能化割煤新技術(shù),配備特種機(jī)器人代人巡檢,設(shè)備綜合自動(dòng)化率達(dá)95%以上;采高僅0.9-1.1米的工作面在七臺(tái)河礦業(yè)公司新立煤礦投用,成為國內(nèi)目前采高最薄、傾角最大、構(gòu)造最復(fù)雜的智能化薄煤層綜采工作面……
受先天條件欠佳、開采難度較大、經(jīng)濟(jì)效益偏低等因素影響,薄煤層安全高效開采是長(zhǎng)期困擾行業(yè)發(fā)展的一大難題。其儲(chǔ)量占到全國可采儲(chǔ)量的20%以上,產(chǎn)量卻只占全國總產(chǎn)量的8%左右。部分煤礦長(zhǎng)期“采厚丟薄”,造成煤炭資源浪費(fèi),且不利于自身可持續(xù)發(fā)展,薄煤層的開采意義并不不“薄”。如何做好薄煤層開采的“厚”文章,這是一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)課題。
“家底”可觀但安全高效開采不足
按照厚度,地下開采分為薄煤層、中厚煤層及厚煤層。其中薄煤層低于1.3米,在我國85%以上礦區(qū)均有分布。
“因資源賦存條件好、生產(chǎn)效益高,厚煤層、中厚煤層是優(yōu)先開采對(duì)象。薄煤層多作為配采煤層,不少礦井甚至直接丟棄。但煤炭屬于不可再生資源,過去被忽視的薄煤層資源,如今已到不得不采的階段。”中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院教授王方田表示,在中東部產(chǎn)煤區(qū),礦井普遍面臨資源枯竭問題,相對(duì)好采的資源在減少,向薄煤層延伸成為現(xiàn)實(shí)之需。即便是資源較好的西部等地,提前做好技術(shù)儲(chǔ)備既有必要,還可實(shí)現(xiàn)薄煤層高效開采與災(zāi)害防控一體化。
對(duì)此,棗礦集團(tuán)濱湖煤礦采煤副總工程師姜輝感觸頗深。由于地質(zhì)條件、市場(chǎng)環(huán)境等影響,該礦曾連續(xù)多年虧損。正是薄煤層安全高效開采,為其帶來轉(zhuǎn)機(jī)?!拔覀円氡∶簩又悄芑擅簷C(jī)組,徹底顛覆傳統(tǒng)開采方式,掘進(jìn)、運(yùn)輸效率均提高30%以上。一個(gè)工作面具備年產(chǎn)百萬噸能力,同比普通綜采工作面,人均工效增幅4倍以上?!?/p>
中煤科工北京華宇工程有效公司總工程師張安林還稱,煤礦在拿資源時(shí)不分“厚薄”,同一礦區(qū)、不同煤層,前期一樣需要勘探費(fèi)用、資源價(jià)款等投入?!安珊駚G薄”的做法造成資源浪費(fèi),縮短礦井服務(wù)年限?!坝械谋∶簩雍薪姑旱认∪泵悍N,不開采更是一種浪費(fèi)。還有礦井存在瓦斯抽采、沖擊地壓等難題,把薄煤層作為保護(hù)層,合理開采可起到減災(zāi)防災(zāi)作用,有助于其他煤層安全采出?!?/p>
值得關(guān)注的是,薄煤層“家底”可觀,實(shí)際年產(chǎn)量卻只占到8%左右。在中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)評(píng)定的安全高效礦井中,薄煤層工作面數(shù)量、產(chǎn)量分別占到5.92%、1.1%,安全高效開采水平亟待提升。
先天制約帶來可靠性、適應(yīng)性等問題
據(jù)悉,“先天不足”是制約安全高效開采的首要因素?!氨∶簩幼畲筇攸c(diǎn)就在一個(gè)‘薄’字。濱湖煤礦可采煤層厚度平均只有1.3米,地質(zhì)條件變化大,斷層、夾矸等地質(zhì)構(gòu)造多,先天條件決定開采難度大。井下空間有限,早前開采方式較為落后,傳統(tǒng)綜采設(shè)備配備也不合理,生產(chǎn)、檢修等工作十分受限,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率反而不高?!苯x舉例。
一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士告訴記者,開采效率偏低,進(jìn)一步導(dǎo)致企業(yè)不愿過多投入,薄煤層在設(shè)備研發(fā)、技術(shù)更新、資金投入等方面遠(yuǎn)不如中厚煤層、厚煤層,反過來又制約效率提升?!疤貏e是一些國有礦井,對(duì)產(chǎn)量、效益考核要求高。自然是多采優(yōu)質(zhì)資源,難題就先放一放了?!?/p>
多位專家表示,為解決先天難題,裝備升級(jí)是關(guān)鍵,也是難點(diǎn)所在?!熬驴臻g有限,對(duì)設(shè)備規(guī)格尺寸有嚴(yán)格限制。為確保開采效率,對(duì)采煤機(jī)裝機(jī)功率要求越來越高。加上薄煤層地質(zhì)條件復(fù)雜,給設(shè)備適應(yīng)性帶來考驗(yàn)?!蔽髅簷C(jī)公司研究院機(jī)械研究所所長(zhǎng)趙書斐稱,基于小尺寸與大功率、高可靠性及高適應(yīng)性之間的矛盾,設(shè)備自身若缺乏保障,大部分時(shí)間消耗在檢修維護(hù)上,高效智能更無從談起。
趙書斐舉例,受薄煤層采高的限制,往往會(huì)在機(jī)身長(zhǎng)寬等方面想辦法。薄煤層工作面往往不平整,采煤機(jī)機(jī)身過長(zhǎng),剛性不足,且容易與其他設(shè)備互相干涉?!熬拖裨揭败囋趶澢鸱穆飞闲旭偅粫?huì)上坡一會(huì)下坡,適應(yīng)性是高效駕駛的前提?!?/p>
姜輝稱,由于缺乏成熟經(jīng)驗(yàn),前期只能借鑒中厚煤層、厚煤層智能化裝備,再根據(jù)薄煤層系統(tǒng)量身定制,摸索解決傳統(tǒng)裝備功率小、進(jìn)尺少、效率低等問題?!安煌V井情況各異,薄煤層對(duì)裝備適應(yīng)性要求更高。”
智能化開采是減人提效的可行路徑
圍繞現(xiàn)狀,如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)采盡采,向薄煤層要效益?記者了解到,推進(jìn)智能化開采被視為一條可行路徑。
姜輝介紹,在綜合分析礦井地質(zhì)條件、系統(tǒng)配套、管理水平等基礎(chǔ)上,濱湖煤礦先后配備了3套薄煤層智能化采煤機(jī)組,實(shí)現(xiàn)對(duì)全設(shè)備的遠(yuǎn)程控制,及液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架、采煤機(jī)記憶截割,真正做到“等高采煤”,資源回收率達(dá)到99%,單產(chǎn)水平提高一倍以上?!斑^去靠人工拼勞動(dòng)、拼時(shí)間,現(xiàn)在全礦井實(shí)行‘取消夜班+周末集休’,工作時(shí)間短了,效益反倒提升。在此帶動(dòng)下,開采成本降低、資金流也上來了,進(jìn)一步支撐智能化向洗選、儲(chǔ)裝運(yùn)等環(huán)節(jié)鋪開,減少整體生產(chǎn)成本,形成良性循環(huán)?!?/p>
趙書斐稱,提升薄煤層效益,離不開智能化方向?!霸趯?shí)現(xiàn)記憶割煤基礎(chǔ)上,下一步將朝著更精準(zhǔn)、易用的目標(biāo)發(fā)展。比如結(jié)合自主三維定位,準(zhǔn)確掌握煤層的更多信息,就像在地下做衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)?!?/p>
“相比其他煤層,薄煤層智能化裝備缺乏可參考的對(duì)象,我們結(jié)合礦井實(shí)際情況進(jìn)行非常規(guī)定制,盡最大可能有效利用空間,把設(shè)備體積降下來、功率提上去?!壁w書斐表示,裝備升級(jí)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及材料、工藝、設(shè)計(jì)等方方面面?!氨热?,目前選用材料已達(dá)到業(yè)內(nèi)頂級(jí)水準(zhǔn),到了上限之后就要研發(fā)更理想的材料,對(duì)剛度、強(qiáng)度、抗沖擊等均有更高要求。相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈共同加強(qiáng),才能真正提升可靠性、高效性?!?/p>
在王方田看來,由于限制條件多、開采難度大,薄煤層對(duì)智能化發(fā)展的需求也最迫切?!鞍凑諅鹘y(tǒng)方式采厚丟薄,再回過頭來開發(fā)薄煤層的難度反而更大。因此,從一開始就要清晰認(rèn)識(shí)、科學(xué)規(guī)劃,找準(zhǔn)與薄煤層特殊地質(zhì)條件相適應(yīng)的開采模式?!?/p>