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    煤炭采掘裝備向“智造”升級

    [2024-03-11 13:38:14]

    詳細說(shuō)明:


           著(zhù)力破解煤礦采掘失衡難題
           在一個(gè)年產(chǎn)煤炭量超過(guò)1000萬(wàn)噸的工作面,掘進(jìn)一條6000米的巷道需要多長(cháng)時(shí)間?答案是4個(gè)月。
           位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團曹家灘煤礦,借助先進(jìn)的智能掘進(jìn)裝備,一天可掘進(jìn)巷道55至65米,有力保障了采煤工作的開(kāi)展。日前,記者來(lái)到曹家灘煤礦生產(chǎn)一線(xiàn)一探究竟。
           上午10時(shí)許,換上橙黃色工作服,記者乘坐特制防爆車(chē)進(jìn)入礦區井下,約半小時(shí)后,到達地下300米深的工作面。只見(jiàn)煤巷中,一臺100多米長(cháng)的掘進(jìn)裝備正旋轉著(zhù)滾筒破開(kāi)煤層,一邊向前掘進(jìn),一邊支護巷道。
           “這臺大家伙是我國自主研制的全球首套鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)成套裝備,我們是第一家采用的煤礦?!辈芗覟┟旱V掘進(jìn)三隊隊長(cháng)張虎向記者介紹。
           采煤,首先需要掘進(jìn)巷道。煤礦運輸、通風(fēng)、行人等有了必要通道,接著(zhù)才能開(kāi)采煤炭。
           這套裝備有何不同?張虎大步登上臺階,領(lǐng)著(zhù)記者走到了鉆錨裝置前?!爸灰匆幌?,錨桿就會(huì )自動(dòng)打入煤層,不到3分鐘就能打上一根?!彼钢?zhù)操作按鈕說(shuō)。
           打入錨桿為的是支護煤層。煤巷埋深常達幾百米,掘進(jìn)時(shí)想要確保兩側煤幫和上方巖層不塌方,有效的支護至關(guān)重要。
           拿起一根錨桿,一旁的中國煤炭科工集團(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國煤科)工程師王子越說(shuō)起了“一鍵打錨桿”的高效:傳統的支護作業(yè),先要用鉆桿打出鉆孔,卸下鉆桿后,再將錨桿打入鉆孔中,然后加固和支護圍巖。打鉆桿、裝錨桿輪番上陣,一次要6道工序。而采用鉆錨一體化自動(dòng)支護方法,鉆桿即錨桿,6道工序變1道,革新了巷道支護工藝。
           張虎接過(guò)話(huà)茬:“過(guò)去,支護作業(yè)需要兩個(gè)人配合,一個(gè)班次10多個(gè)人下井,一個(gè)人打鉆桿,另一個(gè)打錨桿,耗時(shí)長(cháng)不說(shuō),作業(yè)勞動(dòng)強度也比較大,如今工作效率高了,作業(yè)強度大幅降低?!?br/>       順著(zhù)礦燈,記者看到,煤幫上整齊均勻排列著(zhù)打入的錨桿,牢牢支撐住這個(gè)地下300米的開(kāi)闊巷道。
           鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)技術(shù)裝備,簡(jiǎn)化了支護流程,提升了巷道支護速度。該技術(shù)裝備研發(fā)項目執行負責人、中國煤科首席科學(xué)家姜鵬飛介紹,傳統綜掘機掘進(jìn)一個(gè)月只能掘進(jìn)200米左右,如今每月能掘進(jìn)1500米以上。
    巷道掘進(jìn)提速為何重要?
            “因為它可以破解煤礦采掘失衡難題?!敝袊嚎瓶萍嘉魅?、中國工程院院士康紅普解釋?zhuān)拔覈?0%以上的煤礦為井工礦,而井下開(kāi)采必須先掘巷道。如今,采煤工作面自動(dòng)化、智能化程度較高,相比之下,巷道掘進(jìn)拖了后腿,成為煤炭行業(yè)安全、可持續發(fā)展的瓶頸?!?br/>         “曹家灘煤礦井下地質(zhì)條件相對簡(jiǎn)單,我們希望用3到5年時(shí)間,改造完善技術(shù)裝備,讓它應用到復雜地質(zhì)條件中去,在更多礦區、更大范圍解決巷道掘進(jìn)‘卡脖子’問(wèn)題?!笨导t普說(shuō)。
            跟著(zhù)中國煤科首席科學(xué)家張金虎,記者又來(lái)到曹家灘10米超大采高智能綜采工作面。
            抬頭仰望,煤壁比3層樓還高。機器轟鳴,采煤機舉起兩個(gè)直徑4.8米的截割滾筒旋轉,滾滾“烏金”從煤壁傾瀉而下,再通過(guò)刮板輸送機、皮帶機等源源不斷地被送往地面煤倉。
            采煤工作面為何要提高到10米?
            張金虎告訴記者,10米左右的特厚煤層是我國煤炭保供的重要資源。以往采煤一次開(kāi)采,最大只能到達8米多。為了盡可能采完特厚煤層,煤炭人只能通過(guò)多次分層開(kāi)采或放頂煤開(kāi)采。但這種方式在一次開(kāi)采后,余下的煤層開(kāi)采難度大,開(kāi)采成本高。用放頂煤工藝開(kāi)采,又存在頂部石頭混雜進(jìn)來(lái)影響煤質(zhì)的問(wèn)題。
            “提升煤炭開(kāi)采效益,需要更大采高、更智能的煤炭開(kāi)采技術(shù)與裝備?!睆埥鸹⒄f(shuō)。
    2023年11月,在曹家灘煤礦,世界首創(chuàng )10米超大采高智能綜采工作面及配套設備重載試運轉成功,并采出第一刀煤,我國煤炭一次采全高跨入10米大關(guān)。
            “有了這臺‘采煤利器’,我們單個(gè)工作面煤炭年產(chǎn)量能從現在的1300萬(wàn)噸提高到2000萬(wàn)噸以上,產(chǎn)能提升50%以上,煤炭資源回收率提高10%以上?!辈芗覟┑V業(yè)有限公司副總經(jīng)理韓存地說(shuō)。
            然而,在地下300米挖出10米高的超大空間,采煤工作面上覆巖層和煤壁面臨著(zhù)巨大的壓力。
            “8米以上,采高提高哪怕10厘米,巖層和煤壁控制難度都會(huì )急劇提升?!睆埥鸹⒄f(shuō),10米超大采高國內外都沒(méi)人做過(guò),科研人員闖入煤炭開(kāi)采裝備設計、研發(fā)的“無(wú)人區”,在煤礦支護、采煤、運輸裝備等方面,突破了一個(gè)個(gè)難題。
           采煤工作面上,記者看到,100多臺液壓支架牢牢撐起了工作面的頂板,伸展的護臂頂住了前方的煤壁。這里每個(gè)液壓支架重達120噸,具有約2900噸的支護能力。
    從8米多到10米,提升的不僅僅是1米多的支護高度,更帶動(dòng)了煤炭開(kāi)采裝備基礎材料、加工設備、技術(shù)工藝、認知理念等全方位躍升。
           應用需求推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步
           煤炭采掘裝備創(chuàng )新,是一次制造向“智造”升級的探索。
           走進(jìn)曹家灘煤礦安全生產(chǎn)指揮中心,大屏幕上,礦井采、掘、機、運等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的運行情況清晰可見(jiàn)。
           “即便沒(méi)有下井,我也能對井下的動(dòng)態(tài)了如指掌?!表n存地向記者介紹曹家灘煤礦的管控平臺:點(diǎn)擊“支護質(zhì)量智能監測系統”,可見(jiàn)每一個(gè)支架的推進(jìn)速度、壓力等信息;再看“人員精確定位系統”,井下工作總人數,每位工人的位置、狀態(tài)等信息一目了然。
           韓存地告訴記者,工作面上裝有裝備傳感器上萬(wàn)個(gè)、攝像頭1000多個(gè),10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備擁有復雜的智慧“大腦”。智能技術(shù)賦能,該工作面具備了在線(xiàn)監測、一鍵啟動(dòng)、遠程控制及記憶割煤、煤流量實(shí)時(shí)監測等功能。
           隨著(zhù)掘進(jìn)深入,巷道會(huì )出現變形,如何監測?科研人員在硬件、軟件兩方面齊發(fā)力,開(kāi)發(fā)出“耳聰目明”的動(dòng)態(tài)監測系統。掘進(jìn)時(shí),裝備能實(shí)時(shí)監測圍巖變形情況,幫助后期掘進(jìn)工作面動(dòng)態(tài)調整支護參數。
           得益于裝備的自動(dòng)化、智能化,以往皮帶班一次下井要20多人,現在只需要5到6人就能完成作業(yè)?!俺鎏坎怀鎏?,就看電機轉不轉。我們越發(fā)認識到,智能綜采技術(shù)與裝備的性能和水平,是決定現代化煤礦生產(chǎn)效能的關(guān)鍵因素?!表n存地說(shuō)。
           “應用需求是技術(shù)進(jìn)步的重要推動(dòng)力?!笨导t普說(shuō),以10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備研發(fā)為例,起初,考慮到研發(fā)難度,科研人員把目標定在9米。曹家灘煤礦從生產(chǎn)需求出發(fā),聯(lián)合論證了研發(fā)10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備的必要性。煤礦技術(shù)人員根據現場(chǎng)經(jīng)驗,破解了10米超大采高工作面液壓支架入井難問(wèn)題。
           從事煤炭開(kāi)采技術(shù)裝備研發(fā)30多年,康紅普下過(guò)的礦井多得數不過(guò)來(lái)。他告訴記者,現代化的礦井告別低矮狹窄和臟、亂、危險等環(huán)境,智能綜采技術(shù)與裝備發(fā)揮了重要的作用。
           為產(chǎn)業(yè)轉型升級注入動(dòng)能
           近年來(lái),隨著(zhù)設計、生產(chǎn)、工藝等水平不斷提升,我國高端裝備及技術(shù)取得一系列重大突破,為產(chǎn)業(yè)轉型升級和戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強勁動(dòng)能。
           只需2秒鐘左右,脈沖激光束就能完成孔徑不到0.5毫米的微孔加工。這是華工科技新研制的航空發(fā)動(dòng)機熱端關(guān)鍵零部件激光加工裝備所具備的能力。
           微孔加工有何價(jià)值?華工激光三維五軸產(chǎn)品線(xiàn)總工程師胡軍巍介紹,航空發(fā)動(dòng)機的燃燒室工作時(shí),溫度最高可達2000攝氏度左右,為了提高發(fā)動(dòng)機的推重比,防止零部件“熔化”,需要激光加工極小直徑、特殊角度的氣膜孔,做成冷卻空氣層進(jìn)行冷卻降溫。由于沒(méi)有完全掌握相關(guān)工藝,這一度是制約我國航空發(fā)動(dòng)機、燃氣輪機產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的瓶頸之一。
           根據熱端部件的特點(diǎn),華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué)、無(wú)錫乘風(fēng)等多家單位,突破一系列關(guān)鍵核心技術(shù),研制出這臺激光加工裝備,讓發(fā)動(dòng)機在快速降溫的同時(shí),又能給關(guān)鍵部位穿上“保護衣”,有效提升了我國航空發(fā)動(dòng)機關(guān)鍵零部件加工水平。
           作為新型儲能技術(shù),壓縮空氣儲能具有規模大、壽命長(cháng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn),其中,壓縮機和膨脹機又是壓縮空氣儲能系統中的關(guān)鍵核心技術(shù)裝備。歷經(jīng)多年研發(fā),中國科學(xué)院工程熱物理研究所團隊攻克了一系列關(guān)鍵核心技術(shù),研制出300兆瓦級壓縮空氣儲能系統壓縮機和多級寬負荷膨脹機,并實(shí)現落地應用。
           中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長(cháng)陳海生說(shuō):“裝備的突破,有助于引領(lǐng)先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù),贏(yíng)得儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機?!?br/>       高端裝備研發(fā),往往涉及機械、電子、材料等多學(xué)科,單憑一家單位不容易完成。近年來(lái),我國高端裝備創(chuàng )新成果不斷涌現,驅動(dòng)力來(lái)自哪里?康紅普認為,當前,新一代信息技術(shù)、人工智能、新材料等與生產(chǎn)制造正加速融合,為高端裝備的進(jìn)一步升級打開(kāi)發(fā)展空間。
           挺起制造業(yè)“脊梁”,打開(kāi)產(chǎn)業(yè)升級新空間。從改造提升傳統產(chǎn)業(yè)到培育壯大新興產(chǎn)業(yè),再到推動(dòng)現代化產(chǎn)業(yè)體系建設,高端裝備的支撐作用正不斷顯現。

                                                                                   本文摘自《中國煤炭網(wǎng)》

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