割煤、跟機、推溜、拉架……一系列動作一氣呵成，滾滾烏金經(jīng)過刮板運輸機流出工作面。這一切都顯示在四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團華榮能源公司大寶頂煤礦調(diào)度指揮中心屏幕上。小到設備零件的溫度，大到整個工作面的開采進度，都被處理成了一個個清晰明確的數(shù)據(jù)。
“2124—14智能化綜采工作面自今年4月初正式生產(chǎn)以來，平均每個月可以生產(chǎn)7萬余噸原煤，比之前普通綜采工作面產(chǎn)量提升了150%，當班作業(yè)人員減少了30%，勞動強度也小多了。”大寶頂煤礦綜采二隊隊長張濤表示。
應用智能化綜采技術，在大寶頂煤礦早已不是新鮮事。2021年初，全國首個大傾角復雜煤層結構智能化綜采工作面在該礦正式投產(chǎn)。截至2021年12月工作面回采結束，累計回采產(chǎn)量達43.2萬噸。在原工作面開采完成之后，該礦新建了2124—14智能化綜采工作面。從與復雜地質(zhì)斗爭，到掌握智慧開采密碼，智能化開采技術已在華榮能源公司大寶頂煤礦落地生根。
密碼一：支架上的秘密
“走路拉繩子，常走太空步”是大寶頂煤礦井下職工的工作寫照，也是大寶頂煤礦采煤工作面開采條件的真實寫照。
“我們的煤層賦存和開采條件很復雜，發(fā)展智能化綜采比較艱難，每走一步都在與復雜煤層結構作斗爭。”大寶頂煤礦機電副總工程師董超表示。隨著第二個智能化綜采工作面正式投運，該礦逐漸掌握了大傾角復雜煤層結構智能化綜采技術。
2019年，大寶頂煤礦打算把2124—15工作面建成全國首個大傾角復雜煤層結構智能化綜采工作面。不過，工作面平均傾斜長度172米，平均采高2.4米，煤層傾角從北往南逐漸增大，最小10度，最大34度，平均傾角26度。當時，國內(nèi)外綜采智能化技術的推廣應用集中于近水平工作面，未有在大傾角工作面進行智能化開采的先例。
“正常人在坡度20度的斜坡上來回行走都會非常累，更別說在這種情況下自動操作采煤機、拉移支架了。”大寶頂煤礦綜采二隊機電副隊長李清林說。
為此，大寶頂煤礦成立了工作專班，對工作面現(xiàn)場條件和智能化開采可行性進行了分析，逐一列出問題，開展課題攻關。“首先面對的就是設備防倒防滑問題。”綜采二隊隊長張濤說，“由于支架自重的下滑分力和頂板對頂梁的傾斜推力等作用，工作面傾角越大，液壓支架越會出現(xiàn)沿傾斜方向下滑和傾倒的可能。”
“當時國內(nèi)尚無可借鑒的經(jīng)驗，我們就在現(xiàn)有支架上‘做文章’。”一名參與技術攻關的相關人員表示。
據(jù)介紹，在設計上，他們在工作面前5架排頭支架上添加了其他支架所沒有的前調(diào)、后調(diào)和千斤頂。在前5架進行降柱移架的時候，鄰架可以對其進行牽引，防止其傾倒。同時，前5架排頭架在進行移架的時候，采用錯位移架的方式，先進行3號、4號支架移架，再進行1號、2號支架移架，最后再進行5號及往后支架移架。整個工作面在排頭架的支撐下，防傾倒能力大大增強，保證了下出口設備和人員的安全。
在設備防滑上，該礦在支架底板加裝了防滑千斤頂，將防滑千斤頂伸出，抵住推溜缸，以升壓固定住的支架為支點，對推溜缸進行支撐，從而固定刮板輸送機，防止其下滑。此外，推溜缸還被編入了工作面自動跟機程序，可實現(xiàn)程序控制自動伸縮，解決了工作面下滑問題。
“我們在智能化自動跟機過程中開創(chuàng)性使用防倒防滑缸，對類似的大傾角工作面實現(xiàn)智能化采煤具有借鑒意義。我們第二個智能化綜采工作面也應用了此項技術。”一名參與技術攻關的相關人員表示。
此外，該礦還應用了多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架。這是一種具備多角度調(diào)節(jié)功能的可行走液壓支架，是智能化綜采的核心設備。因行走液壓支架要依靠行走履帶，而行走履帶接地面積大，如果地面礦石較多，行走履帶壓在礦石上時，會導致整個液壓支架歪斜。但是，現(xiàn)有的多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架不具備清障功能。
針對實際情況，大寶頂煤礦在支架履帶前設置了清障和導流機關。當行走履帶行走時，可以對前方路障進行清除，從而保持平穩(wěn)。由于設置了導流機關，不會出現(xiàn)礦石堆積在清障板前方導致行走履帶工作負荷加重的現(xiàn)象，保障了液壓支架自動移架和支護效果。目前，“一種多角度調(diào)節(jié)式行走液壓支架”獲得了國家實用新型專利。
密碼二：防飛石的智慧
隨著采煤機滾滾向前，支架前的擋矸板依次豎起，遮擋住飛來的矸石。
“這是智能化工作面防止矸石飛濺的小秘密。”該礦工作人員指著最上層擋矸板上一處特殊的網(wǎng)狀窗口表示，這個設計使紅外線無論在任何采高、任意傾角都不會被遮擋，可以更好地適應地質(zhì)條件復雜的工作面。
為了防止煤壁側(cè)的煤矸飛到架內(nèi)傷及人員和設備，在設計之初，大寶頂煤礦預想在刮板機電纜槽靠近支架通道的一側(cè)，增加可以固定擋矸板的結構，采用液壓缸的動力方式控制擋矸板升降。
大寶頂煤礦工作面傾角大、采高變化大。為了適應極其復雜的地質(zhì)條件，該礦擋矸板創(chuàng)新采用三層式設計，一層固定、一層升降、一層可拆卸。結合測高傳感器的使用，在自動控制系統(tǒng)的控制下，擋矸板可以完成不同采高條件下的升降動作。
但在設備試機調(diào)試時，該礦技術人員發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的擋矸板會遮擋支架紅外線信號接收，無法自動控制擋矸板升降。面對困難，該礦技術人員打起了擋矸板的主意。他們對傳統(tǒng)擋矸板進行了改進，把擋矸板的一部分實心結構改成鏤空網(wǎng)狀結構。
“我們反復模擬試驗了該網(wǎng)狀結構在不同采高、不同傾角工作面條件下的紅外線接收情況。檔矸板網(wǎng)狀結構的設計為國內(nèi)現(xiàn)有大傾角工作面實現(xiàn)智能化自動跟機提供了借鑒。”該礦相關負責人表示。
密碼三：轉(zhuǎn)載機的改進
在綜采過程中，每割一刀煤，橋式轉(zhuǎn)載機就向前拉移一刀的距離。拉移橋式轉(zhuǎn)載機的前進速度與安全問題，直接關乎采煤效率。
以往升降單體支柱時，必須有兩人扶正壓柱缸，一人注液，人工扶正壓柱缸的時間較長，耽誤生產(chǎn)。同時，扶壓柱缸、注液時，人員在壓柱缸下方，壓柱缸易偏，導致頂板落石傷人。此外，壓柱是固定的，橋式轉(zhuǎn)載機向前拉移一刀后，就要撤柱、移柱，為下一個循環(huán)拉轉(zhuǎn)載機做準備。撤柱、移柱工人勞動強度大，安全隱患多。
“我們設計了一種可調(diào)節(jié)的橋式轉(zhuǎn)載機壓柱，便于調(diào)節(jié)壓柱缸的方向和高度，消除安全隱患，減少工作人員，實現(xiàn)一人遠程操作。”董超說。
改良后的可調(diào)節(jié)式橋式轉(zhuǎn)載機壓柱，通過其中一個輔助液壓缸的活塞桿伸縮，可以使壓柱缸沿橋式轉(zhuǎn)載機滑道的延伸方向擺動；通過另一個輔助液壓缸的活塞桿伸縮，可以沿垂直于橋式轉(zhuǎn)載機滑道的延伸方向擺動，使壓柱缸在橋式轉(zhuǎn)載機滑道的兩側(cè)擺動；配合滑軌調(diào)節(jié)位置的設置，可以調(diào)節(jié)壓柱缸任意角度，最大限度發(fā)揮壓柱缸的作用。
“通過兩個輔助液壓缸來完善壓柱缸的角度調(diào)節(jié)功能，對壓柱缸起到支撐作用，避免了人員扶柱。同時，兩個輔助液壓缸、壓柱缸跟隨滑道移動，避免了撤柱、移柱，確保了人員安全。”董超表示。
2021年2月9日，“可調(diào)節(jié)式橋式轉(zhuǎn)載機壓柱”獲得國家實用新型專利。
通過這些技術創(chuàng)新，大寶頂煤礦逐漸完善了大傾角復雜煤層智能化采煤工藝。
“大寶鼎煤礦智能化綜采項目積累的技術成果和經(jīng)驗，可以促進區(qū)域內(nèi)乃至全國煤炭企業(yè)智能化綜采水平的大幅度提升，有利于提升煤礦整體安全水平與效益，具有推廣應用價值。”中國國際工程咨詢公司專家組對該項目作出評價。
目前，大傾角復雜煤層結構智能化綜采工作面已順利投產(chǎn)500余天。“這表明，大傾角復雜結構煤層條件下已經(jīng)完全可以實現(xiàn)智能化綜采技術。”華榮能源公司相關負責人表示，“盡管大寶頂煤礦大傾角復雜煤層智能化采煤工藝在全國范圍內(nèi)是先例，但不可否認，無人化、智能化綜采工藝乃至智慧礦山建設是一個硅步千里的過程。大寶頂煤礦仍面臨著不少挑戰(zhàn)，在煤流生產(chǎn)運輸智能協(xié)調(diào)、機器人巡檢等方面，我們還需繼續(xù)探索。”
讓煤礦智能化釋放更大紅利
車 瓦
煤層賦存和開采條件復雜的礦井能否發(fā)展智能化綜采？大寶頂煤礦用實際行動給出了答案——不僅能，而且比之前普通綜采工作面產(chǎn)量提升了150%，當班作業(yè)人員減少了30%。作為在大傾角復雜煤層結構采用智能化綜采技術的“吃螃蟹”者，大寶頂煤礦付出了艱辛，也享受到了煤礦智能化的紅利。
由于我國煤層賦存條件復雜多樣，不同煤層賦存條件礦井開展智能化建設的技術路徑、難易程度、效果等均不相同。目前，我國煤礦智能化發(fā)展依然存在不平衡現(xiàn)象。
西部大型礦區(qū)煤層賦存條件較好，智能化開采技術與裝備相對成熟，生產(chǎn)效益好，人才儲備相對豐富，智能化煤礦建設速度快、效果好。相比之下，中東部、西南部礦區(qū)煤層賦存條件相對復雜，智能化開采技術與裝備適應性較差，高端技術人才匱乏，投入產(chǎn)出比低，煤礦智能化建設緩慢。
是否有必要投入資金和人力物力在煤層賦存和開采條件復雜的礦井發(fā)展智能化？在煤炭行業(yè)，有不同的聲音。有人認為，煤層賦存條件復雜的礦井，能源開采成本高，以后要逐漸淘汰，不應再花大力氣搞智能化。有人認為，在煤層賦存條件復雜的礦井突破技術瓶頸，不僅能夠提高煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且對于其他同類型礦井有借鑒意義。
《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確了全國煤炭開發(fā)總體布局是壓縮東部、限制中部和東北、優(yōu)化西部。這并不意味著中部、東部地區(qū)的煤炭發(fā)展要完全“擺爛”，對于煤層賦存和開采條件復雜的礦井而言，坐以待斃更是下下策。
當前，煤炭行業(yè)雖面臨政策、環(huán)境等壓力，但能源保供基本面依然給目前煤炭行業(yè)發(fā)展提供了機遇。在這樣的宏觀背景下，智能化是必然趨勢。智能化做得好，則步入發(fā)展快車道；智能化做得不好，則面臨淘汰風險。
煤層賦存和開采條件復雜的礦井還需更加重視煤礦智能化建設。未來煤礦智能化的發(fā)展形態(tài)不僅是煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化，還包括煤礦地質(zhì)勘探、礦井設計建造、廢棄礦井綜合利用等礦井全生命周期管控智能化以及煤礦“產(chǎn)、運、銷、儲、用”全流程調(diào)控的智能系統(tǒng)化。突破其中眾多技術難題，還有很長的路要走，也值得我們?nèi)プ摺Ｕ缰袊こ淘涸菏客鯂ㄋ裕?ldquo;我們提出的煤礦智能化愿景，讓職工更幸福、企業(yè)更高質(zhì)量地發(fā)展。這是符合科學規(guī)律的，是一定能夠?qū)崿F(xiàn)的。”
