來源:森工機(jī)械 發(fā)布時(shí)間:2024-02-26
在一個(gè)年產(chǎn)煤炭量超過1000萬噸的工作面,,掘進(jìn)一條6000米的巷道需要多長(zhǎng)時(shí)間,?答案是4個(gè)月。位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團(tuán)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展。日前,,記者來到曹家灘煤礦生產(chǎn)一線一探究竟,。上午10時(shí)許,換上橙黃色工作服,,記者乘坐特制防爆車進(jìn)入礦區(qū)井下,,約半小時(shí)后,到達(dá)地下300米深的工作面,。只見煤巷中,,一臺(tái)100多米長(zhǎng)的掘進(jìn)裝備正旋轉(zhuǎn)著滾筒破開煤層,一邊向前掘進(jìn),,一邊支護(hù)巷道,。“這臺(tái)大家伙是我國(guó)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,。”曹家灘煤礦掘進(jìn)三隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)張虎向記者介紹,。
采煤,首先需要掘進(jìn)巷道,。煤礦運(yùn)輸,、通風(fēng)、行人等有了必要通道,,接著才能開采煤炭,。這套裝備有何不同?張虎大步登上臺(tái)階,,領(lǐng)著記者走到了鉆錨裝置前,。“只要按一下,錨桿就會(huì)自動(dòng)打入煤層,,不到3分鐘就能打上一根,。”他指著操作按鈕說,。打入錨桿為的是支護(hù)煤層。煤巷埋深常達(dá)幾百米,,掘進(jìn)時(shí)想要確保兩側(cè)煤幫和上方巖層不塌方,,有效的支護(hù)至關(guān)重要。拿起一根錨桿,,一旁的中國(guó)煤炭科工集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)煤科”)工程師王子越說起了“一鍵打錨桿”的高效:傳統(tǒng)的支護(hù)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(hù)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(hù)方法,,鉆桿即錨桿,,6道工序變1道,革新了巷道支護(hù)工藝,。張虎接過話茬:“過去,,支護(hù)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(zhǎng)不說,,作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大,,如今工作效率高了,作業(yè)強(qiáng)度大幅降低,。”順著礦燈,,記者看到,煤幫上整齊均勻排列著打入的錨桿,,牢牢支撐住這個(gè)地下300米的開闊巷道,。
鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)技術(shù)裝備,簡(jiǎn)化了支護(hù)流程,,提升了巷道支護(hù)速度,。該技術(shù)裝備研發(fā)項(xiàng)目執(zhí)行負(fù)責(zé)人、中國(guó)煤科首席科學(xué)家姜鵬飛介紹,,傳統(tǒng)綜掘機(jī)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?yàn)樗梢云平饷旱V采掘失衡難題,。”中國(guó)煤科科技委主任,、中國(guó)工程院院士康紅普解釋,“我國(guó)90%以上的煤礦為井工礦,,而井下開采必須先掘巷道,。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(xù)發(fā)展的瓶頸,。”“曹家灘煤礦井下地質(zhì)條件相對(duì)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(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)條件中去,,在更多礦區(qū)、更大范圍解決巷道掘進(jìn)‘卡脖子’問題,。”康紅普說,。
跟著中國(guó)煤科首席科學(xué)家張金虎,記者又來到曹家灘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(jī)器轟鳴,,采煤機(jī)舉起兩個(gè)直徑4.8米的截割滾筒旋轉(zhuǎn),,滾滾“烏金”從煤壁傾瀉而下,再通過刮板輸送機(jī),、皮帶機(jī)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(guó)煤炭保供的重要資源,。以往采煤一次開采,,最大只能到達(dá)8米多。為了盡可能采完特厚煤層,,煤炭人只能通過多次分層開采或放頂煤開采,。但這種方式在一次開采后,余下的煤層開采難度大,,開采成本高,。用放頂煤工藝開采,又存在頂部石頭混雜進(jìn)來影響煤質(zhì)的問題,。“提升煤炭開采效益,,需要更大采高,、更智能的煤炭開采技術(shù)與裝備。”張金虎說,。
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(shè)備重載試運(yùn)轉(zhuǎn)成功,,并采出第一刀煤,,我國(guó)煤炭一次采全高跨入10米大關(guān)。
“有了這臺(tái)‘采煤利器’,,我們單個(gè)工作面煤炭年產(chǎn)量能從現(xiàn)在的1300萬噸提高到2000萬噸以上,,產(chǎn)能提升50%以上,煤炭資源回收率提高10%以上,。”曹家灘礦業(yè)有限公司副總經(jīng)理韓存地說,。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,。”張金虎說,10米超大采高國(guó)內(nèi)外都沒人做過,,科研人員闖入煤炭開采裝備設(shè)計(jì),、研發(fā)的“無人區(qū)”,在煤礦支護(hù),、采煤,、運(yùn)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(tái)液壓支架牢牢撐起了工作面的頂板,,伸展的護(hù)臂頂住了前方的煤壁,。這里每個(gè)液壓支架重達(dá)120噸,具有約2900噸的支護(hù)能力,。從8米多到10米,,提升的不僅僅是1米多的支護(hù)高度,更帶動(dòng)了煤炭開采裝備基礎(chǔ)材料,、加工設(shè)備,、技術(shù)工藝、認(rèn)知理念等全方位躍升。
煤炭采掘裝備創(chuàng)新,,是一次制造向“智造”升級(jí)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(jī),、運(yùn)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況清晰可見,。“即便沒有下井,我也能對(duì)井下的動(dòng)態(tài)了如指掌,。”韓存地向記者介紹曹家灘煤礦的管控平臺(tái):點(diǎn)擊“支護(hù)質(zhì)量智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,,可見每一個(gè)支架的推進(jìn)速度、壓力等信息,;再看“人員精確定位系統(tǒng)”,,井下工作總?cè)藬?shù),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(fù)雜的智慧“大腦”,。智能技術(shù)賦能,,該工作面具備了在線監(jiān)測(cè)、一鍵啟動(dòng),、遠(yuǎn)程控制及記憶割煤,、煤流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能。
隨著掘進(jìn)深入,,巷道會(huì)出現(xiàn)變形,,如何監(jiān)測(cè)?科研人員在硬件,、軟件兩方面齊發(fā)力,,開發(fā)出“耳聰目明”的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。掘進(jìn)時(shí),,裝備能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖變形情況,,幫助后期掘進(jìn)工作面動(dòng)態(tài)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。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(xiàn)在只需要5到6人就能完成作業(yè)。“出炭不出炭,,就看電機(jī)轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn),。我們?cè)桨l(fā)認(rèn)識(shí)到,智能綜采技術(shù)與裝備的性能和水平,,是決定現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)效能的關(guān)鍵因素,。”韓存地說。“應(yīng)用需求是技術(shù)進(jìn)步的重要推動(dòng)力,。”康紅普說,,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(biāo)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),破解了10米超大采高工作面液壓支架入井難問題,。從事煤炭開采技術(shù)裝備研發(fā)30多年,,康紅普下過的礦井多得數(shù)不過來。他告訴記者,,現(xiàn)代化的礦井告別低矮狹窄和臟,、亂、危險(xiǎn)等環(huán)境,,智能綜采技術(shù)與裝備發(fā)揮了重要的作用,。
近年來,隨著設(shè)計(jì),、生產(chǎn),、工藝等水平不斷提升,我國(guó)高端裝備及技術(shù)取得一系列重大突破,,為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)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(jī)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)品線總工程師胡軍巍介紹,,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室工作時(shí),,溫度最高可達(dá)2000攝氏度左右,為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)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,。由于沒有完全掌握相關(guān)工藝,,這一度是制約我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的瓶頸之一,。根據(jù)熱端部件的特點(diǎn),,華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué)、無錫乘風(fēng)等多家單位,,突破一系列關(guān)鍵核心技術(shù),,研制出這臺(tái)激光加工裝備,讓發(fā)動(dòng)機(jī)在快速降溫的同時(shí),,又能給關(guān)鍵部位穿上“保護(hù)衣”,,有效提升了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件加工水平。
作為新型儲(chǔ)能技術(shù),,壓縮空氣儲(chǔ)能具有規(guī)模大,、壽命長(zhǎng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn),,其中,,壓縮機(jī)和膨脹機(jī)又是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心技術(shù)裝備。歷經(jīng)多年研發(fā),,中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所團(tuán)隊(duì)攻克了一系列關(guān)鍵核心技術(shù),,研制出300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)壓縮機(jī)和多級(jí)寬負(fù)荷膨脹機(jī),并實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用,。中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長(zhǎng)陳海生說:“裝備的突破,有助于引領(lǐng)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù),,贏得儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī),。”
高端裝備研發(fā),往往涉及機(jī)械,、電子,、材料等多學(xué)科,單憑一家單位不容易完成,。近年來,,我國(guó)高端裝備創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn),驅(qū)動(dòng)力來自哪里,?康紅普認(rèn)為,,當(dāng)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(jí)打開發(fā)展空間。挺起制造業(yè)“脊梁”,,打開產(chǎn)業(yè)升級(jí)新空間,。從改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)到培育壯大新興產(chǎn)業(yè),再到推動(dòng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè),,高端裝備的支撐作用正不斷顯現(xiàn),。
(本文刊登于《人民日?qǐng)?bào)》2024年02月19日 第 19 版 記者喻思南)