我國(guó)煤炭智能掘進(jìn)亟待換擋提速
山西省人民政府辦公廳日前印發(fā)《全面推進(jìn)煤礦智能化和煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)實(shí)施方案》，明確提出加快煤礦智能化建設(shè)，構(gòu)建煤炭工業(yè)智能化生態(tài)體系，到2027年，全省各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。
以煤炭大省山西為代表，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)近年來(lái)全面提速，但煤礦掘進(jìn)呈現(xiàn)地質(zhì)條件復(fù)雜多變、掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展極不均衡、機(jī)械化和自動(dòng)化程度低、用人多、事故多、環(huán)境差等特點(diǎn)，巷道掘進(jìn)與支護(hù)成為煤礦自動(dòng)化、智能化建設(shè)的短板。業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，我國(guó)煤炭掘進(jìn)工作面設(shè)備智能化水平雖逐步提升，但整體智能化水平要達(dá)到像綜采一樣少人無(wú)人，道阻且長(zhǎng)。
掘進(jìn)與采煤技術(shù)發(fā)展不同步
我國(guó)煤礦每年新掘巷道1.3萬(wàn)公里，居世界第一，但條件復(fù)雜，巖層、煤層厚度和發(fā)育各不相同，斷層、陷落柱等不確定因素多。“相比采煤工作面，巷道掘進(jìn)與支護(hù)已成為煤礦自動(dòng)化、智能化建設(shè)的短板。”中國(guó)工程院院士，中煤科工開采研究院有限公司黨委書記、董事長(zhǎng)康紅普近日在煤炭技術(shù)裝備院士論壇上指出。
據(jù)《中國(guó)能源報(bào)》記者了解，我國(guó)煤炭以井工開采為主，井工煤礦數(shù)量占比92%，產(chǎn)能占比82%，需要在井下開掘大量巷道，每年掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度相當(dāng)于地球直徑。同時(shí)，我國(guó)煤礦巷道還具有軟巖、強(qiáng)采動(dòng)、大變形的特點(diǎn)，煤系沉積巖地層強(qiáng)度低、圍巖破碎、開采深度大。
“與綜采相比，掘進(jìn)更是難點(diǎn)。掘進(jìn)工序繁多，包含截割、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)除塵、安全管控等工序，需要地質(zhì)、安全、采礦、機(jī)電等多學(xué)科支撐。”國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭公司智能技術(shù)中心黨委書記、主任崔亞仲指出，目前煤礦掘進(jìn)面臨掘進(jìn)不能平行作業(yè)、自動(dòng)化程度低、裝備能力不足、缺乏協(xié)同控制、安全保障薄弱、作業(yè)環(huán)境惡劣等六大痛點(diǎn)。
“目前，我國(guó)煤礦采煤、掘進(jìn)機(jī)械化程度分別為85%、65%，全國(guó)雖已建成1000多個(gè)智能化采掘工作面，但智能綜采發(fā)展迅速、快速迭代，事實(shí)上，掘進(jìn)事實(shí)仍處于機(jī)械化階段，綜掘和綜采技術(shù)差距越來(lái)越大。”中國(guó)煤炭科工集團(tuán)一級(jí)首席科學(xué)家王虹表示，綜掘平均月進(jìn)尺僅180米，每個(gè)綜采面平均月消耗巷道超過(guò)600米，全國(guó)煤礦掘進(jìn)隊(duì)與綜采隊(duì)平均配比3.1：1，仍滿足不了綜采需求，嚴(yán)重制約煤炭安全高效生產(chǎn)。
掘進(jìn)智能化需求迫切
“煤礦智能化發(fā)展對(duì)掘進(jìn)和支護(hù)提出更高要求。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家王國(guó)法表示，智能快速掘進(jìn)是煤礦智能化發(fā)展首先要突破的技術(shù)。
“我國(guó)煤礦井下掘進(jìn)面約有1.6萬(wàn)個(gè)，掘進(jìn)人員近100萬(wàn)人，工作面水、瓦斯、頂板、粉塵、沖擊地壓嚴(yán)重威脅人員安全。”王虹強(qiáng)調(diào)，智能快速掘進(jìn)技術(shù)亟待與綜采智能化并駕齊驅(qū)，同時(shí)提高智能化快速掘進(jìn)的常態(tài)化率。
王虹進(jìn)一步解釋，掘進(jìn)智能化為智慧礦山建設(shè)提供不可或缺的支撐，裝備能力保障是智能化的前提和基礎(chǔ)，裝備須具備足夠的能力儲(chǔ)備，根據(jù)生產(chǎn)要求和智能系統(tǒng)決策提供相應(yīng)匹配的執(zhí)行能力，如此智能化才能高效平穩(wěn)推進(jìn)。“因此，掘進(jìn)裝備應(yīng)用場(chǎng)景要求其必須具有高可靠性，研究需從強(qiáng)基、固本、健康管理、決策維護(hù)四方面突破，統(tǒng)籌裝備效能和可靠性指標(biāo)，推動(dòng)掘進(jìn)裝備向高功率密度、高可靠性、智能化方向發(fā)展。同時(shí)，煤炭行業(yè)必須在掘進(jìn)領(lǐng)域投入更大科研、制造、生產(chǎn)等力量，產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合。”
值得關(guān)注的是，當(dāng)前我國(guó)智能掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用已取得部分成果。據(jù)崔亞仲介紹，神東煤炭集團(tuán)已建成國(guó)內(nèi)首套基于5G技術(shù)的連采機(jī)智能掘進(jìn)系統(tǒng)，利用慣性導(dǎo)航、激光引導(dǎo)、光學(xué)測(cè)距等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采機(jī)自主行走、自動(dòng)截割、遠(yuǎn)程干預(yù)控制等，在52個(gè)掘進(jìn)工作面建成5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全覆蓋。
分條件分步驟推進(jìn)智能掘進(jìn)
“面對(duì)巷道掘進(jìn)與支護(hù)自動(dòng)化、智能化發(fā)展短板，必須針對(duì)我國(guó)不同地質(zhì)條件，開展有針對(duì)性的集中攻關(guān)研究，形成不同形式的快速掘進(jìn)、支護(hù)技術(shù)與裝備，使掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)由依靠人工到全面機(jī)械化，再到自動(dòng)化、智能化，減人提效，保障安全。”康紅普指出。
王國(guó)法認(rèn)為，發(fā)展智能快速掘進(jìn)，要推進(jìn)掘進(jìn)工作面掘支運(yùn)工序全部機(jī)器人化，強(qiáng)化精細(xì)化自動(dòng)噴涂臨時(shí)支護(hù)，全流程錨索自動(dòng)支護(hù)，實(shí)現(xiàn)錨索支護(hù)自動(dòng)連續(xù)鉆孔、自動(dòng)噴藥，錨索推入、切斷和張拉等全工序自動(dòng)化。
“我國(guó)煤礦巷道圍巖系件復(fù)雜多變，掘進(jìn)技術(shù)裝備發(fā)展不均衡，巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)支得住、支得快、支得省、少人化、環(huán)境好，應(yīng)根據(jù)圍巖穩(wěn)定性、可掘性、可鉆性、可錨性，分條件、分類別、分區(qū)城、分步驟發(fā)展掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化。”康紅普表示。
根據(jù)地質(zhì)條件，康紅普提出智能化掘進(jìn)技術(shù)可分類發(fā)展。例如，在陜北、神東等具備穩(wěn)定條件的礦區(qū)，可基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，向智能化邁進(jìn)，掘進(jìn)月進(jìn)尺速度在1500米至2000米，下一步發(fā)展方向是錨桿、錨索自動(dòng)化施工技術(shù)，然后再提升自動(dòng)化、智能化水平。在山東、淮南、平頂山條件較差的礦區(qū)，目前可主要以人工和機(jī)械施工為主，同時(shí)突破超前預(yù)測(cè)和加固技術(shù)、鉆錨注一體化錨桿錨索自動(dòng)化施工技術(shù)。
