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薄煤层开采如何做好“厚”文章

2020-07-27   来源:中国能源报

  近期,薄煤层安全高效开采捷报频传:国内首套等高式采煤设备在神东煤炭集团石圪台煤矿投入试生产,距离工作面400米外即可远程操控,真正实现了无人开采;我国首个智能化薄煤层综采工作面在神东煤炭集团榆家梁煤矿优质贯通,采用智能化割煤新技术,配备特种机器人代人巡检,设备综合自动化率达95%以上;采高仅0.9-1.1米的工作面在七台河矿业公司新立煤矿投用,成为国内目前采高最薄、倾角最大、构造最复杂的智能化薄煤层综采工作面……

  

  受先天条件欠佳、开采难度较大、经济效益偏低等因素影响,薄煤层安全高效开采是长期困扰行业发展的一大难题。其储量占到全国可采储量的20%以上,产量却只占全国总产量的8%左右。部分煤矿长期“采厚丢薄”,造成煤炭资源浪费,且不利于自身可持续发展,薄煤层的开采意义并不不“薄”。如何做好薄煤层开采的“厚”文章,这是一个亟待解决的现实课题。

  

  “家底”可观  但安全高效开采不足

  

  按照厚度,地下开采分为薄煤层、中厚煤层及厚煤层。其中薄煤层低于1.3米,在我国85%以上矿区均有分布。

  

  “因资源赋存条件好、生产效益高,厚煤层、中厚煤层是优先开采对象。薄煤层多作为配采煤层,不少矿井甚至直接丢弃。但煤炭属于不可再生资源,过去被忽视的薄煤层资源,如今已到不得不采的阶段。”中国矿业大学矿业工程学院教授王方田表示,在中东部产煤区,矿井普遍面临资源枯竭问题,相对好采的资源在减少,向薄煤层延伸成为现实之需。即便是资源较好的西部等地,提前做好技术储备既有必要,还可实现薄煤层高效开采与灾害防控一体化。

  

  对此,枣矿集团滨湖煤矿采煤副总工程师姜辉感触颇深。由于地质条件、市场环境等影响,该矿曾连续多年亏损。正是薄煤层安全高效开采,为其带来转机。“我们引入薄煤层智能化采煤机组,彻底颠覆传统开采方式,掘进、运输效率均提高30%以上。一个工作面具备年产百万吨能力,同比普通综采工作面,人均工效增幅4倍以上。”

  

  中煤科工北京华宇工程有效公司总工程师张安林还称,煤矿在拿资源时不分“厚薄”,同一矿区、不同煤层,前期一样需要勘探费用、资源价款等投入。“采厚丢薄”的做法造成资源浪费,缩短矿井服务年限。“有的薄煤层含有焦煤等稀缺煤种,不开采更是一种浪费。还有矿井存在瓦斯抽采、冲击地压等难题,把薄煤层作为保护层,合理开采可起到减灾防灾作用,有助于其他煤层安全采出。”

  

  值得关注的是,薄煤层“家底”可观,实际年产量却只占到8%左右。在中国煤炭工业协会评定的安全高效矿井中,薄煤层工作面数量、产量分别占到5.92%、1.1%,安全高效开采水平亟待提升。

  

  先天制约带来可靠性、适应性等问题

  

  据悉,“先天不足”是制约安全高效开采的首要因素。“薄煤层最大特点就在一个‘薄’字。滨湖煤矿可采煤层厚度平均只有1.3米,地质条件变化大,断层、夹矸等地质构造多,先天条件决定开采难度大。井下空间有限,早前开采方式较为落后,传统综采设备配备也不合理,生产、检修等工作十分受限,劳动强度大,效率反而不高。”姜辉举例。

  

  一位不愿具名的业内人士告诉记者,开采效率偏低,进一步导致企业不愿过多投入,薄煤层在设备研发、技术更新、资金投入等方面远不如中厚煤层、厚煤层,反过来又制约效率提升。“特别是一些国有矿井,对产量、效益考核要求高。自然是多采优质资源,难题就先放一放了。”

  

  多位专家表示,为解决先天难题,装备升级是关键,也是难点所在。“井下空间有限,对设备规格尺寸有严格限制。为确保开采效率,对采煤机装机功率要求越来越高。加上薄煤层地质条件复杂,给设备适应性带来考验。”西煤机公司研究院机械研究所所长赵书斐称,基于小尺寸与大功率、高可靠性及高适应性之间的矛盾,设备自身若缺乏保障,大部分时间消耗在检修维护上,高效智能更无从谈起。

  

  赵书斐举例,受薄煤层采高的限制,往往会在机身长宽等方面想办法。薄煤层工作面往往不平整,采煤机机身过长,刚性不足,且容易与其他设备互相干涉。“就像越野车在弯曲起伏的路上行驶,一会上坡一会下坡,适应性是高效驾驶的前提。”

  

  姜辉称,由于缺乏成熟经验,前期只能借鉴中厚煤层、厚煤层智能化装备,再根据薄煤层系统量身定制,摸索解决传统装备功率小、进尺少、效率低等问题。“不同矿井情况各异,薄煤层对装备适应性要求更高。”

  

  智能化开采是减人提效的可行路径

  

  围绕现状,如何实现应采尽采,向薄煤层要效益?记者了解到,推进智能化开采被视为一条可行路径。

  

  姜辉介绍,在综合分析矿井地质条件、系统配套、管理水平等基础上,滨湖煤矿先后配备了3套薄煤层智能化采煤机组,实现对全设备的远程控制,及液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截割,真正做到“等高采煤”,资源回收率达到99%,单产水平提高一倍以上。“过去靠人工拼劳动、拼时间,现在全矿井实行‘取消夜班+周末集休’,工作时间短了,效益反倒提升。在此带动下,开采成本降低、资金流也上来了,进一步支撑智能化向洗选、储装运等环节铺开,减少整体生产成本,形成良性循环。”

  

  赵书斐称,提升薄煤层效益,离不开智能化方向。“在实现记忆割煤基础上,下一步将朝着更精准、易用的目标发展。比如结合自主三维定位,准确掌握煤层的更多信息,就像在地下做卫星导航数据。”

  

  “相比其他煤层,薄煤层智能化装备缺乏可参考的对象,我们结合矿井实际情况进行非常规定制,尽最大可能有效利用空间,把设备体积降下来、功率提上去。”赵书斐表示,装备升级是一项系统工程,涉及材料、工艺、设计等方方面面。“比如,目前选用材料已达到业内顶级水准,到了上限之后就要研发更理想的材料,对刚度、强度、抗冲击等均有更高要求。相关产业链共同加强,才能真正提升可靠性、高效性。”

  

  在王方田看来,由于限制条件多、开采难度大,薄煤层对智能化发展的需求也最迫切。“按照传统方式采厚丢薄,再回过头来开发薄煤层的难度反而更大。因此,从一开始就要清晰认识、科学规划,找准与薄煤层特殊地质条件相适应的开采模式。”


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  责任编辑:宫在芹

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