我國煤炭智能掘進亟待換擋提速
山西省人民政府辦公廳日前印發(fā)《全面推進煤礦智能化和煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)實施方案》，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現(xiàn)智能化。
以煤炭大省山西為代表，我國煤礦智能化建設(shè)近年來全面提速，但煤礦掘進呈現(xiàn)地質(zhì)條件復(fù)雜多變、掘進技術(shù)發(fā)展極不均衡、機械化和自動化程度低、用人多、事故多、環(huán)境差等特點，巷道掘進與支護成為煤礦自動化、智能化建設(shè)的短板。業(yè)內(nèi)專家一致認為，我國煤炭掘進工作面設(shè)備智能化水平雖逐步提升，但整體智能化水平要達到像綜采一樣少人無人，道阻且長。
掘進與采煤技術(shù)發(fā)展不同步
我國煤礦每年新掘巷道1.3萬公里，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，巷道掘進與支護已成為煤礦自動化、智能化建設(shè)的短板。”中國工程院院士，中煤科工開采研究院有限公司黨委書記、董事長康紅普近日在煤炭技術(shù)裝備院士論壇上指出。
據(jù)《中國能源報》記者了解，我國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，每年掘進巷道長度相當于地球直徑。同時，我國煤礦巷道還具有軟巖、強采動、大變形的特點，煤系沉積巖地層強度低、圍巖破碎、開采深度大。
“與綜采相比，掘進更是難點。掘進工序繁多，包含截割、支護、運輸、通風除塵、安全管控等工序，需要地質(zhì)、安全、采礦、機電等多學科支撐。”國家能源集團神東煤炭公司智能技術(shù)中心黨委書記、主任崔亞仲指出，目前煤礦掘進面臨掘進不能平行作業(yè)、自動化程度低、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。
“目前，我國煤礦采煤、掘進機械化程度分別為85%、65%，全國雖已建成1000多個智能化采掘工作面，但智能綜采發(fā)展迅速、快速迭代，事實上，掘進事實仍處于機械化階段，綜掘和綜采技術(shù)差距越來越大。”中國煤炭科工集團一級首席科學家王虹表示，綜掘平均月進尺僅180米，每個綜采面平均月消耗巷道超過600米，全國煤礦掘進隊與綜采隊平均配比3.1：1，仍滿足不了綜采需求，嚴重制約煤炭安全高效生產(chǎn)。
掘進智能化需求迫切
“煤礦智能化發(fā)展對掘進和支護提出更高要求。”中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家王國法表示，智能快速掘進是煤礦智能化發(fā)展首先要突破的技術(shù)。
“我國煤礦井下掘進面約有1.6萬個，掘進人員近100萬人，工作面水、瓦斯、頂板、粉塵、沖擊地壓嚴重威脅人員安全。”王虹強調(diào)，智能快速掘進技術(shù)亟待與綜采智能化并駕齊驅(qū)，同時提高智能化快速掘進的常態(tài)化率。
王虹進一步解釋，掘進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。“因此，掘進裝備應(yīng)用場景要求其必須具有高可靠性，研究需從強基、固本、健康管理、決策維護四方面突破，統(tǒng)籌裝備效能和可靠性指標，推動掘進裝備向高功率密度、高可靠性、智能化方向發(fā)展。同時，煤炭行業(yè)必須在掘進領(lǐng)域投入更大科研、制造、生產(chǎn)等力量，產(chǎn)學研用緊密結(jié)合。”
值得關(guān)注的是，當前我國智能掘進技術(shù)應(yīng)用已取得部分成果。據(jù)崔亞仲介紹，神東煤炭集團已建成國內(nèi)首套基于5G技術(shù)的連采機智能掘進系統(tǒng)，利用慣性導(dǎo)航、激光引導(dǎo)、光學測距等技術(shù)，實現(xiàn)采機自主行走、自動截割、遠程干預(yù)控制等，在52個掘進工作面建成5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全覆蓋。
分條件分步驟推進智能掘進
“面對巷道掘進與支護自動化、智能化發(fā)展短板，必須針對我國不同地質(zhì)條件，開展有針對性的集中攻關(guān)研究，形成不同形式的快速掘進、支護技術(shù)與裝備，使掘進與支護作業(yè)由依靠人工到全面機械化，再到自動化、智能化，減人提效，保障安全。”康紅普指出。
王國法認為，發(fā)展智能快速掘進，要推進掘進工作面掘支運工序全部機器人化，強化精細化自動噴涂臨時支護，全流程錨索自動支護，實現(xiàn)錨索支護自動連續(xù)鉆孔、自動噴藥，錨索推入、切斷和張拉等全工序自動化。
“我國煤礦巷道圍巖系件復(fù)雜多變，掘進技術(shù)裝備發(fā)展不均衡，巷道掘進與支護技術(shù)要實現(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)展掘進自動化、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)，可基本實現(xiàn)機械化，部分實現(xiàn)自動化，向智能化邁進，掘進月進尺速度在1500米至2000米，下一步發(fā)展方向是錨桿、錨索自動化施工技術(shù)，然后再提升自動化、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械施工為主，同時突破超前預(yù)測和加固技術(shù)、鉆錨注一體化錨桿錨索自動化施工技術(shù)。
