中國煤炭報:采煤“微”沉降 全靠“填”得好

發布時間:2021-04-12 10:28:09 冀中能源

稿件來源:2021年4月10日《中國煤炭報》03版

采煤“微”沉降 全靠“填”得好

冀中能源股份公司邢東礦建成全國首個智能化矸石充填工作面,年處理煤矸石70萬噸。

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4月1日,位于河北邢臺市區東北方向、占地20余畝的冀中能源股份公司邢東礦地面矸石充填站正緊張施工。工人們駕駛挖掘機將土石回填至砌筑完成的容積2000 立方米“矸石倉”周圍,灑水降塵、搗實加固、覆蓋防塵網……

“搶工期保進度,5月底前竣工沒問題。”負責地面基建施工的河北春達建筑工程有限公司項目經理王奇輝得知,他們建設的是全國首個智能化矸石充填工作面地面配套工程,干起活來更起勁了。

“附近邢臺礦、東龐礦運來的煤矸石將全部儲存于‘矸石倉’,滿足井下一天充填用量。”冀中能源股份公司副總工程師、邢東礦礦長吳紅林說,加工后的矸石粒徑控制在50毫米以下,順著770余米大垂深投料管道送至井底,“地面和距離井底10公里的11233工作面集控人員都可對采煤、矸石轉運、矸石充填一鍵啟停”。

操作自動化,采煤更輕松

自動化運行之前,每班移架4次到5次,需要人工操作工作面的40多臺液壓支架的手把閥組,“可累人了”;自動化系統的應用,讓記憶截割、自動跟機拉架、運行數據實時監測變為現實

從井底乘坐20分鐘平巷人行車,再換乘15分鐘架空乘人裝置,便到達11233工作面的外巷。一個形似拖掛房車的集控室映入眼簾,這是35歲的邢東礦綜采區職工房曉亮目前主要的工作區域。

15天前,房曉亮還是一名普通的采煤機司機。

“是科技讓我轉型。”畢業于河北機電職業學院的房曉亮,從事采煤工作10余年,以前每天緊跟采煤機,爬行于狹小的液壓支架之間,監控采煤機往復運行。“如今,坐在集控中心電腦前,就可以遠程操控、實時監測工作面的各種設備。”房曉亮說。

“叮叮”電話響起,調度室例行測試設備井上聯動反應。隨即,“設備運轉,注意安全”告警聲響起。

屏幕中出現地面調度室職工康進東的畫面。只見他輕點鼠標,11233 工作面百余臺設備順煤溜依次自動啟車,采煤機、運輸機、轉載機等綜采設備相繼聯動運轉。

房曉亮介紹,自動化運行之前,每班移架4次到5次,需要人工操作工作面的40多臺液壓支架的手把閥組“,可累人了”。

“自動化系統的應用,讓記憶截割、自動跟機拉架、運行數據實時監測變為現實。”房曉亮陶醉于自動化采煤方式帶來的變化。

“這得益于可180度旋轉的云攝像頭。”邢東礦綜采區黨支部書記賈金明全程參與設備的安裝調試,對每臺監控設備的脾氣了如指掌。“前部每6臺支架安裝1個,主要獲取采煤機運行位置和方向,捕捉采煤機動作、自動切換視頻畫面;后部每3臺支架安裝1個,用于監測矸石充填效果。”賈金明說。

據介紹,各設備轉載點的攝像頭有11個,整個視頻監控自動化控制攝像頭達到了34個,實現了360度全景影像。“屏幕上的這些數據、圖像都是它們實時采集、傳輸回來的。”接到調度室井下停機指令,賈金明指揮房曉亮按下停止按鈕,所有設備依次停機,巷道內恢復了寂靜。

據了解,邢東礦 11233 工作面自動控制裝置共分為7部分,分別為矸石充填自動化控制、采煤自動化控制、矸石充填率自動控制、乳液泵站自動供液、矸石運輸自動化控制、原煤運輸自動化控制和視頻監控自動化控制。井上調度室設有自動化矸石充填分控中心,井下工作面設有集控中心,均可對工作面所有設備實施一鍵啟停。

充填支架最大搗實壓力為24兆帕

支架是定制的,每臺支架后部都帶有搗實煤矸石的機械裝置,最大搗實壓力為24兆帕,這個力度能輕松壓扁一輛重型汽車,保證搗實后的區域不發生地面沉降

“智能化矸石充填工作面的最大亮點是架后充填自動化。”邢東礦副礦長王宏奇說,系統滿足了采煤、矸石充填平行作業的各項要求。

在 11233 工作面下巷,王宏奇手指每臺40余噸重的綜采液壓支架說:“我們的支架是定制的,每臺支架后部都帶有搗實煤矸石的機械裝置,最大搗實壓力為24兆帕。”

“這個力度能輕松壓扁一輛重型汽車。”站在一旁的技術科工程師吳俊說,“保證搗實后的區域不發生地面沉降。”

為了實現智能化充填,邢東礦實施了裝備升級、改造:建設基于井下 4G 及萬兆環網為基礎的智能化礦山系統,主控中心下設動力分控中心、皮帶分控中心、矸石工作面分控中心、運輸分控中心、地面矸石投料分控中心;將原來ZC5160/30/50型矸石充填支架升級為 ZC5160/29/48D型;將架后2根矸石搗實千斤頂改為1根,并增大千斤頂直徑,設備故障率大幅降低;支架操作采用電液自動控制,將乳化液泵站由BRW200/31.5型提升為BRW400/37.5型;SGZ730/132型充填刮板輸送機提升為SGZ800/200型充填刮板輸送機,工作時鏈速由0.93米/秒提高至1.05米/秒,中部槽加寬,采用進口材質,緊湊鏈、刮板采用加強耐磨型……

王宏奇介紹,以電液控制系統為載體,操作人員在集控中心即可對支架遠程操作。根據工作面地質變化,電液控制系統不斷調整優化后部刮板輸送機落矸天窗開啟的個數、時間,搗實機構伸縮頻次和擺梁千斤頂抬起高度;智能乳化液泵站自動化控制系統由 15 臺設備組成,多泵聯動、自動切換,實現了乳化液濃度在線實時監控、自動配比,水過濾精度始終控制在5微米以下。

吳俊說,自動充填技術是電液控制技術的延伸。矸石充填率自動控制為2套圖像復核雙檢驗型計量系統,分別安裝在運矸第4部皮帶、原煤運輸第1部皮帶,通過實時監測運矸量及運煤量,保證工作面的矸石充填率達到85%以上,每班可減少用工4人到5人。

“我們這個工作面配備有39臺矸石充填支架和2組端頭支架、前后運輸機、轉載機以及自動化采煤機等設備,多項技術綜合建成了整個采煤充填智能化系統。”檢修班班長安延敏帶領工友仔細巡檢每臺設備,不時感慨,“以前的知識、技術儲備遠遠跟不上發展的腳步啦!”

采空區地面沉降始終控制在300毫米以內

投產20年來,邢東礦先后成功應用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多種充填開采技術;據河北省煤田地質局物測隊連續多年觀測,邢東礦井田內采空區地面沉降始終控制在300毫米以內

矸石充填是利用煤矸石充填巷道或采空區,使巷道或采空區頂、底板得到有效控制,抑制地面塌陷的采煤方法。

邢東礦地處邢臺市區,環保壓力迫使他們從建礦初期就獨創了矸石充填的采煤工藝——把采煤伴生的矸石充填到井下巷道。這樣做,不僅能把矸石“消滅”在井下,還能有效避免地表下沉。據河北省煤田地質局物測隊連續多年觀測,邢東礦井田內采空區地面沉降始終控制在300毫米以內。

投產 20 年來,邢東礦先后成功應用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多種充填開采技術。僅運用巷道矸石充填技術就累計完成充填巷46條,總長度20425米,充填矸石37.6萬立方米,置換煤炭61.8萬噸;建成全國首個井下洗煤廠,洗出的矸石全部用于井下采空區回填。邢東礦打破了“有煤礦就有矸石山”的傳統思維,成為全國第一家“采煤不見矸”的煤炭企業。充填開采技術獲得中國煤炭工業科技進步獎,先后取得了5項國家發明專利。

“邢東礦井田范圍內有大小村莊11個,村莊及工業廣場煤柱壓煤量占全部儲量的86%,建(建筑物)下壓煤嚴重。”吳紅林說,如把這部分資源回收,就必須采用建下充填開采方式。

現階段,邢東礦采用以高水充填開采為主、矸石充填開采為輔的建下充填開采方式。高水充填開采要使用大量的高水充填材料和充填袋等,雖然在工藝上經過了優化改進,但仍需較高的開采成本;用于充填的矸石來源于處理井下篩分、巖巷掘進、整修,以矸定產,制約了礦井產量。

日前,國家出臺的 《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》中提出,到2025年煤矸石、粉煤灰等大宗固廢綜合利用率要達到60%,存量大宗固廢要有序減少,并在煤炭行業推廣“煤矸石井下充填+地面回填”,促進矸石減量。“這是莫大的鼓舞,證明我們的路子是對的。”吳紅林說。

如果滿負荷生產,邢東礦自產的矸石,遠遠不能滿足需要。考慮到矸石充填成本低、效果好、保護環境等特點,此次邢東礦設計智能化矸石充填工作面便采用礦外(邢臺礦、東龐礦)矸石,結合井下自產矸石混合充填,并改進矸石充填工作面效率,達到矸石入井、固廢減排的目的。

算經濟賬,也算環保賬

除了煤矸石,他們的目光還瞄向了建筑垃圾等固體廢物,經過無害化處理,建筑垃圾也能成為很好的井下用充填材料

“現在做夢都想著矸石。”賈金明說,“礦上按照充填1噸矸石13元的標準為綜采區結算月度工資總額。全礦的矸石都集中到我這兒,也只能滿足一個班的生產,根本‘吃不飽’。”

綜采區有107名職工,每天1000多噸煤炭產量影響了職工收入。“急紅眼”的賈金明帶著“吃不飽”的工友四處打零工,巷道擴幫、臥底,兄弟單位安裝、拆除設備。

“出大力還不掙錢。”每月工資只有5000多元的房曉亮抱怨著,也盼望著地面回料系統早日建成。“到那時,一個月萬把塊錢工資妥妥的。”賈金明說。

“按照精煤戰略要求,邢東礦所產原煤經過汽運全部運往邢臺礦、東龐礦洗煤廠精加工。以前回來是空車,系統建成后將拉回 2 個礦的矸石。”吳紅林也在算賬。他說,相比高水充填的材料成本,運輸成本顯然更易接受。

其實,在他心里還有一本大賬——智能化矸石充填工藝解決了建下矸石充填采煤的瓶頸問題,為社會提供了可資借鑒的矸石處理方法,減少了矸石對環境的污染;增強充填效果,有效控制地表移動變形,可廣泛應用于類似條件、類似礦井建下的充填開采;開創利用礦外矸石、運用投料孔投放井下的先河,解放大量呆滯煤炭資源,且不同程度改善了充填效果,延長礦井服務年限 10 年。

據了解,邢東礦已實現地面對 11233 工作面所有設備的一鍵啟停。動力、皮帶、運輸、地面矸石投料4個分控中心正處于緊張的安裝調試階段。

下一步,附近東龐礦、邢臺礦等地的矸石到位后,除滿足 11233 工作面生產需要外,還會開辟 1100 采區南翼的條帶工作面煤柱新戰場。

“到那時,充填開采的成本會更低,企業效益會更好。”吳紅林透露,除了煤矸石,他們的目光還瞄向了建筑垃圾等固體廢物,經過無害化處理,建筑垃圾也能成為很好的井下用充填材料。

(本報記者   王海   通訊員   王印河)

 


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