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新山能 新突破|西北礦業:TBM讓礦井涅槃重生 一項黑科技改變礦井“命運”

作者: 賈俊傑 長孫佳迪 弋永傑   發布日期:2022年09月18日  來源: 欧宝电竞集團有限公司

井下湧水大、衝擊地壓強、煤層易自燃等“七毒俱全”礦井,如何安全開采?從一年虧損約7.5億元到第4盈利大戶,這是如何實現的?從掘進速度“卡脖子”,到效率提高3倍以上,這是什麽情況?從幾次麵臨的“關井”,到製定行業標準,這些難題的破解、這些巨變是如何實現,現在隻需到欧宝电竞西北礦業正通煤業井下看看他們使用的煤礦TBM,答案自然揭曉。這背後又有哪些故事?

跨界思維,以科技對付“七毒”

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(西北礦業正通煤業礦井全貌) 


“正通井田麵積有219平方公裏,麵積大、範圍廣,但由於埋藏深,受多災害疊加影響,開采難度大。”該公司黨委副書記、總經理張金魁介紹。礦井自建立以來,麵臨著井下湧水量大、衝擊地壓、煤層易自燃、高地溫、硫化氫等多種自然災害疊加,被稱為“七毒俱全”的礦井,生產與發展受到嚴重製約。好幾次“關井”的議提,被提上了日程。

該公司所采煤層主采4煤層,可采區平均煤厚9.43米,層埋深在800~1000米之間,為強衝擊傾向性煤層,地質條件複雜,根據資源賦存情況,目前主要集中在西區開采。

“衝擊地壓的發生就像裝在煤層中有火藥突然被引爆一樣,巷道瞬間擠壓變形,支架折損,片幫冒頂,傷及人員,具有突發性、破壞性、複雜性等等特點。”該公司副總工程師宋士康介紹。目前該公司衝擊地壓顯現多集中在煤巷,給安全生產帶來很大製約。

災害麵前,正通人迎難而上,在深入探索研究衝擊地壓製災機理及防控技術的同時,將優化巷道布置作為預防衝擊地壓有效手段之一。

“我們總結之前將巷道布置早煤巷受到衝擊地壓的影響這一教訓,優化巷道布置方式,采用垂直大巷單翼方式布置工作麵工藝,將西區4條開拓大巷均布置在岩巷中,各盤區和工作麵依次順序布置,有效避免衝擊地壓帶來的影響。”張金魁向筆者詳細介紹為避免衝擊地壓影響該公司在優化布局所采取的舉措。

雖然衝擊地壓有效避免,但受限於公司開采深度大、侏羅紀岩層堅硬,開拓大巷工作量大,且複雜的現場環境和疊加的自然災害,礦井岩巷掘進速度遠遠不能滿足開拓需求,如果不能及時向前延伸,那麽所有的采掘活動都將無法順利展開,將會嚴重製約礦井正常生產接續。

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(首台TBM順利下線)


高效掘進迫在眉睫,對比國內各類高效掘進設備,該公司下定決心加大科技裝備投入防治災害。國內先例不多,怎麽辦?他們打破常規,跨界思維,放眼煤炭行業以外領域,經過係統分析研究,2017年初,大膽提出“探索地下淺層隧道盾構工藝引用地下深層巷道掘進技術可行性”研究,將常用於隧道、地鐵施工的盾構機技術引進到千米井下。

石破天驚的想法一提出,該公司立即成立了專項小組,全麵了解,多方調研和實地考察。最終確定采用TBM施工工藝,實現快速掘進,解決采掘活動集中、開拓工程量大等不利因素影響,打開礦井產能釋放束縛,進一步保障工作麵頭麵及老空區防衝安全距離,確保礦井安全高效生產正常。


跑出安全高效掘進3倍的“加速度”

“工欲善其事,必先利其器。”TBM設備集機、電、液、傳感、信息等技術於一體,能夠同時完成破岩、支護、出渣等多項作業,由於作業時對圍岩擾動小,可以有效控製巷道成型,與常用的掘進設備相比,具有施工安全性好、掘進速度快、成巷質量高、除塵效果好等優點。

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(BM設備部件準備下井進行安裝)


然而首次應用,沒有任何經驗的情況下,正通煤業幹部職工們在學習中提升,在克服困難中總結經驗。要想保障設備安全生產,必須隨時解決現場所遇到的各類問題。

“剛開始,我們也是摸著石頭過河,現場遇到的各類困難也成了我們更好學習提升的見證。”該公司TBM辦公室主任崔國剛說。為了保障TBM設備生產順利,他們專門成立了TBM技術攻關小組,針對現場各類施工難題,將困難變課題,全力展開技術攻關,在不斷的實踐中優化完善。

針對頂板破碎,通過改造設備平台,護盾後部增加人工鑽,縮小錨杆支護間排距、頂板掛網提高支護質量,安裝專門的清渣皮帶,轉運落渣等措施,成功解決了這一問題;針對泥岩堵塞刀盤,通過采用刀盤背部噴霧,降低粉塵及刀盤溫度,避免水量過大泥岩堵塞刀盤。問題一一得到了破解,也使設備在現場效能得到充分發揮。  

“應用TBM在圍岩穩定情況下,不會出現巷道超欠挖情況,巷道成型更容易把控,用料更省,錨杆(索)施工一條線,線纜管路吊掛一條線,皮帶敷設一條線等‘十條線’更標準。”該公司副總經理、總工程師侯濤介紹。另外,圓形巷道受力更加穩定均勻,巷道破壞減少。

對比目前國內先進的綜掘技術,TBM實現了迎頭的全封閉,杜絕迎頭片幫和人員靠近掘進機截割部帶來的安全風險,掘進期間粉塵大幅減少,作業環境明顯改善。與鑽爆法相比,不再使用火工品,減少了作業環節,杜絕了爆破事故的發生。

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(首台TBM設備在井下安裝)


據了解,該公司首台TBM自2020年9月18日試掘進以來累計完成進尺5084米,最高日進尺18.2米,最高月進尺377米。第二台TBM 在四盤區並聯泄水巷掘進巷道2090米,最高日進尺21.3米,最高月進尺401米,平均348米/月。第三台TBM在西區1#回風大巷施工,平掘日進尺保持在12米。在相同的條件下,與傳統鑽爆法施工工藝相比,掘進速度提高5倍左右,與全岩綜掘工藝相比提高了3倍,機械自動化水平得到了進一步提升,大大提高了勞動效率,施工單價降低近40%。

此外,該公司還充分發揮TBM掘進速度快、成巷質量高等優勢,用於四盤區並聯泄水巷施工,保證工作麵排水係統安全,為安全高效生產提供有力保障。


創效8.5億,掘進職工減員近3成

“設備狀況良好,連續皮帶機已啟動,準備開機……”9月12日,正通煤業公司西區1#回風大巷,今年5月中旬投入生產的第三台TBM,操作人員現場安全確認後,發出了開機指令。

在設備轉動的轟鳴中,迎頭支護班組人員在跟班隊長化世龍及班長聶擁軍的指揮下,從頂幫分區支護、安設單軌吊梁、安裝皮帶架等崗位,按照施工工序組織生產,現場管理人員有序安排,各崗位職工的熟練操作與默契配合。

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(職工對設備主泵站運行情況進行巡檢)


“2021年7月份,我們優選專業力量,組建成立TBM隊,負責新引進的TBM掘進作業。”該公司人力資源部部長李明介紹。TBM設備引進之前,該公司最多時有7支掘進隊伍,隊伍多、職工素質參差不齊,加上礦井複雜的現場環境影響,人員流動大,給隊伍管理帶來難度,掘進隊伍施工效率整體偏低。

2020年首台TBM在現場成功投運後,該公司擇優選擇適應能力強、業務技能過硬等綜合素質高的職工進入TBM隊伍,確保快速適應新設備,學習掌握新技術,在高效掘進中樹立標杆。

該公司今年4月份,隨著TBM設備增加,該公司將原來的普掘隊伍與原有的TBM隊伍進行合並,組建TBM一隊,進一步培養高素質、高技能 TBM 人才和隊伍,適應礦井長遠發展需要。目前該公司掘進隊伍優化後,保留4支掘進隊伍,與之前相比,職工人數下降27%。

“真的很榮幸能夠加入TBM一隊,不僅能接觸新設備,掌握新技能,我們的待遇相比之前也提升了一千多元,心裏特別滿足。”今年從普掘二隊進入TBM一隊的職工劉興旺介紹。

TBM設備的應用,改善了作業環境,降低了職工勞動強度,安全高效生產也是職工待遇得到了提高,在這樣的隊伍職工們都幹勁十足。 

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(第3台TBM現場作業環境)


先進設備應用讓生產組織進一步優化,促進了生產質量和效率的提升,也給企業帶來了效益。

“從排定的礦井生產接續情況來看,如果采用普通綜掘工藝,正通煤業公司將在四五盤區間工作麵接續時出現長達1年的單麵生產情況,屆時礦井將減產150萬噸左右。”張金魁介紹,“如果采用該設備,將加快與西區風井貫通,提前實現礦井盤區分區式通分,從而具備雙麵生產條件,使工作麵產能進一步釋放,可增加煤炭生產約150萬噸,結合當前煤炭市場價格分析,可間接為公司帶來8.5億元的經濟效益。”


研究製定TBM煤礦行業標準

一流的企業做標準,二流的企業做品牌,三流的企業做產品。

一路走來,正通煤業TBM曆經2次設計改進和優化,為煤礦行業TBM設備應用提供了重要的借鑒意義。

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(首台設備後配套係統)


“我們結合現場地質條件和實際情況從設備結構、支護係統、後配套係統等方麵進行重新設計和優化。”該公司黨委書記、執行董事王海賓介紹。從第一代設備完全按照隧道工程模式設計,在使用過程中該公司結合現場地質條件和實際情況不斷探索,進行優化。

他們縮短設備長度,提高設備靈活性,對刀盤進行優化,實現正反轉掘進和收矸功能,刀盤還可根據岩石層理結構,調整刀盤轉動方向,保證巷道成型。加強支護係統和後配套設施優化,增加支護空間和液壓指形護盾,提高了支護效率和保證頂板安全,同時實現了物料配送直接配送到現場,降低勞動強度的同時保證現場物料周轉及時。

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(優化後的設備,減小了長度和體積)


數台TBM在正通的成功應用,在業界產生了很好地引領示範作用。“隧道機還能這麽玩!”,該公司也先後受邀參加了中國煤炭建設協會專題會議並作匯報,亮相陝西省創新創業博覽會,先後榮獲“山東省煤炭行業管理創新一等獎”“煤炭行業兩化深度融合優秀項目”“中國煤炭工業行業標杆案例”等多項榮譽,並從施工工藝、設備安裝、安全管理三個方麵與中國煤炭工業協會研究製定TBM煤礦行業標準。

今年5~8月份,欧宝电竞現場跟班寫實活動在正通煤業公司開展,來自欧宝电竞24家兄弟單位先後圍繞TBM設備在煤礦高效掘進及改造,通過交流座談,現場寫實了解等方式,進一步為兄弟單位礦井在岩巷高效掘進的實現提供借鑒,引領示範作用不斷放大。

目前該公司正加快第四台TBM設備的引進工作,研究探索單軌吊懸掛式後配套設備,托舉式裝配方式,縮短設備長度、減小組裝硐室尺寸和長度,縮短安撤時間,用於短距離巷道掘進施工,提高設備利用率,持續探索TBM高效掘進工藝,創新成果、不斷推廣。

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(TBM設備正在生產車間進行改造優化)


放眼智能化礦井建設與發展,TBM設備也勢必向自動化與智能化方向轉變,從現場操作向遠程操控轉變,從人工識別向大數據智能鑒別轉變,這也將對智能化高效掘進提出了更高的要求。不斷創新的TBM應用,讓正通煤業嚐到了實實在在的甜頭,從一年虧損約7.5個億,到成為西北礦業第4盈利大戶。正通煤業憑借煤礦TBM這一黑科技,不僅改變了自己的命運,也破解了安全高效掘進等行業麵臨的共同難題,正在引領行業發展。

“我們將嚴格按照黨委書記、董事長李偉關於TBM快速掘進作業線建設部署要求,圍繞實現液壓錨杆機自動控製和TBM整機一鍵啟動目標,持續探索,著力形成具有‘智能程度高、施工速度快、用工結構精、工程質量優、經濟效益好’的正通特色TBM掘進施工體係。”王海賓介紹,全力實現TBM在礦井的模塊化、流程化、專業化應用,爭做欧宝电竞智能化高效掘進“排頭兵”“示範者”,為建設現代化一流礦井而不懈奮鬥,奮力譜寫高質量發展新篇章。