采煤设备安装在只有一张桌子高的极薄煤层中,工作面看不到一个采煤工人,采煤机缓缓地上下运行割煤,采煤支架自如地移架、顶溜,司机在260米以外的自动化操作室,通过安装在工作面的视频设备监控着现场,并通过按钮掌控着生产。这是笔者近日在冀中能源峰峰集团薛村矿94702工作面看到的场景。
不冷落薄煤层,挑战技术难题
我国把厚度小于1.3米的煤层称为薄煤层。过去,由于开采难度大,成本高、效益低,薄煤层被冷落,成为煤炭储量中“食之无味,弃之可惜”的“鸡肋”。目前,国内中东部矿区厚及中厚煤层资源面临枯竭,而薄煤层资源相对丰富却面临着开采的技术难题。
薛村矿1959年投产,生产能力140万吨/年。矿井主采煤层为5.5米厚的2号煤层,配采煤层为1.3米厚以下的4号煤层。
2012年1月,平均煤层只有1.3米厚的94702工作面传来喜讯:薄煤综采无人值守远程自动化开采技术成功应用。该工作面以月产原煤117280.8吨,月推进度358米,最高日推进13.5米,最高日产原煤4422.6吨,一举打破了全国薄煤层开采纪录。
94702工作面走向长度890米,倾斜长度140米(平均),煤层厚度为1.2米至1.4米,平均1.3米,煤层倾角0度至30度,平均15度。
其实,早在2010年以前薛村矿就开始探索薄煤层开采新工艺,那时的薄煤层开采一般采用炮采、高档普采,生产效率低,安全性差。2010年,该矿在931302工作面成功使用了ZY3300/07/13D型掩护式液压支架,拉开了薄煤层开采从高档普采向综采过渡的序幕。
虽然实现了综采,但是还需要工人在工作面操作机器,存在开采效率低、人员劳动强度大、安全系数低等问题。薛村矿先后对主运输系统、三机设备进行了多次技术改造,不断优化配置,提高单产及效率,推动安全高效。
2011年10月,该矿矿长安建华提出,“必须上一套薄煤层综采远程自动化操作系统,早日实现无人开采”。这个大胆的设想一旦成行,工人们将告别像耗子一样窝在1米左右高巷道内挖煤的日子。
过了一道道坎,有多方面收效
“不见矿工身和影,只见煤炭滚滚来”,无人开采让薛村矿薄煤层开采有了质的飞跃,不仅资源回收率由68%提高到98%,解放了500多万吨煤炭,延长矿井服务年限5年,还消除了瓦斯突出危险。同时,该矿薄煤层工作面在册人数由原来的185人减少到117人,节省人工68人。月进度由高档普采时的90米提高到现在的358米,单进净增268米。
三机配套问题是摆在无人开采工作面的第一道坎。根据地质赋存条件,薛村矿通过多方调研、技术求证和实地考察,最终选用了上海一企业生产的MG160/360-BWD型电牵引采煤机。
为了找到与之配套的液压支架和刮板输送机,该矿主动与机械公司联系,考虑到薄煤层空间狭窄,对配备SAC电液控制系统的ZY3300/07/13D型掩护式液压支架进行了改造,支架前梁去掉了800毫米。该矿还定制了配备SAC电液控制系统的SGZ-630/220型刮板输送机。一系列“小型”设备的投入,减少了设备占用空间。
另一个关键技术是远程操控。该矿采用数字化控制技术,建立了薄煤层综采工作面远程监控系统平台。生产时,工人可在工作面几百米外的自动化操作室,通过操作由电液控主机、数据集成主机、自动化视频主机和采煤机远程控制主机组成的自动化远程操作系统,完成一系列生产流程,实现无人开采。
“这套系统包括采煤机控制系统、电液控制系统、视频控制系统等五大控制系统,关键环节是采煤机远程自动化和智能跟机自动化。”技术科科长王立伟介绍。
采煤机远程自动化,即系统会根据工作面顶板完整、煤层稳定、采高变化不大的有利地质条件,生产过程中,充分发挥自动化设备人工远程控制和准确采集数据进行“记忆截割”两大优势。
同时,该套系统还可实现跟机自动化,即采煤机割过煤后,液压支架实现自动跟机移架。采煤机机身上安装了红外线发射器,液压支架每架上安装了红外线接收器,如果设定跟机移架的架数是5架,自动顶溜的架数是5架,当采煤机自机头端向机尾端上行割煤时,通过红外线传输,系统运作,移架和顶溜动作也会依此类推完成。
数据传输是保证自动化远程操作的关键。自动化远程操作主要通过光纤传输数据,工作面在生产期间,光纤移送过程中,易发生弯曲,造成光纤折断,导致数据无法传输。
大家纷纷开动脑筋想办法。光纤在移送过程中,由机电工长在现场指挥移送,保证光纤不和其他线路缠绕,单独移送,光纤不得出现弯曲或挤压,使这一问题迎刃而解。