又踏层峰辟新天 更扬云帆立潮头 | |||||||||||||||||||||
“煤巷掘进自动化关键技术研究与实践”在王庄矿取得重大突破 | |||||||||||||||||||||
| 煤炭资讯网 | 2008-10-27 13:42:50 要闻 | ||||||||||||||||||||
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【本网讯】 2008年10月15日，从素有“中国煤炭战线上一盏明灯”、“矿井现代化建设排头兵”、“中国煤矿全
该项目通过鉴定，标志着王庄煤矿在建设全国第一个自动化掘进工作面，在煤炭采掘主导技术、关键技术自主创新方面又一次实现了新的突破，谱写了新的辉煌。 在一个日新月异、风驰云动的时代里，王庄人以“敢为天下先”的气度和“实干进取，勇创一流”的精神，又一次站在了煤炭工业科技创新的制高点上，又一次为科学发展作了精彩的诠释。 从“煤巷掘进自动化关键技术研究与实践”项目的缘起、实施、攻坚、创新与成功，探析王庄煤矿的科技兴矿之路，解读自主创新基因，追寻科学发展脉络，对于推动和促进我国煤炭工业的科技进步，具有很强的现实意义。 审时度势 运筹新突破 山西潞安集团公司王庄煤矿是一座闻名全国的特级高产高效现代化矿井，矿井建成投产于1966年12月，原设计能力
多年来，王庄煤矿依靠科技进步，致力于采掘主导技术的自主创新，在全国率先上综采，成功开展开天窗放顶煤工业性试验、超长壁综放面高产高效综合配套技术攻关，形成了以综采放顶煤为核心技术的科技创新体系，有力地带动了矿井高产高效生产，综采单产和综掘单进始终在全国同类型矿井中保持领先水平，并多次创造全国最高纪录。特别是进入“十一五”以来，王庄煤矿站在科技创新的战略制高点上，以采掘主导技术持续自主创新为龙头，以“建设自动化矿井、打造数字化矿山、创建生态化矿区”为目标，全面启动实施了“三个三”、“两个六”发展战略。2007年5月，在6203工作面建成了全国第一个大采高自动化综放工作面，当年综采年单产达到650万吨，项目经过以中国工程院钱鸣高院士为首的专家组联合鉴定，整体技术达到国际领先水平，同时荣获2007年度中国煤炭工业科技进步一等奖，在全国煤炭行业引起强烈反响，又一次实现了“我国综采技术的大突破”。 在骄人的成绩面前，王庄煤矿党政一班人敏锐地意识到，综采技术的大突破，必然带来矿井产量、综采单产的大幅度提升，而与此同时，年消耗巷道数量也大幅度增加，采掘不平衡的矛盾日益突出。为了在短期内缓解采掘不平衡的矛盾，许多煤矿企业不得已，只能采取增加掘进头面、增加掘进队伍的传统模式来实现，而由此与矿井的安全高效生产产生了矛盾。为此，实现煤巷安全高效掘进自动化成为解决采掘不平衡矛盾的当务之急。特别是在大断面煤巷机掘方面，由于采用成套国产设备受巷道断面和地质情况、支护形式以及设备本身性能影响，实现快速自动化掘进的难度很大。在新的市场经济形势下，掘进技术已经成为煤矿生产发展的一个瓶颈，解决好这一问题，可以达到提高工效的目的，并且保障矿井采掘关系的平衡，有利于煤矿生产的稳产、高产、安全、高效。 另一方面，2007年，王庄煤矿在6203工作面建成全国第一个大采高自动化综放工作面取得了显著的经济效益和社会
作为一项新技术，煤巷掘进自动化在全国乃至世界上没有现成的经验可循，王庄煤矿的技术攻关和工业性试验，一开始就注定要“摸着石头过河”，注定要有颠覆传统的勇气和气魄。在开展课题攻关和工业性试验中，王庄煤矿没有急躁冒进、急功近利，在潞安集团公司、潞安环能股份公司的正确指导和大力帮助下，王庄煤矿稳扎稳打，实施了“三步走”计划。 第一步：实现掘进工作面支护工艺的机械化作业。从2007年7月份开始，王庄煤矿先后在4331瓦斯巷进行了EBJ—120型掘进机前配套锚杆钻臂系统工业性试验、CMM2-18矿用液压锚杆钻车工业性试验，同时，与潞安环能股份公司租赁站、约翰芬雷工程技术（北京）有限公司共同研发了S4200前配套机载钻臂系统，并在5213运巷、6207运巷进行了工业性试验，实现了掘进工作面全锚支护作业的机械化和工作面临时支护与永久支护作业的机械化。 第二步：实现掘进割煤工艺的自动化。王庄煤矿与IMM国际煤机集团佳木斯煤矿机械有限公司合作研发了悬臂式
第三步：实现掘进工作面系统的自动化集成。自动化系统集成采用三级网络结构，各子系统通过井下千兆以太环网传输平台，采用成熟的信息与控制技术进行系统集成，实现了安全生产调度指挥中心和矿局域网对工作面整个生产、保障系统自动监控。在生产保障系统自动化方面，实现了远程实时监控和遥控、支护材料的底皮带运输、供电系统的自动化控制。在安全保障系统自动监控方面，采用自主研发的矿用掘进湿式离心风幕除尘系统，极大地改善了工作面的作业环境；同时实现了瓦斯浓度、粉尘浓度的自动监控、风机运转情况的自动监控、支护质量的自动监测和监控。 在技术攻关和工业性试验中，王庄煤矿针对存在的问题多次组织工程技术人员、有经验的老工人在作业现场进行技术攻关，多次组织中国矿业大学、IMM国际煤机集团佳木斯煤机有限公司等相关单位专家开展技术指导、技术服务。在工业性试验的关键时期，正是5.12四川汶川大地震、举办奥运会、残奥会的特殊时期，王庄煤矿矿长刘克功，副矿长周志利、贾双春、赵学雷，总工程师杨建立轮番下井跟班，一手抓生产衔接调整，过地质构造，开足马力生产，确保电煤供应；一手抓自动化掘进工作面的建设和关键技术攻关。依靠广大工程技术人员和现场工人的艰苦奋战，先后攻克了大大小小技术难题90多项。特别是顺利完成了掘进机的定向掘进技术，掘进机截割头的定位技术，掘进机防欠挖和超挖的动态自调整控制技术，掘进工作面割、装、运设备的自动化集成监控技术，掘进工作面顶板离层在线监测、锚杆（索）载荷在线监测技术，50~100米无线界面显示控制技术及远程数据连接、传输、记忆功能，大断面煤巷围岩稳定机理与控制技术等七项主要技术攻关，率先成功破解了自动化掘进工作面建设的一系列关键技术难题。 随着一系列关键技术难题的破解，王庄煤矿的煤巷掘进自动化建设取得了突破性进展，建成全国第一个自动化掘进工作面逐渐从梦想变成了现实。 自主创新 开创新境界 “项目的指导思想明确，技术路线正确，煤巷掘进自动化、数字化建设方面充分体现了原始创新、集成创新和引进
创新为魂，创新激发活力，增强动力，创新提升效能，产生效益。在开展技术攻关和工业性试验中，王庄煤矿的五个“创新点”得到了专家们的一致好评。 创新点一：合作研发了悬臂式EBZ—150C自动化掘进机。该掘进机采用嵌入式计算机与可编程控制器相结合方式进行实时控制，完成掘进机所有动作的远程遥控操作。通过在掘进机各种伸缩部加装直线位移传感器，实现了对掘进机截割部的位置检测，将断面形状信息及截割轨迹等以程序的方式输入到计算机与PLC中，截割时，计算机与PLC按照预定程序进行截割控制，使截割部按照预设的截割轨迹完成断面截割及成型，实现了掘进机定位自动截割功能。 创新点二：共同研制了S4200机载钻臂系统。采用S4200前配套机载钻臂系统的临时支护和支撑装置，四点一面将钢带、顶网托起，形成强力临时支护，保证了现场作业人员的安全。整个钻臂系统采用两台机载液压钻机同时作业，两个钻机相互独立，且能够完成水平横移、倾斜及前后翻转动作，实现了掘进工作面全锚支护作业的机械化。 创新点三：自主研发了矿用掘进湿式离心风幕除尘系统。该系统一方面利用风幕原理，将粉尘密闭在工作面窝头；另一方面利用离心湿式除尘工作原理，将密闭在工作面窝头粉尘净化，取得了良好除尘效果，除尘率达到95%。此外，该产品还获得了国家知识产权局颁发的实用新型专利证书，并进行了产业化推广、规模化生产。 创新点四：研究了自动化掘进工作面围岩控制技术和工艺参数。通过对大断面巷道围岩变形破坏机理的理论研究，
创新点五：实现了工作面系统的自动化集成。自动化系统集成采用三级网络结构，各子系统通过井下千兆以太环网传输平台，采用成熟的信息与控制技术进行系统集成，实现安全生产调度指挥中心和矿局域网对工作面整个生产、保障系统的自动监控。特别是在外运设备装设了自动化监控系统，在工作面底皮带安装了上下料台，投用了KJ85煤矿供电远程测控系统，并在工作面安设了瓦斯传感器、粉尘浓度传感器、风机开停传感器、顶板离层、锚杆、锚索载荷在线监测系统及60通道锚杆测力计在线监测系统。通过以上有效措施，形成了一套先进、完善、高效运行的掘进工作面自动化系统集成。 五个“创新点”环环相扣，相得益彰，极大地丰富和提升了该项目的“含金量”，有力地诠释了自主创新在科技攻关的独特魅力。 蟾宫折桂 取得新成效 “长期以来，掘进滞后于综采一直是困扰潞安乃至整个煤炭行业的一个难题，实现掘进自动化不仅是掘进技术的一 次革命，还是提升掘进工人幸福指数、健康指数、环境安全指数的一个重要手段。王庄煤矿善于把问题变成课题，把课题变成科技创新的主题。实践证明，王庄煤矿的实践是成功的，是值得骄傲的一件大事”。在鉴定会结束后，一位专家这样说。 王庄煤矿在煤巷掘进自动化方面坚持不懈的探索和实践，取得了丰硕的技术成果和显著的经济效益与社会效益。 技术成果丰硕。一是采用掘进机自动控制技术，实现了掘进工作面切割的机械化，提高了成巷速度和掘进效率；二是采
经济效益显著：一是进一步实现了减人提效。采用掘进自动化工艺，掘进工效由原来的0.4米/工提高到现在的1.2米/工，工作面用人由原先的10人减少到现在的6人，与普通掘进工艺相比，年节约人工费用216.6万元；二是产生了良好的经济效益。与普通掘进工艺相比，同等条件下自动化掘进工作面产生的综合效益，扣除支护成本、设备年摊销费用等各项费用后，年增加直接效益941.44万元；三是实现了节支降耗。与普通掘进工艺相比，使用水平煤仓年节约电费156.582万元。按此测算，采用掘进自动化工艺每年可创造直接经济效益1314.622万元。 社会效益突出：实施掘进自动化主要实现了五个方面的社会效益：一是进一步提高了掘进工作面的整体装备水平和 掘进单进水平，保证了采掘平衡，为提高矿井综合生产能力、高度集约化生产奠定了基础；二是实现了掘进工艺的自动化，改善了巷道的成型质量，提高了掘进质量标准化水平，大大降低了职工的劳动强度，提高了职工作业的安全性；三是实现了对主要生产设备工况的实时在线监控，有效提高了设备正常率和开机率；四是采用自主研发并具有自主知识产权的矿用掘进离心湿式风幕除尘系统，有效降低了呼吸性粉尘，保证了工作面人员的身体健康；五是为进一步提高矿井的综合生产能力和高度集约化生产打下了良好基础。 乘势而上 迈上新征程 “煤巷掘进自动化关键技术研究与实践”在王庄煤矿的成功，不仅取得了显著的综合效益，而且为推动煤炭工业的
启示之一：以综采自动化带动掘进自动化是提升掘进工作面综合配套技术整体创新的发展方向。王庄煤矿在2007年建成全国第一个大采高自动化综放工作面，整体技术达到国际领先水平，项目在创造了丰厚的经济效益和社会效益的同时，极大地解放了全矿干部职工思想，拓宽了视野，锻炼了队伍，为掘进自动化的创新和突破创造了条件，奠定了坚实的基础。 启示之二：掘进自动化是煤巷大断面快速掘进主导技术发展的必然趋势。矿井掘进机械化程度低，形成制约矿井集约高效生产的“短板”和“瓶颈”，而掘进自动化关键技术的突破带来单进能力的大提升，有效地破解了这一难题，保证了矿井的采掘平衡。这是煤巷大断面快速掘进成巷技术发展的方向，也是矿井集约化生产的一项重要技术保障。 启示之三：坚持核心技术自主创新是新型工业化矿井建设的重要内容。在项目的技术攻关和工业性试验中，王庄煤矿坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新多管齐下，研发了矿用掘进离心湿式除尘器等多项具有自主知识产权的新产品，构建了国内一流、国际领先、自主创新、特色鲜明的掘进自动化系统，这是煤炭工业在新型工业化背景下核心技术、主导技术和关键技术自主创新的一项重要内容。 启示之四：产、学、研相结合，开展重大课题技术攻关是企业科技进步的有效途径。王庄煤矿在2007年、2008年连续两年在大采高自动化综放技术、掘进自动化技术方面实现大突破，不是企业单打独斗的结果，这其中凝结了中国矿业大学等著名科研院校相关专家、教授的心血，融合了IMM国际煤机集团佳木斯煤矿机械有限公司、约翰芬雷工程技术（北京）有限公司等煤机制造厂家的智慧，汇聚了潞安机电修造公司、潞安环能股份公司租赁站等相关兄弟单位的力
启示之五：煤巷掘进自动化的探索和实践是本质安全型矿井建设的有力保障。自动化带来的设备升级、系统化、作 业人员数量减少、素质提升、以及作业环境的改善、作业现场管理的规范等等，同本质安全型矿井建设的内涵和目标相融相合，从根本上降低了各类事故，提升了安全系数，为矿井的安全发展提供了有力的技术支撑。 又踏层峰辟新天，更扬云帆立潮头。面对骄人的成绩，王庄煤矿干部职工没有停下探索的目光和追求的脚步。10月15日，鉴定会刚刚结束，矿长刘克功马上召集课题组成员召开会议，将在鉴定会上各位院士、专家、教授提的20多条建议和意见，一一进行了梳理，以此来作为下一步技术攻关、创新、完善和提升的重点。同时，他们把目光投向了国家科技进步奖，投向了世界煤矿开采最前沿的采掘主导技术，把难题变成课题，把课题变成矿井科技进步的主题。让科技攻关、自主创新在矿山既“开花”又“结果”，为中国煤炭工业科技进步做出新的更大的贡献。带着新的梦想，瞄准新的目标，以“实干进取，勇创一流”为企业精神的王庄人又一次迈上了新的征程。
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