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攻难关解难题 技术创新再攀高峰

集团公司“特厚煤层大采高综放开采关键技术与装备”项目获国家科技进步一等奖纪实

2019-08-31 来源: 同煤网站

  2015年1月9日,全国科学技术奖励大会在北京人民大会堂召开。2014年度国家科学技术奖励共授奖318项成果。其中,大同煤矿集团“特厚煤层大采高综放开采关键技术与装备”项目荣获国家科学技术进步一等奖。
  这是集团公司继1989年“煤矿井下千伏级供电系统研究”和1993年“厚煤层分层自动铺联网液压支架及配套设备”获得国家科技进步一等奖后,第三度获此殊荣。
  这样的荣耀是几代同煤科技工作者潜心探索、坚持创新的结晶;是无数参建者用智慧和汗水,为中国煤炭事业的发展与进步筑起的一座丰碑。
  敢为人先 挺立世界之巅
  塔山,大同煤矿集团一处醒目的地标。
  
塔山矿坐落在大同市西南30公里的丈人峰脚下杨家窑村,方圆622公顷。“特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备研发”就在这里诞生。
  2003年2月6日,由集团公司设计院设计的集团公司向石炭二叠纪进军的第一个矿井——塔山矿开工了。
  塔山矿是世界最大的单井口井工矿井,巷道断面宽度5.6米,高度4.2米,长度3500米,施工难度超常。
  2006年,塔山矿完成井建工程。
  上世纪90年代,大同矿务局建设年产量500万吨的四台矿,用了8年时间,被赞誉为“四台雄风在,一流冠全国”。15年后,集团公司建设产量3倍于四台矿的矿井,而建井时间只用了3年。这是中国煤炭工业建矿史上的一个奇迹。
  塔山矿井田面积共170.8平方公里,地质储量48.7亿吨,可采储量30亿吨,煤层厚度20米。这个高度,选择什么样的开采方式,成为困扰塔山矿的又一个世界级难题。
  在世界采矿史上,厚煤层和薄煤层开采一直是两大世界性技术难题。翻开集团公司的采煤历史,从正台阶开采,到自动铺联网分层开采;从一次采全高,到综合放顶煤开采工艺,对厚煤层开采技术研发和应用从未停止过探索的脚步。
  塔山矿是集团公司战略重心由侏罗纪向石炭纪转移的试验田。塔山的成败不仅关系千万吨级矿井的发展,更关系着整个集团公司的未来。因此,每一项决策都要经过广泛求证,反复论证。
  “最初,在选择塔山采煤方法上,主要形成了三种观点,分层开采、放顶煤开采和大采高。”时任塔山矿技术科科长的宋金旺说。
  意见不统一,争论在所难免。经过几个回合交锋,课题组提出了一个从未有过的大胆设想——把大采高和综放开采两种采煤工艺结合使用。这个超乎寻常的设想一提出,顿时技惊四座。
  没有成熟的经验可以借鉴,自主创新成为一条必经之路。
  2004年8月27日,中国工程院院士宋振骐、钱鸣高、尚海涛等18位国内煤炭行业的专家学者聚集到集团公司,开始论证安全开采14米以上特厚煤层的方法。专家们给出的意见是:放顶煤综采是首选开采方法。
  明确了方向,集团公司工程技术人员开始进行针对性的模型试验,并确定了主要设备立足国外,重点设备立足国内的设备选型方案。
  2006年6月,塔山矿8102首采工作面开始试生产。
  虽然首次试产基本顺利,但巨大开采空间带来的扰动,给整个支架造成的破坏力,还是超出所有人的想象。
  在随后的3个月时间里,由集团公司安全、生产、机电、技术几个职能部门组成的专题工作组,对矿井开采过程和变化进行全程跟踪监测,寻找问题的根源。最终,通过改变支架承载阻力和结构,工作面生产和装备实现了稳定运行。
  2008年,塔山矿达产。
  2012年11月,大采高综放开采工艺成果获得国家发明专利。
  新华网一位记者在塔山矿写下了一组数据,其采用的世界上第一个特厚煤层综放开采工艺全员效率可达62.5吨/工,年人均效率2万多吨。
  宋振骐评价说:“这个大家都没有想象到,太困难了。我们下井,安全威胁太大,谁也不敢越雷池一步。但是,同煤集团坚决地解放了思想,20米一次采全高,一次放下来,这在世界上从来没有的。全世界一流!”
  责任驱动 承载国家使命
  中国煤科总院科技发展部部长申保宏说:“这个项目的研究成功,将刷新中国用自己的成套装备开采放顶煤的记录。”
  全国的煤炭储量厚煤层占比45%,其中特厚煤层又占据厚煤层资源的一半以上。尤其在山西、内蒙、新疆等煤炭主产区,总资源量上万亿吨。因此,实现14米以上煤层安全高效开采,成为了保障我国煤炭工业持续发展和能源安全亟待突破的难题。
  按照国家规定采煤和放煤的比例不能超过1:3,而当时的采高技术最高可达3.5米,综放开采14米以上特厚煤层显然超出规程规定的采放比例。因此,同煤人敢为人先的大胆探索和成功实践,在中国煤炭行业引起广泛关注。
  中国煤炭科工集团董事长王金华介绍,同煤塔山的课题解决了四大难题:第一是大采高,高放顶煤形成的巨大开采空间围岩的有效控制难题;第二是适应这种采煤方法的配套装备的研发问题;第三个是全煤巷道、大断面巷道、煤巷的有效支护难题;第四个是大采高、高放顶煤、高效产生的瓦斯治理问题。
  正是鉴于对煤炭行业整体技术进步的引领和示范作用,2007年,科技部将特厚煤层开采关键技术研发列入国家“十一五”重大科技支撑项目。这是建国以来煤炭行业唯一的国家科技支撑计划重大项目,有三大任务:装备国产化、采煤工艺,安全管理。
  选择对国民经济具有重大影响的科研项目,集中各方面的力量进行攻关,是我国管理科学技术研究与开发工作的一种基本形式。这对于加快我国科学技术发展,尽快开发出一批国民经济建设急需的关键技术具有重要意义。
  2007年9月1日,在中国煤炭工业协会的倡议下,中国煤炭科学研究院、同煤集团、中煤装备制造公司、中国矿业大学、四川大学、常州联力自动化科技有限公司等六家单位,共同签署了创新战略联盟。
  2008年,中国极不平凡的一年:南方雨雪冰冻、汶川特大地震、北京奥运会。这一年,同煤人强企报国的责任情怀全面彰显。
  也是这一年,国家“十一五”重大科技支撑项目的技术研发进入试验节点。同样是这一年,集团公司第二个千万吨级矿井——同忻矿即将投入试生产。
  当时,塔山和同忻两个矿井都具备有支撑项目科研试验的基础条件。塔山矿生产、技术、管理、队伍建设已日渐成熟;同忻矿是一片处女地。从另一个角度分析,塔山矿当时的产量是口泉沟矿井的总和,如果试验受挫,损失无法弥补。反之借助塔山的知名度,项目产生的影响力也会大大增值。
  从强企梦想上升为国家使命,同煤人无惧风险,以身许国。
  2008年11月,科技部“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目在塔山矿启动。
  在中国煤炭工业的历史上,还没有哪一项工程能像特厚煤层大采高综放开采项目这样,将一个企业的命运和一个产业的科技梦想紧紧地联系在一起;和国家能源安全与现代化进程紧紧地联系在一起。
  也许是历史的巧合,上世纪70年代初,新中国第一个综合机械化采煤工作面在大同矿务局煤峪口矿进行了工业性实验,由此开启了新中国煤炭工业革命。几十年后,中国煤炭工业一场规模空前的科技攻关大会战在集团公司再度拉开了帷幕。
  国家“十一五”特厚煤层大采高综放开采科技项目共有12个课题,多学科、跨专业,需要不同部门、不同专业的科技人员组织起来,协同作战,进行各有分工的、系统的研究与开发。
  2010年4月8日,历经4年的联合设计、试验和制造攻关,世界最大,也是我国第一套拥有自主知识产权的特厚煤层大采高综放开采成套装备举行了地面联合配套试运转。
  “设备比进口的大。但是,功能是不是顶上进口的呢?”巨大轰鸣声没能掩盖住机组司机张文英内心的疑问。
  2010年9月5日,在塔山矿8105工作面,张文英带着担忧和期待按下了首套国产大采高综放采煤机按钮,割下了第一刀煤:“点遥控按钮开机,感觉国产不比进口的差,挺灵敏。滚筒割煤,也和进口机组几乎一样。”看着煤炭随着滚筒转动连续不断地跌落到刮板机上,张文英的顾虑打消了。
  特厚煤层综放开采的中国梦变成了现实。
  2011年,“特厚煤层大采高综采放顶煤开采技术与装备研发”项目举行了现场验收鉴定会:连续3个月工业性试验,工作面推进距离463米,生产煤炭273.8万吨,回收率达到88%,平均工效364吨/工。设备运行符合设计要求,国产设备达到配套要求。
  在塔山验收现场,中国煤科总院科技发展部部长申保宏评价说:“这个项目的研究成功,将刷新中国用自己的成套装备开采放顶煤的记录,这是我们国家综采技术发展40年一个里程碑式的成果。”
  2012年,国家科技部和中国煤炭工业协会在北京召开了项目结题验收会。鉴定结果:研发成功特厚煤层大采高综采放顶煤开采工艺和技术,实现了14~20米特厚煤层安全、高效、高回收率综放开采。
  这一年,集团公司原煤产量首次突破亿吨。
  “大力协同、勇于登攀”,是科技事业取得成功的重要保证。“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目凝聚着众多人的心血,齿轮咬合般的全国大协作汇聚成了强大的力量,为中国煤炭工业的发展史,增添了光彩夺目的一页。
  梦想成真 创新永无止境
  中国工程院院士袁亮说:“靠科技来兴企,靠科技创新来发展我们的企业,大同煤矿集团在我们行业里应该是走在前面的。”
  2015年,新年刚过,中国科技界年度盛事国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行。在202个国家科技进步奖项目中,集团公司参与完成的国家“十一五”科技支撑项目“特厚煤层大采高综放开采关键技术与装备”荣获一等奖。
  国家科学技术进步奖是对完成具有特别重大意义的科学技术工程、计划、项目等作出突出贡献的公民、组织授予的奖励。这项成果填补了我国煤炭行业十几年没有国家科技进步一等奖的空白。
  有资料显示,2014年国家科技大会获奖的项目,平均研究时间都超过十年,同煤集团获奖项目从构想到结题也超过了十年。
  “我们身边好多的科研人员干了一辈子,也没有拿过大奖,我们赶到一个好时机,科技人员发挥了作用,得到了国家认可,非常荣幸。”手捧鲜红的证书,获奖者杨智文和宋金旺感慨地说,“感觉有太多太多的同志,工作不比我们做得少,但是因为各种原因,没能在这个名单里面留下自己的名字。”
  板凳要坐十年冷,文章不写半句空。赢得国家科技最高荣誉的人们,本来就是作为一个整体而被历史所铭记的。
  就在全国科技大会召开4天后,国家能源局、环保部、工信部联合下发《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》。意见引述中国工程院的研究报告,“科学产能是在保证一定时期内持续开发的储量前提下,用安全、环境友好、高效的方法将煤炭资源最大限度采出的生产能力。据此评估,中国煤炭产能只有1/3产量是科学产能。”
  按照这个统计数据,2014年全国煤炭产量40多亿吨,只有13亿吨是科学产能,这就意味着中国煤炭工业亟待实现从“量的崛起”转向“质的繁荣”,提高“科学产能”势在必行。
  “同煤集团‘特厚煤层大采高综放开采关键技术与装备’获奖是我们整个煤炭工业在技术创新中非常靓丽的一个成果,它在国家推动能源领域创新,推动煤炭工业向着安全、健康、可持续发展方面起着非常重要的作用。”袁亮说。
  翻看国家科技进步奖,几乎每一个项目都有一份分数很高的产业“成绩单”,透着浓浓的“经济味”。
  在塔山矿发端的“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”科技成果已在大同、平朔、神东、新疆等13个矿区的30多个煤矿得到推广应用。
  据资料统计,近年,集团公司利用该成果共采出煤炭4亿多吨,新增销售额564亿元,新增利税221亿元。从社会效益而言,保障了煤矿安全生产,实现了工作面零死亡;提高了煤炭资源回收率,为我国能源安全提供了技术保障。
  此外,大采高综放开采成套装备的国产化研发,驱动了中国煤机制造企业全面升级,创造出更多的价值。
  “中国第一套大功率运输机,第一套大采高支架,第一个电牵引采煤机,第一台大功率掘进机,第一台长距离运输皮带机等设备,都是我们与各个厂家联合开发的。我们是第一个吃螃蟹的人。”曾经参与塔山项目装备研发的机电处原处长王仲虎自豪地说,“没有同煤这块儿试验田,就没有中国煤机制造业的快速崛起。可以说‘十一五’攻关项目为今后的煤机制造国产化乃至我国煤机产品走向国际市场奠定了很好的基础。”
  中国煤科总院副院长孙庆彬评价,同煤不仅是技术难题的提出者,也是给我们提供试验、示范、推广的基地。
  借助国家“十一五”科技支撑项目,中国企业的煤机制造生产水平实现了历史性跨越。
  十年间,随着塔山矿“特厚煤层大采高综放开采关键技术”难题的破解,一座矿井和它的绿色梦想也开始在这片土地上次第绽放。
  今天,打开建设新时代同煤的蓝图,由科技力量支撑起来的千万吨级矿井集群、循环经济园区、煤电一体化不仅是集团公司的骄傲。它还是中国煤炭工业发展历史上一次科学开发自然资源,实现绿色开采的非凡创举。
  “特厚煤层大采高综放开采关键技术与装备”在集团公司的成功实践,是一次超越世界采煤技术的发明创造,它唤醒了人类曾经不可开发的资源,重新规划和定义了特厚煤层的开采规则和利用价值,为世界采煤历史书写了新的篇章。
  创新无止境,道路在脚下。集团公司正在精神抖擞奔跑在创新追梦的大路上。

 

 
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