神華寧煤集團的現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井建設

李玉民

（神華寧夏煤業(yè)集團有限責任公司，寧夏回族自治區(qū)銀川市，750011）

2002年底，神華寧煤集團組建時，在籍礦井16個，核定生產(chǎn)能力為1218萬t／a，當年實際生產(chǎn)原煤1574萬t，單個礦井平均生產(chǎn)原煤不足100萬t；采煤機械化程度為35.59%，掘進機械化程度為54.12%，原煤生產(chǎn)人員效率為2.86 t／工，回采效率為8.948 t／工。為了適應寧東國家級億噸煤炭基地高產(chǎn)高效礦井建設的需要，在寧東煤炭基地礦井建設和對老礦區(qū)礦井技術改造中，神華寧煤集團打破傳統(tǒng)的煤礦建設模式，應用和創(chuàng)新了一系列先進的理念和新工藝、新技術、新裝備，打造了寧東億噸煤炭基地現(xiàn)代化特大型高產(chǎn)高效礦井群。到2011年，公司生產(chǎn)規(guī)模達到8300萬t／a，當年生產(chǎn)原煤7408萬t，采煤機械化程度達到98.85%，掘進機械化程度達到89.68%，原煤生產(chǎn)人員效率達到9.82 t／工，回采效率達到59.178 t／工，較2002年分別提高4.71倍、2.77倍、1.66倍、3.43倍和6.61倍，為寧夏的經(jīng)濟社會發(fā)展作出了應有的貢獻。

1 高起點建設現(xiàn)代化特大型高產(chǎn)高效礦井群

寧東礦區(qū)是國家級億噸煤炭生產(chǎn)基地，是神華寧煤集團煤礦建設的主戰(zhàn)場。寧東煤田煤炭儲量達274億t，煤層埋藏穩(wěn)定，可采煤層多，煤層厚度大，開采條件較好，具備建設特大型礦井的有利條件。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、煤炭開采技術和煤機制造水平的大幅提升以及公司跨越式發(fā)展的需要，高起點、高標準地推進特大型高產(chǎn)高效礦井的建設和改造勢在必行。

寧東煤田原總體規(guī)劃中的礦井井型都不大，礦井數(shù)量眾多，缺乏現(xiàn)代化礦井集約化生產(chǎn)的先進理念，制約著億噸煤炭基地高產(chǎn)高效礦井的建設。寧東礦區(qū)大規(guī)模開發(fā)建設后，根據(jù)各礦區(qū)煤層埋藏條件、地質構造條件和建設條件，把寧東煤田各井田都納入國家級億噸煤炭基地進行重新規(guī)劃。目前，寧東礦區(qū)所屬特大型礦井的井田面積普遍較大，走向長度為 4.5～14 km，傾斜長度為 4.5～12.8 km，可采儲量為5.97～13億t，主要礦井設計規(guī)模為600～1200萬t／a。目前已經(jīng)建成投產(chǎn)、試生產(chǎn)或將竣工的礦井有10對，初步實現(xiàn)了特大型礦井群高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)目標。寧東基地建設的主要礦井的基本情況見表1。

表1 寧東億噸煤炭基地特大型礦井群主要礦井的基本情況

2 應用先進理念和技術對老礦小井進行技術改造

寧東煤炭基地包括寧東新區(qū)和石嘴山、石炭井以及靈武礦區(qū)的老礦小井。這些礦井絕大部分都是20世紀50～70年代建設的礦井，有的還是解放前的小煤窯經(jīng)過幾十年不斷改造形成的。礦井的核定能力最小為18萬t／a，最大為150萬t／a。從2003年開始，神華寧煤集團對公司所屬生產(chǎn)礦井進行擴能技術改造。這次技術改造完全打破20世紀90年代以前傳統(tǒng)的礦井建設模式，采用合并礦井、大走向長工作面、千萬噸高標準綜采工作面、一井一面布局、淘汰炮采炮掘的落后采掘工藝、安全設施完善提高等新的理念和新技術、新工藝、新裝備，對老礦小井進行徹底改造，從根本上達到了寧東億噸煤炭基地建設的高產(chǎn)高效目標。到2009年底，礦井技術改造項目陸續(xù)竣工投產(chǎn)，新增生產(chǎn)能力1645萬t／a，對大幅提升公司的產(chǎn)量和效益發(fā)揮著至關重要的作用。

3 創(chuàng)新高產(chǎn)高效礦井建設的核心開采工藝技術

寧東基地的煤炭儲量為274.16億t，其中特厚煤層占總儲量的40%以上。當時國內外尚沒有在煤層傾角10°以上，一次采全高達到5.5 m及以上的大采高開采技術。2006年，神華寧煤集團啟動了首個煤層傾角15°～20°、走向起伏8°～12°的大傾角大起伏復雜特厚易燃煤層6.2 m大采高開采工藝及關鍵技術和國產(chǎn)化成套設備配套方案研究項目。

大傾角大起伏復雜特厚煤層6.2 m一次采全高綜采回采工藝、系統(tǒng)與設備的技術研究，解決了大傾角大起伏大采高回采系統(tǒng)與工藝裝備的可靠性與穩(wěn)定性控制難題。提出了大采高支架的雙重控制機制，從提高支護強度入手，以控制頂板煤壁雙重剪切破壞；從加強支架水平抗傾覆結構及承載能力入手，以適應老頂大回轉運動對支架穩(wěn)定性影響。研發(fā)并采用了重型支架和采煤機防倒、防滑和整體穩(wěn)定性自動控制技術與裝置，支架、采煤機、刮板運輸機系統(tǒng)穩(wěn)定性協(xié)調與控制技術以及五箱屜結構伸縮梁防片幫冒頂技術等，保障了大傾角大起伏大采高條件下設備運行和回采的安全。該項目在羊場灣煤礦成功實施之后已在寧東礦區(qū)推廣應用。

寧東礦區(qū)厚度為10 m左右的煤層在特厚煤層中所占的比重很大，煤層節(jié)理、裂隙不發(fā)育，韌性指標為9～10，屬高韌性難冒放煤層，國內外沒有在高韌性煤層中進行綜采放頂煤的先例。神華寧煤集團通過對寧東高韌性易燃特厚煤層綜采放頂煤項目進行研究攻關，掌握了韌性指標為9～10的高韌性煤層的煤層結構、物理力學特性，揭示了高韌性煤層頂煤難冒放的機理，為研究高韌性難冒放煤層的放頂煤工藝技術提供了科學依據(jù)；在高韌性難冒放煤層中采用多方位分區(qū)域可控頂煤弱化技術破碎頂煤，選用反四連桿、低位高強度放頂煤支架，增大支架后方頂煤冒落松動空間，增大頂煤壓縮量，有利于高韌性煤的破壞，提高了頂煤冒放性和回收率。成功解決高韌性煤層綜采放頂煤冒放性差的難題，為寧東億噸煤炭基地高產(chǎn)高效生產(chǎn)創(chuàng)出了一種新的開采工藝。目前該工藝已經(jīng)在寧東礦區(qū)特厚煤層中廣泛推廣應用。

4 輔助提升采用緩坡斜井無軌膠輪運輸方式

礦井輔助提升一直都是制約礦井生產(chǎn)的一個關鍵環(huán)節(jié)。因為目前立井和斜井提升設備的能力在達到一定采深時，很難滿足現(xiàn)代化特大型礦井生產(chǎn)能力不斷增長的需要。神華寧煤集團在特大型礦井建設過程中，幾經(jīng)曲折，最終接受了用緩坡斜井無軌膠輪運輸方式，解決了制約輔助提升的瓶頸問題。神華寧煤集團目前有6個礦井都采用緩坡斜井無軌膠輪車進行地面到井下的輔助運輸。

寧東煤田煤層一般埋深都在100～800 m，目前的開采深度都在600 m以內。由于井底車場深度都在約300～500 m，緩坡斜井的垂深較大，其井筒布置方式都采用穿層折返的方法布置井筒。目前投入使用的6個礦井的緩坡斜井，井筒兩端垂高最小60 m、最大484.5 m，井筒坡度最小1.6°、最大7°，凈寬5～5.6 m、凈高4.1～4.6 m，凈斷面17.82～22.4 m2，緩坡斜井長度867～5621 m。

由于無軌膠輪車從地面到井下或從井下到地面都是直達運輸，克服了其他提升方式環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復雜、效率低的弊病，大大提升了礦井的輔助提升運輸能力，也有效緩解了礦井的生產(chǎn)接續(xù)，為高產(chǎn)高效礦井建設和經(jīng)營提供了有利的條件。

5 采用大傾角大運量大型帶式輸送機提升

寧東煤田目前的開采條件尚有利于斜井提升運輸，所以截至目前建成投產(chǎn)和試生產(chǎn)的礦井均采用主斜井帶式輸送機提升方式。采用該提升方式的礦井總規(guī)模為7140萬t／a，最小規(guī)模240萬t／a、最大規(guī)模1200萬t／a，井筒坡度突破大型帶式輸送機斜井18°的坡度極限，最大坡度達到22°。單臺帶式輸送機最大提升長度1800 m，最大提升高程538 m，最大運量3300 t／h，最大帶寬1.8 m，最大功率4×1850 k W，最 大 帶 速 6.73 m／s，最 大 帶 強6300 N／mm。采用斜井帶式輸送機主提升系統(tǒng)，運量大、環(huán)節(jié)少、安全可靠性高，適合大型、特大型礦井對主提升系統(tǒng)的需求。神華寧煤集團8個特大型礦井的主斜井及其主提升參數(shù)見表2。

表2 8個特大型礦井主斜井帶式輸送機主要參數(shù)

6 大功率重型化高可靠性采掘裝備是高產(chǎn)高效礦井建設的核心

回采設備大型化、重型化、高可靠性，是礦井裝備發(fā)展的趨勢，也是高產(chǎn)高效礦井建設的核心。為了使公司的綜采綜放設備和生產(chǎn)水平大幅提高，達到高產(chǎn)高效的目標，神華寧煤集團按照幾個礦區(qū)的各種煤層條件、不同頂板類型、不同采高、不同回采工藝，按照大型化、重型化、高可靠性的標準和高產(chǎn)高效礦井建設的要求，設計了十幾套綜采綜放設備的配套方案，以利于生產(chǎn)礦井更新設備和基建礦井、技改礦井設備選型。設備的主要特征是：支架的支護高度為0.9～6.2 m，工作阻力為4800～10000 k N，支架寬度為1.5 m和1.75 m，重量為12.5～42 t；采煤機滾筒直徑為1.4～3.0 m，3種截深為630 mm、800 mm、865 mm，裝機功率為456～2245 k W，重量為22～140 t；刮板運輸機功率為2×200～3×855 k W，中部槽為730～1250 mm，運輸能力為730～4000 t／h。目前公司使用的采煤機均為電牽引采煤機，液壓支架大部分具有電液閥控制功能。羊場灣煤礦綜采一隊6.2 m大采高綜采工作面2009年原煤產(chǎn)量為1047萬t，此后每年產(chǎn)量都在千萬噸以上，充分顯示了大型化重型化綜采設備的巨大優(yōu)勢。

由于近年來公司采煤機械化裝備水平的快速發(fā)展和開采工藝技術的不斷創(chuàng)新提高，綜掘裝備水平也有了相應的提高。公司目前在用的煤巷半煤巖巷綜掘機91臺，其中截割電機功率160 k W以上機型64臺、150 k W機型27臺。根據(jù)掘進巷道斷面施工需要以及圍巖地質條件和以前各種機型使用的情況，150 k W及以下機型都屬于將要淘汰機型。半煤巖巷和大采高綜采工作面大斷面順槽掘進綜掘機配置都以160 k W及以上機型配置，以截割功率200 k W的EBZ－200H型綜掘機使用效果較佳。

目前國產(chǎn)巖巷掘進機技術還很不成熟，巖巷掘進一般還是以采用風鉆打眼、放炮、耙斗裝巖機裝碴工藝為主，掘進單進水平低、勞動效率低，嚴重制約了礦井采掘接續(xù)和安全高產(chǎn)高效生產(chǎn)。神華寧煤集團從2010年以來推廣應用了全液壓巖石鉆車與挖掘式裝載機巖巷掘進配套技術，使巖巷掘進效率有了顯著提高，所用全液壓掘進鉆車CMJ－17～CMJ2－27等4種型號設備共44套。

7 結語

神華寧煤集團在國家級億噸煤炭基地現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井建設中，在開采技術、工藝和裝備方面所作的探索、研究和攻關取得了一些成果。這些成果已經(jīng)在高產(chǎn)高效礦井建設和生產(chǎn)經(jīng)營中發(fā)揮著顯著的作用，同時也已成為寧東國家級億噸煤炭基地建設的主要模式。