神東集團煤炭資源高效回收經(jīng)驗分析

任仰輝，李瑞峰，楊 青，邢 相

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院，北京 100083；2.神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京 100211)

經(jīng)濟技術(shù)管理

神東集團煤炭資源高效回收經(jīng)驗分析

任仰輝1，2，李瑞峰2，楊 青2，邢 相2

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院，北京 100083；2.神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京 100211)

針對我國煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平極不均衡，東北、華南等地區(qū)煤礦生產(chǎn)效率和資源回收率較低，且安全事故高發(fā)，而晉陜蒙寧甘區(qū)域煤礦生產(chǎn)效率、資源回收率和安全生產(chǎn)水平較高等的情況，總結(jié)分析了神東集團主要煤礦各項高效回收指標(biāo)情況，提煉了其煤炭高效回收的典型經(jīng)驗，以期為類似條件礦區(qū)推廣神東經(jīng)驗，提高煤炭高效回收水平提供借鑒。

神東集團；煤炭資源；高效回收經(jīng)驗

2016年全球煤炭產(chǎn)量約7.374Gt[1]，其中我國煤炭產(chǎn)量為3.41Gt，占全球的46.2%。一方面，我國一次能源稟賦特征為“貧油、少氣、相對富煤”，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中仍將長期占據(jù)主導(dǎo)地位。2016年我國煤炭消費量占能源消費總量的62%，根據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年我國煤炭消費比重降低到58%以下[2]，而根據(jù)預(yù)測，到2030年，我國煤炭消費比重仍將在50%左右；另一方面，我國不同地區(qū)、不同規(guī)模的企業(yè)，煤炭資源回收水平差異較大。東北、華南等地區(qū)煤炭產(chǎn)量僅占全國的16%，區(qū)內(nèi)大量小煤礦開采工藝落后，生產(chǎn)效率和資源回收率均偏低，資源浪費嚴(yán)重，安全事故高發(fā)[3]；而晉陜蒙寧甘區(qū)域煤炭產(chǎn)量占到全國的70%以上，特別是陜北以及內(nèi)蒙古中部的大型煤炭企業(yè)，其機械化程度、生產(chǎn)效率、資源回收率以及安全生產(chǎn)水平等指標(biāo)與美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)產(chǎn)煤國家水平基本相當(dāng)。本文以神東煤炭集團為實證案例，深入分析其煤炭資源高效回收的典型技術(shù)與方法，以期在條件相似礦區(qū)推廣其先進經(jīng)驗，提高煤炭資源高效回收水平，促進煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

1 概 況

神東集團煤炭總產(chǎn)能接近0.2Gt，占神華集團煤炭總產(chǎn)能的50%，是神華集團煤、電、油、運一體化產(chǎn)業(yè)鏈的源頭和重要組成部分。

神東礦區(qū)開發(fā)建設(shè)以來，始終堅持安全高效的生產(chǎn)建設(shè)方針，累計生產(chǎn)原煤2Gt，百萬噸死亡率控制在0.03以下，多次實現(xiàn)生產(chǎn)億噸煤炭零死亡，企業(yè)安全、生產(chǎn)、技術(shù)主要指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)第一、世界領(lǐng)先水平。2007—2016年神東集團原煤產(chǎn)量如圖1所示，2007—2016年全國及神東集團原煤生產(chǎn)百萬噸死亡率如表1所示[4-6]。

圖1 2007-2016年神東集團原煤產(chǎn)量

人/百萬噸年份2007200820092010201120122013201420152016全國平均1.4851.1820.8920.7830.5640.3740.2930.250.1620.156神東集團0.00800.0160.0150.0260.0040.0140.0040.0010

2 煤炭資源條件

2.1 礦區(qū)自然地理條件

神東礦區(qū)位于內(nèi)蒙古西南部、陜西、山西北部，公司所屬礦井井田面積共1278.8km2。礦區(qū)地處毛烏素沙地和黃土高原的過渡區(qū)，西北部為固定和半固定沙丘地貌，東南部為黃土丘陵溝壑地貌，植被稀疏，平均海拔約1130m，屬于典型的半干旱大陸性氣候，干旱少雨，蒸發(fā)量大，年平均降雨量約400mm，年平均蒸發(fā)量約1965mm。

2.2 開采技術(shù)條件

2.2.1 煤層賦存

神東中心礦區(qū)屬神府東勝煤田，主要含煤地層是侏羅系中下統(tǒng)延安組，由陸相碎屑巖沉積而成，煤層分叉、合并、尖滅頻繁出現(xiàn)。區(qū)內(nèi)主要可采煤層包括12上，12，22上，22，31，42，43，52上，52共9層。上層煤埋藏深度一般為50～150m，覆蓋層主要為第四系松散層和白堊-侏羅系基巖，12上煤至52煤層間距一般為170m。礦區(qū)內(nèi)煤層傾角在0～5°，地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件較為簡單，瓦斯含量低，煤層容易自燃，煤塵有爆炸危險性，總體上煤層開采技術(shù)條件較好。

2.2.2 構(gòu)造條件

礦區(qū)構(gòu)造單元處于鄂爾多斯臺地向斜的東翼-陜北斜坡上，為緩緩向西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角1°左右，有寬緩的波伏起伏，區(qū)內(nèi)斷層較少，煤層露頭發(fā)育燒變巖，無巖漿活動。

3 高效回收指標(biāo)

中國工程院2015—2016年重點咨詢項目《我國煤炭資源高效回收與節(jié)能戰(zhàn)略》相關(guān)研究，對煤炭資源高效回收指標(biāo)進行了界定，主要包括安全、效率、回收、環(huán)保等4個方面的8個指標(biāo)。通過現(xiàn)場調(diào)研，得到神東集團大柳塔、上灣等主要煤礦2014年的高效回收6個指標(biāo)情況(如表2所示)，神東集團高效回收指標(biāo)與全國、美國及澳大利亞[7-8]對比情況如表3所示。

通過對表2、表3進行分析，從百萬噸死亡率、采煤機械化程度、原煤效率、沉陷區(qū)治理率等指標(biāo)來看，我國煤炭資源高效回收平均水平與美國、澳大利亞相比，還有較大的差距[9-10]，但神東煤炭集團的各項指標(biāo)均排在前列，百萬噸死亡率、采區(qū)采出率、機械化程度等均為世界領(lǐng)先水平，原煤效率是美國的2倍多。從各主要高效回收指標(biāo)數(shù)據(jù)來看，神東集團煤炭高效回收水平居于世界前列。故總結(jié)分析并推廣神東集團煤炭資源高效回收的經(jīng)驗對提高我國煤炭行業(yè)的高效回收水平具有重要的意義。

表2 神東集團主要礦井2014年高效回收指標(biāo)情況

表3 神東集團高效回收指標(biāo)與全國、美國及澳大利亞對比情況

4 高效回收典型經(jīng)驗

4.1 采用先進適用工藝，推行機械化開采

神東集團煤炭回采工藝主要有3種：一是7m以下煤厚采用一次采全高綜合機械化采煤工藝；二是7m以上煤厚采用綜合機械化放頂煤開采工藝；三是針對邊角煤或小塊段煤采用短壁式機械化開采工藝。主運輸采用連續(xù)帶式輸送機，輔助運輸采用無軌膠輪車。掘進工藝全部采用機械化掘進，主要掘進設(shè)備包括連續(xù)采煤機、掘錨一體機、巖石綜掘機以及全斷面高效快速掘進系統(tǒng)。特別是神東最新研制的全斷面高效快速掘進系統(tǒng)，月進尺最高達(dá)3088m。

(1)厚及特厚煤層一次采全高技術(shù) 神東公司首創(chuàng)了4.5，5.5，6.3，7.0m厚煤層一次采全高工藝，成功破解了厚及特厚煤層整層安全高效開采技術(shù)難題。截至2016年，7m大采高綜采工作面自動化開采技術(shù)先后在大柳塔、補連塔、上灣、三道溝等4個礦井運用，單個工作面最高日產(chǎn)可達(dá)46kt，工作面采出率達(dá)到了96.8%。

(2)侏羅紀(jì)煤田放頂煤技術(shù) 近年來，為提高生產(chǎn)效率和采出率，通過不斷改進生產(chǎn)裝備，成功將放頂煤技術(shù)應(yīng)用到礦區(qū)冒放性較差的侏羅紀(jì)煤田，相繼在柳塔、布爾臺煤礦采用了放頂煤工藝，月產(chǎn)量0.80Mt，采區(qū)采出率由原來的76%提高到85.8%，經(jīng)濟和資源效益顯著。

(3)短壁機械化全部垮落法回采工藝技術(shù) 為開采不適宜布置綜采工作面的斷層、火燒邊界、井田邊界附近的不規(guī)則塊段資源，經(jīng)過多年的不斷探索和總結(jié)，形成連采機+梭車+錨桿機+帶式輸送機+行走支架的新工藝。該回采工藝具有機動靈活、適應(yīng)性強、安全可靠等特點，回采工作面頂板實現(xiàn)了完全垮落，采區(qū)采出率由40%提高到70%以上，同時消除了房柱式回采工藝采空區(qū)大面積懸頂?shù)陌踩[患。

4.2 簡化開拓布置，增大工作面參數(shù)

(1)創(chuàng)新無盤區(qū)布置 將井田主要大巷布置在主采煤層，沿大巷兩側(cè)布置工作面，徹底改變了傳統(tǒng)煤礦的多采區(qū)(盤區(qū))布置格局，減少了礦井大量的采區(qū)(盤區(qū))準(zhǔn)備巷道工程量及護巷保安煤柱損失，進而降低了礦井生產(chǎn)接續(xù)各類工程量，簡化了煤礦各個生產(chǎn)系統(tǒng)和日常生產(chǎn)管理，提高了煤炭資源采出率。

(2)大規(guī)格工作面布置 隨著裝備制造水平的提升，神東公司不斷進行創(chuàng)新，根據(jù)不同地質(zhì)及煤層賦存條件，將綜采工作面長度由200m加寬到450m，工作面推進長度由2000m增加至6000m左右。既減少了搬家倒面次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，又減少了煤柱留設(shè)損失，提高了資源回收利用水平。

4.3 創(chuàng)新適用技術(shù)，提高資源采出率

(1)無煤柱開采技術(shù) 為了減少采區(qū)煤柱損失，提高資源采出率，自2013年以來，神東公司先后在榆家梁煤礦、上灣煤礦和哈拉溝煤礦采用了柔?；炷翂ρ乜樟粝铩⒀乜站蛳锖颓许斝秹撼上锏纫幌盗袩o煤柱開采技術(shù)，解放了大量煤柱資源。

(2)通過災(zāi)害治理回收呆滯煤炭資源 工作面中部遇古沖溝薄基巖富水區(qū)時，按照常規(guī)做法，要留設(shè)防水、防沙煤柱，形成部分呆滯煤量而無法開采。通過采取地表水導(dǎo)流、井下疏放水、井上下注漿改造等綜合治理手段，使得工作面可以直接進行開采，避免了形成呆滯煤量，提高了資源采出率。如石圪臺礦22401，哈拉溝礦22206工作面多采出煤炭資源3.3Mt。

(3)異形工作面布置技術(shù) 在斷層、火燒邊界附近及大巷煤柱、邊界煤柱等不規(guī)則區(qū)域，因地制宜布置刀把形、凹形、凸形等小型綜采工作面，最大限度回收煤炭資源。如榆家梁42225，42227等工作面，多回收煤炭資源0.321Mt。

為了減少工作面切眼與井田邊界或斷層之間的三角形煤柱損失，將工作面切眼調(diào)斜，回采過程中再通過調(diào)整設(shè)備角度，使斜切眼逐步過渡為垂直切眼。以300m寬的工作面為例，每個工作面可多回收三角煤柱15～58kt。

(4)“井露聯(lián)合”開采 大柳塔井三盤區(qū)煤層埋藏淺、基巖薄、不適宜井工開采，遂采用露天開采方式，并與井工開采聯(lián)合布置，實現(xiàn)了薄基巖區(qū)煤炭資源的安全高效回收。

4.4 建設(shè)數(shù)字礦山，實現(xiàn)減員提效

神東集團積極開展數(shù)字礦山建設(shè)，以錦界數(shù)字礦山建設(shè)示范項目為突破口，研發(fā)、推廣信息化、自動化項目，建成了覆蓋全礦區(qū)井上下的信息網(wǎng)絡(luò)與工控系統(tǒng)，從煤礦井下的運輸、供電、通風(fēng)、排水等生產(chǎn)大系統(tǒng)到煤礦地面的洗選加工、儲裝運轉(zhuǎn)、供轉(zhuǎn)配電、設(shè)備維修等配套的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)都因地制宜地實現(xiàn)了集中自動化控制，實現(xiàn)了用人少、效率高、安全性高的目標(biāo)。

4.5 加強風(fēng)險管控，建立本質(zhì)安全體系

(1)堅持“生命無價、安全為天、無人則安、零事故生產(chǎn)”理念，把本安體系作為基礎(chǔ)建設(shè)來抓，在全國煤礦率先開展本質(zhì)安全體系建設(shè)。

(2)開展全管理流程、全業(yè)務(wù)工種、全工作任務(wù)的危險源辨識，突出水、火、瓦斯、煤塵、頂板等重大災(zāi)害的系統(tǒng)性危險源辨識、管控與隱患整改，提高安全風(fēng)險意識及管控能力。

4.6 實施綠色開采，保護生態(tài)環(huán)境

實施開采前、開采過程中及開采后的全過程生態(tài)保護措施，實現(xiàn)綠色開采。塑造了現(xiàn)代化煤礦“井口出煤不見煤，礦井污水不外排，地表沒有矸石堆，路邊消除粉煤灰，采后沙漠變綠蔭”的良好形象，做到了綠色開采和清潔生產(chǎn)。

(1)采前防治 通過防風(fēng)固沙、水土保持等措施增強生態(tài)系統(tǒng)功能，提高抗開采擾動能力。

(2)采中控治 通過采取井下超大工作面整體沉降、礦井水井下存儲凈化利用、井下煤矸置換等綠色開采技術(shù)，做到了礦井水不外排，掘進矸石不外排。

(3)采后修復(fù) 采取封育圍護、人工促進自然恢復(fù)、微生物復(fù)墾、沉陷區(qū)生態(tài)功能優(yōu)化等技術(shù)，全面修復(fù)開采對地表生態(tài)環(huán)境的影響，建設(shè)永續(xù)資源寶庫。

通過采取以上一系列先進技術(shù)和綜合保障措施，神東集團形成了以“生產(chǎn)規(guī)?；?、技術(shù)現(xiàn)代化、服務(wù)專業(yè)化、管理信息化”為基本特征的新型集約化高效生產(chǎn)模式，各項安全、技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流水平。神東集團注重資源回收，推動可持續(xù)發(fā)展；加強環(huán)境保護，建成綠色生態(tài)礦區(qū)；堅持互利共贏，促進了區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展。

5 結(jié) 論

(1)從煤炭高效回收指標(biāo)數(shù)據(jù)來看，我國煤炭資源高效回收平均水平與美國、澳大利亞相比，還有較大的差距，但神東集團的煤炭高效回收水平位于世界領(lǐng)先水平，總結(jié)分析并推廣神東集團煤炭資源高效回收的經(jīng)驗對提高我國煤炭行業(yè)的高效回收水平具有重要的意義。

(2)神東集團煤炭高效回收典型經(jīng)驗主要有：采用先進適用工藝，推行機械化開采；創(chuàng)新開拓布置，增大工作面參數(shù)；研發(fā)適用技術(shù)，提高資源采出率；建設(shè)數(shù)字礦山，實現(xiàn)減員提效；加強風(fēng)險管控，建立本質(zhì)安全體系；實施綠色開采，保護生態(tài)環(huán)境。

[1]BP.BP世界能源統(tǒng)計年鑒(2017版)[M].2017.

[2]國家能源局.能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃[EB/OL].http://www.nea.gov.cn/2017-01/17/c_135989417.htm，2017-01-17.

[3]李瑞峰.中國煤炭市場分析與研究[J].煤炭工程，2013，45(1)：1-3.

[4]神華集團有限責(zé)任公司.神華集團志(上冊)[M].2012.

[5]中國神華能源股份有限公司.《中國神華能源股份有限公司2015年度報告》[R].2016.

[6]中國神華能源股份有限公司.《中國神華能源股份有限公司2016年度報告》[R].2017.

[7]EIA.Annual Coal Report (2014) [R].2016.

[8]羅 淦，鐘 師，車勤健.中美兩國煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的比較分析[J].中國煤炭，2010，36(11)：124-126.

[9]滕霄云，李瑞峰，任仰輝，等.美澳煤炭資源高效回收研究[J].中國煤炭，2017，43(2)：123-126.

[10]李瑞峰，任仰輝，聶立功，等.關(guān)于煤炭生產(chǎn)效率與去產(chǎn)能的思考[J].煤炭工程，2017，49(3)：1-3.

AnalysisofShendongGroupCoalResourcesHighEffectivelyRecycleExperience

REN Yang-hui1，2，LI Rui-feng2，YANG Qing2，Xing xiang2

(1.Resource and Safety Engineering School，China University of Mining Technology(Beijing)，Beijing 100083，China；2.Shenhua Science Technology Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100211，China)

Coal industrial development level utmost disproportion in domestic，coal mine production efficiency and resources recovery were low in Northeast part and China south and so on，security incidents occurred frequently，but production effectively，resource recycle ratio and safety production level were high in Shanxi，Shaanxi，Mongolia，Ningxia，Gansu and so on，all kinds of high effectively recycle indexes in the main coal mine of Shendong group were summarized and analyzed，and the typical experience of coal resources high effectively recycle was summarized also，it references for mine district with similar situation.

Shendong group，coal resources；high effectively recycle experience

2017-09-22

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.025

中國工程院重點咨詢項目(2015-XZ-15)

任仰輝(1984-)，男，山東鄆城人，高級工程師，博士研究生，主要從事煤礦技術(shù)經(jīng)濟評估、煤礦安全等方面的研究工作。

任仰輝，李瑞峰，楊 青，等.神東集團煤炭資源高效回收經(jīng)驗分析[J].煤礦開采，2017，22(6)：100-103.

TD9

A

1006-6225(2017)06-0100-04

周景林]