9054009急倾斜薄煤层综合机械化自动化安全高效开采关键技术

2019年度煤炭行业国家科学技术进步奖提名项目公示材料一、项目名称：急倾斜薄煤层综合机械化、自动化安全高效开采关键技术与装备二、提名单位与提名意见1、提名单位：中国煤炭工业协会2、提名意见：我国倾斜、急倾斜煤炭资源分布广泛，但赋存条件差、开采难度大、开发利用程度低。特别是西南重庆、四川、贵州等地区，煤炭资源紧缺，交通运输不便，开发利用该地区普遍存在的急倾斜薄煤层资源对保障能源供应、推动区域经济社会发展具有重要意义。该项目由重庆能源投资集团自主立项、重庆市政府支持资助，重庆能投渝新能源有限公司、重庆市能源投资集团科技有限责任公司、山东矿机集团股份有限公司、哈尔滨博业科技开发有限责任公司、四川航天电液控制有限公司和重庆大学产学研结合，经过6年的联合攻关，研发了急倾斜薄煤层综合机械化、自动化安全高效开采关键技术与装备，取得以下创新成果:（1)首次采用微观应力应变和宏观矿压分析结合的方法，研究分析了急倾斜薄煤层长壁工作面围岩的运移、跨落规律和矿压显现特征，研究提出了急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化采煤方法和工作面优化设计参数,研发了综合机械化安全高效回采工艺。（2）创新研究建立了综采工作面设备防滑、防倒、防飞矸、液压支架姿态监测、采煤机位置与运行监控、作业人员安全保障的综采工作面安全生产防控体系。（3）首次研制了适应45º～75º急倾斜薄煤层开采条件的大功率高牵引力薄煤层采煤机、俯伪斜工作面特殊性薄煤层液压支架、高强度多用途导向装置、供电电缆同步绕送装置。（4）首次研发了急倾斜薄煤层综采工作面自动化控制系统，具有设备远程监控、红外遥控、作业工序程序化控制等功能。该项目实现了急倾斜薄煤层开采技术与装备的重大突破。重庆市科技成果转化促进会组织有关专家评价认为，项目属于国内外首创，成果达到国际领先水平。该项目获授权发明专利4项，实用新型专利13项，制定重庆市地方技术标准1项，发表重要学术论文5篇，获2017年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖。该项目实现了极难开采的急倾斜薄煤层资源的安全、高效开发利用，已在重庆、云南、四川、贵州、新疆、江西等省区同类条件矿井推广应用，取得了重大的经济和社会效益。该项目提高了极难开采的急倾斜薄煤层煤炭资源开采技术水平，对实现煤炭就近供应、节约利用资源、保障区域经济社会发展和推进煤炭行业技术进步发挥了重要作用。特提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。三、项目简介该项目针对急倾斜薄煤层仍采用传统的风镐落煤、爆破落煤、人工支护等非机械化采煤方法开采，劳动强度大、安全性差、资源采出率低等难题，开展了急倾斜薄煤层综合机械化开采涉及的岩层控制理论、开采技术和工艺、安全防控、关键设备等研究工作，研发了急倾斜薄煤层综合机械化、自动化安全高效开采关键技术与装备，取得以下创新成果:1、首次采用数值模拟方法分析了45º～75º急倾斜薄煤层长壁工作面采场围岩应力-应变场特征和矿山压力显现规律，提出了俯伪斜综合机械化采煤方法和采煤机双向割煤、整体推溜及单架单向自下往上顺序移架的综合机械化回采工艺，建立了急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化安全高效开采技术体系。2、研究分析了急倾斜煤层状态下长壁工作面采煤设备、支护设备、导向运输设备的空间受力状态，建立了设备空间位态监控、人员和设备安全防护三个层次的安全防控体系，实现了综采工作面设备防滑、防倒、防飞矸和人员安全的主动防护，保障了生产安全。3、研制了急倾斜薄煤层综采工作面关键技术装备，包括：①急倾斜俯伪斜综采工作面特殊型掩护式液压支架，支架顶梁、底座前端与工作面推进方向采用斜交方式，适应了综采工作面急倾斜伪俯斜布置和生产工艺要求；②大功率、大牵引力、结构紧凑型以及装备了大扭矩液压防滑制动器的薄煤层交流变频电牵引采煤机，总功率达到468kw，牵引力达到450kN；③急倾斜俯伪斜工作面高强度、高适应性的导向连接与自溜煤运输装置，设计采用优质合金钢和耐磨铸钢材料的封底中部槽和整体化机头机尾结构；④研制了急倾斜综采工作面矿用电缆自动卷缆机和安全牵引绞车，保证了采煤机供电和安全运行要求。4、研发了急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化工作面设备和生产流程自动控制系统，具有采煤机自动监控、液压支架自动控制和运输导向装置自动控制等功能，并将综采设备26种单独功能组合为向下割煤、机头进刀、整体推移导向连接装置和移设液压支架、向上割煤、机尾进刀等5个自动控制工艺流程，采用了zigbee无线组网技术和顺槽集控中心远程监控技术，实现了综采工作面生产过程自动化。该项目实现了急倾斜薄煤层的安全高效开采，取得了重大技术突破。项目获授权发明专利4项，实用新型专利13项，制定重庆市地方技术标准1项，发布学术论文5篇，获2017年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖。该项目2014～2015年首次在重庆能源集团逢春煤矿应用，综采工作面月产达到12190吨，单产和工效提高3倍以上；近年来已在重庆、云南、四川、贵州、新疆、江西等省区急倾斜薄煤层开采条件矿井推广应用。据初步统计，相关应用单位累计产煤677.6万吨，新增煤炭、装备产值和技术服务费共计459045.77万元，新增利润86897.85万元，取得了重大的经济和社会效益。该项目对提升煤炭资源紧缺的西南地区能源就近供应能力、节约利用资源、延长矿井服务年限、保障区域经济社会发展和推进煤炭行业技术进步发挥了重要作用。四、客观评价（一）与国内外相关技术的比较表1、与国内外同类研究及技术比较表分类国内外同类研究本项目成果开采理论矿山压力和岩层控制采用水平近水平煤层、缓倾斜煤层的研究分析方法，即传统的采煤工作面顶板冒落带、裂隙带和弯曲下沉带的“三带”分析方法。首次建立了急倾斜薄煤层采场数值力学模型，分析了采场围岩应力-应变场特征，确定了工作面矿山压力和上覆岩层跨落规律，提出了合理的工作面顶板和矿压控制方法。采煤方法（1）采用俯伪斜走向长壁水平分段密集采煤法、倾斜长壁分带俯斜采煤法、伪斜柔性掩护支架采煤法等落后方法。（2）采用爆破、风镐或采煤机（刨煤机）落煤，金属支架或单体液压支柱支护。（1）采用急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化采煤法，采用双向割煤、整体推溜、自下而上顺序移架采煤工艺。（2）采用薄煤层采煤机落煤，无动力自溜运煤，自移式液压支架控制工作面顶底板。核心技术装备（1）人工开采采用较原始的炸药爆破落煤、风镐落煤工具。（2）普通机械化开采采煤机功率小、牵引力低。刨煤机应用未成功。（3）采用由电动机驱动的链式刮板输送机运煤。（4）顶板支护采用金属支架或单体（1）研制了急倾斜伪俯斜综采工作面防倾倒、防飞矸特殊型液压支架。（2）研制了急倾斜薄煤层的矮机身、大功率、高牵引力、大功率采煤机。（3）研制了新型导向连接与输煤装置，机械结构简单，采落煤炭自溜。（4）研发了同步控制卷缆机，实现了液压支柱等，支护设备采用人力移设方式。（5）无设备防滑、防倒装置或者用人力控制绞车牵引防滑。采煤机与和供电电缆的自动同步伸放。（5）研发了急倾斜薄煤层综采工作面自动控制系统，实现工作面装备的的多功能自动化控制。设备稳定性、生产安全性防控体系（1）设备稳定性采用单一设备制方法。（2）设备缺乏倾倒、滑移，飞矸防治装置，应用效果差。（3）没有建立多机联动稳定性控制和人员安全性防控体系，工作面设备稳定性和生产人员安全性较低。（1）建立“三机”设备稳定性控制理论模型，实现设备稳定性精准控制。（2）建立了设备稳定性和生产安全性的“PPP”防控体系；（3）设备联动控制的防倾倒、下滑，防飞矸、窜矸效果好，工作面设备稳定性和生产人员安全性高。总体使用效果和技术特征（1）人工开采或者半机械化开采。（2）工作面月产3000～5000t，全员工效2.2～3.4t/工。（3）劳动强度高，生产安全性差，属于劳动密集型产业方式。（1）综合机械化、自动化开采。（2）工作面月产12190t，全员工效10.9t/工。（3）劳动强度低，生产安全性好，属于技术密集型产业方式。（二）第三方评价意见1、2016年9月，重庆市科技成果转化促进会组织了以中国科学院院士宋振骐为核心的专家组对“急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化开采技术研究及应用”项目进行了科技成果评价“（评价）字【2016】第109号”，评价认为项目达到国际领先水平。2、2017年6月，重庆市科技成果转化促进会组织了以重庆大学胡千庭教授为核心的专家组对“急倾斜薄煤层采煤机”项目进行了科技成果评价（渝成促（评）【2017】第27号），评价认为项目达到国际先进水平。3、2018年7月，重庆市科技成果转化促进会组织了以重庆大学陈洪凯教授为核心的专家组对“急倾斜智能化液压支架研制与应用示范”项目进行了科技成果评价（渝成促（评）【2018】第79号），评价认为项目达到国际先进水平。（三）获奖情况项目成果曾获得省部级（或相当级别）科学技术一等奖1项、重庆市科技进步二等奖1项（见表2）。表2、项目成果曾获科技奖励情况表获奖项目名称获奖类别获奖时间奖励等级授奖单位主要获奖单位主要获奖人获奖项目名称获奖类别获奖时间奖励等级授奖单位主要获奖单位主要获奖人急倾斜薄煤层俯伪斜综合机械化开采研究及应用科技进步奖2017一等中国煤炭工业协会重庆松藻煤电有限责任公司、重庆市能源投资集团科技有限责任公司、哈尔滨博业科技开发有限责任公司、山东矿机集团股份有限公司、四川航天电液控制有限公司、重庆大学李宗福、李文树、楚开万、廖业凤、刘向东、冯坤、易骁、廖建国、王小岑、胡松、张晓波、张和栋、彭正文、黄吉伟、周声才、刘明远、李勇、赵红、孙大发、漆兴文、黄昌文急倾斜智能化液压支架的研制与应用示范科技进步奖2018二等重庆市重庆市能源投资集团科技有限责任公司、重庆能投渝新能源有限公司、山东矿机集团股份有限公司、四川航天电液控制有限公司黄昌文、李宗福、李文树、廖业凤、廖建国、张晓波、陈朝鲜、冯坤、赵红、王小岑备注：2017年12月28日，重庆市能源投资集团有限公司重组所属煤炭板块企业，将重庆松藻煤电有限责任公司所属煤炭板块整合到重庆能投渝新能源有限公司。五、推广应用情况、经济效益和社会效益1、推广应用情况该项目已在重庆、云南、四川、贵州、新疆、江西等省区急倾斜薄煤层开采条件矿井推广应用。2、经济效益据项目完成单位在重庆、云南、淮北等矿区部分推广应用单位统计，2016～2018年，累计产煤677.6万吨，新增煤炭、装备产值和技术服务费共计459045.77万元，新增利润86897.85万元，取得了重大的经济效益。3、社会效益（1）提高了我国极难开采的急倾斜薄煤层开采技术水平，改善了生产劳动环境，实现了安全生产，提高了劳动生产率，对推进安全生产、文明生产、保障工人职业健康具有主要作用。（2）急倾斜薄煤层资源采出率约可提高30%，延长矿山的服务年限，对节约利用资源、提高煤炭资源采出率，保障煤炭资源紧缺地区能源供应具有重要作用。（3）促进了煤炭行业技术进步，提高了矿井机械化、自动化生产水平，符合国家产业政策要求。表3、项目推广应用情况和经济效益表序号应用单位名称应用技术应用起止时间应用单位联系人/电话应用情况1重庆能源集团逢春煤矿整体技术2015～2018廖建国/13883007096急倾斜薄煤层自动化综采技术及设备于2015年在逢春煤矿应用，月产达到12190吨，工效提高4倍。2016～2018年，逢春煤矿共开采6个急倾斜薄煤层综采工作面，累计产煤105万吨，新增销售额74386万元，新增利润18949万元，取得了良好的应用效果和经济效益。2云南湾田煤业集团湾田煤矿关键技术装备2016～2018王捍湘/13973823525累计产煤170万吨，新增销售额111800万元，新增利润18200万元，取得了良好的应用效果和经济效益。3云南湾田集团阿令德煤业有限公司关键技术装备2016～2018王捍湘/13973823525累计产煤110万吨，新增销售额67500万元，新增利润14500万元，取得了良好的应用效果和经济效益。4云南湾田集团戛达煤业有限公司关键技术装备2016～2018王捍湘/13973823525累计产煤120万吨，新增销售额83800万元，新增利润15