石洞沟煤业实现急倾斜大采高智能化综采重大突破
2023年1月25日，最大倾角达69°、最大采高达4.74 米的31111急倾斜大采高俯伪斜智能化综采面在华荣能源公司石洞沟煤业建成并投产，到2024年1月15日安全顺利回撤结束，通过“断层注浆+调斜开采+超前护巷”，日均割煤3刀、推进2.4米，日均产量保持在1000吨水平，最高月产量突破4万吨，生产效率较传统柔掩采煤工艺提升1.5倍，颠覆了业内“如此条件很难实现智能化综采”的技术论断，对华荣公司同类型条件实施智能化综采具有重大意义。
一、31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采面开采做法
石洞沟煤业31采区有可采资源储量260.4万吨，31111工作面位于31采区+435米～+500 米区段西翼，煤炭可采储量16.83万吨，属于10#与11#煤层合层开采，推进走向长度 483米，平均煤厚3.22米，平均采高3.5米，最大采高4.74 米，煤层最小倾角45°，平均倾角55°，开切眼处最大倾角达69°。该工作面地质构造较为复杂，有大地质构造带、煤层变薄、产状变化较大、倾角变大、整体松软、结构变化明显、伪底较软、顶板较破碎等不利因素。要在急倾斜、大采高、俯伪斜煤层上综采，具有很大难度。在华荣公司正确领导下，石洞沟煤业党政主要负责人亲自挂帅，全矿干部职工齐心协力，向困难条件发起攻坚。
（一）深入论证决策，科学推进项目落地
按照国家能源局、发改委、应急管理部等八部委印发的《关于加强煤矿智能化发展的指导意见》和集团、公司“十四五”发展规划及“分批建设智能化矿井、全面建设智能化采煤、有序建设智能化掘进、加快建设智能化洗选”四大部署要求，石洞沟煤业决定实施急倾斜煤层大采高俯伪斜智能化综采项目。面对世界性采煤技术难题，石洞沟煤业坚持解放思维、主动求变，持续深化与西安科技大学、重庆大学等科研院校间的产学研合作。2021年1月，院校科研团队通过理论分析、数值模拟、现场监测等综合方法，初步形成急倾斜大采高智能化综采开采关键理论与技术；同年3月，开始进行《31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采》项目调研考察、方案论证和筹备工作；同年6月，编制《石洞沟煤矿急倾斜大采高俯伪斜智能化综采技术可行性研究报告》，并上报华荣公司；同年12月，华荣公司经过审查，同意石洞沟煤业在31111采煤工作面实施俯伪斜智能化开采，标志着项目正式立项。
（二）强化学习攻坚，加快设备安装调试
一是聚力攻关解决设备技术难题。制定《31111 智能化综采项目攻坚方案》，强化组织领导，成立多个业务攻坚小组，与嘉华机械公司、上海天地公司、中煤张家口、四川坤宇沃达等厂家进行了深入细致的技术交流研讨，围绕综采设备配套选型、顺槽集控监控中心、工作面视频监控、支架电液控远程与协调控制、采煤机远程控制及工作面刮板机、桥转、破碎机集中控制等方面进行研究突破。在“三机”配套过程中，与嘉华机械公司、山东矿机公司强化技术攻关，共同研发全国首套 18/48 急倾斜大采高轻量化支架，使得单部综采支架重量减轻10吨，为31111智能化综采工作面开采期间支架防倒防滑、调架创造根本条件，攻克急倾斜大采高综采液压支架重量大的技术难题。此外，工作面“三机一架”设备还新增设计多项实用功能和安全保护装置，包括转载机新增伸缩式缓冲型防飞矸装置，刮板运输机新增控制煤流调节器、侧向挡煤板、电机运行检测系统、多段式机尾连接耳，采煤机新增截割电机防护罩，液压支架新增架前全封闭挡矸板等。2022年9月28日，在智能化综采演练车间，举行31111急倾斜大采高智能化综采地面联机配套演练。
二是倒排工期加快井下安装调试。为强化人员保证和技术支持，举全矿之力优选精兵强将、拓展外围技术援助，加大技术力量支撑，组建31111智能化综采工作面设备安装队伍，分别为：综采面设备配套安装小组、机巷运输设备安装小组、机电设备综合配套安装组、电液控制设备安装调试组，制定分项施工倒排工期清单和工作目标。在设备安装前，成立智能化综采设备专项培训班，采取
“理论+实操”的方式，邀请厂家技术人员到矿对负责安装的相关专业人员开展“定制式”培训指导，确保设备安装知识掌握到位。2022年10月13日，第一部液压综采支架顺利运抵31111工作面安装到位。在液压支架安装过程中，充分考虑支架重量、体积及顶板等制约因素影响，采取竖向下放方式，在传统起吊方式的基础上，采用绞车辅助限位调向，实现大重量液压支架快速调向和安全安装。工作面初期安装支架41部，随着工作面增长安装数量49部，其余设备也相继安装到位。
（三）细化管理培训，稳步推进采面试生产
一是强化安全和技术管理。华荣公司综采驻矿专班和该矿安全生产部门每班安排专人现场蹲点值班，强化现场安全监管和生产技术指导，督促抓好试生产期间“四防”措施落实，即“防飞矸、防冒顶、防支架下滑、防设备损坏等安全管理重点防护。广旺中心从片区其他三矿抽调精干力量成立技术专班，重点加强31111智能化综采面开采管理和技术保障。同时，编制工作面防飞矸、工作面安装检修专项措施、综采大件设备运输安装安全技术措施等系列制度办法，为试生产提供了坚实的制度保障。在工作面试生产过程中，遇到煤岩层之间粘合力降低、顶板较破碎，加之揭露构造带，对工作面回采产生一定影响。通过顶底板岩性分析和治理研究，形成治理方案，通过“预注浆＋钢丝绳混凝土梁”联合加固工艺技术，最终实现构造带破碎顶板的有效治理，确保了工作面安全顺利跨越构造带回采推进。
二是强化培训和劳动组织。邀请厂家技术人员、驻矿专班业务骨干大力开展“师带徒”活动，针对管理、操作、维护三大类人员，对智能化综采面生产系统、巷道布置、回采工艺等重难点环节开展理论教学和实操培训，让一线操作岗员工及队干、班组长熟练掌握智能化综采相关管理方法和技术标准。31111智能化综采工作面严格实行“两采一准”生产作业模式，与同等条件的非智能化综采工作面相比，单班减少人员20人，实现由传统人工操作开采的劳动密集型向智能化无人开采的技术密集型转变，实现“机械化换人、自动化减人”目标。同时，在工作面设置井下电钳维修工、拉架操作工、割煤司机、沿空护巷安架工、集控操作工等技术工种，打破传统专业、岗位和工种间的流通限制。
二、31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采面取得经验
2023年9月底，石洞沟煤业31111智能化综采工作面安全顺利完成回采任务，攻克煤层倾角大、采高大、断层多、地质构造复杂等诸多技术难关和瓶颈问题。
（一）创新形成系列开采技术
通过探索，总体形成开切眼施工技术、综采设备快速安装技术、俯伪斜开采技术、超前沿空护巷技术、穿越构造带开采技术、调斜开采技术、综采设备高效回撤技术、轻型液压支架研发技术等八个方面的开采技术。其中，一是创新综采面开切眼施工技术。面对急倾斜大采高综采开切眼且开切眼内已探明有断层影响，煤层结构非常复杂，施工难度大、安全风险高等难题，创新利用老塘侧不可采煤层施工溜煤小眼，将开切眼分为 3 段，降低施工难度及安全风险，确保开切眼施工作业安全。同时，在开切眼布置时按照俯伪斜 3°进行布置，开采期间每刀煤计算俯伪斜角度，充分利用防倒防滑油缸、调推等功能，专项学习“周邦远”实践理论，克服俯伪斜中部槽上窜、支架下滑的难题，攻克急倾斜大采高综采俯伪斜开采技术难题。 二是创新综采面下部运输巷超前沿空护巷技术。采用“12#工字钢弓形柔性掩护支架+锚索梁+单体液压支柱”联合护巷方式，可大幅减少下个综采工作面准备巷道掘进工作量，节省大量施工成本，最大限度提高煤炭资源回收率，缩短工作面接替时间约6个月。三是创新综采面穿越构造带开采技术。采用物探、钻探等手段，提前探清工作面断层性质及影响范围，提前采用注浆加固，逐步克服急倾斜大采高综采工作面穿越构造带开采技术难题，31111智能化综采工作面在回采过程中共揭露 5 处逆断层，最大断距达到 2.5米。四是创新综采面调斜开采技术。攻克急倾斜大采高综采工作面转角10°以上的调斜开采技术难题，成功实现工作面 370 米处、265 米处调斜开采。
（二）经济效益大幅提升
智能化综采和传统炮采落煤工艺相比，生产效率大幅度提高。按31111智能化综采面走向可回采长度480米计算，工作面总体经济效益约为9032万元，设备投资回收率约为129.40%；按综采面正常接续生产，预计2.5年可收回全部投资；智能化综采采用新型沿空护巷技术，可延长矿井开采时间1.5年，多回收煤炭资源60余万吨。2023年，石洞沟煤业生产原煤30.15万吨，年人均原煤产量达到920吨，掘进进尺4610米；原煤平均发热量较计划提高279大卡，原煤灰分较计划降低2.69%；营业收入2.37亿元，利润 4390万元。各项指标完成年度奋斗目标，在华荣公司 2024 年工作会上被通报表扬。
（三）安全效益较为显著
实施智能化综采工艺后，职工的工作环境得到彻底改善，劳动强度大幅降低，为现场顶板管理、防窜矸、防片帮和“一通三防”创造了良好的安全管理条件，加速破解因无机械化采煤，无法申报一级安全生产标准化矿井和矿井产能核增受限等制约发展的瓶颈问题。2023 年底，石洞沟煤业成功进入全国安全生产标准化管理体系一级达标煤矿行列，矿井产能核增至 70 万吨获得正式批文，成为川煤集团近 10 年来首个核增产能成功的矿井。
（四）社会效益较为显著
石洞沟煤业 31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采项目的成功实施，不仅实现了广旺片区智能化综采“零”的突破，同时为聚焦打造华荣公司优质瘦焦煤主力生产矿井提供有力支撑，更为国内外同等地质条件下复杂难采煤层智能化开采的提供了技术参考，对华荣公司加快建设国内复杂条件智能化开采原创技术策源地具有重要推动作用。
三、31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采面遇到困难
（一）设备设施存在不配套先天不足，伴生安全生产隐患。一是采煤机、刮板运输机等设备参数与工作面生产实际不匹配，导致综采设备无法直接正常使用。与设备生产厂家开展技术攻关，对采煤机参数进行重新设置、对变频器进行维修处理、去掉刮板运输机抬高槽头等。二是工作面飞矸安全风险高，急倾斜工作面下出口冲击动能强，架前档矸板上的升降油缸进液管和接头暴露经常被矸石打坏、拉架过近时被底座顶坏。三是工作面过构造频繁，综采支架防倒防滑油缸、侧护板及销轴损坏太多，还存在支架底座耳口易损坏、电缆槽变形损毁拖缆装置等问题。
（二）熟练掌握工艺流程还不够，还需较多探索。员工培训还有差距，跟班队干、相关技术人员和操作岗员工对急倾斜大采高俯伪斜智能化综采工艺流程不熟悉、关键核心技术掌握不到位、经验积累不够。一是急倾斜大采高综采超前沿空护巷技术攻关难点众多，受工作面倾角大、巷道断面大、顶板和采空区压力大等因素影响，面临工作面下端头飞矸、顶板风险高、底板滑底、超前和采后压力大等护巷难题。二是工作面过构造设备回撤时间紧迫、任务艰巨。回撤工作面过程中受 f5、f1 两处断层影响较大，最终用时 33 天完成工作综采设备回撤。
（三）资源赋存、地质条件复杂，制约安全开采。31111 智能化综采面属 10#与 11#煤层合层开采，煤层最小倾角45°，平均倾角 55°，开切眼处最大倾角达 69°；平均煤厚 3.22米，平均采高 3.5 米，最大采高达 4.74 米，属于大倾角、急倾斜、大采高复杂难采煤层。一是工作面煤层易自然垮落，安全管理难度大。工作面布置时即遇断层，初采时工作面上段煤壁片帮、垮伪顶十分严重，造成下出口堵塞、眼口损坏、桥转挤压等问题。二是工作面过构造频繁，技术要求严格。工作面回采期间共经历了 5 处逆断层、2 次转向超过 10°的调斜开采。三是工作面走向煤层倾角及采面长度变化大。初采时平均倾角 60°，最大倾角 69°，斜长 73米、安装支架 40 部；后期倾角变缓至 48°，逐渐添架到 49 部、斜长 88 米。回采过程中多次添架，对正常生产影响较大。
四、31111 急倾斜大采高俯伪斜智能化综采面带来教训
（一）工作面过 f5 断层回采失败经验教训。一是工作面下段多架、挤架、侧护空间不够。二是过断层初期对排头段支架滞后问题重视不够。三是断层斜交影响区域底板松软、采高增大，支架底座下滑量超过了中部槽，推溜杆斜翘严重，拉架时造成底座侧翻、支架歪斜、挤架。四是工作面向上排架不及时，且在断层软底、不接顶条件下排架效果不好，支架顶梁容易下滑。五是进入底板断层区域后机道内留底煤失败，造成中部槽钻底推溜受阻、滚筒割顶高度不够无法保证割顶平滑过渡，支架移架后高低不齐形成错差甚至咬架。
（二）急倾斜大采高智能化综采工作面回撤经验教训。一是回撤通道施工过程中必须对顶板采取加固措施，回撤前移架顶梁必须进入顶板加固区域，回撤通道宽度必须满足支架调向。二是回撤设计时要尽量抬高绞车基础、降缓坡口曲面、安设好坡口地滚和导向曲轨。三是统一围绕主回撤提升中心线控制好调架位置，严禁支架多拉占用提升空间。四是中部槽一次提升数量太多在翻越坡口时钢绳承压太大会断绳。五是撤架时主要靠主副绞车、稳架绞车钢绳联合点动配合支架电液控自移动出窝、转向，遇到回撤支架下方被矸石填满时，需增加单体支柱辅助支架出窝和调向。
