神东集团煤炭资源高效回收经验分析_任仰辉.pdf

经经济济技技术术管管理理 神东集团煤炭资源高效回收经验分析 任仰辉1， 2，李瑞峰2，杨青2，邢相2 1. 中国矿业大学 北京 资源与安全工程学院，北京 100083; 2. 神华科学技术研究院有限责任公司，北京 100211 ［ 摘 要］针对我国煤炭产业发展水平极不均衡，东北、华南等地区煤矿生产效率和资源回收 率较低，且安全事故高发，而晋陕蒙宁甘区域煤矿生产效率、资源回收率和安全生产水平较高等的情 况，总结分析了神东集团主要煤矿各项高效回收指标情况，提炼了其煤炭高效回收的典型经验，以期 为类似条件矿区推广神东经验，提高煤炭高效回收水平提供借鉴。 ［ 关键词］神东集团; 煤炭资源; 高效回收经验 ［ 中图分类号］ TD9［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201706- 0100- 04 Analysis of Shendong Group Coal Resources High Effectively Recycle Experience 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 Abstract 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 re- cycle ratio and safety production level were high in Shanxi，Shaanxi，Mongolia，Ningxia，Gansu and so on，all kinds of high effec- tively recycle inds in the main coal mine of Shendong group were summarized and analyzed，and the typical experience of coal re- sources high effectively recycle was summarized also，it references for mine district with similar situation. Key words Shendong group，coal resources; high effectively recycle experience ［收稿日期］ 2017－09－22［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2017. 06. 025 ［基金项目］ 中国工程院重点咨询项目 2015－XZ－15 ［作者简介］ 任仰辉 1984－ ，男，山东郓城人，高级工程师，博士研究生，主要从事煤矿技术经济评估、煤矿安全等方面的研究工作。 ［ 引用格式］ 任仰辉，李瑞峰，杨青，等 . 神东集团煤炭资源高效回收经验分析 ［J］． 煤矿开采，2017，22 6 100－103. 2016 年全球煤炭产量约 7. 374Gt［1 ］，其中我国 煤炭产量为 3. 41Gt，占全球的 46. 2。一方面， 我国一次能源禀赋特征为 “贫油、少气、相对富 煤” ，煤炭在我国能源结构中仍将长期占据主导地 位。2016 年我国煤炭消费量占能源消费总量的 62，根据 能源发展 “十三五”规划 ，到 2020 年我国煤炭消费比重降低到 58以下 ［2 ］，而根据 预测，到 2030 年，我国煤炭消费比重仍将在 50 左右; 另一方面，我国不同地区、不同规模的企 业，煤炭资源回收水平差异较大。东北、华南等地 区煤炭产量仅占全国的 16，区内大量小煤矿开 采工艺落后，生产效率和资源回收率均偏低，资源 浪费严重，安全事故高发 ［3 ］; 而晋陕蒙宁甘区域 煤炭产量占到全国的 70以上，特别是陕北以及 内蒙古中部的大型煤炭企业，其机械化程度、生产 效率、资源回收率以及安全生产水平等指标与美 国、澳大利亚等发达产煤国家水平基本相当。本文 以神东煤炭集团为实证案例，深入分析其煤炭资源 高效回收的典型技术与方法，以期在条件相似矿区 推广其先进经验，提高煤炭资源高效回收水平，促 进煤炭行业转型升级。 1概况 神东集团煤炭总产能接近 0. 2Gt，占神华集团 煤炭总产能的 50，是神华集团煤、电、油、运 一体化产业链的源头和重要组成部分。 神东矿区开发建设以来，始终坚持安全高效的 生产建设方针，累计生产原煤 2Gt，百万吨死亡率 控制在 0. 03 以下，多次实现生产亿吨煤炭零死亡， 企业安全、生产、技术主要指标达到国内第一、世 界领先水平。20072016 年神东集团原煤产量如 图 1 所示，20072016 年全国及神东集团原煤生 产百万吨死亡率如表 1 所示 ［4－6 ］。 图 1 2007－2016 年神东集团原煤产量 001 第 22 卷 第 6 期 总第 139 期 2017 年 12 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 22No. 6 Series No. 139 December2017 ChaoXing 表 12007－2016 年全国及神东集团百万吨死亡率 人/百万吨 年份 2007200820092010201120122013201420152016 全国平均1. 4851. 1820. 8920. 7830. 5640. 3740. 2930. 250. 1620. 156 神东集团0. 00800. 0160. 0150. 0260. 0040. 0140. 0040. 0010 2煤炭资源条件 2. 1矿区自然地理条件 神东矿区位于内蒙古西南部、陕西、山西北 部，公司所属矿井井田面积共 1278. 8km2。矿区地 处毛乌素沙地和黄土高原的过渡区，西北部为固定 和半固定沙丘地貌，东南部为黄土丘陵沟壑地貌， 植被稀疏，平均海拔约 1130m，属于典型的半干旱 大陆性气候，干旱少雨，蒸发量大，年平均降雨量 约 400mm，年平均蒸发量约 1965mm。 2. 2开采技术条件 2. 2. 1煤层赋存 神东中心矿区属神府东胜煤田，主要含煤地层 是侏罗系中下统延安组，由陆相碎屑岩沉积而成， 煤层分叉、合并、尖灭频繁出现。区内主要可采煤 层包括 12 上，12，22 上，22，31，42，43，52 上，52 共 9 层。上层煤埋藏深度一般为 50～150m， 覆盖层主要为第四系松散层和白垩－侏罗系基岩， 12 上煤至 52 煤层间距一般为 170m。矿区内煤层 倾角在 0～5，地质构造及水文地质条件较为简单， 瓦斯含量低，煤层容易自燃，煤尘有爆炸危险性， 总体上煤层开采技术条件较好。 2. 2. 2构造条件 矿区构造单元处于鄂尔多斯台地向斜的东翼－ 陕北斜坡上，为缓缓向西倾斜的单斜构造，地层倾 角 1左右，有宽缓的波伏起伏，区内断层较少， 煤层露头发育烧变岩，无岩浆活动。 3高效回收指标 中国工程院 20152016 年重点咨询项目 我 国煤炭资源高效回收与节能战略相关研究，对 煤炭资源高效回收指标进行了界定，主要包括安 全、效率、回收、环保等 4 个方面的 8 个指标。通 过现场调研，得到神东集团大柳塔、上湾等主要煤 矿 2014 年的高效回收 6 个指标情况 如表 2 所 示 ，神东集团高效回收指标与全国、美国及澳大 利亚 ［7－8 ］对比情况如表 3 所示。 通过对表2、 表3进行分析， 从百万吨死亡 表 2神东集团主要矿井 2014 年高效回收指标情况 指标大柳塔上湾乌兰木伦石圪台补连塔榆家梁布尔台 安全指标百万吨死亡率/0000000 效率指标 开采机械化程度/100100100 100100100100 原煤效率/ t工 －1 d －1 1208651591318986 回收指标采区采出率/86858486858587 环保指标 沉陷区治理率/100100 100100100100100 “三废”达标排放率/100100100100100100100 表 3神东集团高效回收指标与全国、美国及澳大利亚对比情况 指标神东全国美国澳大利亚 安全指标百万吨死亡率/00. 2550. 0180. 005 效率指标 开采机械化程度/100 大型企业 95，中小企业 30100100 原煤效率/ t工 －1 a －1 26000大型企业 2600，中小企业 5001200013800 回收指标采区采出率/86大型企业 75，中小企业 4079 － 环保指标 沉陷区治理率/100 “三废”达标排放率/100 大型企业部分达标 中小企业普遍不达标 普遍达标普遍达标 率、采煤机械化程度、原煤效率、沉陷区治理率等 指标来看，我国煤炭资源高效回收平均水平与美 国、澳大利亚相比，还有较大的差距 ［9－10 ］，但神东 煤炭集团的各项指标均排在前列，百万吨死亡率、 采区采出率、机械化程度等均为世界领先水平，原 煤效率是美国的 2 倍多。从各主要高效回收指标数 据来看，神东集团煤炭高效回收水平居于世界前 列。故总结分析并推广神东集团煤炭资源高效回收 的经验对提高我国煤炭行业的高效回收水平具有重 要的意义。 4高效回收典型经验 4. 1采用先进适用工艺，推行机械化开采 神东集团煤炭回采工艺主要有 3 种一是 7m 以下煤厚采用一次采全高综合机械化采煤工艺; 二 是 7m 以上煤厚采用综合机械化放顶煤开采工艺; 101 任仰辉等 神东集团煤炭资源高效回收经验分析2017 年第 6 期 ChaoXing 三是针对边角煤或小块段煤采用短壁式机械化开采 工艺。主运输采用连续带式输送机，辅助运输采用 无轨胶轮车。掘进工艺全部采用机械化掘进，主要 掘进设备包括连续采煤机、掘锚一体机、岩石综掘 机以及全断面高效快速掘进系统。特别是神东最新 研制的全断面高效快速掘进系统，月进尺最高达 3088m。 1厚及特厚煤层一次采全高技术神东公 司首创了 4. 5，5. 5，6. 3，7. 0m 厚煤层一次采全 高工艺，成功破解了厚及特厚煤层整层安全高效开 采技术难题。截至 2016 年，7m 大采高综采工作面 自动化开采技术先后在大柳塔、补连塔、上湾、三 道沟等 4 个矿井运用，单个工作面最高日产可达 46kt，工作面采出率达到了 96. 8。 2侏罗纪煤田放顶煤技术近年来，为提 高生产效率和采出率，通过不断改进生产装备，成 功将放顶煤技术应用到矿区冒放性较差的侏罗纪煤 田，相继在柳塔、布尔台煤矿采用了放顶煤工艺， 月产量 0. 80Mt，采区采出率由原来的 76提高到 85. 8，经济和资源效益显著。 3短壁机械化全部垮落法回采工艺技术 为开采不适宜布置综采工作面的断层、火烧边界、 井田边界附近的不规则块段资源，经过多年的不断 探索和总结，形成连采机梭车锚杆机带式输送 机行走支架的新工艺。该回采工艺具有机动灵 活、适应性强、安全可靠等特点，回采工作面顶板 实现了完全垮落，采区采出率由 40提高到 70 以上，同时消除了房柱式回采工艺采空区大面积悬 顶的安全隐患。 4. 2简化开拓布置，增大工作面参数 1创新无盘区布置将井田主要大巷布置 在主采煤层，沿大巷两侧布置工作面，彻底改变了 传统煤矿的多采区 盘区布置格局，减少了矿 井大量的采区 盘区准备巷道工程量及护巷保 安煤柱损失，进而降低了矿井生产接续各类工程 量，简化了煤矿各个生产系统和日常生产管理，提 高了煤炭资源采出率。 2大规格工作面布置随着装备制造水平 的提升，神东公司不断进行创新，根据不同地质及 煤层赋存条件，将综采工作面长度由 200m 加宽到 450m，工作面推进长度由 2000m 增加至 6000m 左 右。既减少了搬家倒面次数，提高了生产效率，节 约了生产成本，又减少了煤柱留设损失，提高了资 源回收利用水平。 4. 3创新适用技术，提高资源采出率 1无煤柱开采技术为了减少采区煤柱损 失，提高资源采出率，自 2013 年以来，神东公司 先后在榆家梁煤矿、上湾煤矿和哈拉沟煤矿采用了 柔模混凝土墙沿空留巷、沿空掘巷和切顶卸压成巷 等一系列无煤柱开采技术，解放了大量煤柱资源。 2通过灾害治理回收呆滞煤炭资源工作 面中部遇古冲沟薄基岩富水区时，按照常规做法， 要留设防水、防沙煤柱，形成部分呆滞煤量而无法 开采。通过采取地表水导流、井下疏放水、井上下 注浆改造等综合治理手段，使得工作面可以直接进 行开采，避免了形成呆滞煤量，提高了资源采出 率。如石圪台矿 22401，哈拉沟矿 22206 工作面多 采出煤炭资源 3. 3Mt。 3异形工作面布置技术在断层、火烧边 界附近及大巷煤柱、边界煤柱等不规则区域，因地 制宜布置刀把形、凹形、凸形等小型综采工作面， 最大限度回收煤炭资源。如榆家梁 42225，42227 等工作面，多回收煤炭资源 0. 321Mt。 为了减少工作面切眼与井田边界或断层之间的 三角形煤柱损失，将工作面切眼调斜，回采过程中 再通过调整设备角度，使斜切眼逐步过渡为垂直切 眼。以 300m 宽的工作面为例，每个工作面可多回 收三角煤柱 15～58kt。 4 “井露联合”开采大柳塔井三盘区煤层 埋藏浅、基岩薄、不适宜井工开采，遂采用露天开 采方式，并与井工开采联合布置，实现了薄基岩区 煤炭资源的安全高效回收。 4. 4建设数字矿山，实现减员提效 神东集团积极开展数字矿山建设，以锦界数字 矿山建设示范项目为突破口，研发、推广信息化、 自动化项目，建成了覆盖全矿区井上下的信息网络 与工控系统，从煤矿井下的运输、供电、通风、排 水等生产大系统到煤矿地面的洗选加工、储装运 转、供转配电、设备维修等配套的辅助生产系统都 因地制宜地实现了集中自动化控制，实现了用人 少、效率高、安全性高的目标。 4. 5加强风险管控，建立本质安全体系 1坚持 “生命无价、安全为天、无人则安、 零事故生产”理念，把本安体系作为基础建设来 抓，在全国煤矿率先开展本质安全体系建设。 2开展全管理流程、全业务工种、全工作 任务的危险源辨识，突出水、火、瓦斯、煤尘、顶 板等重大灾害的系统性危险源辨识、管控与隐患整 改，提高安全风险意识及管控能力。 201 总第 139 期煤矿开采2017 年第 6 期 ChaoXing 4. 6实施绿色开采，保护生态环境 实施开采前、开采过程中及开采后的全过程生 态保护措施，实现绿色开采。塑造了现代化煤矿 “井口出煤不见煤，矿井污水不外排，地表没有矸 石堆，路边消除粉煤灰，采后沙漠变绿荫”的良 好形象，做到了绿色开采和清洁生产。 1采前防治通过防风固沙、水土保持等 措施增强生态系统功能，提高抗开采扰动能力。 2采中控治通过采取井下超大工作面整 体沉降、矿井水井下存储净化利用、井下煤矸置换 等绿色开采技术，做到了矿井水不外排，掘进矸石 不外排。 3采后修复采取封育围护、人工促进自 然恢复、微生物复垦、沉陷区生态功能优化等技 术，全面修复开采对地表生态环境的影响，建设永 续资源宝库。 通过采取以上一系列先进技术和综合保障措 施，神东集团形成了以 “生产规模化、技术现代 化、服务专业化、管理信息化”为基本特征的新 型集约化高效生产模式，各项安全、技术、经济、 环境等指标均达到国内领先、世界一流水平。神东 集团注重资源回收，推动可持续发展; 加强环境保 护，建成绿色生态矿区; 坚持互利共赢，促进了区 域经济和社会发展。 5结论 1从煤炭高效回收指标数据来看，我国煤 炭资源高效回收平均水平与美国、澳大利亚相比， 还有较大的差距，但神东集团的煤炭高效回收水平 位于世界领先水平，总结分析并推广神东集团煤炭 资源高效回收的经验对提高我国煤炭行业的高效回 收水平具有重要的意义。 2神东集团煤炭高效回收典型经验主要有 采用先进适用工艺，推行机械化开采; 创新开拓布 置，增大工作面参数; 研发适用技术，提高资源采 出率; 建设数字矿山，实现减员提效; 加强风险管 控，建立本质安全体系; 实施绿色开采，保护生态 环境。 ［ 参考文献］ ［ 1］ BP. 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