Комплексные решения для угледобычи и безопасности горных работ
Ориентируясь на ключевые проблемы и потребности развития угольной промышленности, мы уделяем особое внимание деталям и обеспечиваем точное поддержание, профессионально предоставляя комплексные, эффективные и индивидуализированные общие решения для технологий добычи угля и контроля безопасности. Придерживаясь безопасности как основной линии, эффективности как ядра и зеленого развития как ориентации, мы опираемся на сильную техническую мощь и богатый практический опыт для создания комплексных основных решений для добычи угля и контроля безопасности на всех этапах процесса, помогая клиентам достигать безопасной, эффективной, экологичной и низкоуглеродной добычи, и обеспечивая высококачественное развитие угольной промышленности профессионализмом и ответственностью.
1. Технологии добычи угля
1.1 Добыча с применением взрывных работ
1880-е годы – начало 1960-х годов
Добыча с применением взрывных работ является относительно отсталой технологией добычи угля, официально известной как технология добычи угля взрывным способом. Ее основной технологический процесс: отбойка угля взрывом, последующая преимущественно ручная погрузка угля, транспортировка угля конвейерами и крепление кровли с использованием индивидуальных гидравлических стоек (или металлических фрикционных стоек).
Этот процесс по своей сути является трудоемким и сильно зависит от ручного труда, его часто описывают как «отбойка угля взрывом с открытым огнем, ручная погрузка угля и транспортировка с использованием человеческой/животной силы».
Из-за технических ограничений добыча с применением взрывных работ имеет три явные проблемы: во-первых, серьезная растрата ресурсов, коэффициент извлечения на очистном забое обычно составляет всего 30–40 %; во-вторых, чрезвычайно высокая интенсивность труда и суровые условия работы; в-третьих, высокие риски безопасности с частыми авариями, связанными с кровлей и газом. В целом эта технология неэффективна и обеспечивает низкий уровень безопасности.
1.2 Обычная механизированная добыча
1960-е годы – 1970-е годы
Обычная механизированная добыча, или сокращенно обычная механизация, относится к технологии добычи угля, при которой для отбойки и погрузки угля используется техника, для транспортировки угля – конвейеры, а для крепления кровли – индивидуальные гидравлические стойки (или металлические фрикционные стойки).
С появлением комбайнов процессы добычи угля перешли на этап механизации. Сформировалась типичная система комплектации, включающая однобарабанные комбайны для отбойки угля, гибкие скребковые конвейеры для транспортировки угля и индивидуальные стойки для крепления кровли, что стало признаком базового формирования обычной механизированной добычи. По сравнению с добычей с применением взрывных работ, обычная механизация обеспечила механизированную отбойку и погрузку угля, но операции по креплению все еще требовали ручного труда, что относится к частичной механизации с ограниченным уровнем механизации.
1.3 Полностью механизированная добыча
Начало 2000-х годов – 2010 год
Полностью механизированная добыча, или сокращенно полная механизация, относится к технологии добычи угля, при которой для отбойки, погрузки и транспортировки угля используется техника, а для автоматического крепления кровли – самоходные гидравлические крепления.
Ее техническое ядро заключается в «сопряжении трех машин»: скоординированной работе комбайна, скребкового конвейера и гидравлического крепления. По сравнению с обычной механизацией, полностью механизированная добыча обеспечила автоматизацию процесса крепления – рабочие находятся под защитой «железных столбов», образованных гидравлическими креплениями, что значительно повысило безопасность. С применением электро-гидравлической технологии управления полностью механизированная добыча достигла полной механизации и автоматической взаимосвязи всего процесса добычи, представляя современное, высокопроизводительное, высокоэффективное, безопасное и надежное направление развития добычи угля.
1.4 Интеллектуальная добыча
2010 год – настоящее время
Интеллектуальная добыча является новой моделью добычи с интеллектуальным диспетчерским центром в качестве ядра, интегрирующей скоординированную интеллектуализацию всей системы, включая добычу и проходку. Ее технологический замкнутый цикл охватывает четыре уровня:
Интеллектуальное восприятие: сбор данных о геологических условиях, состоянии оборудования и параметрах окружающей среды в реальном времени с помощью датчиков и связи 5G;
Интеллектуальное принятие решений: оптимизация планов добычи и прогнозирование рисков с помощью алгоритмов ИИ и анализа больших данных;
Интеллектуальное управление: беспилотная работа на очистном забое на основе электро-гидравлических систем управления и технологии автоматической отбойки;
Интеллектуальное эксплуатационное обслуживание: обслуживание оборудования на протяжении всего жизненного цикла с помощью прогнозирования неисправностей и управления техническим состоянием.
Под влиянием технологий 5G+ИИ в сочетании с точным моделированием прозрачной геологической среды и концепцией зеленого низкоуглеродного развития в конечном итоге достигается работа на подземных участках с минимальным количеством персонала/беспилотная эксплуатация и внутренне присущая безопасность шахты.
2. Технологии проходки выработок
2.1 Этап 1: Ручная проходка и ранний этап взрывных работ (до 1950-х годов)
Ранняя проходка выработок в основном зависела от ручной отбойки кайлом. Небольшое количество горных пород обрабатывалось с помощью бурения и взрывных работ с фитилем. В первые годы образования Китайской Народной Республики широко использовались электрические и пневматические дрели, началась проходка полупородных и породных выработок. Технология взрывных работ постепенно совершенствовалась, например, начал применяться котловой забой. Погрузка полностью зависела от ручной лопатной работы с чрезвычайно высокой интенсивностью труда.
2.2 Этап 2: Механизированный этап взрывных работ (1950-е годы – 1970-е годы)
Этот этап имел в качестве ядра буро-взрывной метод, с постоянными инновациями в технологии проходки. С 1953 года широко применялись мгновенные детонаторы и взрывные машины, продвигались методы забоя, такие как клиновой забой и параллельный резной забой, а также бурение с использованием нескольких бурильщиков. В 1970-х годах было успешно апробировано миллисекундное взрывание, что позволило осуществить однократное взрывание полного профиля выработки и значительно повысить безопасность и эффективность. Появилась механизированная погрузка. В 1951 году были ввезены советские углепогрузчики и породопогрузчики, а после 1970 года основное распространение получили скребковые породопогрузчики, что значительно повысило уровень механизации погрузки. В области крепления деревянные и цементные крепи постепенно заменялись металлическими крепями и анкерной крепью. В 1968 году была опробована технология анкеровки с торкретированием.
2.3 Этап 3: Начальный этап комплексной механизации (конец 1970-х годов – 1990-е годы)
Для соответствия полностью механизированной добыче угля с 1979 года были ввезены проходческие комбайны для угольных выработок, такие как австрийский AM‑50 и продукты японского производства, что позволило заменить буро-взрывной метод фрезерной технологией и начать комплексную механизированную проходку горных выработок. В то же время широко создавались механизированные производственные линии со скребковыми породопогрузчиками, что сформировало различные режимы механизированной проходки для горизонтальных выработок, наклонных стволов и других типов выработок. К 1985 году уровень механизации проходки и погрузки вырос до 64 %, но буро-взрывной метод оставался базовой технологией.
2.4 Этап 4: Этап скоростной проходки и комплексного оборудования (начало 2000-х годов – 2020-е годы)
Для решения проблемы дисбаланса между добычей и проходкой были достигнуты прорывы в технологии скоростной проходки. Сформировались четыре основных типа систем скоростной проходки, возглавляемые проходческими комбайнами непрерывного действия, комбайнами-анкероустановщиками, проходческими комбайнами и проходческими щитами полного профиля для угольных шахт. Технологические инновации включали проходку двух выработок, одновременное проведение проходки и анкерования, а также пространственно-временное многомерное синхронное скоростное бурение, что нарушило традиционную модель «сначала проходка, потом крепление». Оборудование для анкерного крепления эволюционировало от отдельных бурильных машин к бурильным машинам с однокнопочным управлением и буровым комплексам, что значительно повысило безопасность работ. Средняя скорость проходки полнопрофильных породных проходческих щитов превысила 400 метров в месяц, а технология механического разрушения пород достигла прорывного прогресса.
2.5 Этап 5: Этап интеллектуальной проходки (2020-е годы – настоящее время)
В настоящее время отрасль движется в сторону интеллектуальной проходки с минимальным количеством персонала и беспилотной эксплуатации. К основным технологиям относятся точное позиционирование оборудования (компьютерное зрение + инерциальная навигация), направленная проходка, автономная отбойка, интеллектуальное крепление, скоординированное управление группой оборудования и системы интеллектуального управления на основе цифрового двойника. В 2025 году отрасль реализовала штатную беспилотную интеллектуальную отбойку в глубоко залегающих угольных выработках большого сечения. Комбайны-анкероустановщики могут работать автономно на протяжении всего процесса, с ошибкой контурной отбойки, контролируемой в пределах 3 см. Интеллектуальные анкерные роботы интегрируют отбойку, погрузку, транспортировку и бурение с анкеровкой для реализации дистанционной автоматической отбойки, при этом месячный проход увеличивается более чем на 20 % по сравнению с традиционной технологией. Под влиянием технологий 5G+ИИ в сочетании с точным моделированием прозрачной геологической среды проходка угольных шахт продолжает развиваться к цели «внутренняя безопасность, безопасность с минимальным количеством персонала».
3. Противопожарная защита и контроль
Создана полнотехнологическая система «Теоретический анализ – Динамический мониторинг – Инженерные меры по предотвращению и контролю – Передовые инновации», поддерживаемая профессиональной командой инженерной реализации для обеспечения эффективной реализации технических решений от проектирования до строительства, что формирует основной технический барьер для контроля катастроф на шахтах. Благодаря зрелым технологиям и возможностям исполнения за последние годы было успешно реализовано более десяти крупных проектов противопожарной защиты и контроля, накоплен богатый практический опыт.
4. Борьба с пылью
Создана полнопроцессная интеллектуальная комплексная технологическая система борьбы с пылью на шахтах. Ориентируясь на ключевые производственные этапы, такие как проходка, добыча и транспортировка, мы занимаемся исследованиями и разработками, а также инженерным применением передовых технологий, включая пенное удаление пыли, интеллектуальный контроль пыли и высокоэффективное подавление пыли, предоставляя системные решения для предотвращения и контроля пыли на шахтах.
5. Вентиляция шахт
Создана полнотехнологическая система технических услуг «Точное обнаружение – Научный анализ – Интеллектуальная оптимизация». Основные виды деятельности охватывают ключевые области, такие как измерение сопротивления вентиляции, полное испытание производительности главных вентиляторов и исследования и разработки интеллектуальной технологии вентиляции. Благодаря профессиональному преимуществу индивидуализированных решений за последние годы было эффективно реализовано ряд ключевых проектов, что формирует прочный и надежный технический барьер для безопасности вентиляции на шахтах.
6. Контроль газа
Создана полнотехнологическая система контроля газа в угольном пласте, охватывающая «Основные параметры – Закономерности залегания – Эффективность извлечения – Предотвращение и контроль катастроф». Деятельность охватывает ключевые этапы, такие как измерение параметров, оценка извлечения, идентификация категории и исследования и разработки технологий. Благодаря систематическому технологическому расположению был достигнут ряд знаковых результатов, что формирует прочный технический бастион для предотвращения и контроля газовых катастроф на шахтах. За последние годы было эффективно реализовано более десяти ключевых проектов по контролю газа.
7. Противопожарная защита при хранении и транспортировке угля
Самопроизвольное возгорание угля является типичной катастрофой при хранении и транспортировке угля, вызванной окислением угля при определенных условиях. Оно легко приводит к потере угольных ресурсов, снижению качества угля, а также авариям в области безопасности и охраны окружающей среды. Как поставщик общих решений для предотвращения самопроизвольного возгорания угля на протяжении всего жизненного цикла, мы создаем полнотехнологическую систему предотвращения и контроля с «активным ранним предупреждением + точным предотвращением и контролем». С помощью сетевых систем мониторинга самоорганизации реализуется круглосуточное восприятие в реальном времени, раннее обнаружение и раннее定位 опираясь на ингибиторы углекислотного взаимодействия и герметизирующие материалы, построен двойной механизм предотвращения, сочетающий внутреннее химическое ингибирование и поверхностную физическую изоляцию. Интегрируя требования к управлению качеством угля, формируются индивидуализированные решения для реализации интеграции противопожарной защиты при хранении и транспортировке угля и поддержания стабильности качества угля, помогая клиентам создавать безопасную, экологичную и экономичную систему хранения и транспортировки угля и действительно реализуя «стабильное хранение, надежное сохранение и эффективное управление» углем.
8. Контроль горного давления
Ориентируясь на сложные геологические условия работы на угольных шахтах, мы занимаемся тремя основными направлениями: закономерности эволюции горного давления, мониторинг и раннее предупреждение, а также скоординированное предотвращение и контроль, решая проблемы управления горным давлением в сложных сценариях, таких как сверхмощные угольные пласты, сохранение выработок по границе выработанного пространства, глубокая добыча и трещиноватая порода вокруг выработок. Основные исследования включают измерение и анализ начальных напряжений, динамические особенности эволюции горного давления в процессе добычи, предотвращение динамических проявлений горного давления и катастроф, связанных с кровлей, а также исследования технологии гидравлического разрезания кровли и разгрузки давления. Сочетая полевой мониторинг, численное моделирование и теоретическое моделирование, мы точно определяем закономерности распределения, тенденции эволюции и механизмы разрушения горного давления при различных геологических условиях, предоставляя научную основу для оптимизации схем крепления. Благодаря исследованиям закономерностей эволюции горного давления мы оптимизируем параметры крепления и корректируем технологию крепления для реализации скоординированной адаптации предотвращения и контроля горного давления и крепления шахт, эффективно устраняя риски, связанные с горным давлением, вызванные высокими напряжениями и сильными деформациями, и снижая частоту катастроф, связанных с горным давлением.
9. Интеллектуальное строительство
Мы сосредоточены на трех основных областях: интеллектуальная вентиляция шахт, скоординированное предотвращение и контроль катастроф, а также интеллектуальная противопожарная защита и контроль, и занимаемся ключевыми технологическими направлениями, такими как строительство и оптимизация интеллектуальной системы вентиляции, точное регулирование расхода воздуха, интеллектуальный контроль газа и пыли, а также интеллектуальное управление в чрезвычайных ситуациях. Опираясь на ряд инженерных практик, реализовано точное раннее предупреждение и эффективное предотвращение и контроль катастроф, что не только способствует двойному повышению надежности шахтных систем и безопасности эксплуатации, но и ведет трансформацию и модернизацию управления безопасностью шахт в сторону интеллектуализации и детализации.
10. Крепление шахт
Ориентируясь на основные цели стабильности пород вокруг выработок и предотвращения и контроля рисков в сложных сценариях добычи угля, мы занимаемся ключевыми технологическими областями, такими как оптимизация крепления на очистных забоях со сложными геологическими условиями, контроль пород вокруг горных выработок и скоординированная защита. Основываясь на проблемах производственных площадок угольных шахт, мы преодолеваем технологические узкие места в области крепления при различных сложных условиях работы. Мы сосредоточены на решении проблем крепления в сложных условиях работы, таких как сверхмощные угольные пласты, сохранение выработок по границе выработанного пространства, глубокая добыча и трещиноватая порода вокруг выработок, и формируем дифференцированные технические решения для различных геологических условий. В области оптимизации параметров оставления угольных целиков, сочетая численное моделирование и полевые испытания, мы оптимизируем размер и расположение угольных целиков для реализации двойного повышения коэффициента извлечения ресурсов и стабильности пород вокруг выработок. В области укрепления пород вокруг выработок с небольшим угольным целиком мы разрабатываем высокоадаптационные материалы для укрепления и строительные технологии для эффективного подавления деформации выработок и предотвращения обрушения пород вокруг выработок. В области адаптации схем крепления для сложных геологических условий мы разрабатываем целенаправленные системы крепления в сочетании с данными геологической разведки для повышения эффективности добычи и снижения затрат на крепление, предоставляя прочную техническую поддержку в области крепления для безопасной, эффективной и экологичной добычи угля.
11. Контроль геологических водных катастроф
Мы сосредоточены на предотвращении и контроле геологических водных катастроф, таких как скопление воды в выработанном пространстве, водные катастрофы в расслоениях, напорные воды под подошвой пласта и оседание поверхности на угольных шахтах, и глубоко разрабатываем основные технологии, включая точное обнаружение выработанных пространств, точную герметизацию каналов прорыва воды, тампонажную реконструкцию водоносных горизонтов, тампонажное укрепление водоупорного слоя под подошвой пласта и тампонаж изоляции надлежащих пород для снижения оседания. При генеральном обследовании скрытых факторов, вызывающих катастрофы, мы сосредоточены на систематических исследованиях геологических проблем, таких как геологическая неоднородность, обогащение газом, скрытые опасности прорыва воды и концентрация напряжений. Опираясь на сбор в реальном времени и слияние обработки данных наблюдения «четыре синхронизации» (синхронизация с бурением, проходкой, добычей и обрушением), мы значительно повышаем восприятие и взаимодействие геологической информации в реальном времени, эффективно способствуем реконструкции динамических геологических моделей и ускоряем строительство прозрачных геологических платформ.
Читать далее
