從陜西省榆林市中心城區(qū)驅(qū)車約1小時(shí)左右，便可抵達(dá)毛烏素沙漠邊緣。荒漠之上，一個(gè)直徑達(dá)8.5米的巨大井鉆正在泥漿池中作業(yè)。作業(yè)現(xiàn)場周圍塔吊林立，地下機(jī)器穿越數(shù)千米巖層，使人們與用億萬年時(shí)間積淀而成的煤炭得以聯(lián)結(jié)。這里便是陜西延長石油集團(tuán)可可蓋煤礦的建設(shè)現(xiàn)場，也是我國煤礦智慧化建設(shè)的真實(shí)寫照。

陜西延長石油集團(tuán)可可蓋煤礦立井鉆井法施工現(xiàn)場。資料照片

陜西延長石油集團(tuán)可可蓋煤礦斜井智能掘進(jìn)機(jī)組。資料照片

敢為人先 創(chuàng)新智能化建井思路

作為我國主體能源，煤炭發(fā)揮著重要作用。隨著供給側(cè)改革的深入推進(jìn)，我國煤炭開發(fā)布局已明顯從中東部轉(zhuǎn)向晉陜蒙區(qū)域，同時(shí)大型現(xiàn)代化煤礦數(shù)量逐步增多。據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2020年7月，我國已建成千萬噸級煤礦52處，其中44處位于晉陜蒙區(qū)域，以晉陜蒙區(qū)域?yàn)橹鞯那f噸級礦井集群已然形成。

千萬噸級的大型現(xiàn)代化煤礦在國家能源保供中發(fā)揮著重要作用，但受制于傳統(tǒng)建井技術(shù)制約，建設(shè)周期往往較長?！耙跃步ㄔO(shè)為例，雖然工程量只占井巷工程總量的10%左右，但工期卻占井巷施工總工期的40%到50%，大量時(shí)間消耗在了井筒施工過程中，導(dǎo)致建成一個(gè)千萬噸級煤礦需要耗費(fèi)10年左右?！标兾餮娱L石油集團(tuán)副總經(jīng)理、總工程師范京道說。

由于目前我國中西部地區(qū)的煤礦井筒建設(shè)主要以鉆眼爆破、機(jī)械施工為主，因此井下作業(yè)安全、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等成為制約煤礦建設(shè)效率的重要因素。

“可可蓋煤礦位于我國重要的能源基地——陜西榆林，井田上覆巖層被厚厚的風(fēng)積沙松散層覆蓋，基巖以泥巖、弱膠結(jié)性砂巖為主，具有強(qiáng)賦水、弱膠結(jié)、易變形、遇水泥化的特性。傳統(tǒng)的‘鉆爆法’建井模式難以適應(yīng)，容易引起突水、潰沙、坍塌等事故災(zāi)害。”可可蓋煤業(yè)公司總經(jīng)理汪青倉介紹。

2020年2月，國家八部委印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，為我國煤礦建設(shè)指明發(fā)展方向。

一面是保障國家能源安全的使命在肩，另一面是復(fù)雜多變的施工條件。儲(chǔ)量達(dá)26億噸、采用斜井—立井聯(lián)合開拓的千萬噸級陜西延長石油可可蓋煤礦，提出“智能化建井，建智能礦井”的技術(shù)理念，發(fā)明智能化建井方法，創(chuàng)新智能化建井工藝、技術(shù)和裝備，并進(jìn)行艱苦攻關(guān)和工程實(shí)踐，進(jìn)一步提高了我國礦井建設(shè)的效率和安全性。

“2018年以來，我們先后去了9個(gè)省份，調(diào)研了近20次，組織過600余人次的專家論證，形成了37萬字的書面材料……少人、安全、綠色、自動(dòng)化、機(jī)械化、智能化建井是可可蓋煤礦人追尋的目標(biāo)?！蓖羟鄠}說。

攻堅(jiān)克難 “一鉆完井，高效成井”

立井和斜井，是可可蓋煤礦井筒的兩種重要類型。按照設(shè)計(jì)方案，立井深500米，主要用來通風(fēng)；斜井長度達(dá)5300米，全斷面40平方米，斜坡達(dá)6度，主要用于生產(chǎn)資料的運(yùn)輸。井筒建設(shè)往往是煤礦建設(shè)中最為耗時(shí)的環(huán)節(jié)之一，在確立了智能化建井思路后，可可蓋煤礦便開啟了裝備創(chuàng)新、技術(shù)攻破之路，將煤礦建設(shè)工期縮短2年，投資成本節(jié)約達(dá)10億元。

在斜井建設(shè)方面，可可蓋煤礦創(chuàng)新煤礦斜井智能化建井方法，進(jìn)一步提高了建井效率。

在可可蓋煤礦的控制大廳里，記者通過現(xiàn)場大屏幕可以清晰地看到地下施工環(huán)境，屏幕上的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示著設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及工程進(jìn)度。工作人員無須下井，便可將地下情況掌握清楚。通過由地下傳送出的影像，由延長石油聯(lián)合鐵建重工研發(fā)出的斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)智能掘進(jìn)裝備系統(tǒng)清晰可見。

“斜井智能化建井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化破巖、40平方米全斷面一次掘進(jìn)、主要施工工序自動(dòng)化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了基于5G技術(shù)的地面遠(yuǎn)程操控施工，井下作業(yè)人員減少40%，掘進(jìn)效率相比傳統(tǒng)綜掘法、鉆爆法分別提高了3倍和5倍以上?！狈毒┑澜榻B。

記者在位于陜西省榆林市的可可蓋煤礦建設(shè)現(xiàn)場看到，一個(gè)直徑達(dá)8.5米的巨型井鉆正在泥漿池中作業(yè)。汪青倉介紹說，這是我國西部地區(qū)采用鉆井法打的第一口大埋深立井井筒。

“可可蓋井田地層所含巖層總厚度大于400米，此前鉆井法主要應(yīng)用在我國長江以南，堅(jiān)硬巖層厚度不超過80米。針對可可蓋煤礦的地質(zhì)特點(diǎn)，我們牽頭組織研發(fā)了目前世界上鉆井能力最大、智能化程度最高的豎井鉆機(jī)成套裝備體系?！蓖羟鄠}說。

據(jù)了解，該技術(shù)裝備在西部地區(qū)復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了“一鉆完井，高效成井”，相比傳統(tǒng)鉆爆法施工，工人不用下井作業(yè)，同時(shí)建井速度也大幅度提高。

綠色低碳 為煤礦智能化建設(shè)提供樣本

陜西延長石油集團(tuán)智能化建井技術(shù)的探索與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了我國煤礦快速建井技術(shù)和裝備的新突破，創(chuàng)建了“有人安全巡視、無人掘進(jìn)操作”的智能化建井新模式，填補(bǔ)了煤礦智能化建井多項(xiàng)技術(shù)空白，引領(lǐng)我國煤礦智能化建設(shè)新方向。

陜西延長石油集團(tuán)黨委書記、董事長蘭建文表示，“雙碳”背景下，煤炭仍將在較長時(shí)間內(nèi)發(fā)揮主體能源作用，并加速由價(jià)值鏈中低端向高端躍升。傳統(tǒng)煤炭企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展是大勢所趨，已成為引領(lǐng)行業(yè)綠色低碳發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力。

今年6月26日，可可蓋煤礦智能化建井科技項(xiàng)目通過了由中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的專家鑒定委員會(huì)的鑒定，通過對該項(xiàng)目工藝、技術(shù)、裝備和工程建設(shè)的系統(tǒng)檢驗(yàn)，專家組認(rèn)為，“該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了我國煤礦智能化建井基礎(chǔ)理論、技術(shù)裝備和工程實(shí)踐的新突破，為我國西部煤炭資源開發(fā)建設(shè)提供了安全高效建井示范，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益”。

鑒定委員會(huì)專家認(rèn)為，“該項(xiàng)目研究方法科學(xué)，技術(shù)路線合理，研究成果整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，建議進(jìn)一步加強(qiáng)推廣應(yīng)用。同時(shí)希望可可蓋煤礦加大礦井二期、三期工程智能化建井技術(shù)創(chuàng)新力度，打造我國安全高效綠色智能建井示范工程。”

“可可蓋煤礦創(chuàng)新礦井開拓方式，采用敞開式全斷面智能掘進(jìn)裝備施工長距離斜井，鉆井法施工大斷面立井，實(shí)現(xiàn)了智能化建井、建智能化礦井。今后一段時(shí)期，我國相當(dāng)一部分新建礦井均位于山西、陜西、內(nèi)蒙古交界處，煤層埋深超過400米，同處地質(zhì)條件接近的鄂爾多斯盆地，可可蓋煤礦的建井模式將為該地區(qū)礦井建設(shè)提供可復(fù)制模板?！敝袊こ淘涸菏客鯂ㄔu價(jià)道。（記者 雷肖霄 西安報(bào)道）