作者:本刊记者 胡 敬 来源:科学中国人 发布时间:2015-07-24
在中国煤炭科工集团有限公司董事长王金华的电脑里,有一张特殊的中国地图。他与普通地图的不同之处在于,上面有些区域被涂成了黑色,在黑色区域上面点缀着许多红色的圆圈。黑色区域代表着煤区,而显眼的红色圆圈则是特厚煤层矿区。在黑与红的世界里,王金华干了半辈子。
勇攀世界级开采难题的高峰
煤炭一直是我国的主体能源,2013年,煤炭占我国一次能源结构生产及消费的比例分别达到77.3%和66.6%,支撑着国民经济的发展和人们的生产生活。王金华指着地图上的黑色区域:“厚煤层在我国分布广泛,是我国主要开采煤层。厚度14米以下煤层已经不难开采,综合机械化开采技术已经基本成熟。但是对于14米以上的特厚煤层……”王金华特意指了指地图上红色的圆圈,“在全世界目前还没有安全、高效、高采出率的开采方法,是公认的世界性难题,急需研究开发!从我国煤炭资源储量来看,特厚煤层储量丰富,全国大约有1/4的煤炭产能集中在特厚煤层。尤其在山西、内蒙古、新疆等煤炭主产区,总资源量上万亿吨。因此实现14米以上煤层的安全高效开采,成为了保障我国煤炭工业持续发展和能源安全亟待突破的一个难题。”
王金华早在2003年就已经把视野锁定在这些红色圆圈的特厚煤层矿区上,联合多家单位开始从事这方面的研究,提出采用大采高、一次采全高、综采放顶煤的开采方法。到2008年,科技部将“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”课题立项,列入“十一五”国家科技支撑重大项目,以大同塔山煤矿为试验矿井,开展了14~20米特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备的自主研发。
这是新中国成立以来煤炭行业第一个国家科技支撑重点项目支持力度最大的一个科研项目,研发经费高达4.45亿元,国家支持了近1亿元。如此大的支持力度还是第一次,可见国家对这个项目的重视程度。“说实话,压力很大,但同时也非常兴奋!”王金华回忆起当初的情景时依然两眼放光,“这个课题在国内没有实践的先例,在国外也没有任何经验可以借鉴,是一个非常大的挑战。但是作为科研工作者,天生就有‘迎难而上、攻坚克难’的奋斗精神,我们当时就下定决心一定要啃下这块硬骨头!”
大同矿区塔山煤矿是本次项目的实验矿井,井田面积170.91平方公里,地质储量50.7亿吨,可采储量30.7亿吨,但是煤层厚度大、结构复杂,平均煤层厚度在18米左右,最厚的达到20米。
王金华这一次并非是孤军奋战,而是有备而来。在中国煤炭工业协会的组织下,中国煤炭科工集团联合了大同煤矿集团、中煤装备集团公司、中国矿业大学(北京)、山西平阳机械厂等15家单位,共同承担起这一重大项目的任务,一起吹响了“特厚煤层”攻坚战的战斗号角。
这一次的联合攻关团队堪称煤炭行业的“国家队”,项目集中了国内煤炭行业一流的科研院所、高等院校、煤机装备和煤炭生产企业,能将15家优秀企业、100多位行业专家汇集在一起为这一个课题服务,本身就是一个不小的奇迹,充分展现出我们集全行业力量破解世界性难题的决心。
参与企业也纷纷表示一定要紧密合作,以科技为支撑,以协作为纽带,全力以赴参与特厚煤层开采技术的研究,优势互补,加快创新,努力为研究提供各种便利条件,以促进联合攻关产出成果,一定要在特厚煤层大采高综放开采技术与装备方面取得新进展、新突破,为全国特厚煤层的安全、高效开采塑造典范,为推动煤炭科技进步和煤炭工业走新型化道路积累经验。
作为这次“特厚煤层”项目的领军人物,王金华担负着统筹全局,排兵布阵的重任,项目开始之前反复的论证和磋商,每一个问题,每一个细节都要考虑周全。面对着塔山煤矿的实验矿井,大家首先统一了意见,得出一致的结论,要实现14米以上厚煤层安全、高效开采,必须首先解决四大技术难题。第一,在地下几百米深度,将特厚煤层一次采出,会形成特大的开采空间,一方面这种特大开采空间岩层稳定性难以控制;另一方面要把煤炭资源尽可能多地采出来,提高煤炭采出率,难度很大。第二是14米以上特厚煤层开采世界上没有先例,没有成套的采煤装备,需要创新开发并做到装备性能合理匹配。第三是为了满足通风和大型设备运输的要求,所需巷道断面大,由于煤层厚度大,并受到采煤强烈扰动影响,巷道很容易发生大变形或冒顶,必须解决大断面全煤巷道合理支护难题。第四个难题是高强度、特大开采空间下,瓦斯和火灾等安全问题怎样解决。
十年磨一剑
面对着横亘在面前的重重困难,王金华和他的团队并没有丝毫的退缩。“困难就是被用来克服的,办法总比困难多!”王金华每次开会前都会给大家鼓劲,鼓励大家各抒己见,各显神通。那段时间王金华白天忙着开会讨论制定方案,晚上还要赶到矿上和一线技术人员沟通交流,反复论证。那段时间里,15家煤炭行业顶级的科研院所、高等院校、煤机装备研发生产企业和煤炭生产企业的数百名研发人员全部集中在塔山煤矿,吃住都在矿上,与煤矿工人打成一片。每天下到地下近500米深的采煤工作面一线进行技术指导、设备调试、性能与故障检测。没有一个人叫苦,没有一个人要求特殊化。
心往一处想,劲往一处使,团队成员们合力协作,挺进煤海深处,坚持自主创新,经过10年的协同攻关,克服了重重技术难题,终于实现了厚煤层开采技术与装备的重大突破,将特厚煤层开采的四大世界性难关一一攻破。
首先,研发了14米至20米特厚煤层大采高综放开采关键技术。科研人员研究了三维顶煤放出体的形态和运移过程,以及放煤结束后煤矸分界的形态,从而研发出一采一放、多轮间隔、顺序多口的放煤工艺。该项目建立了特厚煤层大采高综放开采三维放煤理论、围岩控制理论体系,建立了特厚煤层大采高综放开采技术标准,解决了特厚煤层大采高综放开采围岩控制、厚顶煤高效与高回收率放出等关键难题,首次实现特厚煤层工作面年产千万吨的安全高效开采。
其次,研发了世界首套年产千万吨特厚煤层大采高综放开采成套装备。科研人员研制出支撑高度5.2米抗冲击大采高综放液压支架、高可靠性采煤机、综放工作面后部大功率刮板输送机以及新型综合配套设备,首次研制成功国产大功率刮板输送机阀控液力耦合器,解决了特厚煤层大采高综放开采装备的技术难题,实现了千万吨综放工作面装备的全国产化。
三是研发了特大断面全煤巷道高强度锚杆锚索联合支护技术及材料。该项目揭示出特厚顶煤、特大断面全煤巷道变形特征,创立了全煤巷道预应力锚杆支护理论,发明了锚杆液压张拉器,解决了大采高综放开采全煤巷道支护技术难题。
四是首次研发出大采高综放工作面瓦斯防治与综合防火安全保障技术。该项目首次揭示出特厚煤层大采高综放工作面的瓦斯分布规律与瓦斯涌出不均衡特征,解决了“低瓦斯赋存、高瓦斯涌出”的高强度综放开采瓦斯治理难题;首次研制出大流量井下移动式制氮装置,解决了大采高综放工作面的防火难题。
在项目研发过程中,科研人员提出了围岩控制理论、全煤巷道一次强力支护理论和三维放煤理论,创新了六大技术,即大采高综放开采技术,大采高综放开采围岩控制技术,大采高综放液压支架防冲技术,大断面全煤巷道强力锚杆、锚索支护技术,大采高综放工作面瓦斯治理技术,大采高综放工作面综合防火技术。该项目共获得授权专利22项、实用新型专利61项,制定行业标准15项,出版专著6部,发表论文237篇,从开采技术到装备均具有自主知识产权,达到国际领先水平。
工业性试验在大同塔山煤矿获得圆满成功,煤层平均厚度18.44米,工作面设备开机率平均92.1%,月产量平均90.76万吨,最高月产103.5万吨,采出率88.9%,年产量1084.9万吨,实现了瓦斯零超限、无伤亡事故,首次在全世界实现了井工煤矿14~20米特厚煤层安全、高效、高采出率一次开采,填补了国内外特厚煤层开采的技术空白。
“煤”花香自苦寒来
俗话说,梅花香自苦寒来,煤炭行业也在严冬中感觉到了春天的气息。在不久前的2014年度国家科学技术奖励大会上,“特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备”项目因成功解决了14~20米特厚煤层开采的世界性难题,实现了厚煤层开采技术与装备的重大突破,获得了国家科学技术进步奖一等奖。
煤炭行业已经有11年没有获得过国家科学技术进步奖一等奖了。煤炭行业的一位老领导用力地握着王金华地手兴奋的说:“过去采煤一次只能采3米,现在能采20米;过去一个工作面年产是100多万吨,现在是1085万吨,而且用人少、效率高,这在国际上都是一个突破啊!”
这一项目的成功凝聚着全体项目组成员的辛勤劳动和汗水,实现了产学研紧密结合,实现了煤炭开采理论、技术与实践的高度融合,是科技创新驱动发展的典范。该技术推广应用后,比较难采的特厚煤层可以实现安全、高效开采,对我国的能源供给和能源安全有着重要的意义。就连国际上的同行专家也一致认为,该成果引领了世界特厚煤层开采技术与装备的发展方向,达到了国际领先水平,显著提高了中国煤机装备在国际上的竞争力和影响力。
王金华动情地回忆起当初的每一个日日夜夜,大家加班加点,挑灯夜战的情景,回忆起巨大的工作难度,回忆起奋斗在一线的矿工们忍受着身体极限挑战的煎熬。他说,项目的成功是国家大力支持的结果,更是全体研发人员和一线采煤工人不懈努力的结果。这项荣誉属于为煤炭开采科技进步作出贡献的全体煤炭人。
“获奖之后,是不是可以松口气了?”王金华笑着摆摆手,把电脑打开,还是那张“红与黑”的地图,他指了指这些特厚煤层区域,在空中画了一个大大的圈:“下一步我们要紧锣密鼓的推广这项技术,目前已经在大同、平朔、神东等13个矿区的32个煤矿得到推广应用。近三年新增产值564亿元,新增利税221亿元。由于每个矿井的煤炭赋存条件不一样,因此在实际推广应用中,技术装备还要不断完善。下一步,一是根据矿区的实际情况,改进工艺;二是进一步增强装备的可靠性;三是进一步完善安全保障措施,包括提高检测水平、完善治理手段等。随着我国煤炭开发逐渐向新疆等西部地区转移,这一成果的应用前景必将更为广阔。”
另外,值得一提的是,这项技术不仅在国内,在国外也有很高的推广价值,对解决世界特厚煤层的开采难题起到了引领作用,目前俄罗斯、澳大利亚等国都正在进行推广。就在接受采访的前一天,王金华刚刚与俄罗斯签订了4500万美金的整套装备的出口合同。王金华感慨,就在十多年前,我们还要从俄罗斯进口,而今天已经发生了翻天覆地的变化。
而今迈步从头越
谈及整个煤炭行业这两年的状况和对未来的设想,王金华陷入了短暂的沉默。作为中国煤炭科工集团有限公司的董事长、国家能源专家咨询委员会的委员,他对整个行业保持着非常冷静的审视和思索。他承认目前我国煤炭行业遇到了发展的瓶颈,这主要是长期积累的结果。“我们需要反省,在行业最好的时候,我们没有限制的无序开采,造成产能过剩,市场疲软。进而煤炭价格下滑,企业亏损,行业内70%的企业都遇到了困难。”
“但是我们绝不能站在原地自怨自艾,那样没有任何意义”,王金华提出煤炭行业正确的出路是主动转型升级,要提高煤炭质量和转化能力。习近平总书记讲过一句话叫“打铁先要自身硬”,这句话特别适合煤炭行业的同仁,我们只有人员队伍过硬、技术过硬、成果过硬,才能被行业认可,被服务单位认可。科技的差距就是综合实力的差距,科技的速度就是发展的速度,用创新创造企业未来,尽快完成产品向高端转型、产业结构向节能环保转型、市场向国际化转型,寻求新的发展空间和经济增长点。
作为一个一直从事科研工作的“老煤炭人”,王金华有过在井下摸爬滚打十几年的经历,虽然后来改行做了管理工作,但是他从没有放弃老本行,没有放弃课题攻关,工作之余一直在搞科研,利用一切时间来学习,解决行业面临的新问题。“黄金十年”一去不复返,煤炭行业面临的困境已是业内共识。煤炭行业依靠数量、速度、粗放型的发展方式已经结束,而将进入需求增速放缓期、过剩产能与库存消化期、环境制约增强期和转方式调结构的攻坚期。在王金华看来,昔日的“煤老大”要过上一段“苦日子”了,但是在未来相当长一段时间内,煤炭作为我国能源主体地位依然是难以改变的。外界所谓的“煤炭革命”不应该是“革煤炭的命”,而是要把煤炭开采好、利用好、管理好,完成煤炭由“黑色”到“绿色”的转变。每当问起如何用科技创新带动产业发展,如何拓宽煤炭行业发展的道路?他经常挂在嘴边的一句话就是“行业是水,我们是鱼。”水如果不健康,鱼就无法生存,但是鱼如果没有活力,水也只能是一潭死水。
临近采访结束,王金华铿锵有力地吟诵起毛主席的两句诗:雄关漫道真如铁,而今迈步从头越!当被问到还有什么话想与煤炭行业的同仁们共勉时,他用力地挥了挥拳头,只有三个词:坚持!坚持!再坚持!
- 资讯
-
-
2024年中国科技传播论坛暨中国科技新闻学会第十七次学术年会在京召开
11月24日,中国科技新闻学会主办的2024年中国科技传播论坛暨中国科技新...
-
《科学中国人》杂志社记者证2024年换证人员公示
根据《国家新闻出版署关于开展2024年第七版新闻记者证全国统一换发...
-
“一猪两用-食用猪和医用猪”专场报道
2024年7月,正值夏季火热时节,各界专家齐聚科技创新之城——深圳,参加...
-
“2024前沿科学创新大会”在深圳召开
科技改变世界,创新引领未来! 2024年7月12—14日,“2024前沿科学创新...
-
当年累得坐马桶就睡着的科学家,成为今年国家最高科学技术奖得主
里程碑 笔者第一次见到薛其坤院士是在2019年年初,他领导团队完成的“量...
-
45岁用一篇论文解百年难题,85岁他站上国家最高科技领奖台
从跋山涉水扛着机器测量,到航空遥感再到卫星遥感,测绘遥感学科领域随...
-
2024年中国科技传播论坛暨中国科技新闻学会第十七次学术年会在京召开