“淮盾家族”壯大記
近年來，國產(chǎn)盾構(gòu)機鉆山入地、穿江過海，穿梭在大江南北的工程現(xiàn)場，助力一個個高難度項目順利完工。隨著盾構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)也逐漸開始嘗試將其用于煤礦工程施工。“盾構(gòu)是破解巖巷掘進瓶頸的利器，更是大國重器。”淮北礦業(yè)集團黨委書記、董事長方良才說，“引入盾構(gòu)工藝，是淮北礦業(yè)突破巖巷掘進瓶頸、推動掘進工藝創(chuàng)新的重大決策，沒有條件創(chuàng)造條件也要上。”——題記
龍年開工伊始，“淮盾家族”的一條條“鋼鐵巨龍”在安徽淮北礦區(qū)井下深處已開足馬力“嚼巖啃土”。
4年來，在昔日炮火連天的淮海戰(zhàn)役主戰(zhàn)場百米地下，淮北礦業(yè)集團打響了一場復(fù)雜地質(zhì)條件下的盾構(gòu)掘進“攻堅戰(zhàn)”。陸續(xù)上馬了9臺礦用盾構(gòu)機，先后創(chuàng)造了月單進476米、19度大傾角上山月單進295米、17度大傾角下山月單進241米的極復(fù)雜條件下淮北礦區(qū)乃至全國礦用盾構(gòu)施工紀錄，實現(xiàn)了礦用盾構(gòu)作業(yè)規(guī)模化、集群化，開創(chuàng)了巖巷掘進新速度。
“2023年，9臺盾構(gòu)機高效開掘，平均月單進突破215米。世界首臺大傾角下坡掘進盾構(gòu)機‘淮盾6號’亮相央視新聞聯(lián)播，‘國之重器’大放異彩。”在淮北礦業(yè)集團八屆四次職工、三次工會會員代表大會暨2024年工作會議上，該集團黨委副書記、總經(jīng)理孫方向與會代表通報了這個喜訊。
破冰 從無到有
淮北礦業(yè)集團是一個有著66年發(fā)展史的老企業(yè)，隨著時間的推移，老礦區(qū)進入深水平開采，新采區(qū)開拓工程量大，采用原有的炮掘、綜掘施工模式進度較慢、效率較低。加之淮北礦區(qū)井下地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤巖層松軟，斷層、褶曲發(fā)育，屬典型的“三軟”煤層，是全國地質(zhì)條件極其復(fù)雜的礦區(qū)。惡劣的地質(zhì)條件和傳統(tǒng)巷道掘進速度緩慢、效率低下的狀況，嚴重制約著礦區(qū)采掘快速發(fā)展，大部分礦井存在接替緊張甚至接替不上局面。
多年來，淮北礦業(yè)集團大力推進改革創(chuàng)新，一大批新裝備、新技術(shù)、新工藝投入使用，解決了很多生產(chǎn)難題，特別是綜采標配和智能化采煤工作面建設(shè)帶來了生產(chǎn)效率的顯著提高，大大緩解了隊伍緊張和單產(chǎn)低的局面。但淮北礦區(qū)的掘進工藝始終沒有大的突破，采掘接替緊張、采區(qū)接替緊張的矛盾仍然突出。
“今日的進尺就是明日的產(chǎn)量”“巖巷重于煤巷，煤巷重于采煤”。淮北礦業(yè)集團把2019年確定為“巖巷年”，采取特別措施解決掘進問題，全力加快開拓掘進準備，保障礦井生產(chǎn)正常接替。
何以解憂，唯有創(chuàng)新。此時盾構(gòu)機進入了淮北礦業(yè)集團主要領(lǐng)導(dǎo)的視野。近年來，國產(chǎn)盾構(gòu)機鉆山入地、穿江過海，穿梭在大江南北的工程現(xiàn)場，助力一個個高難度項目順利完工。
隨著盾構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)也逐漸開始嘗試將其用于煤礦工程施工。煤礦用盾構(gòu)機按護盾結(jié)構(gòu)分為敞開式和護盾式兩種。考慮到支護經(jīng)濟性和實用性，煤礦多采用敞開式盾構(gòu)機施工。
淮北礦業(yè)集團通過充分調(diào)研和跨行業(yè)交流，敏銳覺察到盾構(gòu)機在煤礦巖巷掘進的優(yōu)勢和發(fā)展前景，毅然決定在煤礦跨界引進這一工藝。
“盾構(gòu)是破解巖巷掘進瓶頸的利器，更是大國重器。”淮北礦業(yè)集團黨委書記、董事長方良才說，“引入盾構(gòu)工藝，是淮北礦業(yè)突破巖巷掘進瓶頸、推動掘進工藝創(chuàng)新的重大決策，沒有條件創(chuàng)造條件也要上。”
好鋼用在刀刃上。按照“越是條件復(fù)雜，越是要上裝備”的理念，淮北礦業(yè)集團選在大斷層、大傾角、大拐彎、長距離、軟巖的袁店二礦西翼軌道大巷及其七采區(qū)軌道上山率先應(yīng)用盾構(gòu)工藝。
2019年11月13日，“淮盾家族”的“老大”——“淮盾1號”在袁店二礦披紅掛彩、入井安家。
“淮盾1號”是淮北礦業(yè)集團與設(shè)備廠家聯(lián)合研制的全國首臺礦用大傾角巖巷掘進盾構(gòu)機，設(shè)備總長55米，總重530噸，開挖直徑4.88米，能夠?qū)崿F(xiàn)掘、支、運平行作業(yè)和拐彎爬坡施工，集掘進、出渣、支護、除塵、導(dǎo)向、故障自診斷等功能于一體，通過定位、傳感、遙控等技術(shù)，可實現(xiàn)一人對整機運行的集中控制和監(jiān)控。
“盾構(gòu)機實現(xiàn)了遠程遙控操作，工作效率是傳統(tǒng)綜掘的2到3倍，從源頭上杜絕了粉塵的產(chǎn)生，杜絕了空頂作業(yè)，安全、高效、環(huán)保，對于巖巷掘進是跨越性的進步。”首次目睹“鋼鐵巨龍”在井下作業(yè)的礦工們，對此充滿驚嘆，也渴望看到驚喜。
攻堅 由弱到強
萬事開頭難，創(chuàng)新之路不可能一帆風(fēng)順，“淮盾1號”來淮北礦區(qū)首戰(zhàn)就“水土不服”。
施工之初，極其復(fù)雜的地質(zhì)條件，讓原施工隊伍近8個月更換了7名項目經(jīng)理、輪換了700多名施工人員，進尺僅815米。穿F12斷層時，月進尺更是僅有幾十米，“淮盾1號”一度陷入“下線”的窘境。
廠家委派的盾構(gòu)機司機段孝星說：“我在山西和安徽的其他很多煤礦都干過，從未見過這么復(fù)雜的條件，盾構(gòu)機在這里一籌莫展、寸步難行。”
危難之際，2020年7月底，淮北礦業(yè)集團當機立斷，換掉了原施工隊伍，決定讓該集團工程處這支自己的專業(yè)化施工隊伍接手盾構(gòu)施工。
關(guān)鍵時刻勇?lián)敚こ烫幯杆俪檎{(diào)精兵強將組成“淮盾隊”，集全處智慧，聚全處力量，下定決心蹚出一條適應(yīng)淮北礦區(qū)地質(zhì)條件的巖巷盾構(gòu)掘進創(chuàng)新之路。
最大落差達309米的30多條斷層、1300米的19度上山極限施工、曲率半徑500米長距離轉(zhuǎn)彎皮帶連續(xù)運輸……在駕馭“淮盾1號”首戰(zhàn)征途中，一個又一個技術(shù)難題接踵而至。大傾角礦用盾構(gòu)機在淮北礦區(qū)是首次應(yīng)用，在全國也是先例，沒有經(jīng)驗可循，只能摸著石頭過河。
淮北礦業(yè)集團相關(guān)部門、工程處、袁店二礦、盾構(gòu)機廠家四方合力攻關(guān)，在學(xué)習(xí)中實踐，在摸索中前行，一路闖關(guān)奪隘，“淮盾1號”先后創(chuàng)下月進尺260米、286米，乃至19度上山極限施工條件下295米的“淮礦紀錄”。
工程處充分發(fā)揮“開拓準備主力軍”作用，探索總結(jié)出一整套極復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工經(jīng)驗，為“淮盾家族”的發(fā)展壯大提供了科學(xué)參考依據(jù)。
2021年10月15日，國內(nèi)煤炭行業(yè)首條大坡度盾構(gòu)線——“淮盾1號”盾構(gòu)線精準貫通，在井下560米深處的袁店二礦七采區(qū)軌道上山掘進頭，眾人的歡呼聲響徹巷道。“淮盾1號”終于“揚眉吐氣”，充分展現(xiàn)了自己的絕對實力。
“從工期上來說，應(yīng)用盾構(gòu)工藝比傳統(tǒng)的綜掘施工提前了15個月貫通，袁店二礦87采區(qū)提前近半年投產(chǎn)，穩(wěn)定了礦井產(chǎn)能，緩解了接替緊張的局面。”淮北礦業(yè)領(lǐng)軍人才、“企業(yè)功勛”榮譽獎?wù)芦@得者、工程處原處長趙傳祥說。
裂變 幾何倍增
“淮盾1號”首戰(zhàn)告捷，堅定了淮北礦業(yè)集團推廣盾構(gòu)應(yīng)用的信心和決心。
按照“千方百計上盾構(gòu)，大國重器破瓶頸”要求，淮北礦區(qū)全面推廣應(yīng)用盾構(gòu)工藝，“淮盾1號”的“兄弟們”紛紛來到各礦井安家落戶，盾構(gòu)施工在淮北礦區(qū)由“盆景”變成了“風(fēng)景”。
2021年6月30日，“淮盾2號”作為淮北礦區(qū)首臺以租賃方式全工序自主管理的盾構(gòu)機，在楊柳煤礦109回風(fēng)大巷始發(fā)。
2022年5月10日，“淮盾3號”在蘆嶺礦入井安裝。
2023年1月15日，“淮盾4號”在臨渙礦八采區(qū)回風(fēng)上山始發(fā)。
2023年6月8日，“淮盾5號”在蘆嶺礦負900米大巷始發(fā)。
2023年7月20日，“淮盾7號”在孫疃礦Ⅱ3采區(qū)軌道上山始發(fā)。
2023年8月23日，“淮盾6號”在臨渙礦八采區(qū)軌道上山始發(fā)。
2023年11月26日，“淮盾8號”在許疃礦82下深部輔助回風(fēng)巷始發(fā)。
2023年12月22日，“淮盾9號”在許疃礦33采區(qū)專用回風(fēng)下山始發(fā)。
2023年，淮北礦業(yè)集團共建成9條盾構(gòu)作業(yè)線，盾構(gòu)進尺8555米，盾構(gòu)平均月單進達到215米。
2022年11月，“淮盾2號”克服疫情影響，創(chuàng)造了月進尺476米，最高日進尺25.6米的“淮礦紀錄”。2023年10月，“淮盾7號”在孫疃礦創(chuàng)造17度大傾角盾構(gòu)下山施工月單進241米的全國紀錄。
截至2023年12月底，淮北礦業(yè)集團已施工完成7條盾構(gòu)作業(yè)線，盾構(gòu)累計進尺17338米。目前，有8條盾構(gòu)作業(yè)線在同時施工。
“盾構(gòu)家族”裂變呈現(xiàn)的“核效應(yīng)”，為淮北礦業(yè)集團穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)注入了新的強勁動能。
“淮盾1號”3號線——青東煤業(yè)七采區(qū)運輸上山實現(xiàn)精準貫通，七采區(qū)開拓準備主體工程提前3個月貫通，為礦井通風(fēng)、運輸系統(tǒng)形成和七采區(qū)875首采面準備贏得了時間，為礦井生產(chǎn)接替、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了保障。
“淮盾2號”2號線——楊柳礦109采區(qū)膠帶大巷貫通，109采區(qū)主體工程比計劃提前38天精準貫通，為礦井系統(tǒng)形成和采區(qū)準備贏得了時間和空間，保障了礦井接替。
“淮盾3號”在蘆嶺礦Ⅲ1043風(fēng)抽巷提前半年施工到位，為瓦斯抽采和災(zāi)害治理騰出了充分的時間和空間，保障了Ⅲ1043工作面接替。
“能夠上馬一臺臺‘鋼鐵巨龍’，刷新一項項‘淮礦紀錄’，源于我們培育了一支能征善戰(zhàn)的盾構(gòu)隊伍。”淮北礦業(yè)盾構(gòu)現(xiàn)場管理“第一人”、工程處盾構(gòu)管理部原部長朱進步說。
自“淮盾2號”上馬以來，工程處與盾構(gòu)機廠家逐步形成了設(shè)備租賃的成熟合作模式，按照進尺支付租金，廠家負責(zé)提供盾構(gòu)機及施工期間所有配備件更換，每臺盾構(gòu)機安排4人至8人進行技術(shù)指導(dǎo)及操作和維保工作，工程處實現(xiàn)全工序自主施工管理。
工程處積極探索盾構(gòu)施工人才梯隊建設(shè)，制定培養(yǎng)計劃和激勵政策，組織人員送至廠家培訓(xùn)，邀請廠家技術(shù)人員來現(xiàn)場培訓(xùn)，委托淮北煤電技師學(xué)院采取智能化機電“訂單班”模式培養(yǎng)，組建專業(yè)化盾構(gòu)安拆隊伍，培養(yǎng)盾構(gòu)工匠大師。在設(shè)備裂變的同時，施工隊伍也在加速裂變。目前，工程處已有8支盾構(gòu)施工隊。
創(chuàng)新 永不止步
歷經(jīng)千難成此境，人間萬事出艱辛。“淮盾家族”成長壯大的過程，也是淮北礦業(yè)人披荊斬棘、創(chuàng)新攻關(guān)的過程。
工程處原首席專家、生產(chǎn)技術(shù)部部長黃以壽說：“目前的國產(chǎn)礦用盾構(gòu)機都是‘吃硬不吃軟’（盾構(gòu)施工在穩(wěn)定硬巖中進度快，對淮北礦區(qū)復(fù)雜多變的軟巖不適應(yīng)），如何創(chuàng)新盾構(gòu)施工管理模式、改進現(xiàn)有盾構(gòu)裝備性能，成為我們的關(guān)鍵課題。”
在淮北礦區(qū)的盾構(gòu)施工過程中，先后遇到過很多前所未有的難題。
淮北礦業(yè)集團堅決破除“唯條件論”思想，變“難題”為“課題”，與設(shè)備廠家、科研院校聯(lián)合攻關(guān)創(chuàng)新，探索形成了“地質(zhì)保障+分級管控+裝備突破”TBM安全快速掘進技術(shù)模式；組織16名“技術(shù)大拿”成立“青智淮礦”盾構(gòu)施工創(chuàng)新工作室，破解了一道道技術(shù)難題。
例如，破解盾構(gòu)機安全高效過斷層難題，成功穿過30多條落差最大達309米的大斷層；破解長距離皮帶機轉(zhuǎn)彎連續(xù)運輸難題，解決了袁店二礦盾構(gòu)施工巷道平巷1900米（含彎道460米）、19度上山1300米的長距離運輸問題；破解盾構(gòu)機大坡度上山施工難題，解決了19度上山施工過程中防砸、防滑、防竄等問題；與科研院校合作研制掘鉆一體化鉆探作業(yè)平臺，盾構(gòu)機配合施工實現(xiàn)巷道前掘后鉆協(xié)同作業(yè)，破解了盾構(gòu)掘鉆一體化施工難題；針對下山施工因刀盤內(nèi)有水、停機時間長等原因造成刀盤進渣口頻繁被糊住，及時改變施工工序，提高了開機率，保障了施工效率，破解了盾構(gòu)機大坡度下山施工難題；不斷摸索優(yōu)化盾構(gòu)機安裝硐室尺寸，加快施工進度、降低頂板風(fēng)險，確保了盾構(gòu)機安全高效安裝，破解了盾構(gòu)安裝硐室施工難題……
淮北礦業(yè)集團和設(shè)備廠家攜手開展適用性創(chuàng)新攻關(guān)，推進“產(chǎn)學(xué)研”一體化合作，不斷改進盾構(gòu)設(shè)備，提升設(shè)備效能。
“淮盾2號”較“淮盾1號”，提出了11項適應(yīng)性改造方案；“淮盾3號”較“淮盾2號”，采用了7項國內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)；“淮盾4號”“淮盾6號”首次實現(xiàn)了刀盤變徑，可同時滿足直徑5.53米和4.88米兩個斷面施工；“淮盾5號”“淮盾7號”優(yōu)化了液壓錨桿鉆機布置，提高了鉆機使用率；“淮盾8號”“淮盾9號”在前7臺盾構(gòu)機機型基礎(chǔ)上，進行6項設(shè)備改進與升級……
截至目前，淮北礦業(yè)集團構(gòu)建了5種盾構(gòu)工藝圍巖治理模式，攻克了圍巖綜合治理、后路運輸優(yōu)化改造等難關(guān)，實現(xiàn)了巖巷盾構(gòu)施工工藝歷史性突破，已提出61項盾構(gòu)機適應(yīng)性改造方案，讓生產(chǎn)廠家都贊嘆不已，讓“大國重器”真正“入鄉(xiāng)隨俗”。
“在長期實踐中，我們總結(jié)提煉的‘極復(fù)雜地質(zhì)條件下深井大傾角巷道盾構(gòu)機安全快速掘進關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用’項目，獲得國家發(fā)明專利7項、實用新型專利15項、國家軟件著作權(quán)2項、安徽省科技進步獎1項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文15篇，多項技術(shù)填補行業(yè)空白。”淮北礦業(yè)集團生產(chǎn)管理部部長朱樂章說。
展望 搶灘未來
淮北礦業(yè)集團積極推廣應(yīng)用盾構(gòu)“大國重器”，著力破解巖巷掘進瓶頸的經(jīng)驗做法，被人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、央視等多家中央媒體相繼報道。
中國平煤神馬控股集團、龍煤雙鴨山礦業(yè)集團、河南能源永煤集團、川煤華榮能源公司、河北開灤集團、皖北煤電集團等多家企業(yè)先后來淮北礦區(qū)學(xué)習(xí)交流。
“玩轉(zhuǎn)這個‘大國重器’，為煤礦智能化建設(shè)插上了騰飛翅膀，曾經(jīng)的諸多生產(chǎn)施工難題隨之‘一覽眾山小’。”工程處行政負責(zé)人高建華說，“復(fù)雜地質(zhì)條件下的采掘接替緊張難題也將迎刃而解。”
談到下一步的打算時，淮北礦業(yè)副總經(jīng)理聶政說：“盾構(gòu)施工為煤礦重大災(zāi)害治理、生產(chǎn)正常接替贏得寶貴時間，走出了一條復(fù)雜地質(zhì)條件巖巷盾構(gòu)掘進的創(chuàng)新之路。但在人才培養(yǎng)、隊伍建設(shè)、效率提升方面，還有很長的路要走。我們的目標是培養(yǎng)更多的巖巷盾構(gòu)掘進專業(yè)人才，為全面鋪開盾構(gòu)掘進提供人才支撐和技術(shù)保障。”
2024年，淮北礦業(yè)集團將在主力開拓準備采區(qū)、底板巷和其他長度不低于1000米的關(guān)鍵巖巷工程全面推廣應(yīng)用盾構(gòu)工藝，并在袁店一礦、朱仙莊礦、渦北礦、鄒莊礦等礦井新建8條盾構(gòu)作業(yè)線，完成10臺盾構(gòu)機16條盾構(gòu)作業(yè)線施工。到2025年，淮北礦業(yè)將再引進3臺盾構(gòu)機，形成13條盾構(gòu)作業(yè)線同時施工的局面，爭取礦井生產(chǎn)準備和接續(xù)更加主動。
針對煤礦巷道斷面尺寸限制，淮北礦業(yè)集團還將與設(shè)備廠家聯(lián)合攻關(guān)，針對設(shè)備需要進行特殊設(shè)計，通過模塊化、小型化等方式滿足設(shè)備靈活拆裝需求。
自信源于底氣，從容源于積累。一條條“鋼鐵巨龍”的成功駕馭，一道道施工難題的迎刃而解，經(jīng)過極復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工的磨礪考驗，淮北礦業(yè)人推廣盾構(gòu)智能化掘進、助推企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的步伐更加堅強有力。
來源：《中國煤炭報》2024年2月29日 7版