擦亮“数智化”建井新名片——中煤三建市政公司TBM事业部高质量发展侧记(3)
近年来,中煤三建市政公司积极做好“数智化”转型升级文章,将“TBM施工矿山巷道”纳入“十四五”战略规划中,着力打造企业“核心竞争力”;成立以TBM事业部为核心的技术攻关团队,在陕西榆林、安徽淮南、内蒙古鄂尔多斯以及新疆拜城等地区矿井建设中,开展了一系列技术创新和攻关,研发了一批先进技术和设备,着力建设一批矿建领域“数智化”转型优质项目。
敢为天下先,中国煤矿巷道TBM施工的先行者
2021年3月31日,长度5335米,当时国内外首个采用敞开式TBM施工的最大埋深、最长距离煤矿斜井——可可盖矿井及选煤厂项目开工,开创了煤矿斜井采用敞开式TBM施工先例。当直径7.13米的TBM设备到达之后,技术人员在没有任何经验可供借鉴的情况下,一方面要克服复杂地层带来的断层、涌水等地质灾害,另一方面还要克服装机时间紧、任务重等困难,不断摸索掌握新技术、新设备、新工艺,前期施工进展异常艰难。
越是艰难越向前。面对涌水难题,技术人员采用双回路电源、双回路排水管路、分级排水方案,在主斜井联络巷设置接力水仓,有效遏制了井筒涌水流入TBM迎头,切实解决出渣拉水、皮带打滑难题,确保TBM施工过程中排水系统安全稳定可靠;掘进至洛河组砂岩与安定组泥岩过渡带中突遇接触面风化严重,出现碎顶、塌腔及片帮,技术人员改变支护方式,采用搭设钢拱架+组合锚索+W钢带+钢筋排支护施工,快速通过过渡段;研制开发了智慧工地三维一体化管理系统,形成了“人员定位管理—装备智能控制—环境安全监测—智慧工地管理”四位一体的智能化建井管控体系,有效提高了斜井巷道施工现场的安全管理水平和工程管理效率;配套智能化TBM掘进系统,实现了自动定位、自动掘进、自主纠偏、一键启动等掘进功能,实现井上、井下全方位智能化管理。
经过技术人员的艰难攻坚,这一全新概念的煤矿巷道施工技术已经能够被中煤三建市政公司熟练掌握和运用。2022年9月30日,可可盖矿井及选煤厂项目提前10个月完成5335米TBM掘进任务,平均月进尺517.96米,并作为典型应用被第三届中国煤炭建设科技大会主旨报告选用。
施工期间,可可盖矿井及选煤厂项目部创造了单班进尺14.2米,单日进尺40.3米,当月创出TBM盾构掘进812.6米的全国施工新纪录。这支技术团队,也由此被命名为“TBM事业部”,开始了煤矿巷道TBM施工的征战之旅。
可可盖煤矿主斜井的建设开启了煤矿巷道TBM施工技术时代,实现了我国TBM施工煤矿巷道技术发展的历史性跨越,业内专家一致认为:可可盖矿井及选煤厂项目创新矿井开拓方式,采用敞开式全断面智能掘进装备施工长距离斜井,实现了智能化建井、建智能化矿井,全新的建井模式将为全国各大矿井建设提供可复制模板”。
“数智化”转型,中国煤矿巷道TBM施工的探索者
近日,第三届中国煤炭建设科技大会在深圳隆重召开,大会指出,中国煤炭建设行业要以智能化、数字化、低碳化引领煤炭建设行业进入科技创新新时代,促进煤炭建设行业高质量发展。中煤三建市政公司TBM事业部分享了《煤矿长距离斜井TBM施工技术》等最新研究以及“数智化”转型成果,获得专家学者的一致认可。
引进智能设备,提升煤巷施工机械化和智能化水平。TBM事业部在煤矿巷道施工中引入TBM施工技术,打造机械化作业线和TBM掘进系统,采用全断面机械刀盘全封闭作业法,掘进、出渣、皮带全封闭操作,无外露转动部位,掘进过程实现地面远程操控,井下作业人员仅需进行部分辅助作业,掘进、支护、出渣等主要工序90%以上实现了自动化、智能化,井下人员减少了40%,从根本上消除安全隐患。
“这是一套超级‘聪明’的TBM掘进系统”,TBM事业部副总工程师陈伟说。公司构建的TBM掘进系统应用了物联网、大数据、云计算等前沿科技,智能化设计多达21项,实现了集“探—掘—支—锚—运”于一体的协同作业模式与智能控制系统。研发并应用了渣土改良系统、大面积撑靴系统、辅助推力系统、柔性风筒长距离搭接、有害气体环境智能监测装置、辅助运输防跑车柔性抓捕器等配套装备。
除此之外,TBM掘进系统还实现了自动定位、自动掘进、自主纠偏、一键启动等智能化掘进功能,工作人员在地面就可以通过手机、电脑远程实时监控掘进情况和设备状态参数,安全隐患排查处置效率大大提升,实现井上、井下全方位智能化管理,树立了智能化建井的新标杆。
研发煤矿巷道建设智慧管理系统,推进信息贯通、数智升级“双轮驱动”。TBM事业部结合煤矿巷道施工实际,研发了“数字指挥调度平台”,打造了包含感知层、网络层、服务层和应用层等结构的矿井建设物联网架构,搭建起基于BIM可视化生产管理运维系统,动态显示矿井生产各项指标,实时监测现场施工人员、车辆及TBM设备动态,并通过AI技术对人员及环境的不安全行为或状态进行自动识别,实现自动化监管设施联合动作,提高应急响应速度和突发事件处置速度,变被动式管理为主动式智能化管理。
据TBM事业部部长申五刚介绍:“这套智慧工地三维一体化管理系统,形成了‘人员定位管理—装备智能控制—环境安全监测—智慧工地管理’四位一体的智能化建井管控体系,有效提高了斜井巷道施工现场的安全管理水平和工程管理效率”。
科技铸造新引擎,助力煤矿建设加速度。TBM事业部坚持问题导向,打赢关键核心技术攻坚战,围绕实现“自动化减人、智能化换人”总体目标,走出一条“产学研用”相结合道路,突破“矿井施工中水害防治、地质条件差”等核心关键技术,形成自主研发新模式。截至2023年底,TBM事业部已编制、申报工法4部,已授权实用新型专利20余项,发明专利8项,发表核心论文10余篇;主编了“煤矿巷道TBM施工及验收规范”和“矿山斜井敞开式TBM下行施工技术规程”,参与编写行业标准3项;其中《煤矿超长斜井全断面掘进智能化建设关键技术与装备》获中国煤炭工业协会科技进步一等奖。
整装再出发,中国煤矿巷道TBM施工的奋进者
“不怕吃苦,排除万难,组织最优团队、最强资源,以最好状态、最大努力干好在建工程,不负厚望、不负所托!”
这是TBM事业部的心声,也是全体中煤三建市政人的心声。
2021年8月6日,淮南顾桥煤矿安全改建及二水平延深二期工程开工。刚从可可盖矿井及选煤厂项目上下来的TBM事业部,又义无反顾地投入到顾桥煤矿项目瓦斯治理巷的建设中。凭借着在可可盖项目中磨练出的过硬技术,技术人员依靠自己的力量,于煤矿井下掘出始发硐室,用三个半月完成TBM组装,并且一次试掘进成功。针对顾桥煤矿项目地层复杂,高地压,高地热的特点,技术人员从加强超前地质预报、支护加固、设备完善、施工组织及管理等几个方面采用可行性方案施工,取得煤矿TBM在高地压、高地热地质环境施工中的突破性成功。
顾桥煤矿项目是国内首台煤矿TBM80米小半径拐弯施工、并将TBM应用于高地压,高地热地质条件的第一个成功范例,使我国煤矿巷道TBM施工在组织方法、施工技术、施工手段、专业化队伍建设上实现了新的跨越。
截止到2023年底,TBM事业部已高效完成可可盖矿井及选煤厂、顾桥矿安全改建及二水平延深二期工程及丁集煤矿西翼瓦斯综合治理巷工程等5个项目;筹备石拉乌素煤矿 4-1 煤层开采矿建工程、古城一号煤矿副斜井井筒工程及拜城矿区七号矿井(东兴泰煤矿)改扩建项目+1500m水平巷道TBM施工工程等3个项目,累计中标额约19.5亿元,成绩斐然,是中煤三建市政公司转型升级、高质量发展的生动实践。
2023年8月2日,TBM事业部成功中标古城一号煤矿副斜井井筒工程,该巷道全长2100米,倾角-6°,拐弯半径300米,周边地质复杂,施工组织困难,并且在国内首次采用护盾式TBM施工煤矿巷道,没有任何经验可借鉴。目前,TBM事业部正积极 筹备,力争再创佳绩。
作为中国矿山建设领域一支具有悠久且光辉历史的劲旅,作为国内矿山建设领域的先驱者和擎旗人,成绩只是过往,未来更足期待,TBM事业部党支部书记杨新文如是说。总之,相信这个团队,会再一次带给我们工程攻坚的惊喜与激动;相信这个团队,会再一次带给行业科技进步的喜悦与自豪;相信这个团队,会再一次创造奇迹!