打井不下井 陜西延長石油集團創新智能化建井

從陜西省榆林市中心城區驅車約1小時左右，便可抵達毛烏素沙漠邊緣。荒漠之上，一個直徑達8.5米的巨大井鉆正在泥漿池中作業。作業現場周圍塔吊林立，地下機器穿越數千米巖層，使人們與用億萬年時間積淀而成的煤炭得以聯結。這里便是陜西延長石油集團可可蓋煤礦的建設現場，也是我國煤礦智慧化建設的真實寫照。

陜西延長石油集團可可蓋煤礦立井鉆井法施工現場。資料照片

陜西延長石油集團可可蓋煤礦斜井智能掘進機組。資料照片

敢為人先 創新智能化建井思路

作為我國主體能源，煤炭發揮著重要作用。隨著供給側改革的深入推進，我國煤炭開發布局已明顯從中東部轉向晉陜蒙區域，同時大型現代化煤礦數量逐步增多。據中國煤炭工業協會統計，截至2020年7月，我國已建成千萬噸級煤礦52處，其中44處位于晉陜蒙區域，以晉陜蒙區域為主的千萬噸級礦井集群已然形成。

千萬噸級的大型現代化煤礦在國家能源保供中發揮著重要作用，但受制于傳統建井技術制約，建設周期往往較長。“以井筒建設為例，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%，大量時間消耗在了井筒施工過程中，導致建成一個千萬噸級煤礦需要耗費10年左右。”陜西延長石油集團副總經理、總工程師范京道說。

由于目前我國中西部地區的煤礦井筒建設主要以鉆眼爆破、機械施工為主，因此井下作業安全、地質結構復雜等成為制約煤礦建設效率的重要因素。

“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積沙松散層覆蓋，基巖以泥巖、弱膠結性砂巖為主，具有強賦水、弱膠結、易變形、遇水泥化的特性。傳統的‘鉆爆法’建井模式難以適應，容易引起突水、潰沙、坍塌等事故災害。”可可蓋煤業公司總經理汪青倉介紹。

2020年2月，國家八部委印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，指出煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，為我國煤礦建設指明發展方向。

一面是保障國家能源安全的使命在肩，另一面是復雜多變的施工條件。儲量達26億噸、采用斜井—立井聯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”的技術理念，發明智能化建井方法，創新智能化建井工藝、技術和裝備，并進行艱苦攻關和工程實踐，進一步提高了我國礦井建設的效率和安全性。

“2018年以來，我們先后去了9個省份，調研了近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、自動化、機械化、智能化建井是可可蓋煤礦人追尋的目標。”汪青倉說。

攻堅克難 “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。按照設計方案，立井深500米，主要用來通風；斜井長度達5300米，全斷面40平方米，斜坡達6度，主要用于生產資料的運輸。井筒建設往往是煤礦建設中最為耗時的環節之一，在確立了智能化建井思路后，可可蓋煤礦便開啟了裝備創新、技術攻破之路，將煤礦建設工期縮短2年，投資成本節約達10億元。

在斜井建設方面，可可蓋煤礦創新煤礦斜井智能化建井方法，進一步提高了建井效率。

在可可蓋煤礦的控制大廳里，記者通過現場大屏幕可以清晰地看到地下施工環境，屏幕上的動態數據顯示著設備運行狀態及工程進度。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，由延長石油聯合鐵建重工研發出的斜井敞開式全斷面掘進機智能掘進裝備系統清晰可見。

“斜井智能化建井技術實現了全機械化破巖、40平方米全斷面一次掘進、主要施工工序自動化作業，實現了基于5G技術的地面遠程操控施工，井下作業人員減少40%，掘進效率相比傳統綜掘法、鉆爆法分別提高了3倍和5倍以上。”范京道介紹。

記者在位于陜西省榆林市的可可蓋煤礦建設現場看到，一個直徑達8.5米的巨型井鉆正在泥漿池中作業。汪青倉介紹說，這是我國西部地區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，此前鉆井法主要應用在我國長江以南，堅硬巖層厚度不超過80米。針對可可蓋煤礦的地質特點，我們牽頭組織研發了目前世界上鉆井能力最大、智能化程度最高的豎井鉆機成套裝備體系。”汪青倉說。

據了解，該技術裝備在西部地區復雜的地層結構上實現了“一鉆完井，高效成井”，相比傳統鉆爆法施工，工人不用下井作業，同時建井速度也大幅度提高。

綠色低碳 為煤礦智能化建設提供樣本

陜西延長石油集團智能化建井技術的探索與實踐，實現了我國煤礦快速建井技術和裝備的新突破，創建了“有人安全巡視、無人掘進操作”的智能化建井新模式，填補了煤礦智能化建井多項技術空白，引領我國煤礦智能化建設新方向。

陜西延長石油集團黨委書記、董事長蘭建文表示，“雙碳”背景下，煤炭仍將在較長時間內發揮主體能源作用，并加速由價值鏈中低端向高端躍升。傳統煤炭企業數字化轉型、智能化發展是大勢所趨，已成為引領行業綠色低碳發展的核心驅動力。

今年6月26日，可可蓋煤礦智能化建井科技項目通過了由中國煤炭工業協會組織的專家鑒定委員會的鑒定，通過對該項目工藝、技術、裝備和工程建設的系統檢驗，專家組認為，“該項目實現了我國煤礦智能化建井基礎理論、技術裝備和工程實踐的新突破，為我國西部煤炭資源開發建設提供了安全高效建井示范，取得了顯著的經濟和社會效益”。

鑒定委員會專家認為，“該項目研究方法科學，技術路線合理，研究成果整體達到國際領先水平，建議進一步加強推廣應用。同時希望可可蓋煤礦加大礦井二期、三期工程智能化建井技術創新力度，打造我國安全高效綠色智能建井示范工程。”

“可可蓋煤礦創新礦井開拓方式，采用敞開式全斷面智能掘進裝備施工長距離斜井，鉆井法施工大斷面立井，實現了智能化建井、建智能化礦井。今后一段時期，我國相當一部分新建礦井均位于山西、陜西、內蒙古交界處，煤層埋深超過400米，同處地質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礦井建設提供可復制模板。”中國工程院院士王國法評價道。（記者 雷肖霄 西安報道）