从陕西省榆林市中心城区驱车约1小时左右，便可抵达毛乌素沙漠边缘。荒漠之上，一个直径达8.5米的巨大井钻正在泥浆池中作业。作业现场周围塔吊林立，地下机器穿越数千米岩层，使人们与用亿万年时间积淀而成的煤炭得以联结。这里便是陕西延长石油集团可可盖煤矿的建设现场，也是我国煤矿智慧化建设的真实写照。
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陕西延长石油集团可可盖煤矿立井钻井法施工现场。资料照片
陕西延长石油集团可可盖煤矿斜井智能掘进机组。资料照片
敢为人先 创新智能化建井思路
作为我国主体能源，煤炭发挥着重要作用。随着供给侧改革的深入推进，我国煤炭开发布局已明显从中东部转向晋陕蒙区域，同时大型现代化煤矿数量逐步增多。据中国煤炭工业协会统计，截至2020年7月，我国已建成千万吨级煤矿52处，其中44处位于晋陕蒙区域，以晋陕蒙区域为主的千万吨级矿井集群已然形成。
千万吨级的大型现代化煤矿在国家能源保供中发挥着重要作用，但受制于传统建井技术制约，建设周期往往较长。“以井筒建设为例，虽然工程量只占井巷工程总量的10%左右，但工期却占井巷施工总工期的40%到50%，大量时间消耗在了井筒施工过程中，导致建成一个千万吨级煤矿需要耗费10年左右。”陕西延长石油集团副总经理、总工程师范京道说。
由于目前我国中西部地区的煤矿井筒建设主要以钻眼爆破、机械施工为主，因此井下作业安全、地质结构复杂等成为制约煤矿建设效率的重要因素。
“可可盖煤矿位于我国重要的能源基地——陕西榆林，井田上覆岩层被厚厚的风积沙松散层覆盖，基岩以泥岩、弱胶结性砂岩为主，具有强赋水、弱胶结、易变形、遇水泥化的特性。传统的‘钻爆法’建井模式难以适应，容易引起突水、溃沙、坍塌等事故灾害。”可可盖煤业公司总经理汪青仓介绍。
2020年2月，国家八部委印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，指出煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，为我国煤矿建设指明发展方向。
一面是保障国家能源安全的使命在肩，另一面是复杂多变的施工条件。储量达26亿吨、采用斜井—立井联合开拓的千万吨级陕西延长石油可可盖煤矿，提出“智能化建井，建智能矿井”的技术理念，发明智能化建井方法，创新智能化建井工艺、技术和装备，并进行艰苦攻关和工程实践，进一步提高了我国矿井建设的效率和安全性。
“2018年以来，我们先后去了9个省份，调研了近20次，组织过600余人次的专家论证，形成了37万字的书面材料……少人、安全、绿色、自动化、机械化、智能化建井是可可盖煤矿人追寻的目标。”汪青仓说。
攻坚克难 “一钻完井，高效成井”
立井和斜井，是可可盖煤矿井筒的两种重要类型。按照设计方案，立井深500米，主要用来通风；斜井长度达5300米，全断面40平方米，斜坡达6度，主要用于生产资料的运输。井筒建设往往是煤矿建设中最为耗时的环节之一，在确立了智能化建井思路后，可可盖煤矿便开启了装备创新、技术攻破之路，将煤矿建设工期缩短2年，投资成本节约达10亿元。
在斜井建设方面，可可盖煤矿创新煤矿斜井智能化建井方法，进一步提高了建井效率。
在可可盖煤矿的控制大厅里，记者通过现场大屏幕可以清晰地看到地下施工环境，屏幕上的动态数据显示着设备运行状态及工程进度。工作人员无须下井，便可将地下情况掌握清楚。通过由地下传送出的影像，由延长石油联合铁建重工研发出的斜井敞开式全断面掘进机智能掘进装备系统清晰可见。
“斜井智能化建井技术实现了全机械化破岩、40平方米全断面一次掘进、主要施工工序自动化作业，实现了基于5G技术的地面远程操控施工，井下作业人员减少40%，掘进效率相比传统综掘法、钻爆法分别提高了3倍和5倍以上。”范京道介绍。
记者在位于陕西省榆林市的可可盖煤矿建设现场看到，一个直径达8.5米的巨型井钻正在泥浆池中作业。汪青仓介绍说，这是我国西部地区采用钻井法打的第一口大埋深立井井筒。
“可可盖井田地层所含岩层总厚度大于400米，此前钻井法主要应用在我国长江以南，坚硬岩层厚度不超过80米。针对可可盖煤矿的地质特点，我们牵头组织研发了目前世界上钻井能力最大、智能化程度最高的竖井钻机成套装备体系。”汪青仓说。
据了解，该技术装备在西部地区复杂的地层结构上实现了“一钻完井，高效成井”，相比传统钻爆法施工，工人不用下井作业，同时建井速度也大幅度提高。
绿色低碳 为煤矿智能化建设提供样本
陕西延长石油集团智能化建井技术的探索与实践，实现了我国煤矿快速建井技术和装备的新突破，创建了“有人安全巡视、无人掘进操作”的智能化建井新模式，填补了煤矿智能化建井多项技术空白，引领我国煤矿智能化建设新方向。
陕西延长石油集团党委书记、董事长兰建文表示，“双碳”背景下，煤炭仍将在较长时间内发挥主体能源作用，并加速由价值链中低端向高端跃升。传统煤炭企业数字化转型、智能化发展是大势所趋，已成为引领行业绿色低碳发展的核心驱动力。
今年6月26日，可可盖煤矿智能化建井科技项目通过了由中国煤炭工业协会组织的专家鉴定委员会的鉴定，通过对该项目工艺、技术、装备和工程建设的系统检验，专家组认为，“该项目实现了我国煤矿智能化建井基础理论、技术装备和工程实践的新突破，为我国西部煤炭资源开发建设提供了安全高效建井示范，取得了显著的经济和社会效益”。
鉴定委员会专家认为，“该项目研究方法科学，技术路线合理，研究成果整体达到国际领先水平，建议进一步加强推广应用。同时希望可可盖煤矿加大矿井二期、三期工程智能化建井技术创新力度，打造我国安全高效绿色智能建井示范工程。”
“可可盖煤矿创新矿井开拓方式，采用敞开式全断面智能掘进装备施工长距离斜井，钻井法施工大断面立井，实现了智能化建井、建智能化矿井。今后一段时期，我国相当一部分新建矿井均位于山西、陕西、内蒙古交界处，煤层埋深超过400米，同处地质条件接近的鄂尔多斯盆地，可可盖煤矿的建井模式将为该地区矿井建设提供可复制模板。”中国工程院院士王国法评价道。
