從流態化開采技術到流態化運輸方案

時間:2017-05-31作者:東華重工管理員來源:

????今年2月19日,“煤炭資源流態化開采與煤炭技術革命”研討會在北京召開,業內的兩院院士、知名專家、各大煤企老總齊聚一堂,共同研討“流態化開采”技術。

????謝和平院士作了《深地煤炭資源流態化開采理論與技術構想》的報告,闡述了流態化開采的定義、目標和三個階段;流態化開采就是將深部固態礦產資源原位轉化為氣態、液態或氣固液混態物質,在井下實現無人化、智能化的采選充、熱電氣等一體化開采與轉化的流態化開采技術體系。

????流態化開采的目標是實現對深地固態資源采、選、冶、充、電、氣的原位、實時和一體化開發,顛覆傳統的固態資源開發的開采模式、運輸模式和利用模式;開辟新的采礦工業模式,引領礦產資源開采技術革命,實現深地礦產資源清潔高效-生態友好開發,開拓經濟增長新空間;實現固態礦產資源開采深度上的突破,為我國資源總量翻一番提供技術支撐。

????深地原位流態化開采的3.0、4.0、5.0 三個階段,即:煤炭工業3.0(2015—2025 年)流態化開采的新原理與新理論研究,煤炭工業4.0(2025—2035 年)流態化開采關鍵技術研發與深部原位實現,煤炭工業5.0(2035—2050 年)流態化開采技術集成與深地原位實施。

????我國1000m 以深的煤炭資源量占已探明煤炭資源總量的53% ,而煤炭開采深度以每年10~25m 的速度延伸;目前全國煤礦千米深井約47座,平均采深1086m。中國金屬和有色金屬礦山將全面進入1000 ~2000m深度開采階段,目前全國金屬礦千米深井約32座。未來10 到15 年,鐵礦資源的50%、有色金屬礦資源的33%、煤炭資源的53%將進入1000m 以下開采。

????深部煤炭資源流態化開采構想包括以下主要技術流程:

????① 無人采掘。以深地無人智能盾構作業(TBM)破割煤巖體,通過傳送設施將礦物塊粒傳送至分選模塊;

????② 智能分選。通過重力分選,將煤炭與矸石進行分離,并將矸石回填至采空區;

????③ 原位轉化。在深部原位實現煤炭資源的液化、氣化、電化、生物化等系統流態化;

????④ 充填調控。轉化后的礦渣進行混合加工,形成充填材料回填采空區,用以控制巖層運動與地表沉陷,實現安全、綠色開采;

????⑤ 高效傳輸與智能調蓄。深部煤炭資源通過原位轉化,以流態化形式高效智能傳輸至地表,并結合深地熱能利用,使傳統概念的煤炭企業成為電力傳輸和清潔能源的調蓄基地。

????深部原位采選充電氣熱一體流態化開采技術由盾構式采掘艙、破碎選煤艙和流態轉化反應艙3 個主體部分構成,如下圖所示,將固體資源轉變為液態、氣態和電能進行開發,實現地下煤炭無人智能開采和就地能量轉化,主要綜合了盾構掘進、煤矸分選、煤粉爆燃發電等創新性技術,是一種顛覆性開采技術集成,國內外尚未開展相關研究。

????盾構式采掘艙負責無人智能掘進與傳送,利用采掘艙前置大深度多場源精準探測裝置,將地理全信息(構造、水、資源分布等)一體化動態顯示在虛擬監測平臺上,啟動基于多元信息綜合決策的地質災害自主避險系統,完成采掘艙實時控制。利用多維、多尺度深地空間分布式導航原型系統,建立深地空間獨立的高精度定位體系,實現采掘艙的資源精準開采。

????破碎選煤艙在井下破碎分選出精煤粉,而流態轉化反應艙進行等離子引爆,構成模塊發電機組,同時也可利用深地原位(地熱、水力)小型發電廠將煤炭進行地下燃燒和氣化,獲得電力資源和可利用氣體資源,并高效智能傳輸至地表,實現固態資源的流態轉換,使傳統開采的輸煤變為輸電、輸熱、輸氣。轉化后的礦渣進行混合加工,形成充填材料回填采空區,用以控制巖層運動與地表沉陷,實現安全、綠色開采。

????看了上面的介紹,大家是不是有點熱血沸騰,暢想一下未來,將來地面沒有煤炭發電廠了,也沒有矸石山了,全在井下了,如果這種技術實現了,前景美好啊!

????我們可以對比一下盾構式采選一體化開采系統示意圖。通過對比不難發現,這是一個龐大的系統工程,已經超出了煤炭開采的技術范疇,還需要電力行業等的技術支持,屬于跨行業融合的綜合性技術,屬于國家級技術攻關工程。

????好了,流態化開采技術咱就介紹到這里,說點離我們近的,不那么高大上的。 前幾天介紹硬巖開采技術的時候,有個久益的硬巖開采視頻,有人問我礦石怎么就到了皮帶上了呢?

????設備上也就這根管子,沒其它東西了呀?我們看整個系統布置的圖片:

????后面還落到皮帶上運輸,因此礦石一定還是固體,所以老王猜測可能用的是真空泵送系統,輸送泵就在皮帶頭位置的設備里。大家不妨再回顧一下原來的視頻。

????老王可以“旁證”一下,這個很可能就是真空泵送系統。因為這套系統用在南非開采鎳礦,同時試用的還有另一套開采系統,請看視頻:

????這套設備使用的是真空泵送系統,截割頭處設有三個真空吸管,見下圖:

????真空吸管試驗了幾個安裝位置,測試清理礦石的效果,見下圖。

????上面的真空泵送方式也算一種流態輸送技術吧,但沒有液體,也沒水啊?好吧,咱再來個加水的構思,見下圖。

????這是一個來自NASA JPL實驗室1984年的方案,他的思路是采用類似采煤機的設備割煤,煤塊落在裝料斜臺上,然后通過扒爪把煤塊扒到螺桿破碎機上。同時還有兩趟管路,一趟是進水管,一趟是運煤漿的管路,水管的水一小部分用于割煤機噴霧,另一大部分用于將螺桿破碎機坡碎的煤粉變成煤漿。整個工作面的支護仍然是液壓支架,通過激光實現采煤機割直煤壁,是一個自動化采煤方案。這兩篇文章的題目分別為:《Automatic Coal-Mining System》,《Bidirectional, Automatic Coal-Mining Machine》,作者均為Earl R. Collins,來自加州理工學院的噴氣推進實驗室,兩篇文章均可通過NASA的NTRS文件檢索系統檢索和免費下載,網址:https://ntrs.nasa.gov(摘自老王說煤機)

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