从流态化开采技术到流态化运输方案

时间:2017-05-31作者:东华重工管理员来源:

    今年2月19日,“煤炭资源流态化开采与煤炭技术革命”研讨会在北京召开,业内的两院院士、知名专家、各大煤企老总齐聚一堂,共同研讨“流态化开采”技术。

    谢和平院士作了《深地煤炭资源流态化开采理论与技术构想》的报告,阐述了流态化开采的定义、目标和三个阶段;流态化开采就是将深部固态矿产资源原位转化为气态、液态或气固液混态物质,在井下实现无人化、智能化的采选充、热电气等一体化开采与转化的流态化开采技术体系。

    流态化开采的目标是实现对深地固态资源采、选、冶、充、电、气的原位、实时和一体化开发,颠覆传统的固态资源开发的开采模式、运输模式和利用模式;开辟新的采矿工业模式,引领矿产资源开采技术革命,实现深地矿产资源清洁高效-生态友好开发,开拓经济增长新空间;实现固态矿产资源开采深度上的突破,为我国资源总量翻一番提供技术支撑。

    深地原位流态化开采的3.0、4.0、5.0 三个阶段,即:煤炭工业3.0(2015—2025 年)流态化开采的新原理与新理论研究,煤炭工业4.0(2025—2035 年)流态化开采关键技术研发与深部原位实现,煤炭工业5.0(2035—2050 年)流态化开采技术集成与深地原位实施。

    我国1000m 以深的煤炭资源量占已探明煤炭资源总量的53% ,而煤炭开采深度以每年10~25m 的速度延伸;目前全国煤矿千米深井约47座,平均采深1086m。中国金属和有色金属矿山将全面进入1000 ~2000m深度开采阶段,目前全国金属矿千米深井约32座。未来10 到15 年,铁矿资源的50%、有色金属矿资源的33%、煤炭资源的53%将进入1000m 以下开采。

    深部煤炭资源流态化开采构想包括以下主要技术流程:

    ① 无人采掘。以深地无人智能盾构作业(TBM)破割煤岩体,通过传送设施将矿物块粒传送至分选模块;

    ② 智能分选。通过重力分选,将煤炭与矸石进行分离,并将矸石回填至采空区;

    ③ 原位转化。在深部原位实现煤炭资源的液化、气化、电化、生物化等系统流态化;

    ④ 充填调控。转化后的矿渣进行混合加工,形成充填材料回填采空区,用以控制岩层运动与地表沉陷,实现安全、绿色开采;

    ⑤ 高效传输与智能调蓄。深部煤炭资源通过原位转化,以流态化形式高效智能传输至地表,并结合深地热能利用,使传统概念的煤炭企业成为电力传输和清洁能源的调蓄基地。

    深部原位采选充电气热一体流态化开采技术由盾构式采掘舱、破碎选煤舱和流态转化反应舱3 个主体部分构成,如下图所示,将固体资源转变为液态、气态和电能进行开发,实现地下煤炭无人智能开采和就地能量转化,主要综合了盾构掘进、煤矸分选、煤粉爆燃发电等创新性技术,是一种颠覆性开采技术集成,国内外尚未开展相关研究。

    盾构式采掘舱负责无人智能掘进与传送,利用采掘舱前置大深度多场源精准探测装置,将地理全信息(构造、水、资源分布等)一体化动态显示在虚拟监测平台上,启动基于多元信息综合决策的地质灾害自主避险系统,完成采掘舱实时控制。利用多维、多尺度深地空间分布式导航原型系统,建立深地空间独立的高精度定位体系,实现采掘舱的资源精准开采。

    破碎选煤舱在井下破碎分选出精煤粉,而流态转化反应舱进行等离子引爆,构成模块发电机组,同时也可利用深地原位(地热、水力)小型发电厂将煤炭进行地下燃烧和气化,获得电力资源和可利用气体资源,并高效智能传输至地表,实现固态资源的流态转换,使传统开采的输煤变为输电、输热、输气。转化后的矿渣进行混合加工,形成充填材料回填采空区,用以控制岩层运动与地表沉陷,实现安全、绿色开采。

    看了上面的介绍,大家是不是有点热血沸腾,畅想一下未来,将来地面没有煤炭发电厂了,也没有矸石山了,全在井下了,如果这种技术实现了,前景美好啊!

    我们可以对比一下盾构式采选一体化开采系统示意图。通过对比不难发现,这是一个庞大的系统工程,已经超出了煤炭开采的技术范畴,还需要电力行业等的技术支持,属于跨行业融合的综合性技术,属于国家级技术攻关工程。

    好了,流态化开采技术咱就介绍到这里,说点离我们近的,不那么高大上的。 前几天介绍硬岩开采技术的时候,有个久益的硬岩开采视频,有人问我矿石怎么就到了皮带上了呢?

    设备上也就这根管子,没其它东西了呀?我们看整个系统布置的图片:

    后面还落到皮带上运输,因此矿石一定还是固体,所以老王猜测可能用的是真空泵送系统,输送泵就在皮带头位置的设备里。大家不妨再回顾一下原来的视频。

    老王可以“旁证”一下,这个很可能就是真空泵送系统。因为这套系统用在南非开采镍矿,同时试用的还有另一套开采系统,请看视频:

    这套设备使用的是真空泵送系统,截割头处设有三个真空吸管,见下图:

    真空吸管试验了几个安装位置,测试清理矿石的效果,见下图。

    上面的真空泵送方式也算一种流态输送技术吧,但没有液体,也没水啊?好吧,咱再来个加水的构思,见下图。

    这是一个来自NASA JPL实验室1984年的方案,他的思路是采用类似采煤机的设备割煤,煤块落在装料斜台上,然后通过扒爪把煤块扒到螺杆破碎机上。同时还有两趟管路,一趟是进水管,一趟是运煤浆的管路,水管的水一小部分用于割煤机喷雾,另一大部分用于将螺杆破碎机坡碎的煤粉变成煤浆。整个工作面的支护仍然是液压支架,通过激光实现采煤机割直煤壁,是一个自动化采煤方案。这两篇文章的题目分别为:《Automatic Coal-Mining System》,《Bidirectional, Automatic Coal-Mining Machine》,作者均为Earl R. Collins,来自加州理工学院的喷气推进实验室,两篇文章均可通过NASA的NTRS文件检索系统检索和免费下载,网址:https://ntrs.nasa.gov(摘自老王说煤机)

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