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“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備”成功應(yīng)用破解14米“特厚”難題

2015-07-01來源：環(huán)球破碎機網(wǎng)

　　在煤炭開采領(lǐng)域，即使技術(shù)提速升級、設(shè)備更新?lián)Q代，14米厚度一直是一個難以逾越的標定高度！

　　然而，“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備”的應(yīng)用，使我國煤炭開采厚度達到近20米的高度，成功破解了全國特厚煤層高產(chǎn)、高效、高回收率、安全開采等技術(shù)難題，從而填補國內(nèi)特厚煤層開采的技術(shù)空白，也由此獲得了國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

　　說起采煤，大家都會想到煤炭工人們的日常行頭：頭頂探照燈，手拿鐵鍬，被簡陋“電梯”送入黑色礦井，日復(fù)一日。然而這一苦力時代，如今將永存歷史長河。

　　在煤炭開采領(lǐng)域，即使技術(shù)提速升級、設(shè)備更新?lián)Q代，14米厚度一直是一個難以逾越的標定高度！

　　該設(shè)備曾展出于第18屆科博會國際展覽中心1號館，在國家科學(xué)技術(shù)獎獲獎項目展區(qū)的四周墻壁上，紅色大展板上的“殊榮”時時吸引著觀眾駐足觀看。

　　據(jù)展臺工作人員向觀眾介紹，“這個是我國自主設(shè)計研發(fā)的一個設(shè)備，目前也是國際上最先進的采煤裝備。與其他采煤設(shè)備相比，其最大亮點在于突破14米的‘極限’厚度。”

　　“一難題”：安全生產(chǎn)困境

　　煤炭是世界上分布最廣闊的化石能資源，被人們譽為“黑色的金子”、工業(yè)的食糧。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，世界范圍內(nèi)對于煤炭的需求量不斷增加。

　　煤炭在我國一次能源結(jié)構(gòu)中占70%左右，一直是我國的主要能源，煤炭工業(yè)更是關(guān)系國家經(jīng)濟命脈和能源安全的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。

　　在我國現(xiàn)有的煤炭儲量中，厚煤層（厚度≥3.5米）在我國分布廣泛，儲量占45%，是我國主要的開采煤層，其中特厚煤層（厚度≥8米）儲量占厚煤層儲量的50%，尤其在山西、內(nèi)蒙古、新疆等地較為豐富。全國14米以上的特厚煤層總資源量達上萬億噸。“目前，全國大約有1/4的煤炭產(chǎn)能集中在特厚煤層。”中國煤炭科工集團董事長、黨委書記王金華說。

　　資源開采，技術(shù)是關(guān)鍵。王金華坦言，厚煤層開采技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷三個階段：第一階段是對7米以下厚煤層，采用綜采一次全高開采技術(shù)；第二階段是對7米至14米的厚煤層，采用普通綜放技術(shù)；第三階段是對14米以上厚煤層的開采。

　　然而，長期以來，14米以上特厚煤層的開采，面臨巷道支護、瓦斯治理、資源回收等諸多難題：

　　首先，在地下幾百米將特厚煤層一次采出，會形成特大的開采空間，巖層穩(wěn)定性難以控制；若把煤炭資源盡可能多地采出，并提高煤炭回收率，難度會很大。

　　放眼全球煤炭開采技術(shù)，厚度14米以下的煤層綜合機械化開采技術(shù)已基本成熟，但厚度14米以上煤層的安全、高效、高回收率機械化井工開采在國內(nèi)外尚無先例，沒有相應(yīng)的成套采煤裝備，不僅需要創(chuàng)新開發(fā)而且還要做到裝備性能的合理匹配。

　　此外，煤層比巖石的強度低很多，為了滿足通風(fēng)和大型設(shè)備運輸?shù)囊螅柘锏罃嗝娲螅蝗羰艿讲擅簭娏覕_動影響，巷道很容易發(fā)生大變形或冒頂；再加上高強度開采下，瓦斯和火災(zāi)亟須有效解決，一時又給特厚煤層的安全開采提出了更高的要求。

　　如何進行合理安全開采、采用哪種開采方法一時成為了整個煤炭行業(yè)的一大困惑。

　　為了沖破這道難題，中國煤炭科工集團、大同煤礦集團、中國礦業(yè)大學(xué)等15家科研院所和設(shè)備制造廠家攜手通力協(xié)作，從開采工藝、開采工作面裝備、輔助設(shè)備、巷道支護技術(shù)、安全保障技術(shù)、標準與規(guī)范等方面著手，從理論、控制技術(shù)到實際設(shè)計、標準、規(guī)范操作等入手，結(jié)合煤礦實際需求，共同承擔起“十一五”國家科技支撐計劃重大項目——特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備的研究。

　　據(jù)同煤集團技術(shù)中心負責人透露，初期曾考慮用分層放頂煤開采方式，但在現(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)受火成巖侵入影響，在煤層中上部布置巷道掘進和維護困難。同時，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸層數(shù)多且單層厚度大，下分層放頂煤開采時，在頂板壓力不大的情況下，頂煤放冒更加困難。

　　“四核心”：技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

　　經(jīng)過團隊重重攻關(guān)，在2012年成功研制出“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備”，使煤炭開采厚度突破14米“特厚”難題。這意味著，我國的采煤技術(shù)一舉走在了世界采煤行業(yè)的前列。

　　該項目首次研發(fā)出14米至20米特厚煤層的大采高綜放開采技術(shù)。創(chuàng)立特厚煤層大采高綜放開采三維放煤理論、圍巖控制理論體系，建立特厚煤層大采高綜放開采技術(shù)標準，解決了特厚煤層大采高綜放開采圍巖控制、厚頂煤高效與高回收率放出等關(guān)鍵難題，并且首次實現(xiàn)了特厚煤層千萬噸級工作面的安全高效開采。

　　與分層開采比較，該成果大幅提高了煤炭產(chǎn)量、開采效率與安全系數(shù)，節(jié)約了設(shè)備投資與工程投資，具有巨大的經(jīng)濟社會效益。大采高綜放技術(shù)是人型礦井實現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的重要途徑，是一條投資少、產(chǎn)最高、消耗低、效益高、適合我國國情的技術(shù)途徑，在這個領(lǐng)域我國處于世界領(lǐng)先地位。

　　“新的開采技術(shù)使用后，比較難采的特厚煤層實現(xiàn)了安全、高效開采，僅大同煤礦集團塔山礦一個工作面產(chǎn)量就達到1085萬噸。”王金華說，“這對于我國的能源供給和能源安全有著重要的意義。”

　　該團隊研發(fā)出世界上首套年產(chǎn)千萬噸特厚煤層大采高綜放開采成套裝備，即支撐高度5.2米的抗沖擊大采高綜放液壓支架、高可靠性采煤機、綜放工作面后部大功率刮板輸送機以及新型綜合配套設(shè)備；同時，首次成功研制出國產(chǎn)大功率刮板輸送機閥控液力耦合器，實現(xiàn)了千萬噸級綜放工作面裝備的全部國產(chǎn)化。

　　“設(shè)備必須在可靠性、適應(yīng)性、配套性各個方面滿足工藝要求。”項目組研究人員介紹說，“就拿液壓支架來說，支撐能力為12000千牛的液壓支架在實際應(yīng)用中都被壓垮了，后來經(jīng)過計算與反復(fù)試驗，我們選擇了支撐能力為15000千牛的液壓支架，才很好地適應(yīng)了井下的條件。”

　　當然，開采煤炭，如果沒有通道，汽車就無法進出。研究人員研制出特大斷面全煤巷道高強度錨桿錨索聯(lián)合支護技術(shù)及材料，揭示了特厚頂煤、特大斷面全煤巷道的變形特征，創(chuàng)立了全煤巷道預(yù)應(yīng)力錨桿支護理論，發(fā)明了錨桿液壓張拉器，同時解決了大采高綜放開采全煤巷道支護的技術(shù)難題。

　　“我們把通道建得很堅固，雖然看似成本投入有所增加，但是由于不需要維修，保證了整個支護體系處于良好的狀態(tài)，也省去了很多巷道修復(fù)工序，這樣工作面推進快了，工作效率也得到了提高。”王金華對此解釋道。

　　同時，大采高綜放工作面瓦斯防治與綜合防火安全保障技術(shù)的首次研發(fā)，揭示了特厚煤層大采高綜放工作面的瓦斯分布規(guī)律與瓦斯涌出的不均衡特征，從而解決了“低瓦斯賦存、高瓦斯涌出”的高強度綜放開采瓦斯治理難題；并且首次研制出的大流量井下移動式制氮裝置，解決了大采高綜放工作面的防火難題。

　　依托團隊的技術(shù)支持，2010年，該項目在同煤塔山煤礦8105工作面進行了工業(yè)性試驗并獲得成功，煤層平均厚度18.44米，工作面設(shè)備開機率平均92.1%，月產(chǎn)量平均90.76萬噸，最高月產(chǎn)103.5萬噸，回收率88.9%，每工平均工效364.5噸，年產(chǎn)量1084.9萬噸，實現(xiàn)了瓦斯零超限、無傷亡事故。

　　這是繼我國成功研制年產(chǎn)600萬噸綜采成套技術(shù)裝備之后，煤炭科技和裝備制造的又一大進步，標志著我國千萬噸礦井和千萬噸工作面成套技術(shù)裝備研發(fā)進入了工業(yè)性試驗和示范實施階段。

　　目前，該項目已獲得授權(quán)專利22項、實用新型專利61項，制定行業(yè)標準15項，出版專著6部，發(fā)表論文237篇，從開采技術(shù)到裝備均具有自主知識產(chǎn)權(quán)，達到了國際領(lǐng)先水平。

　　“多發(fā)展”：

　　領(lǐng)先世界，規(guī)劃新藍圖

　　“評獎時，科技部的一位老領(lǐng)導(dǎo)說，過去采煤只能采3米，現(xiàn)在能采20米；過去一個工作面產(chǎn)量是100多萬噸，現(xiàn)在是1085萬噸，而且用人少、效率高，這在國際上都是一個創(chuàng)新。”王金華表示。

　　借力新技術(shù)、新設(shè)備，大同塔山煤礦年產(chǎn)量1085萬噸，首次在全世界實現(xiàn)了井工煤礦14-20m特厚煤層安全、高效、高回收率的一次開采。

　　目前，這項技術(shù)在大同、平朔、神東、新疆等13個礦區(qū)的32個煤礦都已得到推廣應(yīng)用，并且效果顯著，其中同忻礦單井單面年產(chǎn)量已達到1287萬噸。近三年來新增產(chǎn)值達564億元，新增利稅221億元，節(jié)約設(shè)備投資6.5億元，節(jié)約工程投資12.96億元。

　　“特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”的應(yīng)用與推廣，不僅填補了我國國內(nèi)特厚煤層開采的技術(shù)空白，而且對解決世界特厚煤層的開采難題也起到了引領(lǐng)作用。據(jù)王金華介紹，“目前，這項技術(shù)已走出國門，正在澳大利亞、俄羅斯推廣。”

　　然而，煤炭工業(yè)雖然取得了長足進步，但發(fā)展過程中不協(xié)調(diào)、不平衡、不可持續(xù)的問題依然十分突出。

　　“十二五”期間，全國煤炭開發(fā)總體布局是“控制東部、穩(wěn)定中部、發(fā)展西部”。到2015年年末，西部煤炭產(chǎn)量將達到20.9億噸，占全國總產(chǎn)量的53%。這意味著煤炭生產(chǎn)重心將加速西移，西部將逐漸成為東部地區(qū)重要的煤炭資源輸出基地。

　　根據(jù)規(guī)劃，“十二五”期間煤炭產(chǎn)能新開工規(guī)模7.4億噸/年，其中西部地區(qū)新開工規(guī)模5.3億噸/年，占全國的71.7%。

　　“隨著我國煤炭開發(fā)重心逐漸向新疆等西部轉(zhuǎn)移，這一技術(shù)成果的應(yīng)用前景將更為廣闊。”王金華說。

　　國家“十二五”規(guī)劃指出：要大力推廣年產(chǎn)600萬噸采煤工作面、年產(chǎn)400萬噸選煤系統(tǒng)等成套技術(shù)與裝備，提高煤礦裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動化、管理信息化水平；推進煤礦重大裝備國產(chǎn)化，重點開展年產(chǎn)千萬噸級綜采成套裝備、薄煤層機械化開采裝備、短壁綜采裝備、煤巷快速掘進與支護成套裝備、礦井新型輔助運輸裝備、礦井信息網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)、關(guān)鍵元部件的研制及示范應(yīng)用以及大型現(xiàn)代化露天煤礦半連續(xù)工藝關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化研制，從而進一步完善以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的煤炭科技創(chuàng)新體系。

文關(guān)鍵詞：