同煤破解世界性煤炭开采难题

　　特厚煤层、特大开采空间采场围岩如何控制？特厚顶煤、大断面、强采动致使剧烈变形的巷道如何支护？特大采空区不均衡涌出的瓦斯怎样治理？采用什么样的液压支架及配套装备，采取怎样的工艺才能提高资源回收率、实现安全高效开采？长期以来，14米以上特厚煤层开采技术一直是我国煤炭开采中一道难以破解的难题。

　　特厚煤层开采为世界性技术难题

　　据了解，“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目实施矿井为塔山矿，是同煤集团开采的第一个石炭系矿井，井田面积170.91km2，地质储量50.7亿吨，可采储量30.7亿吨。

　　同煤集团是全国最大的动力煤基地，为双系煤田，上部为侏罗系煤层，下部为石炭系煤层，随着长时间的开采，优质的侏罗系煤层储量逐步减少，开采阵地逐渐向石炭纪煤系转移。而大同矿区石炭二叠纪煤层储量丰富，煤层厚度大、结构复杂，平均煤层在18米左右，最大厚度20米的特厚煤层。如何合理开采，采用哪种开采方法是困扰同煤的一大难题。

　　据同煤集团技术中心负责人透露，初期曾考虑用分层放顶煤开采方式，但在现场施工中发现受火成岩侵入影响，在煤层中上部布置巷道掘进和维护困难。另外，煤层结构复杂，夹矸层数多且单层厚度大，下分层放顶煤开采时，在顶板压力不大的情况下，顶煤放冒更加困难，因此只能选择一次放顶煤开采技术。而综放开采当时最大机采高度不超过3.5米，按采放比1:3要求，开采厚度不大于14米。

　　面对最大厚度20米的特厚煤层，为了确定采煤方法，2004年8月，由18位煤炭行业的专家学者组成的专家委员会，对塔山矿综放开采技术进行论证。专家委员会认为一次放顶煤综采是首选的开采方法。但按照当时的煤炭开采技术水平，要实现塔山矿年产1500万t/a的生产能力，需布置三个工作面才能保证矿井产量的完成。

　　塔山特厚煤层如何开采的问题，引起了中国煤炭工业协会、中煤科工集团、中国矿业大学等全行业的领导和专家的高度重视。而且，全国14米以上特厚煤层储量也很丰富，总资源量上万亿吨，但安全、高效、高回收率机械化井工开采在国内外尚无先例。该类煤层的开采理论、技术、装备及安全保障等问题也是世界性技术难题。为此，以大同塔山煤矿为试验矿井，开展14—20米特厚煤层开采关键技术及装备自主研发，实现国产装备年产千万吨的重大突破。为此，同煤集团联合中煤科工集团、中煤公司和山西平阳机械厂等15家科研院所和设备制造厂家共同承担起“十一五”国家科技支撑计划重大项目——特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备的研究，这也是煤炭系统建国以来承担的最大科研项目。

　　2010年，在国家科技部、中国煤炭工业协会等单位和部门的大力支持下，坚持自主创新，克服了许多技术难题，特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备项目在同煤塔山煤矿8105工作面进行了工业性试验并获得成功，煤层平均厚度18.44米，工作面设备开机率平均92.1%，月产量平均90.76万吨，最高月产103.5万吨，回收率88.9%，每工平均工效364.5吨，年产量1084.9万吨，实现了瓦斯零超限、无伤亡事故，这是继我国成功研制年产600万吨综采成套技术装备之后，煤炭科技和装备制造的又一大进步，标志着我国千万吨矿井和千万吨工作面成套技术装备研发进入了工业性试验和示范实施阶段。

　　随后，该项技术成果已推广到同煤其他千万吨矿井及平朔、神东、新疆等13个矿区的32个煤矿。其中同忻矿单井单面年产量达到1287万吨。与分层开采比较，2011年-2013年，共新增原煤产量8029.9万吨，新增产值251亿元，新增利税70亿元，节约设备投资6.5亿元，节约工程投资12.96亿元。

　　四方面核心助力煤炭科技应用

　　项目研发过程中，共获得授权专利22项、实用新型专利61项，制定行业标准15项，出版专著6部，发表237篇，从开采到技术装备均具有自主知识产权，达到国际领先水平。据同煤集团技术中心负责人透露，该项目已申报2014年国家科技进步奖并获公示，有望获得国家科技进步 一等奖殊荣。

　　据同煤集团技术中心负责人透露，“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目取得诸多创新成果，主要为四方面核心内容：

　　一是首次开发了14-20m 特厚煤层大采高综放开采技术。创立了特厚煤层大采高综放开采三维放煤理论、围岩控制理论体系，建立了特厚煤层大采高综放开采技术标准，解决了特厚煤层大采高综放开采围岩控制、厚顶煤高效与高回收率放出等关键难题，首次实现特厚煤层工作面年产千万吨的安全高效开采。

　　二是开发了世界首套年产千万吨特厚煤层大采高综放开采成套装备。研制成功支撑高度5.2m 抗冲击大采高综放液压支架、高可靠性采煤机、综放工作面后部大功率刮板输送机及新型综合配套设备，首次研制成功国产大功率刮板输送机阀控液力偶合器，解决了特厚煤层大采高综放开采装备的技术难题，实现了千万吨综放工作面装备的全国产化。

　　三是首次开发了特大断面全煤巷道高强度锚杆锚索联合支护技术及材料。揭示出特厚顶煤、特大断面全煤巷道变形特征，建立了全煤巷道预应力锚杆支护理论，开发了高强度、高延伸率锚杆专用材料，发明了锚杆液压张拉器，解决了大采高综放开采全煤巷道支护技术难题，保障了巷道安全与工作面快速推进。

　　四是开发出大采高综放工作面瓦斯防治与综合防火安全保障技术。首次揭示出特厚煤层大采高综放工作面瓦斯分布规律与瓦斯涌出不均衡特征，采用顶板抽放等综合技术，解决了“低瓦斯赋存、高瓦斯涌出”高强度综放开采瓦斯治理难题；首次研发出大流量井下移动式制氮装置，解决了千万吨大采高综放工作面防火难题，保障了安全开采。

　　“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”的成功推广应用，有效解决了全国特厚煤层高产、高效、高回收率、安全开采等技术难题，填补了国内特厚煤层开采的技术空白，使全国综合机械化放顶煤开采技术实现一个质的飞跃，为振兴装备制造业，推动煤炭工业健康、可持续发展起到积极的作用。