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　　特厚煤層、特大開(kāi)采空間采場(chǎng)圍巖如何控制？特厚頂煤、大斷面、強(qiáng)采動(dòng)致使劇烈變形的巷道如何支護(hù)？特大采空區(qū)不均衡涌出的瓦斯怎樣治理？采用什么樣的液壓支架及配套裝備，采取怎樣的工藝才能提高資源回收率、實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采？長(zhǎng)期以來(lái)，14米以上特厚煤層開(kāi)采技術(shù)一直是我國(guó)煤炭開(kāi)采中一道難以破解的難題。

　　特厚煤層開(kāi)采為世界性技術(shù)難題

　　據(jù)了解，“特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”項(xiàng)目實(shí)施礦井為塔山礦，是同煤集團(tuán)開(kāi)采的第一個(gè)石炭系礦井，井田面積170.91km2，地質(zhì)儲(chǔ)量50.7億噸，可采儲(chǔ)量30.7億噸。

　　同煤集團(tuán)是全國(guó)最大的動(dòng)力煤基地，為雙系煤田，上部為侏羅系煤層，下部為石炭系煤層，隨著長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)采，優(yōu)質(zhì)的侏羅系煤層儲(chǔ)量逐步減少，開(kāi)采陣地逐漸向石炭紀(jì)煤系轉(zhuǎn)移。而大同礦區(qū)石炭二疊紀(jì)煤層儲(chǔ)量豐富，煤層厚度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均煤層在18米左右，最大厚度20米的特厚煤層。如何合理開(kāi)采，采用哪種開(kāi)采方法是困擾同煤的一大難題。

　　據(jù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人透露，初期曾考慮用分層放頂煤開(kāi)采方式，但在現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)和維護(hù)困難。另外，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(kāi)采時(shí)，在頂板壓力不大的情況下，頂煤放冒更加困難，因此只能選擇一次放頂煤開(kāi)采技術(shù)。而綜放開(kāi)采當(dāng)時(shí)最大機(jī)采高度不超過(guò)3.5米，按采放比1:3要求，開(kāi)采厚度不大于14米。

　　面對(duì)最大厚度20米的特厚煤層，為了確定采煤方法，2004年8月，由18位煤炭行業(yè)的專家學(xué)者組成的專家委員會(huì)，對(duì)塔山礦綜放開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行論證。專家委員會(huì)認(rèn)為一次放頂煤綜采是首選的開(kāi)采方法。但按照當(dāng)時(shí)的煤炭開(kāi)采技術(shù)水平，要實(shí)現(xiàn)塔山礦年產(chǎn)1500萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力，需布置三個(gè)工作面才能保證礦井產(chǎn)量的完成。

　　塔山特厚煤層如何開(kāi)采的問(wèn)題，引起了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)、中煤科工集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等全行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度重視。而且，全國(guó)14米以上特厚煤層儲(chǔ)量也很豐富，總資源量上萬(wàn)億噸，但安全、高效、高回收率機(jī)械化井工開(kāi)采在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例。該類煤層的開(kāi)采理論、技術(shù)、裝備及安全保障等問(wèn)題也是世界性技術(shù)難題。為此，以大同塔山煤礦為試驗(yàn)礦井，開(kāi)展14—20米特厚煤層開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)及裝備自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)裝備年產(chǎn)千萬(wàn)噸的重大突破。為此，同煤集團(tuán)聯(lián)合中煤科工集團(tuán)、中煤公司和山西平陽(yáng)機(jī)械廠等15家科研院所和設(shè)備制造廠家共同承擔(dān)起“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目——特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備的研究，這也是煤炭系統(tǒng)建國(guó)以來(lái)承擔(dān)的最大科研項(xiàng)目。

　　2010年，在國(guó)家科技部、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)等單位和部門的大力支持下，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，克服了許多技術(shù)難題，特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備項(xiàng)目在同煤塔山煤礦8105工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)并獲得成功，煤層平均厚度18.44米，工作面設(shè)備開(kāi)機(jī)率平均92.1%，月產(chǎn)量平均90.76萬(wàn)噸，最高月產(chǎn)103.5萬(wàn)噸，回收率88.9%，每工平均工效364.5噸，年產(chǎn)量1084.9萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了瓦斯零超限、無(wú)傷亡事故，這是繼我國(guó)成功研制年產(chǎn)600萬(wàn)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(jìn)步，標(biāo)志著我國(guó)千萬(wàn)噸礦井和千萬(wàn)噸工作面成套技術(shù)裝備研發(fā)進(jìn)入了工業(yè)性試驗(yàn)和示范實(shí)施階段。

　　隨后，該項(xiàng)技術(shù)成果已推廣到同煤其他千萬(wàn)噸礦井及平朔、神東、新疆等13個(gè)礦區(qū)的32個(gè)煤礦。其中同忻礦單井單面年產(chǎn)量達(dá)到1287萬(wàn)噸。與分層開(kāi)采比較，2011年-2013年，共新增原煤產(chǎn)量8029.9萬(wàn)噸，新增產(chǎn)值251億元，新增利稅70億元，節(jié)約設(shè)備投資6.5億元，節(jié)約工程投資12.96億元。

　　四方面核心助力煤炭科技應(yīng)用

　　項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中，共獲得授權(quán)專利22項(xiàng)、實(shí)用新型專利61項(xiàng)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)，出版專著6部，發(fā)表237篇，從開(kāi)采到技術(shù)裝備均具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。據(jù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人透露，該項(xiàng)目已申報(bào)2014年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)并獲公示，有望獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)殊榮。

　　據(jù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人透露，“特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”項(xiàng)目取得諸多創(chuàng)新成果，主要為四方面核心內(nèi)容：

　　一是首次開(kāi)發(fā)了14-20m 特厚煤層大采高綜放開(kāi)采技術(shù)。創(chuàng)立了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采三維放煤理論、圍巖控制理論體系，建立了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采圍巖控制、厚頂煤高效與高回收率放出等關(guān)鍵難題，首次實(shí)現(xiàn)特厚煤層工作面年產(chǎn)千萬(wàn)噸的安全高效開(kāi)采。

　　二是開(kāi)發(fā)了世界首套年產(chǎn)千萬(wàn)噸特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套裝備。研制成功支撐高度5.2m 抗沖擊大采高綜放液壓支架、高可靠性采煤機(jī)、綜放工作面后部大功率刮板輸送機(jī)及新型綜合配套設(shè)備，首次研制成功國(guó)產(chǎn)大功率刮板輸送機(jī)閥控液力偶合器，解決了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采裝備的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了千萬(wàn)噸綜放工作面裝備的全國(guó)產(chǎn)化。

　　三是首次開(kāi)發(fā)了特大斷面全煤巷道高強(qiáng)度錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及材料。揭示出特厚頂煤、特大斷面全煤巷道變形特征，建立了全煤巷道預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論，開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度、高延伸率錨桿專用材料，發(fā)明了錨桿液壓張拉器，解決了大采高綜放開(kāi)采全煤巷道支護(hù)技術(shù)難題，保障了巷道安全與工作面快速推進(jìn)。

　　四是開(kāi)發(fā)出大采高綜放工作面瓦斯防治與綜合防火安全保障技術(shù)。首次揭示出特厚煤層大采高綜放工作面瓦斯分布規(guī)律與瓦斯涌出不均衡特征，采用頂板抽放等綜合技術(shù)，解決了“低瓦斯賦存、高瓦斯涌出”高強(qiáng)度綜放開(kāi)采瓦斯治理難題；首次研發(fā)出大流量井下移動(dòng)式制氮裝置，解決了千萬(wàn)噸大采高綜放工作面防火難題，保障了安全開(kāi)采。

　　“特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”的成功推廣應(yīng)用，有效解決了全國(guó)特厚煤層高產(chǎn)、高效、高回收率、安全開(kāi)采等技術(shù)難題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)特厚煤層開(kāi)采的技術(shù)空白，使全國(guó)綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)質(zhì)的飛躍，為振興裝備制造業(yè)，推動(dòng)煤炭工業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展起到積極的作用。