在煤炭開採領域，即使技術提速升級、設備更新換代，14米厚度一直是一個難以逾越的標定高度！

　　然而，“特厚煤層大採高綜放開採成套技術與裝備”的應用，使我國煤炭開採厚度達到近20米的高度，成功破解了全國特厚煤層高產、高效、高回收率、安全開採等技術難題，從而填補國內特厚煤層開採的技術空白，也由此獲得了國家科學技術進步獎一等獎。

　　說起採煤，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，日復一日。然而這一苦力時代，如今將永存歷史長河。

　　在煤炭開採領域，即使技術提速升級、設備更新換代，14米厚度一直是一個難以逾越的標定高度！

　　然而，“特厚煤層大採高綜放開採成套技術與裝備”的應用，使我國煤炭開採厚度達到近20米的高度，成功破解了全國特厚煤層高產、高效、高回收率、安全開採等技術難題，從而填補國內特厚煤層開採的技術空白，也由此獲得了國家科學技術進步獎一等獎。

　　該設備曾展出於第18屆科博會國際展覽中心1號館，在國家科學技術獎獲獎項目展區的四周牆壁上，紅色大展板上的“殊榮”時時吸引著觀眾駐足觀看。

　　據展台工作人員向觀眾介紹，“這個是我國自主設計研發的一個設備，目前也是國際上最先進的採煤裝備。與其他採煤設備相比，其最大亮點在於突破14米的‘極限’厚度。”

　　“一難題”：安全生產困境

　　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”、工業的食糧。隨著經濟的不斷發展，世界范圍內對於煤炭的需求量不斷增加。

　　煤炭在我國一次能源結構中佔70%左右，一直是我國的主要能源，煤炭工業更是關系國家經濟命脈和能源安全的重要基礎產業。

　　在我國現有的煤炭儲量中，厚煤層（厚度≧3.5米）在我國分布廣泛，儲量佔45%，是我國主要的開採煤層，其中特厚煤層（厚度≧8米）儲量佔厚煤層儲量的50%，尤其在山西、內蒙古、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。

　　資源開採，技術是關鍵。王金華坦言，厚煤層開採技術的發展主要經歷三個階段：第一階段是對7米以下厚煤層，採用綜採一次全高開採技術﹔第二階段是對7米至14米的厚煤層，採用普通綜放技術﹔第三階段是對14米以上厚煤層的開採。

　　然而，長期以來，14米以上特厚煤層的開採，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採出，會形成特大的開採空間，岩層穩定性難以控制﹔若把煤炭資源盡可能多地採出，並提高煤炭回收率，難度會很大。

　　放眼全球煤炭開採技術，厚度14米以下的煤層綜合機械化開採技術已基本成熟，但厚度14米以上煤層的安全、高效、高回收率機械化井工開採在國內外尚無先例，沒有相應的成套採煤裝備，不僅需要創新開發而且還要做到裝備性能的合理匹配。

　　此外，煤層比岩石的強度低很多，為了滿足通風和大型設備運輸的要求，所需巷道斷面大﹔若受到採煤強烈擾動影響，巷道很容易發生大變形或冒頂﹔再加上高強度開採下，瓦斯和火災亟須有效解決，一時又給特厚煤層的安全開採提出了更高的要求。

　　如何進行合理安全開採、採用哪種開採方法一時成為了整個煤炭行業的一大困惑。

　　為了沖破這道難題，中國煤炭科工集團、大同煤礦集團、中國礦業大學等15家科研院所和設備制造廠家攜手通力協作，從開採工藝、開採工作面裝備、輔助設備、巷道支護技術、安全保障技術、標准與規范等方面著手，從理論、控制技術到實際設計、標准、規范操作等入手，結合煤礦實際需求，共同承擔起“十一五”國家科技支撐計劃重大項目——特厚煤層大採高綜放開採成套技術與裝備的研究。

　　據同煤集團技術中心負責人透露，初期曾考慮用分層放頂煤開採方式，但在現場施工中發現受火成岩侵入影響，在煤層中上部布置巷道掘進和維護困難。同時，煤層結構復雜，夾矸層數多且單層厚度大，下分層放頂煤開採時，在頂板壓力不大的情況下，頂煤放冒更加困難。

　　“四核心”：技術創新應用

　　經過團隊重重攻關，在2012年成功研制出“特厚煤層大採高綜放開採成套技術與裝備”，使煤炭開採厚度突破14米“特厚”難題。這意味著，我國的採煤技術一舉走在了世界採煤行業的前列。

　　該項目首次研發出14米至20米特厚煤層的大採高綜放開採技術。創立特厚煤層大採高綜放開採三維放煤理論、圍岩控制理論體系，建立特厚煤層大採高綜放開採技術標准，解決了特厚煤層大採高綜放開採圍岩控制、厚頂煤高效與高回收率放出等關鍵難題，並且首次實現了特厚煤層千萬噸級工作面的安全高效開採。

　　與分層開採比較，該成果大幅提高了煤炭產量、開採效率與安全系數，節約了設備投資與工程投資，具有巨大的經濟社會效益。大採高綜放技術是人型礦井實現高效、安全生產的重要途徑，是一條投資少、產最高、消耗低、效益高、適合我國國情的技術途徑，在這個領域我國處於世界領先地位。

　　“新的開採技術使用后，比較難採的特厚煤層實現了安全、高效開採，僅大同煤礦集團塔山礦一個工作面產量就達到1085萬噸。”王金華說，“這對於我國的能源供給和能源安全有著重要的意義。”

　　該團隊研發出世界上首套年產千萬噸特厚煤層大採高綜放開採成套裝備，即支撐高度5.2米的抗沖擊大採高綜放液壓支架、高可靠性採煤機、綜放工作面后部大功率刮板輸送機以及新型綜合配套設備﹔同時，首次成功研制出國產大功率刮板輸送機閥控液力耦合器，實現了千萬噸級綜放工作面裝備的全部國產化。

　　“設備必須在可靠性、適應性、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用中都被壓垮了，后來經過計算與反復試驗，我們選擇了支撐能力為15000千牛的液壓支架，才很好地適應了井下的條件。”

　　當然，開採煤炭，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杆錨索聯合支護技術及材料，揭示了特厚頂煤、特大斷面全煤巷道的變形特征，創立了全煤巷道預應力錨杆支護理論，發明了錨杆液壓張拉器，同時解決了大採高綜放開採全煤巷道支護的技術難題。

　　“我們把通道建得很堅固，雖然看似成本投入有所增加，但是由於不需要維修，保証了整個支護體系處於良好的狀態，也省去了很多巷道修復工序，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，大採高綜放工作面瓦斯防治與綜合防火安全保障技術的首次研發，揭示了特厚煤層大採高綜放工作面的瓦斯分布規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”的高強度綜放開採瓦斯治理難題﹔並且首次研制出的大流量井下移動式制氮裝置，解決了大採高綜放工作面的防火難題。

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

　　這是繼我國成功研制年產600萬噸綜採成套技術裝備之后，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裝備研發進入了工業性試驗和示范實施階段。

　　目前，該項目已獲得授權專利22項、實用新型專利61項，制定行業標准15項，出版專著6部，發表論文237篇，從開採技術到裝備均具有自主知識產權，達到了國際領先水平。

　　“多發展”：

　　領先世界，規劃新藍圖

　　“評獎時，科技部的一位老領導說，過去採煤隻能採3米，現在能採20米﹔過去一個工作面產量是100多萬噸，現在是1085萬噸，而且用人少、效率高，這在國際上都是一個創新。”王金華表示。

　　借力新技術、新設備，大同塔山煤礦年產量1085萬噸，首次在全世界實現了井工煤礦14-20m特厚煤層安全、高效、高回收率的一次開採。

　　目前，這項技術在大同、平朔、神東、新疆等13個礦區的32個煤礦都已得到推廣應用，並且效果顯著，其中同忻礦單井單面年產量已達到1287萬噸。近三年來新增產值達564億元，新增利稅221億元，節約設備投資6.5億元，節約工程投資12.96億元。

　　“特厚煤層大採高綜放開採成套技術與裝備研發”的應用與推廣，不僅填補了我國國內特厚煤層開採的技術空白，而且對解決世界特厚煤層的開採難題也起到了引領作用。據王金華介紹，“目前，這項技術已走出國門，正在澳大利亞、俄羅斯推廣。”

　　然而，煤炭工業雖然取得了長足進步，但發展過程中不協調、不平衡、不可持續的問題依然十分突出。

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

　　根據規劃，“十二五”期間煤炭產能新開工規模7.4億噸/年，其中西部地區新開工規模5.3億噸/年，佔全國的71.7%。

　　“隨著我國煤炭開發重心逐漸向新疆等西部轉移，這一技術成果的應用前景將更為廣闊。”王金華說。

　　國家“十二五”規劃指出：要大力推廣年產600萬噸採煤工作面、年產400萬噸選煤系統等成套技術與裝備，提高煤礦裝備現代化、系統自動化、管理信息化水平﹔推進煤礦重大裝備國產化，重點開展年產千萬噸級綜採成套裝備、薄煤層機械化開採裝備、短壁綜採裝備、煤巷快速掘進與支護成套裝備、礦井新型輔助運輸裝備、礦井信息網絡自動化系統、關鍵元部件的研制及示范應用以及大型現代化露天煤礦半連續工藝關鍵設備國產化研制，從而進一步完善以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的煤炭科技創新體系。

(來源:人民政協報)

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