（兗州礦業(yè)集團有限公司，山東鄒城市，273500）

摘 要 厚煤層現(xiàn)代開采體系是用當代科技的最新成果武裝和改造礦井 “開采體系” 的開拓方式、生產布局、設備配置、采煤、掘進、提升、 運輸、通風、供水、供電等各個要素，達到設備與系統(tǒng)、布局與管理、人與物之間的匹配協(xié) 調，使傳 統(tǒng)產業(yè)跟上現(xiàn)代科技發(fā)展的步伐。兗州礦區(qū)厚煤層現(xiàn)代開采體系的研究重點是：年產600萬t 綜放裝備與工藝體系研究、厚煤層礦井高效輔助運輸系統(tǒng)研究、復雜條件下厚煤層開采技術 研究和高性能、高可靠性設備的國產化研究。 ��  關鍵詞 厚煤層開采 現(xiàn)代開采體系 兗州礦區(qū)��

 1 厚煤層現(xiàn)代開采體系的內容

厚煤層現(xiàn)代開采體系是一個概念，是客觀存在，是相對獨立于煤礦體制和機制，對煤礦 企業(yè)的經營效果起決定性影響的一個方面。��

1.1 厚煤層現(xiàn)代開采體系研究的主要內容

兗州礦區(qū)多年來的實踐證明，厚煤層礦井生產中的“開采體系”是由煤礦的開拓方式、 生產布局、設備配置、采煤、掘進、提升、運輸、通風、供水、供電等“要素”組成的系統(tǒng) ，它極大地影響著煤礦生產經營成本，決定著企業(yè)經濟效益的高低。只有建立起完整的 “ 現(xiàn)代開采體系”，實現(xiàn)各要素之間的協(xié)調匹配，才能為現(xiàn)代化生產提供寬松的環(huán)境，創(chuàng)造必 要的條件，最大限度地發(fā)揮礦井的能力和潛力。我國不少煤礦長期達不到設計生產能力，經濟效益不好，重要原因之一就是“開采體系”的不完善與落后。��

1.2 厚煤層現(xiàn)代開采體系的實質

“現(xiàn)代開采體系”的實質是用當代科技的最新成果武裝和改造“開采體系”的各個要素 ，使傳統(tǒng)產業(yè)跟上現(xiàn)代科技的發(fā)展。首先注重發(fā)揮系統(tǒng)的總體效能，同時注重采煤技術的突 破和由此對其他相關技術發(fā)展的帶動作用；必須實行規(guī)模經營，爭取規(guī)模效益。建立“現(xiàn)代 開采體系”的方法是通過對生產布局的調整、生產環(huán)節(jié)的改造、設備的升級換代、隊伍和管 理素質的提高，達到設備與系統(tǒng)、布局與管理、人與物之間的匹配協(xié)調。��

1.3 厚煤層現(xiàn)代開采體系的技術成果��

1.3.1 確立了以大型化、集中化、系列化為核心的技術路線�ァ糎T〗〖ST 〗

建立“現(xiàn)代開采體系”的目標和途徑是走大型化、集中化、系列化的生產發(fā)展之路，實 現(xiàn)煤礦安全高效集約化生產。主要包括以下幾個方面：��

大型化，包括礦井大型化及采區(qū)、工作面的大型化。只有大型化才能有效發(fā)揮各種現(xiàn)代 技術裝備的能力，實行連續(xù)的大生產作業(yè)，獲得好的經濟效益，參與國際煤炭市場競爭。��

集中化，包括礦井集中、水平集中和工作面集中。集中是實現(xiàn)大型化的基礎和保證。沒 有集中化，就沒有大型化。��

系列化，其主要含義是整個體系的完整性、可靠性和分系統(tǒng)的連續(xù)性。這是實行大型化 、集中化的保證。在高度集中化大生產的情況下，各系統(tǒng)的完整性和可靠性是最終決定整個 體系綜合能力大小的集中體現(xiàn)。換言之，單個子系統(tǒng)的不完備，將影響整個體系能力的充分 發(fā)揮，甚至會造成整個系統(tǒng)的重大浪費和嚴重經濟損失。��

1.3.2 加快了煤炭生產技術裝備的國產化

厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實踐，極大地加快了煤炭生產技術裝備的國產化進程，尤 其是在綜放技術的探索與實踐中，兗州礦區(qū)與國內的科研機構、設備制造廠進行了大量研究 與合作，研制出了一系列適用于厚煤層綜放開采的技術裝備。據(jù)統(tǒng)計，1998年全國綜采產量 中，國產設備的占有率已經達到92．67％，比1985年上升47．37％，其中國有重點煤礦已經 達到96．93％，比1985年上升51．63％。��

1.3.3 建成了一批高產高效礦井

自上個世紀80年代起，通過現(xiàn)代化礦井建設、質量標準化礦井建設、高產高效礦井建設 以及先進技術的引進、消化、吸收，國內已經建成了一批高產高效礦井。據(jù)統(tǒng)計，截止1999 年底，全國高產高效礦井已由1993年的12個增加到92個，5年增長了80個；原煤產量由2304 萬t／a增加到19821萬t／a，凈增17517萬t／a；原煤效率由2．27t／工增加到12.296t／工 ，為國有重點煤礦平均效率的5．45倍，并且在繼續(xù)向前發(fā)展。�� 

1．4  創(chuàng)造了顯著的經濟效益和社會效益

厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實踐，創(chuàng)造出了顯著的經濟和社會效益。以兗州礦區(qū)為例 ，在國內煤炭市場嚴重疲軟、煤炭價格大幅度下滑的形勢下，由于進行了現(xiàn)代開采體系的探 索與實踐，依靠先進的開采技術，實現(xiàn)了大規(guī)模、低成本生產，企業(yè)的經濟效益持續(xù)增長。 自1996年起，連續(xù)保持銷售收入、利稅總額全行業(yè)第一，并在國內100強企業(yè)中占有重要位 置；2000年生產煤炭2800萬t，出口煤炭1002萬t，利稅總額達到13．20億元，其中利潤3．5 2億元。��

2 兗州礦區(qū)厚煤層現(xiàn)代開采體系的研究重點

以信息技術為先導的世界新技術革命成果，迅速滲透到煤炭這一傳統(tǒng)領域，發(fā)達國家在 實現(xiàn)煤炭生產工藝綜合機械化的基礎上，向遙控和自動化發(fā)展，煤炭工業(yè)正在由勞動密集向 資本密集和技術密集轉化。機器人與人工智能和專家系統(tǒng)相結合，將為自動化采煤開辟新的 途徑。為推動大型井工煤礦技術進步和生產發(fā)展，“十五”期間，兗礦集團將在興隆莊煤礦 率先實施高效潔凈示范礦井建設項目“年產600萬t的綜放工作面成套裝備與技術研究”的攻 關。最新科研成果的推廣和應用，將大幅度地提高技術與裝備的生產能力、可靠性和自動化 程度。項目完成后將實現(xiàn)礦井年產原煤700萬t，原煤生產人員1500～1800人，原煤生產效 率達到18～20t／工，工作面單產達到600萬t／a的目標。��

2．1  年產600萬t綜放裝備與工藝體系研究

厚煤層現(xiàn)代開采體系的核心是采煤技術。隨著大功率電牽引采煤機和大運量刮板輸送機 的應用，采煤機割煤速度大大提高，割煤的循環(huán)時間縮短，工作面出煤能力進一步提高(最 大煤流量可達2500～3000t／h)。由此帶來一些新的技術問題，比如綜放工作面采、支、 放、端頭作業(yè)等工序合理匹配，運輸系統(tǒng)能力的匹配，以及設備的國產化問題等，都是需要 進一步研究和解決的問題。��

(1)綜放工作面放頂煤能力提高問題。綜放工作面要實現(xiàn)綜合出煤能力最大，就必須滿 足采、放工序最大限度的平行作業(yè)，即放頂煤平均循環(huán)時間不大于采煤機平均割煤循環(huán)時間 ，否則，采煤機就要停機等待放頂煤工序。綜放工作面采煤機割煤高度變化不大，當煤層厚 度較大時，后部刮板輸送機能力和放煤速度將成為關鍵因素，因此，必須實現(xiàn)前后部刮板輸 送機能力協(xié)調，加大液壓支架后部放煤空間及放煤口開啟和關閉操作速度。��

(2)加大工作面長度。由于采煤工作面推進速度加快，為了減少采煤機斜切進刀時間和 工作面端口作業(yè)影響時間，提高有效開機率，必須進一步加大工作面長度。工作面長度加大 后，工作面可采儲量增加，延長工作面連續(xù)推進時間，可以保證工作面穩(wěn)產高產，同時相對 減少了上、下端頭頂煤的損失率，提高了回采率。��

(3)大功率裝備的國產化配套。我國大型采煤機、刮板輸送機、液壓支架等國產設備， 通過引進、消化、吸收，已經逐步達到國外上個世紀90年代初的水平。但是，一些主要元部 件的制造還沒有過關，特別是電液控制設備、3.3kV電器和控制設備要進一步國產化，加 大研究開發(fā)力度。��

(4)煤巷快速掘進和支護技術。兗州礦區(qū)正在全面推廣綜放開采全煤巷道錨桿支護技術 ，但是由于設備不適應，掘進速度和效率不高，這也是厚煤層現(xiàn)代開采體系研究與探索中需 要認真解決的一個問題。��

(5)煤層自然發(fā)火的防治。厚煤層開采的最大隱患是煤層的自然發(fā)火。兗州礦區(qū)3層煤自 然發(fā)火的傾向性為Ⅱ～Ⅲ級，發(fā)火期3～6個月，最短18天。為了解決這一問題，兗州礦區(qū)研 究 開發(fā)了一系列防滅火技術，有效地控制了開采煤層的自然發(fā)火。但是，煤層自然發(fā)火的隱患 還在，如何更有效地解決煤層自然發(fā)火問題，需要進一步研究。��

(6)提高煤炭回采率。提高資源回采率是煤炭開采的永恒主題，綜放回采率仍然有進一 步提高的潛力。加強對頂煤運動規(guī)律的研究和冒放規(guī)律的研究，確 定合理的放煤工藝參數(shù)和支架結構，優(yōu)化工作面參數(shù)有助于提高回采率。

(7)地面環(huán)境保護。與中厚煤層相比，厚煤層開采引起的地表和環(huán)境破壞都大得多。兗 州礦區(qū)地處人口稠密的魯西南地區(qū)，村莊密度為每平方公里0．7個。為了減少煤炭開采對地 表的破壞，兗州礦區(qū)進行了大量研究與試驗，例如，采用覆巖離層帶注漿、厚 煤層地表 保護性開采、矸石回填塌陷區(qū)等方法，取得一定成效。但是，這些辦法仍不能從根本上解決 煤炭采出后地面大面積塌陷問題。這將是一個需要長期研究的課題。��

2.2 厚煤層礦井高效輔助運輸系統(tǒng)

在厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索和實踐中，輔助運輸系統(tǒng)的落后和低效率是存在的重要問 題。從世界范圍看，當前輔助運輸設備主要有單軌吊、卡軌車、齒軌車和無軌膠輪車等四大 類。驅動方式主要有鋼絲繩牽引、柴油機牽引和蓄電池機車牽引等三大類。從發(fā)展趨勢看， 采用無軌膠輪運輸成為主流。根據(jù)厚煤層現(xiàn)代開采體系建立的要求，今后輔助運輸系統(tǒng)的發(fā) 展方向應當是建立大型、高效的機械化運輸體系。對于沒有底鼓現(xiàn)象的厚煤層礦井，應以發(fā) 展卡軌車、齒輪車為主，以形成單一的輔助運輸系統(tǒng)。要圍繞簡化輔助運輸系統(tǒng)、減少作業(yè) 工人、減少巖石巷道、規(guī)范礦井下井材料和設備等方面加強研究。��

近幾年來，兗州礦區(qū)為了解決這一問題，先后進行了繩牽引卡軌車、防爆膠套輪蓄電池 機車、防爆低污染柴油機齒軌車的試驗研究，但由于受礦井開拓布局和采區(qū)巷道布置的制約 ，以及設備本身存在的問題，沒能建立起高效的輔助運輸系統(tǒng)。目前，兗州礦區(qū)4對大型礦 井的輔助運輸基本采用傳統(tǒng)方式，是礦井生產系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，嚴重制約經濟效益的提高 。��

兗礦集團輔助運輸改革和研究的方向：一是對生產礦井原有的輔助運輸系統(tǒng)實施技術改 造，使其部分環(huán)節(jié)實現(xiàn)連續(xù)高效運輸；二是對新建礦井和生產礦井的新開拓區(qū)，積極研究采 用無軌運輸方式，實現(xiàn)從井口至工作面的連續(xù)不間斷運輸。技術改造的主要內容有：��

(1)開發(fā)綜采工作面順槽無極繩連續(xù)牽引車，形成系列產品，使連續(xù)運輸長度達到1 500～2000m，取代原有的多部絞車接力運輸方式。��

(2)在采區(qū)行人上、下山推廣斜巷架空乘人裝置，取代原有的斜巷人行車裝置。��

(3)加強巷道布置和系統(tǒng)環(huán)節(jié)等方面的研究，在緩傾斜礦井力爭采用全煤巷布置，為無 軌運輸創(chuàng)造良好的外部條件。��

(4)采用引進消化吸收和研究開發(fā)并重的方式，加快無軌運輸裝備的國產化研究。

2．3 復雜條件下厚煤層開采技術研究

兗州礦區(qū)在厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實踐中，涉及到了特殊條件下的綜放開采問題 ，在硬煤層綜放開采、含夾矸煤層綜放開采、網下綜放開采、孤島綜放開采等方面取 得顯著效果。斷層構造是影響采煤工作面布置的主要因素。綜放對落差小于5～6m的斷層適 應性優(yōu)于其他開采方法，但對落差較大的斷層切割的小段塊厚煤層，同樣無法布置長壁采煤 工作面。兗州礦區(qū)這種地質構造的厚煤層占有相當大的儲量，國內其他開采厚煤層的礦區(qū)也 相當普遍。因此，如何在這種地質條件比較復雜的厚煤層礦井建立高產高效的現(xiàn)代開采體系 ，是一個需要深入研究與探索的問題。�� 根據(jù)已進行的研究，采用短壁開采有可能解決這一問題。短壁開采的特點是工作面和推進 長度較小，易于在地質條件比較復雜的情況下布置。但要實現(xiàn)現(xiàn)代短壁綜放工作面高產高效 ，必須具備以下條件和技術：��

(1)回采巷道快速掘進技術。采用短壁開采巷道掘進率高，工作面推進速度快，為了保 證連續(xù)，回采巷道必須快速推進和支護。在這方面，美國和澳大利亞的技術和經驗值得借鑒 。��

(2)采煤工作面快速推進技術。短壁工作面快速推進的關鍵技術是工作面上下端頭作業(yè) ，即端頭支護、端頭放頂煤、端頭設備的快速推移。支護設備高強度、輕型化，以利快速搬 運和安裝；前、后部刮板輸送機為單機頭垂直布置，或后部刮板輸送機與轉載機為一體的直 角拐彎布置；滾筒采煤機適應短工作面開采的特點；轉載機機頭和可伸縮帶式輸送機機尾實 現(xiàn)不停機整體自動推移。��

2．4   高性能、高可靠性設備的國產化研究

我國煤炭開采技術落后的重要原因是開采設備的研究開發(fā)跟不上形勢的發(fā)展和要求，尤 其是大功率、可靠性高的設備，與國外有很大差距。隨著礦井大規(guī)模集中化生產的發(fā)展，大 功率、高性能的設備是必不可少的。近幾年，通過技術引進、消化、吸收，國內已開發(fā)出一 些大型設備，但是體積大、重量大、性能差的問題仍然比較突出。��

解決我國煤炭開采設備與發(fā)達國家差距的有效辦法是實行產、學、研緊密結合。任何一 項新產品的開發(fā)，都必須以滿足開采方式的需要和創(chuàng)造最大經濟效益為目的。隨著綜放開采 技術的發(fā)展，綜放開采設備的研究開發(fā)將有很大的發(fā)展空間和余地，國內應當充分抓住這一 有利的發(fā)展機遇，加緊綜放設備的研究開發(fā)。��

參考文獻

1  趙經徹�焙衩簩蝇F(xiàn)代開采體系的探索與實踐．北京：煤炭工業(yè)出版社，1998��

2  姜福興．放頂煤采場的頂板結構及其支架圍巖關系探討．世界煤炭技術，1994(12)：3 2～34��

3 煤炭工業(yè)部放頂煤開采技術中心．綜放機械化開采論文集．徐州：中國礦業(yè)大學出版 社，1995��

4 趙經徹，何滿潮．建筑物下煤炭資源可持續(xù)開采戰(zhàn)略．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1 997��

5 張開智，劉先貴．網下綜采放頂煤開采技術研究．煤炭學報，1995，20(6)：595～600 ��

6  鮑店煤礦，山東礦院礦壓研究所．網下綜采放頂煤開采技術研究報告，1994