（兗州礦業(yè)集團(tuán)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(dāng)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(chǎn)布局、設(shè)備配置、采煤、掘進(jìn)、提升、 運(yùn)輸、通風(fēng)、供水、供電等各個(gè)要素，達(dá)到設(shè)備與系統(tǒng)、布局與管理、人與物之間的匹配協(xié) 調(diào)，使傳 統(tǒng)產(chǎn)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(diǎn)是：年產(chǎn)600萬t 綜放裝備與工藝體系研究、厚煤層礦井高效輔助運(yùn)輸系統(tǒng)研究、復(fù)雜條件下厚煤層開采技術(shù) 研究和高性能、高可靠性設(shè)備的國產(chǎn)化研究。 ��  關(guān)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(nèi)容

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

1.1 厚煤層現(xiàn)代開采體系研究的主要內(nèi)容

兗州礦區(qū)多年來的實(shí)踐證明，厚煤層礦井生產(chǎn)中的“開采體系”是由煤礦的開拓方式、 生產(chǎn)布局、設(shè)備配置、采煤、掘進(jìn)、提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、供水、供電等“要素”組成的系統(tǒng) ，它極大地影響著煤礦生產(chǎn)經(jīng)營成本，決定著企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的高低。只有建立起完整的 “ 現(xiàn)代開采體系”，實(shí)現(xiàn)各要素之間的協(xié)調(diào)匹配，才能為現(xiàn)代化生產(chǎn)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(dá)不到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，經(jīng)濟(jì)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(shí)質(zhì)

“現(xiàn)代開采體系”的實(shí)質(zhì)是用當(dāng)代科技的最新成果武裝和改造“開采體系”的各個(gè)要素 ，使傳統(tǒng)產(chǎn)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(shí)注重采煤技術(shù)的突 破和由此對其他相關(guān)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)作用；必須實(shí)行規(guī)模經(jīng)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(chǎn)布局的調(diào)整、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改造、設(shè)備的升級換代、隊(duì)伍和管 理素質(zhì)的提高，達(dá)到設(shè)備與系統(tǒng)、布局與管理、人與物之間的匹配協(xié)調(diào)。��

1.3 厚煤層現(xiàn)代開采體系的技術(shù)成果��

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

建立“現(xiàn)代開采體系”的目標(biāo)和途徑是走大型化、集中化、系列化的生產(chǎn)發(fā)展之路，實(shí) 現(xiàn)煤礦安全高效集約化生產(chǎn)。主要包括以下幾個(gè)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(shù)裝備的能力，實(shí)行連續(xù)的大生產(chǎn)作業(yè)，獲得好的經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)大型化的基礎(chǔ)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(gè)體系的完整性、可靠性和分系統(tǒng)的連續(xù)性。這是實(shí)行大型化 、集中化的保證。在高度集中化大生產(chǎn)的情況下，各系統(tǒng)的完整性和可靠性是最終決定整個(gè) 體系綜合能力大小的集中體現(xiàn)。換言之，單個(gè)子系統(tǒng)的不完備，將影響整個(gè)體系能力的充分 發(fā)揮，甚至?xí)�造成整個(gè)系統(tǒng)的重大浪費(fèi)和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。��

1.3.2 加快了煤炭生產(chǎn)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化

厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實(shí)踐，極大地加快了煤炭生產(chǎn)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程，尤 其是在綜放技術(shù)的探索與實(shí)踐中，兗州礦區(qū)與國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造廠進(jìn)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(shù)裝備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年全國綜采產(chǎn)量 中，國產(chǎn)設(shè)備的占有率已經(jīng)達(dá)到92．67％，比1985年上升47．37％，其中國有重點(diǎn)煤礦已經(jīng) 達(dá)到96．93％，比1985年上升51．63％。��

1.3.3 建成了一批高產(chǎn)高效礦井

自上個(gè)世紀(jì)80年代起，通過現(xiàn)代化礦井建設(shè)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦井建設(shè)、高產(chǎn)高效礦井建設(shè) 以及先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收，國內(nèi)已經(jīng)建成了一批高產(chǎn)高效礦井。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止1999 年底，全國高產(chǎn)高效礦井已由1993年的12個(gè)增加到92個(gè)，5年增長了80個(gè)；原煤產(chǎn)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(diǎn)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實(shí)踐，創(chuàng)造出了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。以兗州礦區(qū)為例 ，在國內(nèi)煤炭市場嚴(yán)重疲軟、煤炭價(jià)格大幅度下滑的形勢下，由于進(jìn)行了現(xiàn)代開采體系的探 索與實(shí)踐，依靠先進(jìn)的開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模、低成本生產(chǎn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(nèi)100強(qiáng)企業(yè)中占有重要位 置；2000年生產(chǎn)煤炭2800萬t，出口煤炭1002萬t，利稅總額達(dá)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(diǎn)

以信息技術(shù)為先導(dǎo)的世界新技術(shù)革命成果，迅速滲透到煤炭這一傳統(tǒng)領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國家在 實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)工藝綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，向遙控和自動(dòng)化發(fā)展，煤炭工業(yè)正在由勞動(dòng)密集向 資本密集和技術(shù)密集轉(zhuǎn)化。機(jī)器人與人工智能和專家系統(tǒng)相結(jié)合，將為自動(dòng)化采煤開辟新的 途徑。為推動(dòng)大型井工煤礦技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)發(fā)展，“十五”期間，兗礦集團(tuán)將在興隆莊煤礦 率先實(shí)施高效潔凈示范礦井建設(shè)項(xiàng)目“年產(chǎn)600萬t的綜放工作面成套裝備與技術(shù)研究”的攻 關(guān)。最新科研成果的推廣和應(yīng)用，將大幅度地提高技術(shù)與裝備的生產(chǎn)能力、可靠性和自動(dòng)化 程度。項(xiàng)目完成后將實(shí)現(xiàn)礦井年產(chǎn)原煤700萬t，原煤生產(chǎn)人員1500～1800人，原煤生產(chǎn)效 率達(dá)到18～20t／工，工作面單產(chǎn)達(dá)到600萬t／a的目標(biāo)。��

2．1  年產(chǎn)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(shù)。隨著大功率電牽引采煤機(jī)和大運(yùn)量刮板輸送機(jī) 的應(yīng)用，采煤機(jī)割煤速度大大提高，割煤的循環(huán)時(shí)間縮短，工作面出煤能力進(jìn)一步提高(最 大煤流量可達(dá)2500～3000t／h)。由此帶來一些新的技術(shù)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(yùn)輸系統(tǒng)能力的匹配，以及設(shè)備的國產(chǎn)化問題等，都是需要 進(jìn)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(shí)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(shí)間不大于采煤機(jī)平均割煤循環(huán)時(shí)間 ，否則，采煤機(jī)就要停機(jī)等待放頂煤工序。綜放工作面采煤機(jī)割煤高度變化不大，當(dāng)煤層厚 度較大時(shí)，后部刮板輸送機(jī)能力和放煤速度將成為關(guān)鍵因素，因此，必須實(shí)現(xiàn)前后部刮板輸 送機(jī)能力協(xié)調(diào)，加大液壓支架后部放煤空間及放煤口開啟和關(guān)閉操作速度。��

(2)加大工作面長度。由于采煤工作面推進(jìn)速度加快，為了減少采煤機(jī)斜切進(jìn)刀時(shí)間和 工作面端口作業(yè)影響時(shí)間，提高有效開機(jī)率，必須進(jìn)一步加大工作面長度。工作面長度加大 后，工作面可采儲(chǔ)量增加，延長工作面連續(xù)推進(jìn)時(shí)間，可以保證工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，同時(shí)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(chǎn)化配套。我國大型采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等國產(chǎn)設(shè)備， 通過引進(jìn)、消化、吸收，已經(jīng)逐步達(dá)到國外上個(gè)世紀(jì)90年代初的水平。但是，一些主要元部 件的制造還沒有過關(guān)，特別是電液控制設(shè)備、3.3kV電器和控制設(shè)備要進(jìn)一步國產(chǎn)化，加 大研究開發(fā)力度。��

(4)煤巷快速掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)。兗州礦區(qū)正在全面推廣綜放開采全煤巷道錨桿支護(hù)技術(shù) ，但是由于設(shè)備不適應(yīng)，掘進(jìn)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(rèn)真解決的一個(gè)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(gè)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(shù)，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(jìn)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(jìn)一 步提高的潛力。加強(qiáng)對頂煤運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)，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(hù)。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(gè)。為了減少煤炭開采對地 表的破壞，兗州礦區(qū)進(jìn)行了大量研究與試驗(yàn)，例如，采用覆巖離層帶注漿、厚 煤層地表 保護(hù)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(gè)需要長期研究的課題。��

2.2 厚煤層礦井高效輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

在厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索和實(shí)踐中，輔助運(yùn)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(dāng)前輔助運(yùn)輸設(shè)備主要有單軌吊、卡軌車、齒軌車和無軌膠輪車等四大 類。驅(qū)動(dòng)方式主要有鋼絲繩牽引、柴油機(jī)牽引和蓄電池機(jī)車牽引等三大類。從發(fā)展趨勢看， 采用無軌膠輪運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā) 展方向應(yīng)當(dāng)是建立大型、高效的機(jī)械化運(yùn)輸體系。對于沒有底鼓現(xiàn)象的厚煤層礦井，應(yīng)以發(fā) 展卡軌車、齒輪車為主，以形成單一的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。要圍繞簡化輔助運(yùn)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(shè)備等方面加強(qiáng)研究。��

近幾年來，兗州礦區(qū)為了解決這一問題，先后進(jìn)行了繩牽引卡軌車、防爆膠套輪蓄電池 機(jī)車、防爆低污染柴油機(jī)齒軌車的試驗(yàn)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(shè)備本身存在的問題，沒能建立起高效的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。目前，兗州礦區(qū)4對大型礦 井的輔助運(yùn)輸基本采用傳統(tǒng)方式，是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)效益的提高 。��

兗礦集團(tuán)輔助運(yùn)輸改革和研究的方向：一是對生產(chǎn)礦井原有的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改 造，使其部分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效運(yùn)輸；二是對新建礦井和生產(chǎn)礦井的新開拓區(qū)，積極研究采 用無軌運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)從井口至工作面的連續(xù)不間斷運(yùn)輸。技術(shù)改造的主要內(nèi)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(chǎn)品，使連續(xù)運(yùn)輸長度達(dá)到1 500～2000m，取代原有的多部絞車接力運(yùn)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(qiáng)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(yùn)輸創(chuàng)造良好的外部條件。��

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

2．3 復(fù)雜條件下厚煤層開采技術(shù)研究

兗州礦區(qū)在厚煤層現(xiàn)代開采體系的探索與實(shí)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(wǎng)下綜放開采、孤島綜放開采等方面取 得顯著效果。斷層構(gòu)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(yīng)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(zhì)構(gòu)造的厚煤層占有相當(dāng)大的儲(chǔ)量，國內(nèi)其他開采厚煤層的礦區(qū)也 相當(dāng)普遍。因此，如何在這種地質(zhì)條件比較復(fù)雜的厚煤層礦井建立高產(chǎn)高效的現(xiàn)代開采體系 ，是一個(gè)需要深入研究與探索的問題。�� 根據(jù)已進(jìn)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(diǎn)是工作面和推進(jìn) 長度較小，易于在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下布置。但要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代短壁綜放工作面高產(chǎn)高效 ，必須具備以下條件和技術(shù)：��

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

(2)采煤工作面快速推進(jìn)技術(shù)。短壁工作面快速推進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)是工作面上下端頭作業(yè) ，即端頭支護(hù)、端頭放頂煤、端頭設(shè)備的快速推移。支護(hù)設(shè)備高強(qiáng)度、輕型化，以利快速搬 運(yùn)和安裝；前、后部刮板輸送機(jī)為單機(jī)頭垂直布置，或后部刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)為一體的直 角拐彎布置；滾筒采煤機(jī)適應(yīng)短工作面開采的特點(diǎn)；轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭和可伸縮帶式輸送機(jī)機(jī)尾實(shí) 現(xiàn)不停機(jī)整體自動(dòng)推移。��

2．4   高性能、高可靠性設(shè)備的國產(chǎn)化研究

我國煤炭開采技術(shù)落后的重要原因是開采設(shè)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(shè)備，與國外有很大差距。隨著礦井大規(guī)模集中化生產(chǎn)的發(fā)展，大 功率、高性能的設(shè)備是必不可少的。近幾年，通過技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收，國內(nèi)已開發(fā)出一 些大型設(shè)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(shè)備與發(fā)達(dá)國家差距的有效辦法是實(shí)行產(chǎn)、學(xué)、研緊密結(jié)合。任何一 項(xiàng)新產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益為目的。隨著綜放開采 技術(shù)的發(fā)展，綜放開采設(shè)備的研究開發(fā)將有很大的發(fā)展空間和余地，國內(nèi)應(yīng)當(dāng)充分抓住這一 有利的發(fā)展機(jī)遇，加緊綜放設(shè)備的研究開發(fā)。��

參考文獻(xiàn)

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