俏皮可爱的小女孩图片:兴隆庄煤矿高产高效综采放顶煤技术的创新与实践

(兖矿集团有限公司 兴隆庄煤矿，山东 兖州272102)

摘 要 介绍了兖矿集团兴隆庄煤矿综采放顶煤技术从试验成功，到应用推广，到提高创新发展的实践过程，以及取得的创新成果和经济效益，走出了一条产出高、安全效益好的高产高效发展之路，从理论和实践上丰富了采矿技术，促进了我国综采放顶煤技术的发展。

关键词 高产高效；综采放顶煤；创新；实践

兴隆庄煤矿是国家“六五”期间自行设计和建设的第一座年设计生产能力300万 t的大型现代化矿井。其地质储量7.8亿 t，可采储量3.8亿 t。主采煤层为山西组底部的3层煤，平均厚度8.65 m，产状平缓，地质构造简单。矿井于1981年12月投产，1986年达到设计生产力。1992年开始采用综采放顶煤技术，试验成功之后经过不断发展探索和创新实践，使该项技术日趋成熟和完善，各项生产指标达到了国内和国际领先水平，形成了一整套与工作面装备水平相适应的综放工艺模式，成为兖州矿区厚煤层开采的核心技术，为我国厚煤层开采探索出一条安全高效的采煤生产工艺。

1 综采放顶煤技术试验阶段

20世纪90年代初，兴隆庄煤矿经历了10余年的分层综采生产之后，采煤生产存在着综机设备老化、事故率增多、设备能力小等诸多不利因素，制约着矿井生产的进一步发展。为此，兴隆庄煤矿根据国内外厚煤层开采经验和生产实践，结合矿井自身条件，经过多方面考察论证和可行性研究，反复酝酿比较，选择了投入少、产出高，且风险较大的综采放顶煤开采新工艺。并于1992年6月在5306工作面开始进行试运转，7月1日正式组织试生产，到12月工作面回采结束，试验一举获得成功。试验期间共生产原煤64.4万 t，平均月产99 750 t，回采工效达到32.803 t/工，采出率81%，达到了年产100万 t水平，取得了明显的技术经济效果。

1.1 试验工作面基本条件

5306工作面长163.1 m，推进长度394.2 m，煤层厚度7.8 m，煤层倾角2°～7°，平均4°，埋藏深度391～433 m。工作面机采高度2.8 m，放煤高度5.0 m，采放比1∶1.83。

1.2 试验工作面主要设备配套

5306工作面试验设备见表1。表1

5306试验工作面主要配套设备

工作面主要配套设备的改制特点：

① 液压支架是利用原分层开采铺底网ZZP5200—1.7/3.5型支架改制的，通过加长前探梁、局部改造掩护梁、重新设计尾梁、增设放煤口喷雾等装置的技术改造，形成了兖州矿区第一代低位插板式放顶煤液压支架。

② 对SGB—764/264W型前部输送机、SGB—764/320D型后部输送机进行了机头、机尾部分的推拉及铲煤板、挡煤板等装置的技术改造，以适应综采放顶煤开采技术要求。

③ 为确保工作面生产能力和配套设备的可靠性，采煤机、转载机、胶带机选用了当时功率高、运量大、现场使用成熟且工人操作熟练的分层综采设备。

1.3 试验工作面综放回采工艺

综放工艺方式在5306工作面生产期间试验多种方式，放煤步距主要有一刀一放、两刀一放、三刀一放3种，放煤方式有单轮顺序、双轮顺序、单轮间隔、双轮间隔、单轮顺序折返放煤等多种方式。通过现场实测研究分析，确定了在煤机截深0.6 m装备条件下，两刀一放单轮顺序放煤或单轮顺序折返放煤方式为最佳综放生产工艺方式，能够实现采放平行作业，达到高产要求。

2 综采放顶煤技术的推广应用阶段

综放工艺开采试验成功之后，兴隆庄煤矿自1993年起，先后在5313、1301、4314工作面进行了推广应用。这期间在设备配套方面，主要对刮板输送机、转载机和顺槽胶带机等煤流输送设备进行了更新升级，即在放顶煤支架基本架型不变的情况下，前后部输送机由SGB—764/264W型、SGB—764/320D型改造升级到了SGB—764/500WK、SGB—830/630型，转载机升级到SZZ—830/200型，胶带机升级到SSJ1200/2×200型，提高了工作面的综合生产能力，并在综放生产规模、单产水平、回采工效和高产高效采煤队建设方面取得了突破性进展。1994年综采一队单产突破200万 t，达到272.368 9万 t，创全国综放单产当年最高水平。

3 综采放顶煤技术的完善提高阶段

1995年以后的三四年间，以采用200 L/min大流量液压系统的ZFS5600为代表的新型专用放顶煤支架，对综放工艺适应性进一步增强；为解决采煤机上行牵引功率问题，将AM500采煤机由两牵引改为三牵引，提高了技术性能；前后部刮板输送机更新升级到SGB—830/630型，使用SZZ—830/200型转载机，SSJ1200/2×200型胶带机，设备配套能力进一步提高。综放工艺参数根据不同开采条件、不同煤层厚度、煤层节理裂隙发育程度等条件合理地得到优化，如增大机采高度，加大矿山压力对顶煤破碎作用，提高采出率；割煤与放煤速度得到进一步合理匹配，开机率不断提高。网下、水体下、铁路下放顶煤试验相继获得成功，丰富了综放开采技术，扩大了综放技术的应用范围。工艺参数和装备水平的提高，促进了综放工作面单产水平的增长，1995年综采一队年产突破300万 t，达到300.603 6万 t，再次刷新了全国综放单产最高记录，1998年达到371万 t的新水平，推进了高产高效矿井建设的发展。

4 综采放顶煤技术的创新发展阶段

综采放顶煤技术自1992年试验成功，经过了五六年的推广应用，暴露出了许多问题，存在着设备配套能力低、可靠性差、开机率低、支架设计不合理、综放工艺有待进一步优化等难题，很难将工作面单产提高到一个新水平。为解决上述问题，促进综采放顶煤技术进一步发展，兴隆庄煤矿先后承担了煤炭行业“九五”科技攻关项目“缓倾斜特厚煤层高产高效综放开采成套装备技术与工艺研究”、“十五”攻关项目“600万 t综放工作面设备配套与技术研究”、“两柱掩护式综采放顶煤液压支架研制”课题的研究试验工作，相继获得圆满成功，工作面单产水平、回采工效得到进一步提高，使我国的综放开采技术整体达到了世界先进水平。

4.1 “九五”攻关项目

该项目于1999年2月在兴隆庄煤矿5318综放工作面开始调试，4月份开始进行工业试验，到10月份工作面回采完毕，达到了预期目的。体现了技术先进、国产设备成套性强、生产能力大、质量可靠、安全性好的特点，是当时最先进的国产综机设备。试验期间工作面月产突破了40万 t，平均达到了35.5万 t，回采工效达到177.98 t/工，工作面采出率达到85.17%，年产达到了400 万 t，具备了500 万 t的生产能力。试验成功之后，迅速在兖州矿区各厚煤层矿井得到了推广应用，均取得了高产高效、安全经济的效果，促进了综放技术的发展。
    

4.1.1 试验工作面基本条件

5318工作面长177 m，推进长度1 642 m，煤层厚度大且稳定，平均8.28 m，采煤高度3.0 m，放煤高度5.28 m，采放比1∶1.76。煤层倾角2°～16°，平均7°，埋藏深度458.8～525.3 m。
    

4.1.2“九五”攻关项目主要设备配套(见表2)

表2

5318工作面主要配套设备

综放工艺方式得到进一步优化，工作面生产期间，分别试验了一采一放单轮顺序放煤、一采一放双轮顺序放煤、二采一放单轮顺序放煤等6种工艺试验方式。结合实验室相似材料模拟、离散元数值计算分析研究，确定了在采煤机截深0.8 m装备条件下，一采一放单轮顺序放煤为最佳综放工艺方式。
　

4.1.4“九五”主要创新特点

① 结合兖州矿区厚煤层赋存特点，对工作面进行了总体设计配套。开发研制了成套专用型大吨位、高强度、大运量的综放设备，各设备、各环节之间达到了配套协调和优化，使系统的综合能力得到充分发挥。

② 采用计算机技术优化了放顶煤支架结构，增大了后部过煤空间，提高了支架的稳定性和抗扭能力，通过了3万次寿命试验，提高了支架的可靠性；采用抬底座机构和大流量双路供回液系统，解决了底座前端扎底问题，提高了移架速度。

③ 排头支架采用掩护梁加带插板可伸缩尾梁结构形式，实现了既能维护后部输送机机头、机尾，保证有足够的安全工作空间，又能实现端头支架放顶煤功能。

④ 前后部输送机刮板链采用中双链，中部槽、牵引链、联接机构等强度增强，安全系数增大，使用寿命及可靠性增加；在国内首次研制成功可伸缩机尾，可随时调整刮板输送机链的张紧力，从而保证了输送机良好的运行状态。

⑤ 采煤机采用了电牵引、交流变频器调速装置，彻底解决了液压牵引采煤机故障高、可靠性低的问题；功率为900 kW，提高了煤机牵引力和牵引力矩，截割能力得到增强，牵引速度加快。

⑥ 转载机采用可伸缩机头，可使刮板链处于最佳工作状态，或随时紧链操作；溜槽采用整体箱式结构，提高了转载机过煤寿命。

⑦ 顺槽胶带输送机采用新型张紧绞车，能自动调节张紧力大小，实现胶带自动张紧；转载机与胶带机尾拉移采用“马蹄尔”机构，实现了胶带机尾的自动前移。

⑧ 综放工艺方式得到进一步优化，确定了在兖州矿区厚煤层综放开采初始化综放工艺模式。

4.2 “十五”攻关项目

兴隆庄煤矿在成功实施“九五”攻关项目的基础上，为进一步提高综放开采成套装备自动化水平，于2001年又承担了“十五”攻关项目的研究工作。该项目于2001年10月在4326综放工作面开始调试生产，2002年1～3月进行了工业性试验，获得圆满成功，工作面回采工效达到313.39 t/工，采出率达到87.43%，最高月产63.166 8万 t，平均月产57.053 2万 t，年产突破了600万 t，具备了年产800万 t的生产能力。
　

4.2.1 试验工作面基本条件

4326工作面长300 m，推进长度1 410 m，煤层厚度8.6 m，煤层倾角平均9°，煤的硬度系数2.3，埋藏深度469.7～517.3 m，采煤高度3.0 m，放煤高度5.6 m，采放比1∶1.87。
    

4.2.2“十五”主要设备配套(见表3)表3

4326工作面主要配套设备

4.2.3“十五”综放回采工艺

4326工作面综放工艺方式是在“九五”综放工艺研究成果的基础上确定的。在煤机截深1．0 m的条件下，采用一采一放顺序放煤的综放工艺方式。人工放煤时采用单轮顺序放煤方式，电液程序控制放煤时采用程序控制与人工补放结合的双轮顺序放煤方式，即第一轮为程序控制，第二轮人工补放。
     4．2．4“十五”主要创新特点

① 在“九五”成套装备的基础上，采用国内外先进的技术和装备，开发研制了一套大功率、高可靠性、高技术含量的专用型综放设备，进一步推动了我国综采设备整体水平的提高。

② 首次将电液控制技术应用于综放支护设备，实现了单架、双向、成组程序控制下的自动移架和放煤功能，提高了综放工作面自动化水平和安全可靠性。

③ 放顶煤液压支架采用了整体顶梁结构，顶梁前端支撑能力增大，对端面顶板的支护能力增强。

④ 后部输送机首次采用可控软启动技术，转载机实现了自移，顺槽胶带输送机采用了BOSS软启动系统，极大地提高了运输设备的可靠性。

⑤ 首次在综放工作面采用随机自动控制，实现了以采煤机位置控制移架、推溜、放煤等工序自动化。

⑥ 根据矿压规律及设备条件，工作面选择面长300 m，提高了工作面采出率，降低了掘进率。

4．3 两柱掩护式综采放顶煤液压支架研制

两柱掩护式综采放顶煤液压支架于2003年4月完成支架设计，2003年10完成支架样机加载试验，通过了50 000次循环加载试验。之后经多次组织专家评议、论证、研究分析，确定最终方案，进行加工制造。并于2004年12月在兴隆庄煤矿4301工作面安装完毕，开始进行工业性试验，到2005年6月工作面回采结束，试验获得圆满成功。它的试验成功是继“九五”、“十五”攻关项目之后的又一创新成果，是兖矿集团近年来列入国家技术创新项目“高效集约化综放开采技术及关键装备”研究的子课题之一，是该项目中的核心装备。“高效集约化综放开采技术及关键装备”研究是一项综合性研究项目，是以综采放顶煤技术为龙头，集机械制造、自动控制技术、计算机技术、通讯技术、传感与检测技术，专家系统和智能化放煤于一体的综合性应用技术。它不但立足于我国放顶煤技术装备的更新换代，更提高了我国综放开采技术的整体水平，确保我国放顶煤开采技术的世界领先地位，达到向国外输出综放开采技术与装备的目的。两柱掩护式综采放顶煤液压支架作为该项目的关键技术，克服了四柱式综放支架结构复杂和控制复杂、前后立柱受力不均衡及电液控制配套适应性差、不利于自动化控制等弊端，是放顶煤开采条件下的新一代架型，对放顶煤开采技术的进步和发展具有积极的推动作用。同时，开发研制的ZT9800／16／30端头液压支架在4301工作面获得试验成功，实现了煤机回头不停机作业，取消了端头采用单体液压支柱的支护形式，避免了因频繁支、撤、运单体支柱和顶梁的不安全因素，减轻了职工的劳动强度，促进了工作面的安全快速推进和高产高效。

5 综采放顶煤技术应用以来取得的主要成果

5．1 工作面单产递增速度快

1992年第一个综放工作面(5306面)平均单产99 750 t／月，达到年产百万吨水平；1994年综采一队年单产突破200万 t，达到272．368 9万 t，列当年全国综放队榜首；1995年综采一队一举突破年产300万 t大关，达到300．603 6万 t，成为全国第一个年产超过300万 t的综放队；1999年年产突破400万 t，2002年突破600万 t，达到639.919 8万 t，创出了当年综放单产最高记录，之后工作面年单产水平均保持在600万 t以上。综放单产从1992年到2005年提高了6倍以上，平均每年以50万 t的速度递增。

5．2 工作面效率得到大幅度提高

综放技术试验成功以来，随着设备配套能力的增强和自动化水平的提高，综放工作面效率得到了大幅度提高。2005年综放工作面效率达到292．751 t／工，比1992年提高了260．668 t／工。

5．3 工作面采出率逐步提高

综放试验期间工作面采出率为81％，随着综放工艺参数、设备配套的优化，以及工作面长度增加、排头支架放煤、后部输送机清浮煤装置的应用，使工作面采出率得到逐步提高，“九五”高产高效综放工作面采出率达到85．17％，“十五”高效综放工作面达到87．43％，比1992年试验工作面提高了6．43个百分点。

5．4 工作面工艺参数优化

综放工作面工艺参数是围绕提高工作面单产、回采工效和采出率进行优化选择的。① 煤机截深：在煤机功率提高的情况下，合理加大截深，由0．6 m加大到0．8 m、1．0 m；② 工作面面长：随着前后部输送机功率、运量、强度和使用寿命的提高，合理加大工作面面长，由150 m、180 m，增加到200 m、220 m、300 m；③ 工艺模式：根据理论研究与生产实践，综放工艺方式由截深0．6 m两刀一放初始化模式，优化到截深0．8 m和1．0 m一刀一放高产高效工艺模式。

5．5 工作面设备配套专用化

综放设备配套由试验期间改制型的初始化配套模式，到完善提高阶段的专用放顶煤支架、SGB—764／400D型输送机、SZB—830／200转载机、SSJl200胶带机等中档化配套模式，到以 “九五”、“十五”设备为代表的成套高档化专用配套模式，综放装备水平得到不断提高。

5．6 实现电液程序控制放煤

“600万 t综放工作面设备配套与技术研究”首次将电液控制技术应用于放顶煤支架，通过攻关试验，实现了移架、放煤、推前部、拉后部等输送机工序自动化，移架速度8～12架/s，自动监测支架工况，提高了综放工作面自动化程度、安全可靠性和回采工效。

6 结束语

兴隆庄煤矿综放开采经过10多年的研究探索与创新实践，综放设备由改制型到成套专用型，综放工艺由截深0．6 m两刀一放，发展到截深0．8 m、1．0 m一采一放，单产水平由100万 t提高到600万 t，走的是一条实践—认识—创新—再实践—再认识—再创新的循环发展之路。不同时期综放技术与装备技术均以企业创新为主，联合大专院校、科研院所重点攻关，综放设备均以国产化为主，关键部件引进和消化国外先进技术，充分代表了国内综放发展的水平。在综放技术的发展过程中对锚网支护、辅助运输、工作面喷雾降尘、自动化控制及设备工况监测等相关技术进行系统研究攻关，从实践和理论方面丰富了采矿技术，促进了我国综放开采技术的发展。今后兴隆庄煤矿将进一步在综放工作面及顺槽自动化控制及含厚层不均匀夹矸厚煤层大采高综放支架研制与顶板控制等方面进行研究，不断丰富综放技术的内涵，保持我国综放技术的领先地位。

第一作者简介 孟祥军(1963—)，男，高级工程师。1988年7月毕业于山东矿业学院，现为兴隆庄煤矿总工程师。参加工作以来一直从事采矿技术管理和技术研究工作，发表论文多篇。