同煤破解“特厚”难题

14米以上特厚煤层开采一直是我国乃至世界煤炭开采中的一大难题。为了解决这个难题，山西大同煤矿集团联合中国煤炭工业协会、中煤科工集团、中国矿业大学等研发力量，打响了“特厚”攻坚战。

集全行业力量破解世界性难题

塔山矿是特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备项目实施的矿井，是同煤集团开采的第一个石炭系矿井，井田面积170.91平方公里，地质储量50.7亿吨，可采储量30.7亿吨。

大同矿区是全国最大的动力煤基地。其中，石炭二叠纪煤层储量丰富，煤层厚度大、结构复杂，平均煤层厚度18米，最大厚度20米。

据同煤集团技术中心负责人透露，初期曾考虑用分层放顶煤开采方式，但在施工中发现，受火成岩侵入影响，在煤层中上部布置巷道，掘进和维护比较困难。另外，煤层结构复杂，夹矸层数多且单层厚度大，下分层放顶煤开采时，在顶板压力不大的情况下，顶煤放冒更加困难，只能选择一次放顶煤开采技术。而综放开采当时最大机采高度不可超过3.5米，按采放比1︰3的要求，开采厚度不能大于14米。

2004年8月，由18位专家学者组成的专家委员会，对塔山矿综放开采技术进行论证。专家委员会认为，一次放顶煤综采是首选的开采方法。但按当时的技术水平，年产能为1500万吨的塔山矿，需布置3个工作面才能达产。

这个问题引起了中国煤炭工业协会、中煤科工集团、中国矿业大学等领导和专家的高度重视。全国14米以上特厚煤层储量很丰富，总资源量上万亿吨，但安全、高效、高回收率机械化井工开采在国内外尚无先例。

为此，同煤集团联合中煤科工集团等15家科研院所和设备制造厂家，共同承担起“十一五”国家科技支撑计划重大项目——特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备项目的研究任务，这是新中国成立以来煤炭系统承担的最大科研项目。

2010年，该项目在塔山矿8105工作面进行了工业性试验并获得成功。煤层平均厚度18.44米，工作面设备开机率平均92.1%，月产量平均90.76万吨，最高月产量103.5万吨，回收率88.9%，平均每人工效364.5吨，年产量1084.9万吨，实现了瓦斯零超限、零伤亡。

这是继我国成功研制年产600万吨综采成套技术装备之后，煤炭科技和装备制造的又一大进步，标志着我国千万吨级矿井和千万吨级工作面成套技术装备研发进入工业性试验和示范实施阶段。

随后，该项技术成果逐步推广到同煤集团其他千万吨级矿井和平朔、神东等13个矿区的32个煤矿。其中，同忻矿单井单面年产量达1287万吨。与分层开采比较，2011年至2013年，同忻矿共新增原煤产量8029.9万吨，新增产值251亿元，新增利税70亿元，节约设备投资6.5亿元，节约工程投资12.96亿元。

一个世界性难题中的四个首次

特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备项目获得授权专利22项、实用新型专利61项，制定行业标准15项，从开采到技术装备均具有自主知识产权，达到国际领先水平。

该项目取得诸多创新成果，主要可归结为以下四方面。

一是首次研发了14米至20米特厚煤层大采高综放开采技术。该项目创立了特厚煤层大采高综放开采三维放煤理论、围岩控制理论体系，建立了特厚煤层大采高综放开采技术标准，解决了特厚煤层大采高综放开采围岩控制、厚顶煤高效与高回收率放出等关键难题，首次实现了特厚煤层千万吨级工作面的安全高效开采。

二是研发了世界首套年产千万吨特厚煤层大采高综放开采成套装备。该项目研制出支撑高度5.2米的抗冲击大采高综放液压支架、高可靠性采煤机、综放工作面后部大功率刮板输送机以及新型综合配套设备，首次成功研制出国产大功率刮板输送机阀控液力耦合器，实现了千万吨级综放工作面装备的全部国产化。

三是研发了特大断面全煤巷道高强度锚杆锚索联合支护技术及材料。该项目揭示出特厚顶煤、特大断面全煤巷道变形特征，创立了全煤巷道预应力锚杆支护理论，发明了锚杆液压张拉器，解决了大采高综放开采全煤巷道支护技术难题。

四是首次研发出大采高综放工作面瓦斯防治与综合防火安全保障技术。该项目首次揭示出特厚煤层大采高综放工作面的瓦斯分布规律与瓦斯涌出不均衡特征，解决了“低瓦斯赋存、高瓦斯涌出”的高强度综放开采瓦斯治理难题；首次研制出大流量井下移动式制氮装置，解决了大采高综放工作面的防火难题。

据同煤集团技术中心负责人透露，该项目已申报2014年国家科技进步奖。