兴隆庄煤矿对综放技术的发展与创新

［摘要］本文重点介绍了兴隆庄煤矿综采放顶煤技术发展过程、设备配套、回采工艺等方面取得的创新成果，以及相关配套技术的发展和综放开采的效果。

［关键词］综放；装备；工艺；

兴隆庄煤矿井自1981年投产，到1992年前一直采用分层综采工艺，经过了数年的实践该工艺存在着顶板控制困难、通风系统复杂、煤厚变化适应性差、设备能力小、事故率高等诸多不利因素，特别是顶板事故频繁，一分层顶板难以控制，致使工作面年生产能力一直不高，一般在100万t上下徘徊，很难再有新的突破。至20世纪90年代初，经过10余年的分层综采生产，综机设备因老化事故率增高，制约着矿井生产的进一步发展。是依靠设备更新保持原有分层综采，还是寻求新的采煤方法，是兴隆庄煤矿乃至兖州矿区面临生产发展的双重难题。根据国内外厚煤层开采经验及矿区的生产实践，兴隆庄煤矿要想大幅度提高工作面单产和回采工效，必须寻求新的采煤工艺或采用大功率的综合机械化采煤设备，以适应矿井高产高效发展的需要。因此，先后3次到兄弟单位调研学习综合机械化放顶煤开采技术和大功率综合机械化采煤技术，经过认真分析研究，反复酝酿，结合兖州矿区具体情况，进行可行性研究论证，创新地采用适合兖州矿区的综采低位放顶煤采煤新工艺，并于1992年6月在5306工作面试验成功。之后，为进一步提高工作面单产水平，经过不断发展完善提高和创新发展，又成功实施了国家“九五”攻关项目“高产高效综放开采工艺成套装备研究”和国家“十五”攻关技术创新项目“600万t综放工作面设备配套与技术研究”的试验研究。攻关项目针对综采放顶煤存在的技术难题，在综放设备配套与工艺方式、安全保障技术、提高采出率等方面进行专题研究，全面组织、系统攻关，取得了一系列成果，各项指标达到了世界领先水平，促进了综放工作面单产水平的进一步提高，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。

1 综采放顶煤技术发展过程及设备配套特点

兴隆庄煤矿自综放技术试验成功以来，综放设备由改制型到配套专用型，综放工艺由截深0.6m两刀一放，发展到截深0.8m、1.0m一采一放，单产水平由100万t提高到600万t走出了一条以企业创新为主，联合大专院校、科研院所重点攻关的创新发展之路。不同时期综放装备的发展均以国产化为主，部分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，使矿井的各项技术经济指标发生了质的飞跃，开辟了一条实现厚煤层开采，投入低、产出高、效益好的最佳途径。

1.1 试验、推广阶段(1992～1994年)

1.1.1 试验阶段(1992年6～12月) 该阶段“以综放工艺试验成功、单产水平突破100万t为标志。综采放顶煤开采的第一个试验面—5306工作面于1992年6月安装完毕开始试运转生产，7月开始正式组织生产，到12月底采完，试验一举获得成功，共生产原煤64.4万t平均月产99750t，回采工效达到32.803t/工，回采率达到81%，达到了年产100万t水平，取得了明显经济技术效果。

该阶段综放设备配套主要是利用分层综采设备进行改制而成的。主要配套设备为：ZFS5200-1.7/3.5型低位放项煤支架、AM-500型采煤机、SGB-764/264W型前部运输机、SGB-764/264D型后部运输机、SZB-764/132型转载机和SDJ-150型顺槽皮带输送机。

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。该支架放顶煤插板可上摆5°，下摆30°，插板行程400mm，过煤高度500mm。

②对SGB-764/264W型前部运输机、SGB-764/264D型后部运输机进行了机头、机尾部分的推拉及铲煤板、挡煤板等装置的技术改造，以适应综采放顶煤技术开采要求。

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、皮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。

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、单轮顺序折返补放等多种方式。通过现场实测研究分析，确定了在煤机截深0.6m装备条件下，两刀一放单轮顺序放煤或单轮顺序折返放煤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。

1.1.2 推广应用阶段(1993～1994年)

 该阶段“以大面积推广应用、更新部分设备和单产首次突破200万t为标志。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运输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，前后部运输机由SGB-764/264W型、SGB-764/264D型升级到SGB-764/400D型，转载机升级到SZB-830/200型，皮带机升级到SSJ1200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272.3689万t，创出了全国综放单产当年最高水平。

1.2 完善提高阶段(1995～1998年)

该阶段以“工艺参数优化、设备更新和单产水平达到300万t”为标志，初步形成了适合矿区厚煤层开采特点的专用放顶煤装备和工艺技术。这期间使用了以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；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，使用了1000/375型转载机，皮带机功率达到2×200kW，设备配套能力进一步增强。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，提高回采率；割煤与放煤速度得到进一步合理匹配，开机率得到提高。开采技术水平方面得到进一步提高，应用范围扩大，网下、水体下、铁路下放顶煤相继获得成功，实现了安全优质高效开采。工艺参数的优化和装备水平的提高，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300.6036万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。

1.3 创新发展、再提高阶段(1999～2003年)

1.3.1 创新发展阶段(1999～2000)

该阶段“以加大截深，优化工艺，设备升级，提高单产”为目标，以成功推广应用“九五”攻关专用型放顶煤设备为标志的创新成果，于1999年在5318高产高效工作面试验成功，回采工效达到177.981t/工，平均月产35.5368万t，年产达到400万t的水平，具备了500万t的生产能力。之后，迅速在兖州矿区得到推广应用，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。

①液压支架：采用了高阻力、大操作空间的ZFS6200-18/35型低位放顶煤液压支架，其创新特点：采用双连杆结构，提高了支架的稳定性和抗扭能力；采用先进的计算机模拟试验和优化设计技术，通过了3万次寿命试验，提高了支架的可靠性；通过加大支架插板行程(达到600mm)，增加放煤口尺寸，提高了放煤速度；采用了抬底座机构，防止底座前端扎底，提高移架速度；采用大流量双路供回液系统，移架速度加快，确保对项板及时支护。排头支架型号为ZFT6500-18/32型，该支架研究设计的关键技术是实现了综放工作面端头放顶煤。其特点：采用了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运输机机头、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；尾梁体能上下摆动，小插板能伸缩，便于放煤、破煤、封矸。

②采煤机：选用GTY400/900-3.3D型采煤机，主要特点：采用电牵引、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；功率提高到900KW，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。

③前后部运输机：前部选用SGZ-960/750型、后部选用SGZ-960/750型刮板输送机，主要特点：功率升级到750kw，输送能力达到1500t/h，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；采用可伸缩机尾，更有利于紧链操作，保证了输送机在合理的涨紧力下工作。

④转载机：选用SZZ1000/375型，主要特点：采用可伸缩机头，可使刮板链处于最佳工作状态，可随时紧链操作；刮板链采用中双链，中板厚耐磨；溜槽采用整体箱式结构，提高了转载机过煤寿命。

⑤顺槽胶带输送机：选用SSJ1200/3×200型，主要特点：采用新型涨紧绞车，能自动调节涨紧力大小，实现胶带自动涨紧；转载机与皮带机尾拉移采用“马蹄尔”机构，实现了皮带机尾的自动前移。采用胶带调偏装置，方便了皮带调偏，减轻了工人劳动强度。

综放工艺方式得到进一步优化，通过采用实验室相似材料模拟、离散元数值计算分析和现场实测工艺研究相结合的研究方法，确定了在煤机截深0.8m装备条件下，一采一放单轮顺序放煤为最佳综放工艺方式。

1.3.2 再提高发展阶段(2001～2003)

该阶段“以设备重型化、可靠性、配套自动化，单产水平突破600万t”为标志。兴隆庄煤矿在成功完成国家“九五”攻关高产高效综放开采成套装备与工艺研究项目之后，又承担了国家技术创新项目“600万t综放工作面设备配套与技术研究”课题。该项目于2001年10月在4326综放工作面开始试生产，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313.39t/工，回采率达到87.43%，最高月产63.1668万t平均月产57.0532万t，年产突破了600万t，具备了800万t的生产能力，取得了显著的社会经济效益，生产效果产生了质的飞跃。

①采煤机，采用德国艾柯夫公司生产的SL300电牵引采煤机，装机总功率859Kw，牵引速度0～29m/min。采用电牵引技术，装备有现代化、高效的计算机控制系统及遥控装置。

②放顶煤液压支架，采用ZFS6800—18/35低位放项煤支架，工作阻力提高到6800kN；采用正四连杆低位放顶煤架型，采用抬底座装置，能有效地防止底座前端扎底，提高拉架速度；采用整体顶梁结构，并带有可挑平的护帮板，顶梁前端支撑能力大；底座采用开底式，排矸性能好，拉架顺利；采用电液程序控制系统，实现了单架、双向、成组程序控制下的自动移架和放煤，并具备监测功能；采用双回路环形、大流量阀供液系统，提高移架速度。

③前部运输机采用SGZ1000/2×600型整体铸焊封底式溜槽刮板输送机，输送能力为2000t/h，内槽宽1000mm，装机功率2×600kW，电压3300V，圆环链规格2×φ38×137mm，圆环链破断负荷1810kN，电机平行布置，端部卸载方式；采用自动伸缩机尾、高强度紧凑链、限矩摩擦联轴器等技术，大大提高了输送机的可靠性。

④后部输送机采用SGZ1200/2×700型整体铸焊开底式溜槽刮板输送机，输送能力2000t/h，内槽宽1200mm，装机功率2×700kW，电压3300V，圆环链规格2×φ38×137mm，圆环链破断负荷1810kN，电机布置方式为平行布置，卸载方式为端卸；采用自动伸缩机尾、液压马达紧链装置自动调节刮板链的张紧力、调速型液力偶合器、紧凑链等技术；采用了减少浮煤损失装置，提高了煤炭回收率。

⑤转载机采用SZZ1200/525型自移式转载机，输送能力3500t/h，装机功率525KW；采用液力偶合器型调速软起动、液压器和伸缩机头紧链方式，采用了整体构架迈步自移机构，提高了工效。

⑥顺槽胶带输送机采用SSJ1400/3×400可伸缩式带式输送机，输送能力3500t/h，输送距离2000m，带速4.5m/s，胶带宽1400mm，胶带采用PVG1800S型阻燃整芯输送带，主电动机电压6000V；采用BOSS软启动系统，采用胶带自动张紧、多层储存胶带、张型收放带装置、托辊调偏、胶带清扫等技术，提高了皮带的可靠性及运输能力。

该阶段综放工艺方式主要是在“九五”研究成果的基础上确定的，放煤步距加大到1.0m，采用一采一放顺序放煤方式，实现了移架、放煤、推溜电液程序控制，提高了综放工作面的自动化水平。

2 综放技术创新成果

2.1 综放技术参数优化

综放工作面工艺参数是围绕提高工作面单产、回采工效和回采率进行优化选择的。

①煤机截深：在煤机功率提高的情况下，合理加大截深，由0.6m加大到0.8m、1.0m；

②工作面面长：随着前后部运输机功率、运量、强度和使用寿命的提高，合理加大工作面面长，由150m、180m，增加到200m、220m、300m；

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0.6m两刀一放初始化模式，优化到截深0.8m和1.0m一刀一放高产高效工艺模式。

2.2 综放设备优化配套

兴隆庄煤矿综放设备配套大致有个档次：

①采用改制型放顶煤液压支架，局部改造前后部运输机，配套使用SZB-764/132型转载机、SDJ-150型顺槽皮带机等初始化配套模式；

②使用特制放顶煤支架、SGB-764/400D型运输机、SZB-830/200转载机、SSJ1200皮带机等中档化配套模式；

③以“九五”、“十五”设备为代表，采用大吨位、高工作阻力放顶煤支架，主要架型ZFS6200-18/35、ZFS6800-18/35；采用大功率、大运量、高强度、高可靠刮板运输机，主要机型SGZ-900/750、SGZ-960/750、SGZ-1000/1200、SGZ-1200/1400等；采用电牵引采煤机，机型有MGTY400/900～3.3D、MG400/920-WD型等高档化专用配套模式。

2.3 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、拉后部等工序自动化，移架速度8～12秒，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。

3 相关配套技术

3.1 锚网支护技术锚网支护技术是一种主动支护，具有明显改善巷道支护效果、降低劳动强度、施工方便等优点，得到了推广应用。兴隆庄煤矿煤巷锚网支护技术于1997年试验成功，在此基础上工作面端头及超前支护经过研究探索试验，简化了支护方式，改善了端头支护状况，减少了煤机回头时间，为工作面快速推进创造了条件，促进了矿井高产高效建设的健康发展。

3.2 喷雾降尘技术综放工作面尘源主要来自采煤机割煤、支架放煤、支架前移3个方面，针对其尘源分布广、产尘量高的特点，经过不断探索研究，形成了一套集煤层注水、采煤机内喷雾加二次负压降尘、支架架间喷雾、支架架顶自动喷雾预湿顶煤、放煤口自动喷雾引射除尘等综合防尘技术，有效地降低了工作面粉尘浓度。

3.3 工作面自动化控制、综合监测及故障在线诊断技术 “九五”高产高效综放工作面研究实施了“工作面综合监测及故障诊断”项目，实现了对综放工作面采煤机、前后部运输机、转载机、破碎机、泵站等主要设备的工况参数及支架压力、乳化液配比、工作面设备开机率的自动监测。在此基础上，国家技术创新项目“600万t综放工作面设备配套与技术研究”项目进一步研究和完善了设备状态监测、设备故障诊断、支架压力、信息采集分析及工作面通讯、设备控制等系统的监测与控制及信息处理，并首次将电液控制系统应用到综放工作面，实现了以采煤机位置来自动控制完成移架、推溜、放煤、拉溜等回采工序，大大提高了工作面自动化水平和设备的可靠性，促进了我国综放开采技术的进一步提高。

4 综放开采取得的效果

兴隆庄煤矿综采放顶煤技术，自1992年试验成功以来，经过发展完善提高创新发展，生产规模不断扩大，单产水平逐年提高，已基本形成年产700万t“一矿一面”的生产格局，2003年矿井原煤生产效率达到19.553t/工，矿井工作面个数降低到1.46个。

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99750t/(个月)，达到年产百万吨水平；1994年综采一队单产突破200万t，达到272.3689万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，实际产煤300.6036万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6399198t，创出了当年综放单产最高记录。综放单产从1992年到2003年提高了6倍以上，平均每年以58万t的速度递增。

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。2003年，综放工作面效率达到292.751t/工，比1992年提高了255.507t/工。

③工作面回采率逐步提高综放试验期间工作面回采率为81%，随着综放工艺参数、设备配套的优化，以及工作面面长增加、排头支架放煤、后部运输机清浮煤装置的应用，使工作面回采率得到逐步提高，“九五”高产高效综放工作面回采率达到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 综采放顶煤技术发展展望

综采放顶煤开采技术作为兖州矿区厚煤层开采的核心技术，已处于世界领先水平，为保持优势，促使核心技术的进一步发展，兖矿集团又向国家经贸委申请立项了“高效集约化综放开采技术及关键装备”项目的试验研究课题。该项目是一项综合性的煤炭生产技术项目，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，具有创新性、先进性、实用性和安全性相统一的特点，它不但立足于中国放顶煤技术装备的更新换代，提高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，也是我国企业技术创新的发展方向。该项目的关键技术包括：两柱掩护式放顶煤液压支架的研究；工作面顺槽自动化控制系统研究；综采放顶煤决策设计专家系统。

该项目的实施将使综放工作面年生产能力达到600～1000万t，回采工效达到800～1000t/工；工作面高度自动化，每班作业人员8～10人；实现综放工作面设备自动化，大幅度提高工作面的自动化水平和生产工效，降低生产成本，增加企业的综合经济效益。