（兖州矿业集团有限公司，山东邹城市，273500）
摘 要 厚煤层现代开采体系是用当代科技的最新成果武装和改造矿井 “开采体系” 的开拓方式、生产布局、设备配置、采煤、掘进、提升、 运输、通风、供水、供电等各个要素，达到设备与系统、布局与管理、人与物之间的匹配协 调，使传 统产业跟上现代科技发展的步伐。兖州矿区厚煤层现代开采体系的研究重点是：年产600万t 综放装备与工艺体系研究、厚煤层矿井高效辅助运输系统研究、复杂条件下厚煤层开采技术 研究和高性能、高可靠性设备的国产化研究。 关键词 厚煤层开采 现代开采体系 兖州矿区
1 厚煤层现代开采体系的内容
厚煤层现代开采体系是一个概念，是客观存在，是相对独立于煤矿体制和机制，对煤矿 企业的经营效果起决定性影响的一个方面。
1.1 厚煤层现代开采体系研究的主要内容
兖州矿区多年来的实践证明，厚煤层矿井生产中的“开采体系”是由煤矿的开拓方式、 生产布局、设备配置、采煤、掘进、提升、运输、通风、供水、供电等“要素”组成的系统 ，它极大地影响着煤矿生产经营成本，决定着企业经济效益的高低。只有建立起完整的 “ 现代开采体系”，实现各要素之间的协调匹配，才能为现代化生产提供宽松的环境，创造必 要的条件，最大限度地发挥矿井的能力和潜力。我国不少煤矿长期达不到设计生产能力，经济效益不好，重要原因之一就是“开采体系”的不完善与落后。
1.2 厚煤层现代开采体系的实质
“现代开采体系”的实质是用当代科技的最新成果武装和改造“开采体系”的各个要素 ，使传统产业跟上现代科技的发展。首先注重发挥系统的总体效能，同时注重采煤技术的突 破和由此对其他相关技术发展的带动作用；必须实行规模经营，争取规模效益。建立“现代 开采体系”的方法是通过对生产布局的调整、生产环节的改造、设备的升级换代、队伍和管 理素质的提高，达到设备与系统、布局与管理、人与物之间的匹配协调。
1.3 厚煤层现代开采体系的技术成果
1.3.1 确立了以大型化、集中化、系列化为核心的技术路线〖HT〗〖ST 〗
建立“现代开采体系”的目标和途径是走大型化、集中化、系列化的生产发展之路，实 现煤矿安全高效集约化生产。主要包括以下几个方面：
大型化，包括矿井大型化及采区、工作面的大型化。只有大型化才能有效发挥各种现代 技术装备的能力，实行连续的大生产作业，获得好的经济效益，参与国际煤炭市场竞争。
集中化，包括矿井集中、水平集中和工作面集中。集中是实现大型化的基础和保证。没 有集中化，就没有大型化。
系列化，其主要含义是整个体系的完整性、可靠性和分系统的连续性。这是实行大型化 、集中化的保证。在高度集中化大生产的情况下，各系统的完整性和可靠性是最终决定整个 体系综合能力大小的集中体现。换言之，单个子系统的不完备，将影响整个体系能力的充分 发挥，甚至会造成整个系统的重大浪费和严重经济损失。
1.3.2 加快了煤炭生产技术装备的国产化
厚煤层现代开采体系的探索与实践，极大地加快了煤炭生产技术装备的国产化进程，尤 其是在综放技术的探索与实践中，兖州矿区与国内的科研机构、设备制造厂进行了大量研究 与合作，研制出了一系列适用于厚煤层综放开采的技术装备。据统计，1998年全国综采产量 中，国产设备的占有率已经达到92．67％，比1985年上升47．37％，其中国有重点煤矿已经 达到96．93％，比1985年上升51．63％。
1.3.3 建成了一批高产高效矿井
自上个世纪80年代起，通过现代化矿井建设、质量标准化矿井建设、高产高效矿井建设 以及先进技术的引进、消化、吸收，国内已经建成了一批高产高效矿井。据统计，截止1999 年底，全国高产高效矿井已由1993年的12个增加到92个，5年增长了80个；原煤产量由2304 万t／a增加到19821万t／a，净增17517万t／a；原煤效率由2．27t／工增加到12.296t／工 ，为国有重点煤矿平均效率的5．45倍，并且在继续向前发展。
1．4 创造了显著的经济效益和社会效益
厚煤层现代开采体系的探索与实践，创造出了显著的经济和社会效益。以兖州矿区为例 ，在国内煤炭市场严重疲软、煤炭价格大幅度下滑的形势下，由于进行了现代开采体系的探 索与实践，依靠先进的开采技术，实现了大规模、低成本生产，企业的经济效益持续增长。 自1996年起，连续保持销售收入、利税总额全行业第一，并在国内100强企业中占有重要位 置；2000年生产煤炭2800万t，出口煤炭1002万t，利税总额达到13．20亿元，其中利润3．5 2亿元。
2 兖州矿区厚煤层现代开采体系的研究重点
以信息技术为先导的世界新技术革命成果，迅速渗透到煤炭这一传统领域，发达国家在 实现煤炭生产工艺综合机械化的基础上，向遥控和自动化发展，煤炭工业正在由劳动密集向 资本密集和技术密集转化。机器人与人工智能和专家系统相结合，将为自动化采煤开辟新的 途径。为推动大型井工煤矿技术进步和生产发展，“十五”期间，兖矿集团将在兴隆庄煤矿 率先实施高效洁净示范矿井建设项目“年产600万t的综放工作面成套装备与技术研究”的攻 关。最新科研成果的推广和应用，将大幅度地提高技术与装备的生产能力、可靠性和自动化 程度。项目完成后将实现矿井年产原煤700万t，原煤生产人员1500～1800人，原煤生产效 率达到18～20t／工，工作面单产达到600万t／a的目标。
2．1 年产600万t综放装备与工艺体系研究
厚煤层现代开采体系的核心是采煤技术。随着大功率电牵引采煤机和大运量刮板输送机 的应用，采煤机割煤速度大大提高，割煤的循环时间缩短，工作面出煤能力进一步提高(最 大煤流量可达2500～3000t／h)。由此带来一些新的技术问题，比如综放工作面采、支、 放、端头作业等工序合理匹配，运输系统能力的匹配，以及设备的国产化问题等，都是需要 进一步研究和解决的问题。
(1)综放工作面放顶煤能力提高问题。综放工作面要实现综合出煤能力最大，就必须满 足采、放工序最大限度的平行作业，即放顶煤平均循环时间不大于采煤机平均割煤循环时间 ，否则，采煤机就要停机等待放顶煤工序。综放工作面采煤机割煤高度变化不大，当煤层厚 度较大时，后部刮板输送机能力和放煤速度将成为关键因素，因此，必须实现前后部刮板输 送机能力协调，加大液压支架后部放煤空间及放煤口开启和关闭操作速度。
(2)加大工作面长度。由于采煤工作面推进速度加快，为了减少采煤机斜切进刀时间和 工作面端口作业影响时间，提高有效开机率，必须进一步加大工作面长度。工作面长度加大 后，工作面可采储量增加，延长工作面连续推进时间，可以保证工作面稳产高产，同时相对 减少了上、下端头顶煤的损失率，提高了回采率。
(3)大功率装备的国产化配套。我国大型采煤机、刮板输送机、液压支架等国产设备， 通过引进、消化、吸收，已经逐步达到国外上个世纪90年代初的水平。但是，一些主要元部 件的制造还没有过关，特别是电液控制设备、3.3kV电器和控制设备要进一步国产化，加 大研究开发力度。
(4)煤巷快速掘进和支护技术。兖州矿区正在全面推广综放开采全煤巷道锚杆支护技术 ，但是由于设备不适应，掘进速度和效率不高，这也是厚煤层现代开采体系研究与探索中需 要认真解决的一个问题。
(5)煤层自然发火的防治。厚煤层开采的最大隐患是煤层的自然发火。兖州矿区3层煤自 然发火的倾向性为Ⅱ～Ⅲ级，发火期3～6个月，最短18天。为了解决这一问题，兖州矿区研 究 开发了一系列防灭火技术，有效地控制了开采煤层的自然发火。但是，煤层自然发火的隐患 还在，如何更有效地解决煤层自然发火问题，需要进一步研究。
(6)提高煤炭回采率。提高资源回采率是煤炭开采的永恒主题，综放回采率仍然有进一 步提高的潜力。加强对顶煤运动规律的研究和冒放规律的研究，确 定合理的放煤工艺参数和支架结构，优化工作面参数有助于提高回采率。
(7)地面环境保护。与中厚煤层相比，厚煤层开采引起的地表和环境破坏都大得多。兖 州矿区地处人口稠密的鲁西南地区，村庄密度为每平方公里0．7个。为了减少煤炭开采对地 表的破坏，兖州矿区进行了大量研究与试验，例如，采用覆岩离层带注浆、厚 煤层地表 保护性开采、矸石回填塌陷区等方法，取得一定成效。但是，这些办法仍不能从根本上解决 煤炭采出后地面大面积塌陷问题。这将是一个需要长期研究的课题。
2.2 厚煤层矿井高效辅助运输系统
在厚煤层现代开采体系的探索和实践中，辅助运输系统的落后和低效率是存在的重要问 题。从世界范围看，当前辅助运输设备主要有单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车等四大 类。驱动方式主要有钢丝绳牵引、柴油机牵引和蓄电池机车牵引等三大类。从发展趋势看， 采用无轨胶轮运输成为主流。根据厚煤层现代开采体系建立的要求，今后辅助运输系统的发 展方向应当是建立大型、高效的机械化运输体系。对于没有底鼓现象的厚煤层矿井，应以发 展卡轨车、齿轮车为主，以形成单一的辅助运输系统。要围绕简化辅助运输系统、减少作业 工人、减少岩石巷道、规范矿井下井材料和设备等方面加强研究。
近几年来，兖州矿区为了解决这一问题，先后进行了绳牵引卡轨车、防爆胶套轮蓄电池 机车、防爆低污染柴油机齿轨车的试验研究，但由于受矿井开拓布局和采区巷道布置的制约 ，以及设备本身存在的问题，没能建立起高效的辅助运输系统。目前，兖州矿区4对大型矿 井的辅助运输基本采用传统方式，是矿井生产系统中的薄弱环节，严重制约经济效益的提高 。
兖矿集团辅助运输改革和研究的方向：一是对生产矿井原有的辅助运输系统实施技术改 造，使其部分环节实现连续高效运输；二是对新建矿井和生产矿井的新开拓区，积极研究采 用无轨运输方式，实现从井口至工作面的连续不间断运输。技术改造的主要内容有：
(1)开发综采工作面顺槽无极绳连续牵引车，形成系列产品，使连续运输长度达到1 500～2000m，取代原有的多部绞车接力运输方式。
(2)在采区行人上、下山推广斜巷架空乘人装置，取代原有的斜巷人行车装置。
(3)加强巷道布置和系统环节等方面的研究，在缓倾斜矿井力争采用全煤巷布置，为无 轨运输创造良好的外部条件。
(4)采用引进消化吸收和研究开发并重的方式，加快无轨运输装备的国产化研究。
2．3 复杂条件下厚煤层开采技术研究
兖州矿区在厚煤层现代开采体系的探索与实践中，涉及到了特殊条件下的综放开采问题 ，在硬煤层综放开采、含夹矸煤层综放开采、网下综放开采、孤岛综放开采等方面取 得显著效果。断层构造是影响采煤工作面布置的主要因素。综放对落差小于5～6m的断层适 应性优于其他开采方法，但对落差较大的断层切割的小段块厚煤层，同样无法布置长壁采煤 工作面。兖州矿区这种地质构造的厚煤层占有相当大的储量，国内其他开采厚煤层的矿区也 相当普遍。因此，如何在这种地质条件比较复杂的厚煤层矿井建立高产高效的现代开采体系 ，是一个需要深入研究与探索的问题。 根据已进行的研究，采用短壁开采有可能解决这一问题。短壁开采的特点是工作面和推进 长度较小，易于在地质条件比较复杂的情况下布置。但要实现现代短壁综放工作面高产高效 ，必须具备以下条件和技术：
(1)回采巷道快速掘进技术。采用短壁开采巷道掘进率高，工作面推进速度快，为了保 证连续，回采巷道必须快速推进和支护。在这方面，美国和澳大利亚的技术和经验值得借鉴 。
(2)采煤工作面快速推进技术。短壁工作面快速推进的关键技术是工作面上下端头作业 ，即端头支护、端头放顶煤、端头设备的快速推移。支护设备高强度、轻型化，以利快速搬 运和安装；前、后部刮板输送机为单机头垂直布置，或后部刮板输送机与转载机为一体的直 角拐弯布置；滚筒采煤机适应短工作面开采的特点；转载机机头和可伸缩带式输送机机尾实 现不停机整体自动推移。
2．4 高性能、高可靠性设备的国产化研究
我国煤炭开采技术落后的重要原因是开采设备的研究开发跟不上形势的发展和要求，尤 其是大功率、可靠性高的设备，与国外有很大差距。随着矿井大规模集中化生产的发展，大 功率、高性能的设备是必不可少的。近几年，通过技术引进、消化、吸收，国内已开发出一 些大型设备，但是体积大、重量大、性能差的问题仍然比较突出。
解决我国煤炭开采设备与发达国家差距的有效办法是实行产、学、研紧密结合。任何一 项新产品的开发，都必须以满足开采方式的需要和创造最大经济效益为目的。随着综放开采 技术的发展，综放开采设备的研究开发将有很大的发展空间和余地，国内应当充分抓住这一 有利的发展机遇，加紧综放设备的研究开发。
参考文献
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