14米以上特厚煤層開(kāi)采一直是我國(guó)乃至世界煤炭開(kāi)采中的一大難題。為了解決這個(gè)難題，山西大同煤礦集團(tuán)聯(lián)合中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)、中煤科工集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等研發(fā)力量，打響了“特厚”攻堅(jiān)戰(zhàn)。

集全行業(yè)力量破解世界性難題

塔山礦是特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備項(xiàng)目實(shí)施的礦井，是同煤集團(tuán)開(kāi)采的第一個(gè)石炭系礦井，井田面積170.91平方公里，地質(zhì)儲(chǔ)量50.7億噸，可采儲(chǔ)量30.7億噸。

大同礦區(qū)是全國(guó)最大的動(dòng)力煤基地。其中，石炭二疊紀(jì)煤層儲(chǔ)量豐富，煤層厚度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均煤層厚度18米，最大厚度20米。

據(jù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人透露，初期曾考慮用分層放頂煤開(kāi)采方式，但在施工中發(fā)現(xiàn)，受火成巖侵入影響，在煤層中上部布置巷道，掘進(jìn)和維護(hù)比較困難。另外，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸層數(shù)多且單層厚度大，下分層放頂煤開(kāi)采時(shí)，在頂板壓力不大的情況下，頂煤放冒更加困難，只能選擇一次放頂煤開(kāi)采技術(shù)。而綜放開(kāi)采當(dāng)時(shí)最大機(jī)采高度不可超過(guò)3.5米，按采放比1︰3的要求，開(kāi)采厚度不能大于14米。

2004年8月，由18位專(zhuān)家學(xué)者組成的專(zhuān)家委員會(huì)，對(duì)塔山礦綜放開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行論證。專(zhuān)家委員會(huì)認(rèn)為，一次放頂煤綜采是首選的開(kāi)采方法。但按當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，年產(chǎn)能為1500萬(wàn)噸的塔山礦，需布置3個(gè)工作面才能達(dá)產(chǎn)。

這個(gè)問(wèn)題引起了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)、中煤科工集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家的高度重視。全國(guó)14米以上特厚煤層儲(chǔ)量很豐富，總資源量上萬(wàn)億噸，但安全、高效、高回收率機(jī)械化井工開(kāi)采在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例。

為此，同煤集團(tuán)聯(lián)合中煤科工集團(tuán)等15家科研院所和設(shè)備制造廠(chǎng)家，共同承擔(dān)起“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目——特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備項(xiàng)目的研究任務(wù)，這是新中國(guó)成立以來(lái)煤炭系統(tǒng)承擔(dān)的最大科研項(xiàng)目。

2010年，該項(xiàng)目在塔山礦8105工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)并獲得成功。煤層平均厚度18.44米，工作面設(shè)備開(kāi)機(jī)率平均92.1%，月產(chǎn)量平均90.76萬(wàn)噸，最高月產(chǎn)量103.5萬(wàn)噸，回收率88.9%，平均每人工效364.5噸，年產(chǎn)量1084.9萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了瓦斯零超限、零傷亡。

這是繼我國(guó)成功研制年產(chǎn)600萬(wàn)噸綜采成套技術(shù)裝備之后，煤炭科技和裝備制造的又一大進(jìn)步，標(biāo)志著我國(guó)千萬(wàn)噸級(jí)礦井和千萬(wàn)噸級(jí)工作面成套技術(shù)裝備研發(fā)進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)和示范實(shí)施階段。

隨后，該項(xiàng)技術(shù)成果逐步推廣到同煤集團(tuán)其他千萬(wàn)噸級(jí)礦井和平朔、神東等13個(gè)礦區(qū)的32個(gè)煤礦。其中，同忻礦單井單面年產(chǎn)量達(dá)1287萬(wàn)噸。與分層開(kāi)采比較，2011年至2013年，同忻礦共新增原煤產(chǎn)量8029.9萬(wàn)噸，新增產(chǎn)值251億元，新增利稅70億元，節(jié)約設(shè)備投資6.5億元，節(jié)約工程投資12.96億元。

一個(gè)世界性難題中的四個(gè)首次

特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套技術(shù)與裝備項(xiàng)目獲得授權(quán)專(zhuān)利22項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利61項(xiàng)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)，從開(kāi)采到技術(shù)裝備均具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

該項(xiàng)目取得諸多創(chuàng)新成果，主要可歸結(jié)為以下四方面。

一是首次研發(fā)了14米至20米特厚煤層大采高綜放開(kāi)采技術(shù)。該項(xiàng)目創(chuàng)立了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采三維放煤理論、圍巖控制理論體系，建立了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了特厚煤層大采高綜放開(kāi)采圍巖控制、厚頂煤高效與高回收率放出等關(guān)鍵難題，首次實(shí)現(xiàn)了特厚煤層千萬(wàn)噸級(jí)工作面的安全高效開(kāi)采。

二是研發(fā)了世界首套年產(chǎn)千萬(wàn)噸特厚煤層大采高綜放開(kāi)采成套裝備。該項(xiàng)目研制出支撐高度5.2米的抗沖擊大采高綜放液壓支架、高可靠性采煤機(jī)、綜放工作面后部大功率刮板輸送機(jī)以及新型綜合配套設(shè)備，首次成功研制出國(guó)產(chǎn)大功率刮板輸送機(jī)閥控液力耦合器，實(shí)現(xiàn)了千萬(wàn)噸級(jí)綜放工作面裝備的全部國(guó)產(chǎn)化。

三是研發(fā)了特大斷面全煤巷道高強(qiáng)度錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及材料。該項(xiàng)目揭示出特厚頂煤、特大斷面全煤巷道變形特征，創(chuàng)立了全煤巷道預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論，發(fā)明了錨桿液壓張拉器，解決了大采高綜放開(kāi)采全煤巷道支護(hù)技術(shù)難題。

四是首次研發(fā)出大采高綜放工作面瓦斯防治與綜合防火安全保障技術(shù)。該項(xiàng)目首次揭示出特厚煤層大采高綜放工作面的瓦斯分布規(guī)律與瓦斯涌出不均衡特征，解決了“低瓦斯賦存、高瓦斯涌出”的高強(qiáng)度綜放開(kāi)采瓦斯治理難題；首次研制出大流量井下移動(dòng)式制氮裝置，解決了大采高綜放工作面的防火難題。

據(jù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人透露，該項(xiàng)目已申報(bào)2014年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。