“提升煤炭开发效率和智能化水平，研发高效建井和快速掘进、智能化工作面、特殊煤层高回收率开采、煤炭地下气化、煤系共伴生资源综合开发利用等技术，重点煤矿区基本实现工作面无人化，全国采煤机械化程度达到95%以上。”这是 《能源技术革命创新行动计划 （2016～2030年）》中有关“煤炭无害化开采技术创新”战略方向的简要表述。在上述计划明确的15项重点任务中，煤炭无害化开采位列之首，其地位之重要、意义之深远可见一斑。

 

要实现上述目标，还需深厚的技术积淀作支撑。回望过去5年，我国建井技术、高效开采方法已达到国际领先水平，煤炭开采技术取得了长足进步。这其中，最具发言权和代表性的，当属享有“共和国煤炭工业长子”之美誉的同煤集团。

 

“十二五”期间，同煤集团成功入选第五批“国家级创新型试点企业”，获得国家级科技进步奖3项，获得省部级科技进步奖、专利等700余项。去年，该集团“特厚煤层沿空掘巷千万吨综放面安全保障关键技术研究与应用”等3个项目，更是首次在同一年度同时荣获中国煤炭工业协会科技进步一等奖，创整个煤炭行业历史最好水平。

 

在同煤人的辛勤耕耘下，这方煤炭开采技术和装备行业的“试验田”、研发地之上，正酝酿着新一轮的采矿业技术革命。

 

直面世界性难题，一次开采14米以上厚煤层

 

资料显示，我国厚煤层可采储量占全国煤炭总可采储量的43%左右，每年厚煤层的煤炭产量约占全国煤炭产量的40%~50%。因此，在厚煤层条件下实现安全、高效开采，对我国煤炭工业的发展及能源安全具有重要意义。

 

在2014年度国家科学技术奖励大会上，同煤集团“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目获得国家科学技术进步奖一等奖，这是该集团时隔21年再次获此殊荣。

 

值得一提的是，14米~20米特厚煤层大采高综放开采国内外没有先例，这也是该项目的创新性之所在。

 

具体来说，该项目开发了特厚煤层大采高综采放顶煤开采工艺及安全保障技术，掌握了大采高综放工作面矿压显现规律和控制技术；发明了液压支架围岩耦合三维动态优化设计方法，研制出5.2米大采高放顶煤液压支架；研制出世界首套且全部国产化的年产千万吨特厚煤层大采高综放工作面成套装备，提高了成套装备的配套性、适应性及可靠性。

 

该项目相关负责人表示，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，标志着我国千万吨矿井和千万吨工作面成套技术装备研发进入了工程示范和全面推广应用阶段。

 

据悉，该项技术已被推广到大同煤矿集团其他千万吨级矿井及平朔、神东等10多个矿区的30多个煤矿。与分层开采比较，该项技术大幅提高了煤炭产量、开采效率与安全系数。

 

此外，该项技术已在澳大利亚、俄罗斯等地推广，对解决世界特厚煤层的开采难题也起到了引领作用。

 

小煤柱留设技术威力大，煤柱宽度从38米缩至6米

 

在特厚煤层开采中，随着开采不断延伸，采空区悬顶面积不断增大，支承应力向矿井深部转移，传统煤柱留设的位置恰好处在高应力区域，导致巷道变形严重，影响安全生产。这意味着煤矿不得不放弃在回采初期留设的大煤柱，进而损失大量煤炭资源。

 

如何破题？同煤集团“十二五”收官之年的重点科研项目——小煤柱留设技术攻克了此顽疾。

 

“行业内将3米~8米的煤柱统称为小煤柱。小煤柱留设技术就是把工作面的回风顺槽布置在采空区的边缘，通过数值模拟及试验分析，布置小煤柱。这样不仅维护巷道变得简单起来，还能有效降低支护成本，保证安全回采。”据塔山煤矿总工程师匡铁军介绍，该技术将工作面原来的38米宽的大煤柱缩到6米，其余30多米的煤柱全部可以采出。

 

2015年6月，同煤集团在塔山煤矿试验性地应用小煤柱留设技术，并于同年11月完成8204工作面的回采工作，多回采煤炭资源68万吨。2016年11月，该集团在总结前期小煤柱回采成功经验的基础上，继续在塔山煤矿深入研究小煤柱留设技术。

 

“应用小煤柱留设技术后，巷道成型好，回采期间二次维护量小，而且支护环境、安全条件比原来留设大煤柱的还要好，资金投入少了，资源回采率大幅度提升。”匡铁军说。

 

据统计，相比大煤柱工作面，在相同走向长度内，每回采一个小煤柱，工作面可产生经济效益上亿元。

 

智能化高效综采装备，成同忻煤矿“顶级配置”

 

当前，煤矿工人的职业健康逐渐成为社会关注的焦点，国家大力推进“机械化换人、自动化减人”工程。同忻煤矿也在实践过程中，不断向这一目标靠拢。

 

随着操作人员摁下总控台启动按钮，50米开外工作面缓缓启动的机器轰鸣声，打破了地层深处的沉寂，远端的采煤机稳步前行，自如流畅地割煤、推溜、移架，传输皮带上，滚滚的“乌金”流水般奔向地面。

 

此时，在同忻煤矿地面调度指挥中心的智能化总控台前，调度指挥人员通过视频操控着机组设备，实时掌握井下生产状况。

 

这是同忻煤矿智能化综采队在8202工作面远程控制自动化开采的作业场景。

 

据介绍，该系统由工作面集中控制系统、视频监控系统、设备监控监测系统、通信网络平台与多项关键技术组成，是煤炭综采成套装备的核心。作为操作人员的人机接口，该系统以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，以生产系统智能化控制软件为核心，实现了在地面及顺槽综合监控中心对综采设备的智能监测与集中控制，确保工作面智能化运行，达到工作面连续、安全、高效开采。

 

据了解，该项目的实施使设备替代人工进行井下开采，实现地面及井下控制中心对设备的智能监测和集中控制，大大降低了工人的劳动强度，将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心。

 

数据显示，采用该技术使得工作面回采率达到85%以上，生产能耗下降5%以上，操作人员减半，进一步提升了企业安全生产的保障能力。