研究 告｜我国综合机械化开采50年发展历程与展望

闫少宏１，徐 刚２，范志忠２

单 位

1.中国矿业大学（北京） 能源与矿业学院；2.中煤科工开采设计研究院有限公司

摘 要

研究背景

我国资源禀赋的特点是“富煤、贫油、少气”，自改革开放以来，我国经济高速发展，为经济增长提供动力的煤炭能源需求日益增长，我国能源结构的特点和市场需求促使煤炭工程技术人员在开发利用上潜心研究，以综合机械化为标志的工业化采煤为我国经济的高速发展提供了充足的能源供应。

１９７０年１１月２８日，国内第１套综采装备在大同矿务局煤峪口煤矿下井组装完成，该矿的８７１０工作面也称为国内首个试验综采的作业面，拉开综合机械化开采的序幕。自１９７７年以来，全国煤炭产量由1978年的6.18亿ｔ增加到２０１８年的36.8亿ｔ，全国采煤机械化程度由1978年的32.34％增加到2018年的78.5％，全国掘进机械化程度由1978年的14.5％增加到60.4％，煤机制造企业规模不断壮大，供应煤炭企业的装备历经从短缺或紧俏紧缺到种类繁多、琳琅满目的转变，煤机产品从单一向系列化转变，煤机企业从生产产品向提供完整解决方案转变，我国万吨煤炭产量可配套的煤机产量已由 1978年的3.04ｔ提高到2018年的10.26t，提高了3倍多。

我国综合机械化开采发展历程，伴随着在曲折中前进，在前进中攻坚克难，取得了辉煌成就，也为世界煤炭工业的技术进步做出了巨大贡献，走出了一条引进、消化、吸收再到发展创新的成功之路，丰富和发展了综合机械化开采技术，形成了适合中国煤炭赋存特点的多样化机械化开采模式。在看到成绩的同时，也要依然清醒地意识到目前面临的问题和挑战，如我国煤矿综合机械化水平地区之间差异性较大，晋、陕、蒙、宁、甘等华北和西北地区的煤矿普遍实现了综采机械化，矿井生产系统相继建立起了自动化集中控制平台，管理方面也基本实现了信息化。而云、贵、川、桂、湘、鄂、赣等西南和华南的煤矿受煤层赋存条件限制，机械化水平普遍较低，部分矿区甚至处于起步阶段；此外，不同规模或井型的矿井综采机械化发展水平也不平衡，大型煤矿机械化程度较高，中小型煤矿机械化水平普遍较低。继续实事求是地创新和攻关，推动我国煤矿开采机械化水平的进一步提高。

1 我国综合机械化开采的发展历程

回顾我国综合机械化开采发展50年历程，以机械化发展的标志性事件为节点，大体可分为3个阶段。

1.1 探索阶段（20世纪70—80年代）

20世纪70—80年代，我国综采技术刚刚起步，主要工作就是培训人才，打牢基础，进行多单位多学科协同攻关，处于探索阶段。在２０世纪70年代，我国综采技术发展取得了许多划时代的成就。

１）建成了国内第１个综采工作面。

２）进行了2次重大的综采技术和设备引进。

３）构建了我国采掘装备的配套和测试技术体系。

图1 大同矿务局首次引进英国先进的综采设备（1974年）

图2 国外引进设备联合试运转

1.2 大发展阶段（20世纪90年代）

综采放顶煤技术的成功实践又推动了厚及特厚煤层机械化水平的快速发展，主要表现如下：一是各矿区以高产高效为目标，发展各种综采工艺模式;二是综采放顶煤技术在我国经过引进、消化、吸收和发展，引来了我国厚及特厚煤层机械化开采的革命我国综放开采的发展大体经历了试验探索、推广应用和创新提高４个阶段：

１）试验阶段（1984—1990年）。

２）推广应用阶段（1990—1995年）。

３）成熟提高阶段（1996—2002年）。

1.3 突破阶段（21世纪初至今）

21世纪初至今，我国创新发展了适用于特厚煤层条件的大采高综放技术，大采高综采技术也实现了跨越式发展，智能开采发展迅猛，大倾角综合机械化开采有了新突破，并逐步实现了采煤技术与煤机装备的对外输出。主要体现在如下5个方面：

１）创新发展了特厚煤层大采高综放开采技术。

２）大采高综采技术实现跨越式发展。

３）智能化开采研究与应用发展迅速。

４）３０°～５０°倾角煤层机械化开采取得了突破和广泛推广。

５）我国煤机装备与采矿技术逐渐出口和走出国门。

图3 顶板“组合悬臂梁?铰接岩梁”结构

图4 综放采场围岩力学模型

图5 上湾矿8.8ｍ超大采高综采工作面现场

图6 塔山煤矿8222智能化综放工作面地面联合试运转

2 我国煤矿机械化开采技术与装备现状

2.1 煤矿综采、综掘率显著提高

2.2 综采工作面开采强度加大

１）工作面开采强度逐渐增大。

２）工作面单产逐渐增高。

表 １ 大型煤炭企业采煤机械化程度

表 ２ 部分高强度开采工作面倾向长度和采高分布

表 ３ 大型煤炭企业回采工作面单产

2.3 装备系列化、重型化，可靠性提高

2.3.1 综采液压支架

我国自主研发了支护高度0.5～10ｍ，工作阻力2000～29000kN，支架宽度最宽2.4ｍ，立柱缸径最大630ｍｍ，单台液压支架最重超过120ｔ，能适应倾角０°～５０°的５００多种不同类型与支护参数的系列化液压支架。近年来，年产千万吨大采高液压支架，大采高综放液压支架，8.8ｍ 超大采高液压支架等相继研发成功并投入使用（图７），取得较好的技术经济效益，国产最新的ZY29000/45/100D两柱掩护式液压支架也已经研发成功，将会给我国煤炭产业高质量发展提供新的技术支撑。

2.3.2采煤机

我国电牵引采煤机经过多年引进消化吸收和自主创新，已经形成了割煤高度满足0.8～8.8ｍ，能适应倾角 ０°～６０°的系列化产品。目前，国产在用采煤机装机功率最大达3030ｋＷ（图 ８），最大落煤能力达6000t/h，牵引速度超过20ｍ/ｍｉｎ，逐步攻克了采煤机结构刚性和可靠性、摇臂润滑和冷却、智能感知和控制等技术难题。

2.3.3 刮板输送机

我国已成功研制了多种系列刮板输送机、并在高产高效矿井中得到应用。刮板输送机槽宽630～1400ｍｍ （630、730、764、800、900、1000、1200、1350、1400），整机功率90～3×1600ｋＷ，输送量450～4500t/h；转载机槽宽630～1800ｍｍ，输送量500～6000t/h，整机功率90 ～700kW；破碎机破碎能力500～6000t/h，整机功率90～700ｋＷ。在高端刮板输送机领域，针对超大采高等极限负荷工况，我国对刮板输送机运量、运距、寿命、高可靠性等方面进行技术攻关，相继研制了高强耐磨材料及端头拼焊中部槽，强度较常规结构提高20％，寿命增加30％以上，大修周期过煤量高达20Ｍｔ；此外，还研发了工作面“三机”智能监控系统，具备智能控制、自动调速、机尾自动张紧、链轮自动润滑、系统故障智能诊断等功能，系统可靠性大幅度提高。

2.3.4 带式输送机

虽然近年来我国带式输送机制造水平迅猛发展，在运量、运距、可靠性、自动控制等方面都有了长足发展，但与国外相比，软启动、功率平衡、关键部件寿命、动态监测、监控及保护装置等关键技术依然落后，无法满足国内煤矿高强度条件需求，带式输送机的发展方向在于适应高产高效集约化生产的需要，长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势。

2.3.5 乳化液泵站

乳化液泵站作为综采工作面液压支架的动力输出装备，随着高强度开采成套技术及装备的不断突破，乳化液泵站供液系统需满足支架高初撑力、高工作阻力、快速移架等需求，同时还需具备高可靠性、定量精确控制等特征。我国在关键元部件可靠性、泵站系统及自动化控制技术等方面不断尝试，变频控制、多级过滤单元、乳化液自动配比、电磁卸荷阀、自动补水补液等先进技术逐渐应用在国产泵站的设计和制造中，2017年，国产首套大流量630L/min泵站在补连塔煤矿8ｍ 大采高工作面投入使用。

2.4 智能化综采技术得到了长足发展

近年来，５Ｇ 技术的出现，助力了人工智能、物联 、边缘计算、大数据等技术在煤矿的推广应用，但我国煤层赋存条件千差万别，且煤矿智能化领域尚有煤岩识别、煤矸识别、高精度传感、低照度视频监控等核心技术瓶颈有待突破，总体而言，我国智能化采煤尚处于初级阶段，智能化采煤切忌一哄而上，搞大跃进，应结合矿井实际，围绕地质勘探与测绘、电子通信、 信息处理与分析、装备智能化等技术的进步而逐步开展。

图7 国产ZY26000/40/88D超大采高液压支架

图8 国产MG1100/3030-GWD大采高采煤机

结论与展望１）我国资源禀赋的特点是“富煤、贫油、少气”，自改革开放以来，我国经济高速发展，为经济增长提供动力的煤炭能源需求日益增长，我国能源结构的特点和市场需求促使煤炭工程技术人员在开发利用上潜心研究，以综合机械化为标志的工业化采煤为我国经济的高速发展提供了充足的能源供应。２）我国煤矿机械化开采走出了一条引进、消化、吸收再到发展创新的成功之路，丰富和发展了综合机械化开采技术，形成了适合中国煤炭赋存特点的多样化机械化开采模式。３）２０世纪８０—９０年代我国煤机发展理念总体是突出经济和实用型，９０年代后期至今，逐步向重型化、高可靠性方向发展，尽管我国煤机装备研制水平有了大幅提高，缩短了与国际先进国家煤机装备的差距，但在关键元部件、材料、工艺、整机可靠性方面，依然存在一定的差距。４）采煤方法与工艺依然是机械化发展的基础，采煤方法与工艺的变革促进了煤机装备的升级换代，甚至脱胎换骨的进步，而煤机装备仅是采煤方法与工艺的载体。煤机装备的研发和应用应立足于采煤方法与工艺的不断创新，也是煤炭科技发展的必由之路。５）煤矿智能化是煤炭行业发展的必然趋势，也是煤炭科研攻关的重点方向，但其前提必须是装备要具有高可靠性，而且智控采煤工艺的取得突破与岩层控制的定量化技术是智能化实现的先决条件。

引用格式

闫少宏,徐 刚,范志忠.我国综合机械化开采50年发展历程与展望[J].煤炭科学技术,2021 ,49( 11): 1-9.YAN Shaohong,XU Gang ,FAN Zhizhong.Development course and prospect of the 50 years’comprehensive mecha-nized coal mining in China[J].Coal Science and Technology ,2021 ,49( 11):1-9.