摘要 从20世纪90年代至今，我国井工煤矿开采技术不断进步，取得了突飞猛进的发展，近年来由高产高效逐渐向安全高效转变。根据煤层的不同开采厚度，厚煤层开采技术实现了从分层开采、
从20世纪90年代至今，我国井工煤矿开采技术不断进步，取得了突飞猛进的发展，近年来由高产高效逐渐向安全高效转变。根据煤层的不同开采厚度，厚煤层开采技术实现了从分层开采、一次采全高、放顶煤开采、大采高一次采全高的台阶式递进，薄煤层开采技术也经历了炮采、普采、综采的技术转变，相比之下，厚煤层开采更明显地引领和代表了中国井工煤矿开采技术的发展方向。
1 厚煤层开采技术发展
我国井工矿厚煤层开采技术经历了炮采 机采综采的发 展 历 程，综采技术也经历了由试验到研发、由研发到升级的转变[1]，20世纪90年代以来，我国煤炭行业实现由建设高产高效矿井向建设安全高效矿井转变，我国厚煤层开采技术也达到国际领先水平。根据煤层开采的主要工艺不同，对我 国30年来厚煤层开采技术的发展历程进行了以下总结。
1.1 分层开采技术工艺及装备20世纪七 八 十 年 代，我国厚煤层大多采用分层开采的方式，即先开采上分层 (或者第一分层)，然后铺设金属网，待形成人工假顶后再开采下一个分层，分层厚度 一 般 为2.5～3.0 m，工 作 面 产 量普遍为100～200万t/a。如晋煤集团古书院矿缓倾斜6m 厚 煤 层 分2层 开 采，综 采 工 作 面 产 量 180万t/a;开滦矿 务 局 唐 山 煤 矿 9～11 m 厚 煤 层 分3～4层开采，综采工作面产量超过100万t/a。20世纪 90 年 代 后，随着厚煤层开采技 术 发展，特别是高产高效矿井建设和安全管理要求的提高，分层开采存在的巷道掘进量大、材料消耗和动力消耗大、巷道布置和生产系统复杂、对于煤层自然发火难以控制等不足逐步显现，制约了厚煤层开采的高产高效发展，分层开采逐渐被放顶煤开采和一次采全高工艺替代。进入21世纪后，在特厚煤层 开 采 中，由 于 受到单层开采厚度限制，也常应用分层开采，但分层厚度较大，基本属于分层放顶煤开采或者分层一次采全高工艺系列，因此分层开采部分不再叙述。
1.2 一次采全高技术工艺及装备我国厚煤层一次采全高工艺是在中厚煤层综采基础上逐步 发 展 起 来 的。1978年开滦范各庄煤矿试验 工 作 面 采 高 3.6～4.0 m， 月 产 煤 炭 8.6万t;1985年在西山矿务局官地煤矿采高4.0m 工作面、邢东东庞煤矿采高 4.5～4.8m 工作面一次采全高工艺 平 均 月 产 量 均 已 超 过 14万t。在 地 质条件与煤层开采条件相对简单的情况下，一次采全高工作 面 产 量 一 般 可 达 分 层 开 采 的1.5～2.5倍，因此得到广泛推广应用。但受综采技术与装备发展的制约，以及应对煤层与开采条件的经验不足，一次采全高综采工作面的最大机 采 高 度 均 未 能 突破5.0m。20世 纪90年 代，从高产高效矿井要求出 发，我国厚煤层开采技术发展主要表现在对工作面主要生产设备进行改造提高和更新换代上，使综采设备在研发制造时更突出强调综采的整体配套性，其典型代表就是 “八五”国家攻 关 项 目 “日 产 7000t综采成套设备的研制”[2]。全套设备以大功 率、大截深交流变频电牵引采煤机，交叉侧卸、封底铸焊溜槽的大运量刮板输送机，大工作阻力、高移架速度的液压 支 架 为 主 体，在 铁 法 矿 务 局 得 到 试 验 应用，平均煤炭月产量 超 过 16 万 t，综 合 产 能 达到200万t/a水 平，为我国厚煤层综采技术再上 “日产1万t”“日产2万t”台阶奠定了坚实基础。21世纪初，我国大采高一次采全高技术和装备有了进 一 步 突 破，以 神 华 集 团 神 东 矿 区 最 为 突出，采用 一 次 采 全 高 的 煤 层 厚 度 逐 步 提 高， 在4～6m 厚煤层一次采全高生产工艺技术实现 “一矿一面”煤炭年产量8～10 Mt。如，2003年，神东矿区补连塔 煤 矿4.8 m 大 采 高 综 采 工 作 面 年 产原煤924万t;2004年，神东矿区上湾煤矿5.4m大采高综采工作面年产原煤 1075 万t;到 2007年，神东 矿 区 上 湾 煤 矿 诞 生 首 个6.3 m 大 采 高 重型综采工作面，采出率及工效大幅度提高;同期在山西晋城寺河矿也实现了大采高由 5.2 m 提 高到6.2m、产能达1000万t/a的目标。至此，大采高一次采全高工艺有了突飞猛进的发展，成为厚度7m 以下厚煤层开采的首选工艺。
1.3 综采放顶煤技术工艺及装备在总结厚煤层分层开采经验教训的基础上，20世纪八九十年代，我国以阳泉、潞安、兖州等厚煤层矿区为代表，逐步试验应用综采放顶煤工艺，并实现了 单 产 超 百 万 吨 的 突 破， 最 高 年 产 达 500万t。综采放顶煤工艺具有单产高、效率高、成本低、效益好等优势，特别是高产高效成为煤矿扭亏增盈的主要技术措施之一。但试验应用初期由于工艺设备不完善，放顶煤经验不足，也暴露出综放开采采出率普遍偏低，对瓦斯、火、粉尘等安全隐患治理难度大等问题，特别是由于个别企业急功近利地采用综放开采技术，造成一定煤炭资源损失。在此基础上，经过多年不断探索研究，放顶煤技术工艺和设备不断完善，综采放顶煤技术日渐成熟，成为厚煤层开采的重要手段之一，并逐步走向世界。
2 薄及中厚煤层开采技术及装备发展
相比厚煤层的开采技术发展，薄及中厚煤层开采技术也取得一定进步。从20世纪80年代采用薄煤层采煤机开始，薄煤层开采经历了薄煤层普通机采、刨煤机开采、综合机械化开采、智能化开采的发展历程。20世纪90年代起，我国在引进苏联电磁调速外牵引采煤机基础上，经历了由仿制到研制，从液压驱动、钢丝绳或链牵引到电牵引采煤机的发展，最终在经济型综采和高档普采采煤机上获得广泛应用，国产薄煤层滚筒采煤机在薄—中厚、煤质中硬以下、缓倾斜煤层条件下满足开采需求。
近10年来，薄及中厚煤层开采借助智能化技术优势，向着高效、智能进一步迈进，工作面长度逐步加 长，智 能 化 水 平 逐 步 提 高。例 如 在 神 东 矿区，神东公司在工作面回采过程中不断总结经验，工作面铺设长度经历了240、300、360、400m 的变化，特别是2012年哈拉沟煤 矿 在 较 薄—厚 煤 层工作面长度 增 加 至450 m，按 照 月 产 原 煤 20万t进行装备。工作面加长使原计划用连采设备回采的边角煤区域全部纳入到综采工作面，采出率由原来的 88% 提高到 95%，可多采煤炭 30 万t[12]。2007-2013年，冀 中 能 源 峰 峰 煤 矿 在 复 杂 坚硬薄煤层条件下，应用0.6～1.3m 薄煤层的综采自动化成套技术与装备实现自 动 化 安 全 高 效 开采[3];2014年，黄陵一号煤矿在1.4～2.2m 中厚煤层配备自动化成套装备，开创了工作面 “有人巡视、无人值守”的自动化、智能化开采模式;2019年，薄煤层智能化采煤机组在山东枣矿集团滨湖煤矿 应 用， 工 作 面 平 均 采 高 1.35 m， 工 作 面 长度139m，创出了薄煤层单面日产4000t的纪录，并且推动 取 消 了 夜 班 生 产，彻底颠覆了煤炭行业 “24h连轴转”的传统工作模式。
3 安全高效矿井配套技术装备发展
3.1 综合机械化掘进设备从20世纪90年代开始，悬臂式综掘机在我国煤矿得到空前应用，其中重型、超重型掘进机大批出现，掘 进 机 的 设 计、制 造、后 配 套 水 平 日 趋 完善，逐步跨 入 世 界 先 进 国 家 行 列[13]。特 别 是 中 煤科工集团太原研究院研制的 EBH450 型 掘 进 机，采用了截割工况识别和智能决策、截割转速交流变频调速控制、截割牵引调速控制等先进技术，达到国际先进水平。2000年以来，以 EBJ系列 为 代 表的悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配合作业，实现快速掘进，月进尺达1000m 以上。近10年来，我国在影响掘进 速度的 “破 岩、锚护、运输”三要素上发力，消化吸收国外先进技术，在连续采煤机掘进基础上改进提高，研发应用掘锚机组 及 其 配 套 系 统，成为综掘技术发展的亮点。系统由掘 锚 机 组、10臂 锚 杆 钻 车 及 其 后 配 套设备组成，掘锚分离、平行作业，多排多臂同时锚护 作 业， 掘 锚 同 步 匹 配， 极 大 提 高 了 掘 进 速度。2003 年， 神东矿区乌兰木伦矿 应 用JOY12CM15 15DDVG 掘 锚 机 组 掘 进 最 高 月 进尺1200m，山西上榆泉煤矿使用奥地 利 ABM20掘锚 机 组， 最 高 月 进 尺 1 388 m; 对 比 之 下，2014-2016 年， 神 东 矿 区 大 柳 塔 煤 矿 应 用 国产JM340掘锚 机 组 高 效 快 速 掘 进 系 统，平 均 月 进尺2400m，最高月进尺3088m，大大刷新了世界纪录。近年来，全断面掘进机、全断面盾构机的广泛应用，是煤 (炭) 铁 (建)融 合、取 长 补 短、相互完善、共同提高的标志。神华集团神东补连塔煤矿斜 井 工 程 总 掘 进 里 程 2 745 m， 最 大 月 进尺639m，连续4个月进尺超过500m，是我国国内第1个 采 用 全 断 面 隧 道 掘 进 机 (TBM)施 工 贯通的煤矿斜井工程，掘进速度和单次掘进距离全球领先;神华新疆能源有限责任公司所开发的玛纳斯涝坝湾煤矿副平硐工程是国内首次将大型复合式岩石掘进机用于煤矿巷道的工程，掘进长度5900m，于2012-2014年冬季施工、连续掘进、洞内拆机;陕西彬长矿区高家堡煤矿成功应用在西区辅运大巷(6500m)和西区2号回风大巷 (6500m)施工，山东巨野矿区新巨龙等多个煤矿均在井下大巷岩石掘进应用，取得较好的掘进纪录。
3.2 提升运输技术与装备提升运输设备的发展，为煤矿安全高效生产提供了可靠支持。立井提升中，随着大型及特大型矿井、深部矿井的不断增加，大直径大功率提升机、特大容量箕斗的研发应用，为千万吨、千米深矿井提升创造了条件，也是我国煤矿运输设备发展的重大突破。30年来，我 国 矿 井 建 设 中，塔 式 提 升 机最大直径 由4.0、4.5、5.0 m 逐 渐 发 展 至 目 前 最大的6m，如巴拉素、大海则煤矿副井提升机采用的JKM 6×6多绳摩擦式提升机;落地摩擦式提升机规格最大直径可以达到6.2m，如华能甘肃能源公司核桃 峪 和 新 庄 矿 副 井 提 升 机 采 用 的JKMD6.2×4多绳摩擦式提升机;与大功 率、大 直 径、大容量的提升设备相适应，大功率的交 直 交变频系统应用越来越广泛，交流变频传动系统已成为矿井提升机传动系统的主要发展方向，并向着提升机精确调速控制、位置闭环控制、机电液协调控制、无人值守全自动化智能集控技术、远程故障诊断及健康管理技术进军。近年来，国内贵州高原矿山机械厂研制生产的永磁电机内装提升机得到了大力发展，已经 有 几 十 台 的 使 用 案 例，其特点是高效节能，系统简单。
3.3 建井技术与装备在30年 间，随着我国设计建设水平的提高，复杂地质条件下深井建设也达到国际领先水平。特别是20世纪末至21世纪初，我国开发了适应大直径、深井快速施工的普通法凿井工艺技术及大型装备，研制了钻井直径可达13m 的竖井钻井、钻井直径5m 的反井钻井、钻井直径5.8m 的竖井掘进机，发展了冻结、注浆和凿井平行作业技术，创新形成了表土层钻井与基岩段注浆的平行作业工艺。根 据 统 计， 我国煤矿井筒最 大冻结深度950m，为甘肃核桃峪煤矿副井冻结工程;冻结表土层深度754m，为山东巨野万福煤矿主副井冻结工 程; 最 大 钻 井 深 度 660 m， 钻 井 成 井 直 径8.3m，为安徽板集主井钻井工程。
4 中国井工煤矿开采发展前景展望
随着我国井工煤矿开采技术的发展，安全、高效、绿色、智能将成为未来的主要发展方向，具体表现在以下几个方面。(1)复杂煤层安全高效开采。由于我国未来井工煤矿煤层条件日趋复杂，因此研发复杂煤层条件安全高效开采技术工艺、高可靠性装备，提升煤机装备智能制造水平，提高工作面自动控制水平，成为安全高效矿井建设最迫切的要求，也是智能化发展的趋势。(2)井工煤矿智能无人开采。依靠科技进步，井工煤矿开采、掘进、运输、支护、通风、选煤等系统逐步实现无人化，探索深部煤炭资源无人化开采方法和技术装备，以无人化高可靠性精准采煤机器人、井下全断面无人化智能掘进机器人替代井下工人，实现井下无人化。(3)煤炭资源绿色一体开采。针对煤炭开发地表塌陷、植被和地下水体破坏、废弃物排放和共伴生资源浪费等问题，探索煤矿开采的生态环境近零损害开采 工 艺 与 设 备;探索精准局部充填开采技术，地下水资源高效储存、利用技术，应用保水采煤技术、煤与瓦斯共采技术、煤水共采技术、煤与地热共采技术、采选充一体化技术等，开展新型开采方法、技术和装备研究。
参考文献：
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《我国井工煤矿开采技术装备回顾及展望》来源：《中国煤炭》，作者：郭俊生
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