[00141315]西部特厚硬煤层超大采高智能化综放开采成套技术与装备

综采放顶煤开采在我国山东兖矿、阳泉、大同等矿区取得了巨大的成功,也是我国煤炭开采取得的处于世界领先水平的标志性成果,然而由于我国煤层赋存条件多样,放顶煤开采技术仍然需要继续创新、发展和完善。特别对于西部矿区而言,该矿区赋存有大量的 9~13m 特厚硬煤层,采用普通综放开采存在顶煤大块多、易成拱;顶煤悬顶长、不易垮落;回收率低等现象,采用大采高开采工艺无法实现一次采全厚开采,造成了大量煤炭资源损失。 本项目针对以金鸡滩煤矿为代表的西部 9m 以上特厚硬煤层,常规放顶煤开采存在顶煤冒放差、回采率低、支-采-放协同控制难度大等问题,从采煤方法、放煤理论和工艺;支架围岩耦合关系、配套模式;智能化放煤理论与控制策略三个方面,探究了特厚硬煤层覆岩破断及运移规律,制定了合理采放工艺,研究了超大采高综放工作面支护设备关键技术,优化了工作面设备配套总体参数及联合支护方案,集成应用了智能化综放开采技术,实现了西部 9m 以上特厚硬煤层的安全、高效、绿色和智能开采,研发了具有自主知识产权的世界首套特厚硬煤层 7m 超大采高智能化综放开采成套技术与装备,研究成果达到如下技术性能指标： （1）提出并遵循了提高机采高度,改善冒放性;顶煤架前完整,架后破碎;智能开采,系统协同;环境友好,绿色开采的开采理念。 （2）研发了超大采高综放理论方法和工艺,建立了工作面中部上位基本顶关键层呈稳定砌体梁结构,下位基本顶关键层呈组合悬臂梁结构与不稳定砌体梁结构交替的超大采高综放工作面力学模型,基于采放空间、支护强度与极限悬顶长度,确定工作面合理采高;揭示了煤壁板裂化片帮发育过程力学机理,基于煤体结构、支架支护强度、护帮能力、采放空间关系,得出了主动支撑降负重、水平分力抑位移以及扩大防护增稳定的煤壁稳定性控制方法,建立了煤壁稳定性评价指标。 （3）构建了近场支架-顶煤初次耦合和远场支架-围岩二次耦合模型,基于初次耦合理论,分析了支架主动支撑作用对顶煤预裂效果,确定了液压支架的合理架型及初撑力,基于二次耦合理论,以安全控制为约束动态调整放煤量,实现采放空间和回收率协同控制。 （4）揭示了特厚硬煤层超大采高条件下顶煤“瀑布式”运移规律,使顶煤从拉架被动放煤变成主动滑移冒落,改变了传统椭球体放煤理论认识,减少了煤矸混层,提高了顶煤回收率,减少了混矸率,根据煤、矸滑落至放煤口的时间差,确定最佳放煤口动作时间,改变了传统“见矸关门”作业方式,实现了顶煤混矸率小于 5%的控制目标。 （5）创新了超大采高综放开采配套模式,首次提出并应用了“马鞍形”开采工艺,研制了与之相匹配的支护装备,提高了煤炭采出率,减少了工作面上、下两端部过渡段顶部三角煤损失,使工作面回采率不小于 90%。 （6） 研 发 了 世 界 最 大 工 作 阻 力 、 最 大 支 护 高 度 7m 两 柱 掩 护 式ZFY21000/35.5/70D 强力放顶煤液压支架,根据硬煤放顶煤煤流情况,建立了顶煤松散体流动性模型,揭示了煤矸流动过程中成拱机理,优化了放煤口尺寸、掩护梁倾角及尾梁支撑力等关键结构参数,发明了新型强力放煤机构。 （7）国内外首次研制了总装机功率达到 12000kW 的超大运量、高可靠、自动化、智能化综放工作面成套输送系统,自主研制了基于高精度惯导的采煤机定位导航及工作面自动找直关键技术,实现对工作面直线度进行动态监测,研发了多点多级煤流预破碎装置。基于支架与顶煤围岩耦合状态感知-支架姿态控制,研发了具备自学习功能的精准时间控制的智能综放系统。 本项目在金鸡滩煤矿 12 -2上117 工作面成功应用,最高月产达到 202 万 t,最高日产达到 7.9 万 t,成套装备可满足年产 20Mt 要求。