我国大采高综采技术现状及发展趋势分析研究（1．中国矿业大学，安全工程学院，江苏徐州，221008）摘要：大采高综采是厚煤层高采出率开采技术的重要发展方向,在界定大采高综采概念、分析其工作面开采基本特征的基础上,系统总结了大采高综采技术发展历程与研究现状,指出大采高综采技术的发展呈现采高增大化、围岩控制复杂化的趋势,大采高综采采场覆岩运动特征、煤壁片帮控制机理、支架围岩耦合作用规律、端部围岩稳定性控制等是急需解决的关键技术问题。
文章对比了国内外大采高技术现状，并分析了我国大采高综采技术与国外的差距，指明了我国大采高综采技术的发展方向，对指导矿区大采高综采技术的应用实践及推动安全、高效、高采出率煤炭开采技术的发展都具有重要意义。
关键词：厚煤层大采高综采采煤方法问题分析发展趋势Current situation of fully mechanized mining technology with high mining height to analyze in china（1．China University of Mining and Technology，Faculty of Safety Engineering ，xuzhou221008）Abstact：The fully mechanized high cutting coalmining is an important development direction of the high mining rate technology for the thick seam. Based on the definition of the fully mechanized high cutting coalmining conception and the analysis on the mining basic features of the coalmining face, the paper systematically summarized the development history and study present status of the fully mechanized high cutting coalmining technology and pointed out the development of the fully mechanized high cutting coalmining technology with a tendency of the mining height increasing and the sounding rock control complicated. The overburden strata movement features of the fully mechanized high cutting coalmining face, the coal wall spalling control mechanism, support and sounding rock coupling role law, face end sounding rock stability control and others would be the key technical problems to be solved in urgently.Key words:Thick seam fully mechanized mining technology with high mining height coal-mining method problem analysis development tendency0 引言煤炭在一次能源构成中占据着70%的份额，且以煤炭为主的能源消费格局在今后至少五十年内不会发生根本改变。
但因我国煤炭开采起步晚、技术水平低、安全投入少、从业人员素质低、安全意识薄弱、管理不到位等原因造成我国煤炭事故频发，煤矿工人生命安全无法保障，造成重大经济损失，影响了社会的和谐和团结。
但是2001~2011年我国的百万吨死亡率（如图1）由5. 07逐渐下降至0.564，可以看出，一方面是我国政府在煤矿安全领域投入逐渐增加，以人为本的科学理念正在进一步实施；另一方面是煤矿采掘设备科学技术的发展，综合机械化设备的出现减少了事故的发生，特别是大采高综采技术的发展，增加了我国煤炭的产量。
中国是世界最大的产煤国，2009年煤炭产量突破29亿t，2010年煤炭产量预计突破30亿t，占世界煤炭总产量的44%以上[1]。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中有关能源的优先主题包括“重点研究开发煤炭高效开采技术及配套装备”。
“十五”和“十一五”期间，通过国家科技支撑计划和科技攻关计划的支持，在大采高和放顶煤开采技术与装备等方面取得了一批重要成果，支撑了我国煤炭工业的技术进步和快速发展。
所以煤炭高效安全开采和高效开采工作面成套装备技术始终是我国煤炭工业研究和发展的方向。
图1 2001~2011年我国百万吨死亡率数据趋势图目前，我国高端液压支架、重型输送机设备等开采装备核心技术已经居于国际先进水平，综采放顶煤开采装备技术处于国际领先地位。
高端液压支架和电液控制系统已实现国产化，结束了依赖进口的历史，国产成套综采装备技术开始出口。
但是，在重型输送机软启动、轴承、减速器大直径高强度圆环链和采煤机变频器、密封、齿轮、电控等关键元部件技术和可靠性方面距国际先进水平还存在较大差距。
“十一五”期间我国开采装备技术创新步伐加快，关键技术攻关取得重大突破。
“十二五”期间开采装备技术必将进一步加快发展，我国将由煤机装备制造大国向煤机制造强国发展。
1 大采高综采技术实施的必要性20世纪末期以来，高新技术不断向传统采矿领域渗透，美、澳、英、德等国家采用了大功率可控传动、微机工况检测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进适用技术，研制出适应不同煤层条件的高效综采大型设备，实现了从普通综合机械化生产向高产高效集约化生产的根本性转变。
新型综采设备在传动功率、设计生产能力大幅度增加的同时，设备功能内涵发生了重大突破，设备可靠性显著提升，并实现了综采生产过程的自动化控制，使综采新型装备的使用取得了很好的技术经济效益[5]。
厚煤层开采与中厚煤层和薄煤层开采相比，具有产量高、矿井生产工作面少的特点，是我国综采生产发展的主要方向，也是实现矿井高产、高效、安全开采的重要技术途径，1994~2008年的大采高综采面最大产量如图1所示。
图2 1994~2008年大采高综采面最高年产量近年来已建成高产高效的矿井的生产实践证明，高产高效矿井建设，提高了工作面的生产能力，大大减少了井下人员的数量，安全状况都有很大地改观，百万吨死亡率远远低于全国平均水平。
目前，国外综采成套设备的生产能力已经达到3000t/h以上，在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产800万~1000万t，出现了“一矿一面、一个采区、一条生产线”的高效集约化生产模式。
在高效综采大型设备和我国对煤炭产量的驱动下，矿井高产、高效、安全开采要求越来越强烈，我国出现了年产量千万吨矿井，有些矿区逐渐实现了“一矿一面、一个采区、一条生产线”的高效集约化生产模式。
大采高综采技术在我国采煤技术领域是必然的发展趋势[2]。
大采高工作面的发展是实现高产高效矿井建设的有效途径。
2 大采高综采技术2.1 大采高综采技术概念大采高是相对于普通采高而言的，至今没有确切的定义，一般认为大采高割煤高度应大于3.5m（即厚煤层定义的下限），大采高综采可定义为割煤高度大于3.5m的综合机械化开采[3]。
大采高综采的基本特征如下：（1）与分层综采相比，具有生产能力大、单产高、巷道布置简单、工序简单、巷道掘进量和维护量小、回采工效和采出率高、吨煤成本低的优点；与综放开采相比，具有采出率高、含矸率低、煤尘小等优点。
（2）工作面开采高度大，覆岩破坏范围大，基本顶可回转、运动的空间大，上覆稳定的砌体梁结构距采场较远。
（3）工作面支护强度高、动载系数小、支架工作阻力与初撑力多呈线性关系，支架围岩受力以静载为主。
（4）工作面煤壁片帮严重，片帮、冒顶联动性大，支架稳定性差，支架围岩系统稳定性控制难度较大。
2.2 采煤方法比较人工假顶分层综采是将厚煤层分成若干层，顶分层要为下分层铺设人工假顶的一种采煤方法，适用于煤层顶板中等冒落，直接顶为具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。
放顶煤综采采煤法就是在厚及特厚煤层的底部布置回采工作面，采用滚筒式采煤机、放顶煤液压支架、刮板输送机（一部或两部）及其他附属设备进行配套联合生产，除用采煤机正常割煤外，还利用矿山压力或辅以人工松动方式使工作面上方顶煤破碎，并随着工作面的推进从液压支架的上方或后方放出并回收的一种采煤方法。
、和几种采煤技术的比较可知，大采高综采技术能实现煤矿的安全高效开采，各种采煤方法的优缺点如表1所示。
表1 采煤方法优缺点比较采煤方法优点缺点人工假顶分层综采煤炭回收率高，厚煤层可达95%以上铺设假顶工作量大、用人多工艺复杂、推进速度慢，下分层顶板及巷道维护困难、反复揭露采空区易燃发火、巷道掘进率高、生产组织管理复杂、成本高。
一次采全高放顶煤高产、高效、掘进率低、材料消耗量低、减少了综采设备的搬家次数与费用、节约电力、自燃发火机率减少、对煤厚变化大、构造比较复杂的地质条件有较好的适应性。
与分层综采相比，煤炭回收率稍低、工作面设备多，管理复杂、易混入矸石，原煤灰分高，工作面作业条件差、与分层综采相比，工作面设备投资多。
大采高综采技术工作面单产高，增产潜力大、工作面设备少、工序简单，易管理、与放顶煤综采相比，含矸率低、成本低，初期经济效益好。
采高大、工作面煤壁松软时易片帮、推进速度快，要求移架速度快、设备投资较高、下分层工作面易发生漏顶事故。
3 大采高综采关键技术问题及装备3.1 关键技术问题（1）大采高综采上覆运动规律及其结构稳定特征研究。
上覆岩层运动是采场矿压显现的根源，覆岩破断后，形成一定的稳定结构，研究其结构稳定特征对采场矿压控制具有重要意义，以砌体梁理论为代表的一系列研究成果为我国煤矿采场矿压控制提供了理论依据，而大采高综采条件下，尤其是目前支架工作阻力已达10000kN条件下，采场上覆岩运动规律及其结构稳定特征有何特殊性，需要进一步深入研究；另外，支架工作阻力对采动支承压力分布影响规律，即采动支承压力分布的支护效应需要深入的研究。
（2）大采高综采面煤壁片帮控制问题。
煤壁片帮严重是大采高综采的突出问题，据统计，大采高综采面支架围岩事故是一般综采面的数倍。