神华宁煤集团的现代化高产高效矿井建设

李玉民

（神华宁夏煤业集团有限责任公司，宁夏回族自治区银川市，750011）

2002年底，神华宁煤集团组建时，在籍矿井16个，核定生产能力为1218万t／a，当年实际生产原煤1574万t，单个矿井平均生产原煤不足100万t；采煤机械化程度为35.59%，掘进机械化程度为54.12%，原煤生产人员效率为2.86 t／工，回采效率为8.948 t／工。为了适应宁东国家级亿吨煤炭基地高产高效矿井建设的需要，在宁东煤炭基地矿井建设和对老矿区矿井技术改造中，神华宁煤集团打破传统的煤矿建设模式，应用和创新了一系列先进的理念和新工艺、新技术、新装备，打造了宁东亿吨煤炭基地现代化特大型高产高效矿井群。到2011年，公司生产规模达到8300万t／a，当年生产原煤7408万t，采煤机械化程度达到98.85%，掘进机械化程度达到89.68%，原煤生产人员效率达到9.82 t／工，回采效率达到59.178 t／工，较2002年分别提高4.71倍、2.77倍、1.66倍、3.43倍和6.61倍，为宁夏的经济社会发展作出了应有的贡献。

1 高起点建设现代化特大型高产高效矿井群

宁东矿区是国家级亿吨煤炭生产基地，是神华宁煤集团煤矿建设的主战场。宁东煤田煤炭储量达274亿t，煤层埋藏稳定，可采煤层多，煤层厚度大，开采条件较好，具备建设特大型矿井的有利条件。随着国民经济的快速发展、煤炭开采技术和煤机制造水平的大幅提升以及公司跨越式发展的需要，高起点、高标准地推进特大型高产高效矿井的建设和改造势在必行。

宁东煤田原总体规划中的矿井井型都不大，矿井数量众多，缺乏现代化矿井集约化生产的先进理念，制约着亿吨煤炭基地高产高效矿井的建设。宁东矿区大规模开发建设后，根据各矿区煤层埋藏条件、地质构造条件和建设条件，把宁东煤田各井田都纳入国家级亿吨煤炭基地进行重新规划。目前，宁东矿区所属特大型矿井的井田面积普遍较大，走向长度为 4.5～14 km，倾斜长度为 4.5～12.8 km，可采储量为5.97～13亿t，主要矿井设计规模为600～1200万t／a。目前已经建成投产、试生产或将竣工的矿井有10对，初步实现了特大型矿井群高产高效集约化生产目标。宁东基地建设的主要矿井的基本情况见表1。

表1 宁东亿吨煤炭基地特大型矿井群主要矿井的基本情况

2 应用先进理念和技术对老矿小井进行技术改造

宁东煤炭基地包括宁东新区和石嘴山、石炭井以及灵武矿区的老矿小井。这些矿井绝大部分都是20世纪50～70年代建设的矿井，有的还是解放前的小煤窑经过几十年不断改造形成的。矿井的核定能力最小为18万t／a，最大为150万t／a。从2003年开始，神华宁煤集团对公司所属生产矿井进行扩能技术改造。这次技术改造完全打破20世纪90年代以前传统的矿井建设模式，采用合并矿井、大走向长工作面、千万吨高标准综采工作面、一井一面布局、淘汰炮采炮掘的落后采掘工艺、安全设施完善提高等新的理念和新技术、新工艺、新装备，对老矿小井进行彻底改造，从根本上达到了宁东亿吨煤炭基地建设的高产高效目标。到2009年底，矿井技术改造项目陆续竣工投产，新增生产能力1645万t／a，对大幅提升公司的产量和效益发挥着至关重要的作用。

3 创新高产高效矿井建设的核心开采工艺技术

宁东基地的煤炭储量为274.16亿t，其中特厚煤层占总储量的40%以上。当时国内外尚没有在煤层倾角10°以上，一次采全高达到5.5 m及以上的大采高开采技术。2006年，神华宁煤集团启动了首个煤层倾角15°～20°、走向起伏8°～12°的大倾角大起伏复杂特厚易燃煤层6.2 m大采高开采工艺及关键技术和国产化成套设备配套方案研究项目。

大倾角大起伏复杂特厚煤层6.2 m一次采全高综采回采工艺、系统与设备的技术研究，解决了大倾角大起伏大采高回采系统与工艺装备的可靠性与稳定性控制难题。提出了大采高支架的双重控制机制，从提高支护强度入手，以控制顶板煤壁双重剪切破坏；从加强支架水平抗倾覆结构及承载能力入手，以适应老顶大回转运动对支架稳定性影响。研发并采用了重型支架和采煤机防倒、防滑和整体稳定性自动控制技术与装置，支架、采煤机、刮板运输机系统稳定性协调与控制技术以及五箱屉结构伸缩梁防片帮冒顶技术等，保障了大倾角大起伏大采高条件下设备运行和回采的安全。该项目在羊场湾煤矿成功实施之后已在宁东矿区推广应用。

宁东矿区厚度为10 m左右的煤层在特厚煤层中所占的比重很大，煤层节理、裂隙不发育，韧性指标为9～10，属高韧性难冒放煤层，国内外没有在高韧性煤层中进行综采放顶煤的先例。神华宁煤集团通过对宁东高韧性易燃特厚煤层综采放顶煤项目进行研究攻关，掌握了韧性指标为9～10的高韧性煤层的煤层结构、物理力学特性，揭示了高韧性煤层顶煤难冒放的机理，为研究高韧性难冒放煤层的放顶煤工艺技术提供了科学依据；在高韧性难冒放煤层中采用多方位分区域可控顶煤弱化技术破碎顶煤，选用反四连杆、低位高强度放顶煤支架，增大支架后方顶煤冒落松动空间，增大顶煤压缩量，有利于高韧性煤的破坏，提高了顶煤冒放性和回收率。成功解决高韧性煤层综采放顶煤冒放性差的难题，为宁东亿吨煤炭基地高产高效生产创出了一种新的开采工艺。目前该工艺已经在宁东矿区特厚煤层中广泛推广应用。

4 辅助提升采用缓坡斜井无轨胶轮运输方式

矿井辅助提升一直都是制约矿井生产的一个关键环节。因为目前立井和斜井提升设备的能力在达到一定采深时，很难满足现代化特大型矿井生产能力不断增长的需要。神华宁煤集团在特大型矿井建设过程中，几经曲折，最终接受了用缓坡斜井无轨胶轮运输方式，解决了制约辅助提升的瓶颈问题。神华宁煤集团目前有6个矿井都采用缓坡斜井无轨胶轮车进行地面到井下的辅助运输。

宁东煤田煤层一般埋深都在100～800 m，目前的开采深度都在600 m以内。由于井底车场深度都在约300～500 m，缓坡斜井的垂深较大，其井筒布置方式都采用穿层折返的方法布置井筒。目前投入使用的6个矿井的缓坡斜井，井筒两端垂高最小60 m、最大484.5 m，井筒坡度最小1.6°、最大7°，净宽5～5.6 m、净高4.1～4.6 m，净断面17.82～22.4 m2，缓坡斜井长度867～5621 m。

由于无轨胶轮车从地面到井下或从井下到地面都是直达运输，克服了其他提升方式环节多、系统复杂、效率低的弊病，大大提升了矿井的辅助提升运输能力，也有效缓解了矿井的生产接续，为高产高效矿井建设和经营提供了有利的条件。

5 采用大倾角大运量大型带式输送机提升

宁东煤田目前的开采条件尚有利于斜井提升运输，所以截至目前建成投产和试生产的矿井均采用主斜井带式输送机提升方式。采用该提升方式的矿井总规模为7140万t／a，最小规模240万t／a、最大规模1200万t／a，井筒坡度突破大型带式输送机斜井18°的坡度极限，最大坡度达到22°。单台带式输送机最大提升长度1800 m，最大提升高程538 m，最大运量3300 t／h，最大带宽1.8 m，最大功率4×1850 k W，最 大 带 速 6.73 m／s，最 大 带 强6300 N／mm。采用斜井带式输送机主提升系统，运量大、环节少、安全可靠性高，适合大型、特大型矿井对主提升系统的需求。神华宁煤集团8个特大型矿井的主斜井及其主提升参数见表2。

表2 8个特大型矿井主斜井带式输送机主要参数

6 大功率重型化高可靠性采掘装备是高产高效矿井建设的核心

回采设备大型化、重型化、高可靠性，是矿井装备发展的趋势，也是高产高效矿井建设的核心。为了使公司的综采综放设备和生产水平大幅提高，达到高产高效的目标，神华宁煤集团按照几个矿区的各种煤层条件、不同顶板类型、不同采高、不同回采工艺，按照大型化、重型化、高可靠性的标准和高产高效矿井建设的要求，设计了十几套综采综放设备的配套方案，以利于生产矿井更新设备和基建矿井、技改矿井设备选型。设备的主要特征是：支架的支护高度为0.9～6.2 m，工作阻力为4800～10000 k N，支架宽度为1.5 m和1.75 m，重量为12.5～42 t；采煤机滚筒直径为1.4～3.0 m，3种截深为630 mm、800 mm、865 mm，装机功率为456～2245 k W，重量为22～140 t；刮板运输机功率为2×200～3×855 k W，中部槽为730～1250 mm，运输能力为730～4000 t／h。目前公司使用的采煤机均为电牵引采煤机，液压支架大部分具有电液阀控制功能。羊场湾煤矿综采一队6.2 m大采高综采工作面2009年原煤产量为1047万t，此后每年产量都在千万吨以上，充分显示了大型化重型化综采设备的巨大优势。

由于近年来公司采煤机械化装备水平的快速发展和开采工艺技术的不断创新提高，综掘装备水平也有了相应的提高。公司目前在用的煤巷半煤岩巷综掘机91台，其中截割电机功率160 k W以上机型64台、150 k W机型27台。根据掘进巷道断面施工需要以及围岩地质条件和以前各种机型使用的情况，150 k W及以下机型都属于将要淘汰机型。半煤岩巷和大采高综采工作面大断面顺槽掘进综掘机配置都以160 k W及以上机型配置，以截割功率200 k W的EBZ－200H型综掘机使用效果较佳。

目前国产岩巷掘进机技术还很不成熟，岩巷掘进一般还是以采用风钻打眼、放炮、耙斗装岩机装碴工艺为主，掘进单进水平低、劳动效率低，严重制约了矿井采掘接续和安全高产高效生产。神华宁煤集团从2010年以来推广应用了全液压岩石钻车与挖掘式装载机岩巷掘进配套技术，使岩巷掘进效率有了显著提高，所用全液压掘进钻车CMJ－17～CMJ2－27等4种型号设备共44套。

7 结语

神华宁煤集团在国家级亿吨煤炭基地现代化高产高效矿井建设中，在开采技术、工艺和装备方面所作的探索、研究和攻关取得了一些成果。这些成果已经在高产高效矿井建设和生产经营中发挥着显著的作用，同时也已成为宁东国家级亿吨煤炭基地建设的主要模式。