①课题来源与背景

我国综采技术及采煤装备能力的发展已可满足工作面长度300m工作面的开采需求，但国外已实现450m超长工作面的常态化生产。工作面长度再加大后增加了顶板矿压控制和设备配套及管理的难度。目前国内在此项参数上与国外仍存在一定差距，超长工作面顶板控制技术、支护系统自适应控制和装备合理配套选型是实现超长工作面应用的难点和关键。

陕西煤业化工集团孙家岔龙华煤矿20112工作面是201盘区最后一个综采工作面，工作面设计长度400m，走向长2089m，切眼395m，工作面煤厚平均厚度为3.6米，夹矸厚度为0.3米，存在过空斜巷、垂直空巷和平行空巷等支护难题。

②研究目的与意义

在原有综采工作面设备改造基础上，克服过空斜巷、垂直空巷和平行空巷等安全开采难题，重点研究龙华煤矿400m超长工作面的矿压显现规律、支护特性、设备总体配套合理性及安全高效回采技术，研发超长工作面采煤机记忆截割、液压支架跟机自动化、刮板运输机煤流调速等针对性措施及技术，实现超长工作面综采设备的协同控制，同时通过记忆截割、人工干预，完成20112超长工作面的远程监控和智能开采任务。

针对陕西煤业化工集团孙家岔龙华煤矿20112工作面的地质特点、设备生产能力、过空巷等复杂开采条件，龙华煤矿联合西安科技大学、中煤科工开采研究院有限公司等单位，进行400米超长综采工作面安全智能开采的理论分析、技术攻关和工程应用研究。

③主要论点与论据

本成果以旧设备改造和增加工作面长度为基础，聚焦于现有设备改造条件下的超长工作面、过空巷安全智能开采工艺及配套技术，通过20112超长工作面安全回采理论与矿压观测与分析，揭示400米超长工作面矿压显现规律，完成对现有综采成套设备在400米超长工作面中适应能力的可行性论证，通过采运设备改造、落-装-运-支设备协同控制等多项措施，保障了400米工作面安全开采；研究工作面地质开采环境及开采条件，提出400米超长工作面过空巷技术，通过有效支护和推采工况参数优化，实现超长工作面过空巷安全回采控制，大大减少煤柱资源的浪费，降低巷道万吨掘进率，提高盘区煤炭采出率，形成400米超长工作面安全智能开采组织和保障体系，为煤炭行业提供示范应用。

（1） 建立超长工作面顶板垮落模型，研究超长工作面顶板垮落的尺度效应，揭示超长工作面顶板运动和矿压显现规律，获得超前支承压力影响范围，结合液压支架支护特性进行数值模拟分析，得到合理的设备总体配套参数。

（2）针对龙华煤矿10112综采工作面回采地质情况，研究工作面过空巷时超前承压、支护稳定性、安全性分析和设备控制等方法，通过采取注浆锚固、填充宁泰克高水材料、墩柱支撑相结合的方式，破解了过空巷、平行巷、垂直空巷和斜空巷的安全支护难题，形成了超长工作面过空巷方法和配套工艺。

（3） 在改造现有设备前提下，项目将综采工作面长度由330米设计增加到400米，实施了采煤机智能行走调速、底板管理、智能运输调速等一系列措施，实现400米工作面落-装-支-运设备的协同控制，达到落煤速度和运输设备的参数匹配，防止了煤量过大压死转载机；通过截割轨迹规划、基于机器视觉的液压支架找直等技术，协调和修正综采设备动作，实现综采工作面系统的自主决策和智能化采煤。

（4）研发了集本地控制、顺槽集中控制和地面远程控制于一体的超长综采工作面智能控制系统，形成了过空巷条件下超长工作面智能开采技术体系，实现了超长工作面安全、高效、智能开采。

④创见与创新

（1）建立顶板垮落模型，研究超长工作面顶板垮落的尺度效应，揭示超长工作面顶板运动和矿压显现规律，获得超前支承压力影响范围，结合液压支架支护特性进行数值模拟分析，得到合理的设备总体配套参数。

（2）提出了基于地层数据建模分析的高水材料与墩柱支撑结合的支护方法，破解了过空巷、平行巷、垂直空巷和斜空巷的安全支护难题。

（3）提出了基于超长工作面顶底板实测采动应力以及顶板垮落模型的落煤-装煤-支护-运输智能协同调速控制方法，实现了超长工作面高效回采。

（4）研发了集本地控制、顺槽集中控制和地面远程控制于一体的超长综采工作面智能控制系统，形成了过空巷条件下超长工作面智能开采技术体系，实现了超长工作面安全、高效、智能开采。

⑤社会经济效益

本项目实施期间工作面最高月产26.4万t原煤，相较普通长度工作面提升煤炭产能提升约30~40%，在复杂条件下实现了1.85m中厚煤层年产3Mt产能。取得了一系列科技成果，实现了一批重要理论创新和技术突破，在国内外学术期刊发表代表性论文10余篇，成果得到了国内外同行的认可；获批国家知识产权12项，解决了煤矿井下生产的一系列重大理论与技术难题。本项目成果已在陕煤孙家岔龙华矿业有限公司配套使用，在全国煤炭行业已经产生了广泛关注和影响，有力推动了我国掘进工作面的智能化水平，社会效益显著。

截止2021年6月，多个矿业集团公司组织人员到矿参观交流，包括陕煤集团辖属陕西陕煤陕北矿业公司、陕煤集团神木红柳林矿业有限公司、黄陵矿业集团有限公司，以及陕西中能煤田有限公司、陕西涌鑫矿业有限公司、神木市能源局以及全国近20家单位，项目成果对全国同类条件的工作面建设具有重要的示范作用。