十一五国家科技支撑计划特厚煤层大采高.docx

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十一五国家科技支撑计划特厚煤层大采高

“十一五”国家科技支撑计划重大项目

“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”

课题申请指南

中国煤炭工业协会

二〇〇七年十一月

“十一五”国家科技支撑计划重大项目

“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”

课题申请指南

依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》“煤的清洁高效开发利用”优先主题，“十一五”国家科技支撑计划重大项目“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”已经通过专家可行性论证，科技部决定予以启动。

项目研究适合截割高度2.8～5.5m、采放高度14～20m特厚煤层综放开采成套技术与装备；研制适合大断面煤巷的快速掘进与支护技术及装备；研制适应大采高综放工作面快速搬家倒面和工作面3.3kV供电系统设计和关键装备；研究特厚煤层综放开采工作面特殊开采条件下的安全保障技术，形成特厚煤层综放开采标准体系，将所研制的设备与技术在一个千万吨级的矿井进行工业性试验，完成技术集成与示范。

旨在提高我国特厚煤层条件下的高效、安全、高回收率开采技术与装备水平，推动煤炭工业的健康和可持续发展。

项目分解为十二个课题，各课题的研究内容和考核指标如下：

课题一、大采高综放开采工艺技术研究

1.课题研究目标

通过理论研究与现场试验，确定大采高综放开采适用煤层条件、大采高综放开采工作面设备选型与配套方法，研究大采高综放开采顶煤顶板破坏运移规律，提出岩层控制理论及措施，提高大采高综放工作面资源回收率，实现大采高综放开采的安全高效、高回收率。

2.课题主要研究内容

（1）大采高综放开采适应性评价体系研究

确定应用大采高综放开采可行性评价指标，开发大采高综放开采适应性评价体系软件。

（2）顶煤顶板运移轨迹跟踪仪研制

研制顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，实时地对顶煤顶板水平位移与垂直位移进行跟踪，研究顶煤冒落放出规律。

（3）工作面采场覆岩破裂动态监测定位系统研究

探索覆岩破裂的内在动因和前兆规律，建立采场覆岩破裂监测、预测模型，实现采场覆岩断裂的预测预报。

（4）大采高综放开采顶煤顶板破坏特征及其运移规律研究

研究大采高综放开采顶煤顶板破坏特征及其运移规律。

（5）大采高综放工作面设备配套方法研究

以高产高效、高回收率为目标建立一套科学计算工作面生产能力和工作面设备参数确定的方法。

确定年产1000万t大采高综放工作面“三机”配套原则，以及大采高综放液压支架架型与支护强度确定方法。

（6）大采高综放工作面片帮机理及其防治

提出大采高综放工作面煤壁片帮综合防治措施。

（7）提高大采高综放开采工作面回收率技术研究

分析影响大采高综放开采工作面回收率的主要因素，提出提高工作面回收率的技术途径。

3.课题考核指标

（1）开发出大采高综放开采适应性评价体系软件；

（2）研制出顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，可绘制出顶煤，顶板适时位移轨迹、顶煤破断线，精度在0.5m以内；

（3）研制出工作面采场覆岩破裂动态监测定位系统，能判断出顶板断裂位置，精度控制在3m以内；

（4）提出年产1000万t大采高综放工作面“三机”配套原则；

（5）提出大采高综放工作面顶板控制和煤壁片帮综合防治措施；

（6）申请专利3项。

4.经费预算

国拨经费拟安排800万元，要求申请单位提供不低于800万元的自筹资金。

5.申报要求

课题鼓励产学研联合申报。

申报单位应长期从事煤炭开采工艺技术研究，具有较高的理论、技术研究工作基础；具有大采高综放开采关键技术研究、组织实施等方面的经验和业绩，在综放开采、大采高综采及大采高综放开采适应性评价、设备选型与配套、岩层控制及顶煤顶板破坏运移等相关方面取得一定的成果。

示范工程点基本落实。

课题二、高效高可靠性电牵引采煤机研发

1.课题研究目标

对影响大采高综放工作面割煤高度及采煤效率的电牵引采煤机使用性能及运行可靠性等关键技术和元部件进行技术攻关，开发研制高效高可靠性电牵引采煤机，适应特厚煤层大采高综放工作面开采。

2.课题主要研究内容

（1）提高电牵引采煤机整机可靠性的技术研究

电牵引采煤机整机可靠性评价方法的研究；提高采煤机机械传动强度和疲劳强度的技术研究；采煤机电气控制系统结构优化和性能评价方法研究；采煤机工况检测系统研究；采煤机载荷数据库和故障数据库技术研究；工作面顺槽控制中心技术研究。

（2）采煤机关键元部件的研制

功率750kW、高可靠性截割部（摇臂）的研制；超级强力销轨式牵引系统的研制；大直径超高强度耐磨镐型截齿螺旋滚筒及元件的研制；采煤机机电一体化控制系统的研制。

3.课题考核指标

（1）研制一台电牵引采煤机，截割高度2.8～5.5m，总功率1815～2215kW，其中截割电机功率750kW，生产能力≥3000t/h；

（2）最大牵引速度20～30m/min，最大牵引力不低于2×570kN，超级销轨牵引方式；

（3）具备基于网络结构的工况监测和自动控制功能，并能实现无线离机遥控；

（4）整机大修周期不低于1000万吨，单机可利用率达到90％以上；

（5）申请专利7项。

4.经费预算

国拨经费拟安排900万元，要求申请单位提供不低于1200万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事电牵引采煤机专业研究的经历和能力，同时积累综放采煤工艺及高可靠性电牵引采煤机的科研基础和工作经验。

工程试验点已落实。

课题三、大采高综放液压支架研发

1.课题研究目标

研制适合大采高综放开采工作面的高可靠性成套液压支架，该套支架由大采高综放工作面液压支架、大采高综放工作面过渡液压支架、大采高综放工作面端头液压支架以及大采高综放工作面大断面巷道超前液压支架组成。

通过上述设备的研制，实现大采高综放工作面全液压支架支护，满足大采高综放年产1000万吨工作面快速推进和安全高效生产要求。

2.课题主要研究内容

⑴大采高综放工作面液压支架设计

大采高综放液压支架防片帮机构的研制；大采高综放液压支架高效放煤机构的研制；大采高综放支护系统稳定性和适应性研究；超强力大采高综放液压支架减重技术研究；大采高综放液压支架关键元部件研制。

（2）大采高综放工作面过渡和端头液压支架研制

过渡液压支架参数确定和总体优化设计；过渡液压支架与工作面输送机的相关配套研究；过渡液压支架放煤技术研究；端头放顶煤液压支架研究。

（3）大采高综放工作面大断面巷道超前支架研制

超前支架对顶板适应性研究；大采高综放工作面大断面超前支架结构优化设计；超前支架控制系统设计研究。

3.课题考核指标

⑴支架工作阻力15000kN，支护高度3.2～5.2m。

⑵支架寿命通过50000次循环加载型式试验，大修周期达到2000万吨以上。

⑶端头和超前支架能有效维护大采高综放工作面端头顶板，实现工作面快速推进。

⑷申请专利5项。

4.经费预算

国拨经费拟安排1000万元，要求申请单位提供不低于17800万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具有长期从事煤矿开采和工作面支护装备专业研究的经历和能力，同时具有成套液压支架研制和综放工作面成套装备配套的科研基础和工作经验;具有最新设计手段与研究方法;工程试验点已落实。

课题四、大采高综放工作面后部刮板运输机研发

1.课题研究目标

对影响大采高综放工作面采煤效率的后部刮板输送机使用性能及运行可靠性等关键技术和零部件进行技术攻关，开发研制大运量、自动化、智能化、高可靠性，适应特厚煤层大采高综放工作面专用后部刮板输送机。

2.课题主要研究内容

（1）重载高强度链传动系统开发研制

链传动啮合特性及链张力适应性优化研究；矿用Ф48×152mm紧凑型高强度圆环链及其接链环的开发研制；高强度长寿命Ф48×152mm链轮组件研制。

（2）刮板输送机可控调速‘软启动’装置开发

偶合器机械动力性能设计及研究；偶合器结构尺寸优化研究；偶合器调速控制技术研究；大流量电磁先导换向阀组研制；偶合器的传感元件选型研究；程序控制器装置及程序设计。

（3）工作面输送设备传动装置综合监测传输系统开发研制

监测系统开发；综合控制技术研究；信息传输平台开发。

（4）矿用重载行星传动装置开发研制

行星减速器优化设计；高强度齿轮材料工艺研究；行星架设计及工艺研究；减速器密封技术研究；减速器润滑及冷却技术研究。

（5）高可靠性、长寿命输煤槽研制

工作面中部设备的配套性能研究；浮煤回收装置的研究；输送机弯曲段工况的研究分析；中部槽摩擦机理的研究；铸造槽帮和高强度耐磨中板材料研究；中部槽的焊接工艺研究。

（6）高可靠、紧凑型端卸机头架研制

（7）输送机电液控制自动伸缩机尾研制

3.课题考核指标

（1）装机功率2×1000kW、中部槽槽宽1.2m、输送能力3000t/h、运距250m；

（2）重载高强度链传动系统过煤量≥600万吨，可控调速软启动装置寿命过煤量≥1000万吨，重载行星减速器寿命过煤量≥1000万吨；

（3）通过自动伸缩机尾，实现链条随动控制；

（4）后部刮板输送机大修周期≥1200万吨；

（5）申请专利5项。

4.经费预算

国拨经费拟安排900万元，要求申请单位提供不低于2400万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事工作面刮板输送机专业研究的经历和能力，同时积累综放采煤工艺及综放开采工作面后部刮板输送机的科研基础和工作经验。

工程试验点已落实。

课题五、大运量长距离顺槽带式输送机研发

1.课题研究目标

对大采高综放工作面顺槽带式输送机性能及运行可靠性等关键技术进行技术攻关，开发研制大运量、长距离顺槽带式输送机，适应特厚煤层大采高综放开采。

2.课题主要研究内容

（1）大功率带式输送机动态分析技术研究

带式输送机动态分析试验技术研究；开发带式输送机动态分析软件。

（2）长距离输送恒张力自控张紧装置研制

自控张紧装置研制；自控张紧电气控制装置的研制；与输送机控制系统接口技术的研究。

（3）可伸缩输送机快速高效储、卷带装置研制

高强度新型储带机构的研制；液压卷带装置研制。

（4）新型高速低阻托辊研制

密封结构及材质的设计与研制；轴承结构及保持架、轴承游隙及材质设计与研制；专用润滑脂分析与试制；托辊夹具工装与制造工艺研究。

（5）长距离、可伸缩带式输送机智能控制与监测系统的研制

软启动、功率平衡控制技术研究及控制软件开发；信号采集系统和网络信息通讯系统研究；输送机远程故障诊断系统研制。

3.课题考核指标

（1）研制一台大运量长距离顺槽带式输送机。

生产能力3500t/h，带宽1600mm；带速≥4m/s，储带长度＞120m；

（2）起制动加速度0.1～0.3m/s2；多机功率平衡精度＞95%，卷带时间＜45min；

（3）托辊寿命＞40000h；

（4）输送机起制动、机尾移动时能快速反应不打滑，正常运行时张力恒定；

（5）整机大修周期（过煤量）不低于1500万吨；

（6）申请专利2项。

4.经费预算

国拨经费拟安排900万元，要求申请单位提供不低于2900万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事工作面顺槽带式输送机专业研究的经历和能力，同时积累综放采煤工艺及顺槽带式输送机的科研基础和工作经验。

工程试验点已落实。

课题六、大断面煤巷快速掘进技术及装备研发

1.课题研究目标

研制截割功率为300kW、可掘断面30㎡且具有机载锚杆钻机功能的重型掘进机，通过掘进及支护一体化施工，实现大断面煤巷的快速掘进，缓解高效集约化矿井采掘失调的问题。

2.课题主要研究内容

（1）大断面煤巷重型掘进机整机合理化参数确定及截割稳定性的研究

大断面煤巷重型掘进机整机结构及技术参数的确定，大断面截割工况下提高掘进机侧向、纵向截割稳定性技术的研究。

（2）提高截割效率的研究

包括煤巷掘进中截割线速度、牵引速度的最佳选择，截割头体的设计、截齿的排列等研究。

（3）高效装运机构的研究

（4）掘进机工况检测及故障诊断技术的研究

实现对主要元部件的工作状态进行记录；对各电机负荷电流和温升的显示检测及示警保护；液压系统的油压、油温、油位及过滤装置工况检测和保护；高压水和冷却水系统的检测和保护等。

（5）掘进机后支撑稳定技术的研究

（6）掘进与锚杆支护一体化作业工艺的研究

（7）机载锚杆钻机与掘进机整机参数匹配的研究

（8）机载锚杆钻机的研究

3.课题考核指标

（1）适应最大断面30（5×6）m2，截割功率300kW，可经济截割煤岩硬度≤80MPa；

（2）在复杂条件、断面22（4×5.5）m2情况下，月进尺达到600米以上，整机三年无大修；

（3）申请专利3项。

4.经费预算

国拨经费拟安排1000万元，要求申请单位提供不低于2200万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事煤岩巷道掘进专业研究的经历和能力，同时积累大断面快速掘进机及掘锚一体化作业技术的科研基础和工作经验；具有掘进机元部件及整机试验检测能力；工程试验点已落实。

课题七、大断面煤巷锚杆支护技术与材料研发

1.课题研究目标

针对超高煤帮、特大断面巷道条件，开发新型锚杆支护材料、加工设备与施工机具，提出新的支护理论与设计方法，解决巷道支护难题，提升煤矿巷道支护技术水平。

2.课题主要研究内容

（1）高预应力、强力锚杆与锚索支护材料开发

强力锚杆杆体材料配方研制；杆体几何形状与尺寸设计；锚杆附件设计；低粘度、全长锚固、高强度树脂锚固剂开发；高强度、高刚度W型钢带研制；大直径、大吨位强力锚索索体材料与配套锚具开发。

（2）高精度、高强度锚杆加工设备与工艺开发

锚杆杆尾螺纹的几何形状与尺寸设计；高精度、高强度锚杆螺纹滚压加工设备研制；锚杆螺纹加工工艺研究。

（3）高预应力锚杆与锚索施工机具研制

大扭矩、轻便气动与液压扳手开发；大吨位、强力锚索张拉设备研制。

（4）超高、特大断面巷道围岩大变形机理与支护设计研究

超高、特大断面巷道围岩大变形机理与影响因素研究；大跨度、高煤帮巷道围岩与支护体相互作用关系研究，确定合理的巷道支护形式与参数。

3.课题考核指标

（1）强力锚杆杆体屈服强度不低于600MPa，拉断强度不低于800MPa，延伸率不低于18%；

（2）新型树脂锚固剂粘度比目前低1倍，抗压强度不小于60MPa，收缩率不大于0.5%；

（3）W型钢带刚度比同尺寸平钢带提高70倍，抗拉强度提高15%以上；

（4）强力锚索直径18～22mm，破断载荷400～550kN，预应力达到200～300kN。

（5）高精度锚杆加工设备及工艺将锚杆螺纹加工精度提高到6级；

（6）强力锚索张拉设备额定张拉力不小于300kN。

（7）申请专利2～3项。

4.经费预算

国拨经费拟安排700万元，要求申请单位提供不低于1000万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事煤巷支护专业研究的经历和能力，同时积累松软破碎围岩、大断面等复杂困难条件巷道支护技术的科研基础和工作经验；具有岩石力学性质、支护材料性能实验室，井下地质力学原位测试与监测设备；具备支护施工设备检测能力；工程试验点已落实。

课题八、大采高综放工作面快速搬家工艺和关键设备研发

1.课题研究目标

研制载重能力大于50T的重载支架搬运车，同时研究配套的回撤工艺，实现综放工作面液压支架的安全高效搬迁，提高煤矿井下综采工作面搬家倒面的效率。

2.课题主要研究内容

（1）搬家工艺研究

快速搬家工艺总体配套技术研究；大采高综放工作面回撤工艺研究；安全回撤空间顶板管理技术的研究；巷道适应性技术研究。

（2）重载框架式支架搬运车的研制

整机参数匹配合理性的研究；200kW以上防爆发动机进、排气系统合理匹配技术研究；防爆发动机安全保护系统可靠性研究；动力传动系统的研究；大扭矩湿式行车制动器研究。

3.课题考核指标

（1）研制出重载框架式支架搬运车，适应巷道最小断面2.5×4.1m；最大载重≥50t；满载行走速度≤12km/h；允许道路最大坡度12°；防爆发动机功率≥200kW；转弯半径（内）≤3000mm；转弯半径（外）≤7000mm；

（2）相比采用传统搬家方式，使工作面搬家倒面周期缩短30％左右；

（3）申请专利2～3项。

4.经费预算

国拨经费拟安排900万元，要求申请单位提供不低于2100万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事支架搬运辅助运输装备技术研究的经历和能力，具有大采高综放液压支架快速搬运设备的科研基础和工作经验，同时具有该类研究成果推广应用的成功经验；积累了综放采煤工艺、快速搬家工艺等相关技术的科研基础和工作经验；工程试验点已落实。

课题九、大采高综放工作面供电系统研发

1.课题研究目标

随着大采高综放工作面割煤高度加大，工作面单产能力提高，原有的采区工作面1140V供电系统已无法满足高产高效开采设备对电力的需求，通过对大采高综放工作面供电系统研究，研制出具有自主知识产权的国产3.3kV供电设备。

2.课题主要研究内容

（1）大采高综放开采工作面安全、高效、可靠的一体化供电系统研究

（2）3.3kV供电系统安全技术研究

（3）研究供电系统及系统中各电气设备间的保护配合，参数匹配和保护功能

（4）大容量、多电压、多回路供电设备集成技术研究

（5）大容量、多电压、多回路动力中心研制

大容量多电压动力中心的整机技术研究；大容量多绕组变压器设计及可靠性研究；动力中心高压开关控制保护系统的研究；高压配电装置的故障查询、线路自检互检的研究及电路与结构设计。

（6）大容量多腔体防爆结构设计研制

（7）基于DSP技术的控制与保护集成软件研制

（8）在线监测、实时监控与通讯技术

3.课题考核指标

（1）完成高压真空配电装置、移动变电站、动力中心、3.3kV组合开关、1.14kV组合开关等工作面供电系统关键设备研制，工作面供电能力≥8000kW，正常电压损失＜15%，起动电压损失＜25%；

（2）实现全数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断、在线监测、实时监控与通讯。

（3）实现供电系统继电保护配合；

（4）设备具有短路、过载、断相、漏电、漏电闭锁、过电压、欠压、高压绝缘检测、后备保护等功能；

（5）各设备平均无故障运行时间不低于1万小时，有效降低采煤成本；

（6）申请专利3项。

4.经费预算

国拨经费拟安排800万元，要求申请单位提供不低于2000万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事工作面供电系统设计专业研究的经历和能力，同时积累综放采煤开采工艺及成套装备条件下供电系统研究的科研基础和工作经验。

工程试验点已落实。

课题十、大采高综放工作面安全保障关键技术研究

1.课题研究目标

通过对大采高综放工作面瓦斯分布、瓦斯抽放及防灭火技术的研究，形成切合实际的工作面安全保障系统，保证工作面安全生产。

2.课题主要研究内容

（1）大采高综放面高冒落采空区瓦斯分布规律及涌出特征研究

（2）大采高综放面多点、组合抽放采空区瓦斯工艺技术及装备研究

（3）大流量（2000m3/min）井下移动式碳分子筛制氮装置研制

（4）快速固化可堆积封堵材料及注氮防灭火工艺技术研究

（5）煤矿开发对生态系统影响的综合评估

3.课题考核指标

（1）研究总结出大采高综放面高冒落采空区瓦斯涌出特征及主要影响因素；

（2）研发出大采高综放面瓦斯、煤尘灾害治理技术与配套装备；

（3）采空区瓦斯抽放率达到采空区内总涌出量的40%以上；

（4）研发出适用煤矿井下潮湿、粉尘环境条件下的大流量碳分子筛制氮机，制氮量≥2000m3/h；

（5）快速固化可堆积封堵材料抗压强度不低于5MPa，固化时间不超过10min；

（6）大采高综放面上隅角瓦斯超限次数降低50%；

（7）开发煤矿资源开发环境影响评价软件。

4.经费预算

国拨经费拟安排900万元，要求申请单位提供不低于800万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事煤矿井下安全专业研究的经历和能力，同时积累综放采煤工艺及安全保障的科研基础和工作经验。

工程试验点已落实。

课题十一、大采高综放开采技术标准体系研究

1.课题研究目标

按照国家标准GB/T13016-1991《标准体系表编制原则和要求》的规定，对特厚煤层大采高综放开采技术与装备专业范围内的技术标准进行系统集成，形成较完整的大采高综放开采技术标准体系。

2.课题主要研究内容

（1）制定大采高综放开采技术标准体系表

（2）大采高综放开采应用基本条件研究

（3）大采高综放开采工作面设计规范研究

（4）大采高综放开采工作面设备选型配套标准

（5）3.3kV供电系统标准体系研究

（6）大采高综放开采设备制造标准研究

（7）大断面煤巷锚杆、锚索技术标准研究

（8）支架搬运车及关键部件标准研究

（9）大采高综放工作面生产管理规范研究

3.课题考核指标

制订与修订15项相关标准，初步建立大采高综放开采技术标准体系。

4.经费预算

国拨经费拟安排500万元，要求申请单位提供不低于300万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位具备长期从事煤矿开采工艺及装备标准制定经历和能力，同时积累综放采煤工艺及成套装备的科研基础和工作经验。

课题十二、大采高综放开采成套技术集成与示范

1.课题研究目标

在一个工程示范点，对大采高综放工作面开采装备进行工业性试验，通过进行成套技术的集成与示范，确定大采高综放工作面设备配套原则，确定合理采放比，保障工作面安全生产，达到高效高回收率开采。

2.课题主要研究内容

（1）进行技术集成，对大采高综放工作面进行总体设计和设备配套研究，确定开采技术参数；

（2）通过现场试验研究，最终确定合理的特厚煤层大采高综放开采的采放工艺，达到安全高效高回收率的目标；

（3）在前期理论研究和其它课题研究的基础上，对特厚煤层大采高综放开采时的工作面的系统可靠性进行现场分析研究，提供矿井生产系统的稳定性；

（4）将大采高综放工作面安全保障技术的研究成果在工作面开采过程中实施、验证，并不断的进行修正，保证综放工作面的安全生产；

（5）通过现场的工业性试验研究，对其它课题研发的工作面成套核心装备进行测试，不断的提高其技术性能和可靠性，提高开机率，满足现场高产高效开采的需要；

（6）对回采巷道支护与掘进技术课题的成果进行试验应用、验证，提高掘进速度，减少支护成本，保证工作面的正常接替；

（7）大采高综放工作面应急预案体系研究与软件系统开发。

3.课题考核指标

（1）保证煤层厚度14～20m条件下，机采高度4.5～5.0m；

（2）工作面连续三个月工业性试验，平均月产达到90万t以上；

（3）综放工作面回采率达到85%以上；

（4）工作面单机可利用率达到90％以上；

（5）保证工作面安全生产，形成综放开采工作面应急预案管理体系，提交《应急案管理信息系统》软件。

4.经费预算

国拨经费拟安排700万元，要求申请单位提供不低于1500万元的自筹资金。

5.申报要求

课题申报单位必须是由国家发展和改革委员会批准的矿井生产能力1000万吨以上的大型煤炭生产企业。

具备完成现场工业性试验及配套工程的条件。