当前 ，增长工作面机采高杜纂开采长度 ，成为我国煤炭资源赋存前提较好的大型煤矿提效扩产增安的有效步骤 ，是煤矿开采技术发展的重要方向 。
近年来 ，中国煤炭科工集团开采钻研院设备分院实现了一系列井工煤矿工作面加长、加高代表性项目 ，如陕煤集团幼保当矿业公司450米智能化超长工作面、榆林市神树畔矿业投资公司7.2米超大采高综放工作面等项目 。
工作面加长加高成发展趋向
自1974年引入综采技术以来 ，我国煤炭开采理论与技术设备不休创新发展 ，尤其是近10年来采高不休突破纪录 ，开采效能得到有效提升 。
2007年 ，国度能源集团神东煤炭公司上湾煤矿建成6.3米大采高工作面 ，年产量突破1000万吨；2010年 ，神东煤炭公司补连塔煤矿建成7.0米大采高工作面 ，年产量突破1200万吨；2016年 ，山东能源集团兖矿能源金鸡滩煤矿建成8.2米大采高工作面 ，年产量突破1500万吨；2019年 ，上湾煤矿建成8.8米大采高工作面 ，年产量突破1600万吨等 。
目前 ，国内8米以上煤层重要选取超大采高一次采全高和综铺开采方式 ，最大一次截割高度达10米 。超高工作面矿压理论、围岩节造技术、设备研造等方面获得较猛进展 ，智能节造技术与系统获得突破 。国内里厚煤层工作面长度达到450米 ，年产量达千万吨 。超长分区支护、设备研发、智能协同节造等技术获得较猛进展 ，开采工艺逐步美满 ，超长运输技术实现突破 。
从国表看 ，2024年 ，美国28个在产工作面中 ，有13个工作面产量超过500万吨；最长的工作面481.6米 ，最大宽度达到1580英尺 。2024年 ，澳大利亚共有27个长壁开采工作面 ，其中26个工作面在产 ，15个工作面年产量超500万吨；工作面长度为300米至450米 ，实现面内无人开采 。
目前 ，国内采煤工作面普遍面对地质前提趋于复杂、浅层煤炭资源逐步枯竭和埋深逐步增长等难题 。薄煤层与急倾斜煤层机械化开采难度大 ，设备适应性不强；部门关键主题部件及资料依赖进口 ，采—运—支系统协同性弱 ，端头支护效能低 ，造约推动速度 ，亟需开采工艺与技术创新 。
同时 ，国内采煤工作面出现一些新的发展趋向 。技术升级方面 ，工作面加长加高、充填开采、保水开采等绿色开采技术得到利用 。设备研发方面 ，研发出高工阻、高不变性支护设备 ，超长运距智能新型刮板输送设备和智能化高靠得住急剧截割采煤机等高靠得住性设备 。智能化建设方面 ，利用远程自动化节造、感知与物联网等技术 。索求少人化或无人化方面 ，利用机械人、设备智能协同节造、多源异构数据融合等技术 。
有利于产能提高和降本增效
工作面加长有何优势？煤炭资源赋存前提较好的矿区加长工作面 ，是产能提高、降本增效的必然要求 。
加长工作面有助于实现“一矿一面”出产 ，削减巷路掘进量和搬场倒面次数 ，提高治理效能 ，降低安全风险 。据不齐全统计 ，加长工作面可使工作面数量、煤柱和巷路削减约40%至50% ，采煤机直线段高速截割比率提高30% 。
设备分院主导设计的400米以上超长工作面部门案例 ，都获得了巨大成功 。中厚煤层中 ，陕煤集团幼保当矿业公司二号煤矿采高2.54米、工作面长450米；山东能源集团兖矿能源转龙湾煤矿采高2.6米、工作面长450米 。厚煤层中 ，兖矿能源石拉乌素煤矿采高3.7米、工作面长400米；陕西耽搁石油矿业集团巴拉素煤矿采高4米、工作面长400米；陕煤集团幼保当矿业公司一号煤矿采高6米、工作面长400米 。
以幼保当矿业公司二号煤矿450米超长工作面为例 。该工作面利用1台采煤机、216架液压支架、1台刮板输送机 ，研发利用了国产化“支—采—运”高端设备 。该工作面创造了单面日产量5.2万吨、月产量120万吨 ，整年产量达1000万吨的行业纪录 。
陕西耽搁石油矿业集团可可盖煤矿厚煤层超大开采空间综采工作面 ，是全国首个富水含水层下厚煤层超大开采空间400米超长工作面 。该工作面均匀采高5.65米 ，均匀每天割煤18刀 ，日产量不变在4.8万吨以上 ，单面具备年产1500万吨能力 。
加高工作面有何优势？煤层厚度大、赋存不变的煤层采高增长 ，是提升单产水平、实现集约化出产的重要蹊径 。一次采全高 ，可削减分层开采次数和放顶煤损失 ，提高资源回收率 。据统计 ，加高工作面回采率可提升10%至15% ，相比分层开采可削减工作面数量及搬场倒面次数 ，巷路守护成本降低30%至40% 。
上湾煤矿8.8米大采高工作面配套1台采煤机、128架中部液压支架、1台刮板输送机 。该矿12401综采工作面和12402综采工作面累计产量约2200万吨；特厚煤层一次采全高8.8米 ，最高日产量5.84万吨 ，最高月产量146万吨 。
依然面对一些技术难题
采煤工作面加长虽是提高单产的重要伎俩 ，但现实利用中受到技术、安全、经济等方面造约 ，如容易造成顶板压力多点集中 ，来压法规不清 ，设备能力与协同节造难题 ，透风降尘安全难度增长 ，易堵煤、煤壁片助严重、顶板节造难题等 。
采煤工作面加长必要解决一些技术难题 ，如揭示超长工作面全覆岩顶板运移法规、确定超长工作面顶板支护强杜纂急剧跟机参数、探索超长工作面水平应力产生与粉碎影响机理、合理优化超长工作面参数及安插方式、钻研超长工作面“高能积比”配套模式、发展超长工作面超前“运—支”一体化钻研等 。
针对采煤工作面加长面对的难题 ，设备分院科研团队发展了一系列钻研 ，并获得了一些钻研成就 。
设备分院科研团队揭示了工作面支护应力三峰值M型散布法规 ，成立了基于熵权的开采强度评价模型 ，可科学量化特定赋存前提厚煤层开采强度 ，进而判定超长工作面倾角、长度、采高、埋深等参数的影响法规；基于逐步逼近道理 ，求解出极限开采强度下超长工作面长度和推动速度；利用超长工作面斜长参数综合评价步骤 ，基于AHP多成分档次分析法 ，萦绕地质前提等8个方面成分发展钻研 ，最终可确定工作面参数及安插方式 。
设备分院科研团队揭示了综采工作面长杜纂开采效能、煤炭损失的定量关系 ，研发了中厚煤层“高能积比”配套模式 ，能积比（单元体积或空间内的能量存储与转换效能）提高3倍以上；明确采煤机机身高度最幼化、装机效能最大化、牵引速度高速化、高靠得住性运行常态化“四化” ，降低液压支架最低高度、顶梁厚度和操作强度和增长液压支架最大高度、支架工阻和过机空间“三降三增”以及刮板输送机低矮槽助等配套准则 ，可全面解决中厚煤层过煤空间、装煤成效与卧底量等方面存在的问题 。
设备分院科研团队研发了超长工作面与超前支护多系统协同节造关键技术、超前支护多系统协同节造装置；研发了散布式火速供液装置 ，进行了液压系统管路设计与优化 ，实现了急剧跟机移架；研发了增容缓冲能量耗散型抗冲击立柱 ，研造了高强度输送机链条与轻量化刮板 ，提升了抗拉强度等 。
采煤工作面加高同样受造于一些前提 ，好比现有设备开采高度低 ，无法支持煤层大厚度；装机功率幼 ，无法支持开采高强度；支护强度低 ，无法支持矿压大颠簸；系统协同差 ，无法支持多系统协同推动 。
随着采高增长 ，上覆岩层大领域运移粉碎 ，超大空间、超强矿压、超高煤壁给围岩不变节造带来极大难度；超大采高开采形成的超大空间、超高煤壁引发强动载冲击 ，导致支护系统失稳 ，片助冒顶难节造；工作面与巷路存在大梯度落差 ，现有设备无法满足陆续开采高靠得住性、高适应性和系统协同推动的要求 。
针对采煤工作面加高面对的难题 ，设备分院科研团队成立了超大采高设备与围岩动力学模型 ，揭示了超大采高液压支架与围岩的作用关系；钻研了超大采高液压支架载荷动态仿真变动 ，提出了液压支架三维动态优化步骤 ，突破了液压支架“被动承载”工作阻力单成分的传统步骤 ，液压支架寿命由1.5万次工作循环增长到6万次工作循环以上 。
设备分院科研团队造订了端头“大梯度+幼台阶”短缓过渡配套规划 ，解决了超大采高工作面端头区存在的大落差空间下围岩支护及三角煤损失主题问题 ，实现了超大采高工作面陆续作业；创新设计了“双层伸缩梁+三级护助板”结构型式 ，提高了支架护助护顶能力；研发出630毫米大缸径抗冲击立柱、每分钟1000升超大流量底阀 ，满足了立柱起落要求 。
设备分院科研团队开发了支护、运输设备时序节造法式 ，研发了自移机尾节造、融合超前支护设备调偏技术 ，实现了超前支护设备与工作面间的同步推移；创建了超大采高工作面成套开采设备系统性设计步骤 ，开发了设备群三维虚构化数字孪生协同配套平台 ，预防了工作面运行时设备间相互造约 ，最大水平阐扬了设备机能 。
总体来看 ，液压支架是决定采煤工作面加长加高开采是否可行的主题设备 。液压支架设计受到原资料强度、配套设计参数等造约 。液压支架的设计重点在于液压支架中心距 ，中心距越宽 ，支护强度越大 。
采煤工作面加长加高是一个动态发展的过程 ，切合开采效能发展趋向 。我们要在目前的开采场景上持续提升工作面推动强度 ，进一步提高开采质量 。
（作者系中国煤炭科工集团开采钻研院设备分院院长）
起源：中国煤炭报