特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备
获奖时间：2014年
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：一等
成果内容：
该项目属于矿山工程技术领域，应用于煤炭资源开发。厚及特厚煤层是我国煤矿高产高效开采的主体煤层，储量占全国的45%，其中厚度14m以上的特厚煤层又占50%左右。厚度14m以下煤层的开采技术我国已基本解决，但厚度14m以上的特厚煤层，安全、高效、高回收率机械化井工开采在国内外尚无先例，是世界性技术难题。本项目针对我国特厚煤层开采的关键技术及装备，进行了系统攻关，创立了特厚煤层大采高综合机械化放顶煤开采(简称特厚煤层大采高综放开采)围岩控制理论，发明了大采高综放开采技术，实现了综放开采千万吨工作面全国产化装备的突破，解决了复杂条件大断面煤巷支护与工作面安全保障技术难题，取得了如下重大创新性成果：
1. 首次开发了14―20m特厚煤层大采高综放开采技术。创立了特厚煤层大采高综放开采三维放煤理论、围岩控制理论体系，建立了特厚煤层大采高综放开采技术标准，解决了特厚煤层大采高综放开采围岩控制、厚顶煤高效与高回收率放出等关键难题，首次实现特厚煤层工作面年产千万吨的安全高效开采。
2. 开发了世界首套年产千万吨特厚煤层大采高综放开采成套装备。研制成功支撑高度5.2m强力大采高综放液压支架、高可靠性采煤机、综放工作面后部大功率刮板输送机及新型综合配套设备，首次研制成功国产大功率刮板输送机阀控液力偶合器，解决了特厚煤层大采高综放开采装备的技术难题，实现了千万吨综放工作面装备的全国产化。
3. 首次开发了特大断面全煤巷道高强度锚杆锚索联合支护技术及材料。揭示出特厚顶煤、特大断面全煤巷道变形特征，建立了全煤巷道预应力锚杆支护理论，开发了高强度、高延伸率锚杆专用材料，发明了锚杆液压张拉器，解决了大采高综放开采全煤巷道支护技术难题，保障了巷道安全与工作面快速推进。
4. 开发出大采高综放工作面瓦斯防治与综合防火安全保障技术。首次揭示出特厚煤层大采高综放工作面瓦斯分布规律与瓦斯涌出不均衡特征，采用顶板抽放等综合技术，解决了“低瓦斯赋存、高瓦斯涌出”高强度综放开采瓦斯治理难题；首次研发出大流量井下移动式制氮装置，解决了千万吨大采高综放工作面防灭火难题，保障了安全开采。
项目在大同塔山煤矿20m特厚煤层进行了工业试验，工作面设备平均开机率为92.1%，工作面回收率达88.9%，平均月产量超过90万吨，年产量达1085万吨。项目成果在大同、平朔、神东、新疆等13个大型矿区得到推广应用，实现了安全高效开采。近三年共采出煤炭4亿吨以上，新增利税221.2亿元。
项目获得授权发明专利22项，实用新型专利61项；制修订行业标准15项；出版专著6部，发表论文237篇，其中SCI、EI收录68篇。
项目在特厚煤层开采技术与装备方面取得重大突破，形成了世界首套具有自主知识产权的大采高综放开采技术与装备。项目成果达到国际领先水平，对实现我国厚及特厚煤层安全高效开采、推动煤炭科技进步具有引领作用。
图1-1 特厚煤层大采高综放开采方法 图1-2 高可靠性电牵引采煤机
图1-3 5.2m大采高综放液压支架 图1-4 全煤巷道受力与支护状态一
0.6m～1.3m复杂薄煤层自动化综采成套技术与装备
获奖时间：2013年
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：二等
成果内容：
本项目属工程技术领域，为解决1.3m以下薄煤层资源赋存不稳定，工作面作业空间狭小，综采设备小尺寸与大装机功率矛盾突出的难题，研发了基于滚筒式采煤机的薄煤层自动化综采成套装备，突破了大功率矮机身采煤机、大运量矮槽帮刮板输送机、超大伸缩比液压支架结构设计难题及工作面无人自动化控制关键技术，成功实现了0.6～1.3m薄煤层工作面无人化、安全高效开采。本项目获国家发明专利14项，出版专著2部，已在全国68个煤矿推广应用，新增利润和税收253亿元，成果被国土资源部列入矿产资源节约与综合利用鼓励技术目录。经院士专家鉴定，本项目成果主要技术经济指标居国际领先水平。
图2-1 超大伸缩比薄煤层液压支架 图2-2 薄煤层井下顺槽集中控制中心
大倾角煤层综采综放工作面成套装备关键技术
获奖时间：2012
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：二等
成果内容：
我国35°以上倾斜煤层，45°以上急倾斜煤层（统称大倾角煤层）储量占总储量的17%以上，是许多矿区主采煤层。大倾角煤层开采装备技术是世界性技术难题，长期困扰煤炭企业资源合理开采。本项目在国家计划课题资助下，研制了大倾角工作面液压支架及电液控制系统、大倾角电牵引采煤机和刮板输送机成套装备，实现了35°～56°大倾角煤层的综合机械化开采和综合放顶煤开采，形成了一整套集工作面成套设备三维动态设计、化配套技术和先进制造技术于一体的大倾角煤层综采综放工作面成套装备关键技术。
该成套装备关键技术先后在四川、重庆、安徽、山东等地的30多个矿井的大倾角煤层进行了综采综放工作面成套装备的试验和应用，在35°～56°大倾角煤层条件下实现了综采综放安全高效开采，解决了采煤机、支架和刮板输送机关键元部件结构、材料、润滑、磨损及加工工艺等技术难题，取得了大倾角难采煤层成套装备技术世界性难题的重大突破。
该成套装备已投入批量生产，实现了产业化，创造直接经济效益18.2亿元。据不完全统计，近三年来，本项目成果在全国30多个矿井的大倾角煤层进行推广应用，实现间接经济效益98.1亿元。本项目为大倾角难采煤层综合机械化开采和综合放顶煤开采提供了成功的解决方案和装备保障，提高了我国煤机装备水平和国际竞争力，具有重大社会效益，在国内外具有广阔的市场前景。
煤矿井下地质力学原位快速测试及围岩控制技术
获奖时间：2011年
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：二等
成果内容：
该项目属于矿山科学技术领域，应用于煤矿支护、开采与灾害防治。地应力、煤岩体强度与围岩结构是影响煤矿支护、开采与安全的三大地质力学要素。快速、准确的原位地质力学测试技术一直是国内外尚未解决的难题。该项目针对煤矿地质力学参数严重匮乏，井下地应力分布规律、采动应力场分布特征及巷道围岩变形破坏机理不清，缺乏有效的采动巷道围岩控制理论与技术，且目前又无快速地质力学测试技术的现实，开展了煤矿井下地质力学原位快速测试技术及围岩控制研究，取得以下主要创新性成果：
1、发明了煤矿井下单孔、多参数、耦合地质力学原位快速测试方法及仪器。该技术创新提出耦合测试，仅在一个钻孔即可完成地应力、强度与结构及其相互关系测量。测试速度提高6倍，钻孔结构测试精度提高10倍，解决了破碎煤岩体、深部高应力等困难条件下地质力学测试难题。
2、研究发现了煤矿井下地应力分布特征与规律，首次建立了估算地应力的公式及描述地应力与岩体强度关系的公式，揭示了应力、强度与结构之间的相互作用。为快速掘进、支护与采煤，顶板、冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害防治提供了坚实的基础。
3、首次提出支护应力场与综合应力场新概念，将原岩、采动与支护体有机联结为整体；建立了采动巷道力学模型，创立了围岩强度强化理论与高预应力强力支护方法，为采动巷道支护设计提供了可靠的理论依据。
4、发明了高预应力强力锚索，创新采用1×19结构，将锚索延伸率提高1倍，破断载荷超过900kN（φ28.6mm）；自主开发出具有高强度、高延伸率、高冲击韧性的锚杆系列材料，解决了高应力、大变形条件下锚索（杆）破断的难题；发明了锚杆抗扭转增矩扳手，解决了消除锚杆扭转应力、高预应力施加难题；创新集成高预应力强力支护系统，为复杂困难巷道提供了有效的支护技术。
该项目在地质力学测试与困难巷道围岩控制关键技术上取得了重大突破，形成了具有自主知识产权的煤矿井下地质力学原位快速测试技术及高预应力强力支护系统，大幅度提升了我国煤矿地质力学测试与围岩控制技术水平。成果在潞安、晋城、新汶、淮南、平顶山等27个矿区的72个煤矿得到推广应用，为煤矿支护、开采与灾害防治提供了基础参数的快速测试技术，解决了复杂困难巷道围岩控制重大难题。项目成果整体具有国际先进水平，部分达到国际领先水平。
(a) KDBC-56型数字全景钻孔窥视仪 (b) WQCZ-56-Ⅱ型煤岩体强度测定装置 (c) SYY-56-Ⅱ型水压致裂地应力测量装置
图4-1 小孔径地质力学快速原位测试系统
图4-2 地应力与埋深的关系 图4-3 平均水平主应力与垂直主应力的比值随埋深变化 图4-4 锚杆支护应力场分布(预紧力100kN)
年产600万吨大采高综采成套技术与装备
获奖时间：2009年
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：二等
成果内容：
我国高端大采高综采成套装备主要依靠进口，每套装备价格高达5000～8000万美元，是国产同类设备的2～3倍。为改变国外产品垄断我国煤机装备高端市场的局面，满足十三大煤炭基地和千万吨级安全高效矿井建设需要，振兴我国煤机装备制造业，2004年由国家科技部立项，煤炭科学研究总院承担了科研院所重点项目“4～5m厚煤层综采关键技术与成套装备研制”（项目编号2004EG122120）。同年，国家发改委以发改办高技〔2004〕772号文下发通知，组织开展10项重大技术装备研制专项，其中包括“年产600万吨综采成套装备”。经过国家发改委和中国煤炭工业协会多次组织全国专家论证，确定以神华万利一矿为工程依托，由煤炭科学研究总院牵头，组织国内骨干设计研究、制造和生产企业组成产学研联盟进行大采高综采成套装备与技术联合攻关研究。
成功研制了首套国产化5～6m大采高高效综采成套装备,开机率达到94%,工作面产量达到月产百万吨，主要包括：5.0～6.3m大采高两柱掩护式电液控制液压支架：147mm节距大采高大功率点电牵引采煤机：首套国产1750mm中部槽的大运量重型工作面运输设备：6000m长运距大运量带式输送机。
本项目成套装备在神华万利一矿15103工作面开始进行工业性试验， 最高月产达80.4万t，,实现安全高效生产。本项目成套技术和装备成果已在西山、神东、宁煤集团、陕煤集团、内蒙矿区等30多个矿区推广使用，完全替代进口设备，取得重大经济效益和社会效益。
自动化放顶煤关键技术与装备研发及其在国内外的应用
获奖时间：2009年
奖项名称：国家科学技术进步奖
获奖等级：二等
成果内容：
本项目通过对自动化放顶煤开采方法、工艺及自动化控制系统、两柱掩护式放顶煤液压支架、综放工作面端头和顺槽超前液压支架支护系统研究，发展和完善了综采放顶煤理论，建立了自动化放顶煤开采技术体系，实现综放自动化开采。实现综采放顶煤工作面自动化生产。工作面每班由25~30人，减少到7人，工作面推进一个生产循环的时间缩短40%，人均效率提高5倍以上。发明两柱掩护式放顶煤液压支架，首次成功开发了综放工作面端头和顺槽超前液压支架支护系统，首次把放顶煤技术引进澳大利亚，成功实施澳思达煤矿综放开采。
兖矿集团东滩煤矿和兴隆庄煤矿装备了年产600万吨自动化放顶煤工作面，取得良好效果。在澳大利亚澳斯达煤矿、 神华集团神东矿区宝德矿、万利矿区柳塔矿、淄博、淮北、龙口、大同、济宁、鄂尔多斯、邢台等矿区推广应用。据不完全统计，实现直接利税收入100多亿元，外汇收入2.2亿美元。
本项目发展和完善了我国综采放顶煤技术体系，使我国综放开采技术水平迈上一个新台阶，确立了我国综放开采技术在国际采矿技术领域的领先地位
