70年，终成煤炭智能化开采引领者
70年，终成煤炭智能化开采引领者
——原煤炭工业部副部长濮洪九忆我国煤炭综合机械化发展历程
编者按
煤炭是我国的主体能源。新中国成立以来，我国煤炭产量由3432万吨增加到近40亿吨；煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重长期占75%和65%左右，支撑了我国国内生产总值由1978年的3645亿元增加到2018的90万亿元，实现了国民经济长周期年均9%以上的速度增长。
在为国民经济发展作出巨大贡献的同时，煤炭行业自身开采技术也取得了长足的发展和进步，煤炭产业的整体面貌随之发生了巨变。原煤炭工业部副部长濮洪九向记者讲述了他亲身经历、耳闻目睹的煤炭采煤史上的技术变革，还原了煤炭工业史上的一段峥嵘岁月。
从人工到机械，60年代开始探索
采煤是一个非常古老的技术，历史上主要是靠人工开采，拿镐挖，用筐驮，在矿井下还用过骡子来运输煤炭。这些是很原始、落后的煤炭开采方法。解放后，机械化有所发展，引进了苏联和波兰采煤机，支架的材质也从木头变成了金属，但机械化程度还是很低，也没有液压支架。
同期综合机械化采煤在西方国家已经开始出现。1954年，英国将采煤的几道工序综合起来实现了综合机械化，简单而言，就是在液压支架的保护下，实现采煤机切割煤，运输机运输煤的技术，形成采煤机、液压支架和运输机综合运用的成套装备。随后，西德从1957年，前苏联、波兰在60年代前后开始陆续进行综合机械化采煤。
综合机械化采煤出现后就不一样了，机械设备既能保障安全又能提高效率，而且用人少了，事故起数明显下降。可以说，这项技术是采煤史上的一项革命。
早在1964年，煤炭部就组织由煤炭科学院党委书记何以端、副院长胡师童一行六人组成的考察团赴英国、法国和西德考察煤炭工业当时的状况、发展趋势及现代化科学技术。他们历时83天，进行了非常细致深入的调查。同年，何以端同志又率领煤科院人员在郑州煤炭厂进行液压支架的研制。
1970年11月，我们按综合机械化开采模式在大同矿务局煤峪口煤矿进行了试验，这是我国第一个综采工作面，由此拉开了综合机械化开采的序幕。
大同煤峪口煤矿的试验，为当时煤炭部将综合机械化开采确定为煤炭工业技术发展方向提供了坚实依据。
当时，煤矿工人把液压支架形象地比喻为“保险柜里给钱”，摩擦金属支柱是“老虎嘴里拔牙”。这项试验提出，综合机械化技术的优越性集中表现在“一少、两高、三低”——冒顶事故减少，产量高、效率高，材料损耗低、回采掘进率低、吨煤成本低。
在两年试验的基础上，煤炭科学院还牵头总结提供出了六条经验，其中特别提到要有成建制的综采队伍、相对稳定的领导班子，设备综合配套，实现科研、制造、使用和工人、技术人员、领导两个“三结合”，以及科研必须关键原部件先行，这对我国综合机械化开采技术的发展具有指导意义，起到了重要推动作用。
1972年，原燃化部（1970年，煤炭部、石油部、化学部合并，组成燃料化学工业部，简称燃化部——编者注）在郑州召开了全国煤矿机械化会议，决定组织综合机械化采煤设备会战。由北京、上海、太原、唐山各煤研所和西安、鸡西、郑州、张家口、抚顺、天津等地的煤机厂，及冶金、机械、化工、军工等行业有关厂矿协作，先后研制出垛式、节式、掩护式、支撑掩护式液压支架，双滚筒采煤机，重型可弯曲输送机和高压乳化液泵站，阀组和高压管件等。这些为综合机械化开采的发展，奠定了坚实的物质技术基础。
从周恩来到邓小平，70年代大力引进综采设备
上世纪70年代初，部里人员到英国、德国等国家考察，回国后向国务院领导汇报，国外用的都是综合化设备，安全好、效率高、产量高。周总理很重视，决定引进国外综采设备，并于1974年引进43套。
1977年，在邓小平同志主持工作的时候，煤炭部已经恢复正常运转了，部党组向小平同志汇报综合机械化开采的巨大优势，小平同志当时就拍板引进了100套设备，同时国内制造500套。这个决定非常重要，因为当时外汇紧缺，一套设备价格高达一两千万美元，开支巨大，不仅其它部门，就连煤炭部内部也是有争议的。但小平同志强调，一定要解决这个事情。
先是周总理，再是小平同志的鼎力支持，应该说这是对我国煤炭工业技术实现现代化改造的一项重要战略决策，也反映了党中央国务院对煤炭工业和井下开采煤矿工人的亲切关怀。
设备引进了，“文革”也过去了，一切步入正轨。那时煤炭部很重视综合机械化开采技术的发展，煤炭部党组把综合机械化开采作为煤炭工业发展方向，专门成立了机械化指挥部，煤炭科学院也成立了机械化会战组。
与此同时，各地矿务局也都非常重视这项工作，相应成立了以发展煤炭综合机械化开采技术为目标的领导小组，设置专门的技术机构，组织技术人员开展技术攻关。当时，自上而下，大家齐心协力，克服重重困难，大力发展煤炭综合机械化开采技术。
“洋鸡不下蛋”，80年代进行技术改进
综采设备引进初期，使用并不顺当。由于地质条件不一样，工人操作水平、技术水平有限，所以出现了“洋鸡不下蛋”的情景。
记得在1974年，我当时在建井研究所工作，在山东新汶矿务局协庄煤矿井下做试验时，当时采煤工作面就有一套引进的综采设备，因条件不适而停止工作，工人说“洋鸡趴窝不下蛋”。
时任北京煤炭科学研究院院长的贺秉章同志当时提出，一定要下力气解决消化和改进问题，还要突破制造的任务。时任燃化部革委会主任康世恩（后任国务院副总理）也十分支持综合机械化开采，他说：“如果你们把它（综合机械化开采技术的消化改进——编者注）弄成了，我就从六铺炕一步一叩首，到和平里科学院来祝贺。”康世恩的这番话让我们备受鼓舞，今天回想起来也依然感到振奋和感动。
接下来，煤炭科学院在解决液压支架、采煤机和运输机等关键零部件上花了很大功夫。好在当时引进设备的同时，还投资850万美元引进了检测设备，包括液压支架的测试台、采煤机的实验台，这对我们的研发工作大有裨益。
部里为关键零部件的建设配备了“采掘测试技术装置”，针对液压支架“三阀”、乳化液泵，采煤机的电机、齿轮、液压泵、马达，输送机的中部槽、圆环链、链轮，以及皮带机的托滚等进行技术攻关，为提高设备可靠性提供了良好条件。
大量扎实的基础攻关，引进吸收国外先进技术，狠抓队伍培训和制度建设，为上世纪80年代综合机械化开采技术的推广应用奠定了坚实基础。在周总理和小平同志的关心支持下，加之煤炭系统的科技人员、职工的努力，我国终于成功掌握了综合机械化开采技术，采煤效率有了很大提高。
这是第一阶段，从国外引进到学习并逐渐消化。
综采大发展，90年代放顶煤攻关获突破
到了上世纪90年代，煤炭综合机械化开采技术进入以高产高效为目标的高水平、大发展阶段。
1995年，在铁法矿务局实验成功日产7000吨成套设备后，我国又研制了以大功率、电牵引、多电机横向布置和大截深为特征的新一代采煤机，同时应用铸焊结合封底中部槽、交叉侧卸机头、链条自动张紧等先进技术的重型刮板输送机，从而将综采设备的生产能力提高到了年产三四百万吨的先进水平。与此同时，我国还开发了长距离带式输送机系统、运人运料的高效辅助运输系统、地质保障系统、煤巷快速掘进与锚杆支护系统和安全生产监测系统，有效保障了综合机械化开采的安全、高效、高产。
1999年，综合机械化采煤产量占国有重点煤矿的51.7%，较综合机械化开采发展初期的1975年，提高到了26倍。
我国不但成功掌握了这项技术，还完成了改造，进一步发展了该技术，这就必须提到综合化的放顶煤技术。
煤层有厚、中厚、薄之分，初期的综合机械化开采技术基本用于中厚煤层，例如5、6米的煤层，煤层达到十几米时就需要分层。综合机械化开采的优点是巷道准备工作量少、采煤工艺相对简单、生产集中、材料及能耗相对小，在各国煤炭行业都具有巨大吸引力，但20世纪80年代初国外试验因出现困难而萎缩，我国却开始引进、研究、试验。
经过我们的技术改造和创新，可以利用综采设备将下面的煤采完，再将上部悬空的煤层放下来，这就叫放顶煤，完成这项任务需要技术支撑。这是我国进一步发展的技术，也是做得最成功的。
当时，在辽宁沈阳缓倾斜厚煤层第一次进行了综放开采试验，之后在甘肃窑街、吉林辽源、新疆乌鲁木齐急倾斜煤层综放技术上均取得了突破。90年代初在山西阳泉、潞安的缓倾斜长臂工作面实现了高产高效。随后又在山东兖州开发了综放成套设备和技术，实现了年产四五百万吨的成绩，技术经济指标达到了世界领先水平，并于21世纪初在澳大利亚成功应用，将这个技术推广到了国外。
这是第二阶段，综合机械化开采技术发展到了放顶煤综采，采煤技术有了进一步发展。
千万吨综采工作面涌现，21世纪初实现智能化开采
21世纪初，针对高端煤矿装备可靠性、寿命与国外先进装备的差距，我国对液压支架采用了三维仿真、有限元分析等现代设计方法，研制了高强度、高韧性优质焊接无裂纹结构钢，创新焊接技术；采煤机研制更加注重了可靠性的要求，采用了1000V变频器、矢量控制技术、记忆截割技术、集中控制技术；刮板输送机向着大运量、软起动、高强度、重型化、高可靠性方向发展；皮带输送机采用动态分析技术，在驱动装置、高效储带与张紧装置、自移机尾、控制系统与监控装置方面有了长足发展……千万吨综采工作面开始涌现。
在这个阶段，年产1000万吨的综采设备、采煤机、液压支架和运输机，全部实现了国产化，并达到了世界水平。例如神华集团发展非常好，主要归功于综合机械化开采设备的应用。如今，我国的液压支架过关了，运输机也过关了，至于运输机的链条则把英国的帕金森厂子全部引进过来，采煤机现在发展也不错。
值得一提的是，之前没有应用综采技术时，如果提到一个1000万吨的矿区，那就了不起了，一般得有十几个煤矿，将近5-10万人。现在呢，1000万吨就是一个矿，一个工作面。比如神东上湾煤矿，我去的时候，这个年产1000万吨的矿井，井下采煤工作面一个班只有9个人。同时，安全水平也达到世界水平。在煤炭前两年困难时期，凡是千万吨用了综合机械化采煤技术的矿井，基本上都能维持不亏损。煤矿在安全、效率、经济上发生了非常大的变化。
目前，我们的综合机械化开采技术已经发展到智能化综采，也就是进入到第三个阶段，有了新的创新。简单而言，智能化综合机械化开采就是实现远距离控制操作，工作面可以无人。
前几年，我去过陕煤集团的黄陵一号井无人工作面。当时是下午四点，正是交接班时间，第二班开始作业。我下了那么多井，不用下井就可以采煤的，还是第一次遇见。我在地面的控制室，按下两个按钮，上面控制台的屏幕就显示出井下的所有状态——首先，运输机启动了；然后，采煤机运转了；接着，液压支架移动了；最后，煤就出来了。
井下没有人，全在地面上控制，这个令我特别兴奋又感慨万千。当年我在部里工作，给大学生作报告的时候经常说，现在我们煤矿工人很辛苦，但以后我们就可以实现机械化、自动化，做到井下尽量少用人。那个时候还没有智能化这个词儿呢，但短短几年就实现了突破，梦想变成了现实。
黄陵无人化工作面实现了常态化远程控制和工作面无人操作的全自动化安全高效生产，获得了去年的国家工业大奖。我去黄陵一矿的时候，煤炭价格还在触底阶段，许多煤矿都亏损，但当时他们董事长对我说：“今年我们的利润可以达到9个亿。”安全、高产、高效充分显现，从根本上改变了矿井生产面貌。
今后我国煤炭占比将逐渐减少，但短期内不可能完全被替代。因此，我们应利用这些先进的综合机械化开采技术，发展现代化矿井，逐渐关停小煤矿，实现煤炭行业的安全清洁高效和可持续健康发展。
（本报记者于欢、武晓娟整理，原文刊载于《中国能源报》2017年9月4日5版，文章有删减）
