综合机械化放顶煤开采技术(简称综放开采)是开采厚煤层的有效方法，实现了厚煤层一次采全高开采，是开采厚煤层的一项革命性技术，解决了厚煤层分层开采时上分层遗留煤柱导致的应力集中、下分层采空区易发火和巷道支护困难、首采分层瓦斯相对涌出量大、产量低、成本高等难题。与大采高开采技术相比，综放开采具有投资少、成本低、能耗低、排放低、适应煤层厚度变化大等优点。我国从1982年开始研究试验长壁工作面综放开采技术，40 a来取得了巨大成功和重大科技创新，综放开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法，也是我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。
经过40 a的探索、创新和发展，我国综放开采技术取得了举世瞩目的成绩，从早期的炮采放顶煤、普采放顶煤、轻型支架放顶煤、综采放顶煤，发展到今天全面推广综采放顶煤，并形成了多种条件的综放开采技术。在放煤方式上，从应用综放技术初期的高位放煤、中位放煤，到目前普遍使用的低位放煤方式。最近20 a来，各煤矿企业在厚煤层中广泛采用综放开采技术，而且支架趋于重型化、大型化，支架额定工作阻力逐渐增大。目前综放支架最大高度达7 m，额定工作阻力最大达21 000 kN。支架的架型也从早期的四柱式发展到今天的四柱式与两柱式并存。走向长壁综放开采的煤层厚度最大可达20 m、煤层倾角最大可达60°，工作面的采高从2 ～7 m，工作面产量最大可达1 500万t/a。煤层厚度大于20 m的急倾斜煤层，开发了水平分段综放开采技术，工作面产量可达400万t/a。应用综放开采技术的开采深度100～1 000 m，煤层单轴抗压强度可达35 MPa，综放开采在我国展现出了巨大的技术优势和宽广的适用范围。2004年我国综放开采技术和装备输出到澳大利亚，2006年在澳斯达煤矿投入应用，2022年又输出到土耳其等欧洲国家，真正实现了从技术引进到技术输出的华丽转身。
1 综放开采的早期发展
放顶煤开采的思路源于厚煤层高落式采煤技术。这种采煤技术早在19世纪手工采煤时期就有所应用。也曾经是20世纪50年代以前我国开采厚煤层的主要方法之一。20世纪50年代后我国的开滦、潞安等矿区曾试验了木支柱、金属摩擦支柱开采下分层，回收中分层的长壁放顶煤层开采技术，初期工作面采用一部刮板输送机运煤，后来工作面采用了2台刮板输送机，分别运输煤壁的爆破落煤和后部放出的顶煤[1]，这就是最早的长壁工作面炮采放顶煤技术。这一技术后来发展成了单体液压支柱放顶煤、悬移支架、网格式支架放顶煤等，由于单体支柱的稳定性差，支护阻力低，到21世纪初，炮采放顶煤技术在我国逐步被淘汰。
20世纪初欧洲在一些复杂的地质条件煤层开始使用了房式和仓式放顶煤开采。随着长壁采煤法的发展，20世纪30年代出现了厚煤层的分层采煤法，如当时在欧洲盛行的上行充填采煤法，我国20世纪50年代推广的倾斜分层、水平分层采煤法等。这些方法虽然有较高的煤炭采出率和较好的安全性，但工序复杂，成本高。为此法国和前南斯拉夫等开始使用单体支柱加顶梁的长壁或短壁放顶煤采煤法。
1954年英国装备了世界上第1个综合机械化长壁工作面，生产效率和安全性大大提高，作业条件极大改善，由此，20世纪50年代中后期至60年代，欧洲的综合机械化采煤技术迅速发展，并逐渐占据主导地位，开始研究试验厚煤层的综合机械化放顶煤开采技术。1957年前苏联首次使用KTy两柱掩护式液压支架开采倾角5°～18°、厚9～12 m的厚煤层，工作面先采顶分层铺底网，然后采底分层并向中分层打眼放炮，通过支架顶梁上的天窗放出中分层煤炭。这是世界上最早的预采顶分层综放开采技术，前苏联的综放开采一直持续到20世纪末，近年来俄罗斯个别工作面仍然使用综放开采技术。1964年法国在中南部煤田的布朗齐矿区的达尔西D矿试验成功了一次采全高的综放开采技术，这也是世界上最早的一次采全高综放开采。工作面装备了前后2部刮板输送机，实现了采放平行作业。开采煤厚6.0～8.5 m，平均月产4.96万t，工作面采出率90%，人员工效33.6 t/工，这也是早期综放开采取得的最好技术经济指标。
尽管综放开采初期在欧洲并没有发挥其高产高效的技术潜力，但是开采不稳定厚煤层、边角煤和煤柱时仍然得到推广应用。20世纪70年代以后，前苏联、前南斯拉夫、波兰、匈牙利等东欧国家遵循工作面单输送机的技术路线，在前苏联的KTy掩护式支架基础上将放煤口由顶梁前部改在顶梁后部，并设计了液压支柱控制放煤口开启与关闭，其中以匈牙利的VHP型综放支架最具代表性，如图1所示，该支架曾于1987年引进到我国。
图1 单输送机综放支架
Fig.1 Drawing supports with single scraper conveyor
法国、德国、英国、西班牙等国家遵循工作面双输送机的技术路线，在法国香蕉型支架基础上不断发展，形成了以英国道梯公司的400 t掩护式支架为代表的中位、低位放煤综放支架系列，如图2所示。
图2 双输送机综放支架
Fig.2 Drawing supports with double scraper conveyors
国外综放支架的主要架型见表1。因欧洲大部分国家厚煤层煤炭资源枯竭，以及煤炭行业萎缩，欧洲的综放开采技术并没有得到很好发展，技术优势也没有得到充分发挥。至20世纪末，除俄罗斯等个别国家外，欧洲综放开采逐渐退出，近年来由于我国在综放开采方面的巨大成就，使欧洲个别国家，如土耳其等国又开始研究和应用综放开采技术[2]。
表1 国外综放支架主要架型[1]
Table 1 List of main types of drawing supports abroad[1]
国别型号简图特点与放煤方式时间前苏联KTy单输送机顶梁开天窗高位放煤1957年法国BANANA双输送机单绞接门式低位放煤1963年美国双输送机开门插板式低位放煤1977年法国MB170双输送机四连杆插板式低位放煤1978年法国FBS-4-340双输送机掩护梁开天窗中位放煤1980年德国1000kN-19/28双输送机四连杆掩护梁开天窗中位放煤1982年匈牙利VHP730单输送机掩护梁开天窗高位放煤1982年英国4L-4000kN-19/28双输送机掩护梁开天窗中位放煤1983年
2 我国综放开采技术发展历程
我国从1982年开始研究和引进综放开采技术，至今已有40 a时间，在以往不同时期的文章中关于综放开采技术的发展及阶段划分有所阐述[3-5]。为了便于记忆，在此将我国综放开采技术的40 a发展划分为2个阶段，即前20 a的探索和推广应用阶段，后20 a的创新和技术输出阶段。
2.1 探索和推广应用阶段
2.1.1 第1次综放开采工业试验
我国第1次工业试验综放开采技术是1984年6月在沈阳矿务局蒲河煤矿北三采区二分段，工作面长65 m。煤层厚12～14 m，倾角5°～14°，煤种为褐煤，煤质中硬，节理发育，顶底板松软，煤层易自燃。综放支架为FY4000-14/28型插板式低位放煤支架，是由煤炭科学研究总院北京开采所和沈阳煤炭研究所合作设计。1984年6月至12月，试验7个月，平均月产1.31万t。因支架四连杆受力不合理、损坏严重，工作面推进速度慢，采空区自然发火，试验被迫中断。后来将支架改为FYA4000-16/26型天窗式中位放煤支架，1986年6月在北三采区二分段右翼进行第2次试验，工作面长53 m，最高月产煤炭2.01万t[4]。总的说来，在蒲河煤矿的首次综放开采工业试验效果不好，但是这次综放开采试验为我国后来综放开采技术研发积累了宝贵经验和教训。① 选择合理的架型和结构参数尤其重要；② 要保证工作面推进速度，实现正规采放作业循环；③ 对技术人员、管理人员、工人进行培训。
2.1.2 急倾斜厚煤层水平分段综放开采
在缓倾斜厚煤层中的第1次综放开采工业试验没有取得理想效果后，在一些急倾斜厚煤层的水平分段综放开采试验获得成功，取得了良好效果。
(1)窑街矿务局二矿水平分段综放开采。
1986年4月，煤炭科学研究总院北京开采所与甘肃窑街矿务局合作，在窑街二矿四号井进行了急倾斜厚煤层水平分段综放开采工业试验。煤层厚20 m，煤层倾角55°，煤质中硬(煤层硬度系数f=1.2)，工作面走向长660 m，工作面长20 m。工作面主要装备为：FY2800-14/28型支撑掩护插板式低位放煤支架15架，MLS31-170型双滚筒采煤机，SGWD-180PB型前部刮板输送机，SGW-40T型后部刮板输送机。端头支护为DZ25型单体液压支柱配自制的长铰接顶梁(3.6 m)双排迈步支护[3,6]。
对不同分段高度进行了试验，认为当时煤层条件下，机采高度2.5 m。分段高度10～12 m为宜。采用“两刀一放”的采放工艺，每刀进尺0.5～0.6 m。同时对顶煤采出率及其损失顶煤的组成、含矸率等进行了初步研究。工作面平均月产煤炭1.90万t，工作面平均效率12.44万t/工，工作面采出率85.9%，含矸率15%～20%。该项目成果获得1990年国家科技进步奖二等奖[5]。
(2)梅河口矿水平分段综放开采。
吉林辽源矿务局梅河口矿共有7对斜井，主采12号煤层，f=0.9～1.4。位于煤田西、东两端的三、四井煤层较厚，20～70 m，倾角45°以上。1986年11月，在四井进行水平分段综放开采试验，工作面长25～38 m，分段高度15 m，采用YFY2000-16/26型轻型高位放煤支架，工作面平均月产2.52万t，工作面采出率85%。1987年10月，在三井进行试验，工作面长74 m，采放高度17.5 m，采用FYC4000-16/28天窗式中位放煤支架，工作面平均月产4.00万t，工作面采出率87.1%。与过去的斜切分层金属网假顶采煤方法相比，三、四井的月产量分别提高了3.4倍和2.0倍，采区采出率提高3%～5%，采区掘进率分别下降80%和58%，工作面直接成本分别下降35%和25%[4]。1988年以后，梅河口矿三井、四井全部应用综放开采，工作面年产量连续10余年突破60万t，创全国同类煤层当时最高记录，综放开采展现出明显的技术经济优势。
梅河口矿三井开采中通过研究地质条件、覆岩岩性、“两带”高度预测、大量黏土渗入砂层堵塞裂隙、限厚开采、均匀放煤等措施，顺利通过上覆含水砂层，为水体下综放开采积累了经验。工作面两巷布置在煤层顶底板中，避免了巷道煤柱损失。对于局部煤质变硬出现大块卡放煤口现象，采取了高压注水和预爆破顶煤的措施，并将下分段高度从15 m降为10～12 m，取得了良好效果。同时根据煤层厚度变化，通过加减支架调整工作面长度，减少煤炭损失。实行严格的多轮“一刀一放”采放工艺，保证了工作面采出率在85%以上。
(3)乌鲁木齐六道湾煤矿水平分段综放开采。
六道湾煤矿煤层倾角64°～71°，煤层厚度33～50 m，煤质松软、内生裂隙发育。水平分段高度10 m，其中割煤高度2.5 m。采用法国SDS公司生产的MS-950型短机身采煤机(机身长3 m)，FYS3000-19/28型天窗式中位放煤支架，引进与采煤机配套的2×18/400型前部刮板输送机，后部为国产的SGW-40T刮板输送机。
采用集中割煤、集中放顶煤的作业方式，从1987年11月至1988年1月连续3个月，月产煤炭2万t以上，工作面采出率87.04%。液压支架、采煤机、刮板输送机配套适应性好，设计的支架具有较好适应性，引进的短机身采煤机以及与之配套的前部刮板输送机具有良好使用效果。但是试验中也遇到一些难题，比如架前漏冒较严重，影响开采效率；支架放煤天窗尺寸较小，易堵口等。
经过探索、创新，急倾斜厚煤层水平分段综放开采技术取得初步成功，工作面采出率在85%以上，解决了以往分层开采、巷道高冒式采煤法等成本高、安全性差、效率低等难题，初步得到了合理的水平分段高度为10～15 m，以及合理的采放工艺参数，为后来的缓倾斜厚煤层综放开采积累了经验。
2.1.3 引进国外支架的综放开采试验
河南平顶山矿务局一矿于1987年5月从匈牙利进口了一套80架VHP-732型掩护式开天窗高位放煤支架(图1(b))，1987年9月15日工作面开始生产。所采煤层总厚度7.3 m，煤层倾角7°～9°，埋深464 m，f=1.5～1.8。工作面长度87 m，推进长度489 m，两巷沿煤层中部掘进，U29四节式可缩性拱形支架支护[4]。
工作面采用MXA-300/3.5型双滚筒采煤机，布置一部SGZ-730/320型前部刮板输送机，放煤时顶煤通过放煤天窗流入前部刮板输送机内。“三刀一放”，放煤步距2 m，支架间隔放煤。正常回采时，工作面月产达4.2万t，工作面采出率84.6%，经济效益较好。但是开采试验中也遇到了高位开天窗放煤时，粉尘较大，在回风巷打眼进行煤体注水对放煤时的粉尘防治效果有限；两巷漏风到采空区，采空区残煤易自燃等问题。
2.1.4 缓倾斜厚煤层高产高效综放开采技术
在经过沈阳、窑街、辽源、乌鲁木齐、平顶山等局的实践，尤其是在急倾斜厚煤层中综放开采工业试验成功，同时积累了瓦斯、自然发火、粉尘防治等经验，以阳泉、潞安、兖州矿务局为代表进行了缓倾斜厚煤层综放开采的大胆实践，支架架型也从高位、中位放煤定型到低位放煤，真正实现了综放开采的高产高效。
(1)阳泉矿务局综放开采的技术突破。
阳泉矿务局的综放开采始于一矿的15号煤层，煤层平均厚6.5 m，煤层倾角小于5°，煤质中硬，f=2～3。1988年12月，采用ZFS4400型中位放煤支架，在8605工作面进行综放开采试验，工作面长42 m，最高月产3.29万t，工作面采出率81.52%。这次试验表明在中硬煤层中可以进行综放开采，能够实现采煤与放煤平行作业，工作面单产可成倍增加，综放开采具有巨大的高产高效潜力，解决了15号煤层原先采用分层综采和高档普采采煤工艺时，由于顶板层理发育、管理困难，自然发火期短，瓦斯涌出量大，工作面产量低(40万t/a)，企业经济效益差的难题。随后阳泉矿务局在所属的4个矿采用ZFS4400型中位放煤支架进行了综放开采技术推广应用，工作面长114～180 m，1990年综放队实现了年产百万吨的高产高效目标。
1996年7月阳泉一矿在15号煤开始了低位放煤综放试验，支架为ZFS4800-17/28B型反四连杆低位放煤支架，同时配备过渡支架和端头支架，采煤机型号为AM-500，前后部刮板输送机型号均为SGZ-764/220。工作面配备了当时国内大功率、高强度、重吨位、大运量和大流量综放设备。工作面长180 m，走向长1 242 m，工作面平均月产14.86万t，“一刀一放”采放工艺，工作面采出率87.74%，人员工效51.78 t/工。低位放煤不存在脊背煤损失，因此顶煤采出率较高，通过与1994年、1995年中位放煤综放开采对比，工作面采出率分别提高6.70%和5.26%，低位放煤在技术上更具优势，加大工作面长度是提高开采效率的基础。
阳泉矿务局所属矿井均为高瓦斯矿井，综放工作面的瓦斯来源于本煤层和邻近层的瓦斯涌出，通过走向高抽巷、倾斜高抽巷和大直径钻孔3种方式形成了有效的综放工作面瓦斯治理体系。阳泉矿务局15号煤层综放开采成功不仅解决了阳泉传统工艺开采产量低、效益差的难题，为阳泉的采煤方法改革、提高开采效益做出了巨大贡献，也为当时全国厚煤层推广综放开采、实现高产高效打开了思路。
(2)潞安矿务局高产高效综放开采。
潞安矿务局所属各矿主要开采沁水煤田东部的3号煤层，煤层厚度7 m左右，煤层倾角3°～7°。至1993年，潞安矿务局所属各矿全部采用综放开采技术，对于推动我国综放开采技术的发展发挥了重要作用。
1989年3月王庄矿在4309工作面试验天窗式高位放煤综放开采技术，支架为ZFD4000-17/23型高位放煤支架，刮板输送机型号为SGZC-730/320。由于煤层中硬，f=1.5～2.5，裂隙不发育，在工作面回采巷道向顶煤钻孔注水，软化顶煤，效果良好。工作面长125 m，割煤高度2.8 m，放煤高度4.06 m，“两刀一放”间隔放煤工艺，工作面月产9.2万t，顶煤采出率78.97%。
1991年6月，采用ZZPF4000-1.7/3.5型支架在五阳煤矿进行低位放煤综放开采试验，煤层厚6.42 m，割煤高度2.6 m，工作面长165 m。采用“一刀一放”间隔顺序多轮放煤工艺，采放平行作业。工作面最高月产20万t，平均月产12万t，工作面采出率91.1%，充分证明了综放开采的高产高效潜力。
1999年7月，王庄煤矿开展了270 m超长综放工作面的开采试验，适当增加了采煤机、前后部刮板输送机的功率，同时进行巷道支护技术改革，采用小煤柱锚网支护技术，工作面年产达到400万t，采出率85%以上。
为了研究综放工作面的煤炭损失，1994年，潞安王庄矿在4318低位综放工作面穿过原回风巷煤柱向其采空区掘进了一条探测采空区残留煤炭的巷道，直观观测采空区的煤炭损失，探巷高度2 m。工作面长171 m，煤厚6.8 m，机采高度3 m，如图3所示，为采空区探巷观测到的残留煤炭分布，在风巷煤柱边缘平行工作面进入采空区，至煤柱6 m处开始见矸，说明在此之前残留煤炭厚度大于2 m，这也就构成了工作面端头的煤炭损失，继续进入采空区内部，残留煤炭分布趋于正常。采空区残留煤炭平均厚度为0.94 m，计算得到工作面采出率为86.18%[7]。这一工作的重要意义在于基本摸清了综放工作面采空区的煤炭损失分布，以及提高综放工作面采出率的努力方向。
图3 采空区探巷观测到的残留煤炭分布[7]
Fig.3 Residual top coal distribution observed in the goaf[7]
(3)兖州矿务局高产高效综放开采。
兖州矿务局的综放开采始于1992年的兴隆庄矿，工作面煤层平均厚度7.25 m，割煤高度2.8 m，工作面长160 m，采用ZFS5200-1.7/3.5型放煤支架，ZFGT5200-1.8/3.2型过渡支架，AM-500采煤机，SGBW-764/264型前部输送机，SGZD-764/320型后部输送机，工作面平均月产10万t。兖州矿务局以前主要采用分层综采开采厚煤层，但是下分层的顶板管理困难，采用综放开采以后，解决了分层综采的相关难题，比分层综采吨煤成本节约10.47元。鲍店矿1993年3月应用综放开采，综放工作面煤厚8.5 m，工作面长125 m，工作面装备配套与兴隆庄矿基本一致。综放工作面平均月产煤炭17.17万t，工作面效率74.8 t/工，经济效益十分明显。由于综放开采在投入、成本、产量和效益等方面的技术优势，兖州矿务局积极推广综放开采技术，同时对“两刀一放”、“一刀一放”、单轮顺序放煤、双轮顺序放煤、单轮间隔放煤、双轮间隔放煤等采放工艺进行了系统试验，综放工作面产量和效益迅速提升。1994年兴隆庄矿综采一队的综放工作面产量达230万t，鲍店矿综采二队的综放工作面产量达220万t。1995年全局已在兴隆庄矿、鲍店矿、南屯矿、东滩矿等17个工作面进行综放开采，其中兴隆庄综采一队产煤300万t、鲍店矿综采二队综放工作面产量246万t。
1999年，兴隆庄矿采用ZF6200-16/35型较大阻力综放支架，开采倾角为4°～12°的8.2 m厚煤层，工作面长162 m，“一刀一放”单轮顺序放煤，采放平行作业，工作面平均月产35万t，工作面采出率85.17%，平均回采人员工效177.98 t/工。
东滩煤矿煤层厚度5.6～6.5 m，煤层倾角3°～8°。自1994年开始推广综放开采，综采二队1997年生产原煤410万t，工作面采出率85.93%。通过增大工作面长度和推进长度，优化设备配置和辅助生产系统改造，综采二队1998年生产煤炭501万t，2001年551万t，使综放开采技术潜力进一步发挥。
兖州矿务局的综采基础好，综放开采的起点高，在工作面装备配套和工作面管理方面具有良好基础，煤层厚度、倾角和硬度适中，形成了具有特色的高产高效综放技术。为了更好地发挥综放开采的技术优势，在优化采区布局、巷道布置与支护，优化生产工艺、改革端头支护，强化设备检修、提高开机率，改进设备性能、提高系统能力，加强队伍培训、严格工作面管理等方面总结出了宝贵经验。1998年以综放开采科技成果为主要内容的“兖州矿区煤炭综合生产技术研究与开发”获得了国家科技进步奖一等奖。
阳泉、潞安、兖州是我国应用综放开采技术较早的矿务局，其共同特点是近水平煤层或者缓倾斜，煤层厚度6～10 m，煤层硬度、瓦斯条件适中等，适合于综放开采。工作面支架经历了高位放煤、中位放煤，最后推广应用低位放煤阶段，实现了工作面高产高效，对于促进综放开采技术在我国的推广应用和技术创新发挥了重要作用。
2.1.5 复杂条件综放开采技术探索
(1)“三软”厚煤层综放开采。
① 郑州矿务局“三软”不稳定厚煤层综放开采。郑州矿区煤层松软，煤层硬度系数f=0.1～0.9，顶底板强度低。煤层厚度变化大(0～25.26 m)，平均为7.5 m。采用分层综采的工作面产量低、材料消耗大，工作面产量大部分在25万t/a左右。1988年9月郑州矿务局在米村矿二1煤层进行中位放煤的综放开采试验，煤厚1.19～20.87 m，平均厚度7.8 m，煤层硬度系数f=0.3～0.8，直接顶和底板均为泥质页岩，属于典型的“三软”不稳定厚煤层。由于支架结构不适应“三软”条件，没有取得成功。1991年对ZFS4400-19/28支架进行改造，将伸缩梁由手套式改为内伸缩式，增加伸缩油缸和伸缩梁行程，提高端面支撑力，增大后柱缸径，改支架四连杆结构为单铰结构、增大后部输送机活动空间等，试验取得成功，工作面年产达60万t。1994年米村矿、超化矿工作面年产达百万t，2000年月产可达15万～17万t。1994年米村矿在煤层倾角19°～21°的“三软”不稳定厚煤层中进行了俯斜综放开采试验，取得成功[8]，工作面长度72 m，月产5.32万t。
② 徐州矿务局“三软”厚煤层综放开采。徐州矿务局的综放开采始于1993年的三河涧煤矿，采用综放开采7号煤层，工作面平均煤厚9 m，平均月产8.3万t，工作面采出率82%。之后于1994年在东一采区下分层工作面，实现了年产百万t。1997年在韩桥矿、1998年在权台矿应用了轻型支架综放开采，平均月产5万～8万t。
铁法矿务局小康煤矿也属于典型“三软”煤层，煤厚7～8 m，1992年开始应用综放开采技术，工作面长150 m，平均月产8.2万t。
“三软”厚煤层综放开采需要解决的主要问题是防止顶煤端面和架间漏冒、煤壁片帮，放煤过程的粉尘防治，以及软岩巷道支护等。
(2)坚硬厚煤层综放开采。
① 大同矿务局“两硬”厚煤层综放开采。大同侏罗纪煤层坚硬，f=2.9～4.4，裂隙不发育，不易破碎，顶板坚硬难冒，俗称“两硬”煤层。大同矿务局于1991年开始在煤峪口矿开始下分层高位放煤的综放开采试验，先后研制出ZFD5600、ZFD4500和ZFD4400型放顶煤支架，由于铺网成本高，上下分层开采工艺复杂，工作面月产仅6万t左右。
1992年忻州窑矿采用ZFS6000型中位放煤支架进行硬煤条件下一次采全高的综放开采试验，工作面煤厚10 m，近水平煤层，取得了较好效果。1995年研制出ZFSG6000型低位放煤支架，同时试验顶煤爆破弱化技术，取得了初步成功。1996—1998年大同矿务局、中国矿业大学(北京)、煤科院太原分院、太原理工大学组成联合项目组，在原煤炭工业部“九五”科技攻关项目中，研制出新型的ZFS6000低位放煤支架，研究顶煤和顶板活动规律，实施顶板步距式爆破放顶，建立了煤体爆破分形能量释放模型，通过施工顶煤工艺巷进行顶煤深孔预爆破，极大地改善了顶煤爆破弱化效果，在8911工作面工业试验期间，月产达12.14万t，工作面采出率80.3%，硬煤条件下综放工作面年产达到百万t以上[9-11]，该项目成果获得了2000年国家科技进步奖二等奖。
② 晋城矿务局厚煤层综放开采。晋城矿务局主采3号煤层，煤层厚度4.25～7.67 m，平均6 m左右，煤层近水平，局部缓倾斜。1990年晋城矿务局在凤凰山矿开始了综放开采试验。1994年在古书院矿13310工作面试验综放开采，平均月产13.16万t，顶煤采出率79.6%，工作面采出率90.5%，取得成功。1998年在成庄矿推广综放开采，使用的支架型号主要为ZFS5200-16/32B，由于煤层较硬，f=2～4，开采过程中研究顶煤冒落机理与提高顶煤采出率技术是主要内容。
(3)“三软”高瓦斯厚煤层综放开采。
① 靖远矿务局魏家地煤矿综放开采。1995年甘肃靖远矿务局魏家地煤矿在高瓦斯突出煤层中开展了综放开采试验研究。煤层厚度平均12 m，煤层倾角平均20°，煤层硬度系数f=0.3，煤层瓦斯含量9.3 m3/t。工作面长80 m，采用ZFSB3600-17/28型低位放煤支架，机采高度2.5 m。为了解决高瓦斯易自燃特厚软煤开采过程中的技术难题，通过工作面中部沿煤层顶板掘进的瓦斯抽放巷进行煤层瓦斯预抽、工作面上部沿煤层顶板掘进的瓦斯排放巷排放开采过程中的上隅角瓦斯；通过采空区注入氮气和黄泥灌浆防止采空区残煤自燃；工作面自下向上割煤、自下向上带压擦顶移架、自下向上推溜、自下向上单轮顺序放煤，“两刀一放”采放工艺。工作面月产7.3万t，采出率87%[12]。综放开采技术成功解决了魏家地矿多年来由于煤层顶板凸凹不平、顶部夹矸多，分层综采失败，炮采产量低的难题，吨煤成本较炮采降低了15.27%，全矿产量提高了1倍以上，直接工效32.63 t/工，实现了扭亏为盈[13-14]。
② 淮北矿务局综放开采。淮北矿务局以朱仙庄和芦岭为代表的某些矿井煤层极软，硬度系数f≤0.3，瓦斯含量高且有突出危险，瓦斯含量16 m3/t，煤层平均厚度8～12 m。由于煤层条件复杂，一直以分层炮采为主。1997年朱仙庄矿试验炮采放顶煤，1998年试验网格式支架高档普采放顶煤。为了提高开采效益，提升机械化开采水平，淮北矿务局与中国矿业大学(北京)合作，在国家自然科学基金重点项目支持下(59734090)，1998年在朱仙庄和杨庄矿采用ZF2400-16/24轻型低位放煤支架进行综放开采试验，取得成功，尤其是对松散顶煤放出规律有了深刻认识，在极软煤层端面漏冒控制、高瓦斯治理、巷道支护等方面取得了宝贵经验。
2005年，淮北矿务局与中国矿业大学(北京)、北京开采研究院、重庆煤科院合作在芦岭矿进行了预采顶分层的综放开采试验，对开采工艺与矿压、支架设计和设备配套、瓦斯防治等进行系统研究。通过底板穿层钻孔、预采顶分层等对煤层进行瓦斯解突和治理，开采过程中通过顶板高抽巷等综合措施防治瓦斯。通过煤层注水增大煤壁黏结力来防止煤壁破坏和降低粉尘，均取得了良好效果。采用ZF3600-16/25低位放顶煤支架，工作面长120 m，工作面年产达到百万吨，工作面采出率90%[10]。该项目研究中提出了增大支架阻力和刚度可以有效缓解煤壁压力、防止煤壁片帮的重要学术思想，建立了软煤煤壁剪切破坏和硬煤煤壁拉裂破坏的计算模型[15]，为后来提出的支架阻力设计既要考虑平衡基本顶压力也要有利于维持煤壁稳定的二元准则提供了基础[16]。目前淮北矿务局的支架阻力大都在8 000～10 000 kN，选用大阻力支架也成为极软煤层高效开采的必然选择。
(4)倾斜厚煤层走向长壁综放开采。
① 宁夏石炭井矿务局乌兰矿综放开采。1992年11月，乌兰矿在3号煤层5321工作面进行综放开采，煤层平均厚度6.79 m，倾角17°～37°，硬度系数f=0.6～1.2。工作面长度44.5 m，采用29架ZFSB3200-16/28支架，4架ZFG3400-20/30型过渡支架和2架ZTF3900-20/30型端头支架。开采工艺上主要是防止支架倾倒和刮板输送机下滑，采用自下而上割煤、自下而上移架、自下而上推溜、自下而上放煤的4个“自下而上”，工作面采出率84.98%。倾斜煤层综放开采取得初步成功。
② 河南鹤壁矿务局二矿综放开采。鹤煤二矿与中国矿业大学(北京)合作，于1999年10月在3604工作面进行倾斜厚煤层轻型支架综放开采试验，煤层平均倾角30°，煤厚6.03 m，工作面长92 m。采用2 400 kN轻型支架，支架质量7.5 t。通过这次开采试验，充分认识到了支架侧护板、带压擦顶移架等措施在支架与设备防倒防滑中的重要作用。同时加强了技术人员和工人培训，以及工作面规范管理，取得了良好效果。工作面月产5万t，采出率93%。
由于我国煤层条件复杂多样，所需的技术模式和装备具有很大差异，复杂条件的综放开采技术是我国煤炭企业与科研单位、高等院校、设计单位等共同科技攻关的成果。除了上述所介绍的4种典型复杂条件外，还有抚顺特厚煤层分层综放开采，大屯姚桥矿和淮南谢桥矿6 m以下厚煤层的综放开采，以及开滦局唐山矿、邢台局邢台矿等的残留煤柱和边角煤综放开采等，综放技术在开采煤柱和边角煤方面展现出巨大的适应性。
2.1.6 轻型支架综放开采
轻型支架综放开采在我国放顶煤开采历史上具有重要地位，这与我国煤炭开采技术发展和煤矿企业的经济状况密切相关。在综放开采技术发展初期的20世纪八九十年代，我国煤矿开采的总体机械化程度和水平不高，许多矿务局还是以炮采、普采为主，因此采用轻型支架(支架质量≤8 t)，通过减小支架控顶面积、保证支架支护强度，可节省工作面投资，避免了普通支架质量大(当时12～18 t)、安装、搬家困难和投资大等问题，又较单体和滑移等简易支架稳定性好、支护强度大，就成为了一些煤矿企业的首选。
早在1985年吉林梅河口矿四井曾将YFY1600-16/26型高位放煤轻型支架(质量6.5 t)用于急倾斜煤层水平分段综放开采；1991年靖远王家山矿采用轻型支架进行水平分段综放开采，工作面长40 m，月产煤炭2万t；1993年甘肃华亭煤矿、1994年邢台矿务局邢台矿、1994年峰峰矿务局的薛村矿、羊渠河矿、五矿、牛儿庄矿、小屯矿、也庄矿和豫庄矿、1997年徐州矿务局韩桥矿、旗山矿、三河涧矿、夹河矿和权台矿、1997年开滦矿务局唐山矿和东欢坨矿、1998年山东济宁太平矿，此外还有邯郸云驾岭矿、乌鲁木齐碱沟矿、平顶山十二矿、淮北朱仙庄矿、淄博许厂矿、鹤壁二矿、三矿和六矿、临沂古城矿等都应用了轻型支架综放开采技术，取得了很好的开采效果[4]。轻型支架综放工作面最高月产12万t，但大部分工作面月产在5万～8万t，与炮采(放)和普采(放)相比，工作面产量大幅度提升，工作面设备投资增加又不多。当时的轻型支架普遍为四柱式，采用单铰接或者单摆杆结构，额定工作阻力为2 000～2 800 kN，支护强度0.47～0.69 MPa，支架高度1.6～2.4 m，适用的最大工作面倾角为30°(鹤壁二矿)。
随着我国煤炭开采技术和装备整体快速进步，煤炭企业经济效益普遍好转，国家和企业对煤炭开采的高产高效要求，以及轻型支架整体支护能力偏低、支架易损坏、煤壁与端面稳定性控制不好、工作面产量较低，在2005年以后，轻型支架综放开采逐步退出，开采装备趋于大型化、重型化。但是轻型支架综放开采作为我国放顶煤开采发展过程中的技术补充和过渡，有其历史原因和重要贡献。
2.2 技术创新和输出阶段
综放开采技术经过前20 a的探索和发展，已经形成了我国的技术模式和装备配套系列，展现出其高产高效、低能耗、低成本的技术优势。近20 a来结合我国煤层条件和国家对煤炭能源的强劲需求，综放开采技术取得了进一步发展和重大创新，主要表现在如下几个方面。
2.2.1 大采高综放开采技术
(1)大同塔山煤矿特厚煤层综放开采。以大同塔山煤矿为代表的20 m特厚煤层综放开采技术取得了突破性进展。2008年在国家“十一五”科技支撑计划重大项目中，研发了ZF15000/28/52型四柱式大采高综放液压支架及配套装备，建立了基于顶板压力和煤壁稳定的支架阻力确定的二元准则和三维放煤理论、提出了覆岩破断后的“悬臂梁-铰接岩梁”结构模型、开发了低瓦斯煤层高瓦斯涌出的防治技术等，工作面年产1 085万t，顶煤采出率86.7%[17]，该项目成果获得2014年国家科技进步奖一等奖。2018年在国家“十三五”科技支撑计划项目中，研发了ZF21000/27.5/42D四柱式大阻力支架，并针对大采高综放开采技术进行了智能化方面研究与技术开发。
(2)山东能源集团金鸡滩矿7 m大采高综放开采。2019年山东能源集团在陕北金鸡滩煤矿开发了7 m大采高综放开采技术，研发了ZY21000/38/70D型两柱式大采高综放液压支架及配套装备，支架的支护强度1.65 MPa，开采平均9.26 m厚的近水平煤层，通过增大机采高度、改善顶煤冒放性来提高硬煤工作面的采出率。工作面长300 m，最高日产7.17万t，工作面采出率90%。在大采高综放工作面应用了主动感知、自动分析、智能处理、系统协同配合等技术，开展了智能化大采高综放工作面建设。
(3)平朔矿区浅埋硬煤的综放开采。2002年，中煤集团平朔公司在一些露天矿不采区，露天矿边帮和排土场下面进行了浅埋硬煤综放开采技术应用，开采4号煤和9号煤。4号煤层厚平均7 m，9号煤层厚平均13.14 m，煤层埋深70～200 m，煤层硬度系数f=2～3，裂隙较发育。初期综放开采论证时，参考大同忻州窑矿综放开采，设计了顶煤预爆破工艺巷道，实际开采中由于煤层裂隙较发育，虽然埋深较浅，顶煤仍具有良好冒放性，没有实施顶煤预爆破工艺。9号煤的工作面年产达600万t，工作面采出率接近90%。2010年在4号煤中采用ZFY12000/23/40D型两柱式综放支架试验大采高综放开采技术，取得成功[18]。
(4)其他矿区大采高综放开采。2007年淮北矿业集团涡北矿进行了极软含夹矸煤层大采高综放开采技术实践，煤层厚9～10 m，其中中间有平均1.54 m的夹矸，煤层硬度系数f=0.1～0.3。采用ZF6800-19/38型低位放煤支架，主要是解决含夹矸软煤层的高效开采难题。2007年，潞安王庄矿建成了首个自动化大采高综放工作面，工作面支架采用电液控制系统，主要解决瓦斯涌出量大和提高工作面煤炭采出率问题，并基本上实现了综放工作面除了放煤以外的自动化开采，该项目成果获得2010年国家科技进步奖二等奖。2013年国家能源集团神东公司黄玉川矿采用ZF21000/25/42D型四柱式正四连杆低位放煤综放支架，开采6上煤层，煤层平均厚度9.56 m，煤层倾角0°～17°，机采高度3.5 m，工作面年产达600万t。此外河南能化焦作赵固矿区在深埋薄基岩应用大采高综放开采技术、山东能源新巨龙矿在千米深井应用大采高综放开采技术均取得了高产高效效果。
大采高综放开采具有工作面采出率高、工作面通风断面大、效率高等优点，通过提高支架阻力、刚度和加强管理可以很好地控制煤壁稳定，因此近年来大采高综放开采在许多矿区进行了推广应用，即使是在较软的煤层中应用也取得了很好效果。
2.2.2 急倾斜厚煤层综放开采技术
(1) 急倾斜厚煤层走向长壁综放开采。
① 甘肃靖远煤业集团王家山矿综放开采。王家山煤矿工作面煤层倾角38°～49°，平均43.53°，煤层厚度13.5～23.0 m，平均15.5 m，煤层硬度系数f=1.0，2003年开始试验综放开采。工作面上巷沿煤层底板掘进，下巷沿煤层顶板掘进，工作面下部水平布置，与上部工作面之间圆弧过渡，有利于设备防倒防滑，工作面长95 m。工作面支架为ZFQ3600/16/28型低位放煤支架，割煤高度2.6 m，平均月产9.71万t。工作面采出率82.27%[19]。由于煤层倾角较大，支架稳定性差，支架设计了防倒防滑装置，支架控制前、后部刮板输送机下滑措施等。
② 冀中峰峰集团山西大远煤业综放开采。山西大远煤业井田位于山西宁武煤田宁静向斜南东翼，开采工作面煤层倾角平均53°，最大62°，煤层厚度平均6.8 m，煤层硬度系数0.3，属于典型的“三软”煤层。工作面长80 m，可采走向长度680 m，工作面伪斜布置。峰峰集团与中国矿业大学(北京)合作，建立了支架动载冲击和侧向挤压力计算方法，研发了ZFY4800/17/28型宽侧护板强力抗挤压综放支架，有利于防止支架倾倒和设备下滑；发现了顶煤放出体的“异形等体”特征，即沿工作面方向的顶煤放出体在形态上并不对称于过放煤口中心的铅垂线，但是铅垂线两侧放出的顶煤体积在数量上基本相等，据此提出了急倾斜煤层放煤理论；结合采放工艺和设备配套共同解决工作面设备的防倒防滑难题，开发了“下行动态分段，段内上行放煤”的采放工艺，工作面月产达8万t，顶煤采出率85%[20-21]。
(2) 急倾斜厚煤层水平分段高效综放开采技术。对于煤层厚度大于20 m的急倾斜厚煤层，可以采用水平分段综放开采技术。国家能源集团新疆公司的乌东矿应用水平分段综放开采技术开采急倾斜厚煤层取得高产高效效果。乌东煤矿是原乌鲁木齐矿务局铁厂沟、大洪沟、小红沟煤矿和碱沟煤矿深部煤炭资源整合煤矿。煤层赋存条件均为急倾斜煤层，开采煤层厚度20～50 m，煤层倾角67°～87°，原大洪沟、小红沟和碱沟煤矿1997—1998年采用水平分段综放开采，分段高度14 m，割煤高度2.4 m，顶煤处理采用工作面爆破方式，配套ZF2800/20/32轻型支架。2007年后，根据《煤矿安全规程》急倾斜厚煤层水平分段综放开采的最大采放比不超过1∶8的规定，乌东矿将分段高度调整为18～21 m，机采高度3.2 m，配套ZF6500/20/40型放顶煤液压支架，工作面产量和效率大幅度提高。2010年对开采装备、开采参数、开采工艺进行创新，为了提高顶煤采出率和放煤效率，在顶煤中沿着煤层走向开掘了一条顶煤弱化工艺巷，进行顶煤预爆破和爆破后注水弱化顶煤措施。分段高度调整为25 m，割煤高度3 m，采用ZFY10000/22/40D型综放支架，工作面年产可达400万t。同时对顶板运动规律、采放工艺、顶煤弱化技术、冲击地压和瓦斯防治等进行了深入研究[22]。
急倾斜厚煤层开采的难度大、效率低，尤其是当煤层厚度小于20 m时，采用水平分段综放开采工作面过短、巷道掘进率高、顶煤冒放难度大、效率低。采用走向长壁综放开采时，支架等设备防倒防滑难度大、煤壁易片帮、放煤控制难度大、效率较低。近10余年来，经过企业、高校、科研院所的联合科技攻关，急倾斜厚煤层走向长壁综放开采技术方面取得了长足进步，提出了通过工作面巷道布置减缓工作面下部的角度、支架大阻力宽侧护板防止支架倾倒和下滑、科学的采放工艺控制顶煤顶板运动相结合的技术路线，取得了成功。尽管在我国综放开采初期，就已经试验成功急倾斜厚煤层水平分段综放开采技术，但只是证明了这项技术的潜力和适应性，现在以新疆乌东矿为代表的水平分段综放开采技术，已经在装备、开采参数、采放工艺、产量和效率、灾害防治等方面取得了重大创新，与综放初期的技术有了根本性变化。
2.2.3 提高综放工作面采出率技术
(1)顶煤运移跟踪仪的研发与应用。
如何提高综放工作面采出率一直是煤炭企业和科研人员关注的重要课题，其中精确掌握不同层位、不同位置的顶煤运移和放出规律，以及回收情况是提高综放工作面采出率的基础，通过RFID技术发明的顶煤运移跟踪仪可以很好地解决上述难题[23-24]。其基本原理是将顶煤跟踪标签按照一定密度通过钻孔预先放置在顶煤中的不同位置[25]，随着顶煤放出，一些跟踪标签会随着顶煤一同放出，预先安放在运输巷道胶带运输机上的接收基站会检测到放出的顶煤跟踪标签及其安装在顶煤中的位置，从而精准反演出顶煤中各个位置的顶煤放出情况，以便采取针对性地放煤工艺提高顶煤采出率。该项技术已经在大同塔山、淮北芦岭、潞安王庄、汾西新阳矿等20余个综放工作面进行推广应用。2020年在该仪器基础上，发明了可以精准记录不同层位顶煤放出时间的系统，与智能放煤技术结合，可实现多轮放煤的精准控制，在淮北朱仙庄、袁店一矿、开滦唐山矿等进行应用，提高了顶煤采出率[26]。
(2)错层位巷道布置技术。
厚煤层综放开采错层位巷道布置是指将工作面上下两条巷道布置在厚煤层中的不同层位，典型的布置方式是将工作面上巷布置在沿煤层底板的煤层中，将工作面下巷布置在沿煤层顶板的煤层中，这样在下区段布置时，可以将下区段工作面的上巷在水平距离上尽可能靠近上区段工作面下巷，形成小煤柱，甚至布置在上区段下巷的内侧，进入到上区段的采空区，并形成“负煤柱”，从而减少甚至消除区段煤柱损失，达到提高采出率的目的。对于倾斜煤层或者倾角较大煤层，在工作面下部有一个水平段，有利于工作面支架和设备的防倒防滑，对于冲击地压矿井，避免由于区段煤柱应力集中而诱发冲击地压。该技术已在靖远王家山矿、开滦唐山矿、山西焦煤镇城底矿、山东新汶华丰矿等得到应用[19,27-29]。
(3)放顶煤工作面沿空留巷与端头放煤技术。
为了提高综放开采的煤炭采出率、减少巷道掘进费用，近年来开始研究和试验综放工作面沿空留巷技术，由于综放巷道上方是强度较低的顶煤，因此综放工作面的沿空留巷技术实施难度更大，为了解决这一问题，潞安常村煤矿将综放工作面运输巷沿煤层顶板掘进，通过柔膜混凝土技术进行沿空留巷，为了增加柔膜混凝土墙的整体支护能力，对墙下的底煤进行加固处理。山东新汶新巨龙矿，在采深810 m的近水平综放工作面，通过矸石胶结充填材料配合锚杆加固构筑沿底巷道的沿空留巷。山西斜钩煤矿通过切顶卸压构筑综放工作面沿底巷道的沿空留巷。目前综放工作面沿空留巷技术已经得到较广泛的认可和推广应用。
综放工作面端头顶煤损失是综放工作面顶煤损失的主要来源，约占顶煤损失的30%以上，潞安王庄煤矿综放工作面采空区残留顶煤巷道观测也证实了这一点[7]，因此提高综放工作面两端头顶煤采出率具有重要意义，最近有望取得突破性进展。
(4)放顶煤工作面初末采安全提产技术。
综放工作面回采初期顶煤破碎不充分无法放出或仅部分放出，形成初采损失，受采动应力分布特点和煤岩强度的影响初采期间顶煤损失宽度可达到10～20 m。当工作面推进至终采线时，为了保证回撤通道支护安全，通常在末采阶段采用留顶煤或提前爬坡方式保障围岩稳定，形成末采损失。初末采损失是顶煤损失的重要组成部分，损失率可达0.7%～10.0%，平均约2%[30]。为减小放顶煤工作面初末采损失，陕煤蒲白建庄矿403工作面走向长度设为3 580 m，超大工作面推进长度有效降低了初末采顶煤损失率。国家能源大柳塔矿、山东兖矿、义马千秋矿、潞安王庄矿和平朔二号井在工作面设计和现场管理方面做出了大量有益的贡献，针对初采期间的顶煤损失通常采用深孔爆破放顶、开掘辅助巷道改变顶煤边界条件等措施，特别是针对“两硬”条件综放开采，顶煤和顶板及时卸压对顶煤放出具有重要作用。末采期间一般采用爬坡找顶收尾、直接沿底收尾和预开顶巷收尾3种方法，对于“三软”煤层还需要辅助铺设人工假顶等措施加强支护。
2.2.4 综放工作面智能化
从2000年开始，我国综放开采逐步进入以液压支架电液控制系统为代表的自动化时代，并实现以时序记忆控制为主导的自动放煤。我国在前期引进、借鉴美国、德国、澳大利亚等先进的工作面自动化技术，以及大量自主研发后，将综采工作面的自动化开采技术与人工智能、大数据等相结合，逐步形成了我国综采工作面的智能开采技术，也制定了相应的技术标准，极大地推动了我国煤矿智能开采技术进步，目前已经处于国际先进水平，某些技术，如远程控制、数据自动处理、基于视觉的智能控制等处于国际领先水平。综放工作面智能化由2部分组成：一是采煤机割煤及配套工序的智能化，这可以直接借用综采工作面的智能化技术，而且相比综采，采煤机割煤可以采用固定高度割煤，不必进行割煤过程的煤岩识别；二是放煤工序智能化，这一部分进展缓慢，曾经开展过声音频谱、近红外光谱、自然射线、振动信号等进行放煤过程的煤矸识别，但是目前仍处于实验室阶段。2021年中国矿业大学(北京)开发了基于图像识别的智能控制放煤技术取得突破性进展，首次实现了真正意义上的智能控制放煤，已经在淮北、开滦等进行应用，最近在曹家滩矿进行工业试验[31-33]。
2.2.5 技术出口
2004年11月兖州矿业集团在澳大利亚注册了兖煤澳大利亚公司(Yan Coal Australia Limited)。兖煤澳大利亚公司2004-12-24收购了位于澳大利亚新南威尔士州南部煤田的澳斯达煤矿，2006年10月该公司提供的第1套综采放顶煤配套设备在澳斯达煤矿投入使用，建起了澳大利亚第1个综放工作面。2013年10月，该公司提供了一套两柱放顶煤支架及成套设备在昆士兰博地公司的北贡拉特矿开始使用。除澳大利亚以外，印度、土耳其、俄罗斯、越南等国也有个别煤矿在应用放顶煤开采技术，并进行了一些基础研究[34-37]。2022年我国郑煤机集团为土耳其博日大煤业提供了成套的综放开采装备，包括ZFY4600/18/30型液压支架、MG300/730-WD型采煤机、SGZ730/500型前部输送机、SGZ764/500型后部输送机以及转载机、破碎机、皮带机自移机尾、电气设备、泵站、集控设施等[2]。
3 我国综放开采的科技进展
40 a来我国综放开采技术、装备、理论均取得了重大创新，已经成为煤炭行业在世界的标志性技术和一张耀眼的名片，实现了从早期技术引进到后来技术出口的跨越式发展，也带动了一些有厚煤层的其他国家研究和应用综放开采技术。由于综放开采技术本身的特点，与其他厚煤层开采技术相比，具有投资少、低能耗、低成本、高效率的优点，其实质也是低碳开采，符合当前的“双碳”战略。
3.1 科技攻关
由于综放开采成本低、效益好的技术优势，煤矿企业具有很高推广应用积极性，但是当时缺少相关深入研究和有关规定，早期的实践经验也不充分。为了指导综放开采技术健康发展，原煤炭工业部于1994年成立了“煤炭工业部综采放顶煤专家组”，由当时应用综放开采比较好的省煤管局和矿务局总工程师、煤炭科学研究总院和中国矿业大学北京研究生部等有关专家，包括我国综放开采实践和理论研究的先行者樊运策研究员、吴健教授在内的18人组成。专家组于1995年制定了《煤炭工业部放顶煤开采暂行技术规定》，为后来《煤矿安全规程》放顶煤开采相关条款制定提供了基础和支撑。
1996年5月原煤炭工业部发布的《“九五”时期煤炭工业改革与发展纲要》中明确指出“在综采放顶煤技术上取得新突破，力求在所有适用放顶煤的厚煤层中都推广这一新工艺”。原煤炭部部长王森浩指出：“综采放顶煤技术是厚煤层开采方法的一次革命”。1996年原煤炭工业部布局了5个煤炭工业“九五”重点科技攻关方向，它们是综采放顶煤技术，锚杆支护技术，瓦斯、煤尘、水害事故防治，高产高效矿井综合配套，洁净煤技术。在综采放顶煤技术方向布局了综采放顶煤工作面安全保障技术研究、提高综采放顶煤回收率技术研究、综放工作面顶煤运移规律与矿压显现规律研究、综采放顶煤液压支架与配套设备研制及完善4个项目，实施地点分别为阳泉矿务局、大同矿务局、郑州矿务局和兖州矿务局等。原煤炭工业部大力推动综放开采技术的研发和应用，通过有组织的科研使综放开采技术在我国快速发展和重大创新。
2008年、2018年科技部将大采高综放开采技术分别列为国家“十一五”和“十三五”重点科技攻关项目，其中2008年科技部将“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”(2008BAB36B00)列为建国以来煤炭行业唯一的国家科技支撑计划重大项目，共投入研发经费4.45亿元。
为了更好地开展综放开采技术研究，1995年原煤炭工业部批准由中国矿业大学北京研究生部和潞安矿业集团共同组建成立了煤炭工业部放顶煤开采技术中心，时任国务院副总理邹家华为中心提名，王森浩部长为中心揭牌，吴健教授任中心主任。2015年，中国煤炭工业协会批准将该中心转为放顶煤开采煤炭行业工程研究中心。1998年中心主任吴健教授主持了国家自然科学基金矿业工程学科第2个重点基金项目厚煤层全高开采方法基础理论研究(批准号：59734090)，项目负责单位是中国矿业大学北京研究生部，参加单位有中国矿业大学、煤炭科学研究总院北京开采所、太原理工大学，实施地点为淮北矿务局、潞安矿务局。该项目首次系统研究了顶煤破坏机理、支架围岩关系、顶煤放出规律、矿山压力分布、综放支架设计、瓦斯解吸与突出危险性评价、注水防尘、覆岩及地表移动规律等，项目研究中提出了顶煤放出的散体介质流理论模型。
进入21世纪后，全国综放开采研究项目众多、成果倍出。理论研究主要是来自国家自然科学基金委支持的各种项目，如重点项目深埋弱胶结薄基岩开采岩层运动与控制研究(51934008)、浅埋厚煤层综放开采围岩控制与顶煤三维放出规律(U1361209)等。技术研究方面主要是由煤矿企业牵头，组合科研单位、高等院校、煤机制造公司等，进行联合攻关、研发新技术，以及开发不同条件下的综放开采技术。在中国煤炭工业科学技术奖，以及各采煤大省的科技奖励中，综放开采的科技成果占有较大比例。
3.2 技术进展
我国已经形成了多种符合我国厚煤层条件综放开采技术模式，如以潞安、兖州为代表的高产高效综放开采技术，煤层近水平，煤厚6～8 m，煤层中硬，瓦斯条件相对简单；以大同石炭系特厚煤层开采为代表的大采高综放开采技术，煤层近水平，煤厚15～20 m，煤层中硬以上，裂隙较发育；以淮北矿区为代表的“三软”煤层综放开采技术，缓倾斜煤层，煤厚10 m左右，煤层硬度小于0.5，高瓦斯矿井；以峰峰大远煤业为代表的大倾角煤层长壁综放开采技术，煤层倾角达60°，煤厚6～10 m；以新疆乌东矿为代表的急倾斜厚煤层水平分段综放开采技术，煤层急倾斜，煤厚30 m以上，煤层中硬；以山东能源集团新巨龙矿和河南赵固矿区为代表的深井综放开采技术，煤层缓倾斜至近水平，煤厚6～10 m，开采深度600～1 000 m。近年来综放开采技术在陕西、内蒙古等地也得到了创新发展和广泛应用。
综放支架研发取得了突破性进展。支架架型从早期的四柱式发展成目前的四柱、两柱并用，并且大有两柱式取代四柱式的趋势，尤其是在一些智能化工作面，两柱支架更受到青睐。四柱支架设计中根据综放开采顶板压力特点，开发了前后柱不等强支架。支架阻力也从5 000 kN水平发展到今天普遍采用10 000 kN水平的支架，对于大采高综放开采，支架最大阻力达到21 000 kN，创世界综采(放)支架阻力的记录。我国支架研发和制造已经达到了世界先进水平，先后出口到美国、印度、土耳其、俄罗斯等多个国家。
智能综放开采技术得到快速发展，从简单的借鉴智能综采技术发展到具有综放特色的智能开采技术，广泛关注和研发各种智能放煤技术，并努力进行工业化应用。
综放工作面煤壁及顶板控制，全煤巷道高预应力、700 MPa高强度锚杆支护技术，无煤柱护巷技术，坚硬顶板水压致裂技术，远近场协同控制顶板技术，冲击地压预报和防控技术，综放工作面的充填开采技术等取得重要进展。在综放开采的瓦斯、火、水和粉尘防治方面已经形成了规范性技术和措施。
3.3 理论进展
顶煤破碎机理和放煤规律是综放开采独有的研究内容，其中放煤规律是综放开采理论研究的核心。放煤规律是指顶煤在采动应力作用下破碎成散体顶煤后在支架掩护梁和尾梁上方流动和放出的规律。研究放煤规律的目的是指导采放工艺和参数确定，最大限度地提高顶煤采出率和降低含矸率，以提高开采效益，减少煤炭资源损失。由于综放开采技术早期在国外并未进行大规模长壁综放开采实践，因此国外也并未真正开展放煤规律以及综放开采相关理论问题的系统研究。国内最早开展放煤规律研究的是中国矿业大学(北京)吴健教授及其指导的研究生，自20世纪80年代初就开始借鉴金属矿放矿椭球体理论，提出了放煤椭球体理论[38]，认为：在放顶煤工作面，顶煤经常有一个小于90°的垮落角，形成未垮落的固定帮。放出椭球体中轴受固定帮影响会偏转(图4，H为最大放煤高度；h为放煤椭球体长轴；2b1为放煤椭球体短轴；2b2为松动椭球体短轴；a1为放煤椭球体半高；a2为松动椭球体半高)，放出体则为一偏转的旋转椭球体，椭球面上的颗粒仍将同时到达放煤口。于海勇教授在其著作《放顶煤开采基础理论》[39]中，对放煤椭球体进行了深入的阐述和分析，从理论上给出了放煤步距、最低放煤高度、最大放煤高度等参数的数学计算公式。上述研究成果对于促进放煤理论研究、指导放顶煤开采工程实践发挥了重要作用。
图4 放煤椭球体[38]
Fig.4 Ellipsoid of drawn top-coal[38]
随着研究深入和研究手段进步，以及总结了大量工程实践和观测资料，加之支架等设备快速发展，人们认识到顶煤破坏呈现渐进破坏特征[21]，且大部分情况下顶煤垮落角都会小于90°，而且随着工作面推进，支架步距式前移，煤岩分界面呈现动态变化，支架对放煤具有较大影响。在前人和已有成果研究基础上，作者的研究团队除像以往重视顶煤放出体研究以外，同时重视煤岩分界面变化、支架对放煤的影响、沿工作面方向的放煤规律，以及工作面倾角、顶煤块度分布的影响等。于2002年提出了顶煤放出的散体介质流理论[40]，于2015年建立了综合研究顶煤放出体、煤岩分界面、顶煤采出率与含矸率的BBR研究体系[21,41]，发现了大倾角工作面顶煤放出体的“异形等体”特征[33]，从而使放煤规律研究更趋于全面、系统。
图5 BBR研究体系
Fig.5 BBR research system
除了放煤理论以外，不再仅以顶煤硬度系数作为是否适用综放的指标，而是提出了综合考虑顶煤裂隙分布、硬度、采动应力、支架阻力，以顶煤破碎块度作为厚煤层选择综放技术的核心判别指标。建立了基于顶煤裂隙分布、采动应力场对顶煤加卸载复合作用的顶煤破碎块度预测模型。提出了支架阻力动载荷计算方法，建立了支架阻力确定既要考虑平衡顶板动载冲击，又要考虑缓解煤壁压力的二元准则[16]。建立了大采高综放开采覆岩“悬臂梁-铰接岩梁”结构模型。基于极限平衡理论[17]，建立了煤壁稳定性与顶板压力、煤壁强度、煤壁高度、支架阻力、支架水平支护力等参数之间的关系。
基于支架与围岩的动态失稳规律，分析了支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合关系，建立了以支架与围岩适应性综合指数为核心的评价模型，通过分析支架对围岩适应性评价结果，有助于进行支架改进优化设计[42]。
3.4 科技成果
2000年以来，全国共获得与综放开采相关的国家科技奖励7项，其中一等奖1项、二等奖6项[33]，它们是特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备(2014，一等奖)、坚硬厚煤层综放开采关键技术研究(2000)、自动化放顶煤关键技术与装备研发及其在国内外的应用(2009)、特厚煤层安全开采关键装备及自动化技术(2010)、综放开采顶煤放出理论与厚煤层开采围岩控制技术及应用(2011)、大倾角煤层综采综放工作面成套装备关键技术(2012)、急倾斜厚煤层走向长壁综放开采关键理论与技术(2016)。这些国家科技奖励反映了我国在不同时期综放开采技术取得的一些重要科技进展，包括开采理论、技术与装备。
据不完全统计，我国已经出版放顶煤方面的学术图书40余部，这些图书中，有一些是偏于基础理论的，如《放煤规律与智能放煤》[33]《放顶煤开采基础理论与应用》[21]《综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应用》[43]《放顶煤开采基础理论》[44]；有一些是偏于工程实践的，如《大采高自动化综放开采技术》[45]《厚煤层全高开采新论》[46]《综合机械化放顶煤开采技术》[47]；也有一些是具体矿区综放开采技术的总结，如《大同矿区特厚煤层综放开采理论与技术》[48]《兖州矿区综合机械化放顶煤开采的实践与认识》[49]。
通过中国知网检索分析，1982—2022年，主题包含“综放”或“放顶煤”的发表在北大核心及以上期刊论文5 316篇。统计SCI数据库1982—2022年主题为“top coal caving(放顶煤)”的学术论文共475篇，统计Ei数据库1982—2022年主题为“top coal caving”的期刊及会议论文共946篇。
上述的国家奖励、出版的图书和发表的学术论文，反映了我国以及世界范围内近40 a来在综放开采领域所做的工作和取得的学术成果，当然这些统计不一定全面，但是可以看出综放开采的学术研究、科技进展与创新的概貌。发表SCI、Ei论文数量最多的前10位作者均为国内作者。在SCI前20位作者中，只有2位国外作者，这也说明了我国在综放开采领域的学术研究处于国际领先和主导地位。近年来澳大利亚、俄罗斯、土耳其、越南等国学者也发表了一些综放开采方面的学术文章。
3.5 学术交流
广泛深入的学术交流是推动科技进步的重要手段之一。1990年12月中国矿业大学北京研究生部组织在北京召开了全国首届放顶煤开采理论与实践研讨会，当时能源部、中国统配煤矿总公司的领导、工程技术人员及专家200余人参加会议，后来1995年7月、1998年9月、2000年8月、2005年10月分别在河北燕郊、四川都江堰、江西井冈山和浙江杭州召开了第二届～第五届放顶煤开采理论与实践研讨会。2022年7月，中国矿业大学(北京)组织召开了2022年厚煤层绿色智能开采国际会议暨纪念中国综放开采40 a。来自国内外的院士、专家和在校研究生50余人做了大会报告，其中来自境外的报告有6个国家17人，广泛深入地交流了厚煤层开采技术成果，积极宣传了我国综放开采技术成果。
中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司为了纪念我国综放开采30年，于2012年10月编辑出版了《综采放顶煤技术理论与实践的创新发展》一书，书中共编辑了101篇论文，汇集了30 a来综放开采理论，采煤工艺、矿压显现及顶煤运移规律，巷道布置与支护，液压支架设计制造及综放工作面配套设备，综放顶煤冒放性，综放开采采出率，覆岩破坏与地面保护，综放开采安全仪器的研发与应用，综放工作面“一通三防”技术，高瓦斯煤层综放开采相关技术，综放开采防治水技术等各领域的研究成果与实践经验。
Syd S.Peng撰写的《长壁开采》第三版(Longwall Mining,3rd Edition)中，增加了第十五章长壁放顶煤开采(Longwall top coal caving ming)，详细介绍了我国综放开采技术、装备和BBR放煤理论。
4 结语及展望
40 a来，综放开采技术对于提升我国厚煤层开采效率、降低开采成本、保障国家对煤炭能源的强劲需求做出了巨大贡献。20世纪50年代以前，巷采、炮采以及简易放顶煤技术在我国及某些欧洲国家就有所应用，而一次采全高的长壁综放开采技术于1964年源于法国，如同长壁综采于1954年源于英国一样，这与国家当时的采煤技术以及煤机装备制造水平密切相关。我国煤矿企业、科研单位、高等院校积极探索和推广综放开采技术，在初期引进综放开采技术原理的基础上，结合我国煤层条件，在开采技术与装备研发方面勇于探索、持续创新，形成了我国综放开采的技术模式，如高产高效综放开采技术、特厚煤层大采高综放开采技术、急倾斜厚煤层综放开采技术、高瓦斯厚煤层综放开采技术等，并完成了从技术引进到技术出口的重大转变，使我国厚煤层开采技术、主要装备研发和理论研究处于国际领先水平。
文中主要是以开采技术为主线阐述了我国综放开采40 a的发展历程和取得的主要成绩，在装备研发与制造方面的发展历程和贡献介绍的较少，在技术实践中，融入了一些设备，尤其是支架的发展，实际上煤炭开采技术的每一次进步都离不开装备研发能力的提升和煤机制造业的发展，没有装备的强力支撑再好的开采技术也很难实施。
今后综放开采技术的进一步发展需要集中到如下3个方面:
(1)推动综放工作面的全面智能化开采。
智能开采是我国煤炭开采业近年来主推的技术方向，有了快速发展，制定了相应的技术标准，但是总体上看，目前还是处于智能化开采的初级阶段。这种初级阶段的主要表现在：① 某些开采的工艺环节还没有完全的智能化，甚至仅仅处于自动化的初级阶段，如工作面端部进刀工艺、放煤工艺、煤岩精准识别、设备防碰撞与人员接近预警技术等还有很大提升空间；② 智能开采系统的可靠性需要大幅度提高，适用条件需要尽可能扩展，尤其是遇到复杂地质条件时人工干预过多；③ 各子系统的兼容性不强，数据孤岛多，适用煤矿开采的大数据模型和处理技术还不成熟；④ 目前过多依赖基于视觉的控制技术，在多信息高精度传感系统研发和制造方面能力不足；⑤ 引入相关行业技术还存在一定的盲目性，对煤矿的复杂性、特殊性分析不全面，行业自身研发能力有待提升；⑥ 综放工作面的智能放煤技术研发相对落后，目前的智能放煤应用还不够多。实现综放工作面的全面智能化需要全行业共同努力，借鉴国内外相关先进理念和技术，持之以恒，强化研发能力，解决上述难题，实现综放开采的全面智能化、井下生产无人化。
(2)建立基于采动岩层运动的科学开采体系。
综放开采一次采出高度大，导致覆岩运动相比分层开采更加剧烈，采动应力分布范围大，对覆岩及煤层底板的影响范围广。尽管40 a来，对综放开采的覆岩运动有很多研究，但是至今尚未归纳、总结和建立相应的规律性成果。特厚煤层综放开采的采场围岩控制研究与覆岩运动研究的结合不够紧密，研究方法还缺少一致性，比如采场顶板控制主要基于力学分析，地表沉降主要基于统计方法。巷道围岩控制与采场覆岩运动的结合有待加强。从本质上看，无论是采场围岩运动、巷道围岩运动还是直至地表的覆岩运动都属于采矿开挖过程中的围岩运动问题，属于采动覆岩统一场中的不同研究尺度和对象问题，是相互联系和互相影响的，应该建立统一场的研究模型。采动应力和覆岩运动的统一场研究是开发基于采动岩层运动的高效开采、保水开采、绿色开采和减灾开采等技术的基础，也是采矿与掘进装备开发、采掘工程布置、智能化开采系统建设的基础。
(3)加快综放开采低碳路径研究。
综放开采的突出优势就是成本低、能耗低、效率高、投资少，这也是对“双碳”战略和能源保供的强力支持。但是在综放开采技术发展过程中，要通过无煤柱开采、开发工作面端头放煤技术等提高工作面采出率。为了提高综放工作面的煤炭采出率，往往要放出一定数量的矸石，这就导致综放工作面原煤的含矸率较高，因此研发综放开采矿井的井下高效分选技术，矸石井下高效处理技术，实现节能减排。由于综放开采的工艺特点，综放工作面充填开采的难度大、技术进展缓慢，但是从长远来看，研发综放充填开采技术，尤其是结合井下分选进行充填开采意义重大。通过科学的开采布局、工作面设计、设备配套、智能化路径选择、新型设备研发等进一步降低开采能耗和成本。
综放开采取得的成绩既有煤炭行业技术水平进步，科技人员、工程技术人员的艰苦努力，也有对国内外相关行业技术的借鉴和引进，未来煤炭行业技术发展，更需要系统思维、相关技术支持，以期达到持续推进煤炭科学开采、绿色低碳发展。
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