1. 引言
众所周知，对于任何系统，子系统越多、构成越复杂，则制造、运输、安装、使用、维护等环节的工作量越大、周期越长、成本越高，不损失系统功能及性能前提下，精简子系统非常重要。煤矿综采系统正是一个众多子系统设备协调配合的典型 [1] 。
本文通过系统优化思想简化综采系统，不仅降低制造、运输、安装、使用、维护等环节成本，还提高各环节效率、减轻工人工作量，于实际工程中极具经济效益和人性化 [2] 。
2. 综采系统简介
煤矿综采系统包括采煤机、刮板输送机、液压支架，三种装备构成综合机械化采煤系统(以下简称综采系统)，配套使用 [3] 。采煤机负责采煤、装煤；刮板输送机负责运煤；液压支架负责支护工作面保护人员及设备安全，并与刮板输送机配合，互为支点向前移动，实现工作面回退开采，如图1。
3. 综采系统中心距决定系统繁简程度
综采系统中，几十甚至几百节刮板输送机连续铺设、几十甚至几百台液压支架连续铺设，就形成了中心距的概念(即刮板输送机每节中部槽的长度、或两个相邻液压支架的中心之间的距离)，如图2。对于一个工作面，因其长度是固定的，采用不同的中心距，会直接决定综采系统内，输送机中部槽数量、液压支架数量，即中心距直接决定综采系统的繁简程度。目前，综采系统中心距有以下四种：1.25 m，1.5 m，1.75 m，2.05 m；最常用的为1.5 m和1.75 m。
实际工程中，综采系统采用哪种数值的中心距，一般由液压支架结构形式和立柱直径共同决定，如图3。以结构形式为掩护式的液压支架为例，立柱直径 ≥ 360 mm时，必须采用1.75 m中心距(1.5 m中心距无法容纳立柱)；立柱直径 ≤ 360 mm时，可以采用1.5 m中心距，也可采用1.5 m中心距，行业习惯做法是采用1.5 m中心距(即通常情况下不人为的增大中心距；若遇到三软采煤工作面、板底工作面、大倾角工作面特殊工况时，会考虑人为增大中心距)。
4. 系统繁简与“制–运–装–用–修”关系
实际工程设计中，任何实体产品或系统至少要评估“制造–运输–安装–使用–维修”五大环节。对于综采系统，系统繁简与五大环节关系如下：综采系统越复杂，系统内设备数量越多，则五大环节工作量同比例上升。五大环节简要说明如下：
制造方面，一套综采系统，在设备制造商的生产车间，数百节刮板机中部槽要制造并联接在一起，数百台液压支架要焊接、加工、组装及调试。
运输方面，一套综采系统要历经五次“千吨级”重物搬运。每套综采系统，设备制造商平均要从钢厂采购2000~3000吨钢材，这是第一次物料大搬运(按吨运输)；制成商品再发运到煤矿(一般采用货车运
Figure 1. Comprehensive mechanized system section
图1. 综采系统剖面图
Figure 2. Comprehensive mechanized system layout
图2. 综采系统布局图
Figure 3. Hydraulic support center distance illustration
图3. 液压支架中心距说明图
输)这是第二次大搬运(按台运输)；设备到矿后从地面运到井下这是第三次大搬运(按台运输)；从井下设备存放地到综采工作面这是第四次大搬运(按台运输)；一个工作面采完后搬移到另外一个工作面(业内称搬家倒面)，这是第五次大搬运(按台运输)。
安装方面，一套综采系统安装在井下工作面，要将数百节刮板机中部槽联接在一起，数百台液压支架整齐排列在一起。
使用方面，一套综采系统采每一刀煤(平均一个工作面要采1000余刀)，支架操作工人要逐台操作支架，完成“降架–移架–升架–推溜”等一系列动作。
维修方面，一套综采系统，一般分为日常检修和大修。日常检修在检修班时间段完成，逐台查看检修；大修则需要逐台拆除、从工作面运到地面。
综上，“逐台”这个模式，贯穿于综采系统的“制造–运输–安装–使用–维修”全部环节。
5. 综采系统优化的方向
经过前文分析，综采系统中心距直接决定系统的繁简(系统内设备数量多少)，“逐台”模式贯穿于综采系统“制造–运输–安装–使用–维修”全部环节，那么，我们就必须重视一套综采系统包含多少台设备，即论证合理的综采系统中心距数值，因为他代表经济效益、代表工作量、代表效率、代表工人劳动强度。
对于任何一个煤矿井下综采工作面，要铺设的综采系统长度是个定值(如300 m)，那么这套综采系统含有多少台设备完全取决于中心距。若用1.5 m中心距则200台支架和200节刮板输送机中部槽，机头机尾和过渡槽都忽略；若用1.75 m中心距则172台支架和172节刮板输送机中部槽，中心距由1.5 m增大到1.75 m后，综采系统设备数量减少14.3%，可视为系统简化14.3%，所以，“中心距”决定综采系统的“繁简”，中心距大，则系统简单，反之系统复杂。
6. 综采系统优化的限制条件
按照前文的分析，最理想的综采系统应该是一台采煤机、一节输送机、一台液压支架，但就目前科技水平而言，这只能是理想，无法变为现实，会存在运输能力、设备性能、经济性、行业历史等限制条件。
6.1. 运输能力限制
对于综采系统，增大中心距，意味着设备数量减少，单台设备体积和重量增大。就只有一台液压支架的最理想的综采系统而言，即使不考虑采煤工艺的可行性，我们也将面对2000~3000吨级的巨无霸设备，无论地面运输还是井下运输、安装都没有可行性。所以，运输(地面运输、设备下井、井下运输)制约综采系统中心距增大。目前常用的1.5 m中心距人为增大到1.75 m，大多数现代化矿井运输能力(巷道尺寸和提升重量等)都可满足。
6.2. 设备性能不降低
对于综采系统，适当增大中心距，对采煤机没有影响；对刮板输送机弯曲性能没有影响；对液压支架有支护强度的影响，具体为：单台支架宽度增大，阻力不变，支护强度下降(涉及到立柱、平衡千斤顶、护帮千斤顶、前梁千斤顶、尾梁千斤顶等，用于支护工作面顶板、顶煤、煤壁，具有支护功能的液压千斤顶，如图4)。
这个影响，通过设计即可解决，具体方法是：设计上增大中心距的同时，要增大此类油缸直径以保证液压支架支护强度不下降 [4] 。
6.3. 综合成本的经济性
通过实际工程验证，人为适当增大综采系统中心距，具有设备供应商和用户双赢的经济收益。
以1.5 m增大到1.75 m为例，综采系统总吨位不增加，反而会略有降低，且刮板输送机中部槽数量和液压支架总台数同时减少14.3%，综采系统得到较大幅度的简化，设备供应商的生产和运输成本会下降(尤其液压支架的成本会有可观的下降，原因是综采系统内，因成本高昂的液压系统、立柱千斤顶、电液控制系统减少而产生的收益，远大于单台支架立柱千斤顶重量增加而产生的损失)，效率会提升、并且，设备故障率会相应减少(连接点少则故障点少)。.
综采系统内的设备数量减少，用户(煤矿)的运输、安装、日常使用、维护、搬家倒面等工作都得以同等比例的简化，成本大幅降低、效率大幅提高。
Figure 4. Hydraulic support center distance illustration
图4. 液压支架中心距说明图
经笔者实际工程测算，若1.5 m增大到2.05 m (及1.75 m增大到2.05 m)，则因系统中支架产品的立柱千斤顶增重明显(2.05 m中心距时，立柱重量大幅增加)，综采系统内支架综合生产成本不降反升，这是设备供应商无法接受的(原因是，支架产品是低毛利商品，按吨售卖，而立柱千斤顶吨成本约是支架市价的2倍，所以，单台支架中，立柱千斤顶重量比例过大，支架成本越高)。
6.4. 行业历史
用于煤矿井工开采的综采系统，其中心距数值在国内乃至全球是统一的(起源于西方发达国家)，前文已经提到过，综采系统中心距有以下四种：1.25 m，1.5 m，1.75 m，2.05 m；最常用的为1.5 m和1.75 m。优化综采系统中心距不能超出这个范围(不可以是1.6 m、1.9 m或其他数值)，否则会存在支架与刮板输送机不配套，不同厂家之间无法配套、国内与国外不配套、新购设备与原有设备不配套，乱成一片，这是设备供应商和煤矿用户都无法接受的。
6.5. 小结
综上，综采系统优化，必须结合运输能力、设备性能、综合成本、行业历史，以不扰乱行业、不增加设备供应商和煤矿用户负担为前提，实现降本增效 [5] 。就目前4种中心距数值而言，1.25 m的综采系统已基本淡出市场，2.05 m是最大值没有人为增大的优化空间，1.5 m (1.75 m)向2.05 m优化又会造成设备供应商制造成本增加，唯一符合条件的就是1.5 m向1.75 m优化，最重要的是，1.5 m中心距是国内最主流数值，实际工程效益巨大。
7. 综采系统优化的意义
以综采工作面长180 m为例，需要1.5 m中心距液压支架120架，若优化为1.75 m中心距，则减少17个支架，系统得到简化。
一套支架一般要用8年左右，即使1年采1个工作面，那么这套支架要经历8次安装、搬家倒面。若优化为1.75 m中心距，可减少累计136架次的安装、回撤、搬家工作。支架大修1次就要经历升井–拆解–清理维修–组装–再下井，优化后大修工作量减少14%。对于支架日常操作，采每一刀煤，支架工可少操作支架17架次。每刀煤，支架都要经历“降架–移架–升架–推溜”，若一架支架有7种油缸(带伸缩梁和护帮)，支架工少操作手柄204次。对于日常检修，主要是液压支架的液压系统和油缸、输送机中部槽互相连接及输送机与液压支架连接，工作量减少14%。
综上，综采系统优化对用户(煤矿)的影响是持续的，我国又是产煤大国(资源结构也是富煤贫油少气)，优化意义尤为重大。
8. 结论
设计上，将综采系统中心距从1.5 m人为增大到1.75 m，同时增大工作阻力确保支护强度不降低，
表1. 优化收益
使综采系统化繁为简，技术可行、经济双赢(设备供应商和煤矿用户)、效率提升、井下工人劳动强度降低，收益如表1。
以“设计上人为增大中心距”的方法简化综采系统“一举多得”，是行业趋势，应被考虑纳入行业标准，惠及全行业。
通过设计手段优化(简化)工业系统的思想，应深置于广大技术人员思维中，共同推动我国工业系统科学持续发展，实现高效、低耗运转。