1、1国内外倾斜薄煤层机械化开采的现状1.1我国薄煤层机械化开采的现状 1.1.1薄煤层开采面临困境的原因我国薄煤层机械化开采的程度底，普遍使用的是炮采，而炮采在单产、效率和效益等方面和中厚煤层工作面的差距很大，煤炭主管部门没有制定开采薄煤层的优惠政策，因此，煤矿对开采薄煤层失去积极性。薄煤层机械化开采的技术难度远大于中厚煤层，从技术储备来说，发展机械化开采薄煤层需要一个过程。在上世纪80年代之前，国产薄煤层采煤机械生产能力低、可靠性差、技术性能落后。已实现机采的薄煤层工作面单产效率提高不大，两且生产中事故多。由于工作面空间狭小，设备出现故障后维修困难，生产技术管理麻烦。因此这种低术平的机械化不能
2、调动人们实现薄煤层机采的积极性。到了90年代，多电机、交流变频调速、无链牵引技术的使用以及装机功率的增大，薄煤层机械化开采进入高速发展时期。 1.1.2开采薄煤层的必要性我国的薄煤层可采储量约占全部可采储量的18%-21%，开采薄煤层对于合理利用资源具有重要意义。四川的薄煤层占整个储量的60%，我公司薄煤层占储量的97%。开采薄煤层，对于一些只开采中厚煤层的矿井，可以避免过早进入深部开采，延长矿井和水平的生产年限，有利于新老矿井和生产水平的延续，充分发挥基建效益。1.2国外薄煤层机械化开采的发展 1.2.1前苏联 前苏联的薄煤层储量比重为43%，到上世纪80年代初，薄煤层综采面已达1000个，
3、其中1/4为综采，其余为单体液压支柱普采。综采面月产23万t，工效1020t工；普采面月产11.5万t，工效715t工。由于煤层地质条件多变，他的薄煤层机械化开采具有以下特点：机型多、不追求单产，注重工效、绝大部分使用自移式支架、重视掘进机的研制，保证工作面的正常接续。 1.2.2英国 全国煤层的平均开采厚度为1.4米，1.2米以下薄煤层储量占总储量的30%左右。早期的主要机型有AM-16、BJD-57等爬底型采煤机。主要特点是：适当切割围岩增大采高，使用中厚煤层采煤机和自移是支架、采用多机回采增大工作面的装机功率，提高产量、以采煤机为主，约占75%左右。 1.2.3德国 厚度为08一12m的
4、薄煤层可采储量约占总储量的20%。煤层赋存稳定，煤质松软，不粘顶，很适合刨煤机开采，而刨煤机的动力及其传动机构可不进入工作面而布置在顺槽中，很适用于开采薄煤层因此历来很重视刨煤机的研制，型号不断改进，在原有拖钩刨、滑行刨的基础上，近年来又研制了拖钩一滑行刨、具有机械冲击能力或高压细射流的动力刨等。他们的特点是：以刨煤机为主，条件差时用滚筒采煤机、全部综采化、顺槽断面大、几乎全部采用沿空留巷以降低掘进率，工作面长一般为250300米。1.3我国薄煤层机械化开采的研究和发展方向 我国综采和高档面起步较晚，分别始于70年代初和末，待有了一定技术储备后，于80年代初，原煤炭工业部将薄煤层机械化开采列为
5、科技主攻方向之一。近10年来薄煤层机械化开采技术有了明显提高，主要表现在以下几个方面： 1.3.1我国以能制造成套薄煤层机械化采煤设备 自70年代以来，先后自行研制、仿制改造各种型号薄煤层采煤机、刨煤机共20余种机型。使用效果较好的有BM系列滚筒采煤机，包括BMD一100型单滚筒采煤机，BM一100型双滚筒采煤机，ZB一100型单滚筒骑输送机采煤机。 1.3.2支护设备更新换代快 大多数薄煤层工作面采用了单体液压支柱，大大减少了顶板事故，使工作面的单产和效率成倍增长。部分煤矿采用了自移式支架，实现了薄煤层综合机械化开采。 1.3.3遇到的突出问题 采煤机械生产能力低、适应性差、技术参数落后，不
6、能满足薄煤层开采的要求。 1.3.4我国薄煤层机械化开采的发展方向 总装机功率得到进一步提高，更有利于提高采煤机的可靠性，从而提高开机率；以发展交流变频调速电牵引为主；简化采煤机结构，采用先进工艺与技术，提高采煤机的工作可靠性。完善采煤机自动控制系统与故障诊断系统，利用煤岩识别技术，自动调整截割高度；利用交流变频电牵引技术，自动调整牵引速度；利用红外技术和电液阀技术，引导液压支架和工作面输送机自动推移；工作面巷道集中控制站与采煤机、液压支架、输送机、工作面巷道设备以及地面调度室的双向远程通讯；工作面巷道集中控制站、地面调度室对采煤机等工作面设备的远程集中控制，实现薄煤层工作面自动化开采。2我矿
7、井田概况和地质特征2.1井田概况 2.1.1位置广旺集团公司代池坝煤矿位于四川省广元市旺苍县普济镇北4.3 公里处，地理座标为东经：106.240-106.300 北纬：32.150-32.170矿区南部有宝成铁路广（元）乐（坝）支线及广（元）巴（中）公路通过矿区南侧，并有公里轻便机车道及铁路换装系统，与广乐线普济站相连，有矿区公路2.6公里与广巴公路衔接。区内交通方便。代池坝煤矿矿区地貌单元上属中山区，位于大巴山系之米仓山南麓，矿区群山环抱，沟谷纵横。区内地形北高南低，在地貌单元上属中山，区内最高为松光顶，海拔1243.5米，最低为矿区清江河出口处，海拔510.0米，相对高差733.5米。
8、代池坝井田面积4.49平方公里，范围全部由26个拐点控制。西以磨岩沟16号勘探线与赵家坝井田为界，东至郑家湾25号勘探线与小溪沟井田为界，上至+820m，下至煤层+235m标高底板等高线为界。2.1.2地质特征广旺煤田位于龙门山北东向（华夏系）构造带，和米仓山东西向构造带的交汇部位，位于大两会背斜南冀，地层呈单斜层状构造，褶皱轻微，断层稀少。地层走向近于东西，倾向南，倾角上部62度43度，下部53度32度，向深部倾角逐渐变缓。 含煤为地层为上三迭统须家河组第五段（3xj5）（1）、地层 代池坝井田出露地层为上三迭统须家河组（3xj）、下侏罗统的白田坝组（1-2b）、中侏罗统千佛岩组（2q）。井
9、田内共有局部可采煤层十层，均位于上三迭统须家河组第五段（3xj5）（参见代池坝井田地层综合柱状图）。a、须家河组（3xj）：位于井田北部中山区，岩性以浅灰色巨厚层状细-粗粒砂岩为主，其次为粉砂岩、泥岩，平均厚度400-500米。该组分为五段，代池坝井田煤组地层即位于第五段中。 b、白田坝组（1-2b）：位于井田中北部山区，平均层厚260-300米， 岩性以灰色、灰绿色中厚层状-厚层状粉砂岩为主，夹有泥岩或粉砂质泥岩，局部夹钙质砂岩。该层底部为灰白色巨厚状石英砾岩，砾石成分以石英为主，燧石次之，砂质充填，砾岩厚40米左右，砾岩与底部须家河组呈假整合接触。 c、千佛岩组（2q）：位于井田中部，平均
10、层厚295米，岩性以浅灰色、浅黄色中厚层状至厚层状粉砂岩为主，、泥岩次之，顶部含少量紫红色泥岩，底部含一层27米厚浅灰色中厚层状石英砂岩，该组与底部白田坝组呈整合接触。（2）、构造特征 地层走向近于东西，倾向南，倾角上部62度-43度，下部53度-32度，向深部倾角逐渐变缓。a、褶皱代池坝井田内无较紧密褶皱，仅核桃树东半坡、张家湾地表地层局部倒转；+535水平东翼502采区750平硐以西工作面发现有一近东西的波状平缓褶曲，致使煤层倾角变缓，影响范围不大，320水平302采区揭露一条近东西的波状宽缓褶曲，主要影响302采区的525-458阶段。b、断层 ：在井田勘探和生产中均未发现对煤层开采有较
11、大影响的中型以上断层。小竹园西坡地表虽有一逆断层，断层面倾角51度，延伸长170米，使千佛岩底砾岩重复31米，但深部对煤层没有切割破坏。另外井田535水平、320水平各煤层中均发现一些小型逆断层，但落差一般水于1.5米，这些小型断层造成夹矸和煤层重复，延伸长度、范围较小，故对生产安全影响较小。（3）、水文地质 代池坝煤矿开采位于须家河组第五段（3xj5）的煤层。井田内主要有须家河组第四段、须家河组第五段二亚段、白田坝组底砾岩层等三层含水层，它们是矿井涌水的主要水源。据观测，代池坝井田的矿井涌水动态与大气降水关系密切，具有明显的季节性和多年周期性的变化规律，涌水量最大值出现在丰水年的雨季。从生产
12、揭露资料看到，主要巷道开拓在须家河组第四段砂岩中，该层含水性中等，水压较大，静储量较丰富的承压裂隙水。号煤层底板与号煤层顶板间的须家河组第五段二亚段的砂岩、粉砂岩层由于富水性较强，水压较高，对开采、号煤层有较大影响。虽号煤层顶板有0.30-3.78米的泥岩层，但起不到隔水作用，它将随采随落。由于其厚度不大，与其它含水层无水力联系，所以对开采影响就相对减弱。须家河组第五段一亚段底部有1.0-7.1米的粉砂岩层, 对号煤层底板隔水起一定作用。须家河组第五段三亚段的钙质粉砂岩，含水性弱，可视为相对隔水层。白田坝组底砾岩为主的承压裂隙水不影响回采。总之，从实际资料与勘探资料分析得出：地下水动态变化与大
13、气降水补给含水层、开采疏干有密切关系。随采深增加，大气降水影响矿井涌水程度也将减弱。2.1.3、煤层赋存条件及顶底板特征（1）、煤层赋存条件 代池坝井田含煤地层为须家河组第五段（3xj5），该煤组全井田分布，岩性主要由钙质细砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。以代池坝主平硐为中心，煤组地层西厚东薄。西部厚-米，东部厚-米，沿倾斜向变化不大。该煤组与上覆下侏罗统白田坝组（1-2b）呈假整合接触；与下伏须家河组第四段（3XJ4）呈整合接触。现就该煤组各分层的特征由新到老分别叙述如下：第一分层：白田坝组底砾岩底界至号煤层底板，分布于全井田，岩性主要为灰色薄层状至厚层状钙质砂岩、泥岩。泥岩中含煤透镜体、煤线
14、，号煤层位于本层底部。全层由西向东逐渐变薄，厚度在58.3米至92.7米之间，一般72米。第二分层：号煤层底板至号煤层顶板，全井田分布。全层厚9.0至26. 4米之间。岩性主要为灰色厚至中厚层状钙质粉砂岩，夹厚层状钙质细粒砂岩、泥岩及煤线。第三分层：号煤层顶板至须家河组第四段顶界，厚41.5米至124.8米，一般为71米，岩性主要为钙质粉砂岩、厚层状粉砂岩和细砂岩夹黑色泥岩、煤线、煤 层 （包括号煤、号煤、号煤、号煤、号、号煤、号煤、号煤、号煤）。代池坝井田内岩层为河床沼泽相沉积，沉积时地壳振荡运动频繁，河流迁移性大，煤组地层中透镜状厚层中至粗粒砂岩多次出现，至使部分煤层间距时大时小，煤层结构
15、复杂，分叉减薄现象常见。这是本区煤层变化及分布的主要特点。现将各煤层由新到老分述如下：号煤层（三连子）：位于白田坝组（1-2b）底砾岩之下58.2591.67米，一般72米左右，是本井田煤组地层上部第一层可采煤层。该煤层从号勘探线以东370米至号勘探线之间，走向长约4000米。煤层厚度沿走向西薄东厚，沿倾向变化不大。可采段内厚度在0.4-1.04米，一般0.4-0.6米，煤层结构西部较简单（一般夹矸1-2层），东部较复杂（含夹矸3-5）。上部煤分层性软，含炭质泥岩及高炭质泥岩透镜体，灰分高达33.35%，下部煤分层性较硬，块状，灰分低。 7号煤层（广炭）：上距号煤层9.0-26.4米，一般13
16、.8米。根据煤层结构及分叉情况，在本井田可采段主要为-号勘探线，长4850米，在号勘探线以东变薄为不可采，至号勘探线附近被侵蚀掉。可采段内纯煤厚0.4-1.29米，一般0.6-0.9米，个别点不可采，煤层西薄东厚，夹矸一般2-6层，结构复杂且变化较大。号煤层（独连）：上距号煤层1.6-5.4米，一般3.0米。分布于全井田，全长6400米。结构简单，一般无夹矸或有一层夹矸。性较硬，块状构造。煤厚沿走向由西向东变厚，沿倾向深部变薄。在核桃树、麻石垭、郑家湾向深部变薄至不可采。可采段内纯煤厚0.32-0.76米，一般为0.4-0.6米。-号煤层（正连之一）：上距号煤7.1-29.0米，一般19.0米
17、。分布于小寨湾后坝河，全长12515米。煤层厚度稳定而结构较简单，是本区主要可采煤层。可采段从号勘探线-号勘探线，沿走向长4100米。煤层厚度具有沿走向由西向东逐渐变厚，从地表向深部厚度稳定的特点，煤厚0。4-1.01米，一般0.75米，煤层结构较简单，夹矸0-4层，一般一层。-号煤层（正连之二）：上距煤层0.05-7.8米，一般0.7-3.0 米。煤层分布于小寨湾后坝河，全长12515米，可采段16-17号勘探线间1700米。可采煤厚变化较大，结构较复杂，一般含3-5层。 10号煤层（大夹炭）：上距号煤层4.2-14.0米，一般11.2米。分布于大寨湾-后坝河，全长8550米，可采段由16-
18、20号勘探线以西，走向长约3150米。可采煤厚0.4-0.74米，一般为0.4-0.65米，煤层结构简单，一般无夹矸或有一层夹矸。 11号煤层（小夹炭）：上距10号煤层1.8-13.4米，一般4.0米。分布于小寨湾厂湾里，全长12265米，可采段从16-23号勘探线间4350米。可采煤厚0.40-1.01米，一般为0.5-0.8米。煤层结构在17-20号勘探线之间较简单（夹矸一般2层），向东西两翼帚状分叉变为复杂。夹石多达4-6层。煤层上部为块状构造，下部多为片状及粉状（俗称滑子炭），灰分一般较高。2号煤层（夹炭）：上距号煤层6.2-10.4米，一般8.4米。 根据煤层结构及分叉特征，分为上、
19、下两分层，层间距0.45-6.6米，一般1.8米。上层:12号煤层之一：煤层分布于磨岩西后坝河间10232米。可采段由16- -22号勘探线以西，走向长3370米。可采煤厚0.4-0.69米，一般0.51米，纯煤厚度0.45米左右，煤层结构较简单（夹矸0-4层，一般2层），煤层上部较松软，灰分高，下部灰分较低。下层：号煤之二：分布于小寨湾后坝河间12515米，可采段分布于16- -20号勘探线之间约3000米，可采煤厚0.40-1.05米，一般为0.62米，纯煤厚0.48米，煤层结构较简单，一般含夹矸2层，号勘探线以西煤层较厚，以东则急剧变薄。3号煤层（七连子）：上距号煤层8.25-20.50
20、米，一般为11.20米，煤层分布于湘板河-麻石寨东，全长9215米，厚度变化很大，结构极为复杂，灰分较高是其主要特征，可采段19-24号勘探线间3880米，从号勘探线至小竹园号勘探线间钻孔和生产巷道揭露资料，煤层总厚0.16-2.10米，一般1.6米，纯煤厚度0.16-1.55米，一般0.85米，小竹园向东分叉变薄直至尖灭，该煤层含矸多达8-10层，夹石总厚往往大于二分之一煤分层总厚，煤层性硬，多为块状，灰分高。（2）、顶底板特征 井田煤层顶底板主要由泥岩、炭质泥岩、泥质粉砂岩等组成。现分述如下：号煤层：底板为灰色粉砂岩，伪顶为炭质泥岩，岩性松软，易碎，顶板难管理。号煤层：顶板为一层黑炭质泥岩
21、，其厚度变化不大，底板为灰黑色泥岩。由于顶板疏松、破碎，所以回采时，必须留护顶煤。号煤层：顶板泥岩或泥质粉砂岩，底板泥岩或粉砂岩夹一层粘土层，粘土遇水膨胀易滑。号煤层；顶板为灰色泥质粉砂岩或粉砂岩，局部地段有少许泥岩，底板泥岩。10号、11号煤层，顶底板在麻石垭以西均为黑色泥岩，性脆。采煤时顶板容易冒落。12号煤层：底板为灰色粉砂岩，局部为泥岩，顶板为黑色泥岩。13号煤层：底板为灰色砂质泥岩及粉砂岩，顶板为灰色粉砂或泥质粉砂岩。2.2资源/储量及其分析2.2.1资源/储量表一：我矿资源储量表煤 层+320水平111b+121b+122b （万吨）+235水平合 计表外储量（万吨）7#154.5
22、74.4108.9869.58#194.260.2134.49#-1214.591.9186.411#173.552.9106.412#-2146.946.072.9883.6325.41209.02078.52.2.2储量可靠性分析勘探报告所采用的储量计算方法和各种参数是正确的，储量块段和级别的划分是合理的；构造和埋藏的控制程度符合规范规定，因此，所提供的井田储量比较可靠2.2.3资源及开采条件评述主要开采煤层9#厚度稳定而结构简单，一般厚0.8米，顶板为灰色泥质粉砂岩或粉砂岩，局部地段有少许泥岩，底板泥岩，适宜发展机械化开采。3采煤工艺的选择3.1采煤工艺的选择原则根据本井田的开采技术条件
23、和国内外倾斜薄煤层的现状，采煤工艺主要考虑了一下原则：a 与煤层赋存条件相适应，有利于提高矿井工作面单产和矿井的稳产、增产，实现矿井生产的高度集中化，以达到矿井高产高效的目的。b 依靠科技进步，采用国内外新技术、新工艺、新设备、新材料，大力提高采煤机械化水平。c 通过提高机械化水平，充分利用科技兴安。3.2采煤工艺的选择3.2.1滚筒采煤机a滚筒采煤机的发展自70年代以来，我国先后自行研制仿制改造各种型号薄煤层采煤机、刨煤机共20余种机型。使用效果较好的有BM系列滚筒采煤机，包括BMD一100型单滚筒采煤机，BM一100型双滚筒采煤机。ZB一100型单滚筒骑输送机采煤机。制造了与采煤机配套的薄
24、煤层工作面输送机共10余个型号薄煤层工作面的落、装、运设备初步形成系列。BM系列采煤机在我国多个局矿均有使用，是薄煤层开采的主力机型之一。8090年代期间，为了满足开采较硬薄煤层的需要和提高薄煤层滚筒采煤机的可靠性，研制了新一代的薄煤层滚筒采煤机。主要有MG150B型采煤机，5MG200一B型采煤机，MG344一PWD型强力爬底板采煤机，以及MG375一AW型采煤机。进入90年代以来，为了满足厚薄煤层并存、薄煤层作为解放层开采矿井的迫切需要，并结合当代中厚煤层滚筒采煤机技术，研制了新一代MG200450一BWD型薄煤层采煤机，该采煤机采用多电机驱动，交流变频调速、无链牵引等技术。总装机功率达4
25、50kW，其中截割功率2200kW，牵引功率225kW，牵引力400kN，牵引速度06mmin。采用骑输送机布置方式，可用于采高为1017m的薄煤层综合机械化工作面。随着缓倾斜中厚煤层至厚煤层综合机械化成套技术的逐渐成熟，“三软”和大倾角煤层等困难条件下综采配套技术也得到了应用。以电牵引、故障自动诊断、支架电液控制等为核心的技术也应用到了滚筒式薄煤层综合机械化设备上，这种采煤技术也正趋于成熟。表二：上世纪国内几种薄煤层采煤机基本情况表型号采高范围/米牵引力/KN牵引（调速）方式生产年代BM-1000.751.3120（液压）锚链牵引1970MG150-B0.81.51605MG200-B1.0
26、-1.8180MG344-PWD0.91.6350/262（交流）齿轮-销轨式无链牵引1980MG250-BW0.851.5300198090MG200/450-BWD1.01.7440（交流）无链牵引1990MG250/550-BWD表三：目前国内几种薄煤层采煤机基本情况表：采高（米）配套设备牵引调速方式制造厂家首试时间、地点MG200/456-DW1.11.8ZY200/08/22型液压支架变频调速天地科技上海分公司2003广能华蓥山MGN160/386-DW1.12.3ZY3200/10/19电磁滑差电机调速邢台矿业公司机械厂2004河北金牛邢台MG132/320-DW1.22.6SGW
27、630/220系列运输机开关磁阻电机调速鸡西煤机厂2002MG150/355/BWD1.252.2ZY2800/10/23型液压支架辽源煤机厂开栾矿业集团MG200-BW1ZY2400/08/19型液压支架液压牵引枣庄矿业集团b滚筒采煤机的选型薄煤层采煤机的选型涉及的因素很多，单就采煤机本身而言，主要考虑采煤机的采高范围、滚筒形式、采煤机的性能特点，还有就是采煤机配套设备之间的配套问题。由于薄煤层赋存条件变化较大（断层、夹矸、变薄带较多），薄煤层采煤机截割坚硬矸石的机会比中厚煤层要多，带来的震动、冲击也要比中厚煤层频繁。因此，对整机的结构提出了更强更高的要求，截煤部的结构强度与截割功率要求较高，采煤机要有较高的整体结构强度和稳定性，以满足薄煤层开采的特点。C滚筒采煤机的特点滚筒采煤机由于适应性强、效率高、便于实现综合机械化作业，因而发展迅速。它的整体结构、性能参数、适应能力、可靠性等诸方面，都有了较大创新和提高。薄煤层滚筒采煤机是在中厚煤层滚筒采煤机的基础上发展起来的，它也具有许多优点：积木式无底托架结构、液压螺母紧固、多台截割电动机横向布置、抽屉式部件安装等技术的应用，使得薄煤层滚筒采煤机结构更加简单，安装更为轻便；整体结构和传动方式的改进，使得滚筒采煤机的机身变得更窄、更低；采煤机功率的不断加大，以及电气调速行走和远程无线控制技术的应用，
