采煤工作面设计PPT.ppt

采煤工作面设计 v集团公司区域性瓦斯治理 v突出采煤工作面及保护层工作面 v设计报审管理规定 一、凡满足下列条件之一者，采面设计应报集团公 司审查： （一）突出区域采煤工作面。 （二）开采保护层的工作面。 二、设计原则 v（一）突出区域采煤工作面设计必须满足煤矿瓦斯抽 放规范 （AQ1026-2006）、煤矿瓦斯抽采基本指 标（AQ1027-2006），严禁留有瓦斯抽放钻孔空白带 ，设计中要将防突及瓦斯治理工程和措施前移，做到采 掘前治理，同时要体现强化支护和释放地应力并举、优 化设计和优化采掘布署并举的设计思路。 v （二）保护层工作面设计必须满足保护层开采的 相关管理规定，并通过瓦斯抽采、应力释放等手段解放 被保护层。 v （三）突出区域采煤工作面及保护层工作面设计 内容分别按采煤、掘进两个阶段编制。 三、设计依据 v 突出区域采煤工作面及保护层工作面设计必须有下 列资料为设计依据： v （一）经集团公司批准的采区设计。 v （二）区域性瓦斯治理规划。 v （三）经单位技术负责人批准的地质说明书。 v （四）煤层突出危险性鉴定报告及煤与瓦斯突出区域 划分报告。 四、设计说明书主要内容 v （一）设计工作面概况：包括工作面位置、垂深、范 围、地表概况，邻近煤层、采区、工作面的关系，区内 煤层赋存状况及地质概况，工作面设计采长、设计能力 等。 v （二）危险源及有害因素分析，包括瓦斯、煤尘、水 害、地温、矿压、地质构造等。 v （三）简要分析说明工作面回采对地面建筑物、水体 的影响。 v （四）设计采用的采掘工艺，并说明回采期间设备列 车布置位置及支架、采煤机初步选型。 v （五）瓦斯涌出量预测 v （六）巷道设计：说明巷道开口位置及施工顺序，详 细说明设计巷道的断面、支护形式及支护材料，简要介 绍巷道布置思路及各种参数选择的依据。 v（七）各系统设计说明中要包括下列内容: v 1.主运输系统设计 v 2.辅助运输系统设计 v 3.通风系统设计（包括掘进及回采期间的通风系统） v 4.供电系统设计 v 5.供水及综合防尘系统设计 v 6.排水系统设计 v 7.监测监控系统设计，包括顶板监测设计 v 8.压风自救系统设计 v 9.防灭火系统设计 v 10.通讯系统设计 v 11.采面液压系统设计 v 12.采面照明系统设计 v 13.降温系统设计（地温高于煤矿安全规程限定值时必须有 此内容 v（八）专项设计： v 1.防突专项设计 v 设计中要分掘进和回采两个阶段分别进行防突设计 v 2.瓦斯抽放设计 v 工作面瓦斯抽放要分巷道掘进期间抽放、工作面采前预抽、工 作面回采期间抽放三个阶段分别设计。 v 3.水害防治专项设计 v （九）安全技术措施： v 阐述工作面掘进及回采期间需要采取的主要安全技术措施，综 合分析采面瓦斯对掘进及回采造成的影响以及采用瓦斯综合治理措 施后达到的预期效果。 五、其它要求 v （一）设计中要推广新技术、新工艺、新装备、新材 料，充分体现科技兴矿的思路。 v （二）设计中要考虑煤质问题，尽量减少断层等构造 对煤质的影响。 v （三）设计说明书中要附工作面巷道布置图、巷道断 面图、通风系统图、供电系统图等相关示意图，尽量用 图表的方式表达出设计意图。 采煤工作面设计说明书 第一章 工作面概况及危险源分析 v第一节 工作面概况 v 一、采面概况 v 二、煤层赋存情况 v 三、地质构造 v 四、顶底板岩性 v 五、水文条件 v 六、瓦斯 v 七、地表情况 第二节 危险源分析及采掘工艺、采面生产能力 确定 v 一、危险源分析 v 1、顶板 v 2、水害 v 3、煤层自燃 v 4、瓦斯 v 5、煤尘 二、采掘工艺 （一）回采工艺 根据工作面的地质构造、煤层务存条件确定适合的回采工艺 1、落煤的方式与装备选择 2、装煤装备的选择 3、运煤 装备的选择 4、支架选型 5、工作面支护形式 6、端头支护 7、顶板管理 (二) 掘进工艺 新开巷道均采用炮掘。 三、采面生产能力确定 QLDmC 式中: Q-工作面日生产能力，t/d L-工作面长度, m D-工作面日推进度，m m-煤层平均采高，m -煤的容重，t/m3 C-工作面回采率，中厚煤层取0.95。 第二章 工作面工程 第一节 工作面巷道布置 第二节 巷道断面及支护 第一节 工作面巷道布置 工作面巷道布置的方式大致有四种： 一、机轨分煤岩巷布置 二、机轨双岩巷布置 三、机轨合一巷布置 四、机轨双煤巷布置 第二节 巷道断面及支护 v 一、巷道的断面形状 v 巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围 岩性质、巷道的用途及服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷 道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。 v 二、巷道断面尺寸 v 1、巷道净宽度 v 2、巷道净高度 v 3、巷道净断面面积 v 4、巷道掘进断面面积 v 三、支护 v 现在多采用锚网支护和锚网索联合支护。 第三章 工作面各生产系统 v 第一节 主运输系统 v 第二节 辅助运输系统 v 第三节 通风系统 v 第四节 供水及综合防尘系统 v 第五节 排水系统 v 第六节 通讯系统 v 第七节 监测监控系统 v 第八节 压风自救系统 v 第九节 防灭火系统 v 第十节 采面液压系统 v 第十一节 采面照明系统 第一节 主运输系统 一、主运输设备的选择 1、工作面输送机的选择 2、机巷转载机 、输送机 的选择 3、皮带下山输送机的选择 二、出煤系统 已15-13330采面生产系统示意图 回采工作面己1513330机巷己三扩大皮带上山己三中 部运输平巷己三采区煤仓。 第二节 辅助运输系统 矿已15-13330采面辅助运输系统： 己三大巷己三轨道上山三片己三扩大上部运输平巷己三 扩大轨道上山风巷片盘己1513330风巷采面。 见矿已15-13330采面生产系统示意图 v生产系统示意图 第三节 通风系统 一、掘进工作面风机选型 1、工作面机巷、风巷 1）按瓦斯涌出量计算： Q掘100Qgk 式中： Q掘采面需风量, m3/min； K瓦斯涌出不均匀系数,1.52.0； Qg瓦斯绝对涌出量，m3/min ； QgqT日/540 式中：T日日出煤量,t/日； 2）按最大炸药用量计算： Q掘=（7.3725）A 式中： A一次最大炸药用量，kg 3）按同时工作最多人数计算： Qc4N 式中： N掘进工作面同时工作最多人数 4）、按风速验算： 15S掘Q掘240S掘 式中： S掘巷道掘进断面 二、采煤工作面风量计算： 1、按瓦斯涌出量计算： Qc100QgK 式中： Qc采面需风量, m3/min； K瓦斯涌出不均匀系数，1.21.8； Qg瓦斯绝对涌出量； 8各种抽放量总和，m3/min； 2、按劳动气象条件计算： QcQkKtKhK1 式中：Qk基本风量，一般取330 Kt工作面温度系数，Kt=at-b，工作面温度在2026 时， a=0.1,b=1.24， Kh采高系数，KhCH 式中：C支护方式系数，综采取1.0；M采高；采面有效 支护断面系数，掩护式支架0.550.6 。 K1采面走向长系数，1000m以上时，取1.11.4 3、按同时工作最多人数计算： Qc4N 式中： N工作面同时工作最多人数。 根据以上三种计算，取最大值 4、按风速验算： Qmax=460SminK Qmin=1/460SmaxK 式中：Smax、Smin为最大、最小有效通风面积 K-有效断面积系 数 若QmaxQcQmin ，则符合规定 第四节 供水及综合防尘系统 v一、供水系统 v1、采面主要用水点 v（1）机风巷净化水雾、洒水灭尘 v（2）泵站用水量 v（3）转载点、架间喷雾 v（4）煤机冷却、喷雾 v（5）输送机冷却水 Q =（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）K v 式中： K水量备用系数取1.2 v2、供水管径 v Dp=4Q/（3600Vp） 式中：VP水速 v二、综合防尘系统 v 1、防尘管路利用供水管路，每50m安设一个三通阀门。 v 2、掘进及回采期间，各转载点要设喷雾；风、机巷各安设两 道净化水幕，距工作面60200m处安设隔爆水棚。 v 3、采面每隔10架设一个洒水喷头。采煤机按规定安设内外喷 雾。 v 4、个人佩戴防尘口罩。 第六节 通讯系统 v 泵站列车、输送机机头、转载机机头、机尾分别设 置电铃、信号装置。小绞车运输设置声光信号装置。工 作面刮板输送机安设信号的间距不超过15米。 v 按照煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出防治细则 及煤矿安全规程第213条、第478条之规定，须安 设电话地点： v 1、机巷转载机头； v 2、风巷切眼往外100m处； v 3、瓦斯抽放泵站； v 4、机巷外口； v 5、乳化液泵站。 第七节 监测监控系统 v一、瓦斯检测 v1、掘进期间 v 风巷上掘进机，司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。 v 巷道在掘进期间需安设两个甲烷传感器，报警值为0.8%，断电 值为0.8%。其具体位置分别位于： v （1）距掘进工作面5m处； v （2）巷道回风口以里1020m处。 v2、回采期间 v 采煤机司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。 v 采面回采期间，一般需要安设4个甲烷传感器，报警值均为0.8% ，断电值均为0.8% v 其位置分别是： v （1）风巷里口（距回采工作面1015m）； v （2）风巷外段（风巷回风道以里约1020m）； v （3）采面（距上出口15m）； v （4）机巷（距采面510m）； v 机巷、采面、风巷所有高、低压电源必须由一个变压器引出 ，若2个甲烷传感器中有一个超限，都必须切断所有电源。 v二、顶板监测 v 掘进期间，风机巷原则上每隔3050m布设一个顶板离层观 测仪、一个巷道帮顶位移观测站。及时掌握巷道压力变化、巷道 变形情况，以便调整支护参数或合理确定二次支护时间。 第八节 压风自救系统 v一、压风自救风量和风压要求： v 风压不小于0.4MPa，风量不低于Q=K1K2（K1、K2 为漏风系数与备用系数） v二、压风自救管选择 v三、压风自救站设置 v 1、掘进期间：每隔50米安装一组压风自救，最后一 组压风自救距掌子头2540米，压风自救安装在支护良 好且无杂物处，安装高度距离巷道底板1.61.8米。 v 2、回采期间： v （1）机巷安装一组压风自救，安装位置机巷切眼外 100m处 v （2）风巷 v 1、在切眼往外2540m处安装一组压风自救。 v 2、在回风口以里5m处安装一组压风自救。 v 3、在风巷每组绞车处安装两个压风自救。 v四、压风自救管理 v 施工单位指定专人对压风管路进行检查，确保管路不漏气及压 风自救完好，并及时移动压风自救，保证压风自救与掘进工作面保 持合适的距离，要对气水分离器进行及时的放水和排油，保证管路 的畅通和风流的清洁。 第九节 防灭火系统 v 采面煤层为自燃煤层 时，需采取防灭火措施。 v一、采空区注浆 v 、日注浆量 QJ=(Qt+QS)M v 式中： QJ日注浆量，m3； v Qs日注浆水量，m3； v Qt日注浆土量，m3； v M泥浆制成率； v QS=KSQt v 式中： KS水量备用系数，m3； v Qs日注浆水量，m3； v 浆水比的倒数； v Qt=KmLHC v 式中：K注浆系数；m煤层采高，m；L日推进度，m； H-采面倾斜长度，m；C-回采系数。 第十节 采面液压系统 v 1、泵站开关列车设置在工作面机巷车场（车场距采 面下出口不大于300m），不影响机巷正常通风、行人等 ，泵站列车放置地点保证支护完好。 v 2、乳化液泵站向采面敷设供液管（32mm）、回 液管路（50mm）各一趟，在采面下端头供、回液管路 分别安设一个三通分别向采面液压支架和乳化液钻机供 、回液。在供、回液管路的采面上、下端头和采面中间 各设置一个截止阀以备检修和急用。 第十一节 采面照明系统 v 按照规程第473条规定，在采面、机 巷转载点、机头硐室设固定照明，其中采 面照明灯间距不得大于15m。 第四章 专项设计 v v 一、防突设计 v 二、瓦斯抽放设计 v 三、水害防治专项设计 第一节 防突设计 v一、工作面掘进期间防突措施： v 1、风巷 v 风巷在掘进期间沿空送巷，按突出威胁工作面管理，采取连续 预测的防突管理方案。 v每5m预测一次，预测孔深7m，预测不超允许进尺5m。 v 2、机巷 v 1）直接执行防突措施 v 2）效果检验 v 3）巷帮卸压孔 v 4）前探孔 v 5）机巷预抽巷穿层孔 二、工作面回采期间的防突措施： v 1)执行前探、卸压、抽放、注水孔 v 2)预测预报 v三、安全防护 v （一）、压风自救 v 1、压风自救的安装与调试与管理 v （1）、压风自救风量和风压要求：风压不小于0.4MPa，风量 不低于Q=K1K2 （K1、K2为漏风系数与备用系数）。 v （2）、掘进期间：每隔50米安装一组压风自救 ，个数不少于 5个，最后一组压风自救距掌子头2540米，个数不少于15个，压 风自救安装在支护良好且无杂物处，安装高度距离巷道底板1.6 1.8米。 v 回采期间：风巷在风巷切眼往外2540m处安装一组压风自 救，在回风口以里5m处安装一组压风自救。同时在风巷每组绞车 处安装两个压风自救。机巷安装一组压风自救，安装位置机巷切 眼外100m处。 v （3）、压风自救管选用无缝钢管，对破损的压风管必须更换 或进行相应的处理，保证不漏气。 v（4）施工单位指定专人对压风管路进行检查，确保管路不漏气及 压风自救完好，并及时移动压风自救，保证压风自救与掘进工作 面保持合适的距离，要对气水分离器进行及时的放水和排油，保 证管路的畅通和风流的清洁。 v （二）、防突反向风门的设置 v 防突反向风门严格按防突细则第95条规定进行设置 v （三）、避难硐室设置要求 v 当巷道需要设置避难硐室时，严格按防突细则第97条 以及集团公司100号文件的要求进行设置。 v （四）、放炮管理 v 采用远距离放炮时，放炮地点应设在进风侧反向风门之外或 避难所内，放炮地点距工作面的距离不得小于300m。放炮员操纵 放炮的地点，应配备压风自救系统或自救器。回风系统的采掘工 作面及其他有人作业的地点，都必须停电撤人，放炮30min后， 方可进入工作面检查。 第二节 瓦斯抽放设计 v一、概况 v二、抽放瓦斯的必要性 v三、抽放系统的选择 v四、瓦斯抽放系统管径选择 v五、瓦斯抽放泵的选择 v六、建立扩大泵站 v七、泵站供电、排水的确定 v一、概况 v 综合鉴定采区的突出情况，划分采面突出危险等级。 v二、抽放瓦斯的必要性 v 1、工作面可以供给的风量 Qg = 60LHv v 式中： L最小控顶距，m v H采高，m v 有效断面系数 v V 规程允许的最高风速，m/s v 2、采面瓦斯涌出量预测 v （1）相对瓦斯涌出量 Qa=（Wa-Wc）（L-Lh）/L v 式中： Qa 工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； Wa开采煤 层原始瓦斯含量，m3/t； Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层 瓦斯含量的10% 15% ；L工作面采长，m ；Lh 机、风 巷排放瓦斯带的总宽度，m 。 v（2）绝对瓦斯涌出量 Qy=QaA/1440 v 3、工作面所需风量计算 Qb=100QyKw v 式中： Kw工作面瓦斯涌出不均衡系数 v 根据上述计算出的结果，若工作面的需风量远大于可以供给的 风量，根据规程第145条规定：一个采煤工作面的瓦斯涌出量 大于5 m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通 风方法解决不合理时，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时 抽放系统。 三、抽放系统的选择 v （1）本煤层抽放系统 v （2） 机巷预抽巷穿层孔抽放系统 v （3） 抽排巷抽放系统 v三、抽放系统的选择 v 1、通风方法可以解决的瓦斯含量 Wb=2460Qg C /（100A Kw）+Wc v 式中： Wb通风方法可以解决的瓦斯含量，m3/t； v C 规程允许的最高瓦斯浓度； v Qg工作面可以供给的风量，m3/min ； v A 工作面日产煤量，t； v Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的10% 15% v Kw瓦斯涌出不均衡系数 v 2、煤层抽放可以解决的瓦斯含量 v 采面机风两巷各敷设一趟抽放管，抽放煤层钻孔 ，煤层抽放 可解决瓦斯含量 We=kWa v 式中： We本煤层抽放可解决瓦斯含量，m3/t； v Wa开采煤层原始瓦斯含量， m3/t ； v k 预抽率 v 3、机巷预抽巷穿层孔抽放可以解决的瓦斯含量 v 根据机巷预抽巷穿层孔抽放参数，计算机巷预抽巷抽放可解 决瓦斯含量 Wg=1440Wt/A v 式中： Wt 抽放瓦斯纯流量 ，m3/min ； v A 工作面日产煤量，t； v 4、通风、本煤层、机巷预抽巷穿层孔抽放解决瓦斯含量合计 W=Wb+We+Wg v 根据上述计算结果，用通风方法、本煤层及机巷预抽巷穿层 孔抽放合计可解决的瓦斯含量小于煤层本身的瓦斯含量时，采面 回采时有必要采取其他抽放瓦斯措施。 v 5、抽排巷.抽放 v 抽排巷抽放需要解决的瓦斯含量 Ws = Wa- Wb- We- Wg v四、瓦斯抽放系统管径选择： v 1、煤层抽放管径选择 v （1）煤层抽放混合流量计算 v 煤层抽放，百米钻孔抽放量按Qb计算，取成孔率K： v 1）、机巷布置n1个钻孔，总长度L1米，封孔长Lf1米，则抽 放纯流量 Q1= （LK - Lf 1 n1 ）/ 100Qb v 抽放瓦斯浓度为a v 则 Qc1= Q1/a v 2）、风巷布置n2个钻孔，总长度L2米，封孔长Lf2米，则抽放 纯流量 Q2=（L2 K - Lf2 n2 ）/ 100 Qb v 抽放瓦斯浓度为a v 则 Qc2= Q2/a v 3）本煤层总抽放混合流量：Q纯=Qc1+ Qc2 v（2）抽放管径的选择： v 1）机巷、风巷抽放混合流量 Q1、 Q2，则： v d = 0.1457 v 式中： d 管道内径, m； v Qc 混合流量，m3/min， v v 管内瓦斯流速， m/s v 计算出d值，选取内径大于d的钢管作为煤层机巷、风巷的抽 放支管 v 2）本煤层总抽放混合流量Q纯 ，则： v d = 0.1457 v 式中： d 管道内径, m； v Qc 混合流量，m3/min， v v 管内瓦斯流速 ，m v 计算出d值，选取内径大于d的钢管作为煤层抽放主干管 。 v2、机巷预抽巷抽放管径选择 v 1）机巷预抽巷抽放混合流量计算 v 机巷预抽巷抽放瓦斯纯流量为Q，瓦斯抽放浓度a，则抽排巷 混合流量为 Qc= Q/a v 2）机巷预抽巷抽放管径的选择 d = 0.1457 v 式中： d 管道内径, m； v Qc 混合流量，m3/min； v v 管内瓦斯流速， m/s v 计算出d值，选取内径大于d的钢管作为抽排巷抽放主干管。 v3、抽排巷抽放 v 1）抽排巷抽放需要解决的绝对瓦斯涌出量 Qc =WsA / 1440 v 2）若抽排巷抽放浓度k计算,混合瓦斯流量为: Qc“ = Qc /k v 由公式d ” = 0.1457 v 算得d值 选取内径大于d的钢管作为抽排巷抽放主干管 v五、瓦斯抽放泵的选择: v 1、抽排巷抽放阻力计算 v 1）摩擦阻力 Hm=9.81Q2L/（KD5） v 式中： Hm 管路摩擦阻力，Pa； v Q 瓦斯流量，m3/h ； v 混合瓦斯对空气的密度比； v L 管路长度，m； v K 系数； v D 瓦斯管内径，cm； v 4）抽放泵的负压 Hp=（Hc+Hh）Kb v 式中： Hp泵的额定抽放负压，kPa； v Hc管路沿程阻力，kPa； v Hh孔口负压，kPa； v Kb泵的备用系数； v 5）抽放泵的额定流量 Qp=Qc/(Ch)Kc v 式中： Qp泵的额定流量，m3/min； v Qc抽放地点抽放量，m3/min； v C泵入口处瓦斯浓度； v h泵的机械效率； v Kc备用抽放量系数； v 根据计算得出的额定负压HP,额定流量Qp，对照瓦斯泵性能参 数表选取适合的抽放泵 。 v2、本煤层抽放系统抽放瓦斯泵选择 v 1）本煤层抽放瓦斯 v 1）摩擦阻力 v 机巷、风巷煤层支管摩擦阻力与煤层主干管摩擦 阻力的计算公式 Hm=9.81Q2L/（KD5） v 式中： Hm 管路摩擦阻力，Pa； v Q 瓦斯流量， m3/h； v 混合瓦斯对空气的密度比； v L 管路长度，m； v K 系数； v D 瓦斯管内径，cm； v 计算出机巷煤层支管摩擦阻力Hm1，风巷煤层支管 摩擦阻力Hm2，煤层主干管摩擦阻力Hm3。 则摩擦阻力为：Hm= Hm1+ Hm2+ Hm3 2）局部阻力Hf 3）管路总阻力：Hc=Hm+Hf 4）抽放泵的负压 Hp=（Hc+Hh）Kb v 式中： Hp泵的额定抽放负压，kPa； v Hc管路沿程阻力，kPa； v Hh孔口负压，kPa； v Kb泵的备用系数； v5）抽放泵的额定流量 Qp=Qc/(Ch)Kc v 式中： Qp泵的额定流量，m3/min； v Qc抽放地点抽放量，m