工作面放顶煤设计方案说明书.doc

201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 目 录 I 目目 录录 第一章第一章 工作面概况工作面概况 .- 1 - 第一节 工作面位置及周边关系 - 1 - 第二节 工作面几何尺寸及煤层赋存特征 - 1 - 第三节 工作面开采技术条件及储量状况 - 4 - 第二章第二章 工作面巷道布置工作面巷道布置 .- 6 - 第一节 采区巷道布置 - 6 - 第二节 工作面巷道布置方式 - 6 - 第三节 巷道断面形状、几何参数及支护形式 - 11 - 第四节 工作面开切眼、停采线位置的确定及依据 - 12 - 第三章第三章 采煤方法及工作面装备采煤方法及工作面装备 .- 13 - 第一节 采煤方法 - 13 - 第二节 工作面装备 - 18 - 第四章第四章 生产系统生产系统 .- 19 - 第五章第五章 “三下三下”煤开采煤开采 .- 28 - 第六章第六章 开采主要问题说明开采主要问题说明 .- 29 - 第一节 工作面瓦斯问题 - 29 - 第二节 工作面煤尘防治问题 - 32 - 第三节 工作面煤层自燃发火防治问题 - 34 - 第七章第七章 主要图件主要图件 .- 36 - 附件附件 1：井下瓦斯移动抽放设计：井下瓦斯移动抽放设计 - 37 - 附件附件 2：201 综放工作面供电设计综放工作面供电设计 .- 46 - 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第一章 工作面概况 - 1 - 第一章第一章 工作面概况工作面概况 第一节第一节 工作面位置及周边关系工作面位置及周边关系 工作面位置及周边关系见表 1-1。 表 1-1 工作面位置及周边关系表 煤层名称15煤开采水平+1240m 水平采区编号二采区 工作面编号201 工作面 地面标高 （m） +1612.4-+1438.5 1525.4 井下标高 （m） +1187.3-+1215.08 +1201.1 地面位置本工作面位于南峪掌沟以东，原后南峪煤矿以南。 四周及上下 采掘情况 本工作面东为一采区回风大巷，南为井田边界与西喂马煤矿毗邻，北为二采区下山， 西为尚未开采的 203 工作面。 回采对地面 设施的影响 本工作面地面为丘陵山地，无地面设施影响。 第二节第二节 工作面几何尺寸及煤层赋存特征工作面几何尺寸及煤层赋存特征 一一、工工作作面面几几何何尺尺寸寸 工作面设计走向长度 921.02m，回采长度 856.06m，倾斜长 180m，采高 5.7m。 二、煤层赋存特征二、煤层赋存特征 1.1.煤层结构煤层结构 煤层结构简单，一般多于煤层中上部含1 层薄层夹矸，其厚度变异系数 24.3%，可采性指数1，为可采之稳定煤层，为一型。 2.2.煤层厚度煤层厚度：5.65.8m，平均为 5.7m。 3.3.煤层倾角煤层倾角：46，平均为 5。 4.4.瓦瓦 斯斯 据山西省安全生产监督管理局晋安监煤字2006126 号文批复，晋中市 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第一章 工作面概况 - 2 - 2005 年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定汇总表，山西和顺隆华煤业 有限责任公司，矿井瓦斯绝对涌出量为 4.17m3/min，相对涌出量为 5.86m3/t，二氧化碳绝对涌出量为 2.08m3/min，相对涌出量为 2.93m3/t，属 低瓦斯矿井。 勘探时也采取 15 号煤层样作了瓦斯测定（见表 1-2） 。 15 号号煤煤层层瓦瓦斯斯含含量量试试验验结结果果表表 表1-2 瓦斯含量（Ml/g 可燃基）瓦斯成份% 钻孔号 CH4CO2C2C6N2CH4CO2C2C6N2 煤层埋深 m 30119.230.220.1632.7798.091.100.750.07356.14 3024.330.650.0191.3595.840.400.393.34206.65 井田内 15 号煤层瓦斯成份主要为甲烷，属甲烷带，按照瓦斯含量结合 煤层埋深分析，井田内瓦斯含量总体随煤层埋深增大而增高。 由表 1-215 号煤层瓦斯含量试验结果表中 301 钻孔、302 钻孔的瓦 斯含量，可计算出 15 煤层的瓦斯含量梯度。 由式 =(H301H302)/(Q301Q302)=(356.14206.65)/(19.234.33) =10.03 式中：瓦斯梯度； Q瓦斯含量，m3/t； H埋深，m。 由上式可知，15 煤层瓦斯含量梯度为 10.03。 据山西省煤炭工业局晋煤安发（2009）329 号文关于山西和顺隆华煤 业有限公司首采区瓦斯涌出量预测的批复 ，煤炭科学总院沈阳研究院按照 AQ1018-2006 标准，对首采区 15 号煤层瓦斯基础参数和瓦斯涌出量进行了 计算，预测矿井平均绝对瓦斯涌出量为 16.89m3/min，平均相对瓦斯涌出量 为 8.92m3/t。 根据已揭露的一采区三条大巷和二采区三条下山等煤层巷道施工瓦斯情 况，煤巷施工瓦斯含量低于 3 m3/t。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第一章 工作面概况 - 3 - 201 工作面按年设计生产能力 1.8Mt/a，峰值生产能力按 2.4Mt/a 计算， 日产量为 Qp为 54547272t/d，则平均绝对涌出量 Q201绝为： Q201 绝=Q相Qp/1440=8.92（54547272）/1440=33.7845m3/min 由此可见，201 工作面开采的 15 煤层属临界高瓦斯。 考虑到 14 号煤层距离 15 号煤层仅 610.7m，对工作面开采瓦斯影响 较大，故本工作面按高瓦斯设计。 5.5.煤尘爆炸危险性煤尘爆炸危险性 该矿于 2003 年 9 月和 2006 年 4 月份从各坑口井下工作面采取 3、15 号 煤层送山西省煤炭工业局综合测试中心做了煤尘爆炸性测试，其成果见（表 1-3） 。 煤煤层层煤煤尘尘爆爆炸炸性性试试验验成成果果表表 表1-3 坑口煤层 火焰长度 （mm） 加岩粉量 % 有无爆炸性试验日期 磨石沟3 号1040有2003.9 洪 水15 号1040有2006.4.12 根据测试结果，3、15 号煤层均具煤尘爆炸危险，开采时应注意洒水防 尘。 6.6.煤的自燃发火倾向煤的自燃发火倾向 该矿于 2003 年 9 月和 2006 年 4 月从各坑口井下工作面采取煤层样送山西 省煤炭工业局综合测试中心做了煤的自燃倾向性测定，结果见下表（表 1- 4） 。煤煤的的自自燃燃倾倾向向性性测测定定成成果果表表 表1-4 坑口煤层吸氧量（Cm3/g）自燃等级倾向性试验日期 磨石沟3 号0.7740 容易自燃2003.9 洪水15 号1.2680 不易自燃2006.4.12 7.7.地温与地压地温与地压 本区属地温地压正常区，地温地压未见异常。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第一章 工作面概况 - 4 - 第三节第三节 工作面开采技术条件及储量状况工作面开采技术条件及储量状况 工作面开采技术条件及储量状况见表 1-5。 表 1-5 工作面开采技术条件及储量状况 顶、底 板名称 岩石 名称 厚 度 （m） 岩性特征 老顶 K2 石 灰岩 7.11 深灰色、致密、坚硬块状、具裂隙，含动物化石 碎片。 直接顶 砂质泥 岩 10.73 砂质泥岩，致密，局部裂隙较发育。 伪顶泥 岩 0.001.30 0.15 工作面局部有伪顶，为黑色泥岩，含碳质，质软 破碎。 直接底 砂质泥 岩 14.14 灰色、块状，顶部质硬，下部较软，含大量植物 化石。 煤 层 顶 底 板 情 况 老底 铝质泥 岩 4.4013.8 6.33 浅灰色，含植物化石和黄铁矿晶体，鲕状结构。 1、断层 名称 走向 （） 倾向 （） 倾角 （） 性质 落差 （m） 对工作面得影响程度 本工作面范围尚未发现断层 主 要 地 质 构 造 情 况 2、其他 构造无 该面直接充水含水层为太原组石灰岩岩溶裂隙含水层，其补给来源主要为大气 降水，含水层富水性弱。奥灰岩溶水位+728m 远低于工作面内 15 号煤层最低底板标 高+1187.3m，奥灰岩溶水对本工作面开采无影响。矿井水文地质条件属简单型。即 15 号煤层属三类一型。 该面主要水害威胁为 15 煤上部本区域主要充水含水层 K2、K3 石灰岩，属岩溶 裂隙承压含水层。但根据钻孔抽水试验资料，K2 石灰岩的单位涌水量为 0.00037L/s.m，小于 0.01L/s.m，富水性弱。 水 文 地 质 情 况 正常涌水量 （m3/h） 2.0m3h 最大涌水量 （m3/h） 5.0m3h 储 量 计 算 块段 号 走向长 （m） 倾向 长 （m） 面积 （） 煤厚 (m) 容重 （t/m3） 工业储量 (万 t) 回采 率 可采储量 （万 t） 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第一章 工作面概况 - 5 - 921.021801657845.71.46127.0289.2484.08 合计 921.021801657845.71.46127.0289.24110.34 回采率的 确定 K面=（Q工- Q设）/ Q工 （127.0213.67）/127.02 89.24 Q工：工业储量 Q设：设计损失 K面：工作面回采率 注：201 工作面留设瓦斯尾巷煤柱 20m、大巷保护煤柱 40m，因以后矿 井挖潜时还可以回采大巷煤柱，故暂不计资源损失量（若把瓦斯尾巷煤柱损 失计入，则回采率仅为 79.65） 。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 6 - 第二章第二章 工作面巷道布置工作面巷道布置 第一节第一节 采区巷道布置采区巷道布置 为本工作面服务的采区巷道主要有：工作面轨道巷、皮带运输巷和回风 巷，该准备巷道均布置在采区走向的中部，系 2009 年矿井资源整合之前 90Kt/a 的原二采区下山，由于资源整合后，井田面积扩大，该三条下山位 置不合理，需要重新布置二采区下山，故该三条巷道作为准备巷道被用于 201 工作面，二采区下山另行设计。 该三条准备巷道描述如下： 工作面轨道巷(N543853W)通过煤门与1240m 水平大巷相连，采 用一级提升，一级提升巷道坡度为 5，水平长度为 325.89m，从而形成 201 工作面提升辅助运输系统。201 工作面轨道巷沿 15 煤煤层底板施工。 工作面皮带巷(N543853W)平行 201 工作面轨道巷布置，直接与东 皮带运输大巷相联，采用一部 SSJ-1200/3315 可伸缩胶带输送机运输，倾 角 5，运输距离 302.46m。 201 工作面皮带巷直接与东皮带巷皮带搭接，东翼皮带巷经主井煤仓与 主斜井相连，通过皮带运输构成工作面煤炭运输系统。201 工作面皮带巷沿 15 号煤层底板掘进。 工作面回风巷(N543853W)平行工作面轨道巷布置，直接与东回风 巷相连，构成工作面回风系统。回风下山沿 15 煤煤层顶板施工。 第二节第二节 工作面巷道布置方式工作面巷道布置方式 201 工作面为矿井正式投产前的二采区试生产工作面。在工作面准备巷 道（原二采区的三条下山）与二采区南部边界之间走向长壁布置 201 工作面， 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 7 - 工作面准备巷道施工到满足 201 工作面生产需求位置时，开始施工工作面顺 槽。 工作面采用“U+L”型一进二回通风方式（如图 21） ，主要有三条巷 道，即工作面进风顺槽、回风顺槽和工作面瓦斯尾，其中： 工作面进风顺 槽直接与工作面皮带巷相联，经工作面进风联络巷与工作面轨道巷相联，形 成工作面进风与辅助运输系统；回风顺槽经工作面回风顺槽联络巷与工作面 轨道巷相联，形成工作面回风侧辅助运输系统，回风顺槽过了停采线后起坡 跨越皮带巷和轨道巷与工作面回风巷相联，形成工作面的回风系统，工作面 瓦斯尾巷跨越皮带巷和轨道巷后直接与工作面回风巷平交，形成工作面瓦斯 排放与回风系统，并通过横贯与工作面回风顺槽相连，构成工作面瓦斯排放 系统和掘进期间的煤炭运输系统。 该工作面巷道布置方式的优缺点如下： 1、优点 （1）由于工作面布置两条回风巷，其中回风顺槽的瓦斯浓度不超过 1%、瓦斯尾巷的瓦斯浓度不超过 2.5%，因此回采工作面风排瓦斯的能力大， 可以有效地提高风排量。 （2）瓦斯尾巷与回风顺槽之间的联络横贯一方面为满足双巷施工要求， 另一方面为解决回采工作面上隅角瓦斯所需要的通风断面。一般情况下该联 络横贯的宽高=21.5m。由于瓦斯尾巷的风量小于回风顺槽，采前所设置 的密闭墙在采过后打开时只需在墙上挖一个洞即可满足通风要求，当工作面 新的联络横贯被打开，旧的联络横贯需要进行重新封闭时，其封闭工程量很 小，密闭质量有保障，从而为下一个工作面的生产减少采空区漏风创造了条 件。 2、缺点 （1）该布置方式由于只有一条进风顺槽，而该进风顺槽所布置的运输 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 8 - 设备和设备列车使通风阻力增大，直接影响工作面供风量。 （2）由于瓦斯尾巷受一次采动压影响收缩变形，如果再作下一工作面 进风顺槽时，往往要提前进行整修，这样就影响了顺槽的安装、推迟了工作 面的衔接时间；另外受二次采动压影响，进风顺槽二次收缩变形，不仅严重 影响设备列车的前移和运输顺槽的正常使用，而且由于进风顺槽布置有运输 设备和设备列车加大了二次整巷的难度。 1 1、进风顺槽、进风顺槽(N1400000W)(N1400000W) 工作面进风顺槽位于工作面皮带巷的南侧，沿15号煤层底板布置，为实 体煤巷道。首先在轨道巷开门施工进风联络巷，到达进风顺槽位置后开始施 工工作面进风顺槽。 工作面进风顺槽为机轨合一巷道，采用锚网带支护，矩形断面，净宽 4500mm，净高 2800mm，净断面积 12.6m2；巷道顶部铺联金属菱形网，按 照 800mm 的间距锚固 M 型钢带，每排 M 型钢带打根 22mm2400mm的左 旋无纵筋树脂锚杆，沿巷中每隔 3.2m 在 M 型钢带之间加打一根锚索；帮部 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 9 - 铺联金属菱形网，按照 800mm 的排距锚固 20mm2200mm 的左旋无纵筋树 脂锚杆，每排每帮均匀布置四根锚杆，在特殊区域采取套棚联合支护。 进风顺槽内布置有 108 的供水管一路、108 的供风管一路、159 的排水管一路，并在靠近工作面的地点设有移动电站、乳化泵站等。该顺槽 主要用作工作面进风、煤炭运输和辅助运输之用。 掘进施工期间安装 SSJ800/275 皮带机与工作面皮带巷皮带机搭接， 形成进风顺槽掘进期间的煤炭运输系统。 2 2、回风顺槽、回风顺槽(N1400000W)(N1400000W) 工作面回风顺槽在工作面轨道巷开门施工回风顺槽联络巷，形成工作面 的辅助运输系统。 采用锚网带支护，矩形断面，净宽 4000mm，净高 2800mm，净断面 积 11.2m2；巷道顶部铺联金属菱形网，按照 800mm 的间距锚固 M 型钢带， 每排 M 型钢带打 5 根 22mm2400mm的左旋无纵筋树脂锚杆，沿巷中 每隔 3.2m 在 M 型钢带之间加打一根锚索；帮部铺联金属菱形网，按照 800mm 的排距锚固 20mm2200mm 的左旋无纵筋树脂锚杆，每排每帮均 匀布置四根锚杆，在特殊区域采取套棚联合支护。 为了施工安全，在跨巷施工回风顺槽之前，分别在工作面皮带巷和轨道 巷内采用 12 号矿用工字钢套棚加固，套棚范围每侧超出回风顺槽 2m，要求 棚棚梁、腿分别用 16钢筋加工的拉杆螺丝固定，首尾棚子的梁、腿用锚 杆锁住。 工作面回风顺槽沿 15 煤层底板掘进，过了停采线后以 15起坡见 15 号煤层顶板后沿 15 号煤层顶板掘进，分别跨越工作面皮带巷、轨道巷后与 工作面回风巷平交连接。该顺槽用作工作面回风、排水和辅助运输之用。 掘进施工期间安装 SSJ800/275 皮带机通过溜煤眼与工作面皮带巷皮 带机搭接，形成工作面回风顺槽掘进期间的煤炭运输系统，施工完毕后封堵 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 10 - 该溜煤眼。 在回风顺槽的上帮（不采帮）布置一路 108 的防尘管、一路 89 的 注浆管、一路 89 的供风管和 108 的排水管一路及束管监测管路等管线， 并在回风顺槽沿巷中位置敷设铁路。 89 的注浆管暂时敷设到工作面停采线处，特殊情况再敷设到工作面 的上出口对工作面进行采后注浆。 3 3、瓦斯尾巷、瓦斯尾巷(N1400000W)(N1400000W) 虽然工作面生产能力在 1.80Mt/a 以下时为低瓦斯，但工作面生产期间 放煤时瞬时瓦斯会迅速升高，而且工作面直接顶范围内有一层 0.350.65m 厚的 14 号煤层，回采期间，该层瓦斯会通过采空区垮落的顶板空间直接进 入工作面，致使工作面上寓角瓦斯升高。为了将工作面上寓角的瓦斯排放出 去，与工作面回风顺槽相距 20m 沿工作面走向布置一条瓦斯尾巷，瓦斯尾巷 直接与工作面回风巷平交连接，形成工作面的瓦斯排放与回风系统。 为了解决瓦斯尾巷掘进期间的煤炭运输问题，本设计考虑瓦斯尾巷与回 风顺槽进行双巷掘进，综掘施工期间，首先每隔 105m 施工一个瓦斯尾巷横 贯，通过临近瓦斯尾巷掘进迎头的横贯与回风顺槽构成通风系统，实现双巷 近距离通风。在瓦斯尾巷横贯内铺设 40T 刮板输送机与工作面回风顺槽的 SSJ800/275 皮带机搭接，形成瓦斯尾巷掘进煤的运输系统。 工作面瓦斯尾巷沿 15 煤层顶板掘进。采用矩形断面，净宽 3000mm，净高 2800mm，净断面积 8.4m2，其支护方式和垮巷施工方法 与工作面回风顺槽相同。 4 4、瓦斯尾巷横贯、瓦斯尾巷横贯 为了把工作面上寓角的瓦斯排入瓦斯尾巷，从开切眼开始，每隔 35m 在 瓦斯尾巷与回风顺槽之间施工一个横贯。工作面回采时，当工作面上端头支 架尾梁推进到瓦斯尾巷横贯位置时，打开该瓦斯尾巷横贯，同时，关闭采空 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 11 - 区一侧的瓦斯尾巷横贯，依此类推。 瓦斯尾巷横贯沿 15 号煤层顶板掘进。 瓦斯尾巷与工作面采用双巷掘进，在掘进施工期间，每隔 105m 布置一 个横贯，一是与回风顺槽构成近距离通风系统，二是形成瓦斯尾巷施工期间 的煤炭运输系统，其余瓦斯尾巷横贯等施工完工作面顺槽后补打。 采用矩形断面，净宽 1500mm，净高 2000mm，净断面积 3.0m2，锚网 支护。 5 5、联络巷：、联络巷： 工作面的联络巷主要有进风联络巷和回风顺槽联络巷。采用半圆拱断面， 净宽 3000mm，净高 3000mm，墙高 1500mm，净断面积 8.03m2，锚网喷支 护。 说明：如果没有 M 型钢带，可以人工加工制作同等支护强度的钢筋梯 使用。 第三节第三节 巷道断面形状、几何参数及支护形式巷道断面形状、几何参数及支护形式 巷道走断面形状、几何参数及支护形式见表 2-1。 表 2-1 巷道断面形状、几何参数及支护形式 巷道名称 进、回 风 断面 形状 净宽 （m） 净高 （m） 净断面 () 支 护 形 式 回风顺槽回风矩形 4.02.811.2 锚网梯加锚索联合支护 进风顺槽进风矩形 4.52.812.6 锚网梯加锚索联合支护 瓦斯尾巷回风矩形 32.88.4 锚网梯加锚索联合支护 切 眼回风矩形 72.819.6 锚网梯加锚索与工字钢配 合单体液压支柱联合支护 联络横贯回风矩形 1.52.3.0 锚网支护 联络巷进风半圆拱 3.02.88.03 锚网喷支护 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第二章 工作面巷道布置 - 12 - 第四节第四节 工作面开切眼、停采线位置的确定及依据工作面开切眼、停采线位置的确定及依据 一、工作面开切眼位置的确定及依据一、工作面开切眼位置的确定及依据 201 工作面西南为井田边界保护煤柱，按规定预留 40m 保护煤柱，东南 为一采区回风大巷，为了一采区回风大巷免受采场动压破坏，大巷留设保护 煤柱 40m，加上工作面瓦斯尾巷煤柱 20m，共计 63m，西北为尚未开采的 203 工作面，两个工作面的煤柱留设留待 203 工作面设计考虑。 开切眼沿 15 号煤层底板掘进，净宽 7m，净高 2.8m，首先使用综掘机施 工一个宽 4m，高 2.8m 的导峒，然后分段扩切眼，直到达到切眼设计宽度。 二、工作面停采线位置的确定及依据二、工作面停采线位置的确定及依据 本面为矿井基建后试产工作面，尚无矿压观测资料，根据毗邻的天池公 司101 综采放顶煤工作面矿压监测及倾向矿山压力分布规律研究研究报告 ，工作面超前支承压力影响范围为 13.322.06m，平均 17.27m，最大 22.06m，因此，工作面停采线与工作面皮带巷之间按 30m 留设，实际煤柱尺 寸根据工作面采到时，皮带巷矿压显现情况决定，原则上，以满足工作面安 全收尾为准。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 13 - 第三章第三章 采煤方法及工作面装备采煤方法及工作面装备 第一节第一节 采煤方法采煤方法 一、采煤方法的选择一、采煤方法的选择 201 工作面开采的15 煤层位于石炭系上统太原组，煤层厚度： 5.65.8m，平均为5.7m，倾角：46，平均为5；结构简单，一般多于 煤层中上部含1 层薄层夹矸，其厚度变异系数24.3%，可采性指数1，工作面 内全部发育，稳定可采，为一型，其顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩、泥 岩。 根据 15 号煤层的开采技术条件，本设计提出综采放顶煤和大采高一次 采全高综采两种回采工艺，分析比较如下： （一）综采放顶煤回采工艺综采放顶煤回采工艺 15 号煤层厚度 5.65.8m，平均为5.7m，倾角：46，平均为5，若 采高设计为 2.6m，则采放比为 1：1.19。 1、优点： （1）放顶煤开采在我国是一种成熟的厚煤层采煤方法，它利用采煤机 对 15 号煤层的底层进行破落装煤，经工作面前部刮板输送机运出，上部剩 余部分的顶煤利用矿压和自重垮落后，通过放煤口回收到后部刮板输送机运 出，具有技术成熟，产量高，效益高，工效高，动力消耗低，成本低，矿井 投产初期投资低，巷道布置简单的特点。 （2）和顺地区采用综采放顶煤工艺开采 15 号煤层，积累了丰富的使用 经验，且技术经济效益显著。 2、缺点： （1）资源回收率相对较低。顶煤的回收率一般不超过 75%，综放的回 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 14 - 采率一般在 8085%，与分层开采和一次采全高相比，工作面煤炭回收率明 显降低。 （2）工艺复杂，放顶煤时，瓦斯随着顶煤一起释放，工作面瓦斯涌出 量不稳定。 （3）15 号煤层的上部夹矸对放顶煤有一定的影响。 （二）大采高一次采全高工艺（二）大采高一次采全高工艺 根据国内采用大采高一次采全高综采工艺的开采经验，如晋煤集团、潞安 集团和西山煤电屯兰煤矿大采高的采高已经达到 6.5m 以上，而且设备已经 实现国产化，通过工业性实验是可行的。201 工作面 15 号煤的厚度一般在 5.65.8m，比较适合于大采高一次采全高工艺进行开采。 1、优点 （1）煤炭资源回收率高。采用大采高一次采全高工艺进行开采能够充分 使用 15 号煤层的厚度变化，其工作面综合回采率一般在 90%以上。 （2）大采高一次采全高设备效率能够得到充分发挥。根据神东矿区各 矿井，在煤层倾角 5以下、采高 4.0m 左右的条件下，采用引进大采高综 采设备的所有工作面单产突破了年产 500 万吨/年，有的已突破 1000 万吨/ 年。 （3）15 号煤层含有 12 层夹矸，可以通过机采破落。 2、缺点 （1）初期投资大。 （2）一次采全高综采液压支架的重量和外形尺寸的加大，矿井的井巷 宽度和高度相对较大，施工与支护难度相对提高，现有井巷工程需要改造， 从而进一步增加了矿井的投资。 （3）工作面采高大，表面张力也大，容易引起工作面煤壁片帮伤人。 （4）和顺地区及本矿对大采高一次采全高工艺缺乏经验。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 15 - 通过上述综合分析，虽然 201 工作面开采 15 号煤层采用综采大采高一 次采全高更合理，但综合考虑，仍然采用业已成熟的综采放顶煤回采工艺技 术。 （三）采煤方法的确定（三）采煤方法的确定 1 1、采煤方法、采煤方法 本工作面采用走向长壁顶板垮落综采放顶煤一次采全高采煤法。 2 2、落煤方式、落煤方式 割煤方式为双向割煤,往返一次割两刀,端头斜切进刀,斜切进刀长度不 小于 30m，截深 0.8m。具体操作如下： （1）采煤机向下（上）割透端头煤壁，同时自上（下）往下（上）推 移刮板运输机，并在煤机后将刮板运输机推出约 30m 的弯曲段，将两个滚筒 的上下位置调换，向上（下）进刀，通过弯曲段使得采煤机达到正常截割深 度（即 0.8m）。按要求推移刮板运输机至平直状态。 （2）将两个滚筒的上下位置调换，向下（上）割三角煤至割透端头煤 壁。 （3）割完三角煤以后，再次将两个滚筒的上下位置调换，采煤机空机 返回，进入正常割煤状态。 （4）采煤机正常割煤时，采用前滚筒截割工作面上部煤层，后滚筒截 割工作面下部煤层的割煤方式。 附图 1：采煤机进刀方式示意图 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 16 - 山西和顺隆华煤业有限责任公司 201综放工作面采煤机进刀方式图 图1 煤 采 机 煤 机 采 机 煤 采 机 煤 采 说明：A、采煤机到端头后，反机进刀。 B、采煤机进刀完毕，反机割三角煤。 C、割完三角煤，采煤机空机返回。 D、进刀完毕，采煤机进入正常状态。 二二 、采高的确定、采高的确定 201 工作面回采的 15煤层厚度在 5.65.8m，平均为 5.7m，采用 MG300/730-WD 交流电牵引采煤机割煤，采高范围：2.0-4.0m，截深 800mm，据此确定采高为 2.6m，采放比为 1：1.19，尽量减少动力负荷，少 采多放，实现高产高效。 工作面从开切眼开始回采后，采取顶煤预裂措施，减小初次放煤步距， 根据毗邻煤矿 15 号煤层放顶煤的情况，初次放煤步距设计为 8m；工作面结 束前，距停采线 15m 时停止放煤，如果顶煤破碎，则将工作面爬至煤层顶板 回采，为工作面撤除创造条件。 工作面两端头使用端头放顶煤液压支架将顶煤放出。 三、采煤工艺三、采煤工艺 1 1采煤工艺采煤工艺 本工作面采用综合机械化放顶煤采煤工艺。 2.2.采煤工艺过程采煤工艺过程 割煤移架推前溜放煤拉后溜。 2.2.工艺说明工艺说明 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 17 - 割煤: 双滚筒采煤机割煤，采高 2.6O.lm，截深 0.8m。割煤方式为双 向割煤,往返一次割两刀,端头斜切进刀,斜切进刀长度不小于 30m，截深 0.8m。 放煤: 放煤采用分段双轮顺序放煤，一刀一放,放煤步距 0.8m。 液压支架通过尾梁和插板的伸缩、摆动放顶煤，初次放煤在支架推过切 眼后顶煤自然垮落时进行，工作面收尾前 10m 停止放煤。采煤工作面两端头 通过剪网插板的伸缩操作，将端头支架上铺设的金属网切开的方式，放出端 头支架上的顶煤。 3.3.采放比采放比 割煤高度为 2.6m，放采比为( 5.72.6) :2.61：1.19。 4 4循环放煤步距的确定循环放煤步距的确定 由经验公式 L(0.150.20)h，则 放煤时，循环放煤步距为： L(0.150.20)h (0.150.2)(5.70.7) (0.150.2)5.00.751.0(m) 式中:h放煤口至煤层顶部垂高。 由此确定循环放煤步距为 L0.8m。 5 5工艺要求工艺要求 （1）见顶板矸石占放出物的 1/3 时停止放煤。 （2）若遇到大块煤不易放出时，可反复伸缩插板,小幅度上、下摆动尾 梁，使顶煤破碎后顺利放出，严禁放炮崩矸。 （3）放煤结束后应关好放煤口,并确保过煤高度不小于 500mm。 四、工作面正规循环生产能力四、工作面正规循环生产能力 201 综放工作面走向推进长度 675.41m,倾斜长 180m，煤厚平均 5.7m， 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 18 - 循环进度：0.8m。 1.循环产量的计算(Qx) (1)机采循环产量(QJ) QJ=1802.60.801.460.95519.29(吨) (2)放顶煤循环产量(QF) QF=1803.10.801.460.75488.80(吨) 。 则循环产量 QxQJQF519.29488.801008.09(吨) （3）平均回收率 （2.6953.175）/5.784.12 2.日产量的计算(QR) (QR)bnQX 241008.098064.72(吨) 式中： b生产班数，工作面采用“三八制”作业，二班生产一班检修， 故 b2； n每班循环数，n4 3.月产量的计算(QY) QYQR290.858064.72290.8519.87(万吨) (月生产不均衡系数取 85%。) 4.年产量的计算(QN) QN12QY1219.87238.44(万吨) 第二节第二节 工作面装备工作面装备 工作面设备总体配套见表 3-1。 表 3-1 201 综放工作面设备总体配套表 序号设备名称型 号备注 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第三章 采煤方法及工作面装备 - 19 - 1 液压支架基本液压支架：ZF5200/17/35 端头支架：ZFG6000/19/32 2 采煤机MG300/730-WD 型交流电牵引采煤机 3 刮板输送机前 部：SGZ800630 后 部：SGZ800630 4 转载机SZZ1000/400 5 破碎机 PCM200 6 胶带输送机SSJ1200/3250 7 泵站乳化泵：GRB315/31.5 喷雾泵：BPW315/16 8 辅助运输设备SQ120 型连续牵引车 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 20 - 第四章第四章 生产系统生产系统 一、煤炭运输系统一、煤炭运输系统 201 综放工作面201 进风顺槽201 运输巷东翼皮带主井煤仓 主斜井地面 二、辅助运输系统二、辅助运输系统 2.12.1 工作面回风顺槽工作面回风顺槽 副斜井1240m 轨道大巷201 回风顺槽联络巷201 工作面 回风顺槽201 综放工作面。 2.22.2 工作面进风顺槽工作面进风顺槽 副斜井1240 轨道大巷201 进风联络巷201 工作面进风顺 槽201 综放工作面。 三、供水系统三、供水系统 3.13.1 供水方式供水方式 201 工作面用水来自副斜井，经高压水管利用压力差输送至工作面。 3.23.2 供水系统供水系统 3.2.13.2.1 回风顺槽供水管路回风顺槽供水管路 地面水池（DN108）副斜井（DN108）1240m 轨道大巷（DN219） 201 轨道巷（DN108）201 回风顺槽联络巷（DN80）201 回风顺槽 （DN80）201 综放工作面。 3.2.23.2.2 进风顺槽供水管路进风顺槽供水管路 地面水池（DN160）主斜井（DN160）主副斜井联络巷（DN160） 1240m 轨道大巷（DN219）201 轨道巷（DN108）201 进风联络巷 （DN80）201 进风顺槽（DN80）201 综放工作面。 四、排水系统四、排水系统 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 21 - 4.14.1 排水方式排水方式 201 顺槽采用低洼处积水采用水泵经排水管路排出的方式。 4.24.2 排水系统排水系统 4.2.14.2.1 回风顺槽排水管路回风顺槽排水管路 201 回风顺槽（DN50）201 回风顺槽联络巷（DN50）201 轨道巷 （DN108）1240m 轨道大巷（DN180）副井井底车场（DN180）副井 中央水仓（DN1802）副井井筒（DN1802）地面矿井水处理站。 4.2.24.2.2 进风顺槽排水管路进风顺槽排水管路 201 进风顺槽（DN50）201 进风联络巷（DN50）201 轨道巷 （DN108）1240m 轨道大巷（DN180）副井井底车场（DN180）副井 中央水仓（DN180）副井井筒（DN1802）矿井水处理站。 五、压风系统五、压风系统 5.15.1 压风方式压风方式 201 工作面顺槽采用压风管线直接输入的方式。 5.25.2 压风路线压风路线 5.2.15.2.1 回风顺槽压风管路回风顺槽压风管路 地面压风机房（DN180）主斜井（DN180）主副斜井联络巷 （DN180）1240m 轨道大巷（DN219）201 轨道巷（DN159）201 回风 顺槽联络巷（DN108）201 回风顺槽（DN108）采煤工作面。 5.2.25.2.2 进风顺槽压风管路进风顺槽压风管路 地面压风机房（DN180）副斜井（DN108）1240m 轨道大巷 （DN219）201 轨道巷（DN159）201 进风联络巷（DN108）201 进风顺 槽（DN108）采煤工作面。 六、风量计算、通风系统及反风系统六、风量计算、通风系统及反风系统 6.1 风量的计算风量的计算 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 22 - 201 工作面按年设计生产能力 1.8Mt/a 计算，日产量为 Qp为 5454t/d， 则平均绝对涌出量 Q201绝为： Q201 绝=Q相Qp/1440=8.925454/1440=33.78m3/min 从安全角度考虑，按 45 m3/min 计算。 本设计考虑在 201 工作面上端头采空区埋管抽放采空区的瓦斯，瓦斯抽 放率在 30%以上，因此，采用埋管瓦斯抽放后，预计 201 埋管抽放瓦斯量为： Q抽=Q201 绝30%33.7830%=10.13m3/min 工作面实际瓦斯涌出量=总量-抽放量=33.78-10.13=23.65m3/min Q采=QA+QB=aq采K瓦K备/1%+bq采k瓦K备/2.5% =23.650.401.21.2/1%23.650.601.21.2/2.5% =1362.24+817.34=2179.58（m3/min） 取 2200 m3/min。 式中： Q采采煤工作面实际需要风量 m3/min； QA回风顺槽风量 m3/min； QB瓦斯尾巷风量 m3/min； a回风顺槽风排瓦斯量占工作面瓦斯涌出量的百分比%，取 40； b瓦斯尾巷风排瓦斯量占工作面瓦斯涌出量的百分比%，取 60； q采瓦斯绝对涌出量 m3/min； K瓦采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数取 1.2； K备采煤工作面风量备用系数取 1.2。 201 工作面布置了专用排放瓦斯巷道 ，其排放瓦斯浓度可控制在 2.5%以 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 23 - 下，增加了工作面风排瓦斯量，所以采用瓦斯抽放系统及布置瓦斯尾巷等措 施后，2200m3/min 可以满足工作面供风排放瓦斯的需求。 6.26.2 风量验算风量验算 6.2.16.2.1 按工作面最多人数验算 Q=4N=450=200m3/min 式中:Q工作面所需风量 m3/min； N回采工作面同时工作最多人数，50 人。 6.2.26.2.2 按风速验算按风速验算 60VminSQ60VmaxS 式中:Q工作面所需风量 m3/min； Vmin、Vmax工作面所允许的最小风速和最大风速 Vmin=0.25m/s、Vmax=4m/s； S201 进风顺槽有效通风断面按 12.6m2设计； 60VminS=600.2512.6=189m3/min； 60Vmax=60412.6=3024m3/min； 60VminS2200m3/min 60VmaxS。 通过验算可知，工作面配风量 2200m3/min，符合煤矿安全规程规 定。 6.36.3 通风线路设计通风线路设计 6.3.16.3.1 工作面通风方式工作面通风方式 201 工作面采用“一进二回”的通风方式 。 6.3.2 工作面通风系统工作面通风系统 副斜井1240m 轨道大巷201 轨道巷上车场绕道201 轨道巷201 进风联络巷201 进风顺槽201 工作面201 回风顺槽(201 瓦斯尾巷) 201 回风巷总回风巷回风斜井地面。 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 24 - 6.3.3 工作面局部反风工作面局部反风系统系统 回风斜井东回风大巷201 回风巷201 回风顺槽201 工作面201 进风顺槽201 进风联络巷201 轨道巷201 轨道巷上车场绕道1240m 轨道大巷副斜井地面。 七、供电系统七、供电系统 201 综采放顶煤工作面动力电源来自采区变电所，总装机容量为 4282KW，共分二组进行供电。第一组是工作面及顺槽皮带 10KV 变电站，装 机容量为 4100KW；第二组是绞车运输和排水用电，装机容量为 282KW。采区 变电所到工作面高压供电线路全长 2400m，低压供电线路全长 1100m。 根据现场实际和工作面负荷情况，共分二路由采区变电所供给 201 工作 面配电点。第一路是从采区变电所引出一条 10KV 高压电缆 YJV226/10 6/103150mm，经一采区轨道上山201 进风联络巷201 配电点高防 开关（供工作面设备及顺槽皮带） ；第二路是从采区变电所引出一条 MY0.38/0.66 0.38/0.66370+125 低压电缆经一采区轨道上山201 回风顺槽联络巷 配电点馈电开关（供绞车运输及排水） 。工作面移动变电站布置在进风顺 槽内距切眼 110 米处（供工作面中各设备用电） 。两条顺槽分别安装一台无 极绳绞车，工作面两端各安装一台 25T 绞车，供下料用。 7.1 高压供电系统高压供电系统 采区变电所（10KV YJV22 3150 mm2）一采区轨道石门（10KV YJV22 3150 mm2）采区轨道下山（10KV YJV223150 mm2）201 配电 点高防开关201 工作面移动变电站。 201 工作面高压供电系统图见图 4-1。 7.2 低压供电系统低压供电系统 7.2.1 进风顺槽低压供电系统进风顺槽低压供电系统 采区变电所（MY0.38/0.66 370 mm2）采区轨道石门（MY0.38/0.66 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 25 - 370 mm2）采区轨道下山（MY0.38/0.66 370 mm2）201 配电点400 馈电开关（MY0.38/0.66 370 mm2）绞车、无极绳绞车、水泵。 7.2.2 回风顺槽供电系统回风顺槽供电系统 采区变电所（MY0.38/0.66 370 mm2）1150 大巷（MY0.38/0.66 370 mm2）201 回风顺槽联络巷（MY0.38/0.66 370 mm2）400 馈电 开关（MY0.38/0.66 370 mm2）绞车、无极绳绞车、水泵。 (3号号 (1号号 (2号号 (4号号 150A BGP9L-10G 400A 100A BGP9L-10GBGP9L-10G 图 4-1 201 工作面供电系统图 八、防火注浆系统八、防火注浆系统 风井地面注浆站风井（DN125）总回风巷（DN125）201 回风巷 （DN125）201 进风、回风顺槽联络巷（DN125）201 进风顺槽（201 回 风顺槽） （DN100）201 工作面。 九、安全监测（控）系统九、安全监测（控）系统 使用 KJ90 煤矿安全监控系统，采用 RS485 电缆通讯方式，现有监控分 201 综采放顶煤工作面设计方案说明书 第四章 生产系统 - 26 - 站（包括备用分站）共 13 台，其中大分站 5 台、中分站 2 台、小分站 6 台。 9.1 系统结构系统结构 KJ90NA 型煤矿安全监控系统地面监控中心站采用分布式处理模式，树 型主干连接，全网络化结构，网络构成为 Ethernet 以太局域网，通信协议 为 TCP/IP、NETBUI、SPX/IPX 等。 9.2 工作面安全监控系统工作面安全监控系统 地面监控室副斜井+1240 轨道大巷201 轨道巷201 进风联络巷 工作面进风顺槽工作面电站（安装分站一台，风速传感器一台，温度传 感器一台，断电仪一台接三机信号开停）综放工作面（安装上隅角 CH4 传 感器）工作面回风顺槽里段（安装工作顺风流 CH4 传感器）工作面回风 顺槽端头（安装工作面回风流 CH4、CO、温度传感器及瓦斯尾巷 CH4、CO、 温度传感器） 。 十、工作面瓦斯抽放系统十、工作面瓦斯抽放系统 由于二采区下山及回风立井尚未开工，加之 201 工作面开采范围为低瓦 斯，故暂不设计地面瓦斯抽放系统。为了防止 201 工作面试生产期间，临近 层的瓦斯偏高影响工作面生产，本设计在 104 进风联络巷内施工一座井下移 动瓦斯抽放站，届时，工作面埋管抽放采空区的瓦斯。 10.110.1 抽放设