兴旺煤矿11201综采工作面设计.doc

第一章 工作面概况11202工作面和11201工作面位于技改矿井的东翼采区（一采区）的东北部，地面的相对位置在山体上，地表无建筑物。地面地形为典型的高山剥蚀地貌，覆盖厚度182-203m。井下相对位置在一采区东112#集中运输巷的东北侧。工作面东北部为矿井相距20m作为保护煤柱，水、火、瓦斯对本工作面影响不大。11201工作面设计走向长150m，斜长750m，平均采高1.10m，工业储量约14.8470万吨。大巷设保护煤柱45m，11202可采走向长为150m，斜长462m，可采储量9.7020万吨。附：11201、11202综采工作面井上下对照图第二章 地质概况第一节 地面相对位置及邻近采区开采情况表表2.1 地面相对位置及邻近采区开采情况表水平名称+1872m水平采 区 名 称11201、11202地面标高（m）2054-2074井下标高（m）1872-1877地面的相对位置及建筑物地面的相对位置的山体上，地表无建筑物。井下位置及掘进对地面设施的影响11202工作面和11201工作面位于井田东翼采区（一采区）的东北部，采区集中运输巷的东部，地面为相对施工地点高差182-202m的山体,对地面无大影响。邻近采区开采情况无采空区,巷道设计终端（即切眼位置）与FB17相邻。走 向62倾向5长 度1100m 第二节 煤（岩）层赋存特征11201布置于12#煤中，并沿12#煤底板拉掘进，倾角为3-6，平均4，属近水平煤层。工作面为一单斜构造，根椐目前巷道揭露及地质报告资料分析，在运输石门开口位置中间有一陷落柱，掘进中可能有小的断层揭露，未发现岩浆侵入及河流冲刷现象，故对12#煤层掘进不造成影响。该区域为低瓦斯煤层。其顶、底板情况分述如下：11202工作面和11201工作面煤层为简单结构煤层，该工作面从一采区东12#层集中运输巷揭露其厚度为1.1-0.8m，根据掘进情况推断该工作面煤层厚度为1.01.2m，平均厚度为1.1m。1.12#煤层顶板情况：煤层顶板岩性为粉砂岩，较稳固，厚度为8.4416.2m，性脆，胶结较好。单项抗压强度36.751.4MPa；抗拉强度1.082.4MPa;抗剪强度2.697.91MPa,平均为3.856.15MPa。根据相邻工作面情况，顶板中等冒落，较难管理，隔水性好。2.12#煤：暗黑色或褐黑色，块状，油脂光泽，比重1.4，硬度23度，性脆，具棱角状、不平坦断口，内生裂隙不发育，少有结核状。3.12#煤层底板情况：多为粉砂岩、泥岩。岩性为黑色，块状，性脆。平均厚度为1.804.21m。遇水易泥化，在一定条件下（顶板来压）易发生底鼓现象，隔水性好。4.对11202工作面和11201工作面的瓦斯预测预计相对瓦斯涌出量为1.72m3/t（按明年预计产量15万t及日产量600t计算），绝对瓦斯涌出量为0.12m3/min。虽然瓦斯含量低，但由于该工作面开采深度大，煤层赋存条件好，有可能在回采工作面上隅角形成瓦斯集聚，应加强瓦斯检测和安全通风，防止瓦斯造成危害。5. 煤尘爆炸性：12#煤层自燃性和爆炸性进行鉴定，12#煤层有爆炸性危险，自燃倾向性属三类，为不容易自燃煤层。但该矿井未有发火史，但回采期间应做好自燃发火的预测预报工作，采取相应的防灭火措施，并做到回采完后及时封闭。附：11201、11202综采工作面综合柱状图第三节 地质构造根据邻近巷道揭露情况，在东12#集中运输巷有一3060m的陷落柱，同时预计在巷道施工中可能揭露几条较小的断层，但不会影响施工。第四节 水文地质11202工作面和11201工作面掘进时主要以含水层裂隙水为主，含水量微弱，补给不充分，正常情况下工作面仅有滴水及淋水现象，掘进中正常涌水量预计为13m3/h，最大涌水量为5m3/h；采空后对地面裂隙及时回填，防止雨季地面水灌入井下。 水害危胁分析：11202工作面和11201工作面位于矿区位置较低部位，可能存有积水。若有采空区以废气为主，掘进及回采过程中应注意预防，不属带压开采煤层。存在问题及建议1、工作面顶板为粉砂岩，爆破震动后形成裂隙，易冒落，应加强支护。2、工作面掘进头易造成积水不易排出，应备有排水设备，并执行“有掘必探、先探后掘”的探放水原则。3、该工作面埋藏较深，通风科及安监科应加强通风及瓦斯管理第五节 储量统计本工作面工业储量25万吨，可采储量20.049万吨，储量统计见表1.3。表1.3 储量统计表工 作 面编号面 积（m2）倾 角 （度）煤 厚（m）密 度（t/m3）工业储量（万吨）1120111250031.11.514.8470工 作 面编号面 积（m2）倾 角 （度）煤 厚（m）密 度（t/m3）工业储量（万吨）112026930031.11.59.7020第三章 工作面巷道布置及准备第一节 巷道布置兴旺煤矿为突出矿井，布置有运输（皮带）巷、轨道巷及分区回风巷。其中运输（皮带）巷 ，服务于整个矿井的运煤；轨道巷服务于运料系统，回风巷服务于整个矿井的回风系统。在采区集中运输巷与井底布置有两个中央水仓。根据矿井巷道布置及瓦斯情况，工作面布置皮带运输巷和回风两条巷道，采用一进一回的“U”型通风系统；在顺槽尽头布置切眼连通11201运输巷和11201回风，构成工作面运输及通风系统；回风巷与运输巷直接连通形成工作面回风系统。掘进工程量见表3.1。表3.1 掘进工程量统计表巷道名称11201运输巷11201回风巷11202运输巷11202回风巷切眼总工程量工程量（m）7507454663002261支护形式梯工钢梯工钢梯工钢单体梯工钢第二节 工作面参数一、采长11201工作面位于技改矿井东翼采区（一采区）的东北部。根据煤层赋存情况，综合邻近采空区考虑工作面位置、矿井边界保护煤柱位置以及设备配备等因素，确定工作面采长为710m，11202工作面采422。二、走向长度根据矿井边界保护煤柱位置和集中运输巷和11201回风巷沿空留巷保护煤柱的位置，确定工作面可采走向长度130m,11202采走向长170m。三、采高该工作面煤层厚度为1.1，设计采用综采一次采全高工艺，采高1.10。四、煤柱尺寸沿空巷留设煤柱15m；11201回风巷与11201采空区保护煤柱为15m；11201工作面边界保护煤柱为20m。第三节 巷道断面设计根据工作面巷道布置以及煤层赋存情况，设计巷道均采用矩形断面，本设计参考采矿工程设计手册2003版进行设计。一、11201运输巷断面设计、巷道净宽Ba+b+c式中：B-巷道净宽；a1-非人行道侧宽度，取0.45m；b-掘进机宽度，2.55m；c1-人行道侧宽度，取1m；将以上数据代入公式:B0.45+2.55+1.04m、巷道高度按设备最大高度验算：Hh1+h2+h3 式中：h1-设备高度，取1.7m（取转载机的高度） h2-设备顶端距巷道顶板高度0.5m；h3-工字钢厚度，取0.1m；将以上数据代入公式:H=1.7+0.5+0.1=2.3m。考虑该巷道受压变形等因素，确定施工高度为2.4m，亦可以满足设备运输要求。、巷道断面SBH=（4+2.8）2.4/28.16m2。、风速验算V皮= Q皮/(60S)式中：Q皮-皮带巷设计配风量，600m3/min（见第五章）；V皮-皮带巷风速；将以上数据代入公式:V皮= Q皮/(60S)600/(608.16)=1.23m/s由于0.25 m/s1.23 m/s4 m/s，该巷道可以满足通风要求。二、11201、11202回风断面设计、巷道净宽Ba+b+c式中：B-巷道净宽；a1-非人行道侧宽度，取0.45m；b-掘进机宽度，2.55m；c1-人行道侧宽度，取1m；将以上数据代入公式:B0.45+2.55+1.04m、巷道高度该工作面12#煤层为薄煤层，煤层厚度1.1，巷道跟顶拉底掘进。按设备最大高度验算：Hh1+h2+h3 式中：h1-设备高度，取1.7m（取转载机的高度） h2-设备顶端距巷道顶板高度0.5m；h3-工字钢厚度，取0.1m；将以上数据代入公式:H=1.7+0.5+0.1=2.3m。考虑该巷道受压变形等因素，确定施工高度为2.4m，亦可以满足设备运输要求。、巷道断面S（4+2.8）2.4/8.16m2。、按风速进行验算V回= Q回/(60S)式中：Q回-回风巷设计配风量，600m3/min（见第五章）V回-回风巷风速；将以上数据代入公式:V轨= 600/(608.16)=1.23m/s；0.25 m/s1.23m/s4 m/s，故11201、11202回风巷断面设计合理。三、切眼断面设计、切眼净宽支架最低高度0.75m时，长度为3.88m，考虑安装影响，切眼宽度设计为4.8m； 、切眼高度切眼跟顶掘进，设计高度为1.8m。、切眼断面SBH=4.81.88.64m2。、按风速进行验算V切= Q切/(60S)式中：Q切-切眼设计配风量同皮带巷，600m3/min（见第五章）V切-切眼风速将以上数据代入公式:V切= 600/(608.64)=1.16 m /s0.25 m/s1.16 m/s4 m/s，故切眼断面设计合理。8、其它硐室断面设计绞车硐室：净宽3.6m，净高2.4m，深3.0m；油脂库、备件库及避难硐室：净宽3.6m，净高2.4m，深5.0m。9、巷道参数汇总一览表巷道参数汇总一览表序号巷道名称设计高度设计宽度断面积备注111201运输巷2.4m4m8.16m2211201回风巷、11202回风巷2.4m4m8.16m23切眼1.8m4.8m8.64 m24绞车硐室/油脂库2.4m3.6m8.64m2深3m /5m 33m/5m5移变硐室2.4m3.6m8.64m2深5m第四节 巷道支护设计一、运输、回风巷支护设计1、支护设计理论本工作面根据悬吊理论设计支护参数。（参考袁和生编煤矿巷道锚杆支护技术1997版）2、参数计算依据及步骤根据工作面巷道布置位置，受采动影响最大，故首先确定的支护参数。（1）、巷道两帮破坏深度C的确定式中：K-应力集中系数，KKsKa=2.81.114=3.119；Ks-与巷道断面形状有关的应力集中系数，选取2.8；Ka-受临近工作面采空区影响的系数，由下式确定：X-煤柱实际宽度， X15m；rm-老顶单向抗压强度，rm=60 MPa;h-采高,取最大采高，h1.25m；hi-直接顶厚度，取2.00m；cc-被巷道切割的煤层单向抗压强度，cc10 MPa；-巷道上覆岩层的平均容重， 25 kN/m3；H-巷道埋深， 202m；-煤层倾角， 3;hc-被巷道切割的煤层厚度，1.1m；l-巷道切割煤层（岩层）的最大宽度，3.7m；-煤层波松比，取0.45；-煤层内摩擦角，45；代入数据，得C1.236m表2.2 应力集中系数Ks的选取巷道形状炮 掘机 掘梯 形2.3表2.3 煤层的波松比煤层强度cc（MPa）300.50.450.40.3、巷道顶板破坏高度b的确定对于顶板为均质岩层，b由下式确定式中：a-悬臂岩层的半跨距， 2.0m；C-巷道两帮破坏深度， 1.236m；-考虑水平应力作用的巷道侧压系数，0.818；表2.4 节理、层理发育程度分级表节理、层理分级发育程度分级很不发育不发育中等发育发育很发育节理间距D1（m）3130.410.10.42120.310.10.325t/m2，支架选型合理。二、端头支护采用单排密集柱、戴帽点柱、贴帮点柱配合端头支架支护两端头顶板。在端头落山侧支架顶梁与掩护梁交接延长线板梁下支设密集支柱，柱距0.3m，一柱一帽，柱帽垂直于工作面布置，密集柱回移步距为0.6m。当老山悬顶超过10m2时，采用双排密集，“三花型”布置，排距0.6m。从密集柱起，在保险煤帮侧支设一排贴帮点柱至超前支护处。柱距为1.0m；从保险帮点柱起，以排距0.8m，柱距1.0m，向端头支架侧支设单体戴帽点柱，柱帽规格：长宽厚600150100mm。端头维护的单体必须迎山有力，单体的初撑力必须达到90kN，单体之间必须装防倒装置。三、超前支护（1）、两巷超前支护距离两巷超前支护长度不少于20m。（2）、两巷超前支护形式运输巷、回风巷均为梯工钢支护，间距为0.6m，两单体挑梁端100mm，。距工作面煤壁10m范围内，运输巷在满足人行道宽度的前提下，在板梁下距工作面煤帮侧紧贴转载机支设一排单体支柱，形成一梁三柱的支护形式；运输巷在板梁下距保险煤帮侧单体0.8m处支设一排单体，形成一梁三柱的支护形式。两巷超前支护的单体必须垂直顶、底板，打成一条直线，单体支柱初撑力必须达到90kN以上，单体串拴牢固。如工作面压力较大，两巷顶板破碎、底鼓、人行道宽度不够等隐患时，应采取相应安全技术措施。四、遇地质构造时工作面顶板支护（1）、工作面顶帮破碎条件下支护当工作面顶板破碎以及工作面片帮严重时，必须及时带压拉架，并正确使用伸缩梁，工作面端面距大于340mm时，在该处每道支架的顶梁上穿入两根板梁，挑至煤壁，板梁穿入支架顶梁长度不少于1.0m。巷道内顶板破碎、压力大时，在“兀”型梁间加套板梁或圆木棚，板梁规格为1/2(2003500mm)，圆木规格为1803800mm，板梁（或圆木）上方用背板、柱帽勾顶，保证接顶严实，有效护顶，单体支柱的支设规定与超前支护中规定相同。（2）、过断层等特殊地带当工作面过断层或顶板破碎带时，必须及时带压拉架，工作面端面距大于340mm时，在该处每道支架的顶梁上穿入两根板梁，挑至煤壁，板梁穿入支架顶梁长度不少于1.0m。巷道内顶板破碎、压力大，底鼓、人行道宽度不够时，及时采取安全技术措施。回采过程中，如果地质条件变化较大，上述支护形式不能有效维护顶板时，必须及时补充专项技术措施。工作面如遇到落差较大的断层需要采取放震动炮的措施通过时，另行编制专项措施。5、矿压监测工作面支架每架安装一组压力表，及时观测并进行反馈，发现问题及时采取措施处理。附：11202工作面和11201工作面矿压监测监控示意图。第七节 生产系统一、运输系统运煤系统：工作面11201运输巷东12#层集中运输巷皮带运输巷主平硐地面。运料系统：材料、设备经地面木料厂、机电科设备库等，沿下列路线运至工作面。地面副平硐轨道下山井底联络巷东12#层集中运输巷11201运输巷使用地点。二、供排水系统供水：地面轨道下山井底联络巷东12#层集中运输巷11201、11202运输巷、回风巷各转载点。排水：回风巷、运输巷东12#层集中运输巷井底中央水仓地面。三、人员出入井路线入井：地面副井或主井井底联络巷东12#层集中运输巷11201运输巷工作面。出井：沿入井路线返回。附：11201、11202综采工作面运输系统图第八节 供排水一、供水1、工作面供水系统：地面净化水池副井东12#层集中运输巷11201、11202回风巷、运输巷工作面各转载点。2、采煤机必须有内、外喷雾，并保证完好，采煤时必须喷雾降尘；喷雾流量与机型相匹配;运煤各转载点必须设置转载点喷雾，并保证转载点粉尘浓度不超标；工作面每架安设一个架间喷雾，降架时必须喷雾降尘。3、采煤机的选型由生产厂家提供，各转载点、架间采用自动喷雾的水量要满足灭尘要求。4、工作面耗水量采煤机的耗水量为：0.5m3/min,架间喷雾耗水量为：0.05 m3/min，转载点耗水量为：0.05 m3/min，净化水幕耗水量为：0.06 m3/min，每分钟最大耗水量为：0.5+1420.05+50.05+40.068.09 m3/min。5、管路选择及敷设副井（4寸管）东12#层集中运输巷11201、11202回风巷、运输巷（3寸管）二、排水1、涌水量情况11202工作面和11201工作面最大涌水量为5m3/h，正常涌水量为3m3/h。2、排水系统11202工作面和11201工作面涌水自流至运输巷、回风巷低洼处的集水池，通过水泵及排水管经井底中央水仓排至地面。三、水泵、排水管选择在回风巷、运输巷各备用两台水泵及排水管路以防突水。排水管路不能满足时，可将提前改制好的快速接头接至净压水管路中排水。回风巷、运输巷排水泵选用2台80D-30*4型污水泵，一备一用，排水管为108mm。 四、工作面水泵、排水管路的能力计算（1）、水泵选择、最小排水能力确定正常涌水时：=1.23=3.6(m3/h)最大涌水时：=1.25=6(m3/h)、水泵扬程(m)、水泵型号及台数根据、，选择80D-30*4型水泵，该水泵额定流量=48m3/h，单级额定扬程=30m，最高效率0.69，对应允许吸上真空度4.3m。正常涌水时水泵工作台数 取1台水泵级数 取=4级备用水泵台数 取1台最大涌水时，工作水泵台数 取1台有+=2，且正常涌水量为3m3/h，备用水泵台数满足要求。所以选择2台30KW水泵，1台工作，1台备用。、排水管路选择因正常涌水量在50m3/h以下，可铺设一条管路。管径计算选择标准管道108mm热轧无缝钢管，壁厚4mm。因排水高度94.7m400m，故无需进行管道壁厚验算。附：11201、11202综采工作面防尘、排水及防灭火系统图第九节 劳动组织采煤工作面采用“三八”工作制，实行两班生产，一班检修，实际所需人员按工种配置。采用专业工种与综合工种相结合的追机作业方式。工作面劳动组织如表4.9所示。表4.9 劳 动 组 织 表 序号班次人数工种甲 班乙 班丙 班小 计1工长23242采机司机33393支架移溜工353114端头维护工444125运输机司机484166电 工353117防尘工12148验收员1113合计21人312173说明全队在册91人，队干8人，材料员及核算员4人，送饭3人，轮休3人，圆班出勤83人，出勤率91。第五章 通风与安全第一节 通风系统一、通风系统的选择根据相邻工作面瓦斯涌出量及2011年瓦斯涌出量鉴定结果，11201、11202综采工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为1.72m3/min左右，相对瓦斯涌出量为2.1m3/t（按日产量650t），但根据目前其它工作面回采过程中瓦斯涌出情况，该工作面上隅角易形成瓦斯积聚,为保证安全生产，该工作面需进行上隅角瓦斯埋管抽放。进行瓦斯抽放后，预计抽放效果可达到25%，抽放瓦斯量为1.5m3/min。该工作面采用“一进一回”的U型通风系统。工作面总配风量为600m3/min，通过上隅角的瓦斯抽放，上隅角瓦斯浓度预计在0.4-0.5%左右；回风巷内的瓦斯浓度均在0.2%以下。二、工作面通风系统风流方向如下：新鲜风流：地面主井东12#层集中运输巷、皮带（运输）巷11201、11202运输巷11202工作面和11201工作面污风风流：11202工作面和11201工作面东12#层专用回风巷回风井地面。附：11201、11202综采工作面通风系统图第二节 风量及阻力计算一、回采期间（一）回采期间的风量计算1、工作面风量核定根据中华人民共和国安全生产行业标准（AQ1056-2008）回采工作面供风计算：（1）按照采煤工作面气象条件计算： 公式：Q采Q基本K采高K采面长K温式中：Q采-采煤工作面需要风量， m3/min K采高-采煤工作面采高调整系数，取1.1 K采面长-采煤工作面倾斜长度调整系数，按照标准取1.1 K温-采煤工作面温度调整系数，取1.0Q基本-不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min Q基本=150V采S采70% （m3/min） 式中：V采-采煤工作面适宜风速，m/s ，取2m/sS 采-采煤工作面的最大控顶时净断面积m2，S采= (3.6+4.8)/21.25 =6.912m2 Q基本=15026.91270%=1452m3/min Q采14521.111.1=1756m3/min （采高1.18、K采高取1.1，面长150m、K采面长取1.1，温度20,K温取1）（2）按回采工作面回风流中瓦斯浓度不超过0.8%计算： Q采q采KCH4100/0.8 m3/min K CH4采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.2；q采采煤工作面回风流中瓦斯平均绝对涌出量，m3/min（参考相邻工作面生产过程中瓦斯涌出情况），q采2.4m3/min Q采=2.41.2100/0.8=360m3/min（3）按回采工作面同时作业人数计算: 公式：Q采4N 4每人供风量，4 m3/min； N工作面同时作业最多人数 Q采=444=176 m3/min(综采) 工作面风量应取以上三种风量计算的最大值，应取572m3/min。根据相邻其他工作面开采过程中瓦斯涌出及处理情况，当工作面风量为600m3/min左右时，处理瓦斯效果最好，因此确定该工作面计划配风量为600 m3/min。（4）按最小、最大风速验算：15SQ采240S式中：S工作面平均断面积158.66=130m3/min600m3/min2408.66=2078m3/min2、工作面能力核定（1）根据Q采计算出工作面最大配风时所能稀释的安全值以下瓦斯绝对量q采按照算出采面的日产量。其中：Q瓦=q采1.2=2.88m3/minq瓦=5.31m3/t(参照上半年工作面的相对瓦斯涌出量)=781t式中：T-采面日产量， t;Q瓦-一天内平均绝对瓦斯涌出量，m3/min