采煤工作面设计.ppt

采煤工作面设计,集团公司区域性瓦斯治理 突出采煤工作面及保护层工作面 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,（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。 （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。 （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,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： （一）经集团公司批准的采区设计。 （二）区域性瓦斯治理规划。 （三）经单位技术负责人批准的地质说明书。 （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,（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。 （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。 （三）简要分析说明工作面回采对地面建筑物、水体的影响。 （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。 （五）瓦斯涌出量预测 （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。,（七）各系统设计说明中要包括下列内容: 1.主运输系统设计 2.辅助运输系统设计 3.通风系统设计（包括掘进及回采期间的通风系统） 4.供电系统设计 5.供水及综合防尘系统设计 6.排水系统设计 7.监测监控系统设计，包括顶板监测设计 8.压风自救系统设计 9.防灭火系统设计 10.通讯系统设计 11.采面液压系统设计 12.采面照明系统设计 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,（八）专项设计： 1.防突专项设计 设计中要分掘进和回采两个阶段分别进行防突设计 2.瓦斯抽放设计 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。 3.水害防治专项设计 （九）安全技术措施： 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,（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。 （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。 （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,第一节 工作面概况 一、采面概况 二、煤层赋存情况 三、地质构造 四、顶底板岩性 五、水文条件 六、瓦斯 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,一、危险源分析 1、顶板 2、水害 3、煤层自燃 4、瓦斯 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,一、巷道的断面形状 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。 二、巷道断面尺寸 1、巷道净宽度 2、巷道净高度 3、巷道净断面面积 4、巷道掘进断面面积 三、支护 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,第一节 主运输系统 第二节 辅助运输系统 第三节 通风系统 第四节 供水及综合防尘系统 第五节 排水系统 第六节 通讯系统 第七节 监测监控系统 第八节 压风自救系统 第九节 防灭火系统 第十节 采面液压系统 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,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,一、供水系统 1、采面主要用水点 （1）机风巷净化水雾、洒水灭尘 （2）泵站用水量 （3）转载点、架间喷雾 （4）煤机冷却、喷雾 （5）输送机冷却水 Q =（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）K 式中： K水量备用系数取1.2 2、供水管径 Dp=4Q/（3600Vp） 式中：VP水速,二、综合防尘系统 1、防尘管路利用供水管路，每50m安设一个三通阀门。 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。 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。 4、个人佩戴防尘口罩。,第六节 通讯系统,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。 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： 1、机巷转载机头； 2、风巷切眼往外100m处； 3、瓦斯抽放泵站； 4、机巷外口； 5、乳化液泵站。,第七节 监测监控系统,一、瓦斯检测 1、掘进期间 风巷上掘进机，司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。 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： （1）距掘进工作面5m处； （2）巷道回风口以里1020m处。 2、回采期间 采煤机司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。 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%,其位置分别是： （1）风巷里口（距回采工作面1015m）； （2）风巷外段（风巷回风道以里约1020m）； （3）采面（距上出口15m）； （4）机巷（距采面510m）； 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。 二、顶板监测 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,一、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） 二、压风自救管选择 三、压风自救站设置 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。 2、回采期间： （1）机巷安装一组压风自救，安装位置机巷切眼外100m处,（2）风巷 1、在切眼往外2540m处安装一组压风自救。 2、在回风口以里5m处安装一组压风自救。 3、在风巷每组绞车处安装两个压风自救。 四、压风自救管理 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,采面煤层为自燃煤层 时，需采取防灭火措施。 一、采空区注浆 、日注浆量 QJ=(Qt+QS)M 式中： QJ日注浆量，m3； Qs日注浆水量，m3； Qt日注浆土量，m3； M泥浆制成率； QS=KSQt 式中： KS水量备用系数，m3；,Qs日注浆水量，m3； 浆水比的倒数； Qt=KmLHC 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,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。 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,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,一、防突设计 二、瓦斯抽放设计 三、水害防治专项设计,第一节 防突设计,一、工作面掘进期间防突措施： 1、风巷 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。 每5m预测一次，预测孔深7m，预测不超允许进尺5m。 2、机巷 1）直接执行防突措施 2）效果检验 3）巷帮卸压孔 4）前探孔 5）机巷预抽巷穿层孔,二、工作面回采期间的防突措施： 1)执行前探、卸压、抽放、注水孔 2)预测预报 三、安全防护 （一）、压风自救 1、压风自救的安装与调试与管理 （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）。 （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1.61.8米。 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。 （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。,（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。 （二）、防突反向风门的设置 防突反向风门严格按防突细则第95条规定进行设置 （三）、避难硐室设置要求 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。 （四）、放炮管理 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,一、概况 二、抽放瓦斯的必要性 三、抽放系统的选择 四、瓦斯抽放系统管径选择 五、瓦斯抽放泵的选择 六、建立扩大泵站 七、泵站供电、排水的确定,一、概况 综合鉴定采区的突出情况，划分采面突出危险等级。 二、抽放瓦斯的必要性 1、工作面可以供给的风量 Qg = 60LHv 式中： L最小控顶距，m H采高，m 有效断面系数 V 规程允许的最高风速，m/s 2、采面瓦斯涌出量预测 （1）相对瓦斯涌出量 Qa=（Wa-Wc）（L-Lh）/L 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 。,（2）绝对瓦斯涌出量 Qy=QaA/1440 3、工作面所需风量计算 Qb=100QyKw 式中： Kw工作面瓦斯涌出不均衡系数 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,（1）本煤层抽放系统 （2） 机巷预抽巷穿层孔抽放系统 （3） 抽排巷抽放系统,三、抽放系统的选择 1、通风方法可以解决的瓦斯含量 Wb=2460Qg C /（100A Kw）+Wc 式中： Wb通风方法可以解决的瓦斯含量，m3/t； C 规程允许的最高瓦斯浓度； Qg工作面可以供给的风量，m3/min ； A 工作面日产煤量，t； Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的10% 15% Kw瓦斯涌出不均衡系数 2、煤层抽放可以解决的瓦斯含量 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 式中： We本煤层抽放可解决瓦斯含量，m3/t； Wa开采煤层原始瓦斯含量， m3/t ； k 预抽率,3、机巷预抽巷穿层孔抽放可以解决的瓦斯含量 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 式中： Wt 抽放瓦斯纯流量 ，m3/min ； A 工作面日产煤量，t； 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 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。 5、抽排巷.抽放 抽排巷抽放需要解决的瓦斯含量 Ws = Wa- Wb- We- Wg,四、瓦斯抽放系统管径选择： 1、煤层抽放管径选择 （1）煤层抽放混合流量计算 煤层抽放，百米钻孔抽放量按Qb计算，取成孔率K： 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 抽放瓦斯浓度为a 则 Qc1= Q1/a 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 抽放瓦斯浓度为a 则 Qc2= Q2/a 3）本煤层总抽放混合流量：Q纯=Qc1+ Qc2,（2）抽放管径的选择： 1）机巷、风巷抽放混合流量 Q1、 Q2，则： d = 0.1457 式中： d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min， v 管内瓦斯流速， m/s 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 2）本煤层总抽放混合流量Q纯 ，则： d = 0.1457 式中： d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min， v 管内瓦斯流速 ，m 计算出d值，选取内径大于d的钢管作为煤层抽放主干管 。,2、机巷预抽巷抽放管径选择 1）机巷预抽巷抽放混合流量计算 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 2）机巷预抽巷抽放管径的选择 d = 0.1457 式中： d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min； v 管内瓦斯流速， m/s 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。 3、抽排巷抽放 1）抽排巷抽放需要解决的绝对瓦斯涌出量 Qc =WsA / 1440 2）若抽排巷抽放浓度k计算,混合瓦斯流量为: Qc“ = Qc /k 由公式d ” = 0.1457 算得d值 选取内径大于d的钢管作为抽排巷抽放主干管,五、瓦斯抽放泵的选择: 1、抽排巷抽放阻力计算 1）摩擦阻力 Hm=9.81Q2L/（KD5） 式中： Hm 管路摩擦阻力，Pa； Q 瓦斯流量，m3/h ； 混合瓦斯对空气的密度比； L 管路长度，m； K 系数； D 瓦斯管内径，cm；,4）抽放泵的负压 Hp=（Hc+Hh）Kb 式中： Hp泵的额定抽放负压，kPa； Hc管路沿程阻力，kPa； Hh孔口负压，kPa； Kb泵的备用系数； 5）抽放泵的额定流量 Qp=Qc/(Ch)Kc 式中： Qp泵的额定流量，m3/min； Qc抽放地点抽放量，m3/min； C泵入口处瓦斯浓度； h泵的机械效率； Kc备用抽放量系数； 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 。,2、本煤层抽放系统抽放瓦斯泵选择 1）本煤层抽放瓦斯 1）摩擦阻力 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） 式中： Hm 管路摩擦阻力，Pa； Q 瓦斯流量， m3/h； 混合瓦斯对空气的密度比； L 管路长度，m； K 系数； D 瓦斯管内径，cm； 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 式中： Hp泵的额定抽放负压，kPa； Hc管路沿程阻力，kPa； Hh孔口负压，kPa； Kb泵的备用系数；,5）抽放泵的额定流量 Qp=Qc/(Ch)Kc 式中： Qp泵的额定流量，m3/m