某煤矿放顶煤开采设计.doc

襄垣县王家庄煤矿放顶煤开采设计说明书工程编号：C1560工程规模：90kt/a经 理：张小平总工程师：赵建泽项目负责人：李甲林山西安煤矿业设计工程有限公司二八年十月目 录前 言1第一章采区概况及地质特征4第一节矿井概况4第二节采区概况12第三节地质特征13第二章工作面布置及采煤方法22第一节 工作面布置22第二节采煤方法24第三节采煤工作面装备24第三章 回采工艺29第一节回采工作面的回采工艺29第二节提高煤质和采出率的措施33第四章放项煤开采设计的安全技术措施35第一节顶板管理35第二节通风管理49第三节瓦斯防治51第四节粉尘防治56第五节防灭火管理61第六节水害防治63第七节机电设备管理66第八节避灾路线75第九节其它安全措施79附 件：1、设计委托书；2、采矿许可证；3、煤炭生产许可证；4、安全生产许可证；5、襄垣县煤炭工业局文件襄煤字200818号“关于2007年度我县煤矿瓦斯等级鉴定结果批复的通知”；6、检验报告；7、矿井粉尘检测结果评价意见；8、山西省煤炭工业局文件晋煤行发2004974号“关于对山西三元煤业有限公司等145座已完成采煤方法改革矿井能力核定的通知”；9、山西煤矿安全监察局长治监察分局文件长煤监200669号“关于襄垣县王家庄煤矿扩建设计安全专篇的批复”。襄垣县王家庄煤矿放顶煤开采设计前 言襄垣县王家庄煤矿是一个集体所有制矿山企业，南距襄垣-夏店公路约1km，东距襄垣火车站2km，距襄垣煤炭发运站仅1.2km，均有简易公路相通，区行政区划属于山西省长治市襄垣县所辖，现采3号煤层。为了合理开发煤炭资源，提高资源回收率，保障矿井正常的安全生产，使煤矿长期稳定、健康、顺利地向前发展，将企业做强、做大，促进地方经济高速发展，该矿于2005年进行了采煤方法改革。2004年11月24日，山西省煤炭工业局以晋煤行发(2004)974号文核定该矿生产能力90kt/a，净增30kt/a。 2005年11月，该矿编制了90kt/矿井扩建初步设计安全专篇,并得到有关部门批复。目前,根据国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局文件(安监总煤行2008130)，关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知，受矿方委托，本次主要针对工作面放顶煤进行开采设计。一、设计的主要依据1、国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局文件(安监总煤行2008130),关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知；2、山西省煤矿安全监察局长治监察分局文件（长煤监200669号），关于襄垣县王家庄煤矿扩建设计安全专篇的批复。3、山西省煤田地质勘探114队1984年11月提交的山西省沁水煤田襄垣扩区夏店勘探区详查地质报告；4、山西省襄垣县王家庄煤矿地质报告；5、国家煤矿安监局煤安监政法字2001第14号文煤矿建设工程安全设施审查与竣工验收暂行办法；6、全国人大常委会1992年颁发的中华人民共和国矿山安全法；7、国家煤矿安全监察局2006年颁发的煤矿安全规程；8、国家原能源部1992年制定的煤炭工业小型煤矿设计规定；9、矿山电力设计规范；10、原中国统配煤矿总公司中煤总安字1990第171号文煤矿井下粉尘防治规范(试行)；11、全国人大常委会1996年颁发的中华人民共和国煤炭法；12、国务院1996年批准的中华人民共和国矿山安全法实施条例；13、矿井防灭火规范；14、煤矿通风安全装备标准；15、矿井通风安全监测装置使用管理规定；16、煤矿救护规程；17、反风规定；18、矿井水文地质规程；19、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程；20、中华人民共和国安全生产法；21、煤矿安全监察条例。22、安全生产条件评价报告。二、设计的指导思想：坚持“安全第一、预防为主”的方针，严格遵循上述规程、规范、规定，建立健全王家庄煤矿安全机制，完善矿井安全技术措施及装备，将王家庄煤矿建成安全技术先进、抗灾能力强、安全质量标准化程度高的现代文明企业。三、设计的主要特点及安全评价1、对采区巷道进行了合理布置，设计了放顶煤开采的工作面开采工艺，并进行了设备选型配套。2、采用中央并列式通风方式，设置了完善的通风设施和构筑物，井下各用风地点的风量、风速均符合煤矿安全规程要求。采用通风机反转方式反风，反风系统安全可靠，避灾线路明确，抵御灾害能力强。配备了足够的通风安全仪器仪表，并采取防漏风、降低风阻的有效措施，对及时掌握、调整通风参数提供了保证。3、煤矿配备了KJ78型安全生产监测监控系统，采取防止瓦斯聚集、引燃措施，预防瓦斯爆炸。采取了有效的减尘、降尘、清尘措施，完善了隔爆、抑爆设施。4、井上、下设置了消防材料库及消防管路系统，配备了足够的消防器材，防灭火措施完备可靠。5、井下机电硐室、主要巷道支护，风筒、电缆等均选用不燃或阻燃型材料。6、井下留有合理的防水安全煤柱，并配备了探水、排水设备，既可预防突发水患，又能保证最大涌水时的正常生产。四、待解决的主要问题1、在今后的开采过程中应注意隐伏构造，应加强井下的安全管理工作，特别是顶板的管理。2、矿方没有提供煤层顶底板力学性质检验数据，要求尽快提供有关检测资料，进一步作好矿压观测。3、井田范围内存在采空区积水，一定要加强探测工作，做到“有掘必探，先探后掘”。第一章采区概况及地质特征第一节矿井概况一、矿井基本情况王家庄井田位于长治盆地北部，井田西部为古韩联营煤矿，北部、东部、南部均无煤矿。井田走向长0.85km，倾斜宽1.248km，面积1.0614km2，批准开采3号煤层。根据山西省国土资源厅2006年11月核定的井田（采矿许可证号：1400000632505)，王家庄煤矿开采3号煤层，井田边界由4个拐点坐标边线圈定，详见表1-1-1。表1-1-1 王家庄煤矿境界拐点坐标表拐点号纬距（X）经距（Y）拐点号纬距（X）经距（Y）14044045.0019678525.0034044938.0019680529.0024045096.0019679163.0044044702.0019680656.00井田内整体地形比较平坦，区内地势总体表现为西北部高，东部低，最高点位于西北部，海拔标高为903.5米，最低点位于东部，海拔标高为886.5米，相对高差17米。地表均被黄土覆盖，无大的河流冲沟。本区为大陆性气候。襄垣气象站历年观测资料表明：降水量为433.2-814.3mm，平均532.8mm。降水多集中在7、8、9三个月。蒸发量为1515.0-1914.7mm，平均为1768.1mm，蒸发量为降水量三倍多。历年最低气温-29.1，最高气温38.1，平均9.5。平均相对湿度64%。主导风向为西北风，最大风速为18m/s。冻土深度0.82m。1、井田开拓王家庄煤矿采立井开拓，根据开拓布置，达产时布置有2个井筒，即提升立井和回风立井。提升立井：直径4.5m，净断面15.89m2，垂深160m，装备有双钩罐笼，担负全矿的煤炭提升任务、辅助提升及升降人员任务，设钢性梯子间，为矿井的进风井及一个安全出口。回风立井：直径4.5m，净断面15.89m2，垂深166m，设钢性梯子间，担负全矿井的回风任务井，为矿井的另一个安全出口。各井筒特征见表1-1-2。表1-1-2 井 筒 特 征 表井 筒 名 称提升立井回风立井井 口座 标经距Y19679963.75119680008.178纬距X4044711.8134044714.98井口标高(m)893.588894.0提升方位角(度)81井筒倾角(度)9090井筒垂深(m)一水平160166最终水平井筒直径(m)净4.54.5掘进5.15.1井筒断面(m2)净15.8915.89掘进20.4220.42砌壁厚度(mm)300300材料料石砌碹料石砌碹井 筒 装 备罐笼提煤、运料、升降人员、安全出口安全出口备 注已有已有2、井下开采根据煤层赋存特征，设计利用原有井下巷道及已有的开拓布置构成完整的生产系统。矿井开采批准的3号煤层，煤层厚度5.15-6.33m，平均5.74m。顶板岩性主要为粉砂岩、砂质泥岩及泥岩，局部为细砂岩；底板岩性主要为砂质泥岩、泥岩、粉砂岩。根据煤层赋存特征，结合目前国内设备装备及开采技术水平， 设计确定开采3号煤层采用壁式悬移支架放顶煤采煤法，采高2.5m，放顶煤高度3.24m，采放比1:1.29顶板管理采用全部垮落法。根据煤炭工业小型煤矿设计规定，结合地方煤矿的特点，工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型如下：采煤工作面采用MZ-15T煤电钻打眼放炮落煤，人工装煤。运煤选用SGB-420/30型可弯曲刮板输送机一部。工作面运输顺槽配SGB-420/30型可弯曲刮板输送机运煤。回风顺槽配有JD-25型调度绞车及BQW15-50-7.5型小水泵等设备。端头支护选用SHDZ20-28/100型单体液压支柱，配合L=2.3的型顶梁支护顶板。工作面顶板管理采用全部垮落法，工作面支护选用ZHF1800/16/30X型悬移支架支护顶板，最大控顶距均为3.4m，最小控顶距为2.6m。工作面回采方向为后退式。根据煤炭工业小型煤矿设计规定，并考虑地方煤矿管理水平等因素，确定工作面长度50m，达产时在矿井布置了1个回采工作面、1个掘进工作面。据煤炭工业小型煤矿设计规定，3号煤层采区回采率80%；工作面回采率93%。3、工业场地布置特征、防洪排涝及地面建筑矿井工业场地结合地形和使用功能，因地制宜地将场地分为主生产区、辅助生产区和行政办公区。（1）主生产区主生产区位于工业场地的东南部，布置有提升立井、提升井绞车房、提升井热风炉房、储煤场、汽车磅房、配电室、坑口办公室、调节池、净水车间、静压水池。（2）辅助生产区辅助生产区位于工业场地的东南部，布置有回风立井、坑口浴室及更衣室、矿灯房及任务交待室、机修车间、器材库、消防材料库、油脂库、坑木加工棚、锅炉房、风机、风机值班室。（3）行政办公区行政办公区与辅助生产区统一布置，布置有矿办公楼、食堂、厕所。矿井总占地面积为1.0614km2。工业场地采用台阶式和平坡式相结合的布置方式。井口位于台地上，本区内无大的地表水体及河流，该矿提升立井井口标高893.5，回风立井井口标高894.0m，工业场地附近历年最高洪水位标高为887.4m，工业场地远远高于历年最高洪水位，洪水不会危及本矿。因此井口及场地均不受洪水威胁。工业场地内设置排水沟解决场内雨水外排问题。二、主要生产系统1、提升系统本矿提升立井为4.5m的立井，担负矿井的提煤任务、材料、人员、设备、矸石的提升任务，并兼作进风井；回风立井为4.5m的立井。主、回风立井均已建成。该矿设计生产能力为90kt/a，提升井为罐笼立井，井筒垂深Hj =160m；提升方式采用双钩1t罐笼方式；罐笼采用GLSY-1型1t罐笼，罐笼自重G0=1500kg；每罐允许乘6人；矿车采用MGC1.1-6A型1t固定车厢式矿车，容积V=1.1m3，自重Gk=610kg，600mm轨距；并采用同一系列的材料车及平板车。矿井的工作制度：330d18h；该提升设备担负全矿井的升降人员、提煤、提矸、下放设备、材料等全部提升任务；钢丝绳选用20NAT626SW+FC1770ZZ285.6 152；提升机选用2JTP-1.6/20型，配YR315M-10型电机，95KW，380V，584rpm；最大提升速度Vm=2.42m/s；经计算，一次提升循环时间为：提人时，Tr=96.4s，最大班工人下井时间为 12.85min40min；提矿车时，T=87.4s，提材料时，Tc=115.4s，最大班净作业时间Tb=208min，折合3.47h7h；可满足该矿提升能力的要求。2、运输系统（1）主运输系统矿井地面运输主要靠汽车外运煤炭，在露天储煤场用装载机装汽车外运。工作面落煤经刮板输送机运到顺槽刮板输送机后，到大巷煤仓卸载，再装入矿车，调度绞车牵引矿车，运至井底车场，人工推入罐笼，提升到地面卸载至储煤场，由推土机推煤，由装载机装汽车外运。运输路线为：爆破落煤工作面前部输送机支架放煤工作面后部输送机顺槽刮板输送机运输下山刮板输送机煤仓总运输巷提升立井地面。（2）辅助运输系统辅助运输采用调度绞车牵引矿车。井下所需坑木、液压悬移支架、机械设备及材料等，主要依靠窄轨铁路运输。窄轨轨型15kg/m，由JD-25型调度绞车牵引1t系列矿车。辅助运输路线为：（1）作业人员：提升立井总运输巷701运输下山 701工作面运巷工作面各作业地点（2）材料：提升立井总运输巷701运输下山 701工作面运巷工作面风、运巷3、供电系统王家庄煤矿实现了双回路供电，两回10kV供电线路就分别引自距矿井工业场地2km处有襄垣古韩110kV变电站和距本矿井工业场地3.5km处有襄垣792处35kV变电站，矿井电源可靠，供电质量有保证。在矿井工业场地现有一座10kV变电所，变电所高压侧采用线路变压器组装置，0.4kV侧室内单列布置，采用单母线不分段供电。变电所内配备两台S9-315/10 10/0.4kV变压器，一台变压器担负矿井地面负荷的供电；另一台变压器中心点不接地，担负井下负荷的供电。井底车场附近设主配电所，其电源从地面10kV变电所0.69kV侧引出，两回电缆经提升立井下井供电，电缆型号为MYJV42-0.6/1kV 3150+170mm2 长300m 。采掘工作面的设备除电钻供电电压为127V，其余设备供电电压均为660V。工作面660V设备采用MY-0.38/0.66型矿用移动橡套软电缆供电；电钻采用MZ-0.3/0.5型电钻电缆供电；照明采用MYQ-0.3/0.5型矿用移动轻型橡套软电缆供电。 井下低压馈电线路上均装设有检漏继电器装置。由上述装置对井下电网的绝缘状况进行连续检测，当电缆线路发生故障时，可及时切断电源，以保证矿井安全生产。为了安全，在井下装有电气设备的峒室、低压配电点或装有3台以上电气设备的地点等处，均设局部接地极，并和主接地极连接构成总接地网，接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2。（1）运巷低压(660V)：井下中央变电所运输大巷运巷低压（2）风巷低压(660V)：井下中央变电所运输大巷运巷低压（3）供电设施、电缆设备负荷及配电设备负荷见工作面配电系统图。4、通风系统1）通风系统（见图1-1-1所示）该工作面采用U型通风方式。新鲜风流由地面提升立井总运输巷701运输下山701运输顺槽工作面污风从工作面701回风顺槽701回风下山总回风巷回风立井地面图1-1-1 通风系统图5、排水系统该矿井设计生产能力为An=90Kt/a，矿井的正常涌水量为Qh=15m3/h，最大涌水量为Qh=20m3/h；排水井为回风立井，井下中央水泵房设在回风立井井底附近，回风立井垂深Hj=166m，管子道斜长20m，倾角=25；排水管沿回风立井敷设到地面水池。矿水呈中性，PH=67，容重=1020kg/m3。该矿现有三台5DA-88型多段离心式水泵，配YB280M-4型防爆三相异步电动机，90KW，380V，1450rpm；该水泵额定流量为Qe=90m3/h，额定扬程He=172.8m，额定效率e=75%，额定允许吸上真空度Hs=6.5m；排水管选用无缝钢管1334，沿回风立井敷设两趟至地面高山水池；吸水管选用无缝钢管1594.5。经计算，该水泵的运行工况为：流量QM=69.5m3/h，杨程HM=186.13m，效率M=67%，允许吸上真空度HsM=6.5m；水泵轴功率N=53.63KW；不论是正常涌水量时期，还是最大涌水量时期，水泵均是一台工作，一台备用，一台检修。管路是一趟工作，一趟备用、检修。正常涌水量时期，每天的排水时间为th=5.18h20h；最大涌水量时期，每天的排水时间为tm=6.91h3.5经以上计算可知SGB-420/30刮板运输机能满足701工作面生产要求。3.1、泵站压力验算根据液压支架计算泵站压力Pb1=4*P1/(Z*D2) 式中: Pb1-液压支架初撑力需要泵站压力，PaP1-液压支架初撑力，N 直接顶顶板中等稳定以下,支架初撑力一般应为工作阻力的70-80%Z-液压支架的立柱根数D-液压支架立柱的缸体内径,mPb1=4*1800*103*70%/(2*0.112)=16.8MPa则我矿现选用的XRB2B80/20型乳化液泵站，额定压力为20 MPa，能满足本工作面的要求。第三章 回采工艺第一节回采工作面的回采工艺一、采煤工作面采煤回采工艺本工作面采用炮采落底煤及人工放顶煤落煤，人工配顶溜器进行推溜，滑移支架自行前移的方式。1、回采工艺顺序打眼、装药、爆破落煤挂联网伸前探梁人工清煤移前溜剪网口放顶煤补网堵放煤口移架移后溜清理工作面2、说明割煤、装煤本工作面采用打眼、装药、放炮方式落煤（循环进度0.8m）,由人工使用煤电钻进行打眼，炮眼布置图（如图3-1-1所示）及装药量附后。配套使用煤矿许用乳化炸药及煤矿许用电雷管进行爆破作业。大部分煤经爆破后直接落入煤溜中，少量煤由人工装入前溜内。移架本工作面采用ZHF1800/16/30X滑移液压支架进行采场支护，该支架具有自行移架功能。支架左右两侧互为滑移轨道，可以交错迈步前移。操作顺序为：落主架立柱移主架升主架立柱落副架立柱移副架升副架立柱。操作要求：移架后要及时进行二次注液，保证支架初撑力。移架要带压移架，做到快、匀、正、直、稳。顶板最大控顶距：LmaxL+Lx+Ld+D12205507908003360mm顶板最小控顶距: LminL+Lx+Ld12205507902560mm图3-1-1 701工作面炮眼布置图推前溜、拉后溜推前溜采用人工配顶溜器进行，工作面移溜时，弯曲长度不小于7节溜。操作要求：推前溜、拉后溜时，工作面移溜时要保持平、直、稳，严禁出现急弯和强行移溜，移设溜头、溜尾要停机进行，移溜时要首先检查底板是否平整，若出现台阶要处理后方可移溜。放顶煤采用剪网放煤方法进行放煤，后部刮板输送机正常运转（即高速运转）时，方可放煤。一旦输送机停止（或低速）运转时，立即停止放煤。i、初次放顶煤工作面回采初期，顶煤比较完整，放煤较困难。为提高初采放煤回收率和尽快达到放煤标准，可采取以下措施：放慢速度，增加顶煤空顶时间；利用密集丛柱、戗棚支护等方法加大切顶能力，迫使顶煤与直接顶离层。ii、正常放煤a.放煤工艺：采用单轮全量放煤法b.放煤步距：0.8m，即一循环一放iii、放煤管理：a.每班固定专职放煤工。放煤时必须既要保证回收率，又要保证煤质。b.放煤时，注意煤流中矸石涌出