煤矿工作面设计说明.doc

工作面方案设计说 明 书金鸡滩煤矿12-2上117工作面设计说明书 第一章 工作面方案设计编制依据目 录第一章 工作面方案设计编制依据1第二章 工作面方案设计3第一节 工作面概况3第二节 地质构造6第三节 水文地质及水害评价6第四节 工作面巷道布置9第五节 采煤方法及工作面装备11第六节 生产系统18第七节 “三下”开采50第三章 安全技术措施51第一节 通风、综合防尘措施51第二节 防治煤层自然发火措施53第三节 防治水措施54第四节 落煤和防止煤壁片帮措施55第五节 工作面初采和收尾措施55第六节 顶板管理措施56第七节 机电、运输措施57第八节 工作面安装、回撤设备措施60第四章 存在的问题和建议63附图：1、金鸡滩煤矿采掘工程平面图；2、12-2上117工作面巷道布置图；3、12-2上117工作面机械配备平面图；4、12-2上117工作面通风系统示意图；5、12-2上117工作面运输系统示意图；6、12-2上117工作面压风、供水、排水系统示意图；7、12-2上117工作面注浆、注氮系统示意图；8、12-2上117工作面避灾路线图。第一章 工作面方案设计编制依据一、项目背景金鸡滩煤矿位于陕西省榆林市榆阳区境内，南距榆林市区30km，行政区划隶属于金鸡滩乡和孟家湾乡管辖区。金鸡滩煤矿设计生产能力8.0Mt/a，井田走向长约11.44km，倾斜宽约8.77km，面积约98.5203km2，开采标高+1013m+760m。矿井采用斜井开拓方式，布置有主斜井、副斜井和回风立井等3个井筒。矿井共划分为四个水平，每个水平划分为两个盘区。一水平为+1001m水平，开采2-2、2-2上、2-2下煤层；二水平为+950m水平，开采3-1煤层；三水平为+905m水平，开采4-2、4-3煤层；四水平为+850m水平，开采5-2、5-3上煤层。矿井初期开采一水平一盘区。矿井自2012年2月16日正式开工建设，至2014年2月首采12-2上101工作面形成，2014年6月投产。目前，矿井12-2上101、12-2上123工作面已回采完毕，12-2上108工作面正在开采，12-2上103工作面正在准备。12-2上101、12-2上123与12-2上103工作面均采用大采高分层综采采煤工艺，采高5.0m左右；12-2上108工作面采用大采高一次采全高采煤工艺，最大采高8.0m。根据东翼煤层赋存特点，兖矿集团有限公司拟将矿井东翼后续工作面采煤工艺由大采高综采调整为综采放顶煤开采。12-2上117工作面为首个拟采用综采放顶煤采煤工艺开采的工作面。由于本矿井投产以来均采用大采高综采采煤工艺，采用综采放顶煤采煤工艺尚属首次，为保证矿井安全生产及正常生产接续，受金鸡滩煤矿委托，我院编制完成了金鸡滩煤矿12-2上117工作面方案设计。二、设计主要依据1.设计委托书；2.陕西省煤田地质局一八五队2003年11月编制的陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区金鸡滩井田勘探地质报告；3.兖矿集团东华建设有限公司2013年4月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿一盘区煤炭补充勘探报告；4.陕西省煤田地质局一八五队2014年5月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿补充勘探报告；5.山东科技大学地球科学与工程学院2014年6月编制的陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区金鸡滩煤矿建井地质报告；6.山东科技大学地球科学与工程学院2014年6月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿矿井水文地质类型划分报告；7.北京圆之翰煤炭工程设计有限公司2014年9月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩矿井初步设计；8.北京圆之翰煤炭工程设计有限公司2014年10月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩矿井安全设施设计；9.北京圆之翰煤炭工程设计有限公司2016年2月编制的陕西未来能源化工有限公司金鸡滩矿井安全设施设计变更；10.中国矿业大学2016年10月编制的金鸡滩煤矿12-2上117工作面涌水量预计；11金鸡滩煤矿编制的金鸡滩煤矿12-2上117工作面掘进地质说明书；12.煤炭工业矿井设计规范（GB50215-2015）；13.煤矿安全规程（2016版）；14.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程；15.煤矿防治水规定（2009版）；16.煤炭矿井设计防火规范（GB51078-2015）；17.煤矿注浆防灭火技术规范（MT/T702-1997）；18.煤矿用氮气防灭火技术规范（MT/T701-1997）；19其它现行的有关规程、规范；20金鸡滩煤矿提供的其它有关资料。- 63 -金鸡滩煤矿12-2上117工作面设计说明书 第二章 工作面方案设计第二章 工作面方案设计第一节 工作面概况一、工作面位置、周边关系及开采情况12-2上117工作面位于一盘区东北部，一水平1#辅助运输大巷的东北侧。西北邻12-2上119工作面，东南邻12-2上115工作面，采掘范围内无老空区影响。由于矿井东翼后续工作面采煤工艺由大采高分层综采调整为综采放顶煤，设计对原12-2上117工作面位置进行调整。根据金鸡滩矿井初步设计，12-2上117工作面下顺槽距离一、二盘区边界约650m，调整后12-2上117工作面下顺槽距离一、二盘区边界约588m。详细调整情况如下：金鸡滩煤矿一盘区东翼目前已回采完毕的12-2上101、12-2上123工作面与正在准备的12-2上103工作面均按照矿井初步设计确定的大采高分层综采采煤工艺开采。根据东翼煤层赋存特点，兖矿集团有限公司拟将矿井东翼后续工作面采煤工艺由大采高分层综采调整为综采放顶煤开采，并为此组织专家进行了论证。12-2上117工作面暂按综采放顶煤采煤工艺进行设计。若矿井东翼后续工作面采煤工艺均调整为综采放顶煤开采，则后续工作面顺槽布置层位将发生变化，由工作面顺槽沿煤层中间布置调整为沿煤层底板布置。考虑采空区涌水的影响，设计12-2上105工作面与相邻的12-2上103工作面之间留设24m宽的防隔水煤柱（相邻顺槽中心线平距30m），12-2上105工作面在相邻12-2上103工作面侧重新施工两条顺槽，顺槽中心线间距30m，然后向西北方向依次布置12-2上105、12-2上107、12-2上109、12-2上111、12-2上113、12-2上115、12-2上117、12-2上119、12-2上121工作面，工作面净长除12-2上119工作面为206.5m外，其余均为300m。根据现行煤矿防治水规定和建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程等规程、规范，防隔水煤岩柱一般不宜小于20m，设计考虑1.2的安全系数，12-2上105工作面与相邻的12-2上103工作面之间留设24m宽的防隔水煤柱，即相邻顺槽中心线平距为30m。为提高连续采煤机掘进效率，并有利于解决掘进巷道长距离通风问题，设计12-2上105工作面在相邻12-2上103工作面侧重新施工两条顺槽，采用双巷布置。12-2上117工作面位置详见图2-1-1。12-2上117工作面为矿井一盘区东翼开采的首个综放工作面。为提高连续采煤机掘进效率，并有利于解决掘进巷道长距离通风问题，设计工作面布置4条顺槽，工作面西北侧为二号回风顺槽与一号回风顺槽，东南侧为胶带顺槽与辅运顺槽。与12-2上117工作面相邻的12-2上115及12-2上119工作面均未准备。二、地形地物12-2上117工作面地面标高+1233.8+1255.6m，平均+1244.7m。工作面地表主要为滩地、沙丘沙地，受采动影响的村庄有马场村和白舍牛滩村，其中马场村位于工作面中部，白舍牛滩村位于停采线附近，本设计按村庄搬迁考虑。三、开采技术条件及煤层赋存特征工作面主采2-2及2-2上煤，煤层厚度7.9911.07m，平均9.64m。工作面煤层总体为一单斜构造，标高+962.5+977.2m，总体呈东南高、西北低，煤层倾角平均小于1。工作面直接顶即为老顶，厚度23.243.9m，平均厚度34.6m，为细砂岩，呈灰色，成分以石英为主，长石次之；局部有伪顶，平均厚度0.3m，为深灰色泥岩，近水平状层理，含植物茎叶化石；直接底为粉砂岩，厚度0.92.7m，平均厚度1.31m，呈浅灰色，细粒砂状结构，成分以石英、长石为主，含植物碎屑化石；老底为粉砂岩，厚度4.316.8m，平均厚度10.9m，呈深灰色，局部夹泥岩薄层，见滑动面，见炭化植物化石，以柱状，长柱状为主。金鸡滩煤矿为瓦斯矿井，煤层属类容易自燃煤层，煤尘有爆炸性危险，地温正常。四、储量情况12-2上117工作面长度为300m，推进长度为5093m，其中靠近切眼侧约1340m为2-2煤层合并区，厚度10.1211.07m；剩余3753m为2-2上煤层，厚度7.9910.12m。工作面回采面积1527900m2，煤的视密度为1.32t/m3。根据金鸡滩煤矿12-2上117工作面掘进地质说明书，工作面基础储量为1944.2万t。金鸡滩煤矿12-2上117工作面设计说明书 第二章 工作面方案设计图2-1-1 12-2上117工作面位置图金鸡滩煤矿12-2上117工作面设计说明书 第二章 工作面方案设计第二节 地质构造该工作面总体为一单斜构造，走向NE，倾向NW，煤层起伏变化不大，煤层倾角平均小于1。根据目前地质资料分析，该工作面范围内无落差较大断层及褶皱发育。第三节 水文地质及水害评价一、水文地质条件1.含水层特征工作面范围内主要充水含水层自下而上有延安组第五段砂岩孔隙-裂隙承压含水层、直罗组砂岩孔隙-裂隙承压含水层、直罗组顶部风化基岩孔隙裂隙承压含水层以及萨拉乌苏沙层潜水含水层。主要隔水层为第四系中更新统离石黄土层。（1）第四系萨拉乌苏沙层潜水含水层风积沙与萨拉乌苏组累计厚度18.25m42.36m，平均28.67m。岩性以黄褐色细砂、中砂夹粉砂及泥质透镜体为主。结构松散、接受大气降水补给。据钻孔数据，潜水含水层水位埋深0.60m2.80m，平均1.42m。含水层厚度受下伏地层顶面形态的制约，变化较大。工作面附近无抽水钻孔。依据相近工作面钻孔对该层抽水试验资料：萨拉乌苏砂层含水层单位涌水量为0.1480.287l/sm，渗透系数为1.7532m/d3.4436m/d，水化学类型以HCO3-Ca.Na为主，矿化度为0.250g/L0.434g/L，结合含水层厚度确定，该层大部分地段为富水性中等区。一盘区范围内单位涌水量平均0.206 l/sm，渗透系数平均2.7819 m/d。（2）侏罗系中统安定组裂隙承压含水层本工作面安定组厚度029.86m，平均10.08m。岩性主要以紫红色、褐红色巨厚层状中、粗长石砂岩为主，夹紫红色、灰绿色粉砂岩、砂质泥岩。根据金鸡滩煤矿一盘区煤炭补充勘探报告，该组裂隙不发育，富水性弱。（3）直罗组顶部风化基岩含水层连续分布于基岩顶部，厚度20.9254.6m，平均36.28m。岩性主要以杂色粉砂岩、泥岩、中粗砂岩为主。岩石结构较松散，裂隙较发育。中国矿业大学编制的金鸡滩煤矿12-2上117工作面涌水量预计利用检6、JKY1抽水试验渗透系数0.04370.070m/d作为工作面直罗组风化基岩渗透系数。（4）侏罗系中统直罗组裂隙承压含水层厚度86.38116.39m，平均101.94m。砂岩（不含粉砂岩）厚度27.6161.03m，平均41.94m。顶部为灰黄色中、细砂岩；中上部为灰绿色、兰灰色团块状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，夹中、细长石砂岩；下部为灰白色中、粗长石石英砂岩、岩屑长石砂岩，发育大型板状交错层理、块状交错层理，具有明显的底部冲刷，多为泥质胶结，胶结疏松。据钻孔抽水资料，水位埋深为3.31m，单位涌水量为0.0098780.02577 l/sm，渗透系数为0.0069430.04616m/d，富水性弱。（5）侏罗系中统延安组裂隙承压含水层厚度16.19m51.94m，平均27.02m。主要为细砂岩，局部夹煤线，泥质胶结或钙质胶结，结构致密，裂隙发育微弱，透水性差。根据JB19号孔钻孔抽水资料，水位埋深61.09m，单位涌水量0.00228 l/sm，渗透系数0.00957m/d，为富水性弱的含水层，具承压性。2.隔水层特征工作面内2煤层顶板基岩为延安组五段和直罗组，均为碎屑岩沉积，以砂岩为主，间夹粉砂岩、泥岩等。基岩中的泥岩和粉砂岩具有一定的粘塑性，天然状态下具有一定的隔水性能。离石组为黄土层沉积，面内厚度9.9039.14m，分布区内平均厚23.07m。黄土层岩性以粉土为主，虽在采动影响下黄土层中的垂向裂隙会发生变化导致其隔水性能降低，但在天然状态下，其具有一定的隔水性能。根据现场压水试验结果，黄土的天然渗透系数为0.03m/d，破坏后渗透系数为0.30m/d。保罗组红土层为隔水性能良好的隔水层，但在本工作面范围内缺失。3.导水裂缝带发育高度预计根据中国矿业大学编制的金鸡滩煤矿12-2上117工作面涌水量预计，12-2上117工作面最大导水裂缝带发育高度为156.12216.31m，平均180.94m。2-2上煤上覆岩层厚度185.92220.21m；预计导水裂缝带发育高度沟通风化基岩裂隙承压水层、安定组、直罗组和延安组裂隙砂岩含水层，在工作面煤层发育厚处进入黄土层。即基岩风化带、安定组、直罗组及延安组砂岩裂隙承压含水层为矿井直接充水含水层，第四系砂层潜水为间接充水含水层。4.涌水组成及涌水通道基岩风化带、安定组、直罗组及延安组砂岩裂隙承压含水层为矿井直接充水含水层；第四系砂层潜水为矿井间接充水含水层，工作面范围内保罗组红土层缺失，潜水可能会发生较严重漏失。工作面涌水通道主要为煤层开采产生的顶板导水裂缝带；根据现有资料，工作面内未发现封闭不良的导水钻孔。二、涌水量预计根据中国矿业大学编制的金鸡滩煤矿12-2上117工作面涌水量预计，12-2上117工作面顶板砂岩含水层涌水量、基岩风化带含水层涌水量与第四系潜水含水层涌水量分别为203.17m3/h、95.17m3/h与375.00m3/h，预计工作面正常涌水量为673.34m3/h，最大涌水量取正常涌水量1.2倍，为808.01m3/h。设计考虑工作面生产期间消防洒水及防火灌浆析水等因素，预计12-2上117工作面回采期间正常涌水量770m3/h，最大涌水量900m3/h。第四节 工作面巷道布置一、顺槽、切眼、停采线位置及确定依据根据有关地质资料，12-2上117工作面范围内煤层赋存稳定，地质构造简单。考虑原国家发展计划委员会批复的矿区总体规划中金鸡滩煤矿井田范围大于目前采矿许可证划定的井田范围，设计结合村庄搬迁规划，将东翼工作面切眼布置于目前采矿许可证划定的井田边界处，采矿许可证划定的井田边界与矿区总体规划中井田境界煤柱间尚有约400m煤柱，设计布置1个倾斜长壁工作面开采。综合考虑胶带顺槽皮带机头硐室设备布置及回撤通道布置情况，拟将12-2上117工作面停采线设置在距离1#辅助运输大巷中心线160m位置，切眼中心线距1#辅助运输大巷中心线5253m，12-2上117工作面设计长度为300m，推进长度为5093m。12-2上117工作面布置4条顺槽，设计在工作面靠近井底侧布置胶带顺槽和辅运顺槽，顺槽中心线间距29.8m；在工作面靠近盘区边界侧布置一号回风顺槽和二号回风顺槽，顺槽中心线间距30m。顺槽采用连续采煤机施工，根据施工需要，胶带、辅运顺槽之间以及一号、二号回风顺槽之间每隔70m施工1个联络巷。二、巷道断面形状、几何参数1.工作面胶带顺槽12-2上117工作面胶带顺槽设计沿煤层底板布置，采用矩形断面，净宽6.4m，净高4.2m，巷道方位462840，胶带顺槽内安装有带宽1800mm的可伸缩带式输送机，并装备有供水管、压风管、动力电缆、通信信号电缆、设备列车等，主要担负工作面煤炭运输和进风任务。2.工作面辅运顺槽12-2上117工作面辅运顺槽设计沿煤层底板布置，采用矩形断面，净宽6.0m，净高4.4m，巷道方位462840，辅运顺槽内装备有供水管、排水管、注浆管、注氮管等，主要担负工作面辅助运输和进风任务。3.采煤工作面一号回风顺槽12-2上117工作面一号回风顺槽设计沿煤层底板布置，采用矩形断面，净宽6.0m，净高4.4m，巷道方位462840，一号回风顺槽内装备有供水管、压风管、排水管等，主要担负工作面回风和排水任务。4.采煤工作面二号回风顺槽12-2上117工作面二号回风顺槽设计沿煤层底板布置，采用矩形断面，净宽6.0m，净高4.2m，巷道方位462840，二号回风顺槽内装备有供水管等，主要担负工作面回风任务。5.采煤工作面切眼12-2上117工作面切眼采用矩形断面，净宽11m，净高5.0m；切眼采用锚网梁及锚索联合支护。6.工作面胶带、辅运顺槽之间以及一号、二号回风顺槽之间联络巷工作面胶带顺槽、辅运顺槽、一号、二号回风顺槽采用连续采煤机施工，根据施工需要，胶带、辅运顺槽之间以及一号、二号回风顺槽之间每隔70m施工1个联络巷，共150条。联络巷采用矩形断面，净宽5.5m，净高4.2m，锚网支护。所有低洼点处的联络巷施工水窝，方便排水。3、 巷道支护参数工作面顺槽均采用锚网及锚索联合支护。胶带顺槽和二号回风顺槽帮部开采侧采用202000mm玻璃钢锚杆，顶部及帮部煤柱侧采用182000mm螺纹钢锚杆，帮部锚杆间排距为12001000mm，顶部锚杆间排距为10001000mm。辅运顺槽和一号回风顺槽顶部及帮部煤柱侧采用182000mm螺纹钢锚杆，帮部非煤柱侧采用202000mm玻璃钢锚杆，间排距均为10001000mm。胶带顺槽、二号回风顺槽帮部开采侧和辅运顺槽、一号回风顺槽帮部非煤柱侧不挂网，胶带顺槽、二号回风顺槽顶部及帮部煤柱侧和辅运顺槽、一号回风顺槽顶部及帮部煤柱侧挂4钢筋编制的菱形金属网，网孔规格为100100mm。在4条顺槽中心顶部均采用1根锚索加强支护，锚索规格为15.24mm，排距为5000mm，2-2煤层分岔区锚索长度为6500mm，2-2煤层合并区锚索长度为8000mm。切眼采用锚网梁及锚索联合支护，切眼帮部开采侧采用202000mm玻璃钢锚杆，切眼帮部非开采侧采用202000mm螺纹钢锚杆，顶部采用222600mm螺纹钢锚杆，切眼帮部锚杆间排距为12001000mm，顶部锚杆间排距为10001000mm。切眼帮部开采侧不挂网，顶部及切眼帮部非开采侧采用4钢筋编制的菱形金属网，网孔规格为100100mm。在巷道顶部采用锚索加强支护，锚索规格为17.88000mm，间排距为20002000mm。切眼中部另加一排单体支柱加强支护。工作面胶带、辅运顺槽之间以及一号、二号回风顺槽之间联络巷均采用锚网支护，采用182000mm无纵筋螺纹钢锚杆，巷道帮部锚杆间排距为12001000mm，顶部为10001000mm。金属网采用4钢筋编制的菱形金属网，网孔规格为100100mm。普通联络巷与顺槽交岔点处抹角尺寸为25002500mm，切眼及回撤通道与顺槽交岔点、顺槽与大巷交岔点处抹角尺寸为40004000mm。交岔点处顶板需安设锚索加强支护，每个十字交岔点均匀布置5根锚索，每个丁字交岔点均匀布置3根锚索，锚索规格为15.24mm，排距为5000mm，2-2煤层分岔区锚索长度为6500mm，2-2煤层合并区锚索长度为8000mm。抹角处及抹角两侧各3000mm范围内帮部金属网采用 8#镀锌铁丝编制的经纬网，网孔规格为100100mm。巷道断面及支护参数详见附图：12-2上117工作面巷道布置平、断面图。巷道支护参数应根据施工过程揭露的煤岩情况作适当调整。施工过程中如遇到地质构造带或围岩破碎等情况，应及时采取加挂钢筋网、增加锚索等措施加强支护，确保安全施工。第五节 采煤方法及工作面装备一、采煤方法设计12-2上117工作面采用走向长壁后退式采煤方法，综采放顶煤采煤工艺。由于目前本矿井及周边矿井均采用大采高分层综采采煤工艺，采用综采放顶煤采煤工艺尚属首次，设计对12-2上117工作面采用综采放顶煤采煤工艺的可行性进行初步论证。1.12-2上117工作面采用综采放顶煤采煤工艺的合规性分析根据现行煤矿安全规程，严禁采用综放技术参数或条件有：（1） 缓倾斜、倾斜厚煤层的采放比大于1:3，且未经行业专家论证的；（2） 采区或者工作面采出率达不到矿井设计规范规定的；（3）煤层有突出危险的；（4）坚硬顶板、坚硬顶煤不易冒落，且采取措施后冒放性仍然较差，顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度的；（5）矿井水文地质条件复杂，放顶煤开采后有可能与地表水、老窑积水和强含水层导通的；（6）放顶煤开采后有可能沟通火区的。根据12-2上117工作面地质条件及煤层赋存条件，本工作面不属于上述禁止采用综放开采的情况。2.顶煤冒放性分析影响顶煤冒放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数多少及其硬度和厚度、煤层顶板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度、煤体裂隙发育程度、煤岩层交界面地质结构整合程度等。（1）开采深度的影响当开采深度小于100m时，顶煤冒放性差；当开采深度大于400m时，顶煤易于冒落。总的趋势是顶煤冒放性随开采深度增加而加强。12-2上117工作面煤层的埋藏深度约为260290m，开采深度较小，不利于顶煤冒放。（2）煤层厚度和煤层硬度的影响一般来说，过厚的顶煤其上部难以达到充分松动，顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱。综采放顶煤开采的最大煤层临界厚度（或分层厚度）为12.515m。12-2上117工作面煤层厚度7.9911.07m，平均9.64m，煤层厚度小于综采放顶煤开采的最大煤层临界厚度（或分层厚度）。煤层强度是影响煤层冒放性的关键因素，一般情况下，当煤的强度值大于20MPa时，顶煤的破坏程度降低，其冒放性变差。12-2上117工作面开采2-2、2-2上煤层普氏硬度系数为f=3，煤的硬度较大，顶煤的冒放性较差。本工作面若采用综采放顶煤采煤工艺，需采取措施弱化顶煤，以改善顶煤的冒放性，提高工作面回采率。（3）顶煤节理裂隙对冒放性的影响顶煤节理裂隙发育程度直接影响顶煤的冒放性，节理裂隙发育的煤层、顶煤在支承压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤冒放性越好，就越易于放出。12-2上117工作面开采2-2、2-2上煤层内生裂隙较发育，有利于顶煤冒放。（4）煤层夹矸对顶煤冒放性的影响若顶煤中存在坚硬而厚的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性。一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易垮落；另一方面，即使顶煤垮落，夹矸形成大块，影响顶煤冒放过程中的流动性，易堵口无法放出。12-2上117工作面开采2-2、2-2上煤层含01层夹矸，厚度0.090.75m，岩性为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩，夹矸厚度不大，硬度亦不大，不会对顶煤冒放性造成大的不利影响。（5）顶板对煤层冒放性的影响影响煤层冒放性的顶板包括直接顶和老顶两部分。直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区，以防老顶冲击来压，并促使顶煤放出，因此，具有一定的直接顶厚度是放顶煤开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件。12-2上117工作面开采2-2、2-2上煤层直接顶厚23.243.9m，直接顶厚度满足放顶煤的要求。根据上述分析，由于12-2上117工作面煤层埋藏深度较小，煤层硬度较大，顶煤冒放性较差。采用综采放顶煤采煤工艺，需采取措施弱化顶煤，以改善顶煤的冒放性，提高工作面回采率。弱化顶煤可采用工作面开切眼区域预裂爆破、上下顺槽预裂爆破、沿煤层顶板施工措施巷深孔预裂爆破等多种措施。经初步分析，12-2上117工作面顶煤冒放性较差，建议矿方应对12-2上117工作面采用综采放顶煤采煤工艺的可行性进行专题论证，并对弱化顶煤、提高顶煤冒放性的措施实施方案进行专项设计。二、工作面几何尺寸及回采率计算1.工作面几何尺寸12-2上117工作面推进长度5093m，净面长300m，平均煤厚9.64m。2.工作面回采率计算工作面设计采出煤量：Q=L（Z-Lc-Lt）（H-h）Cg+LZhCz=（300（5093-10-10）（9.64-6）1.3280%+300509361.3293%）10-4=1710.38 万t式中，Cf：综放工作面回采率，；L：工作面长度，300m；Z：工作面推进方向的长度，5093m；Lc：初采损失长度，即工作面开始推进尚不能放顶煤的推进距离，取10m；Lt：停采损失长度，即工作面停采时由于铺网造成不能放顶煤的推进距离，取10m；H：煤层厚度，取平均厚度9.64m；：煤炭视密度，1.32t/m3；Cg：放顶煤工作面顶煤回收率，取80%；H：工作面采高，取6m；Cz：割煤回采率，取93%；Qj：工作面基础储量，1944.2万t。三、作业制度、生产能力及可采期计算1.作业制度根据矿井生产实际情况，矿井年工作日为330d，每天净提升时间18h，工作面采用“三八”工作制，两班生产、一班检修。2.工作面生产能力计算工作面日生产能力按照下式计算：Qr=LHNlCf=3009.64160.81.320.88 =43000 t式中，Qr：工作面日产量，t；L：工作面长度，300m；H：煤层平均厚度，取9.64m；N：日循环个数，取16个；l：循环进尺，取0.8m；：煤体视密度，1.32t/m3；Cf：综放工作面回采率，取88%。工作面月生产能力按下式计算：Qy=QrDz10-4=4300027.510-4=118.3万t式中，Qy：工作面月产量，万t；Qr：工作面日产量，t；Dz：工作面月生产天数，按每月27.5天计算。工作面年生产能力：Qa=Qy12=118.312=1419.6 万t。3.可采期计算=14.5月式中，Z：工作面推进长度，5093m；Tk：工作面可采期，月；Dz：工作面月生产天数，按每月27.5天计算；N：日循环个数，取16个；l：循环进尺，取0.8m。四、生产工艺1.采放比本工作面设计采高暂定为6m，放煤平均高度3.64m，平均采放比1：0.607，在生产过程中应根据煤厚变化及时调整采放比。2.放煤步距选择“两刀一放”的放煤方法，放煤步距为1.6m。3.放煤方式根据本工作面煤层赋存条件，采用单轮间隔放煤方式。4.回采工艺工作面回采工艺为：采煤机割煤移架推前部刮板输送机、拉后部刮板输送机采煤机割煤移架推前部刮板输送机放煤拉后部刮板输送机。工作面在第二刀开始割煤随采随放。5.放煤工艺要求（1）根据本工作面煤层赋存条件，采用单轮间隔放煤方式。（2）放煤步距严格执行“两刀一放”。（3）当放煤口遇大块煤堵塞时，可伸缩插板、上下摆动尾梁，以便大块煤放出，放煤结束后应关好放煤口。五、工作面设备选型与设备配套由于集团公司关于金鸡滩煤矿综采放顶煤工作面设备配套尚未确定，设计仅列出各设备主要技术参数以供参考，工作面设备配套以集团公司确定为准。1.放顶煤液压支架（1）放顶煤液压支架的类型选择设计选用低位放顶煤支架。（2）支架中心距设计选用支架中心距为2050mm的液压支架，共配备144架中间支架，6架端头支架（3）支护强度计算支架支护强度按经验公式P=8M9.8Kd/1000计算式中，M：采高，取6.0m； ：顶板岩石容重，取2.5t/m3； Kd：基本顶失稳时的动载系数，取1.3；P=862.59.81.3/1000=1.53MPa计算结果表明，所选液压支架支护强度应不低于1.53MPa。支架工作阻力应在21000kN左右。2.采煤机采高： 50008000mm滚筒直径： 4000mm截深： 865mm牵引速度： 029m/min总装机功率： 2925kW电压： 3300V3.工作面输送机（1）前部刮板输送机运输能力： 2500t/h电机功率： 31250kW电压： 3300V（2）后部刮板输送机运输能力： 2500t/h电机功率： 31250kW电压： 3300V4.转载机运输能力： 5000t/h功率： 700kW电压： 3300V5.破碎机破碎能力： 6000t/h出口料粒度： 小于300mm进口料粒度： 8008001000mm功率： 700kW电压： 1140V6.顺槽可伸缩带式输送机型号： DSJ180/450/4630+3630带宽： 1800mm运输能力： 4500t/h带速： 4.5m/s功率： 7630kW电压： 1140V顺槽可伸缩带式输送机选型计算详见本章第六节。7.泵站（1）乳化液泵站型号： 四泵二箱流量： 430L/min压力： 37.5MPa功率： 4280kW电压： 1140V（2）喷雾泵站型号： 三泵二箱流量： 517L/min压力： 14.5MPa功率： 3160kW电压： 1140V8.超前支护液压支架采煤工作面所有安全出口与顺槽连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且加强支护的巷道长度不得小于20m，超前支护采用超前液压支架。第六节 生产系统一、煤炭运输系统设计12-2上117工作面煤炭运输采用胶带运输机运输。（一）煤炭运输路线煤炭运输路线：采煤工作面12-2上117工作面胶带顺槽一水平胶带大巷主斜井地面。（2） 煤炭运输设备12-2上117工作面胶带顺槽可伸缩带式输送机选型如下：1.基本参数项目物料堆积密度运量带宽长度均倾角带速电压单位t/m3t/hmmmm/sV数值原煤0.94500180053000.12974.511402.已知条件（1）输送物料：原煤，堆积密度=0.9t/m3；（2）输送距离：运行长度L=5300m，提升高度12m，向上运输；（3）工作环境：井下运输巷，灰尘较多，潮湿，f=0.026；传动滚筒与胶带之间的摩擦系数：=0.35；e=3.5；（4）运量：Q=4500t/h；（5）胶带宽度：B=1800mm；（6）输送速度：V=4.5 m/s；（7）胶带强度：PVG2500S，qB=54kg/m3.计算参数（1）承载托辊承载托辊组旋转部分质量G132.57kg，间距ao1.2m（槽角为35）,qROG1/ao27.14kg/m；（2）回程托辊回程托辊质量G228.87kg，间距au3m，qRuG2/au9.62kg/m；（3）每米输送物料质量qGQ/3.6V277.78kg/m（g9.81N/kg）；（4）倾斜系数cos0.9999。4.输送能力核算Q核3.6SVK3.60.37534.519005472t/h4500t/h；所以能够满足最大运量要求。式中，S：输送带上物料的最大横截面积，取0.3753；：物料松散度，取900kg/s；k：倾斜系数，取1，向上运输。5.运行阻力计算（1）主要阻力FHfgLqROqRu（2qBqG）cos570562N；式中，f:模拟摩擦系数，取0.026；L：输送机长度，取5300m；：输送机倾角，取0.1297；（2）主要特种阻力FS1FFgl=70436N；FC0L（qBqG）gcossin67884N；式中，C：槽形系数，取0.43；0：摩擦系数，取0.35，：托辊前倾角度，取1。30L：倾斜托辊输送机长度，取5300m；Fgl2Iv2gl/（v2b12）2552N式中，2：物料与导料拦板间摩擦系数，取0.6，输送能力：Iv=Q/3.6=1.39m3/s；导料槽拦板长度：l=6m，导料槽两拦板间宽度：b1=1.09m；（3）附加特种阻力An1A1n2A20.07m2；FrAP34200N；FanBk20N；FS2FrFa4200N式中，Fa：犁式卸料器摩擦阻力；A：清扫器面积；n1：头部清扫器个数，取2；A1：头部清扫器面积，取0.014m2；n2：空段清扫器个数，取2；A2：空段清扫器面积，取0.021m2；P：清扫器与输送带间压力，取100000N/m2；3：清扫器与输送带间摩擦系数，取0.6；k2：刮板系数，取1500N/m；n：卸料器个数，取0。（4）倾斜阻力FstqGgH32700N。（5）圆周驱动力FuFuCFHFS1FS2FSt695015N式中，C：附加阻力系数，取1.03。6.传动功率计算（1）传动滚筒轴功率PAFuv/10003127kW。（2）电动机功率PMPA4221kW =1.35选电动机型号为：7630=4410kW输送机采用四滚筒七电机驱动。其中头部采用双滚筒四电机驱动，中部采用双滚筒三电机驱动，功率配比：4:3。中部驱动距离头部滚筒约2650m处。7.输送机前半段张力计算（1）输送带不打滑条件F2（s1）minFumax/（e1）42363NFu1=397150NFumaxKAFu14765801NKA1.2（一般取1.31.7，采用软起动取1.11.3）e3.53.5=12.25（2）各种力的计算胶带最大张力Fmax：Fmax= F2+Fu1=42363+397150=439513N驱动滚筒奔离点张力S1（满足不打滑条件）：令S1=F2min=42363N；下分支张力S2：S2=S1+fLg(qRu+qB）=84490N；上分支最小张力S3：S3=1.04S2=86184N。（3）输送带下垂度校核承载段最小张力Fminao（qBqG）g/8（h/a）adm48772N回程段最小张力FminauqBg/8（h/a）adm19865N由上可知S219865N，S348772N输送带下垂度满足要求。（4）输送带安全系数校核：安全系数n=BGX/ Fmax = 18002700/439513=11.1根据现行煤矿安全规程，井下PVG输送带安全系数为1012,所选输送带满足要求。同理经计算，后部输送带也满足设计要求。8.结论根据以上计算，选型如下：型号：DSJ180/450/G 4630+3630运量：Q4500t/h；带宽：B=1800mm；带速：V=4.5m/s；胶带强度： PVG 2500S整芯带；电机功率：N=7630kW；驱动方式：交流电动机变频调速。二、辅助运输系统1.辅助运输路线12-2上117工作面设备及材料运输采用防爆柴油机无轨胶轮车；人员运送采用防爆柴油机无轨胶轮人车。运输路线：地面副斜井一水平1#辅助运输大巷12-2上117工作面辅运顺槽工作面。2.辅助运输设备目前金鸡滩煤矿已配有多种型号无轨运输车辆，12-2上117工作面辅助运输可根据实际需要从中调配、使用，详见表2-6-1。经分析，矿井现有无轨运输车辆能够满足12-2上117工作面生产时的辅助运输需求。表2-6-1 金鸡滩煤矿现有无轨运输车辆及其主要特征表序号名称型号单位数量主要技术参数备注1无轨胶轮人车WC21R辆3额定载人数：21人，外形尺寸(长宽高)：585019502250mm2防爆胶轮车WC5J（B）辆5额定载重：5t3防爆装载机ZL20EFB（A）辆2额定载重：1.6t4防爆装载机ZL30EFB（A）辆1额定载重：3t5防爆装载机ZL08YFB辆1额定载重：0.8t6无轨胶轮检修车WC3Y（B）辆2额定载重：3t7防爆胶轮车WC3J辆3额定载重：3t8防爆支架搬运车WC55Y辆6额定载重：55t9无轨胶轮检修车WC40E辆2额定载重：40t10无轨胶轮检修车WC25EJ辆2额定载重：25t11防爆胶轮车WC8E辆5额定载重：8t12多功能车WJ-10FB辆6额定载重：10t三、供水系统（一）工作面防尘用水量采煤工作面防尘用水量包括煤层注水、采煤机内外喷雾、支架喷雾、工作面顺槽输送机转载点喷雾、回风顺槽净化水幕、冲洗煤壁、冲洗顺槽沉积煤尘等用水量。根据现行煤矿安全规程规定，原有自然水分大于4%的煤层可以不采取煤层注水措施。根据金鸡滩煤矿补充勘探报告，本矿井2-2(2-2上)煤层原煤空气干燥基水分(Mad)为2.908.54%，综合平均值为6.99%，故12-2上117工作面不采取煤层注水防尘措施。12-2上117工作面的防尘用水量为：Qzc=Qc1+Qc2+Qc3+Qc4+Qc5+Qc6 Qc1=31.2m3/h式中，Qc1：采煤机内外喷雾用水量，根据现行煤矿井下消防、洒水设计规范规定，采煤机组总功率1500kW时，耗水量取520L/min（31.2m3/h）。 Qc2=nc2 T转 P转=260.18=2.16m3/h式中，Qc2：运输顺槽转载点喷雾用水量；nc2：转载点个数，取2；T转：转载点尘源覆盖面积，取6m2；P转：喷雾强度，取3L/minm2。 Qc3=N nc3 Qcm=480.18=5.76m3/h式中，Qc3：顺槽风流净化水幕用水量；N：水幕个数，每条顺槽1个，共4个；nc3：1处水幕喷嘴个数，取8个；Qcm：1个喷嘴的喷雾流量，取0.18 m3/h。 Qc4=2m3/h式中，Qc4：回风与运输顺槽冲洗沉积煤尘用水量。 Qc5=T支 P支=160.18=2.88 m3/h式中，Qc5：支架喷雾用水量；T支：尘源覆盖面积，取16m2 ；P支：喷雾强度，取3L/minm2 。Qc6=T放 P放=360.18=6.48m3/h式中，Qc6：放顶煤喷雾用水量；T放：尘源覆盖面积，取36m2；P放：喷雾强度，取3L/minm2 。综放工作面内各种用水设备的工作时间：采煤机喷雾用水时间按8h计，转载点喷雾用水时间按16h计，风流净化水幕用水时间按16h计，冲洗巷道用水时间按3h计，支架喷雾用水时间按10h计，放顶煤喷雾用水时间按8h计。故：Qzc=831.2+162.16+165.76+32+102.88+86.48=462.96m3/d（二）工作面消防洒水系统及管路1. 消防洒水采用静压供水，井下消防洒水水源由设在回风立井附近的井下消防洒水水池供水。2. 工作面胶带顺槽布置1趟DN150消防洒水管路，辅运顺槽、一号回风顺槽和二号回风顺槽各布置1路DN100消防洒水管路。3. 工作面胶带顺槽中应每隔50m设DN50支管阀门，其余顺槽中每隔70m设DN50支管阀门，阀门后装快速管接头。4. 12-2上117工作面供水路线消防