42104综放工作面设计说明书.docx
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42104综放工作面设计说明书
陕西旬邑青岗坪矿业有限公司青岗坪煤矿
42104综采放顶煤工作面
设计说明书
江苏省矿业工程集团有限公司第四工程处青岗坪煤矿 编制
二○一三年六月二十日
目 录
第一章 编制依据及工作面地质概况
第一节编制依据
42104综采放顶煤工作面设计依据《煤矿安全规程》、《采矿设计手册》、国家煤矿安监局《关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知》（安监总煤行〔2008〕130号）、《42104综放工作面掘进地质说明书》及42104工作面范围内及附近的PK6、PK10、PK17地质钻孔资料编制书。
第二节地质概况
一、工作面位置
42104综放工作面位于一采区东翼，东为工业广场保护煤柱，西为采区集中巷及保护煤柱，南为42102采空区（区段煤柱宽20m），北为未开采区，地面为中低山森林区，无任何建筑物及设施。
二、工作面地质及水文地质
1、工作面总体形态为单斜构造，4-2号煤层为黑色，粉色为灰褐色及深棕色。
弱沥青光泽，断口阶梯状、参差状；呈条带状、线理状结构；层状构造。
内外生裂隙较为发育，并为方解石及黄铁矿薄膜充填。
煤层裂隙发育易折帮，煤层夹矸以泥岩为主，局部高角度裂隙发育。
2、与42104综放工作面临近的42102工作面目前老塘涌水量为80-120m³，采空区顶板冒裂带导通洛河砂岩含水层。
42104工作面回采期间预计涌水量为50-80m³。
3、根据3条采区集中巷掘进揭露的地质资料，42104工作面回风顺槽掘进初期可能揭露断层，预计断层落差8-10m，运输顺槽掘进遇见断层的可能性较小。
三、工作面煤层赋存情况
42104综放工作面开采煤层为4-2煤层，煤层结构简单，煤层赋存稳定、平缓，含2-3层夹矸，夹矸厚度0.1-1.5m。
工作面内煤层厚度为9.0～15.0m，平均12m，平均倾角4°
四、工作面瓦斯地质
根据煤炭科学研究总院重庆分院2010年10月提交的《陕西旬邑青岗坪煤矿4-2煤层瓦斯基本参数测定及煤层瓦斯可抽性评价研究报告》，井下共布置两个瓦斯实测钻孔，实测瓦斯涌出量分别为5.02m3/t和4.27m3/t，揭露煤层后的实测瓦斯含量较地质报告中瓦斯含量有所增加，同时该报告用井下实测煤层瓦斯含量对地勘钻孔瓦斯进行修正，修正后的瓦斯含量在1.38～7.82m3/t之间。
本井田属瓦斯矿井。
五、其他开采技术条件
1、煤尘
根据4-2煤层爆炸性试验测试结果，煤尘有爆炸性危险。
2、煤的自燃
本井田4-2煤层自燃倾向试验测试结果：
△T1～3℃在16～52℃之间，属不易自燃～容易自燃煤层，变化较大。
据邻近矿井资料，4-2号煤层堆放有自燃现象发生，发火期3～6个月。
3、地温
本区未发现地温异常，无热害。
4、煤层顶底板
（1）煤层老顶
岩性为粉砂岩，深灰、黑灰色，泥质胶结，具平行层理，含植物化石及碎片，夹砂岩条带，平均厚度9.5m。
（2）煤层直接顶
煤层直接顶板为泥岩、粉、中粒砂岩互层，浅灰-深灰色，具波状层理，局部夹有紫红色砂质泥岩层，平均厚度10.4m。
（4）煤层底板
煤层直接底
岩性为炭质泥岩，黑色，块状，易碎，局部具有滑面，含碳质，平均厚度2.5m。
煤层老底
岩性为泥岩，灰色、紫杂色块状，易碎，含鲕粒，平均厚度9.5m。
六、工作面接续情况
42104综放工作面是目前正在回采的42101综放工作面的接续面。
42104工作面巷道掘进时间为2013年7月至2014年1月，工作面安装时间为2014年2月至2013年4月，4工作面回采时间为2014年4月至2015年9月，月产量13.3万t。
附：
42104综放工作面综合柱状图
42104工作面综合柱状图
第二章 采煤工艺、设备选型及巷道布置
第一节采煤工艺
一、采煤工艺流程
采用后退式走向长壁综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。
为保证综放工作面采煤的合理性，工作时应严格按照循环进尺800mm进行。
二、进刀方式
采用双滚筒采煤机双向割煤，在工作面两端斜切进刀割三角煤进刀方式，机组正常牵引时，前滚筒割顶煤后滚筒割底煤，截深800mm，采高3.0m,最大割煤高度3.2m，最小割煤高度2.8m,利用滚筒螺旋叶片装煤，溜槽上的铲煤板清除浮煤。
生产工艺流程为：
采煤机由机头斜切进刀→移机头→由机头向机尾割煤→移架→推移工作面前输送机→移后刮板输送机→机尾斜切进刀→由机尾向机头割煤→移架→推移工作面前输送机→放顶煤→移后刮板输送机。
1、装煤：
利用采煤机滚筒螺旋叶片装煤，溜槽上的铲煤板清除浮煤。
2、运煤：
煤由工作面前部刮板输送机（SGZ-764/800）和后部刮板输送机（SGZ-800/800）→SZZ830/315转载机→DSJ100/80/2*160型胶带输送机→集中皮带机巷→井底煤仓→主斜井胶带输送机→地面原煤仓。
3、移架：
工作面实行追机移架作业,距采煤机后滚筒3-6m追机移架，同时伸出护帮板护住煤墙，移架方式为单架依次顺序移架（沿采煤机牵引方向依次前移），移架步距0.8米，将支架移成一条直线。
4、推移前部刮板输送机：
推移前部刮板输送机要滞后拉支架点15m后推移，刮板输送机的弯曲度不大于3°，弯曲段长度不小于15米，推移时只能由一头向另一头推移，严禁由两头向中间推移。
5、放顶煤：
（1）放煤步距
工作面采煤机截深为0.8m，确定放煤步距为0.8m，即一采一放。
（2）放煤方式
井田煤层煤质中硬，为提高顶煤采出率，降低含矸率，根据42102、42101综放面放煤工艺及放煤效果，设计确定采用单轮间隔放煤的作业形式。
（3）工作面机采高度3m，放煤高度9.0m，采放比为1∶3，符合《煤矿安全规程》规定：
采放比不大于1:
3的规定。
（4）初次放顶煤：
初采期间顶煤破碎状况不好，直接顶未垮落，顶煤不易冒落，可采取以下措施：
放慢割煤和移架速度，延长空顶时间，连续升降支架，使顶煤和直接顶离层破碎、跨落，但应注意降架幅度不宜过大。
为提高回收率，工作面切眼支护锚杆、索及时采取退锚措施。
6、拉后部刮板输送机：
拉后部刮板输送机时，连续渐进操作2-3个千斤顶，使后部溜槽弯曲长度不小于15m，拉后部刮板输送机距放煤点应控制在15m以上，并保证拉移步距0.8米。
7、支护：
工作面采用ZF-6800/18/35型94架轻型低位放顶煤液压支架支护、6架ZFG7200/20/35过渡支架及一组ZFD10000/18/35型端头架进行支护，工作面两顺槽自工作面煤壁起向外40m，往里至切顶线架设超前支护棚。
超前支护架棚采用DW2.8-30/100型或DZ25-30/110X型单体液压支柱、HDJA-1200型金属铰接顶梁和HDJS-1200型双楔顶梁。
8、采空区处理
采用全部垮落法管理顶板。
第二节设备选型
一、工作面设备
根据矿井设计生产能力及工作面煤层赋存情况，42104工作面所选用的设备明细如下：
42104综放工作面设备配备一览表
序号
名称
设备型号
电机功率/kw
电压/V
设备台数
1
前部刮板输送机
SGZ764/400（200）
400（200）
1140
1
2
后部刮板输送机
SGZ800/800（400）
800（400）
1140
1
3
乳化液泵
LRW400/31.5
250
1140
1
4
采煤机
MG300/730-WD2
730
1140
1
5
破碎机
PLM-2000
160
1140
1
6
转载机
SZZ-830/315
315（160）
1140
1
7
胶带输送机
DSJ100/80/2*160
160*2
1140
1
二、运输设备能力验算
1、前部刮板输送运输能力验算：
采煤机型号：
MG300/730-WD2，牵引速度按2m/min计，采高3.0m,截深0.8m。
则：
Q=2*60*3.0*0.8*1.43*0.95＝391.2t/h。
前部刮板输送机型号：
SGZ764/400，运输能力800t/h，前部刮板输送机能满足生产的要求。
按放煤速度与割煤速度相同进行计算，顶煤产量：
2*60*9*0.8*80%*1.43=988.4t/h
2、后部刮板输送机型号：
SGZ800/800，运输能力1500t/h,满足生产需要。
3、工作面生产能力：
该工作面选用的SZZ-830/315型转载机、PLM-2000型破碎机，转载、破碎能力均大于1500t/h。
可见综采面的所有设备均能满足采煤机割煤、出煤、破煤要求。
第三节巷道布置
一、工作面巷道布置方式
1、42104综放工作面采用走向长壁布置，单“U”型通风系统。
2、工作面设计运输顺槽与回风顺槽各一条，42104运输顺槽与一采区带式输送机巷贯通，42104运输顺槽联络巷与42102中部车场联通。
42104回风顺槽外部车场与一采区辅助运输巷贯通，42104回风顺槽外段与一采区回风巷联通。
42104回风顺槽掘进出煤联络巷与一采区带式输送机巷贯通，用于42104回风顺槽掘进期间运煤。
42104工作面反风路线为：
42104回风顺槽→42104工作面→42104运输顺槽→一采区带式输送机巷。
3、为有效控制巷道底鼓，均留底煤掘进，留底煤0.5m。
附图：
《42104综采放顶煤工作面平面、剖面、断面图》（1：
1000）
二、区段隔离保护煤柱
42104运输顺槽与42102回风顺槽之间煤柱宽20m。
三、巷道断面设计
1、根据《煤矿安全规程》第二十一条：
采区内的上山、下山和平巷的净高不得低于2m；第二十二条：
生产矿井新掘运输巷的一侧，从巷道道渣面起1.6m的高度内，必须留有宽1m以上的人行道，巷道另一侧的宽度不得小于0.5m；巷道内安设输送机时，输送机与巷帮支护的距离不得小于0.5m；巷道内移动变电站或平板车上综采设备的最突出部分，与巷帮支护的距离不得小于0.3m的规定进行巷道断面设计。
2、42104回风顺槽主要用于工作面回风及辅助运输。
安全间隙不低于1m、运输设备最大宽度1.5m及巷道变形量0.5m，因此宽度为1+1.5+1+0.5=4.0m；支架车高度2.4m、安全间隙0.4m、预留巷道变形量0.2m，因此高度为2.5+0.4+0.2=3.0m，巷道有效断面为4.0*3.0=12.0m2,通过第七章计算42104工作面供风1200m3/min，巷道断面满足通风需要，断面图如下图所示：
3、42104运输顺槽主要用于工作面进风及运输，皮带机架宽1.4m、安全间隙不低于0.5m、平板车宽度1.5m、行人宽度1m，因此宽度为1.4+0.5+0.6+1.5+1.0=5.0m；巷道变形量0.1m及行人高度2.2m，因此高度为2.2+0.7+0.1=3.0m，巷道有效断面为5.0*3.0=15.0m2，通过计算巷道断面也满足通风需要。
断面图如下图所示：
4、42104切眼主要用于安装支架，支架对角线长度7.2米，安全间隙0.4米，因此宽度为0.4+7.2+0.4=8.0m；支架车高度2.4m、安全间隙0.4m及巷道变形量0.2m，因此高度为2.4+0.4+0.2=3.0m，切眼有效断面为8.0*3.0=24.0m2，如下图所示。
四、煤柱
工作面区段煤柱为20m。
五、支护
本工作面地质构造简单，为确保安全生产,在该工作面两顺槽、切眼全部采用锚网梁索进行支护。
支护的具体原则：
以悬吊理论进行验算，参照42102、42101综放工作面巷道支护技术参数，确定巷道支护形式.
支护参数设计及强度验算
（一）按悬吊理论计算锚杆参数
L＞L1+L2+L3
式中：
L-----锚杆总长，m；
L1----锚杆外露长（钢带厚度+托板厚度+螺母厚度+0.01～0.04m,顶帮锚杆均取0.1m），m；
L2----有效长度（顶锚杆取免压拱高b，帮锚杆取煤帮破碎深度c），m；
L3----锚入岩层内深度（顶锚杆取0.8m，帮锚杆取0.6m），m；
普氏免压拱高：
b=｛B/2+Htan（45°-W帮/2）｝/F顶
c=Htan（45°-W帮/2）
式中：
B、H-----巷道掘进跨度和高度，m；
F顶-----顶板岩石普氏系数，F顶取3；
W帮-----两帮围岩的内摩擦角，W帮取63.43（勘查地质报告）。
以断面较大的42104回风顺槽外部车场来计算，B取5.0，H取4.5
b=｛2.5+4.5tan（45°-63.43/2）｝/3=1.19m
c=4.5tan（45°-63.43/2）=1.06m。
依据上述公式计算得出：
顶锚杆的L顶=0.1+1.19+0.8=2.09m；
帮锚杆的L帮=0.1+1.06+0.6=1.76m。
实际顶、帮锚杆长度2.25m，满足支护要求。
（二）按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的间排距
α=Q/KHγ
式中：
α——锚杆间、排距，m；
Q——锚杆锚固力或杆体拉断力中的较小值，5t；
γ——软弱岩层平均容重，t/m3；取2.25；
K-----安全系数，一般取2。
H-----软弱岩层的厚度，取0.78m。
α=1.4
各断面实际的锚杆间、排距最大为0.85m，0.85m＜1.4m，满足支护要求。
（三）悬吊理论校核锚索间排距
根据地质资料，直接顶为坚硬的岩层，为防止巷道顶板岩层发生大面积的整体跨落，用Φ17.8mm、L=8000mm的钢绞线，将锚杆加固的组合梁整体悬吊于坚硬的岩层中，校核锚索间排距，冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆的整体冒落考虑。
此时靠巷道两帮的肩窝锚杆和锚索一起发挥悬吊作用，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力平衡。
以锚索间排距最大的42104运输顺槽为例（锚索间排距为1300mm*2400mm），校验锚索间排距:
L=Nf2/{BHR—（2F1sinα）/L1}
式中：
L-------锚索排距，m；
B-------巷道最大冒落宽度，5.1m；
H-------巷道冒落高度，按最严重冒落高度取3.1m；
R-------岩体容重，27KN/m3；
L1-------锚索实际间排距，取大值2.4m；
F1-------锚索锚固力，100KN；
F2-------锚索极限承载力，取320KN；
α-------肩窝锚杆与巷道顶板的夹角，75°；
N-------锚索根数，取3；
L=3×320/{5.1×3.1×27-2×100sin75.°/2.4=2.77m
42104运输锚索间排距小于2.77m,满足支护要求。
支护材料规格见下表
巷道支护材料规格参数
名称
规格参数
名称
规格参数
顶部锚杆
Φ20*2250mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆
顶部锚杆托板
δ10*150*150mmMn16碟形钢板托板
帮部锚杆
Φ18*1800mm玻璃钢锚杆
帮部锚杆托盘
玻璃钢锚杆托盘
Φ18*1800mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆
δ10*150*150mmMn16钢板碟形托板
Φ20*2250mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆
金属网
4000*1000mm菱形孔金属网，网眼60*60mm
锚固剂
CK-2370
2000*1000mm焊接金属网，网眼100*100mm
Z-2380
锚索
Φ17.8*8000mm钢绞线
锚索托盘
［20*300mm型钢托盘
钢带
Φ12mm圆钢焊制的钢筋梯
塑料网
双抗型塑料网
六、支护参数
1、42104回风顺槽：
巷道为矩形断面，顶板每排布置6根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距740mm*800mm；帮部布置8根（每帮4根）Φ18*1800mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，帮锚杆间排距为850mm*800mm。
顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1000mm*2400mm，全断面铺设菱形孔金属网，采用钢带压网。
2、42104回风顺槽外段及外部车场小断面段：
全断面每排布置15根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆排距800mm*800mm；两帮最下面3根锚杆之间间距为750mm，其余锚杆间距700mm；顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1200mm*1600mm，全断面铺设焊接金属网，采用钢带压网；喷浆厚度100mm，混凝土强度C25。
3、42104回风顺槽外部车场：
全断面每排布置15根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距800mm*800mm。
顶板每排布置5根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1000mm*1600mm，全断面铺设焊接金属网，采用钢带压网，喷浆厚度100mm，混凝土强度C25。
4、回风顺槽掘进出煤联络巷：
每排布置11根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距800mm*800mm；顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1000mm*1600mm，全断面铺设焊接金属网，采用钢带压网；喷浆厚度100mm，混凝土强度C25。
5、42104运输顺槽：
顶板每排布置7根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距770mm*800mm；帮部布置8根（每帮4根）Φ18*1800mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，帮锚杆间排距为850mm*800mm。
顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1200mm*2400mm，全断面铺设菱形孔金属网，采用钢带压网。
6、42104运输顺槽联络巷：
巷道为直墙半圆拱断面，全断面每排布置13根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距770mm*800mm。
顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1000mm*2400mm，全断面铺设焊接金属网，采用钢带压网；喷浆厚度100mm，混凝土强度C20。
7、42104工作面切眼
（a）首次施工：
巷道为矩形断面，顶板每排布置6根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距740mm*800mm；老塘侧帮部布置4根Φ18*1800mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为850mm*800mm；煤壁侧帮部布置3根Φ18*1800mm玻璃钢锚杆，间排距为1000mm*1200mm；顶板及老塘侧帮部铺设菱形孔金属网，采用钢带压网，顶板钢带与帮部钢带必须使用帮部肩窝锚杆进行压茬搭接，煤壁侧帮部铺设塑料网。
（b）刷扩施工：
巷道为矩形断面，顶板每排布置5根Φ20*2250mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距800mm*800mm；煤壁侧帮部布置3根Φ18*1800mm玻璃钢锚杆，间排距为1000mm*1200mm；顶板每排布置3根Φ17.8*8000mm的锚索，锚索间排距为1100mm*2400mm，顶板铺设菱形孔金属网，采用钢带压网，顶板钢带与帮部钢带必须使用帮部肩窝锚杆进行压茬搭接，煤壁侧帮部铺设塑料网。
第三章设计工程量、工作面储量及服务年限
第一节 工程量
根据采区保护煤柱线及工业广场保护煤柱、巷道布置情况确定42104开切眼位置及两道长度如下表所示：
序号
巷道名称
断面
形状
规格宽*高（m）
掘进断面（m2）
净断面（m2）
工程量（m）
支护形式
1
42104回风顺槽外部车场（采区中部车场）
直墙半圆拱
4.8*4.1
18.32
17.21
99
锚梁网索喷
2
42104回风顺槽掘进出煤联络巷
直墙半圆拱
3.4*3.0
9.77
8.96
24
锚梁网索喷
3
42104回风顺槽
矩形
4.0*3.0
13.02
12.00
1280
锚梁网索喷
4
42104运输顺槽联络巷
直墙半圆拱
4.0*3.6
13.65
12.68
33
锚梁网索喷
5
42104运输顺槽
矩形
5.0*3.0
16.12
15.00
1363
锚梁网索喷
6
42104切眼
矩形
8.0*3.0
25.42
24.00
150
锚网索、单体、∏型梁
7
各类硐室
-
-
-
-
82
锚梁网索
合计
3031
工程量、规格明细表
第二节工作面储量
Z=LBHRQ
式中：
Z——工作面可采储量，万t；
L——工作面可采走向长度，1196m；
B——工作面倾斜长度，150m；
H——平均煤厚，12.0m；
R——煤的容重，1.43t/m3;
Q1——综合回收率80％;
循环进尺0.8m;
代入算得：
Z＝1196*150*12*1.43*80％=246.28万t
循环产量：
B*H*R*Q1*0.8=1647t
第三节 工作面月推进度及日循环产量、个数、服务年限
循环进尺0.8m，循环个数3.0,正规循环率90%，月推进64.8米。
日生产能力:
1647*3.0*90%=4447t
月生产能力：
4447*30=13.3万t
服务年限：
246.28/13.3=18.5个月
第四章顶板管理
第一节工作面顶板控制
一、控顶方法
采用一次采全高放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。
二、控顶距离
工作面最大控顶距为5390mm，最小控顶距为4590mm；放顶步距800mm。
三、正常时顶板支护方式
1、移架顺序
（1）煤机向下（上）端正常割煤时，滞后煤机后滚筒3～5架移架（顶板破碎时可紧跟前滚筒移架）。
（2）煤机割煤并移架后，及时将支架的伸缩梁伸出护顶。
（3）煤机进刀，向上（下）正常割煤时，自下（上）而上（下）滞后煤机后滚筒3～5架移架（顶板破碎时可紧跟前滚筒移架）。
（4）在煤机割煤时，超前煤机前滚筒3架将护帮板收回，并滞后煤机前滚筒3架，将护帮板伸出紧贴煤壁。
2、支护要求
（1）工作面应达到动态的质量标准化要求，确保“三直、两平、一净、两畅通”的质量要求。
（2）加强支架的支护强度，确保支护质量，支架的初撑力达到24MPa。
第二节工作面支护及超前支护
一、支架选型
矿井4-2煤层基本顶以砂岩为主，饱和单轴抗压强度平均10.3MPa，为软弱的易冒落顶板。
煤层直接顶板以泥岩为主，部分为粉砂岩。
细粒砂岩饱和单轴抗压强度16.00MPa，属软弱的不稳定顶板。
4-2号煤层底板，以泥岩为主，遇水易膨胀。
饱和单轴抗压强度20.8MPa，为软弱岩石。
综上所述，根据本矿井4-2煤层顶、底板条件设计选用ZF6800/18/35型放顶煤支架，主要技术参数如下：
支架高度：
1.8～3.5m；
支架中心距：
1.5m；
工作阻力：
6800kN；
初撑力：
6181kN；
支护强度：
0.96～1.02MPa；
对底板比压：
2.43-2.59MPa；
支架重量：
23t。
1、根据42104综放工作面综合柱状图,初步选用支撑掩护式液压支架。
支架的支护强度≥1000kpa，取支架支护强度为1000Kpa。
2、支架工作阻力的确定：
支架工作阻力：
Q=Zb（l+c）（KN）
式中：
Z——选定支护强度，取1000kpa；
b——支架中心距，取1.5m；
c——顶梁前端至煤壁距离，取0.2m；
l——顶梁长度，取4.25m。
Q=Zb（l+c）=1000×1.5×（4.25+0.2）=6675KN
3、支架初撑力的确定
由于42104工作面顶板煤层直接顶板以泥岩为主，部分为粉砂岩为主，故确定支架的初撑力不小
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