上工作面设计方案说明书整体.docx
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上工作面设计方案说明书整体
12701上5工作面
设计说明书
1、工作面地质简况
⑴、工作面简况及地表、井下四邻关系
12701上5工作面位于陶一矿七采区南翼,F10断层以下，12701工作面以上，七采回风下山保护煤柱线以南。
对应地面位置在停驷头村东部。
地表有村民房屋建筑、冲沟、梯田，地面标高171.2m～179.1m。
工作面标高-145.6～-207.0m，工作面埋深316.8～386.1m。
该工作面位于停驷头村保护煤柱范围内，并且沿2＃煤层倾向布置，为倾向条带开采工作面。
如附图所示，北206m外为12701上1开采实验面，往南145m外为九采采空区；西以F10断层为界；东距已经回采的12701工作面付巷10m。
工作面走向长50m，倾向长320m。
工作面标高-145.6～-207.0m。
⑵、煤层赋存情况及结构
2＃煤层成煤于二迭系下统山西组，为高变质无烟煤，厚层状、结构复杂，中下部有一层夹矸。
根据补20钻孔资料，2＃煤顶板距1＃煤底板21.8m左右，1#煤厚0.8m左右。
根据12701工作面、九采区工作面、及机轨合一巷所揭露煤厚分析：
本工作面2＃煤层为单一倾斜煤层。
煤厚在0.8～4.3m之间，平均煤厚3.0m左右；中下部含一层夹矸，厚0.1－0.2m左右，平均0.12m，其结构为2.75<0.12）1.1。
煤层倾向N110°E左右，倾角10°～13°。
煤层直接顶为粗粉砂岩，灰黑色，以石英为主，含黄铁矿结核，具断续斜层理，层厚5.63m左右。
据机轨合一巷揭露局部直接顶为细砂岩，厚2.8m左右。
底板为闪长岩，灰白色，厚4.1m左右。
⑶、地质构造
本地区为单一倾斜煤层，地质构造以断层为主。
由于受燕山运动影响，在本区，h1火成岩呈岩床侵入到2＃煤层，成为煤层底板。
工作面下部接近12701工作面受火成岩侵入严重，煤层变薄。
本区构造以断层为主，工作面集中巷上部20m为F10正断层，倾向N110°E，倾角60°，落差8.5m。
本工作面范围内机轨合一巷掘进时共揭露3条正断层。
都为F10派生断层。
F1：
123°∠80°，H＝2.2m；F2：
333°∠65°，H＝1.0m；F3：
142°∠53°，H＝1.9m。
经分析:
三条断层均有向工作面内尖灭倾向，工作面掘进时注意收集资料。
F1断层位于工作面运输巷开口位置，到时要采取安全措施。
2、工作面地质及水文地质情况
本地区水文地质情况比较简单。
主要含水层为2＃煤底板火成岩及顶板砂岩。
预计工作面掘进中有滴淋顶板砂岩水，水量不大，预计最大涌水量5m³/h左右。
由于下部12701工作面底板火成岩水已经打钻孔正在疏放，因此，本工作面只是在掘进至下部时有渗出，预计最大涌水量10m³/h左右。
经分析：
工作面总涌水量预计最大15m3/h左右。
要提前备好排水设施，做好排水准备。
3、工作面储量及可采期
工作面设计工程量为690M，倾向长度320M，工作面长度为50M，平均煤厚3.0M，可采储量7万吨，可采期4个月。
4、巷道布置
工作面尺寸的确定
该工作面位于停驷头村保护煤柱范围内，并且沿2＃煤层倾向布置，为倾向条带开采工作面。
如附图所示，北206m外为12701上1开采实验面，往南145m外为九采采空区；西以F10断层为界；东距已经回采的12701工作面付巷10m。
工作面走向长50m，倾向长320m。
工作面标高-145.6～-207.0m。
5、巷道支护
<1）、巷道规格：
12701上5工作面运巷：
宽×高<净）＝4.5×4.0M
12701上5工作面付巷：
宽×高<净）＝4.5×3.2M
12701上5工作面切眼：
宽×高<净）＝7.0×2.7M
<2）、支护方式
①、临时支护
采用前探梁作为临时支护。
前探梁采用三根直径2.5英寸，长3.0M的钢管，前探梁前面由直径4.0英寸的钢管做成的卡子固定。
后面用柱帽顶紧。
前探梁使用方法：
放完炮<割完煤）后，先进行敲帮问顶，找掉顶帮活矸活煤，照中线画好巷中位置，上顶网，前移前探梁，使前探梁顶紧顶网，前探梁后用柱帽顶紧，使前探梁前部顶紧顶牢顶网、顶梁，然后及时按规定联网。
②、永久支护
采用锚网索支护方式作为永久支护，支护材料为螺纹钢顶锚杆，圆钢帮锚杆、锚索、顶钢筋网、帮菱形网、木柱帽、铁托板等材料。
<3）、支护设计
①、设计方法
根据该工作面的地质条件，结合相邻的实验面运、付巷及12701付巷的支护参数及支护效果，采用工程类比法进行该面锚杆支护设计。
②、支护参数设计
运、付巷及切眼均采用锚网索联合支护方式。
运付巷支护参数：
顶梁：
采用由∮14mm的圆钢弯制而成的梯子梁，长4.5m。
顶锚杆：
∮22mm长2400mm的高强度无纵筋螺纹钢锚杆。
每根锚杆使用2卷Z2360型锚固剂，间排距为900×800mm。
预紧力不小于200N·M。
两头顶锚杆向两帮偏15°。
帮锚杆：
∮16mm长2250mm的普通圆钢锚杆。
每根锚杆使用1卷Z2360型锚固剂，间排距为900×800mm。
预紧力不小于200N·M。
顶网：
由∮6mm的钢筋焊制而成900×1200mm的钢筋网，网格大小100×100mm。
帮网：
900×4200mm的金属菱形网。
锚索：
采用∮15.24mm，长7M的钢绞线。
每根使用Z2360型锚固剂3卷。
采用单趟布置，间距3200mm。
张拉力不小于130KN。
6、巷道施工顺序
⑴、运巷综掘机掘进，综掘支护工艺为：
施工顺序：
安全检查<顶板、瓦斯、工程质量、探头位置等）→综掘机切割→出货→敲帮问顶→上顶网→打锚杆眼安装锚杆→收尾整理工程质量。
运巷到位后开始掘扩切眼。
⑵、付巷采用炮掘，炮掘工艺为：
施工顺序：
安全检查<顶板、瓦斯、工程质量、探头位置等）→打眼→装药→放炮→出货→敲帮问顶→上顶网→打锚杆眼安装锚杆→收尾整理工程质量。
巷道掘进过程中，遇到构造、水害、瓦斯等特殊情况时，要及时制定有针对性的安全技术措施，保证安全掘进。
7、采煤方法
<1）、顶板管理方法
①、工作面采空区顶板采用超高水材料充填法和全部跨落法管理顶板。
工作面顶板支护采用ZC6000/21/42Y型一次采全高液压支架，切眼布置支架数量34架。
工作面液压支架支护最小、最大控顶距分别为4.335m和4.835m，移架步距为500㎜。
②、工作面超前支护
工作面输送机巷和回风巷都必须超前于工作面煤壁加强支护20m。
超前支护方式：
采用单体液压支柱和金属铰接顶梁支架，沿输送机巷和回风巷各布置三趟，按一梁一柱形式支设。
支架布置：
沿输送机巷与回风巷巷中支设一趟，在巷中支架的两侧，距巷中支架1.15m处支设两趟支架。
超前支架的铰接顶梁要顺巷连续铰接使用，支柱要打在铰接梁的中心位置。
每趟超前支架都要打成直线，支柱支设要迎山有力，柱头、柱跟应与铰接梁处在同一竖直面内，不得左右摆动。
超前支架的顶梁上面要背上木板梁，每架顶梁不应少于3条木板梁，顶板不平或发生掉渣时，必须用木板梁将顶板背实。
超前支护内，巷道净高：
回风巷3.2m，输送机巷3.8m；人行道宽度：
回风巷与输送机巷均为1.15m。
超前支护支柱的初撑力不得低于50KN。
回风巷底板为煤，支柱要穿柱鞋，输送机巷支柱直接打在煤层底板上。
超前支护柱头要用14#铅丝拴在铰接顶梁上。
超前支架型号：
铰接顶梁为DJB-1000，回风巷和输送机巷单体柱型号为DW40-218/110L。
<2）、回采工艺
①、开采方法：
工作面按倾斜长壁采煤法开采，使用机组落煤，刮板输送机运输，顶板采用掩护式液压支架支护，全部垮落法和充填法管理顶板。
工作面煤层平均采高为3.97m，最大采高4.20m，最小采高3.50m。
②、回采工艺：
Ⅰ、工作面落煤、装煤均由MG300/700-WD型双滚筒采煤机完成，采用SGZ764/400刮板输送机运输。
工作面输送机巷运输设备型号分别为SGW-150C型刮板机和DSJ100/63/2*75带式输送机。
工作面支护采用ZY6000/21/42型液压支架。
Ⅱ、机组工作方式：
采用斜切式入刀，单向割煤方式，即机组往返一次进一刀。
截割工艺流程为：
机组在工作面右端头部<即刮板机机头附近）斜切入刀后,先左行向机尾截割，待机组截割至刮板机机尾位置时，再空刀右行，随之滞后机组15—20m追机移溜，待机组割掉工作面右端头<即刮板机头附近）三角煤之后，再向左行，沿刮板机弯曲段切入煤壁，完成进刀，随后顶过刮板机机头。
Ⅲ、工作面移架和移溜工作由三人完成，其中两人负责移架，一人负责移溜。
移架时，采取追机进行的方式，即其中一人负责超前于机组前滚筒1～2架，收回支架的护帮板和伸缩梁，待机组前滚筒割过之后，再及时打出支架的伸缩梁，并撑开护帮板支护煤壁；另一人则尾随机组，执行追机移架，但移架落后机组后滚筒不应超过4个支架，否则必须停止割煤，等候移架。
移溜工作要在机组截割至机尾，向机头方向返空刀时进行。
当煤壁发生冒顶或片帮深度超过500mm时，必须提前移架。
工作面移架和移溜步距均为500mm。
Ⅳ、移溜时，要按照从机尾向机头的顺序进行，严禁自两端向中间或由中间向两端移溜。
溜头和溜尾移过后，必须及时支设好溜头和溜尾压柱。
压柱采用4.0m的单体液压支柱，柱头必须戴木柱帽，并要直接打到煤层顶板上。
③、设备选型
1）、架型选择：
根据地质资料，工作面直接顶板为粉砂岩，厚度5.63m，属中等稳定顶板。
相邻工作面<即12701面）地开采实践表明，直接顶板的初次垮落步距在16m左右，开采过程中老顶来压不明显。
因此支架类型选为ZY型支顶掩护式支架。
2）、支架高度的确定：
支架的最大高度：
Hmax≥Mmax<1-ηR1）=4.20*<1-0.04*3.23）=3.65736支架的最小高度：
Hmin≤Mmin-ηMmin即：
Hmin≤3.50-0.04*3.50<3.23+0.5）-0.05=2.9278式中，Mmax、Mmin—分别为工作面最大、最小采高，即4.20与3.50m；
R1—最小控顶距时支架支柱距煤壁的距离，3.23m；
B—采煤机截深，0.5m；
a—支架卸载高度，0.05m；
η—顶板下沉系数，取0.04；
3）、支架支护强度及其工作阻力的确定：
支护强度的确定：
依据工作面顶板类型、采高和老顶级别<开采实践表明老顶来压不明显，属I级老顶），经查国家煤炭行业发布的综采工作面支护强度标准，确定工作面支架支护强度为570kPa。
支架工作阻力的确定：
支架工作阻力PH≥P*S/KS=570*<1.5*4.835）/0.80=5167.4062式中，P—支架支护强度，570kPa；
S—支架支护面积，S=支架中心距*最大控顶距=1.5*<3.96+0.375+0.5）m2；KS—支架的支撑效率，取0.80；
4）、确定支架型号：
综合上述计算依据，工作面支架型号确定为ZY6000/21/42支顶掩护式支架。
该支架的额定工作阻力为6000kN，最小、最大支护高度为2.1m和4.2m。
工作面落煤、装煤均由MG300/700-WD型双滚筒采煤机完成，采用SGZ764/400刮板输送机运输。
8、生产系统
⑴、运煤系统：
运煤路线：
工作面→12701上5工作面运输巷→一联眼集中巷→七采皮带下山→七采上仓道→七采煤仓。
工作面运输设备见下表：
序号
设备名称
单位
数量
型号
备注
1
工作面溜子
部
1
SGZ-764/400
2
组合开关
台
1
QJZ1-1200/1140-6
3
刮板输送机
部
1
SGW-150C
4
皮带输送机
部
1
DSJ100/63/2×75
5
皮带输送机
部
1
DSJ100/63/2×75
⑵、运料系统
运料路线：
七采轨道下山→一联眼甩车场→一联眼集中巷→→工作面。
⑶、通风系统
①、通风路线：
新鲜风：
七采轨道下山、七采皮带下山→一联眼集中巷→12701上5工作面运输巷→充-5工作面回风巷→工作面。
乏风：
工作面→12701上5工作面付巷→工作面回风巷→充-1工作面回风联巷→七采总回风道。
②、掘进时所需风量、供风方式及设备选型
Ⅰ、通风方式及供风距离
采用压入式局扇通风，风机安装在开口往外不小于10M，顶板完整，支护完好处。
运、付巷为串联通风。
运巷最长通风距离为370M，付巷最长供风距离为330M。
Ⅱ、风量计算
1）、按瓦斯涌出量计算：
Q掘=100×QCh4×kch4/C=100x1.0x1.6/1=160m3/min
其中QCH4：
绝对瓦斯涌出量1.0m3/min
Kch4：
掘进工作面通风不均衡系数1.6
C：
掘进工作面风流中的瓦斯浓度；1
2）、按炸药使用量计算：
Q掘=25×A=25×6=150m3/min
其中：
A：
一次放炮最多的炸药消耗量 6㎏
3）、按人数计算：
Q掘=4N=4×18=72m3/min
其中：
N：
同时工作的最多人数，18人。
4）、确定需要的配风量：
根据上述计算结果，选取最大风量Q=160m3/min作为验算依据。
Ⅲ、风量验算
按最低风速验算：
煤巷掘进工作面的最低风量Q煤=15S=15×18=219m3/min
巷道断面S=4.5×4=18㎡
2）、按最高风速验算：
煤巷掘进工作面的最高风量：
Q煤=240S=240×18=4320m3/min
巷道断面S=4.5×4=18㎡
根据我矿现有设备及巷道地温情况，最后风量选定为300m3/min
Ⅳ、局部通风机的选型及安装地点
根据我矿现有设备状况及风量要求，选用KDF-22×2型风机。
运、付巷风机均安装在开口往外大于10M顶板完整，支护完好处。
③、回采时工作面所需风量
1）、按沼气绝对涌出量计算：
Q=100*q*K=100×2.0×2.0=400
式中，q——沼气绝对涌出量，为2.0m3/min；
K——采面通风系数，取2.0。
2）、按工作面气温计算：
Q=60VS=60×1×<2.2×3.4）=448.8式中，V——工作面气温为20℃——23℃度时的工作面风速，为1m/s；
S——工作面平均断面积，为<2.2×3.4）㎡。
3）、按炸药消耗计算：
Q=25A=25×1.8=45式中，A—工作面一次起爆的最大炸药用量，为1.8Kg。
4）、按同时工作的最多人数计算：
Q=4N=4×81=324式中，N—工作面同时工作的最多人数，为81人。
5）、取上述风量计算最大值进行风速验算：
按工作面允许最低风速验算，工作面所需风量.
按工作面允许最高风速验算，工作面所需风量。
综合以上计算结果，工作面供风量确定为1260m3/min，是符合《煤矿安全规程》要求的。
⑷、供水系统
①、供水路线及水源
供水水源为下组煤石门钻空水。
供水路线：
下组煤石门钻孔水→七采材料车场通道→七采轨道下山→一联巷集中巷→12701上5工作面付巷→工作面。
②、供水管路及用量
工作面供水管路从七采轨道下山主供水管路接入，采用2寸铁管。
2寸铁管用量为700M。
⑸、排水系统
①、排水路线
工作面涌水由设置在回风巷的临排水泵直排七采大巷，排水管路为一趟4.0寸钢管，敷设路线为：
自临排水泵——工作面回风巷——集中运输巷——运料斜巷——轨道下山——七采大巷。
②、工作面涌水量预计
工作面总涌水量预计最大15m3/h左右。
要提前备好排水设施，做好排水准备
③、排水设备的选型及管路直径的选取
选用BQS50-75×2型潜水泵，排水管路选用4寸钢管。
④、排水管路的敷设及用量
排水管路沿排水路线敷设，共需排水管路1000M。
⑹、供电系统
①、供电路线及供电电源
供电线路：
由移动站起，1140V电缆沿皮带坡敷设95M进入七采建下开采集中巷，沿集中运输巷敷设450M到充填5面的运巷口，沿充填5面运巷向下敷设160M到组合开关，再分配到机组和刮板运输机等用电负荷。
供电电源来自上七采平台变电所，此变电所为双路供电。
②、工作面正常生产期间所需机电设备及容量并定出正常负荷和高峰负荷
序号
设备名称
型号
容量电压1
采煤机
MG300/700-WD
700
1140
2
刮板输送机
SGZ-764/400
200
1140
3
刮板输送机
SGW-150C
75
1140
4
带式输送机
DSJ100/63/2×75
150
1140
5
带式输送机
DSJ100/63/2×75
150
1140
6
乳化液泵站
WRB200/31.5
125
1140
正常负荷为560A,高峰负荷750A.
③供电设备及电缆的选型
序号
设备名称
型号
数量
10
隔爆型移动变电站
KBSGZY--1000/6
1台
11
矿用防爆兼本质安全型型真空电磁起动器
QJZ-200/1140<660）
5台
12
矿用隔爆智能型馈电开关
BKD16-400Z/1140<660）
2台
13
矿用隔爆兼本质安全型组合开关
QJZ1-1200/1140-6
1台
19
千伏级低压电缆
UCPQ-3×70+1×16+3×6
3215M
④、工作面移变位置
在七采皮带巷坡头以下300M老回风巷的进风口安装一台1000KVA移动站。
⑺、供液系统
工作面液压支架主进、回液管路自设置在皮带下山联巷的乳化液泵站，沿皮带下山敷设，经工作面集中运输平巷、工作面输送机巷，通至工作面，与液压支架的主进、回液管路连通，构成工作面液压系统。
乳化液泵型号为RB200/31.5C，安装2台，一台运转，一台备用。
<8）注浆充填系统
工作面注浆充填路线自设置在大巷充填泵站的充填泵，沿七采车场、轨道下山敷设，经工作面集中运输平巷、工作面轨道巷，A、B料混合后流至工作面空区。
充填系统主要有：
充填材料储运系统、充填泵站系统、管路输送系统、混合系统、供水系统及通讯系统。
充填泵型号为TBW-1200/7B，安装2台，A料泵和B料泵，两台泵同时运转。
9、安全技术措施
⑴、顶板管理
1）、开工前，班组长要先进入工作面巡视一遍，而后班长要以班前会形式将工作面中的安全隐患情况以及作业注意事项向工人讲清楚，进入工作面后班长和带班区长首先要安排处理存在的隐患，并要现场盯班指挥处理。
2）、支架工要按《操作规程》和本作业规程的规定进行移架、支护操作，移架工作结束要立即升紧支架，并打出支架伸缩梁和侧护板，支架初撑力不得低于24MPa，梁端面距不大于340mm，支架要触顶严实，顶梁要与顶板平行支设，其仰、俯角应小于7°。
移架时要调整好支架，应使其与工作面顶、底板垂直，歪斜要小于+-5°。
机组截割的前方发生片、冒时，机组要暂停割煤，执行超前移架，待片、冒处支架移过，煤帮支护好后，方可开机。
3）、机组司机要严格按作业规程规定控制采高，严禁煤帮留有伞檐，并不得出现“掏顶”和“啃底”现象，要保持机道顶底板平整。
工作面移架要分段进行，每段至少要由两名支架工负责，其中一名负责在机组前方及时收回支架伸缩梁，等机组割过之后再将伸缩梁打出，并顶至煤帮。
另一名则负责追机移架，移架落后机组后滚筒不得超过四架，否则必须停止割煤，等待移架。
当煤壁较松软，顶板较破碎时，要坚持割一架，移一架，支护好一架。
4）、工作面要保持“三直、两平、两畅通”，即煤帮、溜子、支架直，工作面顶、底板平，上、下安全出口畅通。
工作面液压支架要安装防倒和防滑装置，回采时，上端头与12910工作面采空区之间要留有厚度不少于4.0m的煤柱，防止采空区积水涌入工作面。
5）、顶板破碎，发生片帮时，要支设单体柱辅助移架，以实现“带压擦顶”移架。
使用单体柱辅助移架时，作业人员必须站在支架箱内操作，注液枪胶管长度不得少于5m，并事先用呢绒绳将柱头拴到支架顶梁上，把注液枪插入三用阀，锁紧。
架前发生冒顶时，机组要立即停止割煤，并使用机组的闭锁装置对前溜子实施停机闭锁，打开机组的隔离开关和离合器，然后方可处理架前冒顶。
处理冒顶前，要先“敲帮问顶”，捅掉活矸，待顶板冒落稳定后，及时用坑木或搪材等将顶棚实背好，并于煤帮支好贴帮柱，用坑木搪材背好帮。
处理架前冒顶时要由有经验的工人进行，班长或跟班区长现场盯班指挥，并负责观顶。
6）、溜子道和轨道平巷内，距超前支架50—100m内，要备用一定数量的单体液压支柱、铰接顶梁和坑木。
其中备用的2.5m单体柱各不少于30根，2.8m的单体柱各不少于15根，坑木<直径不少于100毫M，长度为1.5——2.5M）不少于30根，铰接梁各不少于15根。
7）、在煤壁作业时，必须将支架伸缩梁打出顶至煤帮，在进行“敲帮问顶”，找掉顶、帮活渣后，确认无危险时方可作业。
⑵、工作面防尘
①、工作面风巷、运巷必须敷设防尘供水管路。
②、付巷和运巷距工作面煤壁30m内，要分别设置一道全断面风流净化水幕，生产时要打开水幕进行降尘。
③、工作面溜子机头和输送机巷的各运煤转载点都必须设置喷雾降尘设施，保证开机喷雾。
无喷雾装置或喷雾装置损坏或无水时，都不得开机。
④、工作面机组要有内、外喷雾设施，割煤前必须先打开喷雾降尘，无水或喷雾装置损坏时必须停机。
⑤、液压支架要安装移架自动同步喷雾设施。
⑶、工作面防治瓦斯及突出
①、工作面瓦斯管理及其监控要纳入矿井安全监控系统。
②、为避免工作面老顶垮落后，小煤释放瓦斯给生产造成影响，预先在工作面付巷向煤层顶板钻井瓦斯抽放钻孔，对小煤瓦斯实施高位抽放。
③、对工作面上隅角瓦斯实施引排。
④、抽放和引排的瓦斯经井下临时抽放瓦斯系统的管路排放至采区专用回风下山。
在抽放瓦斯管路的出口两侧要设置栅栏、悬挂警戒牌。
⑤、工作面通风系统内的所有通风设施都要经常保持完好，行人或运料罐车通过风门后，要及时将风门关好，严禁同时打开两道风门。
⑥、工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1%时，要停止工作，撤出所有工作人员，进入运巷或轨道下山，等待处理。
工作面风流中、电动机附近20M内瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员等待处理。
⑦、发生瓦斯超限时，当班瓦斯员要及时通知到采区跟班区长或班长，跟班区长或班长接到通知后，要立即下令停止工作，并组织人员撤离回风巷和工作面，切断回风巷和工作面电源。
⑧、工作面及两巷的所有电气设备都必须台台完好，严禁失爆。
工作面挂梁或放顶时，必须使用铜锤。
⑨、工作面上隅角放顶线以里悬顶面积≧2×2.5㎡时，要在放顶线位置用袋装珍珠盐气柱、、砌筑一道隔离墙。
⑷、避灾路线
①、避水灾路线：
工作面→运巷→一联眼集中巷→七采皮带下山或七采轨道下山→七采上车场→-85南大巷→井底车场→地面。
运巷人员要迅速撤往一联巷集中巷，经七采皮带下山或七采轨道下山，再经上述路线撤往地面。
②、避火灾及瓦斯事故路线：
工作面→溜子道→七采皮带下山或七采轨道下山→七采上车场→-85南大巷→井底车场→地面。
副巷人员要迅速通过风门撤往一联巷集中巷，再经上述路线撤往地面。
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