8201综采工作面设计.docx
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8201综采工作面设计
乌海市乌化矿业有限责任公司
8201综采工作面设计
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编制人：
编制日期：
前言
根据《采矿设计手册》、《综采技术手册》及《煤矿安全规程》等有关规定及要求，对8201综采工作面进行设计，该工作面位于我矿二采区北侧，是二采区的第一个采煤工作面，预计2017年4月30日回采结束。
第一章工作面概况及地质特征
第一节概况
一、工作面位置及井上下关系
工作面位置及井上下关系表
工作面
名称
8201
采区名称
二采区
地面标高
1250-1280
井下标高
1074----1078
地面的相对位置
本工作面位于矿区北部，紧邻鑫春煤炭市场。
工作面南部有一口水井，距离8201运顺顺槽约为100m。
回采对地面设施的影响
地面有平房4间，门卫房2间（都已经废弃）。
工作面在推进过程中，由于顶板为全部垮落法管理，会对该地面设施造成一定影响，推进过程中加强监管，严禁人员入住、物资堆放，以免造成人员、物资损伤。
井下位置及与相邻关系
本工作面，北为实体煤柱，西为井田边界，东为三条上山、南为8202工作面。
走向长度
180m
倾斜长度
835m
面积
150300ｍ2
二、储量及服务年限
1、储量计算
走向长ｍ
倾斜长ｍ
斜面积（ｍ2）
平均煤厚ｍ
容重
ｔ/ｍ3
工业储量（ｔ）
回采率
可采储量（ｔ）
180
835
150300
1.80
1.40
378756
97%
367393.3
工作面平均走向长180m，倾斜长835m，斜面积150300㎡，煤层及夹矸平均厚度共计1.80m,其中夹矸平均厚度0.4m，容重1.40t/m³,按最大采高1.8m计算可采储量367393.3t。
2、工作面服务年限
工作面服务年限=可采储量/计划月产量
工作面服务年限=367393.3T÷61776
≈5.9（月）
第二节地质特征
一、煤层及顶底板情况
顶、底板名称
岩石名称
厚度（m）
老顶
粗粒砂岩，砂质泥岩
16.85
直接顶
细砂岩，砂质泥岩
0.5
直接底
砂岩泥岩
0.37
通过分析，直接顶较易跨落，回采过程中要加强管理。
老顶较坚硬，在回采过程中不易垮落，预计顶板初次来压步距为75--85米，周期来压步距为45-50米。
二、水文地质
煤层顶板为砂质泥岩、细砂岩，受西来峰逆断层影响，裂隙较多，淋水较大，初次来压和周期来压期间应加强防排水管理。
隔水层主要为细砂岩及砂泥岩，层厚稳定，隔水性能较好。
本区水文地质条件简单，对回采影响不大。
工作面按照设计留设保护煤柱。
在回采期间，顶板预计会出现渗水或淋水现象，通过两条顺槽掘进时水量观测，现工作面涌水量为3---5m³/h，预计在回采期间，由于采动影响、西来峰逆断层影响，造成区间段涌水量增大，预计涌水量为8--10m³/h。
在回采初期从8202回顺打一条联巷，与8201运顺相同，工作面顶板淋水通过联巷排到8202回风顺槽水仓。
（见附排水系统图）
三、瓦斯、煤尘、自燃情况
瓦斯
瓦斯相对涌出量0.45立米/小时
CO2
无
煤尘煤炸指数
37.8
煤的自燃倾向性
煤层自然发火期6个月
地温危害
无
冲击地压危害
无
第二章采煤方法、设备选型及巷道布置
第一节采煤方法及设备选型
1、采煤方法
根据8201工作面煤层赋存情况，结合周边矿井实际情况以及矿井现代化发展的趋势，采用综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板。
2、采煤机的选型
根据工作面倾斜长度为180m，采高初步确定为1.8m，煤层普氏系数f=2-3，采用MG300/701-WD双滚筒采煤机。
3、液压支架的选型
一、液压支架支护强度验算
支架工作阻力校核
1、采用经验公式
据公式：
式中：
K—作用于支架上顶板岩石厚度系数取 7
H—最大采高取 1.9ｍ
r—上覆岩石容重取 2.5T/ｍ3
F—单架最大支护面积取 6.945㎡
P—支架工作阻力。
2265.3KN。
2、支架底板比压校核
据公式
与支架参数对比
按7倍采高校核则2265KN＜3200KN，按支架底板比压校核，8＃煤层底板比压为1500KN/m2＞1246.33KN/m2
工作面实际条件与支架参数对照表
项目
工作条件
支架参数
采高（ｍ）
1.7-1.9
1.2-2.6
倾角（°·）
3°－7°
≤15°
硬度（ｆ）
5－6
支护强度
0.43MPａ
0.55MPa
底板比压
1.5MPa
1.58MPa
顶板类别
Ⅱ类
Ⅱ类－Ⅲ类
据以上校核及工作面条件与支架适应条件对照表可以看出，选用ZY3200/12/26型液压支架能够满足顶板控制支护需要的同时，也能满足底板比压要求，支架不会出现压垮，钻底现象。
②.工作面配套设备选型
工作面运输机：
根据本面所选支架与运输机、支架控顶距与运输机的配合以及采煤机与运输机的配合须达到尺寸合理与操作灵活方便的要求，再考虑到工作面的运输能力须大于生产能力，本面运输机均选用SGZ-764/400型双中链刮板运输机。
③.运输道运输设备选型
SZZ764/160转载机一部、PCM132破碎机一部、STJ-1000/2*250胶带输送机一部。
第二节工作面巷道布置
一、运输道
1.布置：
全煤巷跟顶定向布置，全长860m。
2.支护及断面：
巷道净断面不小于12m2，其支护方式另行研究确定后，单独编制。
3.用途：
担负工作面煤炭运输、进风、防尘管路、排水管路及生产电缆敷设等任务。
二、切眼
1.布置：
全煤巷跟顶定向布置，上下分别与材料道、运输道联接，长180米。
2.支护及断面：
巷道净断面不小于21m2，其中巷道高度不小于3.0m，宽度不小于7.0m，其支护方式另行研究确定后，单独编制。
3.用途：
装备采煤机、综放支架及工作面运输机等设备。
三、油脂库及配件硐室（包括消防器材库）
1.布置：
全煤巷布置于材料道上帮，从切眼向外每隔200m布置一组。
2.支护及断面：
巷道净断面不小于12m2，周围5米范围内巷道采用不可燃材料进行封闭，其支护方式另行研究确定后，单独编制。
3.用途：
油脂库用于存放油脂及消防器材；配件硐室用于存放机电设备常用配件及液压管路。
四、回风巷
1.布置：
全煤巷跟顶定向布置，全长860m。
2.支护及断面：
巷道净断面不小于9m2，其断面形式及支护方式另行研究确定后，单独编制。
3.用途：
担负工作面煤炭回风、防尘管路、排水管路及监控电缆敷设等任务。
第三章工作面生产能力及生产系统
第一节工作面生产能力
本工作面采用“三八”制循环作业：
两班生产，一班检修。
每个生产班以完成一次采装运支为一循环，一日9个循环。
回采工艺顺序根据工作面顶板情况分两种：
当顶板较完整时，工艺顺序为：
割煤→移架→移溜；当顶板较破碎时，工艺顺序为：
移架→割煤→移溜。
煤机割煤高度1.8m，于是：
一、产量（生产能力）
1.循环产量：
Q循环=工作面净长×煤厚×截深×煤容重×循环进刀数×工作面回采率×循环率
=180×0.60×1.80×1.40×97%=264吨
2.日产量：
Q日=Q循环×日循环数
=264×9=2376（吨）
3.月产量：
Q月=日产量×月平均生产天数
=2376×28=6.1776（万吨）
二、服务年限
工作面服务年限
工作面服务年限=可采储量/计划月产量
工作面服务年限=367393.3T÷61776
≈5.9（月）
第二节生产系统
一、运输系统
（一）运煤系统：
运煤：
8201回采工作面刮板输送机—8201运输顺槽转载机——8201运输顺槽胶带运输机—辅助水平运输上山—9#煤仓—主斜井皮带机—地面。
1、工作面刮板输送机运输能力核算
1）SGZ-764/630刮板输送机输送能力Q为800t/h，采煤机的生产能力Qc:
Qc=60BHγVc
=60×0.6×3.0×1.33×4=576T/h＜800t/h
符合要求。
2）电机功率校验
经计算N0=246kw＜400kw，符合要求。
2、工作面转载机运输能力核算
SZZ764/160转载机运输能力为1100t/h，大于刮板输送机运输能力，符合设计要求。
3、运输道胶带输送机能力核算
DSJ-100/100/2×160，铺设长度860米，输送能力为100t/h，，满足生产要求。
（二）轨道运输系统
进料路线：
副斜井—9#井底车场—辅助水平集中运输大巷—辅助水平轨道上山—辅助水平轨道大巷—甩车场—辅助水平轨道上山—8201回风顺槽车场—8201回风顺槽—8201回采工作面。
二、通风系统
新鲜风流路线：
副斜井→9#车场→辅助水平轨道运输大巷→辅助水平轨道上山→8201运输顺槽→8201回采工作面
泛风风流路线：
8201回采工作面→8201回风顺槽→辅助水平回风上山→辅助水平回风大巷→回风立井→地面
工作面配风量校核
8201回采工作面根据《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》等规定，结合《矿井通风与安全》相关内容，采煤工作面的风量应按照下列因素分别计算，并取其最大值。
1）按瓦斯涌出量计算
根据瓦斯涌出量设计时，采煤工作面需要风量应按式
（1）计算：
（1）
根据上个工作面回风流最高瓦斯情况，报表风量最高为910m3/min，回风最高瓦斯浓度为0.51%，因此Qg取4.64m3/min，kg取1.4，根据式
（1）计算出Q=650m3/min。
2）按工作面进风流温度进行计算
采煤工作面应有良好的气候条件。
其进风温度可根据风流温度预测方法进行计算。
其气温与风速应符合表1的要求。
采煤工作面的需要风量安式
（2）计算：
（2）
据此，v取1m/s，k取1.0，根据《8201综采工作面作业规程》S取9.172m2，因此可得Q=550.32m3/min。
3）按气象条件计算
按气象条件设计时，采煤工作面所需风量应按式（3）计算：
（3）
其中，Qj按式（4）进行计算：
（4）
根据《8201综采工作面作业规程》，ha=4.586，h取2，v1取1，可得Qj=192.612m3/min，Q=317.9m3/min。
4）按工作人员数量计算
根据工作人员数量设计时，采煤工作面的需要风量安式（5）计算：
（5）
根据《8201综采工作面作业规程》，取n=63，因此Q=252m3/min。
5）按风速进行验算
按最低风速验算采煤工作面最小风量：
（6）
因此，Q≥137.58m3/min。
按最高风速验算采煤工作面最大风量：
（7）
因此，Q≤2201.28m3/min。
根据相关规定，8201回采工作面回采过程中工作面配风量应为不小于650m3/min。
三、防尘系统
1、防尘水线路：
地面2000立方水池→副斜井→9#车场→辅助水平轨道运输大巷→辅助水平轨道上山→8201运顺→8201回采工作面
地面2000立方水池—副斜井→9#车场→辅助水平轨道运输大巷→辅助水平轨道上山→8201回顺→8201回采工作面
运输顺槽和回风顺槽管路选用φ50mm的水管，每隔50ｍ设一个三通阀门,给防尘水幕、各转载点、泵站及工作面机组喷雾供水。
2、防尘措施
（1）、采煤机内外喷雾，要求喷雾嘴完好不堵塞，内喷雾压力不小于2Mpa外喷雾压力不小于4Mpa,雾化程度高，特别是外喷雾要能够封闭截割产尘部位。
（2）、转载点的喷雾及工作面各部输送机机头、机尾各设一组喷雾头。
（3）、煤尘冲刷，运输顺槽和回风顺槽超前支护50m范围内每天清洗一次。
（4）、个体防护，进入工作面和回风巷工作的所有人员必须佩戴防尘口罩。
（5）、工作面应每10架设置架间喷雾，每2天进行清洗一次支架。
（6）、第一组隔爆水棚在距运输顺槽车场和回风顺槽车场向工作面方向250米处各安设一组隔爆水棚。
第二组隔爆水袋在距运输顺槽车场和回风顺槽车场向工作面方向500米处各安设一组隔爆水。
第三组隔爆水棚在距运输顺槽车场和回风顺槽车场向工作面方向750米处各安设一组隔爆水棚。
棚随着工作面的推进此组隔爆水棚向开口处移动。
回顺每组隔爆水棚44个水袋。
运顺每组隔爆水棚45个水袋。
每个水袋容量为60L,并设专人管理。
（7）、运输顺槽和回风顺槽每隔200米各安设一组全断面净化水幕。
回风顺槽最后一组净化水幕位于工作面和设备列车之间，随着工作面的推进向前移动，始终保证在设备列车和工作面之间。
四、排水系统
8201回采工作面及顺槽巷道内无较大涌水及淋水地点，在回采前期不会对工作面的安装等工作造成影响，在正常回采过程中，因顶板的不断垮落，会造成顶板上方的隔水层断裂，给工作面造成一定的水害危险，根据两条顺槽掘进期间涌水量分析得出，本工作面回采期间涌水量较少。
8201工作面每天组织排一次水，时间为1.5-2.5h，水泵型号为QBS50-20，功率7.5kw。
涌水量1=1.5*50/24=3.1m³/h涌水量2=2.5*50/24=5.2m³/h
现涌水量为3--5m³/h左右。
预计在回采期间，由于采动影响、西来峰逆断层影响，造成区间段涌水量增大，预计涌水量为8--10m³/h。
排水设备
地点
8201工作面
8202工作面
中央水泵房
水泵型号
QBS50-20
D46-50*9
MD600-65*6
管路
4寸无缝钢管
4寸无缝钢管
377无缝钢管
功率
7.5kw
75kw
1000kw
扬程（米）
20
450
390
矿领导组织研究决定在8201回采工作面回采前，从8202回风顺槽向8201运输顺槽打一条排水巷，进行采空区放水工作，将水排到8202回风顺槽水仓，由8202回风顺槽水仓直接排至中央水仓。
排水路线：
8201工作面→8202回顺→总回风巷→立井→中央水仓→地面
五、安全监测监控系统
1、采煤机自带机载式甲烷断电仪，报警点为1.0%，当报警仪达1.5%时，采煤机自动断电停止作业。
2、工作面上隅角设置一甲烷传感器,报警值为1.0%，断电值为1.5%的低浓甲烷传感器；距工作面煤壁5米以内设置一甲烷传感器,报警值为1.0%，断电值为1.5%的低浓甲烷传感器，8201回风顺槽与回风上山交叉口5－１0米处设置甲烷传感器,型号为KJ101-45B，报警值为1.0%，断电值为1.5%的低浓甲烷传感器，采煤机、上隅角、工作面、回风流复电值不大于1％。
3、瓦斯断电闭锁和故障闭锁：
当任何一只甲烷传感器所测瓦斯浓度达到断电值时，或安全监测监控设施故障时，切断工作面及回风顺槽内所有非本质安全型电气设备的电源并闭锁，当瓦斯浓度＜1.0%，且安全监测监控设施故障解除后，解除电气闭锁。
4、一氧化碳传感器：
工作面上隅角设置一氧化碳传感器，报警浓度为≥0.0024％CO，8201回风顺槽与回风上山交叉口处设置一氧化碳传感器，型号为GTH500，报警点位0.0024％。
7、风速传感器设置：
8201回风顺槽与回风上山交叉口处设置风速传感器，型号为KGF2型测量范围0.25m/s—4m/s风速传感器应设置在巷道内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。
当风速低于或超过《煤矿安全规程》的规定值时，应发出声、光报警信号。
8、温度传感器设置：
8201回风顺槽与回风上山交叉口处设置温度传感器，温度传感器的报警值为30°C。
9、传感器的吊挂位置：
传感器应垂直悬挂在巷道上方风流稳定的位置，距顶板不大于300mm,距巷道侧壁不得小于200mm,应安装在维护方便，不影响行人和行车的位置。
10、甲烷传感器及便携式甲烷报警仪由矿安全监测中心统一调校，每10天进行一次瓦斯断电闭锁试验，并按规定校调传感器。
六、通讯照明系统
1、通讯系统
（1）运输顺槽在设备列车处及皮带机头处各安设电话1部，回风巷在刮板机尾处安设一部电话，无极绳绞车机组处安设一部电话。
入井人员携带人员定位仪，在8201运输顺槽、回风顺槽口各安设1个人员定位装置，型号为：
KJ236。
对入井人员进行监测。
（2）机组之间的通讯设备
皮带机头、转载机机头处共安设KXH型声光组合信号装置2台。
（3）刮板输送机机头、液压之间通讯设备
在转载机处安装1部KXT102语音通讯信号装置，工作面液压支架间每隔10架设置一部KXT102语音通讯信号装置，乳化液泵站安设1部KXT102语音通讯信号装置。
2、照明系统
皮带机头和转载机机头各安装两组照明灯管，工作面支架间每10架设置一组照明灯管。
设备列车开关、馈电等每隔一辆车设置一组照明灯管。
第三节机电设备及供电
一、机电设备
机电设备表
名称
规格
单位
数量
单机功率
（KW）
总功率
（KW）
机组
MG300/701-WD
部
1
701
701
溜子
SGZ-764/630
部
1
630
630
转载机
SZZ-764/160
部
1
160
160
破碎机
PCM–132
台
1
132
132
乳化泵
WRB200/31.5
台
2
125
250
喷雾泵
KPB-315/16
台
2
110
220
二、供电能力计算
（一）供电系统
1、1140V供电系统
1）8201综采工作面由二采区采区变电所5#高开供电，10kv侧单母线分段、双回路供电，电源引自地面10kv开闭所。
10kv侧不同母线段，即一段母线6#柜，二段母线13柜。
电缆采用MYJV42--10kv3×70交联聚乙烯钢带铠装电力电缆320米两趟供电。
8201综采工作面电缆选用MYPJ--10kv3×50高压橡套软电缆1400米到移变列车供电。
8201综采工作面电压有1140v、660v、127v三个电压等级，设KBSGZY--1250/10/1140kv矿用移动变电站2台，并采用KBZ--630/1140型隔爆馈电开关4台，QJZ--400/1140型隔爆真空启动器8台，QJZ--400/1140型隔爆真空软启动器3台。
ZBZ--40型隔爆照明信号综保装置1台。
向采煤机、破碎机、转载机、刮板输送机、乳化液泵站、喷雾泵站供电。
8201综采工作面运顺皮带电源取自二采区变电所8#馈电开关，供电电压为1140v，电缆选用MYP--1140v3×70+1×35㎡200米，沿轨道上山进入皮带巷供顺槽皮带。
（二）供电设备的能力及保护计算
1、1140V系统变压器的选择
根据公式：
S=Kx×Σpe/COSΦpjCOSΦpj取0.7
1、总容量计算Σpe＝2145（Kw）
需用系数：
Kx=0.4+0.6×300/2145
=0.48
S=0.48×2145/0.7=1482.8（KVA）
为保证供电质量和实际设备情况选KBSGZY-800/6移变二台，编号1#、2#，KBSGZY-630/6移变二台，编号3#、4#.
1#移变供：
采煤机、喷雾泵转载机、一台乳化液泵共970KW
2#移变供：
破碎机、工作面刮板输送机、一台乳化液泵。
760KW。
3、高压开关的选择
高压开关的形式应符合《煤矿安全规程》中规定的设备选用的有关要求，以及在国标《矿山电力装置设计规范》中的有关规定。
第四章劳动组织及技术经济指标
第一节劳动组织
1、循环作业方式
采用两班生产、一班准备，日进9循环，每循环进度为0.60米。
（附图：
循环作业图表）
2、产量计算
工作面日生产能力=工作面长度×循环进度×煤层厚度×容重×回采率×日循环数
=180×0.60×1.80×1.40×97%×9=2376吨
3、劳动组织方式：
为“三八”工作制，每班工作8小时，采用追机作业劳动组织形式。
4、劳动组织关系：
各班设一名跟班队长、班组长、验收员组织配合专业工种共同来完成本班生产任务。
工作面劳动组织
班次
出勤人员
夜班
检修班
中班
工种
夜班
检修班
中班
合计
23－7
7－15
15－23
跟班副队长
1
1
1
3
验收员
1
班长
1
2
1
4
机组司机
2
2
4
移架、移溜工
3
3
6
刮板机司机
2
2
4
皮带司机
4
4
4
12
清煤工
3
3
6
小班电工
1
1
2
水泵工
1
1
2
超前维护工
6
6
12
机组检修工
2
2
支架检修工
2
2
刮板机检修工
2
2
电器检修工
2
2
皮带检修工
4
4
泵检修工
1
1
运料工
5
5
队长
1
技术员
1
材料员
1
合计
24
25
24
73
第二节主要经济技术指标
详见工作面主要技术指标表－9
主要经济技术指标表－9
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
工作面走向长度
ｍ
180
平均走向长度
2
工作面倾向长度
ｍ
835
3
煤层倾角
°
3°～7°
4
容重
T╱ｍ3
1.40
5
循环进度
ｍ
0.6
6
每刀循环产量
T
264
7
日产量
T
2376
8
日循环个数
个
9
9
月产量
T
61776
10
可采期
月
5.9
11
最大控顶距
ｍ
4.886
12
最小控顶距
ｍ
4.286
13
定员
人
77
14
出勤人数
人
63
15
回采工效
T╱人
45.2
16
回采率
％
97
17
采高
ｍ
1.8
平均采高（含0.4m夹矸）
18
可采储量
T
367393.3
19
面积
ｍ2
150300
第五章存在问题及安全技术措施
一、冒顶、片帮及其它地压灾害：
（一）冒顶、片帮及其它地压灾害类型及危害
回采过程中，工作面、回采巷道、采空区等受岩石压力和采动压力的影响，都有可能引发片帮、冒顶及其它地压灾害。
其灾害类型主要有：
采场顶板、采空区局部或大范围垮落；工作面、巷道或硐室的冒顶、片帮等。
（二）冒顶、片帮及其它地压灾害的原因
1、巷道设计有缺陷：
巷道布置在应力集中区或布置在软岩中，煤柱设计不合理或未保护完好等，容易发生巷道变形、失修。
2、支护方式不当或支护设计不合理，支护不及时、强度不够；支护质量不符合要求；规程、措施及安全管理制度得不到有效落实等，容易造成工作面、巷道冒顶事故。
3、矿井深部开采，受矿井开采深度的增加和回采动压的影响，部分巷道顶板压力大，顶板破碎。
（三）冒顶片帮及其它
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