综采工作面设计.docx
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综采工作面设计
Ⅲ5414综采工作面设计说明书
淮北矿业集团朱庄煤矿
二00八年十一月
审签
编制：
审核：
地测：
机电：
通风：
安监：
总工：
目 录
第一章工作面概况…………………………………………………….2
第二章回采工艺与采场支护设计…………………………………….5
第三章工作面巷道布置……………………………………………….6
第四章巷道断面与支护设计………………………………………….10
第五章“一通三防”系统工程设计………………………………….20
第六章防治水工程设计……………………………………………….24
第七章巷道施工组织设计…………………………………………….25
第八章主要设备选型与配置………………………………………….27
第九章工作面生产系统与避灾路线………………………………….28
第十章其它………………………………………………………….30
Ⅲ5414综采工作面设计
第一章工作面概况
一、工作面位置及概况
Ⅲ5414工作面位于Ⅲ4采区上山的左翼，为左翼五煤层的第七个区段。
该面右以Ⅲ4采区轨道下山为界，左跨Ⅲ6采区至矿界（与杨庄矿边界），上区段为Ⅲ5412综采工作面正在回采，剩余走向300米。
下区段Ⅲ5416工作面，尚未开拓；顶部外段为Ⅲ4416、Ⅲ4418工作面采空区，里段为四煤层岩浆侵蚀区，不可采。
该面走向长1280米，倾斜宽205米。
预计该面风巷顶板标高-352～-416m，机巷顶板标高-378～-430m，整个工作面里、外较低，中间高。
工作面内有勘探钻孔84-2、5-78-17、80-21、183四个钻孔。
其中183孔终孔在五煤层底板122米，层位为山西组深灰色薄层状砂质泥岩，该孔未见六煤层，且无封孔资料。
5-78-17孔终孔五煤层底板以下23米，层位为泥岩，已进行全段封孔。
另外两个孔84-2、80-21终孔在六煤层底板以下25米和12米，层位为山西组砂岩。
均采用黄沙水泥封孔。
该面对应地面标高+32米左右，地表为塌陷区及农田。
二、煤层赋存情况
（一）煤层条件
该工作面煤层为5煤层，层位属二叠系下统下石盒子组，从Ⅲ5412机巷和工作面内四个钻孔揭露煤层资料显示，该面煤层结构简单，硬度较小，呈碎屑状或粉末状。
煤层赋存较稳定,局部受构造影响,煤层厚度1.4～3.5m,平均2.9m,属中厚煤层。
煤层倾角5°～18°，里段大，外段小；煤种牌号属瘦煤，其宏观煤岩类型属半亮型。
从Ⅲ5412工作面回采情况看，预计该面里段煤层底部含一层泥岩夹矸，厚度0.3m～0.6m。
该面5煤层与上覆4煤层间距为8.0m～13m。
（二）柱状图（见Ⅲ5414工作面掘进地质说明书）
三、顶底板情况
（一）顶板
该面直接顶板为灰黑色砂质泥岩，厚度2.0m～4.0m，含植物叶片化石，“草帽”状顶板发育，局部为薄层状细砂岩；老顶为灰色细、中粒砂岩，厚度4.0m～6.0m；往上为深灰色砂质泥岩，厚度2.0m～3.0m；再往上为4煤层（或岩浆侵蚀区），厚度0.7m～1.6m；其上为灰黑色砂质泥岩或粉砂岩厚度4m～8m。
（二）底板
该面直接底板为灰～灰黑色泥岩，厚度1.0m～3.0m，含植物根茎化化石；老底为灰色细砂岩，厚度3.0m～4.0m；其下为灰色砂质泥岩或泥岩，厚度6.0m左右；再向下为铝质泥岩，厚度3.0m～5.0m。
其顶底板岩石力学性质见下表：
附：
顶、底板岩石力学性质表。
顶底板岩石力学性质表 单位：
Kg/cm2
岩石名称
抗压强度
抗拉强度
普氏系数
砂岩
700～900
30
7～9
砂质泥岩
520
28
4～5
泥岩
324
24
3～4
四、地质构造与水文地质情况
根据煤层底板等高线分析，该面整体呈一宽缓的背斜构造，里外低，中间高。
从上区段Ⅲ5412机巷情况看，小断层较发育，共揭露断层14条，但落差1.0米以上的断层仅4条，均为正断层，其中落差最大H=2.5m的断层被甩到工作面之外，剩下三条落差1.0米多的断层对风巷掘进稍有影响外，其余的1.0米以下断层对以后掘进和回采都不会影响太大。
预计机巷在掘进过程中有可能会遇到一些断层和底鼓，会造成局部煤层变薄，外段还有可能见零星岩浆岩，对掘进施工可能会造成一定影响。
上区段揭露断层位置和断层产状及延展情况见平面图和附表。
Ⅲ5412机巷断层一览表
断层
编号
位置
产状
影响
程度
备
注
倾向
倾角
落差（m）
FⅢ5412-1
Ⅲ5412机巷1＃前3m
240°
∠45°
1.5
较大
预计向工作面内延展60米
FⅢ5412-2
Ⅲ5412机巷3＃前14m
82°
∠50°
1.5
较大
预计向工作面内延展70米
FⅢ5412-13
Ⅲ5410机巷18＃前15m
32°
∠35°
1.8
较大
预计向工作面内延展100米
五、水文地质情况
该面5煤层水文地质条件较简单，主要充水水源为五煤层顶板砂岩裂隙水和上区段Ⅲ5412工作面里段采空区积水。
根据Ⅲ5412工作面的掘进和回采情况分析，该面在掘进过程中，局部顶板会有滴水、淋水现象，巷道低洼处易积水。
预计正常涌水量1m3/h左右，最大涌水量为4～5m3/h。
另外，该面风巷掘进到里段时，由于Ⅲ5412工作面里段采空区存有积水，地质部门要提前发出水害预报通知书，施工单位在掘进过程中，注意观察迎头及煤壁的变化情况，发现出水征兆，必须立即停止掘进，撤离人员，进行探放水工作。
六、煤层自燃发火情况和煤尘爆炸指数及瓦斯涌出量
该面5煤层煤种为瘦煤，着火点较高，不易自燃；自本矿井5煤层揭露之日至今，未发现过煤层自燃现象；据98年重庆煤研所试验资料，5煤尘具有爆炸性，其爆炸指数为18.34%。
据通风区提供资料，预计该面风巷、机巷、切眼掘进过程中，绝对瓦斯涌出量为2.0m3/分左右。
七、储量计算
计算参数：
走向长：
1280m倾斜宽：
205m；
煤厚：
2.9m，容重：
1.43吨/m3，回采率95%
计算结果：
工业储量=1280×205×2.9×1.43=108.8（万吨）
可采储量=108.8×95%≈103.4（万吨）
第二章回采工艺与采场支护设计
第一节回采工艺选择
一、回采工艺：
综合机械化回采。
二、确定依据：
工作面煤层赋存较稳定，平均煤厚2.9m，具备综合机械化开采条件。
根据我矿目前开采技术和生产技术管理经验，从安全和提高资源回收的角度分析，本工作面回采工艺选用综合机械化采煤。
第二节工作面支护设计
一、依据参考工作面初选支架
根据Ⅲ5414相邻工作面Ⅲ5412综采工作面生产经验，由于这两个面煤层赋存条件相同，计划选用与Ⅲ5412工作面相同的支架（ZY5000-19/40支撑掩护式液压支架）。
参考面Ⅲ5412与Ⅲ5414工作面属同一煤层，条件类似，开采证实Ⅲ5412工作面使用ZY5000-19/40支架是成功的。
二、支架支护强度计算
采用综采一次采全高回采工艺，支架支护强度计算如下：
（一）计算冒落带高度
∑Hi=M/（Kp-1）=4.0/（1.4-1）=10
∑Hi：
冒落带高度，m;
M：
工作面最大采高，M取4.0；
Kp：
岩层冒落碎胀系数。
一般取1.25~1.5，破碎顶板取较小值，完整顶板取较大值，式中取1.4。
（二）计算支护强度
P=K*∑Hi*γ*cosα*10-6
=2.0*10*25000*cos9*10-6
=0.494Mpa
P：
计算支护强度，Mpa;
γ：
冒落带岩层加权平均容重，N/m3；一般取25000N/m3
α：
煤层倾角，取9°；
K:
老顶来压增载系数，一般取2.0。
三、支架的确定
初选支架ZY5000-19/40，其适应条件与工作面条件对比如下表：
项目
工作面条件
ZY5000-19/40支架适应条件
采高
2.9m（煤厚）
1.9~4.0m
倾角
5°～18°
适应
支护强度
0.494Mpa
0.79Mpa
顶板种类
Ⅱ类
Ⅱ类
通过上述比较分析，初选支架ZY5000-19/40合理，能够满足支护要求。
第三章工作面巷道布置
第一节巷道布置
一、基本巷道布置方式
巷道布置方式采用机、风巷“两巷布置方式”。
为充分回收资源，工作面布置采用“刀把式”。
基本巷道布置较简单，风巷沿上区段Ⅲ5412机巷布置，机巷与风巷平行布置且与风巷平距为205m。
二、一通三防与防治水巷道（硐室）工程设计
“一通三防”方面，工作面外段上覆四层煤均已回采完毕，里段四层为火成岩侵蚀不可采区，工作面回采期间瓦斯来源主要为本煤层和采空区瓦斯。
结合Ⅲ5412工作面开采实践，Ⅲ5414工作面回采期间，主要采用风排瓦斯，并采用斜交钻孔抽放和埋管抽放治理瓦斯，能够满足生产需要，不需要施工高位钻场。
本工作面无“一通三防”相关工程设计。
该面5煤层水文地质条件较简单，主要充水水源为五煤层顶板砂岩裂隙水和上区段Ⅲ5412工作面里段采空区积水。
根据Ⅲ5412工作面的掘进和回采情况分析，该面在掘进过程中，局部顶板会有滴水、淋水现象，巷道低洼处易积水。
预计正常涌水量1m3/h左右，最大涌水量为4～5m3/h。
由于涌水量不大，局部低洼处的积水使用水泵抽排即可，因此无需另外施工排水巷。
三、联络巷道
本工作面设计布置一条进架巷，进架巷沟通工作面切眼和三水平西大巷，主要用于工作面安装期间的进架工作。
四、其它巷道布置设计
本工作面其它巷道均为已有巷道。
第二节工作面巷道布置基本参数设计
一、工作面推进方向与推进长度设计
（一）推进方向
1、推进方向的设计依据
Ⅲ5414工作面位于Ⅲ54采区的中部，为Ⅲ54采区轨道上山左翼5煤层第7个工作面。
上区段的Ⅲ5412预计2009年09月回采结束。
Ⅲ5414风巷沿空布置，机巷与风巷平行布置，工作面大致沿煤层走向布置，总体趋势中间高两端低。
2、推进方向说明
工作面机风巷的施工方位均为N240°。
工作面中间高两端低，里段仰采，外段府采。
仰俯采角度均在3°左右。
（二）推进长度与切眼位置
工作面布置采用“刀把式”，切眼与改造机巷呈95°夹角，改造切眼与机巷呈95°夹角，改造机巷为88m。
由于机、风巷平行布置，工作面形状整体规则，工作面在回采过刀把切眼后，能保持等长推进，无需延车延架。
工作面总推进长度为1290m。
切眼定在设计位置主要是依据矿井煤柱保护线，综合考虑回收资源问题等来确定的。
二、机巷与风巷布置
（一）机、风巷的长度
Ⅲ5414机巷分两部分，即外段岩石机巷部分和沿煤部分。
机巷总长1279m，其中外段岩石部分长度为94m，沿煤部分1185m。
巷道施工方位为N240°。
Ⅲ5414风巷在Ⅲ5412机联巷口拨门，按N195°施工9m后，沿上区段Ⅲ5412机巷方向施工，施工方位N240°，长度1416m。
（二）机、风巷的位置
Ⅲ5414机巷基本按煤层走向方向布置，风巷沿上区段机巷布置，风巷与机巷平行，工作面为205m等长布置。
三、工作面（切眼）长度确定
本工作面切眼设计长度为205m，依据以下因素确定:
1、煤层条件：
该面煤层结构简单，煤层赋存较稳定，煤层厚度1.4～3.5m,平均2.9m,属中厚煤层，煤层倾角5°～18°，工作面一次采全高。
根据五煤开采实践经验和生产能力，工作面长度可设计为205m。
2、瓦斯防治方面采用风排瓦斯与埋管抽放相结合的方式，能够控制工作面瓦斯浓度。
工作面排水主要采区自流排水的方式，局部低洼处使用水泵。
结合上一阶段的回采情况，工作面切眼设计205m，不会对一通三防和防治水带来负面影响。
3、综合考虑上下区段的关系，充分利用已用巷道，减少工作面准备工程量，切眼长度设计205m合理。
4、按照矿井现有开采技术装备条件，机电装备可以满足205m长工作面的生产需要。
我矿目前正在回采的Ⅲ5412工作面长度为208m，机电设备管理经验很成功。
所以确定工作面长度为205m是可行的。
第三节巷道布置参数说明
一、设计巷道布置主要参数一览表
序号
巷道名称
开窝点座标
巷道施工方位（°）
巷道设计坡度（°）
巷道设计平距（m）
巷道施工层位岩性
备注
1
Ⅲ5414机巷
（岩石部分）
X:
7661.415
Y:
4867.475
N240
5
35
五煤顶板岩石
2
Ⅲ5414机巷
（岩石部分）
X:
7661.415
Y:
4867.475
N240
12
58
五煤顶板岩石
3
Ⅲ5414机巷
（沿煤部分）
X:
7661.415
Y:
4867.475
N240
跟顶施工
1185
五煤层
4
Ⅲ5414
改造切眼
X:
7021.542
Y:
3759.915
N325
跟顶施工
103
五煤层
5
Ⅲ5414
改造机巷
X:
7107.542
Y:
3699.993
N240
跟顶施工
88
五煤层
6
Ⅲ5414切眼
X:
7063.583
Y:
3623.855
N325
跟顶施工
102
五煤层
7
Ⅲ5414
风联巷
X:
7821.886
Y:
4715.926
N195
跟顶施工
9
五煤层
8
Ⅲ5414风巷
X:
7812.886
Y:
4713.541
N240
跟顶施工
1416
五煤层
9
Ⅲ5414
进架巷
X:
7104.720
Y:
3486.961
N287
跟顶施工
134
五煤层
10
Ⅲ5414
进架巷
X:
7143.879
Y:
3358.942
N292
跟顶施工
138
五煤层
二、有关说明
Ⅲ5414机巷设计长度为1279m，其中外段岩石94m，具体布置方式见“Ⅲ5414工作面平面、剖面、断面设计图”。
第四节巷道轨道线路设计
一、设计依据
机巷、风巷均铺设轨道，风巷轨道的铺设以满足进架要求为准，机巷轨道存放开关车、移变等，并满足行人要求。
二、轨道线路参数设计
1、机巷
轨距600mm，轨枕规格：
长×宽×厚＝1.2m×0.14m×0.12m，枕木间距700mm，轨道型号为24Kg/m，轨道偏左帮布置，距巷道中心线1200mm。
2、风巷、切眼
轨距600mm，轨枕规格：
长×宽×厚＝1.2m×0.14m×0.12m，枕木间距700mm，轨道型号为24Kg/m，风巷轨道中心线与巷道中心线重合，切眼轨道中心线距巷帮1200mm。
三、轨道线路设计主要技术要求
轨道线路设计的主要技术要求：
轨道按中腰线铺设平、直，轨距误差≯6mm，≮2mm，轨道接头间隙≯5mm，内错差≯2mm，轨枕间距≯0.7m，轨型及曲率半径符合要求，连接件齐全坚固有效，转弯、变坡接茬符合规定。
无杂拌道、轨枕无浮离、空吊板现象。
第四章巷道断面与支护设计
第一节巷道断面设计
一、机巷断面设计
（一）按工作面进风量计算
首先进行工作面需风量Q计算
1、按瓦斯涌出量计算（按工作面最大风排瓦斯量计算q瓦采＝5.0m3/min）
Q采=100q瓦采×K=100×5.0×1.4=700（m3/min）
式中：
Q采――工作面实际需要的风量，m3/min；
q瓦采――工作面的瓦斯绝对涌出量，m3/min；
K――工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取K=1.4
2、按工作面温度计算风量
采煤工作面应有良好的气候条件，其温度和风速相对应值，温度<18℃时，风速为0.5～0.8m/s；温度18～20℃，风速为0.8～1.0m/s；温度20～23℃时，风速为1.0～1.5m/s；温度23～26℃时，风速为1.5～2.0m/s；温度26～28℃时，风速为2.0～2.5m/s较适宜。
由于Ⅲ5414工作面温度为20～22℃，选取风速为1.0m/s。
Q采＝60×V采×S采=60×1.0×10=600m3/min
其中：
V采――采煤工作面风速，取1.0m/s
S采――采煤工作面断面积，取S采=10m2。
3、按人数计算实际需要风量
Q采＝4×N=4×80=320m3/min
式中：
N—工作面同时工作的最多人数，取80人。
经上述瓦斯、气温、人数计算得出工作面需风量取其最大值，取
Q采＝700m3/min。
4、按风速进行验算：
工作面允许最低风量
Q采min＝0.25×60×S采=15×10=150m3/min
工作面允许最高风量
Q采max＝4.0×60×S采=240×10＝2400m3/min
式中：
S采—采煤工作面的平均断面积，m2
Q采＝700m3/min，在合理范围内，取值合理。
计算巷道断面S按下式计算：
S=Q/（v*60）=700/（2.5×60）=4.7m2
Q：
工作面需风量，700m3/min;
v:
机巷风速，m/s，取经济风速2.5m/s。
（二）按机巷设备布置计算
根据机巷设备摆放及行人需要，计算巷道断面宽度与高度。
1、计算机巷宽度Bjs按下式计算：
Bjs=Bs+Bp+Bj+By+Bx=400+1400+700+1200+200=3900mm
Bs:
机巷胶带输送机与上帮间隙400mm；
Bp:
机巷胶带输送机外形宽度，1400mm；
Bj:
机巷胶带输送机与开关电缆车的间隙（行人通道），mm，一般取700mm；
By:
移动变电站或其它最宽设备的宽度，1200mm；
Bx:
移动变电站或其它最宽设备与下帮的间隙，200mm。
2、计算机巷高度Hjs按下式计算：
Hjs=Hs+Hj+Hq=1700+300+300=2300mm
Hs:
取机巷最高设备转载机的高度，1700mm;
Hj:
取机巷转载机的高度距顶板支护体下缘的间隙，300mm。
Hq:
机巷起伏不大对巷高选取的影响值，取300mm。
（三）按巷道变形计算
根据生产经验和相邻区段Ⅲ5412工作面矿压观测资料，机巷为实体巷道，两帮变形较小，Bb取100mm，顶底板变形量Hb取100mm。
则巷道宽度B与巷道高度H分别为：
B=Bjs+Bb=3900+100=4000mm
H=Hjs+Hb=2300+100=2400mm
（四）按支护条件选择
巷道支护条件正常，则巷道高度与宽度为上述计算确定的高度B与宽度H；
B=4000mm
H=2400mm
（五）机巷断面的优化确定
根据上述计算的B、H值，计算巷道断面积:
S′=4×2.4=9.6m2
S′＞S；
通过上述分析计算，机巷的宽度B=4000mm和高度H=2400mm能够满足要求。
二、风巷断面设计
（一）按工作面回风量计算
根据工作面回风量计算风巷断面S:
S=Q/（v*60）=700/（2.5×60）=4.7m2
Q：
工作面需风量，取700m3/min;
v:
风巷风速，m/s，取经济风速2.5m/s。
（二）根据设备运输需要计算
风巷断面必须满足支架整体运输要求，本工作面使用的ZY5000-19/40支架组装后高度为1900mm，装车高度为2250mm。
考虑变坡等因素的影响，支架与顶板预留100mm间隙；风巷宽度要求能满足进架要求，且有人行道，支架与巷帮预留600mm间隙，矿车能够顺利通过。
风巷的高度：
Hjs=2250+100=2350mm，
宽度：
Bjs=400+1500+400+700=3000mm。
（三）按巷道变形计算
风巷为架棚支护，沿空巷道，两帮变形量较大，考虑400mm变形量，顶板考虑100mm变形量。
则巷道宽度B与巷道高度H分别为：
B=Bjs+Bb=3000+400=3400mm
H=Hjs+Hb=2350+100=2450mm取2500mm
（四）按支护条件选择
巷道支护条件正常，则巷道的高度与宽度取上述计算确定的巷道宽度B与巷道高度H分别为：
B=3400mm
H=2500mm
（五）风巷断面确定
根据以上计算，校核、优化、确定风巷的高度、宽度和断面。
根据上述计算的B、H值，计算巷道断面积:
S′=（3.2+3.8）×2.5/2=8.75m2
S′＞S；
通过上述分析、计算，风巷的宽度B=3400mm和高度H=2500mm能够满足要求。
三、切眼断面设计
（一）按设备安装要求计算
1、切眼宽度
ZY5000-19/40支架的外形尺寸为：
长×宽×高=5900mm×1500mm×1900mm，其宽度Bq按下式计算：
Bq=Bd+Bqj=6200+200=6400mm
Bd:
为支架最小运输高度时的平面对角线长度，6200mm；
Bqj:
为支架最小运输高度时的平面对角线外缘与煤壁及采空区的两侧间隙之和，取200mm。
2、切眼高度
根据煤层厚度、采高、支架安装高度、采煤工艺等因素确定。
其轨道面以上的计算高度Hq按下式计算。
Hq=Hp+Hz+Hj=350+1900+200=2450mm
Hp:
切眼安装用平板车高度，350mm；
Hz：
综采液压支架的最小运输高度，1900mm；
Hj：
综采液压支架装平板车后，支架顶梁上平面距顶板支护体下缘突出面（点）的间隙；
Hj取200mm。
（二）按切眼变形计算
切眼采用锚杆配合单体支护，支护强度高、变形小又为实体巷道，切眼顶底板变形量Hb取100mm，两帮变形量Bb取100mm，则巷道宽度B与巷道高度H分别为：
B=Bq+Bb=6300+100=6400mm
H=Hq+Hb=2450+100=2550mm取2600mm
（三）切眼断面确定
根据切眼的支护条件、支护方式、矩形断面、变形量以及上述计算的宽度Bq和高度Hq，切眼的宽度B=6400mm和高度H=2600mm，能够满足生产需要。
四、其他巷道断面设计
（一）岩石机巷断面设计
岩石机巷采用半圆拱锚喷支护，净宽3800mm，净高3300mm。
支护材料选用M22mmL2000mm高强螺纹钢锚杆。
巷道能满足运输和行人要求。
（二）进架巷断面设计
进架巷采用架棚支护，梁长2600mm，腿长2800mm，下扎3200mm，净高2500mm，棚距700mm。
能够满足进架要求。
五、设计巷道断面参数一览表
序号
巷道名称
断面
形状
断面规格
（净高×净宽）
掘进断面积
（m2）
净断面积
（m2）
备注
1
Ⅲ5414机巷
（岩石）
半圆拱
3.3m×3.8m
12.3
11
2
Ⅲ5414机巷
（煤）
矩形
2.4m×4.0m
10.3
9.6
3
Ⅲ5414风巷
梯形
净高2.5m
上宽2.9m，下宽3.8m
9.4
8.4
4
Ⅲ5414切眼
矩形
2.6m×6.4m
17.8
16.6
5
Ⅲ5414进架巷
梯形
净高2.5m
上宽2.3m，下宽3.2m
7.8
6.9
第二节巷道支护设计
一、巷道支护形式设计
（一）设计巷道支护条件说明
1、巷道的围岩条件
顶板：
直接顶板为灰黑色砂质泥岩，厚度2.0m～4.0m，含植物叶片化石，“草帽”状顶板发育，局部为薄层状细砂岩；老顶为灰色细、中粒砂岩，厚度4.0m～6.0m；往上为深灰色砂质泥岩，厚度2.0m～3.0m；再往上为4煤层（或岩浆侵蚀区），厚度0.7m～1.6m；其上为灰黑色砂质泥岩或粉砂岩厚度4m～8m。
底板：
直接底板为灰～灰黑色泥岩，厚度1.
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