13061采煤工作面设计说明书.docx
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13061采煤工作面设计说明书
郑煤集团国瑞煤业公司
郑新福泰（新密）煤业有限公司
13061采煤工作面设计说明书
编制：
靳均均
审核：
周增杰
总工程师：
张泰山
二○一五年四月二十日
13061采煤工作面设计说明书
一、概况
1、工作面位置
13061工作面位于井田13采区中部，东为13采区运输巷，西为井田边界保护煤柱，南为设计的13081工作面，北为设计的13041工作面。
该工作面设计走向长400～500米，倾斜长150米，可采面积64500m2;工作面标高+100～+138米，地面标高+170～+175米。
2、煤层赋存情况
13061工作面开采煤层为二叠系，山西组二1煤层。
二1煤层黑色、粉末状、光亮型、半金属光泽；该工作面为实体煤，只在采面中部有老窑采空区内复采，煤层最小厚度为1.5m，最大厚度为6m，平均厚度为3.5m；煤层厚度变化不大，无夹矸，煤层底板总体产状大致为265°；倾角6°；该工作面煤层底板起伏变化不大，煤层厚薄变化不均。
3、煤层顶底板情况
老顶：
中粒砂岩，厚0米～15米，平均厚10.0米，灰色，中粒、以石英、长石为主，云母次之。
直接顶：
砂质泥岩及泥岩，厚8～20米，平均厚10.1米，深灰色～灰黑色，局部仅有薄层的炭质泥岩，含丰富的植物叶部和根部化石。
直接底：
砂质泥岩，局部夹薄层炭质泥岩，厚9～15米，平均厚10.1米，深灰色，含丰富的植物叶部和根部化石。
老底：
L7-8灰岩，厚7～23米，平均厚14米，顶部为L8灰岩，深灰色隐晶结构，富含动物化石，顶部含一层煤线，底部为L7灰岩，深灰色微晶结构，致密坚硬富含动物化石。
4、储量：
该工作面设计为走向长壁式（伪倾斜）开采，平均走向长450米（可采430米），平均倾斜宽150米，面积64500平方米，平均煤厚3.5米，煤的容重1.4t/m3，工业储量31.61万吨，回采率按95％计算，可采储量为30.03万吨。
5、水文地质情况
地质概况：
根据13采区施工实揭地质资料煤层底板等高线形态总体分析，该工作面地质条件相对较简单，煤层底板起伏变化不大，煤层厚薄变化不均。
水文概况:
13061工作面位于13采区中部，从现有资料看，该工作面下部有部分原报社煤矿采空区，在掘进13081采面下付巷时大部分老空积水已疏放，仅存在少量老空积水。
预计最大涌水量为5m3/h,正常涌水量为2m3/h。
（1）地表水：
该工作面对应地表为村庄和农田，总体表现为西、南部高，东、北部低，地势较为平坦，地表无水体。
（2）农用井：
经调查该工作面上部无水井。
（3）顶板水：
通过对13采区调查资料分析，表明该含水层富水性普遍较弱，该含水层下距二1煤顶0.8～17.5m，平均10m，为二1煤层顶板直接充水含水层，在采掘过程中局部会出现顶板淋水现象，但对正常掘进、回采影响不大。
（4）底板水：
根据水文地质资料分析，本工作面标高在+100m至+138m，矿井奥灰水静水位标高在+53m，不受底板水威胁。
（5）断层水：
该区域南部距超化断层190米左右，北部距河西断层130米左右，在建矿时把河西断层已揭露，下部超化煤矿将超化断层已揭露，均无水，本工作面标高在+100m至+138m，矿井奥灰水静水位标高在+53m，该区域地表也无水体，第四系砾石含水层含水性较弱，预计对正常生产影响不大。
（6）老空水：
从现有资料看，从现有资料看，该工作面下部有部分原报社煤矿采空区，在掘进13081采面下付巷时大部分老空积水已疏放，仅存在少量老空积水。
因此在掘进时应坚持“有掘必探”“物探先行、钻探验证”的原则，谨防透水事故发生。
（7）钻孔水：
该区域无钻孔。
6、瓦斯：
根据国瑞公司对13采区巷掘进时的瓦斯含量测定，该工作面回采时预计绝对瓦斯涌出量为0.28～0.73m3/min。
7、煤尘：
因煤质松软易碎，煤尘较大，煤尘爆炸性指数为15.24%，属弱爆炸性煤尘，煤层自燃倾向性等级为Ⅲ类（不易自燃）。
地温为25℃左右，无热害影响。
二、巷道布置方式
该工作面采用倾斜长壁式采煤方法回采，炮采放顶煤、一次采全高，全部垮落法管理顶板。
工作面上、下付巷均沿煤层底板伪倾斜布置。
工作面上、下付巷选用7m2U型钢支护，切巷采用ZH2000/17/25Z型整体顶梁组合悬移液压支架支护。
（详见该面设计平面、断面图）。
3、工作面生产系统
（一）掘进期间生产系统
1、运煤系统：
13061上付巷掘进工作面（13061下付巷掘进工作面）→13采区运输巷→13采区运输巷（东段）→主井皮带运输巷→井底煤仓→主井装载硐室→主井至地面煤场。
2、运料系统：
平地料场→副井→井底车场→副井东大巷→13采区轨道巷→13061上付巷甩车场（13061下付巷甩车场）→13061上付巷掘进工作面（13061下付巷掘进工作面）。
3、通风系统：
（1）新鲜风流：
副井→副井西大巷→13采区运输巷→FBD-NO5.6/2×11KW局扇（一备一用）→13061上付巷掘进工作面（13061下付巷掘进工作面）。
（2）乏风流：
13061上付巷掘进工作面（13061下付巷掘进工作面）→13061上付巷甩车场（13061下付巷甩车场）→13采区轨道巷→13采区回风巷→总回风巷→风井至地面。
4、排水系统
13061上下付巷沿着伪倾斜布置，坡度为+6°左右，巷道内铺设水槽，掘进工作面流出的水自流至采区水仓。
5、监控系统
⑴13061上付巷掘进工作面（13061下付巷掘进工作面）安装两个甲烷传感器（T1、T2、），监测分站安装在13采区运输巷进风流中，并与平地瓦斯监测系统实现联网；甲烷传感器T1安装在13061上付巷（13061下付巷）距工作面5m处，T2安装在13061上付巷（13061下付巷）距回风联巷口10m处。
⑵控制区域：
要求瓦斯电闭锁在瓦斯超限时能自动切断掘进工作面及回风巷道内全部非本质安全型电气设备。
⑶当瓦斯监控系统出现故障时，相关业务部门必须及时处理。
处理
故障时，要加强人工检查瓦斯，消除瓦斯聚积现象。
跟班队长、班长必须随身携带便携仪，以便随时检测瓦斯浓度。
（二）回采期间生产系统
1、运煤系统：
工作面→13061下付巷→13采区运输巷→13采区运输巷（东段）→主井皮带运输巷→井底煤仓→主井装载硐室→主井至地面煤场。
2、运料系统：
平地料场→副井→井底车场→副井东大巷→13采区轨道巷→13061上付巷甩车场→13061上付巷→工作面。
3、通风系统：
（1）新鲜风流：
副井→副井西大巷→13采区运输巷→13061下付巷→工作面。
（2）乏风流：
工作面→13061上付巷→13采区轨道巷→13采区回风巷→总回风巷→风井至地面。
4、工作面设计风量计算
煤层瓦斯绝对涌出量按0.28～0.73m3/min，工作面最多人数40人/班，计算参数如下：
（1）按瓦斯涌出量计算
QW=100×q×km3/min
=100×0.73×1.5
=110m3/min
式中：
k-工作面瓦斯涌出量均衡系数，取1.5。
q-工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min，取最大值0.73m3/min。
（2）按人数计算
QW=4NKm3/min
=4×40×1.2
=192m3/min
式中：
4-每人应供给的最小风量，m3/min
N-工作面人数。
（3）按工作面气温计算
QW=60VSKm3/min
=60×1×（2.8×2.0）×1.1
=336m3/min
式中：
V-为使工作面有相应的气候条件，不同气温时适应的风速，m/s，取V=1m/s；
S-工作面平均断面积，m2。
k-工作面长度系数，取1.1。
（4）按炸药使用量计算
QW=25A
=25×4（0.15＋0.3）
＝45m3/min
式中：
A-采煤工作面一次使用最大炸药量，Kg.
（5）按工作面极限允许风速验算
《规程》规定，工作面最低风速为0.25m/s，最高风速为4m/s，故工作面最低风量为Qmin=15S=15×2.8×2.0=84m3/min，最高风量为Qmax=240×2.8×2.0=1344m3/min，取以上计算最大值QW=336m3/min，因Qmax＞QW＞Qmin。
故工作面风量符合规定。
经以上计算、验算该工作面配风量最大为QW=336m3/min，但考虑其它多种因素，为确保矿井安全生产，故将工作面配风量调整到450m3/min。
5、供电系统
根据设备布置图和变电所位置，以及供电距离和设备负荷，我们将选择以下供电方式，13061采煤工作面上、下付巷均由采区变电所内1-4低压馈电开关直接供电。
（1）供电方式
13061下付巷：
乳化泵75KW，DSJ650胶带运输机37KW,SGB520溜子机头电机55KW×2=110KW，调度绞车11.4KW
因此：
∑P总＝75+37+110+11.4=233.4KW
（2）干式变压器的选择（按该变压器所带的所有负荷计算）
由公式S=KX×∑P/COSΦ计算，Kx=0.4（缓倾斜煤层kx=0.4-0.5；急倾斜煤层kx=0.5-0.6）,COSΦ=0.6
∑P总＝476.8KW代入公式：
S=0.4×476.8/0.6=318KVA
因此,采区变电所一台KBSG-500/10/0.69型干式变压器，能满足工作面要求。
（3）低压电缆的选择
按电缆长时允许工作电流大于长时工作电流来选择电缆截面即IY≥Ig，Ig按公式Ig=Kx*ΣP*1000/
*Ue*cosΦ计算。
已知Kx为0.4，cosΦ为0.6,ΣP总=233.4KW,Ue=660V,将已知数据代入公式Ig=Kx*ΣP*1000/
*Ue*cosΦ=0.4*233.4*1000/1.732*660*0.6=136A。
考虑到线路长和保护的可靠性，因此，选用一趟70mm2电缆，故可以提高供电可靠性。
查表U-10003*70+1*25矿用橡套电缆长时允许电流为215A大于长时工作电流136A；因此,选用3*70+1*25电缆可满足要求。
（4）按允许电压损失校验所选电缆截面
用公式ΔU=P*L*K%进行计算校验
已知：
S=70mm2cosΦ=0.6
查表K%=0.096,L=230m=0.23Km,P=Kx*ΣP=0.4*233.4=93.4KW
代入公式：
ΔU%=P*L*K%=93.4*0.23*0.096=2.06%,
已知：
S=50mm2cosΦ=0.6
查表K%=0.096,L=410m=0.41Km,P上=Kx*ΣP=0.4*158.4=63.4KW代入公式：
ΔU%=P*L*K%=63.4*0.41*0.096=2.5%,
2.06%+2.5%=4.56%＜10%，合格。
（5）灵敏度校验
短路电流计算：
70mm2电缆230m,50mm2电缆410mm
用查表法：
Lh=K*L=0.73*230+410=578m
查表Id
（2）=1236A
过流整定计算，IZ=IQ+ΣIe=75*1.15*6+（158.4*0.4/1.732
*0.66*0.6）=609.9A取610A
灵敏度校验：
Id
（2）/IZ=1236/610=2.02>1.5，合格。
（6）开关选择
①13061上付巷口总开关选择
已知Kx=0.4,cosΦ=0.6,ΣP=23.4KW,Ue=660V,代入公式Ie=Kx*ΣP*1000/
Ue*cosΦ=0.4*233.4*1000/1.732
*660*0.6=136A取160A
该开关可能承受的最大短路电流即Id
（2）=8825A。
根据计算，查KBZ-400开关的技术数据，其额定电流为400A，遮断电流为9000A，故选择KBZ-400馈电开关满足要求。
②乳化液泵开关的选择
Pe=75KW、Ue=660V、cosΦ=0.6，因此Ie=Pe*1000/
*Ue*cosΦ=75*1000/1.732*660*0.6=109A取110A
因此选择QBZ-200开关可满足要求。
③工作面溜子开关的选择：
Pe=55KW
因此Ie=Pe*1.15=55*1.15=65A
故选择QBZ-120开关可满足要求。
、
④DSJ-650皮带开关的选择
Pe=37KW
因此Ie=Pe*1.15=37*1.15=48A
故选择QBZ-80开关可满足要求。
⑤绞车开关的选择
Pe=11.4KW
因此Ie=Pe*1.15=11.4*1.15=14A
故选用QBZ-80N开关，可以满足要求。
详见供电系统图
6、洒水降尘及防火系统
为了给工作面创造一个良好的生产环境，在工作面上、下付巷均安装2吋注浆防尘水管，每隔50米设一个三通阀门供洒水降尘用，并设置水幕，在各运输机机头处安装喷雾降尘设施。
洒水降尘及防火系统：
地面静压水池→通过主井→井底车场→主运输皮带巷→13采区运输巷（东段）→13采区运输巷→13061上、下付巷至水幕及各转载点。
（详见洒水防尘系统示意图）
7、排水系统
因工作面可能有少量顶、底板及空区水涌出，根据地测部提供涌水量：
正常情况下工作面涌水量5m3／h,最大涌水量10m3／h，设计在13采区最低处做一采区水仓，铺设4吋排水管2趟路，安装两台D85-45×2型排水泵（一备一用），局部地段铺设水槽，对工作面流出的水进行归沟管理（自流至采区水仓）。
8、瓦斯监控系统
13061工作面瓦斯监控系统（详见瓦斯监控系统示意图）
⑴工作面安装三个甲烷传感器（T1、T2、T0），监测分站安装在13采区变电所内，并与平地瓦斯监测系统实现联网；甲烷传感器T1安装上付巷距工作面5m处，T2安装在13061上付巷距回风联巷口10m处，T0安装在工作面上隅角。
⑵控制区域：
要求瓦斯电闭锁在瓦斯超限时能自动切断工作面及回风巷道内全部非本质安全型电气设备。
⑶当瓦斯监控系统出现故障时，相关业务部门必须及时处理。
处理
故障时，要加强人工检查瓦斯，消除瓦斯聚积现象。
跟班队长、班长必须随身携带便携仪，上隅角按规定悬挂瓦斯便携仪，以便随时检测瓦斯浓度。
9、人员定位系统
13061工作面采用KJ69N人员定位系统，在工作面上、下付巷切口处各设置本质安全型KJF80.2A人员定位系统接收装置。
10、通讯联络系统
在13061工作面上、下付巷切口处各安装1部本质安全型KTH3防爆电话机，号码8095、8097.
11、语音广播系统
工作面采用KT190语音广播系统，在工作面上、下付巷切口处各安装一台本质安全型KXY12语音箱，工作面发生紧急情况可以及时向调度室汇报，调度室可以及时通知工作面调度指挥。
四、采煤工艺及设备选择
1、工作面采用走向长壁（伪倾斜）式采煤方法，手稿（风镐）或炮采放顶煤、一次采全高，全部垮落法管理顶板。
2、回采工艺：
工序：
破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理、放顶煤；
流程：
检修→打眼注水→人工配合风镐落煤（打眼爆破）→移架→移拖梁→放顶煤→移刮板运输机→交接班。
（1）煤的破落：
手稿（风镐）或采用人工打眼、爆破落煤方式；
（2）煤的装载：
除爆破自装部分煤外，主要为井下人工装煤。
（3）煤的运输：
工作面选用SGB520/40型可弯曲刮板输送机，下付巷选用一台SGB520/40型刮板输送机，刮板输送机前面搭接DSJ650/25/37-A型皮带运输机。
（4）工作面支护：
切巷采用ZH2000/17/25Z型整体顶梁组合悬移液压支架支护。
（5）采空区处理：
采用全部垮落法，移架放顶。
（6）放顶煤：
采用分段间隔多轮次进行，放煤步距0.8ｍ，放煤口的位置在溜子沿以上0.3～0.5ｍ处，规格0.8×0.8ｍ。
放煤口间距1ｍ，每排巷同时可开2～4个放煤口，且在不同作业段内，每轮次放出煤量的三分之一，三轮放完，直至顶板均衡垮落。
（7）清煤移溜：
采面顶煤放完后，开始清理浮煤，采高保持在1.8～2.0米之间，然后用推溜器移溜子，移溜前必须拉线，移溜时应从上到下或自下而上推，严禁从两头往中间移，移溜后溜子要平直，运转正常，溜槽与煤壁保持一定的间距。
3、工作面设备配备
详见设备布置图
五、劳动组织及人员配备
1、工作面实行“边采边放”的组织形式，实行“三八”工作制，其参数为：
循环进度：
0.8m循环方式：
1循环循环个数：
1个/天
循环率：
85%回收率：
95%日产量：
474吨
月产量：
1.185万吨
2、劳动组织表：
劳动组织及人员配备表
序号
工种
人数
工作内容
1
开口工
4×3
做缺口及开帮采煤
2
采煤工
18×3
完成开帮采煤全过程
3
跟班队长
1×3
负责当班采面的安全生产
4
开溜子
2×3
负责分管运输机正常运行
5
司泵工
1×3
负责泵站正常运行及维护
6
三铁工
2×3
三铁管理及失效梁柱更换
7
打碴工
1×3
打工作面出的大块矸石及煤块
8
打眼注水工
3×3
负责当班打眼及煤壁浅孔注水工作
9
班长、验收员
2×3
采面现场安全生产及质量标准化管理工作
10
皮带司机
4×3
负责皮带正常运行
11
跟班机电工
1×3
负责当班机电设备运行
12
小班、回盲巷
4
尾巷回收和打超前支护
13
替棚工
2×3
上、下付巷超前替棚清浮煤
合计
127
六、工作面生产能力
根据11051工作面推进度，结合13061工作面煤层厚度，该工作面布置悬移支架150架，煤厚3.5m，工作面日推进长度0.8m，回采率按中厚煤层95%，正规循环率0.85，工作面长度150m。
日产量：
A=日采长×煤厚×煤容重×工作面日推进长度×回采率×正规循环率
=150×3.5×1.4×0.8×0.95×0.85
=474吨
月产量：
Am=Ad
=474×25
=11850t。
七、主要经济指标
详见下表：
13061工作面主要经济技术指标
1
采面可采长度
m
430
2
采面可采宽度
m
150
3
煤层倾角
度
6
4
煤层容重
t/m3
1.4
5
平均煤厚
m
3.5
6
工业储量
万t
31.61
7
可采储量
万t
30.03
8
循环进度
m
0.8
9
循环个数
个
1
10
回采率
%
95
11
循环产量
t
474
12
日产量
t
474
13
月产量
t
11850
14
正规循环率
%
85
15
回采工效
t/工
3.73
16
服务时间
月
21.5
17
采高
m
2
18
炸药消耗
kg/万t
220
19
雷管消耗
个/万t
950
20
坑木消耗
m3/万t
2.5
八、安全技术措施
1、防水措施
（1）13061采煤工作面煤层底板局部较薄，在掘进和回采过程中严禁大面积打底，若遇到薄煤带时坚持保底打顶的原则，避免破坏煤层底板，以防底板水涌出影响安全生产。
（2）在掘进时，可能存在少量老空积水和底板水，严格坚持“有掘必探、钻探先行、物探验证”的原则，防止透水。
（3）掘进时，必须严格按设计施工，严禁在保安煤柱内进行任何采掘活动。
（4）工作面形成后，立即进行电法物探，以探明煤层底板赋水情况，必要时进行底板注浆加固。
（5）回采前必须形成稳定可靠的排水系统，根据实揭资料科学合理地选择水仓位置、容量、排水设备和管路，建立排水阵地。
（6）各业务主管部门要对本部门职工进行防治水知识教育，并对其培训考核，弄清各种突水征兆，提高预防水灾的能力，从而保证安全生产。
（7）各有关单位和采掘队要对地测部提供的水文地质预报、探放水设计及安全技术措施，要认真学习领会，并贯彻到每位职工，从而提高职工预防水灾的能力。
（8）在掘进过程中严格按照集团公司和分公司批复的探放水设计及安全技术措施进行探放水。
（9）在接近中部老窑采空区之前，要认真制定防治老窑突水的安全技术措施，采取物探和钻探相结合的方法以探明报废小井周围赋水情况,并采取相应的安全技术措施，确保矿井安全生产。
（10）采掘队要组织人员贯彻学习水害防治知识，达到人人熟知出水征兆，个个牢记避水路线，切实掌握自保互保技能。
采掘时，采掘队每班要密切观注工作面涌水情况，发现底板鼓起、渗水、雾气、煤壁发潮、空气变冷等突水征兆和涌水量突然增大或减小等异常情况时，必须先撤人再向矿调度室等有关部门汇报，并采取相应的安全技术措施，以防灾情扩大。
2、防治瓦斯措施
（1）加强通风管理，合理分配风量，保证正常通风量不低于设计风量；若瓦斯超过预计最大值时，通风部门要适当调整配风量，避免瓦斯超限。
（2）在巷道掘进过程中，如瓦斯涌出量超过规定值，用风排瓦斯不能确保安全生产时，必须严格落实通风部门制定的瓦斯综合防治措施，保证安全掘进。
（3）该工作面预计瓦斯涌出量在0.28～0.73m3/min之间，若在回采过程中瓦斯超过预计最大值时，应采取积极的瓦斯综合防治技术，严格落实瓦斯防治管理各项措施，以确保工作面的安全回采。
（4）加强各类通风构筑物、仪器、仪表的管理和维护，保持通风构筑物完好，仪器仪表灵敏可靠，量值传递准确无误。
（5）加强机电设备管理，杜绝电气设备失爆。
（6）在上、下付巷距工作面60～200m处各设1道集中式隔爆水棚，水量按不少于200L/m2设置，并坚持经常检查和补充水量。
（7）工作面上、下付巷及安全出口必须畅通无阻，保证有足够的通风断面，与工作面有关的通风设施必须完好，确保工作面通风系统稳定可靠。
（8）加强工作面上下付巷及进回风巷的维修和管理，对失修巷道按规定及时进行维修，以减少矿井通风阻力，确保风路畅通。
（9）必须按要求在工作面、回风上隅角及其回风巷设置瓦斯传感器，在采区变电所设置瓦斯监控仪。
瓦斯传感器安装位置、报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合《煤矿安全规程》第168条的规定。
3、防尘措施
（1）加强洒水防尘设施的管理和使用，杜绝煤尘堆积和飞扬等现象。
（2）按规定定期清扫巷道中的煤尘。
（3）加强掘进工作面和采煤工作面煤壁浅孔注水工作。
（4）工作面两巷要敷设静压水管，胶带运输巷每隔50m设一个三通阀门，其它巷道每100m设一个三通阀门，防尘工每周要对主要巷道进行冲刷一次。
（5）各转载机头洒水降尘设施齐全并坚持使用。
（6）工作面上、下付巷距切眼60～200m内要按标准要求设置隔爆水袋。
（7）进、回风巷防尘水管末端距安全出口不得大于20m，向里必须配备20m以上的防尘洒水软管，爆破后及放煤时及时洒水降尘。
（8）采面上、下付巷距切巷30～50m内及距13采区运输巷30～50m内各设置一道水幕，并确保灵敏可靠。
（9）炮眼使用水炮泥封孔。
（10）实行个体防护，工作面内的作业人员、回风流中的作业人员及在其它粉尘产生点工作的人员，须佩戴防尘口罩，加强个体防护。
4、预防火灾措施
（1）建立健全防灭火系统。
防灭火设施、管路严禁私自拆除或挪做他用。
（2）工作面及各巷道内，不得从事电焊、气焊等工作。
（3）坚持使用不延燃电缆、胶带和风筒等，严禁使用失爆设备。
（4）在转载机机头、料场等处配备2台干粉灭火器，并定期检查，防止因潮湿失效。
（5）工作面皮带机头前后20米范围内必须采取不燃性材料支护并按规定配齐完好的防灭火设施、材料。
（6）施工队严格工程管理，严防空
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