12160采煤工作面开采设计.docx
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12160采煤工作面开采设计
21020采煤工作面开采设计
一、工作面概况
1、工作面位置及井上下关系
工作面位置及井上下关系见下表。
水平名称
-30
采区名称
21
地面标高（m）
270
井下标高（m）
-30～-70
地面相对位置
本工作面位于井田东部
回采对地面
设施的影响
工作面所在地表没有其他对开采有影响的大型建筑物
井下位置及
与四邻关系
本工作面位于21采区东翼，其西部为轨道巷，南部为21060工作面采空区，
走向长度（m）
平均450
倾斜长度（m）
平均110
面积（㎡）
46813
2、煤层
本工作面的煤层厚度由2—2.6m，平均2.2m，本区段呈单斜构造，其走向35—40°，倾向为125°—130°，倾角为18°—20°，工作面煤层情况见下表。
煤层厚
度（m）
2.2（平均）
煤层结构
单一
煤层倾角（°）
18～20
开采煤层
二1
硬度
f=0.5—1
煤种
无烟煤
稳定程度
稳定
煤层情
况描述
灰黑色半亮型粉末状无烟煤，主要呈粉状产出
3、煤层顶底板
工作面煤层顶底板情况见下表。
顶、底板名称
岩石名称
厚度（m）
特征
基本顶
中粒砂岩
3.47
灰～深灰色成份以石英长石为主层面富含白云母片和炭质
直接顶
泥岩或砂质泥岩
5.90
深灰色厚层状层理不清,含植物化石碎片
伪顶
泥岩
1.1
深灰色层面含白云母片及炭质产植物化石
直接底
沙质泥岩或泥岩
7.2
深灰色层面含白云母片具细砂岩条带和水平层理
基本底
石灰岩
6.64
灰色厚层状含动物化石裂隙发育且充填方解石脉
附图1：
工作面地层综合柱状图。
二、开采设计编制的依据及要求
1、开采设计依据
（1）《煤矿工业设计规范》煤炭工业出版社1997版。
（2）《煤炭生产技术管理基础工作若干规定》中华人民共和国煤炭工业部煤生字[1997]第237号。
（3）《规范全市地方煤矿采掘工程技术管理暂行规定》郑煤【2011】114号。
（4）《河南省国有煤矿生产矿井和地面长（处）安全质量标准化标准及考核评级办法》（试行）河南省煤炭工业管理局2007版
（5）《煤矿安全技术基础管理》煤炭工业出版社2003版
（6）《煤矿安全规程》2011年版
（7）集团公司批准的采区设计
（8）矿总工程师批准的该分阶段的地质说明书.
（9）设计采面位置、范围，井上、下关系及四邻采面（边界）的地质情况。
包括煤层赋存情况、水文地质、瓦斯及二氧化碳赋存情况与涌出特征，煤层爆炸倾向，煤层发火倾向。
（10）设计采面内煤层顶底板岩性特征、岩移特点及上、下煤层间及夹矸关系；邻近工作面的矿压观测资料。
（11）邻近工作面及边界小窑采空、积水情况资料。
（12）研究确定的工作面设计的具体原则。
2、设计程序
（1）回采工作面设计由矿生产设计部门按回采面衔接安排，确定工作面设计。
（2）由矿总工程师组织有关科室据采区设计研究确定回采工作面设计的具体原则。
（3）据设计通知有关单位提供相关基础资料。
（4）编制回采工作面设计说明书
（5）由矿总工程师组织有关单位负责人对回采工作面设计进行审查。
经修改通过后报送总公司。
三、地质构造
根据-30大巷、21下山及21020工作面运输巷和回风巷掘进期间揭露的资料表明，本区段构造简单，大致呈单斜构造，其产状为：
走向35°～40°，倾向为125°～130°，倾角为18°～20°，依据《任岗井田精查地质勘探报告》和本矿《地震勘探报告》提供资料，本区内无大的断层和褶曲赋存。
但是在21020工作面尽头揭露有一条断层，走向265°～275°，倾向175°～185°，落差为15m左右，断层均不导水，此断层导致工作面内发育有次生小褶曲。
2、褶曲情况及其对回采的影响
根据21采区西翼工作面采掘情况及该工作面掘进所揭露情况分析，该工作面煤层底板呈一单斜构造，局部倾角较大，在20°～25°之间，由于受西部断层的影响，煤层顶底板局部起伏，对回采有一定影响。
四、水文地质
（一）含水层（顶部和底部）分析
1、顶板水：
根据21下山及本工作面上、下付巷掘进提供资料知，该工作面顶板砂岩含水层较弱，预计回采时局部会出现底板浸水现象，但对工作面回采影响不大。
2、底板水：
《任岗井田精查地质勘探报告》提供资料表明，本采区属于水文地质条件简单的块段：
直接充水含水层单位涌水量小于0.1升/秒·米。
我矿自建矿以来的开拓工程资料表明，本采区内煤层底板中的七八灰岩含水性极差，自开采以来无发现底板突水现象，以此推断在现在开采区域内的底板水对正常回采不会造成大的影响。
（二）其他水源的分析
老空水：
本工作面下部分别为21060、21080工作面采空区，这两个采空区又经巷道与21下山水仓相通，老空水可顺层流入21下山水仓内，采面上部为原煤区，因此在工作面回采时，没有老空水害威胁。
断层水：
根据原揭露的断层无水涌出，因此在回采时，不会受到断层水影响。
（三）涌水量：
充水因素：
工作面无水害威胁，预计最大涌水量3m3/h，正常涌水量1m3/h，无河流冲刷带，无岩浆侵入体、陷落柱，工作面无重大充水因素及水害威胁。
五、影响回采的其他因素
1、瓦斯：
根据河南理工大学安全科与工程学院对我矿瓦斯等级鉴定报告知，我矿瓦斯相对涌出量为4.44m3/t，绝对瓦斯涌出量为3.14m3/min，，属低瓦斯矿井，但在生产过程中应严格标准，做好瓦斯灾害的预防工作，确保生产安全。
2、CO2：
2011年度瓦斯等级鉴定报告知，二氧化碳绝对涌出量为4.71m3/min，二氧化碳相对涌出量为6.65m3/t。
3、煤尘爆炸指数及煤的自燃倾向性:
2011年1月煤炭科学研究院重庆研究院检测检验中心对21采区煤样取样进行煤尘爆炸性检验知，煤尘有爆炸危险性，在回采时，要做好防尘工作。
地质报告提供本矿煤层具有自燃发火倾向，自燃发火期为5--6个月，但2011年1月对21采区煤样进行自燃等级检验，《洛阳矿山机械检测检验中心煤炭自燃倾向等级鉴定报告》鉴定结果知，自燃等级为三级，不易自燃。
在回采期间采空区处理采用全部垮落法管理。
无地温危害及冲击地压危害。
六、储量及服务年限
（一）储量
1、工作面地质储量
工作面倾斜长度平均为100m，可采走向长度平均为450m，煤厚平均为2.2m，容重为1.38吨/米3，平均倾角为18º，工作面回采率按94%计算：
回采面积：
100×450÷COS18º=46813（平方米）
地质储量：
46813×8.0×1.38
=51.68（万吨）
2、工作面可采储量
可采储量：
51.68×0.93
=48.06（万吨）
（二）工作面服务年限
由于本矿井设计一个工作面满足矿井生产能力,月以1万吨产量计算,可采期为:
48.06÷1≈48（月）
七、采煤方法的选择
根据煤层赋存情况及我矿生产技术条件，该工作面采用走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板，采面由东向西后退式开采，工作面采用“三班”制、两采一准的作业方式。
八、巷道布置
21020工作面在21轨道下山西侧布置，采面上、下顺槽均沿煤层走向布置，上、下顺槽方位35°，切眼方位为125°。
采面运输巷、回风巷均采用梯形断面工字钢棚子支护，运输巷用于运输、行人、进风，回风巷用于回风、运料。
详见工作面巷道布置平面图。
图：
工作面巷道布置平面图
九、设备配置
该工作面采用DW22-300/100型单体液压支柱配合DFB2400/300型π型钢梁两梁五柱支护形式。
1、工作面支架数量
21020工作面平均长度110m，按棚距0.6m计算，工作面支架总数为110/0.6=184棚（对棚且包括上下端头支护）。
因此工作面兀型钢梁数为（184-12）×2=344根，备用梁数按棚梁
设备名称
型号
单位
数量
主要技术特征
备注
单体液压支柱
DW22-300/100
根
749
F额=300KN
备用支柱10%，75根
“л”型钢梁
DFB2400/300
根
266
备用梁10%，
27根
“л”型钢梁
DFB4000/300
根
20
2
乳化液泵
XRB2B
台
2
额定工作压力：
20MPa额定流量：
80L/min电动机功率：
37KW
工作面刮板输送机
SGB—630/150C
部
1
额定电压：
660V额定功率：
75KW输送量：
250T/h链速：
0.868
机巷刮板输送机
SGB—620/80T
台
1
额定电压：
660V额定功率：
40KW输送量：
150T/h链速：
0.86
机巷胶带输送机
STJ800-40
架
1
额定电压：
660V额定功率：
40KW输送量：
400T/h带速：
2m/s
潜水泵
BQW-15×30-4
台
2
煤电钻
MZ-1.2
台
1
额定电压：
127V额定功率：
1.2KW
风镐
GF-10
台
10
风煤钻
台
2
的10﹪计算，备用梁数约为35根。
单体液压支柱数为（184-12）×5+12×7=944根，备用柱按单体柱的10％计算，备用柱数约为95根。
2、工作面备用梁（包括长梁）和单体柱存放在工作面回风巷距工作面后安全出口20～40m的范围内，备用材料要挂牌管理，管理牌上要标明备用材料的名称、备用材料的数量、规格及负责人。
十、顶板控制及支护设计
根据其它矿井放顶煤采煤工作面采用的支护型式、支护材料及有关矿压观测参数，结合我矿地质条件及煤层赋存情况，我矿的地质条件及煤层赋存状况和周边相邻煤矿的条件相近，采煤方法选用时，充分考虑同等地质条件下采煤工艺的推广性，借鉴周边相邻矿开采“三软不稳定”厚煤层放顶煤的先进经验，风镐破煤放顶煤在开邦及放煤过程中，压力分布不均衡，为了增加工作面的支护强度，保证施工安全，我矿采煤工作面的支护形式选用DFB2400/300型π型钢梁配DW22-300/100型单体液压支柱对棚支护，荆笆椽子封闭帮顶，棚距（中—中）0.6m，梁长2.4m，要求两梁五柱，其中主梁下打3根柱，副梁下打2根柱，最大控顶距3.4m，最小控顶距2.4m，从而使开帮过程形成交替迈步前进的方式。
1、支柱、顶梁及技术特征
工作面采用的DW22-300/100型单体支柱和DFB2400/300型π型梁，其主要技术特征：
DW22-300/100型 DFB2400/300型π型梁
支护高度1.44-2.24m 梁体长度2.4m×95mm
支护宽度0.1m2/根 梁体承载能力300KN
支柱初撑力≥50KN 梁体支架面积0.228m2
工作阻力300KN 最大承载能力300KN
支护强度38.2MPa 支护面积0.456m2/组
2、工作面支护密度确定（附表：
支柱阻力影响系数表）
项目
液压支柱
微增阻支柱
急增阻支柱
支柱
工作系数kg
0.99
0.91
0.5
0.5
增阻系数kz
0.95
0.85
0.7
0.7
不均匀系数kb
0.9
0.8
0.7
0.7
采高系数kh
1.5～2.2m
1.5～2.2m
1.5～2.2m
2.2m
1.0
0.95
0.95
0.9
倾角系数ka
11º～25º
11º～25º
26º～45º
450
1.0
0.95
0.9
0.85
（1）采用经验公式计算强度：
PT=9.81×h×r×k
=9.81×2×2.5×5
=245.3KN
式中：
PT——工作面合理的支护强度KN/m2
h——采高；m
r——顶板岩石的密度；t/m3，一般取2.5
k——工作面支柱应支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为（4～8）本工作面取5
（2）单体支柱实际支撑力的计算：
RT=Kg·Kz·Kb·Kh·Ka·R=0.99×0.95×0.9×1×1×300=253.9KN
式中：
RT——支柱的实际支撑力KN
Kg——工作系数，取0.99
Kz——支柱增组系数一般取0.9～0.95，取0.95
Kb——支柱受力不均衡系数0.9～0.98，取0.9
Kh——采高系数，取1.0
Ka——倾角系数，取1.0
KE——支柱的理论支撑力取300KN
因此该支护采用“一梁二柱”和“一梁三柱”“两梁五柱”为一组
即：
RT=5×253.9KN=1269.5KN
（3）工作面支护密度计算:
支护密度“N”的计算
N=PT/RT=245.3/253.9=0.966棵/m2
式中：
N——支柱的支护密度，棵/m2
PT——工作面合理的支护强度KN/m2
RT——支柱的实际支撑力KN
（4）工作面支架棚距的计算
工作面基本支架的排距为1.0m，则基本支架的棚距：
B=1/（LK×N）=1/（1.0×0.966）=1.04m
式中：
B——工作面支架棚距m
LK──基本支架的排距为1.0m
N──工作面支护密度0.966棵/m2
为保证工作面有一定的安全系数，工作面支架棚距确定为0.6m，架一对棚，安全系数为1.73。
根据煤层底板的分类资料可知，二1煤层允许比压为1.86MPa，压深0.968mm，钢度0.468MPamm，为保证工作面支柱的初撑力，要求每根柱底面积为257～309cm2。
而DW型单体支柱的底面积只有109cm2。
故采用穿木鞋加大底面积来满足生产要求。
木鞋规格为350×150×60mm，底面积达到525cm2，因此，支架组距确定0.6m，可满足矿压要求。
十一、乳化液泵站的选型及安装
（一）液压泵选型、数量
选用XRB2B液压泵2台，流量80L/min，F额=18MPa。
（二）泵站设置位置
1、乳化液泵站位置的确定：
依泵站供液管路的压力损失，同时依单体液压支柱的初撑力不小于50KN为前提，液压泵站设在21下山一联眼内。
泵站距21020工作面最远距离为700m，能够满足使用要求。
2、液压管路敷设：
液压管路由液压泵站沿21下山和21020运输巷、回风巷敷设至工作面。
（三）泵站使用规定
1、泵站供液压力不得少于18Mpa。
2、乳化液的配制要求：
乳化液是工作面支护的动力载体，其质量好坏不仅关系到工作面支护效果，而且也直接影响到泵站和支柱的使用寿命，同时配制时一定要严格按照2%～3%的配比和程序进行，水流要保持清洁，并要经常对乳化液泵进行检查和清洗。
乳化液箱内要及时添加水和乳化油，保证乳化液箱内有足够的乳化液，乳化液内乳化油含量为2～3%。
司泵工要经常检查润滑油位是否符合规定，各连接管路有无渗漏现象。
3、配比仪的使用方法：
为了便于司泵工能够准确掌握乳化液中的乳化油含量，乳化液司泵工配备有光学反射式浓度配比仪，具体使用方法是：
1、使用前，先将载玻片滴上清水对准光源，观察目镜，看读数窗内的刻度尺零位是否与蓝线重合，若不重合，用螺丝刀调整微调螺丝，使之重合。
一般校准后配比仪不需要经常调校。
2、使用配比仪测量乳化液浓度：
先将载玻片上滴几滴乳化液，使之分布均匀，然后盖上盖子，将载玻片对准光源，观察目镜中蓝线所对准的刻度，即为乳化液的浓度，若配比不合适，根据实际浓度大小适当加入清水或乳化油，反复观察，直至浓度合适为止。
十二、生产系统
（一）一通三防
A、通风系统
1、新鲜风流：
副斜井→井底车场→轨道下山→21020采面下付巷→21020采面
2、乏风流：
回采工作面→21020采面上付巷→21020回风绕道→回风上山→立风井→地面。
3、采面风量计算：
（1）按采面同时工作最多人数进行计算：
Q=4NK=4×70×1.45=406（m3/min）
式中：
Ｑ：
回采工作面所需风量
４：
每人每分钟所需风量
N：
回采工作面同时工作最多人数，取70
Ｋ：
风量备用系数，取1.45
（2）按造成采面良好气候条件计算：
Q=60VS=60×1.45×3.6=313.2（m3/min）
式中：
V：
工作面理想风速取1.45m/s
S：
工作面净断面（2.0m×1.8m=3.6m2）
（3）按照工作面瓦斯涌出量计算：
Q=100×QCH4×K/Cg=100×2.38×1.6/1=380（m3/min）
式中：
QCH4：
采面瓦斯绝对涌出量,取2.38m3/min。
K：
采面瓦斯涌出不均衡系数，取1.6
Cg:
工作面回风流中瓦斯最高允许浓度,取1
（4）风速验算：
按最低风速验算：
Q≥15S=15×3.6=54（m3/min）
按最高风速验算：
Q≤240S=240×3.6=864（m3/min）
（5）风量确定：
依上述计算,另据我矿的开采情况，结合21020采面配风量应为406m3/min，即可满足安全生产。
随着采面推采，通风部门在保证采面瓦斯不超限的情况下可根据采面瓦斯实际涌出量适当调整采面风量。
B、瓦斯检测
1、瓦斯检测
工作面投产前，按设计安装一部甲烷传感器，设在回风巷距安全出口10～15m处，报警浓度≥1.00％，断电浓度≥1.0％，复电浓度＜1.0％。
断电范围为采煤工作面及其上、下顺槽所有非本质安全型设备，要求瓦斯电闭锁装置动作灵敏、准确，并按规定进行校验，保证其断电功能可靠。
瓦斯报警或瓦斯断电必须立即停止工作，切断电源，撤离人员，向调度及值班矿长汇报，进行处理，待瓦斯浓度降到安全范围后，经瓦斯检查员确认无误，方可送电恢复生产。
瓦斯检查工和瓦斯监测工必须严格按照《矿井作业操作规程和规章制度》的内容来执行。
2、瓦斯检查（设点、次数）
（1）每班对工作面瓦斯检查的次数不得少于三次，且检查时间要均匀，本班报出最高瓦斯浓度。
（2）检查瓦斯后应及时向调度室汇报测定结果。
（3）工作面上隅角必须设置便携式甲烷检测报警仪。
（4）工作面需测定瓦斯及二氧化碳的地点为：
a、工作面进风流（指运输巷至工作面煤壁线以外的风流）。
b、工作面风流（指距煤壁、顶、底板各20cm以外的风流和以采空区切顶线为准以外的风流）
c、上隅角（指工作面回风侧最后一副支架处）。
d、工作面回风流（指距工作面10m以外的回风巷内不与其他风流汇合的一段风流）。
e、停风工作面恢复供风后，必须通过供风、瓦斯检查员检查，经证实无危险后，方可恢复工作。
f、停风工作面恢复供风后，必须通过供风、瓦斯检查员检查所有安装电动机及其开关的地点附近20m的巷道内，只有瓦斯浓度符合规定时，方可开启。
g、当工作面气体浓度超限时，瓦斯检查员必须告诉现场所有工作人员，停止工作并撤出人员，待采取措施、气体浓度恢复正常后，方可继续进入工作地点工作。
h、参观或检查人员进入工作面时，应携带瓦斯便携仪器。
i、瓦斯检查员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。
每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上。
j、通风负责人必须审阅瓦斯班报，掌握瓦斯变化情况。
k、通风瓦斯日报表必须先报送通风负责人签字，再报送有关矿长、矿技
术负责人审阅、签字。
对重大的通风、瓦斯问题，应及时制订措施，进行处理。
C、综合防尘系统
工作面在回采时，进行中孔和浅孔注水相结合的方法以便改善工作面的工作环境和进一步达到降低煤尘的效果。
（一）采煤工作面注水防尘措施
1、注水方式及参数的确定
根据本矿实际情况，所采煤层为二1煤，生产中呈粉状产出，煤体透水性差的特点，采用在煤壁卸压带进行浅孔和中孔相结合的方式进行煤壁注水，该区域次生裂隙发育，注水区透水性变强，有利于充分湿润煤体。
（1）钻孔直径
采用工作面正常使用的风煤钻进行打眼。
（2）钻孔长度
中孔注水钻孔深度6m；浅孔注水钻孔长度3m。
（3）封孔长度
封孔长度为1.5m。
（4）钻孔间距：
6m。
（5）钻孔角度：
中孔注水钻孔垂直采面煤壁，向上60度；浅孔注水垂直采面煤壁，水平。
（6）封孔方式：
采用封孔器封孔。
（7）注水压力
21020工作面浅孔煤壁注水，采用液压泵站压力系统注水，水压一般应控制在5Mpa左右。
（8）注水时间：
中孔注水，1.5小时；浅孔注水，0.5小时。
2、注水设备
（1）泵站采用液压泵站压力系统，为了保护防尘管路，在水中加入0.5～1%的乳化液。
（2）铺设专用注水管路。
（3）使用低压自动封孔器进行封孔。
3、中、浅孔注水方法
（1）注水全部工序在准备班进行。
（2）人员配备为2组，3人一组，每组注水长度50m。
（3）注水时，两人打眼，一人注水。
（4）注水时压力要求逐步升高，煤壁发现“汗珠”和孔内向外溢水时，则停止注水，转入下一个孔注水。
（二）其它综合防尘措施
付斜井→21020采面上付巷（回风巷）→工作面及各喷雾洒水地点。
（1）工作面采用低位放煤，尽量减少煤尘飞扬，在放煤口设置喷头喷雾降尘。
（2）采面进风巷设置一道净化水幕，回风巷距工作面50m范围内设二道降尘水幕。
（3）各转载点设置降尘喷头，水压应确保喷头喷水为雾状，提高降尘量，减少巷道积水。
（三）注水工作要挂牌管理，每班必须配备专职人员负责注水，注水人员并要如实填写注水管理牌，详细写明孔号、注水时间、注水角度、注水长度、注水间距等内容并和注水孔的孔号相对照，跟班质量验收员负责对工作面注水做好验收工作并填写报表。
D、防火与隔爆措施
（一）防火
1、消防管路从轨道下山大巷主防尘管路引一趟2吋支管至工作面，消防管路每隔50m设置支管和三通阀门，消防水池必须经常保持不少于200m3的水量。
2、井下使用易燃物必须存放在盖实的铁桶内，用过的棉纱、布头和纸也必须存放在盖实的铁桶内，并由专人定期送往地面，不得乱仍乱放，严禁将剩油、废油留在巷道内。
3、严禁明火作业和电器设备失爆。
4、工作面和回风流中的电器设备附近必须备有不少于2个合格的灭火器，1把铁锨和0.2m3的灭火沙。
灭火器必须悬挂，距地面不得少于0.3m：
消防锨和灭火沙不得挪作它用。
5、电器设备着火时，先切断电源，然后用沙子灭火。
6、井下工作人员必须熟悉灭火器的使用方法和存放位置。
（二）隔绝瓦斯、煤尘爆炸措施
工作面回风流的巷道中必须设置辅助隔爆水棚。
辅助隔爆水棚棚区长度为20～25m。
水量不少于200L/m2。
水棚排间距离为1.2~3m。
首列水棚与工作面的距离保持在60~200m范围内。
隔爆水棚必须吊挂在专门的水棚架上，棚架要用不小于16mm的圆钢焊成与水棚宽度相匹配的水棚架，用螺丝固定在工字钢棚梁上，水棚架上焊接挂钩，水袋吊挂在专用的水袋挂钩上，挂钩相向布置，挂钩角度75～78o，挂钩脱钩侧长度不超过10mm。
水棚距离顶梁、两帮的间距不得小于100mm，距离巷道轨道面不小于1.8m。
（二）安全监控系统
为及时了解、掌握12160工作面的安全状况和有关设备的运行情况，必须在12160采面及上下付巷安装安全监控设备。
利用各监控设备反馈的信息，通过生产调度更好地协调、指挥生产。
A、安全监控设备的设置（见安全监控系统布置示意图）
1、通风安全监控设备的种类、数量、位置及控制区域。
21020工作面安装五种安全监控设备：
一个监测分站（型号KJ95N）、一个断电器（型号KHJ6.3）、三个甲烷传感器（型号为KG9701）、两个风门传感器（型号KJF15）、三个开停传感器（KGT2A）。
甲烷传感器分别安装在采面上隅角、采面上安全出口小于10m处和回风巷口10～15m
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