回采工作面工艺设计.docx
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回采工作面工艺设计
目录
第一章采面概况3
第一节地质特征3
一、工作面位置及井上下关系3
二、地质构造3
三、水文地质3
第二节煤层特征4
一、煤层4
二、煤层顶底板4
三、煤层综合柱状5
第三节灾害因素5
第二章工作面参数7
第一节基本参数7
第二节工作面巷道布置7
第三节储量与可采期7
一、工业储量7
二、可采储量7
第三章工艺设备选型9
第一节采煤方法9
第二节设备选型9
一、采煤机9
二、刮板输送机10
三、顺槽转载机和破碎机11
四、顺槽可伸缩胶带输送机11
五、液压支架的选型12
第四章工艺说明14
第一节采煤工艺14
一、割煤14
二、装、运煤：
15
三、拉移架、推移运输机16
四、清扫浮煤16
第二节提高回采率措施16
第三节提高煤质措施17
第五章生产技术管理18
一、劳动组织18
二、经济技术指标表19
二、循环作业及图表20
第六章安全技术措施21
一、通风管理规定及措施21
二、运输管理21
三、机电管理22
四、防瓦斯、煤尘管理措施22
五、顶板管理及支护24
六、安全防护措施26
八、防治水措施27
九、采煤机司机操作安全技术措施：
27
十、三机工操作安全技术措施：
28
十一、支架工操作安全技术措施：
29
十一、胶带输送机操作安全技术措施29
第一章采面概况
第一节地质特征
一、工作面位置及井上下关系
1、工作面的位置
1201工作面为倾向长壁工作面，位于矿井1采区，是1采区的第一个回采工作面，工作面上山方向为回风大巷，下山方向为运输大巷。
工作面走向长1200m，平均倾向长190m，可采面积228000m2。
2、地面相对位置
该采区地面位置位于玉山，地面相对位置无任何建筑，工作面底板标高预计在+438m—+464m之间，地面标高为+610m—+721m，预计盖山厚度为146m—283m。
3、回采对地面的影响
回采可能引起地表裂隙和塌陷。
二、地质构造
井田总体构造为倾向北、北西的单斜构造，地层倾角5～9°。
根据2#煤层生产矿井揭露宽缓的褶皱对煤层影响不是很大，仅使煤层厚度有所变化，但幅度很小，并未达到对开采技术条件复杂化的程度。
三、水文地质
本区气候温和，属北温带季风气候，气候变化明显，四季分明，冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。
据宿县气象站资料，本区自建井以来，最高气温36.3℃，最低气温－4.l℃，最大月降水量625.1mm，月最低降水量为40.1mm；最大年降水量2107.2.mm；年最低降水量1594.5mm。
年平均降雨量1766mm，雨量多集中在7、8月份。
每年6～8月为炎热天气，当年的12月份至翌年2月为寒冷季节。
井田内水文地质条件简单，煤层直接充水含水层为裂隙含水层类，进水方式为直接进水型，初步测定矿井正常涌水量为3m3/h（0.05m3/min）；最大涌水量为8m3/h（0.13m3/min）。
第二节煤层特征
一、煤层
1、煤层产状
采区煤层为缓倾斜煤层，倾角5～9°之间，平均倾角7°，煤层结构较简单。
2、煤层厚度
根据掘进巷道情况来看，工作面煤层纯煤最大厚度为3.5m，最小厚度为2.9m，平均厚度为3.3m。
采高介于3.5～3.0m之间。
3、煤层性质
本工作面主要开采2#煤层，2#煤层共2个分层，从上上至下各分层情况是：
第一分层厚2.00～2.20m，夹矸厚0.1～0.3m，岩性为粉砂质粘土岩；第二煤分层厚0.84～1.15m。
煤层呈黑色，玻璃光泽，结构均一，内生裂隙发育，容重为1.4T/m3。
煤岩类型为半亮型煤，中条带状结构层状，外生节理发育。
2#煤与本矿其它煤种比较，为高灰，高硫、中等磷份，中等挥发分，中等粘结性，煤种为焦煤。
具体煤层煤质如表1示：
表1：
煤质情况表
煤层
煤种
含硫量
（%）
灰飞含量
（%）
挥发分指数（%）
含矸量
（%）
发热量
（MJ）
用途
1分层
焦煤
1.07
16.08
23.76
5.7
28.974
炼焦用煤
气化用煤
2分层
焦煤
1.03
16.05
23.46
5.4
28.648
炼焦用煤
气化用煤
二、煤层顶底板
煤层顶板为泥岩，局部为细砂岩，部分块段发育有炭质泥岩伪顶；底板为砂质泥岩，层理明显，赋存稳定。
三、煤层综合柱状
煤层综合柱状图如下：
第三节灾害因素
一、瓦斯、二氧化碳
本矿为瓦斯矿井，瓦斯主要来源于煤层。
预计1采区瓦斯相对涌出量为：
标高为+520m时9.16m3/t，+550m时10.73m3/t，+500m时9.16m3/t，+600m时8.44m3/t。
瓦斯危险区域为综采工作面上部和煤巷及半煤岩巷综掘工作面。
二、矿井水
本矿突水系数较小，数相对安全区域。
但回采过程中必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防止水原则，完善排水系统，谨防构造导水，避免突水事故的发生。
三、煤尘
具有爆炸危险性。
四、煤的自然倾向
各可采煤层均具有自燃发火倾向，自燃指数为27%-31%，发火期7至12个月。
煤层爆炸指数为30%-31%，具有爆炸性。
五、地压
由邻近采区同煤层矿山压力观测结果得知采区矿山压力大，巷道容易变形，需注意巷道维护。
六、地温
本井田无钻孔测量地温资料，据临近地区井温测量结果，地温随深度增加而升高，其中+400m以上深度地温梯度为平均每百米0.4～0.7℃；+400～+100m深度每百米增温0.8～1.2℃。
七、问题及建议
1、工作面为下山回采，应修筑水沟并在胶带、轨道顺槽低洼处安设大功率水泵，以便及时对涌水进行排除。
2、回采过程中应坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防止水原则，完善排水系统，避免突水事故的发生。
3、由于巷道布置在山体内部，顶板压力较大，必须加强巷道顶板支护工作，防止冒顶事故发生。
4、该工作面2#节理发育，应特别注意加强工作面巷道两帮的支护质量，防止垮帮事故。
5、工作面形成后未进行坑透，遇有断层及陷落柱时必须及时向相关单位汇报。
第二章工作面参数
第一节基本参数
工作面走向长1150～1250m，倾斜宽180～200m，煤的容重1.42，工作面面积228000m2。
煤层倾角5～9º,平均7º，煤层厚度2.9～3.5m，平均3.3m。
第二节工作面巷道布置
1101工作面巷道布置示意图（图2），如下：
图21201工作面巷道布置示意图
第三节储量与可采期
一、工业储量
储量计算公式：
Q=d.S.M.
式中：
d——煤的容重
S——水平面积
M——煤的真厚度
Q=228000×3.3×1.42=1068408t
二、可采储量
储量计算公式:
ZK=（Zg-p）×C
式中：
ZK—设计可采储量,万t；
Zg—工业储量，万t；
P—永久煤柱损失量，万t；
C—采区采出率，本设计条件下取95%。
P—上下两端永久煤柱损失量，左右两边界永久煤柱损失量，万t；经初步计算煤柱损失量为6万t
ZK1=ZK2=（Zg1-p1）×C1=（106.84-10）×0.95=95.8万t
储量计算结果详见表2，如下：
表2：
储量计算结果表
储量情况
走向长（m）
倾斜长（m）
斜面积（m2）
煤厚（m）
容重
工业储量（t）
回采率（％）
可采储量（t）
可采期（年）
1150~1250
180~200
228000
3.3
1.42
1068408
95
957987
1.1
第三章工艺设备选型
第一节采煤方法
根据煤层赋存条件以及矿井地质条件，通过技术经济比较本工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤法。
第二节设备选型
一、采煤机
1、采煤机选型原则
1适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、牵引速度等参数选取合理，有较大的适用范围。
2满足工作面开采生产能力要示，采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10-20%。
3与液压支架和刮板输送机相匹配，影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性，厚度和倾角，工作面生产能力。
2、采煤机性能参数的确定
（1）、采高的选择
采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应，根据2#煤层赋存条件和开采技术条件，确定采煤机的最大采高为3.5m，最小采高为3.0m。
（2）、滚筒直径的确定
双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的0.5倍为宜。
2#煤层采高约为3.3m，所以双滚筒直径系列，取滚筒直径D=1.8m。
（3）、截深的确定
截深的选取与煤层厚度，煤层软硬，顶板岩性以及支架移架步距，综合考虑取采煤机的截深为0.8m。
（4）、采煤机牵引速度
这主要根据工作面设计生产能力来选择
Vg=Qh/60MBC=0.71（m/min）
式中:
Vg—采煤机所需牵引速度，m/min；
Qh—工作面采煤机小时产量，100.9t/h;
M—采高，3.3m；
B—截深，0.8m；
C—煤的容重,1.42t/m3。
所选工作面采煤机牵引速度V≥Vg,取0-8.0m/min.
（5）、装机功率的确定
根据统计资料,开采1t煤所需能量为0.7-0.8kw/h，厚度3.3m时工作面采煤机单刀煤的产量:
Q=HLbγ=3.3×190×0.8×1.42=712.2（t）
采煤机割一刀需用210min，计算采煤机的小时产量为203.5t/h。
采煤机理论装机总工率最大应为203.5×0.8=162.8kw。
在实际生产中，采煤机的装机功率要比正常割煤时所需的功率要大，还要考虑采煤机过地质构造时的破岩能力，这样采煤机的装机容量应考虑富裕系数，取1.1，因此，采煤机的总功率不小于162.8×1.1=179.1kw。
通过上述分析，对采煤机的选型技术参数要求如下：
采高3.3m,截深0.8m,滚筒直径1.8m，牵引速度0-8.0m/min，频率50HZ。
其主要持技术参数见表3。
经计算，综采工作面小时能力约为712.2t左右。
在选择配套刮板机、转载机、顺槽可伸缩胶带输送机等运输设备时，考虑了生产矿井实际使用情况和计算的生产能务两方面因素，并遵循“运煤系统的能力外部要大于采面20%为宜”的原则。
表3：
采煤机技术特征表
型号
采高（m）
电机功率（km）
滚筒直径（mm/个）
截深（mm）
牵引速度（m/min）
机面高度（mm）
重量（t）
MG500-1130-WD
1.8~3.7
400
1800/2
800
0~8.3
1394
57
二、刮板输送机
1、刮板输送机选型原则：
（1）刮板输送机的输送能力与采煤机生产能力相适应，且应大于采煤机的最大生产能力，一般取1.2倍。
（2）刮板输送机的外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配。
（3）刮板输送机的运输机长度与工作面长度相一致。
（4）前后输送机同一型号便于设务管理等因素。
2、刮板输送机选型：
根据以上原则，以及与采煤机的配套原则，使用SGZ764/264型刮板输送机，其技术特证见表4：
表4：
刮板输送机技术特征表
型号
铺设长度（m）
输送能力（t/h）
刮板链速（m/s）
中部槽（长×宽×高）（mm）
电机功率（kw）
电压等级（V）
备注
SGZ764/264
190
600
1.12
1500×764×222
132×2
1140
三、顺槽转载机和破碎机
顺槽转载机的转载能力要与工作面的生产能力相适应,并要求与工作面刮板输送机和顺槽可伸缩胶带输送机相配套,为此选SZB-730/75型刮板转载机.其主要技术参数见表5
表5：
转载机技术特征表
型号
出厂长度（m）
输送能力（t/h）
电机功率（kw）
备注
SGZ764/75
25
630
75
顺槽破碎机的破碎能力应不小于工作面的生产能力，并与刮板转载机相配套，为此选用PCM110型高效破碎机。
其主要技术参数见表6。
表6：
破碎机技术特征表
型号
破碎能力（t/h）
最大给料尺寸（mm）
最大排料尺寸（mm）
电机功率（kw）
电压等级（v）
PCM110
1000
700×700
300
110
1140
四、顺槽可伸缩胶带输送机
顺槽胶事输送机要与工作面推进长度相适应，小时运量应与工作面生产能力相匹配。
工作面生产能力为Q=346.0t/h，取输送机带速V=1.5m/s,则：
B=
=1.06
式中：
B—胶带宽度，m;
K—货载截面系数，B=25°时，k=400；
R—货载散集容重，取0.9t/m3；
C—输送机倾角系数，a=0-10°时，C=1。
根据计算选用DSP-1080/1200型可伸缩胶带输送机主要技术参数见表7。
表7：
可伸缩胶带输送机技术特征表
型号
输送能力（t/h）
输送能力（t/h）
输送长度（m）
带速（m/s）
带宽（mm）
电机功率（kw）
电压等级（V）
DSP-1080/1200
800
600
1000
2.0
1200
160
1440/660
五、液压支架的选型
1、支架设计选型计算
（1）、比压计算：
P=8HR
式中：
P—单位面积压力H—工作面采高8R—8倍采高的煤岩平均容重为2.5t/m3
则：
P=8×3.3×2.5=66t/m2
（2）、支架的选型计算：
根据本面煤层的赋存条件、地质构造特征，为保证选用适用的支架，使得综采各项工艺参数充分发挥，确保工作面实现高产高效，进行工作面支架选型。
1根据工作面自然条件：
煤层厚度为2.9-3.5m，煤层倾角为5°-9°等赋存条件，初步选用支架为支撑掩护式支架。
支架的支护强度≥1000kpa，取支架支护强度为1000Kpa。
2液压支架的高度计算
a.液压支架的高度必须适应工作面推进方向上煤层厚度的变化。
考虑到顶板有伪顶冒落或局部冒落，支架的最大支撑高度应是煤层最大开采厚度（Hmax）再加200-300mm，即：
hmax=Hmax+（200-300）mm；=3500+300=3800mm
不.支架的最小支撑高度
支架的最小支撑高度为最小开采高度减去250-350mm；
hmin=Hmin-（250-350）mmHmin——煤层开采的最小高度，mm。
=3000-350=2650mm
根据以上参数，选用ZY6400/18/37支撑掩护式支架。
（3）、支架工作阻力的确定：
支架工作阻力：
Q=Zb（l+c）（KN）
式中：
Z——选定支护强度，取1000kPa；
b——支架中心距，取1.5m；
c——顶梁前端至煤壁距离，取0.2m；
l——顶梁长度，取4.0m。
Q=Zb（l+c）
=1000×1.5×（4+0.2）
=6300KN
（4）、支架初撑力的确定
由于1201工作面顶板以软岩顶板为主，顶板较不稳定，故确定支架的初撑力不小于工作阻力的80%，即为5040KN。
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、PCM110破碎机一部、STJ-1000/2*250胶带输送机二部。
第四章工艺说明
第一节采煤工艺
工作面采用综合机械化采煤，主要生产工序：
双滚筒采煤机割煤、装煤→可弯曲刮板运输机运煤→液压自移式支架支护顶板→推移运输机→清扫浮煤。
一、割煤
割煤时采煤机由正、副司机三人协同操作，正司机负责掌握采高及正确操作设备，保证工作面采平、采直，副司机两人负责观察前、后滚筒，水管和电缆。
割煤时，采煤机牵引速度控制在3—6m/min，过地质构造带时，采煤机牵引速度控制在1—2m/min。
斜切进刀后，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，截深为0.8米。
1、采煤顺序
采煤顺序为：
斜切进刀→割煤→移架→拉后溜→返空刀→推前溜→斜切进刀→割煤→移架→返空刀→推前溜→拉后溜
2、割煤方式：
采用双滚筒采煤机双向穿梭式割煤方式，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，返刀长度30—35m，往返一次割煤两个循环，循环进度0.6m。
为了减小推溜的阻力，采煤机割煤后，需再返空刀一次来清理余煤。
3、进刀方式：
根据采煤机性能采用斜切进刀的方法进刀，即采煤机割透机尾（头）后，调换前后滚筒的上下位置并改变牵引方向，沿运输机弯段向机头（尾）逐步割进煤壁，待采煤机割过25～30米全部进入刀后，随后移机头（尾）段刮板输送机，再调换滚筒上下位置并换向牵引，向机尾（头）割三角煤，割透三角煤后，再次调换滚筒上下位置并向机头（尾）进行正常割煤，即实现斜切进刀工艺。
端头进刀过程图见下图（图3）。
图3工作面端头进刀过程
4、采高：
根据煤层赋存情况及支架支护、采煤机最大允许截割高度，煤层厚度在2.5—4.7m时，采用跟顶跟底的方式;当煤层厚度低于2.5米时，采取跟顶拉底的方式通过，保证采煤机能够顺利通过、支架能够顺利拉移，遇地质构造带时需另行制定专项技术措施。
正常情况下，采煤机在割煤过程中，要紧跟煤层顶板、底板。
工作面与两巷道连接处，底板要平缓过渡。
二、装、运煤：
由采煤机螺旋滚筒配合运输机铲煤板将落煤装入运输机，经转载机、胶带输送机进入采区煤仓，架间浮煤，由人工清理至运输机里。
三、拉移架、推移运输机
1、拉移架
拉移支架采用本架操作，以采煤机为中心追机作业，拉架距采煤机后滚筒3—6m，移架时先降后柱，再降前柱，降柱范围150—200mm，移出支架后，先升前柱再升后柱。
初撑力不低于24MPa。
移架时采用本架操作，移架方式为分组间隔交错式，每组两台支架，即沿采煤机前进方向追机作业，移架一次到位，步距0.8m。
2、移溜
支架拉移后应及时移溜，移溜距采煤机后滚筒10—15m处进行，推溜时顺序进行，弯曲长度不得大于15m，弯度不大于30º，以免损坏刮板输送机连接构件。
机头、机尾移溜时，首先检查作业地段周围顶板、煤帮及端头支护情况，处理一切不安全隐患，并清理干净煤壁侧浮煤和矸石后方可移溜，移溜时要有专人观察，指挥机头、机尾的移溜情况，严禁硬顶、硬移;移溜时无关人员必须远离作业地段，作业人员必须站在安全区域。
四、清扫浮煤
浮煤每个循环清扫一次，推移运输机后，由清扫浮煤工逐架将浮煤清扫至工作面运输机内。
清煤时，清煤工站在支架与工作面运输机挡煤板之间，面向采煤机前进方向（在采煤机后方），并与采煤机后滚筒的距离不小于25m。
清煤时，要随时观察煤帮和支架，以防滚帮煤和架间掉矸伤人。
第二节提高回采率措施
1、工作面无特殊地质构造、铺网、收尾、初采时，不得降低采高，若工作面煤层低于4.7m时且大于2.5m时，必须跟顶跟底，特殊情况必须制定相应的措施确保支架和采煤机能正常通过。
2、当工作面初采、收尾或出现地质构造等异常情况时，必须制定专门的安全技术措施，确保工作面安全、正常回采。
3、清扫浮煤工必须将浮煤清扫至工作面运输机中，严禁将浮煤清扫至落山或支架间。
4、每天由检修班将胶带巷洒下的浮煤清理至皮带上运往煤仓。
第三节提高煤质措施
1、加强顶板管理，质量标准化工作，杜绝漏、冒顶事故发生。
2、采煤机司机应根据煤层赋存情况，严格掌握工作面采高，并随顶、底板情况适当调节，正常情况下，严禁割底、顶板。
3、特殊情况时，漏、冒顶的矸石直径大于300mm的，应人工利用大锤击碎。
进入运输机内作业时，必须停机闭锁采煤机和运输机，并且进行敲帮问顶作业，确保安全。
4、非煤物品（木料、铁器等）严禁扔进运输机内。
5、严格控制工作面设备的冷却水和架间喷雾水，严格做到“停机即停水”，杜绝常流水，两巷有积水时，设专用水泵进行抽水，严禁抽入皮带上进入煤仓。
6、两巷的支护材料及其它杂物要及时回收，不得扔进运输系统拉进煤仓。
7、工作面过无炭柱、断层夹矸等地质构造时，另外制定有关技术措施，有效控制矸石进入运输机混入煤中运出。
第五章生产技术管理
一、劳动组织
用比较类推法，根据类似工作面的定员和工作面及劳动定额配备对各项工种和人员数目进行确定，具体工种和人员数目见表8劳动组织表
表8：
劳动组织表
工种
一班
二班
检修班
小记
班长
2
2
1
7
采煤司机
1
1
1
4
刮板机司机
1
1
1
4
转载机司机
1
1
1
4
胶带机司机
1
1
1
4
支架工
4
4
12
泵工
1
1
1
4
电站工
1
1
5
8
浮煤清理工
3
3
0
8
端头维护工
5
5
8
23
防尘工
1
1
0
3
运料工
8
8
油脂回铁工
1
材料工
1
技术员
1
1
2
5
验收员
4
其它
2
2
2
8
合计
23
23
40
111
二、经济技术指标表
表9：
主要经济技术指标表
序号
项目
单位
指标
备注
1
工作面倾斜长
m
190
2
工作面走向长
m
1200
4
煤的容重
t/m3
1.42
5
回采率
%
95
8
滚筒截深
mm
800（每循环进尺）
9
循环产量
t
712.3
10
日循环数
个
4
11
正规循环率
%
85
12
日产量
t
2421.7
13
回采工效
t/工
9.7
14
月推进度
m
81
15
月产量
t
72639
16
可采储量
万t
95.8
17
可采期
天
396
18
在册人员
人
190
19
出勤率
%
90
二、循环作业及图表
采用“三八”制循环作业方式，两班采煤一班检修及准备。
每班割煤两刀，每个正规循环割煤四刀。
图4工作面循环图表
第六章安全技术措施
一、通风管理规定及措施
1、采掘工作面的进风风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%，其他有害气体的浓度不超过《煤矿安全规程》第100条规定。
本工作面体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。
2、对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到规定范围内时，方可通电开动。
3、本工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员。
4、加强抽放管理，每三天进行一次抽放观测，及时调整参数，尽量提高抽放率。
5、实行尾巷管理，严格按照《尾巷管理制度》的规定执行。
6、加强安全监测监控装置的使用，每周对瓦斯探头进行一次调校，保证悬挂位置正确，读数准确，断电灵敏可靠。
每月对监控设备进行巡查
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