采煤工作面設計

采煤工作面設計,集團公司區(qū)域性瓦斯治理突出采煤工作面及保護層工作面設計報審管理規(guī)定一、凡滿足下列條件之一者，采面設計應報集團公司審查：（一）突出區(qū)域采煤工作面。（二）開采保護層的工作面。,二、設計原則,（一）突出區(qū)域采煤工作面設計必須滿足煤礦瓦斯抽放規(guī)范（AQ1026-2006）、煤礦瓦斯抽采基本指標（AQ1027-2006），嚴禁留有瓦斯抽放鉆孔空白帶，設計中要將防突及瓦斯治理工程和措施前移，做到采掘前治理，同時要體現強化支護和釋放地應力并舉、優(yōu)化設計和優(yōu)化采掘布署并舉的設計思路。（二）保護層工作面設計必須滿足保護層開采的相關管理規(guī)定，并通過瓦斯抽采、應力釋放等手段解放被保護層。（三）突出區(qū)域采煤工作面及保護層工作面設計內容分別按采煤、掘進兩個階段編制。,三、設計依據,突出區(qū)域采煤工作面及保護層工作面設計必須有下列資料為設計依據：（一）經集團公司批準的采區(qū)設計。（二）區(qū)域性瓦斯治理規(guī)劃。（三）經單位技術負責人批準的地質說明書。（四）煤層突出危險性鑒定報告及煤與瓦斯突出區(qū)域劃分報告。,四、設計說明書主要內容,（一）設計工作面概況：包括工作面位置、垂深、范圍、地表概況，鄰近煤層、采區(qū)、工作面的關系，區(qū)內煤層賦存狀況及地質概況，工作面設計采長、設計能力等。（二）危險源及有害因素分析，包括瓦斯、煤塵、水害、地溫、礦壓、地質構造等。（三）簡要分析說明工作面回采對地面建筑物、水體的影響。（四）設計采用的采掘工藝，并說明回采期間設備列車布置位置及支架、采煤機初步選型。（五）瓦斯涌出量預測（六）巷道設計：說明巷道開口位置及施工順序，詳細說明設計巷道的斷面、支護形式及支護材料，簡要介紹巷道布置思路及各種參數選擇的依據。,（七）各系統(tǒng)設計說明中要包括下列內容:1.主運輸系統(tǒng)設計2.輔助運輸系統(tǒng)設計3.通風系統(tǒng)設計（包括掘進及回采期間的通風系統(tǒng)）4.供電系統(tǒng)設計5.供水及綜合防塵系統(tǒng)設計6.排水系統(tǒng)設計7.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設計，包括頂板監(jiān)測設計8.壓風自救系統(tǒng)設計9.防滅火系統(tǒng)設計10.通訊系統(tǒng)設計11.采面液壓系統(tǒng)設計12.采面照明系統(tǒng)設計13.降溫系統(tǒng)設計（地溫高于煤礦安全規(guī)程限定值時必須有此內容,（八）專項設計：1.防突專項設計設計中要分掘進和回采兩個階段分別進行防突設計2.瓦斯抽放設計工作面瓦斯抽放要分巷道掘進期間抽放、工作面采前預抽、工作面回采期間抽放三個階段分別設計。3.水害防治專項設計（九）安全技術措施：闡述工作面掘進及回采期間需要采取的主要安全技術措施，綜合分析采面瓦斯對掘進及回采造成的影響以及采用瓦斯綜合治理措施后達到的預期效果。,五、其它要求,（一）設計中要推廣新技術、新工藝、新裝備、新材料，充分體現科技興礦的思路。（二）設計中要考慮煤質問題，盡量減少斷層等構造對煤質的影響。（三）設計說明書中要附工作面巷道布置圖、巷道斷面圖、通風系統(tǒng)圖、供電系統(tǒng)圖等相關示意圖，盡量用圖表的方式表達出設計意圖。,采煤工作面設計說明書,第一章工作面概況及危險源分析,第一節(jié)工作面概況一、采面概況二、煤層賦存情況三、地質構造四、頂底板巖性五、水文條件六、瓦斯七、地表情況,第二節(jié)危險源分析及采掘工藝、采面生產能力確定,一、危險源分析1、頂板2、水害3、煤層自燃4、瓦斯5、煤塵,二、采掘工藝（一）回采工藝根據工作面的地質構造、煤層務存條件確定適合的回采工藝1、落煤的方式與裝備選擇2、裝煤裝備的選擇3、運煤裝備的選擇4、支架選型5、工作面支護形式6、端頭支護7、頂板管理(二)掘進工藝新開巷道均采用炮掘。,三、采面生產能力確定QLDmC式中:Q-工作面日生產能力，t/dL-工作面長度,mD-工作面日推進度，mm-煤層平均采高，m-煤的容重，t/m3C-工作面回采率，中厚煤層取0.95。,第二章工作面工程,第一節(jié)工作面巷道布置第二節(jié)巷道斷面及支護,第一節(jié)工作面巷道布置,工作面巷道布置的方式大致有四種：一、機軌分煤巖巷布置二、機軌雙巖巷布置三、機軌合一巷布置四、機軌雙煤巷布置,第二節(jié)巷道斷面及支護,一、巷道的斷面形狀巷道斷面形狀的選擇，主要應考慮巷道所處的位置及穿過的圍巖性質、巷道的用途及服務年限、選用的支架材料和支護方式、巷道的掘進方法和采用的掘進設備等因素。二、巷道斷面尺寸1、巷道凈寬度2、巷道凈高度3、巷道凈斷面面積4、巷道掘進斷面面積三、支護現在多采用錨網支護和錨網索聯合支護。,第三章工作面各生產系統(tǒng),第一節(jié)主運輸系統(tǒng)第二節(jié)輔助運輸系統(tǒng)第三節(jié)通風系統(tǒng)第四節(jié)供水及綜合防塵系統(tǒng)第五節(jié)排水系統(tǒng)第六節(jié)通訊系統(tǒng)第七節(jié)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)第八節(jié)壓風自救系統(tǒng)第九節(jié)防滅火系統(tǒng)第十節(jié)采面液壓系統(tǒng)第十一節(jié)采面照明系統(tǒng),第一節(jié)主運輸系統(tǒng),一、主運輸設備的選擇1、工作面輸送機的選擇2、機巷轉載機、輸送機的選擇3、皮帶下山輸送機的選擇二、出煤系統(tǒng)已15-13330采面生產系統(tǒng)示意圖回采工作面己1513330機巷己三擴大皮帶上山己三中部運輸平巷己三采區(qū)煤倉。,第二節(jié)輔助運輸系統(tǒng),礦已15-13330采面輔助運輸系統(tǒng)：己三大巷己三軌道上山三片己三擴大上部運輸平巷己三擴大軌道上山風巷片盤己1513330風巷采面。見礦已15-13330采面生產系統(tǒng)示意圖,生產系統(tǒng)示意圖,第三節(jié)通風系統(tǒng),一、掘進工作面風機選型1、工作面機巷、風巷1）按瓦斯涌出量計算：Q掘100Qgk式中：Q掘采面需風量,m3/min；K瓦斯涌出不均勻系數,1.52.0；Qg瓦斯絕對涌出量，m3/min；QgqT日/540式中：T日日出煤量,t/日；,2）按最大炸藥用量計算：Q掘=（7.3725）A式中：A一次最大炸藥用量，kg3）按同時工作最多人數計算：Qc4N式中：N掘進工作面同時工作最多人數4）、按風速驗算：15S掘Q掘240S掘式中：S掘巷道掘進斷面,二、采煤工作面風量計算：1、按瓦斯涌出量計算：Qc100QgK式中：Qc采面需風量,m3/min；K瓦斯涌出不均勻系數，1.21.8；Qg瓦斯絕對涌出量；8各種抽放量總和，m3/min；2、按勞動氣象條件計算：QcQkKtKhK1式中：Qk基本風量，一般取330Kt工作面溫度系數，Kt=at-b，工作面溫度在2026時，a=0.1,b=1.24，Kh采高系數，KhCH式中：C支護方式系數，綜采取1.0；M采高；采面有效支護斷面系數，掩護式支架0.550.6。K1采面走向長系數，1000m以上時，取1.11.4,3、按同時工作最多人數計算：Qc4N式中：N工作面同時工作最多人數。根據以上三種計算，取最大值4、按風速驗算：Qmax=460SminKQmin=1/460SmaxK式中：Smax、Smin為最大、最小有效通風面積K-有效斷面積系數若QmaxQcQmin，則符合規(guī)定,第四節(jié)供水及綜合防塵系統(tǒng),一、供水系統(tǒng)1、采面主要用水點（1）機風巷凈化水霧、灑水滅塵（2）泵站用水量（3）轉載點、架間噴霧（4）煤機冷卻、噴霧（5）輸送機冷卻水Q=（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）K式中：K水量備用系數取1.22、供水管徑Dp=4Q/（3600Vp）式中：VP水速,二、綜合防塵系統(tǒng)1、防塵管路利用供水管路，每50m安設一個三通閥門。2、掘進及回采期間，各轉載點要設噴霧；風、機巷各安設兩道凈化水幕，距工作面60200m處安設隔爆水棚。3、采面每隔10架設一個灑水噴頭。采煤機按規(guī)定安設內外噴霧。4、個人佩戴防塵口罩。,第六節(jié)通訊系統(tǒng),泵站列車、輸送機機頭、轉載機機頭、機尾分別設置電鈴、信號裝置。小絞車運輸設置聲光信號裝置。工作面刮板輸送機安設信號的間距不超過15米。按照煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出防治細則及煤礦安全規(guī)程第213條、第478條之規(guī)定，須安設電話地點：1、機巷轉載機頭；2、風巷切眼往外100m處；3、瓦斯抽放泵站；4、機巷外口；5、乳化液泵站。,第七節(jié)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),一、瓦斯檢測1、掘進期間風巷上掘進機，司機必須佩戴便攜式甲烷監(jiān)測報警儀。巷道在掘進期間需安設兩個甲烷傳感器，報警值為0.8%，斷電值為0.8%。其具體位置分別位于：（1）距掘進工作面5m處；（2）巷道回風口以里1020m處。2、回采期間采煤機司機必須佩戴便攜式甲烷監(jiān)測報警儀。采面回采期間，一般需要安設4個甲烷傳感器，報警值均為0.8%，斷電值均為0.8%,其位置分別是：（1）風巷里口（距回采工作面1015m）；（2）風巷外段（風巷回風道以里約1020m）；（3）采面（距上出口15m）；（4）機巷（距采面510m）；機巷、采面、風巷所有高、低壓電源必須由一個變壓器引出，若2個甲烷傳感器中有一個超限，都必須切斷所有電源。二、頂板監(jiān)測掘進期間，風機巷原則上每隔3050m布設一個頂板離層觀測儀、一個巷道幫頂位移觀測站。及時掌握巷道壓力變化、巷道變形情況，以便調整支護參數或合理確定二次支護時間。,第八節(jié)壓風自救系統(tǒng),一、壓風自救風量和風壓要求：風壓不小于0.4MPa，風量不低于Q=K1K2（K1、K2為漏風系數與備用系數）二、壓風自救管選擇三、壓風自救站設置1、掘進期間：每隔50米安裝一組壓風自救，最后一組壓風自救距掌子頭2540米，壓風自救安裝在支護良好且無雜物處，安裝高度距離巷道底板1.61.8米。2、回采期間：（1）機巷安裝一組壓風自救，安裝位置機巷切眼外100m處,（2）風巷1、在切眼往外2540m處安裝一組壓風自救。2、在回風口以里5m處安裝一組壓風自救。3、在風巷每組絞車處安裝兩個壓風自救。四、壓風自救管理施工單位指定專人對壓風管路進行檢查，確保管路不漏氣及壓風自救完好，并及時移動壓風自救，保證壓風自救與掘進工作面保持合適的距離，要對氣水分離器進行及時的放水和排油，保證管路的暢通和風流的清潔。,第九節(jié)防滅火系統(tǒng),采面煤層為自燃煤層時，需采取防滅火措施。一、采空區(qū)注漿、日注漿量QJ=(Qt+QS)M式中：QJ日注漿量，m3；Qs日注漿水量，m3；Qt日注漿土量，m3；M泥漿制成率；QS=KSQt式中：KS水量備用系數，m3；,Qs日注漿水量，m3；漿水比的倒數；Qt=KmLHC式中：K注漿系數；m煤層采高，m；L日推進度，m；H-采面傾斜長度，m；C-回采系數。,第十節(jié)采面液壓系統(tǒng),1、泵站開關列車設置在工作面機巷車場（車場距采面下出口不大于300m），不影響機巷正常通風、行人等，泵站列車放置地點保證支護完好。2、乳化液泵站向采面敷設供液管（32mm）、回液管路（50mm）各一趟，在采面下端頭供、回液管路分別安設一個三通分別向采面液壓支架和乳化液鉆機供、回液。在供、回液管路的采面上、下端頭和采面中間各設置一個截止閥以備檢修和急用。,第十一節(jié)采面照明系統(tǒng),按照規(guī)程第473條規(guī)定，在采面、機巷轉載點、機頭硐室設固定照明，其中采面照明燈間距不得大于15m。,第四章專項設計,一、防突設計二、瓦斯抽放設計三、水害防治專項設計,第一節(jié)防突設計,一、工作面掘進期間防突措施：1、風巷風巷在掘進期間沿空送巷，按突出威脅工作面管理，采取連續(xù)預測的防突管理方案。每5m預測一次，預測孔深7m，預測不超允許進尺5m。2、機巷1）直接執(zhí)行防突措施2）效果檢驗3）巷幫卸壓孔4）前探孔5）機巷預抽巷穿層孔,二、工作面回采期間的防突措施：1)執(zhí)行前探、卸壓、抽放、注水孔2)預測預報三、安全防護（一）、壓風自救1、壓風自救的安裝與調試與管理（1）、壓風自救風量和風壓要求：風壓不小于0.4MPa，風量不低于Q=K1K2（K1、K2為漏風系數與備用系數）。（2）、掘進期間：每隔50米安裝一組壓風自救，個數不少于5個，最后一組壓風自救距掌子頭2540米，個數不少于15個，壓風自救安裝在支護良好且無雜物處，安裝高度距離巷道底板1.61.8米?；夭善陂g：風巷在風巷切眼往外2540m處安裝一組壓風自救，在回風口以里5m處安裝一組壓風自救。同時在風巷每組絞車處安裝兩個壓風自救。機巷安裝一組壓風自救，安裝位置機巷切眼外100m處。（3）、壓風自救管選用無縫鋼管，對破損的壓風管必須更換或進行相應的處理，保證不漏氣。,（4）施工單位指定專人對壓風管路進行檢查，確保管路不漏氣及壓風自救完好，并及時移動壓風自救，保證壓風自救與掘進工作面保持合適的距離，要對氣水分離器進行及時的放水和排油，保證管路的暢通和風流的清潔。（二）、防突反向風門的設置防突反向風門嚴格按防突細則第95條規(guī)定進行設置（三）、避難硐室設置要求當巷道需要設置避難硐室時，嚴格按防突細則第97條以及集團公司100號文件的要求進行設置。（四）、放炮管理采用遠距離放炮時，放炮地點應設在進風側反向風門之外或避難所內，放炮地點距工作面的距離不得小于300m。放炮員操縱放炮的地點，應配備壓風自救系統(tǒng)或自救器?；仫L系統(tǒng)的采掘工作面及其他有人作業(yè)的地點，都必須停電撤人，放炮30min后，方可進入工作面檢查。,第二節(jié)瓦斯抽放設計,一、概況二、抽放瓦斯的必要性三、抽放系統(tǒng)的選擇四、瓦斯抽放系統(tǒng)管徑選擇五、瓦斯抽放泵的選擇六、建立擴大泵站七、泵站供電、排水的確定,一、概況綜合鑒定采區(qū)的突出情況，劃分采面突出危險等級。二、抽放瓦斯的必要性1、工作面可以供給的風量Qg=60LHv式中：L最小控頂距，mH采高，m有效斷面系數V規(guī)程允許的最高風速，m/s2、采面瓦斯涌出量預測（1）相對瓦斯涌出量Qa=（Wa-Wc）（L-Lh）/L式中：Qa工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；Wa開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；Wc殘存瓦斯量，m3/t，一般取煤層瓦斯含量的10%15%；L工作面采長，m；Lh機、風巷排放瓦斯帶的總寬度，m。,（2）絕對瓦斯涌出量Qy=QaA/14403、工作面所需風量計算Qb=100QyKw式中：Kw工作面瓦斯涌出不均衡系數根據上述計算出的結果，若工作面的需風量遠大于可以供給的風量，根據規(guī)程第145條規(guī)定：一個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風方法解決不合理時，必須建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)或井下臨時抽放系統(tǒng)。,三、抽放系統(tǒng)的選擇,（1）本煤層抽放系統(tǒng)（2）機巷預抽巷穿層孔抽放系統(tǒng)（3）抽排巷抽放系統(tǒng),三、抽放系統(tǒng)的選擇1、通風方法可以解決的瓦斯含量Wb=2460QgC/（100AKw）+Wc式中：Wb通風方法可以解決的瓦斯含量，m3/t；C規(guī)程允許的最高瓦斯?jié)舛?；Qg工作面可以供給的風量，m3/min；A工作面日產煤量，t；Wc殘存瓦斯量，m3/t，一般取煤層瓦斯含量的10%15%Kw瓦斯涌出不均衡系數2、煤層抽放可以解決的瓦斯含量采面機風兩巷各敷設一趟抽放管，抽放煤層鉆孔，煤層抽放可解決瓦斯含量We=kWa式中：We本煤層抽放可解決瓦斯含量，m3/t；Wa開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；k預抽率,3、機巷預抽巷穿層孔抽放可以解決的瓦斯含量根據機巷預抽巷穿層孔抽放參數，計算機巷預抽巷抽放可解決瓦斯含量Wg=1440Wt/A式中：Wt抽放瓦斯純流量，m3/min；A工作面日產煤量，t；4、通風、本煤層、機巷預抽巷穿層孔抽放解決瓦斯含量合計W=Wb+We+Wg根據上述計算結果，用通風方法、本煤層及機巷預抽巷穿層孔抽放合計可解決的瓦斯含量小于煤層本身的瓦斯含量時，采面回采時有必要采取其他抽放瓦斯措施。5、抽排巷.抽放抽排巷抽放需要解決的瓦斯含量Ws=Wa-Wb-We-Wg,四、瓦斯抽放系統(tǒng)管徑選擇：1、煤層抽放管徑選擇（1）煤層抽放混合流量計算煤層抽放，百米鉆孔抽放量按Qb計算，取成孔率K：1）、機巷布置n1個鉆孔，總長度L1米，封孔長Lf1米，則抽放純流量Q1=（LK-Lf1n1）/100Qb抽放瓦斯?jié)舛葹閍則Qc1=Q1/a2）、風巷布置n2個鉆孔，總長度L2米，封孔長Lf2米，則抽放純流量Q2=（L2K-Lf2n2）/100Qb抽放瓦斯?jié)舛葹閍則Qc2=Q2/a3）本煤層總抽放混合流量：Q純=Qc1+Qc2,（2）抽放管徑的選擇：1）機巷、風巷抽放混合流量Q1、Q2，則：d=0.1457式中：d管道內徑,m；Qc混合流量，m3/min，v管內瓦斯流速，m/s計算出d值，選取內徑大于d的鋼管作為煤層機巷、風巷的抽放支管2）本煤層總抽放混合流量Q純，則：d=0.1457式中：d管道內徑,m；Qc混合流量，m3/min，v管內瓦斯流速，m計算出d值，選取內徑大于d的鋼管作為煤層抽放主干管。,2、機巷預抽巷抽放管徑選擇1）機巷預抽巷抽放混合流量計算機巷預抽巷抽放瓦斯純流量為Q，瓦斯抽放濃度a，則抽排巷混合流量為Qc=Q/a2）機巷預抽巷抽放管徑的選擇d=0.1457式中：d管道內徑,m；Qc混合流量，m3/min；v管內瓦斯流速，m/s計算出d值，選取內徑大于d的鋼管作為抽排巷抽放主干管。3、抽排巷抽放1）抽排巷抽放需要解決的絕對瓦斯涌出量Qc=WsA/14402）若抽排巷抽放濃度k計算,混合瓦斯流量為:Qc=Qc/k由公式d”=0.1457算得d值選取內徑大于d的鋼管作為抽排巷抽放主干管,五、瓦斯抽放泵的選擇:1、抽排巷抽放阻力計算1）摩擦阻力Hm=9.81Q2L/（KD5）式中：Hm管路摩擦阻力，Pa；Q瓦斯流量，m3/h；混合瓦斯對空氣的密度比；L管路長度，m；K系數；D瓦斯管內徑，cm；,4）抽放泵的負壓Hp=（Hc+Hh）Kb式中：Hp泵的額定抽放負壓，kPa；Hc管路沿程阻力，kPa；Hh孔口負壓，kPa；Kb泵的備用系數；5）抽放泵的額定流量Qp=Qc/(Ch)Kc式中：Qp泵的額定流量，m3/min；Qc抽放地點抽放量，m3/min；C泵入口處瓦斯?jié)舛?；h泵的機械效率；Kc備用抽放量系數；根據計算得出的額定負壓HP,額定流量Qp，對照瓦斯泵性能參數表選取適合的抽放泵。,2、本煤層抽放系統(tǒng)抽放瓦斯泵選擇1）本煤層抽放瓦斯1）摩擦阻力機巷、風巷煤層支管摩擦阻力與煤層主干管摩擦阻力的計算公式Hm=9.81Q2L/（KD5）式中：Hm管路摩擦阻力，Pa；Q瓦斯流量，m3/h；混合瓦斯對空氣的密度比；L管路長度，m；K系數；D瓦斯管內徑，cm；計算出機巷煤層支管摩擦阻力Hm1，風巷煤層支管摩擦阻力Hm2，煤層主干管摩擦阻力Hm3。,則摩擦阻力為：Hm=Hm1+Hm2+Hm32）局部阻力Hf3）管路總阻力：Hc=Hm+Hf4）抽放泵的負壓Hp=（Hc+Hh）Kb式中：Hp泵的額定抽放負壓，kPa；Hc管路沿程阻力，kPa；Hh孔口負壓，kPa；Kb泵的備用系數；,5）抽放泵的額定流量Qp=Qc/(Ch)Kc式中：Qp泵的額定流量，m3/min；Qc抽