12160采煤工作面开采设计

-1-21020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（㎡）468132、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。综合柱状厚度岩石名称岩性描述2.501.203.475.901.157.206.642.541.94细粒砂岩砂质泥岩细粒砂岩砂质泥岩砂质泥岩砂质泥岩二1煤泥岩石灰岩石灰岩灰色含少量白云母片局部具鲕状结构硅质胶结层理发育深灰色厚层状层理不清灰深灰色成份以石英长石为主层面富含白云母片和炭质深灰色厚层状,层理不清,含植物化石碎片灰黑色粉末状半亮型深灰色层面含白云母片及炭质产植物化石深灰色层面含白云母片具细砂岩条带和水平层理灰色厚层状含地动物化石裂隙发育且充填方解石脉淡灰色厚层状层理不清灰色厚层状裂隙发育且充填方解石脉8.0二、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。-3-（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，-5-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-7-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749F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202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2-9-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kg0.990.910.50.5增阻系数kz0.950.850.70.7不均匀系数kb0.90.80.70.7采高系数kh1.5～2.2m1.5～2.2m1.5～2.2m2.2m1.00.950.950.9倾角系数ka11º～25º11º～25º26º～45º4501.00.950.90.85（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/m2h——采高；m-11-r——顶板岩石的密度；t/m3，一般取2.5k——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KNKg——工作系数，取0.99Kz——支柱增组系数一般取0.9～0.95，取0.95Kb——支柱受力不均衡系数0.9～0.98，取0.9Kh——采高系数，取1.0Ka——倾角系数，取1.0KE——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.