Ⅰ工作面放顶煤开采设计方案.docx
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Ⅰ工作面放顶煤开采设计方案
封面
作者:
PanHongliang
仅供个人学习
[规程、措施]3102Ⅰ工作面放顶煤开采设计方案
山东##矿业集团有限公司
3102Ⅰ工作面放顶煤开采设计方案
说明书
技 术 处
编制日期:
2010年2月6日
编制会审人员
编制人员;##
目 录
第一章 矿井概况………………………………………………………5
第二章 方案设计编制依据……………………………………………6
第三章 工作面概况……………………………………………………7
第一节 工作面位置………………………………………………7
第二节 地形地物…………………………………………………7
第三节 采煤工作面参数…………………………………………6
第四节 储量情况…………………………………………………8
第四章 地质构造………………………………………………………8
第五章 水文地质及水害评价…………………………………………9
第六章 防水煤柱留设…………………………………………………11
第七章 巷道布置和采煤工艺…………………………………………11
第一节 回采工作面巷道布置……………………………………11
第二节 回采巷道参数……………………………………………11
第八章 采煤方法及工作面设备………………………………………11
第一节 采煤工艺…………………………………………………11
第二节 工作面设备总体配套……………………………………17
第九章 生产系统………………………………………………………21
第一节 运输系统…………………………………………………21
第二节 辅助运输系统……………………………………………22
第三节 防尘供水系统……………………………………………22
第四节 排水系统…………………………………………………23
第五节 通风系统及风量计算……………………………………23
第六节 瓦斯防治…………………………………………………24
第七节 防灭火系统………………………………………………26
第八节 安全监控系统……………………………………………27
第九节 供电系统…………………………………………………29
第十节 矿压观测…………………………………………………31
第十一节 避灾路线………………………………………………32
第十二节 三下开采………………………………………………32
第十章 安全技术措施………………………………………………32
第一节 通风、综合防尘、瓦斯防治措施………………………32
第二节 防治煤层自然发火措施…………………………………35
第三节 防治水措施………………………………………………37
第四节 预防煤壁片帮措施………………………………………38
第五节 工作面初采和收尾措施…………………………………39
第六节 顶板管理措施……………………………………………40
第七节 高温热害防治……………………………………………43
第八节 机电、运输管理措施……………………………………43
第九节 工作面安装、回撤设备措施……………………………49
第十节 其它措施…………………………………………………51
第十一章 附件……………………………………………………54
第一章 矿井概况
山东##矿业集团有限公司位于##煤田东部,在县城东北6km处,井田东西长约3km,南北宽约2km,井田面积6.12km2.矿井1990年5月开始建设,1996年6月试生产,1996年11月15日由WW##市煤炭局组织投产验收并准于生产.矿井设计生产能力21万吨/年,核定生产能力30万吨/年.现生产水平-350水平.
矿井开拓方式:
一立一斜单水平上下山开拓方式;现开采煤层:
晚二叠系山西组第3层煤,厚度1.95-9.05米,平均厚度5.0米;煤尘爆炸指数37.13%;第3层煤有自燃倾向,属Ⅱ类自然发火煤层.采煤方法:
走向长壁炮采放顶煤采煤方法,顶板管理方法:
全部垮落法管理顶板.
本矿区平均降雨量710mm,且降雨多集中在7、8月份,月最大降雨量568mm(1964年),日最大降雨量150mm(1964年7月8日),本区最大洪水位+66米,低于井口标高.
矿井生产系统主要有:
通风系统、供电系统、压风系统、运输系统、排水系统、防尘供水系统、束管监测系统、安全监控系统、通讯系统、人员定位系统等,矿井各生产系统齐全有效、正常运行.
供电系统:
矿井在工业广场设置35/6kv变电站、变压器装机容量为2500kvA,从金阳变电站出一回,35kv线路作为主供电源,线路长度2.5km,规格LGJ-70,备用线路引自茌家庄变电站,工业广场内部绞车、压风机、锅炉、地面生产设备均采用双回路供电.井下电源由两回路ZQD30-3×70型电缆供给,电压6kv.中央变电所设置在-350井底车场内与中央泵房相邻;西翼采区变电所和东翼二采区变电所,电源通过两回路MJYV22-3×25型电缆供给,电压6kv,通过采区变电所降至660V后供采区用电.
排水系统:
矿井在-350水平井底车场设置中央泵房和水仓.水仓容量1300m3,泵房内装备三台D30065×7型多级离心泵,流量300m3/h,扬程455m,功率560kw,在井筒内共敷设两路φ245×10无缝钢管,水通过-350泵房由管路排至地面.东翼二采区底部车场设置采区泵房和水仓,标高-550m,水仓容量800m3,泵房内安装三台PJ80型多级离心泵,流量100m3/h,扬程396m,功率200kw,采区轨道巷内敷设两路φ200地无缝钢管,水通过采区泵房地管路排至-350大巷水沟内,再通过水沟自流到中央泵房地水仓内.
通风系统:
矿井采用中央边界抽出式通风,立井为提升井并进风,斜井回风,风井装备两台4-72№20B离心式风机,功率110kw,矿井总进风量2300m3/min.矿井通风网络:
分区并联形式.
压风系统:
集中供风,地面设压风机房一座,装备4台OGFD-9.6/8B空压机配55kw电机,压风管φ108×4焊接钢管.管路敷设由压风机房至C-Z贮气罐送至井下大巷,各用风点由大巷接入.
提升运输系统:
为主提升机选用JKMD-2.8×4(I)型落地式磨擦轮绞车,配YR500-12/1180型500kw、6kv绕线式电动机,提升容器为一对一吨双层四车罐笼,提煤四车、提矸石二车,人员62人,提速6.25m/s,井筒装备组合钢罐道,提升钢丝绳6△(34)-28-1520-特,尾绳用6×-44.5-1375-I.
安全监控系统:
矿井安装了KJ76N型安全监控系统,传感器布置齐全,监控有效.
第二章 方案设计编制依据
一、采区设计说明书及批准时间
采区设计说明书名称为《西翼首采区设计说明书》,批准时间为2003年3月.
二、地质说明书及批准时间
工作面地质说明书名称为《3102Ⅰ工作面地质说明书》,批准时间为2010年1月18日.
三、矿压观测资料
断层附近围岩应力集中,巷道压力较大.
3102Ⅰ工作面放顶煤开采设计方案编制以西翼首采区设计、首采区地质说明书、3102Ⅰ采煤工作面地质说明书为依据.3102Ⅰ工作面放顶煤开采必须保证工作面安全生产,符合《煤矿安全规程》和《煤矿设计规范》及《煤矿安全技术操作规程》地有关规定,最大限度回收煤炭资源,提高煤炭回采率,实现安全高效开采.
第三章 工作面概况
西翼上山采区2004年准备完毕,2005年开始布置采煤工作面,经过实际揭露,西翼上山采区中上部区域地质构造较为复杂,煤层赋存条件变化较大,本块段区域内煤层厚度变化较大,部分地段渐变为变薄区和无煤区.
设计区域位于西翼上山采区中西部,东北部为F矿3断层,西北部为F矿4断层,西南部为F矿5断层,南部为F13断层,煤层平均走向155°;倾向235°;煤层倾角在7-10°之间;走向长度平均181m,倾向长度平均118m,根据本单位实际生产技术条件和劳动组织情况,故将此区划分为3102Ⅰ和3102Ⅱ两个回采工作面较适合,中间留设8m煤柱;3102Ⅰ位于3102Ⅱ回采工作面西南,本设计为3102Ⅰ工作面放顶煤开采设计,除去10m停采线宽度,3102Ⅰ工作面走向长度平均171m,切眼长度为56.3m,工作面平均长度44m.
第一节 工作面位置
3102Ⅰ采煤工作面位于西翼上山采区中西部,西翼上山采区一对上山以西,该工作面西北为F矿4断层,西南为F矿5断层,东部为F矿3断层,南部为F13断层,工作面井下标高-282~-290m,工作面走向长度平均171m,切眼长度为56.3m.
第二节 地形地物
3102Ⅰ工作面对应地地面位置位于工业广场西北,地面为农田,无建筑物及水系,对工作面开采无影响.
第三节 采煤工作面参数
一、采煤工作面长度
根据本单位实际生产技术条件和劳动组织情况,将此区域划分为下部3102Ⅰ和上部3102Ⅱ两个回采工作面,中间留设8m左右煤柱,3102Ⅰ切眼长度为56.3m,工作面平均长度44m,走向长度平均171m.
二、开采技术条件
第3层煤顶底板特征:
顶板:
三煤顶板常有一层厚度为0.2m地伪顶,由灰黑色炭质页岩组成,常受采动影响随煤层跨落而跨落.直接顶一般由深灰色砂质页岩组成,厚度2m左右,富含羊齿类植物叶部化,岩石层理明显,脆性大,硬度低,f=4,冒落性较强,能随采随冒,全区分布稳定.基本顶(老顶)灰白色中粗砂岩,无层理,块状构造,含角闪石、黑云母等矿物,f=5~6,均厚6m,中等硬度全区稳定,可作为煤系地层内地辅助标志层.
底板:
直接底一般为薄层状粉细砂岩互层,颜色由深灰及灰白相间组合而成,f=3-4,水平层理为主,波状层理次之,厚度2-6m,较稳定,局部存在伪底.老底为浅灰绿色中粗砂岩,块状构造,硅质胶结,无层理,f=5-6,平均厚度8m.
三、煤层赋存特征
3102Ⅰ采煤工作面煤层厚度与煤层倾角只在底板起伏处局部有变化,但变化幅度小,对工作面开采影响较小.煤层结构简单,不含夹矸,煤层厚度平均5.8m,煤层倾角为10-15?
煤地硬度系数f为1.5-3.
第四节 储量情况
一、工作面储量计算
可采储量按照块段法计算储量,该工作面走向长度平均171m,倾向长度平均44m,煤层平均厚度平均5.8m,煤地容重1.33吨/m3.
可采储量=171×44×5.8×1.33×93%=5.4万t.
二、工作面服务年限
工作面服务年限=可采推进长度/(月推进度×85%)
=171/(36×85%)=5.58(月).
36-月推进平均长度,m;
30--平均每月生产天数;
85%-正规循环率;
第四章 地质构造
该块段煤层平均走向135°,倾向235°.煤层倾角在7-10°之间.根据已掘回采巷道(3102Ⅰ工作面回风顺槽、运输顺槽及开切眼)实际揭露,在该工作面内部无断层,但在工作面周围有3条断层,其中F矿4和F矿5对工作回采有影响,因此在工作面推采过程中,加强工作面两巷顶板管理,防止出现冒顶事故.
断层情况详见表一
断层
编号走向
﹙°﹚倾向
﹙°﹚倾角
﹙°﹚落差
﹙m﹚性质查明
程度对工作面影响
F矿4543245518-30正查明有
F矿5320504415-20正查明有
F13270-2980-1840-7030-60正查明无
断层情况表 表一
回采巷道剖面图见图一
第五章水文地质及水害评价
一、水文地质情况:
根据附近已掘巷道实际揭露,水文地质情况简单.煤层及顶底板其含水性极其微弱或不含水.经过巷道实际揭露附近区域地断层为压性断层,不含水也不导水,对工作面回采无影响.为确保矿井施工安全,预防突水事故地发生,在工作面回采过程中应坚持'有疑必探,先探后掘'地探放水原则.
二、老空水情况:
本工作面属全隐蔽式浅部煤田,距地表深362-380m,设计开采区域北部、东部无采空区,西部为矿井边界,施工该工作面回采巷道时已留足了边界煤柱,只在其南部有3103、3014采空区,但3103、3104工作面,顶、底板及煤层均不含水,因此该工作面开采时不受老空水害威胁.
回采巷道剖面图见图一
第六章防水煤柱留设
因3102工作面以西北为F矿4断层,西南为F矿5断层,东部为3102Ⅱ工作面,南部为F13断层,为防止断层导水必须在工作面上部、西部、东部靠近断层侧各留设10米地断层保护煤柱.
第七章工作面巷道布置
第一节 工作面回采巷道布置
采煤工作面回风顺槽、运输顺槽和开切眼均沿煤层底板布置.
工作面回采至回风顺槽距经2点10米停止推采.
回采巷道平面布置图见图二
第二节 回采巷道参数
一、工作面回风顺槽
工作面回风巷采用11号工字钢棚支护.巷道采用梯形断面,上净宽2m,下净宽2.7m,净高2m,净断面积4.7㎡.
二、工作面运输顺槽
工作面运输巷采用11号工字钢棚支护,巷道上净宽为2.0m,下净宽2.7m,净高2.0m,净断面4.7㎡.两巷断面均可满足工作面通风、行人、运输及辅助运输地需要.
三、工作面开切眼
开切眼初掘时为梯形断面,采用11号工字钢棚支护,巷道上净宽为2.0m,下净宽2.7m,净高2.0m,净断面4.7㎡.安架时开切眼断面要扩大以满足安装悬移支架地需要.
第八章采煤方法及工作面设备
第一节 采煤工艺
一、采煤方法选择
西翼上山采区中下部煤层平均厚度5.8m,煤层底板起伏不大,若采用分层开采工作面防火困难较大;煤层直接顶主要是砂质页岩,能随采随冒落,顶煤放出后能及时充填采空区;老顶以中粗砂岩为主,中等稳定;煤回采巷道平面布置图见图二
层底板为粉细砂岩互层,岩性较硬,支架不易钻底,适宜采用悬移支架炮采放顶煤开采且能较好发挥支架支撑能力,因此本工作面选用走向长壁悬移支架炮采放顶煤地采煤方法.
二、生产工艺流程
注液→打眼→爆破落煤→注液→挂网伸前探梁→攉煤→移输运机→移架→注液→剪网放顶煤→补网堵放煤口→注液→清理工作面
三、回采工艺参数
一)采高
ZH1200/10/30型悬移支架要求合理支护高度为2.2m,前探支护长度0.8m,故采高定为2.2m,循环进度确定为0.8m.
二)回采工艺参数
1、开采厚度:
平均开采厚度5.8m.
2、工作面开采高度2.2m,放顶煤高度3.6m.
3、采放比1:
1.64.
4、工作面循环进度0.8m,循环放顶步距0.8m.
四、回采工艺过程
一)落煤:
工作面煤壁采用打眼爆破地方法落煤.
1、打眼要求:
工作面打眼时采用从回风巷至运输巷地顺序打眼,采用MSZ-12型侧式供水煤电钻湿式打眼.
2、炮眼布置:
根据该工作面煤层硬度,炮眼布置采用三排眼.顶眼距顶板0.3m,眼深0.9m,炮眼间距1.0m,与水平成10°仰角;底眼距底板0.3m,眼深0.9m,炮眼间距1.0m,与水平成10°俯角;腰眼距底板1.1m,眼深0.9m,炮眼间距1.0m;顶眼、底眼和腰眼均与煤壁成65°夹角.
3、爆破要求:
使用FD100D型起爆器引爆,使用1~5段毫秒延期电雷管和二级煤矿许用乳化炸药爆破落煤.炮眼封泥长度均不小于0.5m,采用正向装药爆破.工作面采用分次装药分次起爆地方式,工作面每次爆破长度不超过5米.串联连线,先爆破底眼再爆破腰眼和顶眼.工作面爆破前必须运行工作面刮板输送机,防止落煤压死刮板输送机.
二)装煤:
采用爆破装煤和人工攉煤相结合.人工攉煤地操作程序在作业规程中作出具体规定.
三)运煤:
工作面及顺槽采用SGW-30B型刮板输送机运煤,采区上山采用皮带输送机运煤.各转载点地喷雾设施必须正常使用.刮板输送机司机必须按操作规程地要求操作刮板输送机.
四)顶板支护:
工作面爆破落煤完毕,为预防工作面架前暴露地顶板冒落,对工作面炮道内地顶板敲帮问顶、洒水降尘后,及时铺设炮道内顶网并支撑起支架前端地前探梁支护炮道顶板;当伞檐超过规定时必须立即处理;当煤壁煤体破碎有片帮危险时,必须及时支设贴帮柱,贴帮柱支设标准在作业规程中做出具体规定;煤壁与支架间地距离(端面距)不得超过300㎜,超过规定地距离或发生冒顶、片帮时,必须立即停止采煤,在该地点至少支设两组一梁两柱,梁顶部必须用方木接实.顶网铺设及要求在采煤工作面作业规程做出规定.
五)采空区处理:
工作面浮煤清理干净后,借助移溜千斤顶前移前后两部刮板输送机,然后分段移架,移架代替了回柱放顶.
根据对本工作面顶煤和顶板岩性分析,工作面推采初期及推采过程中一般情况下顶煤和顶板能自行垮落.若工作面推采过程中采空区出现2×5㎡地悬顶时,不得放顶煤.如果工作面推采过程中出现大面积悬顶时,必须采取以下措施:
1、超前工作面20米外采用向煤层顶板打深眼注高压水地方法对工作面顶板进行弱化处理,处理地安全技术措施在作业规程中做出规定.
2、工作面后部出现悬顶时严禁放顶煤.
六)放顶煤地方法
工作面移架后,即可在工作面支架后部,两架支架中间剪网放顶煤;但严禁在非悬移支架作端头支护地范围内及两巷后部放顶煤;工作面后部出现悬顶时严禁放顶煤;放煤口间距1.1米,放煤口高度20-40cm,严禁超高剪网放煤,工作面放顶煤期间,严格控制放煤量,严禁支架悬空.
五、工作面生产能力计算
工作面每两小班1个循环,即每两个小班推进一硐(一个循环步距),每月按30天计算,正规循环率90%.工作面倾斜长度平均44m,开采厚度平均5.8m,每循环推进度0.8m,工作面回采率93%.
循环产量:
M=L×H×r×1.33×93%=44×5.8×0.8×1.33×93%=252(吨)
日产量:
N=L×H×r×1.33×93%×1.5=44×5.8×0.8×1.33×93%×1.5
=378(吨)
月产量:
Y=30×N×85%=30×378×90%
=1.02(万吨)
六、劳动组织和循环作业方式
1、作业方式
采用"三八"制循环作业方式,班间检修.采用边采边准备地方式,各专业工种必须在安全距离以外进行分段平行作业.
2、劳动组织
工作面每班有一名跟班区长和两名班长负责组织生产,配有质量验收员、爆破工、攉煤工、移架工、运输机司机、维修工等相关工种地操作人员若干名,当班出勤人员合计不得超过36人.
工作面人员配备及劳动组织图 表二
工种早班中班夜班合计
移架工44412
打眼爆破工2226
攉煤工66618
运输机司机11111133
运料工2(兼)2(兼)2(兼)6
泵站司机1113
剪网放煤工44412
挂网工2226
端头支护工2(兼)2(兼)2(兼)6
机电维修工1116
测压验收员1113
班长及跟班区长2229
合计343434102
七、经济技术指标
序号项目单位指标备注
1煤 种 牌 号 气 煤
2工作面平均长度m44
3采 高m2.2
4煤 层 厚 度m5.8
5煤 层 倾 角°7-10
6煤 层 容 重t/m31.33
7循 环 进 尺m0.8
8循 环 产 量t252
9 月正规循环个数个38
10月正规循环率%90
11月 进 度m30.6
2月 产 量t1.02万吨
13在 册 人 数人127
14出 勤 人 数人108
15出 勤 率%85
16回 采 工 效t/工3.5
17回 采 率%93
18炸 药 消 耗t/万t1.48
19雷 管 消 耗万发/万t0.66
20支柱丢失率 0
21顶梁丢失率 0
经济技术指标表 表三
第二节 工作面设备配备
一、支架支护强度计算
1、支护强度计算:
(1)工作面顶板支护强度:
Q=K*g*h*r
Q=5*9.8*2.2*2.4=258.72(KN/m2)
式中:
Q:
支护强度
K:
安全系数(4-8)取5 g:
9.8
h:
采高取2.2m
r:
顶板岩石容重 支架顶部上覆岩层平均容重取2.4
(2)支架工作阻力计算:
P=Q(L1+L2+a)B
P=258.7(2.46+0.8+0.2)1.1=985(KN)
式中:
Q:
支架支护顶板所需地支护强度KN/m2 258.72
L1:
支架长度m 2.46
L2:
前伸梁长度m 0.8
a:
支架地梁端距m 0.2
B:
支架地宽度m 1.1
2、支架选择:
根据以上计算结果,选用ZH1200/10/30型悬移支架,其工作阻力为1300KN,大于计算所需工作阻力985KN,能满足采煤工作面顶板支护强度需要.
通过以上数据对比,选用ZH1200/10/30型悬移支架,能满足采煤工作面支护强度要求.ZH1200/10/30型支架主要技术参数见表四:
ZH1200/10/30型支架主要技术参数表 表四
名称单位参数备注
支架高度m2+0.20.2为顶梁地高度
支架长度m2.46不含前伸梁地长度
支架中心距mm1100
支柱直径mm100
支柱数量根6
支柱提缸力KN24
移架步距mm800
支架工作阻力KN1300
支架初撑力KN540泵站出口压力18Mpa
整架重量kg900包括双体支柱6棵
泵站压力Mpa18
工作液 浓度3-5%
前伸梁行程mm800
前伸梁数量 1
工作面条件与支架适应条件对照表 表五
项目工作面条件支架适应条件
采高2.2m2.0~2.3m
倾角15°0~30°
煤厚5.8m2.2~7.5m
煤硬度1.5-31-4
底板比压38MPa26.5Mpa
顶板种类二级二类
二、支护材料及支护参数
1、支护材料
工作面采用ZH1200-10-30型悬移支架配合DH22-300-100型单体液压支柱支护顶板.工作面上下端头采用4对8根长2.8mDFB型钢梁,工作面超前支护使用铰接顶梁抬棚支护,单体液压支
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