协41112W里段工作面综合机械化开采设计方案.docx
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协41112W里段工作面综合机械化开采设计方案
协庄煤矿关于1202W工作面采用综合机械化
开采的请示
集团公司：
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
我矿拟对-850水平一采区1203W工作面进行综合机械化开采，为确保工作面安全生产，特编制《1203W工作面综合机械化开采方案设计》，现予以呈报。
当否，请批示。
附：
1、1203W工作面综合机械化开采方案设计
2、1203W工作面平面图
协庄煤矿
二00六年三月二十日
41112W西段工作面综合机械化
开采方案设计
协庄煤矿
2005年11月25日
41112W里段工作面综合机械化开采方案设计
一、概况
1、工作面概况
41112W西段综采工作面为3-4采区西翼十一层煤第一个工作面。
工作面南起回风巷，标高-430.1～-456.1米，北至运输巷，标高-491.8～-548.0.米，工作面以东为41112W东段综采工作面，以西为工作面切眼。
41112W西段综采工作面东西走向长平均540米，南北倾斜宽47~212米，平均108米，倾斜面积58320平方米。
工作面地表标高+153.83米，煤层平均埋深643.0米。
工作面以南为与建新矿十一层矿井边界煤柱、以西为建新矿十一层越界巷道,已实施安全隔离；工作面以东41112W东段综采工作面正在开拓；工作面以北为F17-1断层。
工作面上覆二、四层煤已开采完毕，上覆六层及下伏十三、十五层煤尚未开拓，-550西大巷自该工作面下方穿过。
工作面范围内有253钻孔，封孔合格。
工作面对应地表位置南300米为韩庄矿工广，其余为农田，无村庄、河流及其它建筑物。
2、煤层及其顶、底板岩性
十一层煤为一复杂结构煤层，中夹1-3层夹石，中间一层稳定，厚0.1~0.2米左右，为该煤层主要标志之一，工作面煤厚1.5~1.85米，运输巷Y15点至切眼上口附近较薄,厚1.5米，w6点附近较厚,厚1.75米，平均1.65米。
煤质牌号气肥煤，煤岩成分以亮煤为主，视密度1.33t/m3。
根据工作面回风、运输巷及切眼巷道揭露，该面煤层走向变化不大，为80°～88°，倾向NW，工作面倾角32°。
根据巷道实际揭露及附近钻孔资料分析，煤11顶板多为深灰色砂质页岩，性脆致密，层理发育，含菱铁质结核，破碎易冒落，厚5.5米，其上为细砂岩，灰白色，泥质胶结，成分以石英、长石为主，厚8.5米。
煤11底板为泥灰岩，厚1.26~0m，平均0.6m，灰色，具裂隙，多被方解石充填；其下为灰白色细砂岩，成分以石英长石为主，钙质胶结，厚度4.5米；再下下为砂质页岩，灰黑色，含植物化石碎片和黄铁矿散晶，厚3.0米。
煤11底板距四灰顶30.7m，距徐灰顶75.0m。
附煤质特征表:
Mad
（%）
Ad
（%）
Vdaf（%）
Qb.daf
（MJ/Kg）
Std
（%）
Y
（mm）
煤质牌号
2.31
17.25
42.79
34.6
2.68
27.5
气肥煤
3、地质构造特征
根据工作面巷道揭露情况及上覆煤层开采资料分析，工作面f1、F17-1落差大，f1在切眼西帮，在运输巷E14点西10米处揭露，F17-1在运输巷Y3点以西30米至50米下帮处揭露,两条断层未切入工作面,不影响工作面开采。
其它断层落差较小，对工作面回采不会造成较大影响。
工作面中无陷落柱、岩浆侵入体等其它特殊地质构造。
编
号
断层
性质
产状
落差（米）
揭露点位置
走向
倾向
倾角
f1
正断层
50~30_0
NW
60_0
2.0~4.0
在运输巷E14点西10米、切1点处揭露。
f2
正断层
30_0
NW
60_0
0.3
切眼切1点南4米处揭露。
f3
正断层
65_0
NW
60_0
1.3
在切眼切1点南7米处揭露。
f4
正断层
75_0
NW
60_0
1.0
在切眼切2点南23米处揭露。
f5
正断层
65_0
NW
60_0
1.0
在切眼切2点南24米处揭露。
F17-1
正断层
70_0
NW
70_0
20~40
在运输巷Y3点以西30米至50米下帮处揭露
工作面揭露断层情况表
工作面无河流冲刷、岩浆侵入体及陷落柱等其它特殊地质构造。
4、41112W综采工作面条件评价
（1）煤层条件
工作面煤厚1.5～1.75m，运输巷Y15点至切眼上口附近较薄,厚1.5米，w6点附近较厚,厚1.75米，平均1.65米，。
煤层赋存稳定，无岩浆侵入和冲刷带。
煤层厚度较稳定，符合综采工作面条件。
（2）地质构造条件
根据工作面巷道实际揭露，该面共揭露断层6条（如上述），将41112W工作面进行综采地质条件评价：
引入断裂破坏指数进行评价：
断裂破坏指数K=ΣL/S
L——断层延展长度（米）
S——研究区段面积（公顷），
工作面S=58320m2=5.8公顷
K=L/S=30/5.8=5.2（米/公顷），小于50米/公顷，该工作面属于一类综采地质条件，即在这样的块段内，地质构造复杂程度属于简单型，煤层赋存稳定，符合综采面地质条件，具有较好的经济效益。
综上分析，41112W综采工作面属于一类综采地质条件，即在这样的工作面内，地质构造复杂程度属于简单型，煤层赋存稳定，符合综采面地质条件，具有较好的经济效益。
5、水文地质特征
（1）四灰
-550水平十一层煤3-4采区为-550水平十一层上山采区，采区位于F11断层向西至剥蚀边界这一水力单元内。
该区由于露头远离小汶河及两岸的古河床，四灰、徐灰富水性较差。
建新矿大面积开采十三层煤至-230水平，四灰仅有少量淋水。
采区以南为建新煤矿十一层煤，该矿十一层煤在对应我矿3-4采区西部已经采至-435米水平，无底板出水现象。
41112W运输巷Y2点北10米处F17-1揭露四灰无水。
-550西大巷西51以西沿十三层施工，揭露顶板有少量淋水，并向西逐渐减少，-550水平西大巷揭露四灰无水。
从井下施工的水文钻孔来看，-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工徐灰孔揭露，四灰无水;-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工奥灰孔揭露，四灰水量0.4m3/h,水压观测不到。
-300水平3-3十一层轨道上山上车场施工奥灰孔揭露四灰水压2.2MPa,水量31.9m3/h。
大量事实来看，四灰浅部富水性较强，向深部富水性减弱，-50水平以上为岩溶水，-300水平为岩溶裂隙水，-550水平基本无水。
在水平方向上，四灰表现为构造裂隙发育地段富水性较强，正常地段富水性较弱，从多处揭露四灰揭露情况看，四灰仅有少量裂隙水，仅在构造发育处有一定的裂隙水。
从建新矿大面积开采十三层煤至-230水平，四灰仅有少量淋水。
采区以南为建新煤矿十一层煤，该矿十一层煤在对应我矿3-4采区西部已经采至-435米水平，无底板出水现象来看，四灰对十一层工作面开采已无水害影响。
（2）徐灰
从井下施工的水文钻孔来看，-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工奥灰孔揭露，水压3.6MPa,水量0.86m3/h。
550水平3-3十一层轨道上山下车场施工徐灰孔揭露，水压3.9MPa,水量0.5m3/h。
41112W工作面上面最大斜长L=212m左右，11煤开采深按照H=643.0m计算，煤层倾角ɑ=32º，则根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，计算采动底板破坏深度：
h1=0.0085H+0.1665α+0.10792L-4.3579=34.78米。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，徐灰的突水系数Ts：
采用公式Ts=P/（M-Cp-Z）式中：
Ts—突水系数，MPa/m；P—实际水压力，3.6～3.9MPa；M—底板隔水岩层厚度，取75.0m；Cp—底板采动破坏带深度，取34.78m。
Z-含水层原始导高，取0。
计算得Ts=0.09～0.1
根据新汶矿业集团的经验，突水系数的临界值为0.06，而41112W工作面徐灰的突水系数高于临界值0.06，认为该工作面有产生徐灰突水的可能性。
尤其在物探资料异常区附近的断层，要做好密切的监测工作，防止产生底板突水。
从邻近3-3采区水文钻孔水压计算的突水系数来看，工作面开采过程中存在徐灰出水的可能性。
因此，在工作面回采过程中制定可靠的探、防排水措施，以保证安全生产。
（3）工作面老顶砂岩属弱含水层，工作面回采过程中直接顶砂质页岩冒落后会有少量裂隙淋水。
（4）预计工作面正常涌水量0.15m3/min，最大0.3m3/min。
6、其它回采技术条件
（1）十一层瓦斯含量低级，无瓦斯突出趋势；
（2）煤尘爆炸指数40.64%，具煤尘爆炸危险；
（3）自燃发火期六个月，具有自燃发火性；
（4）平均地温22℃，无地温异常现象。
（5）地压：
本工作面开采过程中不存在发生冲击地压的可能性。
7、储量计算
41112W工作面倾斜面积58320m2，平均煤厚1.65m,视密度1.33t/m3,回采率95%
Q工业储量=58320×1.65×1.33=127983.2（吨）
Q可采量=127983.2×0.95=121584.0（吨）
Q损失量=6399.1（吨）
8、存在问题及建议
（1）工作面直接顶局部为砂质页岩，性脆易冒落，回采中应加强支护措施，确保安全生产。
（2）工作面以南、以西为建新矿十一层越界巷道采空区,虽已实施安全隔离,开采过程中应注意工作面回风巷南部，若发现异常，通知调度室进行处理，保证工作面开采的安全。
（3）因-550西大巷自该工作面下方穿过，工作面开采后，对该大巷有一定的影响。
（4）在工作面推进至253钻孔附近时，要注意煤层水文情况，若发现异常，及时通知调度室进行处理。
二、工作面布置及开采情况
1、巷道布置：
运输斜巷：
从-550西大巷50号导线点以东16m处北帮开门，真方位2980，长度45m。
运输巷：
从斜巷下头按真方位2520沿煤层顶板施工500m后，调向按方位2230施工38m至切眼位置；再从斜巷下头按真方位780沿煤层顶板施工120m后，调向按方位810施工645m，调向按方位3320施工入仓巷115m；
辅助上山：
从-550西大巷45号导线点以西8m处南帮开门，平推见煤后按真方位1130施工290m，揭露断层，退回10m沿走向掘一20m车长后，按方位2150施工5m至回风巷位置。
回风巷：
从辅助上山上头按真方位800施工335m与原41112W回风巷掘透，然后按方位2620施工346m，调向按方位2600施工220m，最后按方位2660施工80m至切眼位置。
切眼：
方位1640长度43m
2、开采程序
里段切眼长43m，初采时安装支架28架，由于上下两巷非平行布置，随采随延长，停采时面长196m，支架130架。
三、工作面设备选型
1、参照面11105W工作面矿压参数（见后表）
2、合理支护参数的计算
a.回归分析法：
Ps=Ck（39hm+2.4Lf－6.9N+134）
=1.2×（39×1.65+2.4×31－6.9×5.5/1.65+134）
=299.7KN/m2
式中：
Ps-------支护强度，KN/m2；
hm------采高，m；
Lf-------初此来压步距，m；
N-------采空区充填系数；
Ck------备用系数，一般取1.2－1.4；
N＝hi/hm
式中：
hi-------直接顶厚度，m；
hm------煤层采高，m；
b.6至8倍采高的岩石重量对支柱造成的载荷强度
P=8hYg=8×1.65×2.4×9.8=310.464KN/m2
通过上述计算,按8倍采高计算支柱载荷最大。
序号
项目
单位
同煤层实测
1
顶底板条件
直接顶厚度
m
8.7
基本顶厚度
m
12.6
直接底厚度
m
0.2
2
直接顶初次垮落步距
m
7
3
初次来压
来压步距
m
31
最大平均支护强度
Kn/m2
410
来压显现程度
不明显
4
周期来压
来压步距
m
13
最大平均支护强度
Kn/m2
390
来压显现程度
不明显
5
平时
最大平均支护强度
Kn/m2
380
6
直接顶悬顶情况
m
无
7
底板容许比压
MPa
7.63
8
直接顶类型
类
1
9
基本顶级别
级
Ⅰ
10
巷道超前影响范围
m
上巷19m
下巷21m
同煤层11105W综采工作面矿压观测参数参考表
根据以上矿压参数及支架阻力计算，液压支架选型为：
型号：
ZY2600／09／20工作阻力：
2600KN
初撑力：
1972KN支架高度：
900～2000mm
支架宽度：
1410～1580mm支护强度：
0.55～0.63MPa
采煤机：
型号：
MG132/320-W采高：
1.4～2.7m
滚筒直径：
1400mm截深：
600mm
截割功率：
320KW过煤高度：
380mm
电压等级：
1140V
刮板输送机（1部）：
型号：
SGD630／264功率：
264KW
运输能力：
400T／h链速：
0.93m／s
刮板链形式：
中单链刮板间距：
1080mm
中部槽：
1500×630×222mm（长×宽×高）
4、转载机（1部）
型号：
SZD630/110运输能力：
500t／h
功率：
110KW运输长度：
45m
链速：
1.34m／s
中部槽：
1500×630×222mm（长×宽×高）
四、通防系统
（一）通风系统
1、回采工作面风量计算
按集团公司通风实施细则计算风量：
Q采=60×H均×B均×V×P×KL
T=230C，V=1.3m/s，面长=108mH均=1.65m
KL=1.3P=0.75
Q采=60×1.3×3.98×1.65×0.75×1.2×1.1×1.15=583m3/min
2、通风路线
进风路线：
副立井→-550W大巷→41112W运输巷→41112W工作面
回风路线：
41112W工作面→41112W回风巷→31112W回风巷→3-3十一层回风上山→-300W回风大巷→中部风井底→地面
3、通风监测仪器型号及数量
⑴监控系统型号：
KJ70型煤矿安全监控系统
⑵系统设备数量、位置：
系统分站电源各1台，在-550西大巷41112移便处；瓦斯传感器1台，在41112W工作面上出口10米范围内；风速传感器1台，在41112W工作面回风巷内；馈电传感器2台，在41112W工作面总开关处和41112W工作面回风巷分路开关处；断电器执行器2台，分别在41112W工作面总开关处和41112W工作面回风巷分路开关处；电缆PUYVR1×4×7/0.47共需2500米。
⑶控制区域：
工作面上出口瓦斯传感器：
瓦斯浓度达到1.0%时报警，达到1.5%时，断电，其范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备。
序号
名称
型号
数量（台）
1
监测系统分站
KJ31.1
1
2
电源箱
KDW-17
1
3
瓦斯传感器
KGJ15
1
4
风速传感器
KGF-2
1
5
馈电传感器
KGT16
2
6
开停传感器
KGT9
0
7
电缆
PUYV39
8
电缆
PUYVR1×4×7/0.47
2500M
9
断电器
.KHJ6.3
2
（二）采区防尘
1、综合防尘要求
⑴回采工作面防尘
①回采面投产前先在煤层内注水，预先润湿煤体，注水后煤体水分增加不少于1%，含水率在4%左右。
②在运输巷转载点处，必须安装喷雾防尘装置，并设专人负责管理。
③进、回风巷距工作面50m内设置净化风流水幕，并正常使用。
④运输巷、回风巷必须按规定周期清扫或冲洗煤尘，并清除堆积的浮煤。
⑤必须安设综采随机联动吐露装置，并正常使用。
⑵其它地点防尘
①运输上山内各转载地点，均应设置喷雾装置，转载时实施自动喷雾。
②皮带运输巷内防尘管路每50m设一个三通阀门，以供洒水冲尘，其它地点每100米设一个三通通阀门。
2、防尘系统
采区内防尘水源来自-50水仓，防尘水经-300人行暗井——-300西大巷——3-3十一层轨道下山——-550西大巷——41112W工作面上、下平巷。
上平巷必须安装4寸防尘管路，下平巷防尘管路不低于2寸，工作面上平巷必须安设水压表。
3、隔爆设施
水袋棚采用集中式布置，每组用水量按所在巷道断面计算应不小于200升/m2，棚区长度不小于20米，距工作面60米~200米。
水袋棚安设好后，要指定专人管理，并经常保持水袋的完好和规定的水量。
五、运输系统
41112W里段综采面运输设备选型
面上用MG132/320-W煤机SGD-630/264溜子40T转载机STJ1000/125×2皮带机SZD-630/110溜子3T底卸式矿车
1、运输巷长600米，倾角-5.5°，选择125皮带机
按Q=400t/h，皮STJ1000/125×2带基础数据：
V=2m/s，功率250KW；原煤容重γ=0.9t/m3；动堆积角ρ=30°；运距L=600m；带宽B=900mm；围包角α=455°（传动原理图如图所示）
（1）带宽的校验
根据公式B2=Q/KVCγ
其中：
K为货载断面系数，据ρ=30°，取K=458
C为输送机倾角系数取0.95
400
B2==0.5107
458×2×0.9×0.95
B=0.715m＜0.9m
故取带宽0.9m满足要求，胶带型号为1000S整芯阻燃带，每米自重12.15kg。
（2）胶带运行阻力的计算
①有关参数计算
胶带每米载重q=Q/3.6v=400/（3.6×2）=55.6kg/m
胶带自重qd=12.15kg/m
上托辊每米线质量qt'=G'/Lt'=14/1.5=9.4kg/m
下托辊每米线质量qt”=G"/Lt"=12/3=4kg/m
②圆周力计算
Fu=CfLg[（2qd+q）COSβ+qt'+qt”]+qHg
取附加阻力系数C=1.20
模拟磨擦系数f=0.03
Fu=CfL[（2qd+q）COSβ+qt'+qt”]-qHg
=1.20×0.03×600×9.81[（2×12.15+55.6）COS5.5º+9.4+4]–55.6×9.81×600×SIN5.5º
=19692-31366
=11675N
③胶带最大张力计算：
Fmax=F10=Fu[n/（eua–1）+1]
n--摩擦力备用系数,取1.15-1.2,此处取1.2
α--胶面滚筒摩擦系数,取0.2
Fmax=F10=Fu[n/（eua–1）+1]
=11675×[1.2/（2.72（7.94×0.2）-1）+1]
=15177N
c、校验输送带强度
δ--1000S整芯胶带抗拉强度为1000（N/mm）
B--胶带宽度
m--胶带安全系数
m=（900×1000）/15177=59〉12
皮带强度满足要求。
④电机功率
电机功率N=1.2FuV/1000η=1.2×11675×2/850=32KW
此处取电机功率备用系数为1.2
电机传动效率为0.85
电机功率250KW，符合要求。
虽然正常运行是皮带机的负荷小，但在启动是负荷大，因此选择125双机。
2、长40米，倾角25°的小轨道
选用SGW-40T刮板输送机一部，长度为40m，运输量Q=400t/h，倾角为25°，功率为80KW,链速0.86米/秒；挡煤板高0.3米；
（1）货载断面积校验
刮板输送机每米载重q=Q/3.6v=400/（3.6×0.86）=129kg/m
根据公式q=1000Fψγ
F=q/1000ψγ=129/1000×0.8×0.9=0.179米2
ψ--货载装满系数（取0.8）
γ--货载的散集容重（取0.9吨/米3）
货载实际断面积F0=0.6×0.3+0.1×0.5+0.5×0.3×0.6×tg20°
=0.26米2＞0.179米2
故加高挡煤板后，货载实际断面积满足要求。
（2）刮板运行阻力的计算：
重段阻力计算
Wzh=qL（ωCOSβ-SInβ）+q0L（ω’COSβ-SInβ）
=（qω+q0ω’）LCOSβ+（q+q0）LSInβ
=（129×0.8+24×0.35）×40×COS25°+（129+24）×40×Sin25°
=4046+2586
=6632Kg
空段阻力计算
WK=q0L（ω’COSβ+SInβ）
=24×40（0.35×COS25°+Sin25°）
=710Kg
ω—煤在溜槽中的阻力系数（0.6-0.8）
ω’—刮板链在溜槽中的阻力系数（0.2-0.35）
q0--刮板链单位长度重量
β—刮板输送机运输倾角
（3）电机功率校核
主动链轮的牵引力W0=1.1（Wzh+WK）=1.1×（6632+710）=8076Kg
电机功率N0=1.2W0V/102η=1.2×8076×0.86/81.6=102KW
此处取电机功率备用系数为1.2
电机传动效率为0.8
所选电机功率为110KW，故符合要求。
（4）刮板链强度校核
SGW-40T链条选用双圆环链，规格为φ18×64，每条圆环链破断拉力为≥35000kg，现强度校验如下：
Smin=200--300kg；
对于双链则Smin=2Smin=2×300=600kg
按逐点计算法，得S2=Smin+WK
S3=1.06S2
S4=S3+Wzh
由上式公式得,Smax=S4=1.06（600+710）+6632=8020kg
刮板链抗拉强度安全系数
2Spλ
K= =2×35000×0.85/1.2×8020=60≥3.5
1.2Smax
Sp—刮板链破断拉力≥35000kg
λ---双链负荷不均匀系数，取0.85
刮板链抗拉强度足够。
六、供电系统
1、供电方式及负荷情况
工作面采煤机、面溜子、转载机及下运输系统供电电压采用1140V供电，高压电源来自-850上车场6#开关柜负荷侧。
上平巷泵站绞车电源采用660V供电，高压电源来自-850上车场6#开关柜负荷侧。
用电设备负荷情况见下表。
用电设备情况及负荷统计表
设备名称
设备型号
设备台数
额定功率
额定电压
额定电流
工作面
采煤机
MWG132/320
1
320KW
1140V
240A
面刮板机
SGD630/264
1
2×132KW
1140V
2×96.2A
转载机
SZD630/55
1
55KW
1140V
40A
下运皮带机
STJ1000/250
1
250
1140V
180A
通讯控制台
TK200
1
127V
运输巷
乳化液泵
BRW200/31.5
1
125KW
660V
144A
调度绞车
JD-55
2
55KW
66
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