18#2号采煤工作面设计说明书.docx
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18#2号采煤工作面设计说明书
黑龙江科技大学
毕业设计任务书
学生姓名：
唐思林
任务下达日期：
2013年12月20日
设计开题日期：
2013年12月21日
设计开始日期：
2014年2月28日
中期检查日期：
2014年4月25日
设计完成日期：
2014年6月7日
一、设计题目：
兴星煤矿18#-2号采煤工作面设计
二、设计的主要内容：
根据工作面概况及地质特征完成工作面储量服务年限、工作面巷道布置、采煤工艺、工作面运输、通风与安全、排水、工作面主要经济技术指标、一通三防及矿井六大系统。
三、设计目标：
完成兴星煤矿18#-2号采煤工作面设计，掌握所学的理论知识，培养应用所学知识解决工程设计及相关实际问题的能力、独立工作能力，使学生掌握工程技术人员基本技能。
指 导 教 师：
院（系）主管领导：
年月日
摘要
矿井属低沼矿井，相对瓦斯涌出量6.92m3/t，绝对瓦斯涌出0.9608m3/min，煤层自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层。
矿井正常涌水量为22m3/h，最大涌水量为40m3/h。
实际涌水量17.2m3/h。
矿井现有18#-1号一个采煤工作面，现正常回采，接替工作面为18#-2号准备工作面，为缓解接替紧张形势，现对18#-2号工作面进行设计。
18#-2号工作面位于1采区东南部，东部、西部为未开采区，南部为2采区三条上山大巷，北部为18#边界保护煤柱。
18#-2号工作面地面标高+200m～+230m。
井下标高+100m～+135m。
本工作面地面为丘陵地区，无大的建筑物和构筑物，回采过程中无需采取留设煤柱等影响开采方式的安全措施。
根据该工作面煤层赋存条件及地质构造情况，结合我矿现有技术条件，15号工作面采用走向长壁后退式采煤方法，综合机械化采煤工艺，全部垮落法处理采空区。
关键词：
上山开拓走向长壁采煤法采煤工艺
第1章工作面概况
1.1工作面概况
矿井划分为8个采区，其可采范围内煤层标高+200～-850m，南部.北部.西部均以井田边界为界，东部为未开采的煤层。
矿井南北走向长2.13km，东西倾斜宽2.68km，煤层平均厚度2.5m，煤层倾角19~25°。
18#-2工作面位于1采区运输上山左翼，该工作面上顺槽顶板标高为+110m～+125m，下顺槽顶板标高为+135m～+150m。
工作面位置及井上下关系见表1。
表1-118#-2工作面位置及井上下关系表
概
况
煤层
名称
18#煤层
水平
名称
第一水平
采区名称
1采区
工作面名称
18#-2煤层
地面标高（m）
+200～+230
工作面标高（m）
+100～+135
地面
位置
18#-2煤层工作面对应地表无建（构）筑物，地表多为农田，多被季节性农作物所覆盖，属于丘陵地形，地貌趋势东西高，中部地势平坦。
井下位置及四邻采掘情况
18#-2工作面北部为18#煤层保护煤柱，南临15轨道上山、15回风上山,东、西为实体煤层。
表1-118#-2工作面位置及井上下关系表
续表
回采对地面设施影响
地面无村庄，无民房等重要建（构）筑物，回采时对地面影响不大。
走向长（m）
2,68km
倾斜长（m）
2.13km
总面积（m2）
5.17km2
1.1.1.运煤系统
回采工作面采出的煤炭由工作面→工作面下顺槽→轨道下山→四联巷→皮带下山→主井煤仓→地面。
1.1.2.运料系统
材料由地面→副井→井底车场→轨道下山→回采工作面上顺槽或掘进工作面。
矸石及设备升井运输与上述方向相反。
1.1.3.通风系统
新鲜风：
由副井→井底车场→轨道下山→工作面下顺槽→回采工作面（或掘进工作面）。
乏风由回采工作面（或掘进工作面）→工作面上顺槽→专用回风巷→回风下山→风井排至地面。
1.1.4.排水系统
涌水→工作面上（下）顺槽→轨回二联巷水仓→中央水仓→地面。
1.1.5.工作面生产及接替情况
矿井现有15#—1一个采煤工作面，采煤方法为走向长壁后退式回采，现正常回采。
1采区工作面接替顺序为：
18#-1工作面→18#-2工作面→18#-3工作面→18#-4工作面。
1.218#-2工作面位置及参数
18#-2工作面位于1采区东南部，18#—2工作面北部为18#—1煤层采空区，南临15轨道上山、15回风上山、。
东、西为实体煤层。
18#-2工作面地面标高+200~+230m。
井下标高+100m～+150m。
本工作面地面为丘陵地区，无大的建筑物和构筑物，回采过程中无需采取留设煤柱等影响开采方式的安全措施。
18#-2上顺槽设计开口位置18#-2联巷内,设计方位300°，+2°上坡掘进施工，掘进200m后向南开切眼。
18#-2下顺槽设计开口位置在18#-2下顺槽绕巷内，开口坐标X：
3831269，Y：
38461274，设计方位305°，+2°上坡掘进施工，掘进200m后向南开切眼。
18#-2切巷在下顺槽内开口，设计方位212°，+3°上坡掘进施工，掘进145m后与18#-2上顺槽贯通。
18#-2上顺槽沿18#工作面采空区沿空留巷，有利于瓦斯防控和顶板支护。
巷道支护为锚杆支护，巷道变形较小，有利于顶板支护，因此18#-2工作面上顺槽采用沿空留巷。
18#-2下顺槽在煤壁中沿掘煤层顶板掘进。
1.3煤层赋存特性
1、含煤地层
兴星煤矿含煤地层主要包括4#、5#、8#、9#、11#、15#、18#出露地层主要有上太古界麻山群变质岩系，中生界上侏罗统滴道组、下白垩统城子河组、穆棱组、东山组及新生界第四系冲、洪积层。
2、煤层特征
（1）上部层段（18#煤层顶部～穆棱组下界）：
本段地层厚130～200m，共含煤2层,其中可采2层（18、15#煤层）。
岩性以粗砂岩、含砾中粗砂岩为主,细、粉砂岩为次。
（2）中部层段（9～11#煤层）：
本段地层厚200～240m，由西往东稍有增厚，共含煤2层,其中可采2层（11、9#煤层）。
岩性以中、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，其次为泥岩、薄层凝灰岩及煤层等组成。
其特点是：
煤层较集中，分布均匀,煤层结构复杂-较复杂，在煤层顶板大部有薄层灰绿色凝灰岩,标志层明显。
（3）下部层段（4上～滴道组上界）：
本段地层厚120～160m，由西往东渐变厚，共含煤3层,其中可采3层（8、5、4#煤层）。
局部可采2层（5、8#煤层）岩性以细砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层等组成。
其特点是：
颗粒细，标志层不十分明显，在5、4#煤层顶、底部含有菱铁矿结核。
兴星煤矿批采的8、5、4#煤层赋存在此层段中，与下伏上侏罗统滴道组为平行不整合接触关系。
可采煤层特征，见表1-2。
表1-2煤层情况表
煤
层
情
况
煤（矿）层总厚（m）
17.5
煤层结构
煤层倾角（°）
19~25
简单
可采指数（%）
95
变异指数（%）
10
稳定程度
较稳定
煤层
区内煤呈黑色。
层状构造，复杂线理-细条状结构，即宽度在2～5mm的镜煤，丝炭条带与层状暗煤条带相间分布。
丝绢-弱玻璃光泽，质地较硬，内生裂隙不发育，断口不平坦，煤的宏观类型以半光亮煤和半暗煤为主，次为暗煤和亮煤。
煤层变化较小，1.7～3.3m，平均2.5m。
煤层倾角平均19~25°，属缓倾斜煤层。
1.4煤层的顶底板情况
1.18#煤层直接顶：
一般为深灰色或灰黑色粉砂岩.砂质泥岩和泥岩，有局部为细粒砂岩，平均厚8.14m。
岩石垂直抗压强度为202～252kg/cm2；内摩擦角为75°58′～84°18′；普氏硬度系数为2～3。
2.18#煤层老顶：
是灰白色.含云母特多的细至中粒长石石英砂岩，常称为大占砂岩，平均厚4.46m。
3.18#煤层直接底板：
为黑色细砂.粉砂.砂质泥岩及泥岩，岩石容重为2.61g/cm3。
4.18#煤层老底：
为上石炭统太原组的L7-8灰岩，平均总厚11.00m，质坚性脆。
表1-3：
煤层顶底板情况表
煤层顶底板情况
顶板名称
岩石名称
厚度（m）
岩性特征
直接
顶板
砂质泥岩
9.21-7.07
8.14
为深灰色或灰黑色粉砂岩、砂质泥岩和泥岩，有局部为细粒砂岩，平均厚8.14m。
直接底
砂质泥岩
5.7-7.6
6.65
黑色细砂、粉砂、砂质泥岩及泥岩，平均总厚6.65m。
老底
石灰岩
20.51-25.21
22.86
上石炭统太原组的L7-8灰岩，平均总22.86m，质坚性脆。
图1-1综合地质柱状图
1.5地质构造
本矿区位于鸡西煤田的南部边缘，勘探区地层走向近东西向，为一两翼大致对称、向东倾伏的向斜构造，同时发育近东西向、北西向、北东向三组断裂，小断层发育，构造简单，在本工作面东侧发育有张小庄逆断层，走向138°，倾向48°，区内延伸长度790m，落差小于50m，自采区向西南延伸出区外，向北西逐渐尖灭，区内控制程度较差。
1.6水文地质
1.6.1矿井生产水文地质概况
本工作面开采18#煤层，开采标高为+100m—+135m，矿井充水水源以底板L7-8灰岩渗水为主，矿井正常涌水量为22m3/h，最大涌水量为40m3/h。
1.6.2充水因素分析
1.大气降雨与第三系泥灰岩水及第四系砂砾石层孔隙潜水：
本矿区地表属丘陵地形，西区内南.北地势较高，中部较低；东区内东.西地势较高，中部地势较平坦。
地表多地坎.冲沟，地表无水体，大气降雨多顺冲沟流走，对地下水的补给较差，18#煤层埋藏较深，第四系及地表水会在18#煤层埋藏较浅处有一定的补给。
2.18#煤层顶板砂岩裂隙承压水：
18#煤层顶板砂岩裂隙承压水即18#煤顶板含水层，由4～5层灰白色及灰色中细粒.中粗粒砂岩组成，俗称“大占砂岩”.“香炭砂岩”.“砂锅窑砂岩”，该层一般含水性较弱，在矿井生产过程中，顶板砂岩裂隙承压水多以顶板淋水的方式涌入到矿坑，构成顶板直接充水水源，对18#煤开采影响有一定影响，但不会对矿井构成威胁。
3.18#煤层底板灰岩岩溶裂隙承压水：
1.奥陶系灰岩水为底板承压水，由于太原组上.下含水层中间的砂泥岩段和L7-8灰岩至二l煤层底板砂泥段，能起到较好的隔水作用；且距18#煤层较远，奥陶系灰岩水只能作为潜在威胁存在，一般对开采不会造成直接影响；2.L1～L4灰岩水：
L1～L4灰岩分布稳定，常合并为1～2层，平均厚33.06m，和下部的奥陶系灰岩水水力联系密切，同样为底板承压水，但由于其距18#煤层较远，中间又有一定厚度的隔水层存在，一般对开采不会造成影响；3.L7-8灰岩水是18#煤底板直接充水含水层，因L7-8灰岩至二1煤层底板平均厚度34.15m，能起到一定的隔水作用。
4.断裂构造对矿床充水的影响：
本工作面附近的主要断裂构造为工作面东侧的张小庄逆断层。
5.钻孔对矿床充水的影响：
工作面附近无钻孔，掘进时不会受到钻孔水的影响。
1.7其他因素
1.影响开采的其他因素
矿井区域区域地温梯度约为2.7°C/100m，地温.地压均无异常。
根据井下实测资料，底板温度最高不大于20℃，总体属地温正常区，不存在热害问题。
2.地质部门对工作面回采过程中的建议
（1）该工作面水文地质条件简单，回采期间有少量老空积水，回采期间加强水情观测，完善工作面排水系统，并做到经常维护排水设备，能及时将积水排出工作面。
（2）工作面设计回采范围内为低瓦斯区域，回采过程中要注意瓦斯区域治理措施的执行，有效的防治瓦斯超限。
（3）工作面回采时按要求对原始没块段探测煤厚，掌握煤层变化情况，及时调整支架回采高度。
（4）回采时要加强地质及水文地质观测，若发现异常情况，及时向调度室、生产技术部汇报。
（5）严格执行在回采期间的煤层注水措施，有效控制顶板，降低工作面回采期间瓦斯涌出量，降低粉尘浓度，确保安全生产。
（6）加强对矿压较大段巷道的维护，以及薄煤段顶板的管理。
（7）工作面上段（60m）布置在原18#-1采空区内，回采期间要加强采空区段顶板及煤墙的闭帮管理，防止出现落碴伤人事故。
（8）原始块段煤层松软、易片帮，加强对工作面工程质量管理，防止片帮、冒顶事故的发生。
表1-4：
影响回采的其他地质情况表
影响回采的其它地质情况
瓦斯
瓦斯绝对涌出量为0.9608m3/min，属低瓦斯区域，回采时应注意工作面通风管理和瓦斯监测、治理工作。
煤尘爆炸指数
无煤尘爆炸性
影响回采的其它地质情况
煤的自燃倾向性
不易自燃
地温
正常
地压
正常
普氏硬度（f）
煤层
直接顶
直接底
0.3-0.5
2～3
1～2
1.8储量及服务年限
1.8.1储量
18#-2工作面走向长度200m，倾斜长度200m，面积为41875m2。
工业储量：
ZG=S总×H×R
=41875×2.5×1.5
=213981t
可采储量：
ZK=ZG×C
=213981×95%
=203282t
式中：
ZG——工业储量，t；
ZK——可采储量，t；
S总——工作面总面积，m2；
H——原始煤段平均煤厚，m；
R——煤的容重，t/m3；
C——采出率，%
1.8.2采煤工作面服务年限
服务年限=可采储量/设计月产量
=203282/16893
=12月
第2章巷道布置方式
2.1采煤方法
根据该工作面煤层赋存条件及地质构造情况，结合我矿现有技术条件，18#-2工作面采用走向长壁后退式的采煤方法，全部垮落法处理采空区。
2.218#-2工作面巷道布置
18#-2工作面采用走向长壁布置，工作面进风巷（下顺槽）与回风巷（上顺槽）设计为梯形巷道，均采用工字钢单棚支护，工字钢规格：
2.5m（梁）×2.6m（腿），巷道上宽2.5m，下宽3.8m，净高2.2m，巷道净断面积6.9m2。
切巷设计为梯形巷道，采用工字钢单棚支护，工字钢规格：
2.7m（梁）×2.9m（腿），巷道上宽2.7m，下宽4.3m，净高2.5m，巷道净断面积9.0m2。
表2-118#-2工作面设计工程量表
序号
巷道名称
煤岩
性质
支护形式
掘进
断面
（㎡）
净断面
（㎡）
工程量
（米）
1
18#-2上顺槽
半煤岩
11#矿工钢棚
10.5
9.0
310
2
18#-2下顺槽
岩
11#矿工钢棚
10.5
9.0
355
3
18#-2切巷
煤
11#矿工钢棚
8.2
6.9
145
合计
810
2.3硐室及其他巷道布置
在工作面下顺槽布置有十一个钻场，设计为梯形巷道，均采用工字钢单棚支护，深5m。
工字钢规格：
2.5m（梁）×2.6m（腿），巷道上宽2.5m，下宽3.8m，净高2.2m。
第3章顶板控制
3.1支护设计
3.1.1支护强度验算
1.采用经验公式计算支护强度
本设计参照近水平不稳定厚煤层研究报告中的支护强度计算，利用最危险的状态的近似计算分析来确定工作面支护强度。
Pt=9.81hrk=9.81×2.5×2.6×6=382.59KN/m2
式中：
Pt---工作面合理的支护强度，KN/m2;
h----采高，2.5m；
r----顶板岩石重力密度，2.6t/m3；
k----工作面支柱应设支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为4-8，该处取6；
2.支柱实际支撑能力确定：
Rt=kg×ks×kb×ka×kh×R
=0.99×0.95×0.90×1.0×1.0×500
=423.2KN/柱
式中：
Rt——支柱实际支撑能力，KN；
kg——工作系数，0.99；
ks——增阻系数，0.95；
kb——不均匀系数,0.90;
ka——倾角系数,1.0;
kh——采高系数,1.0;
R——支柱额定工作阻力，500KN；
3.工作面合理的支护密度
N=Pt/Rt=382.59/423.2=0.90柱/m2
式中：
N——支柱的支护密度，柱/m2
Pt---最大的支护强度，382.59KN/m2
Rt---支柱实际支撑能力，423.2KN/柱
4.支护设备选择
根据上述有关参数，工作面实际支护密度为4/3.6×1=1.11＞0.90，所以支护密度合理。
结合采高、18#-1工作面回采时支护强度等因素，18#-2采煤工作面选用ZZ4000/17/35型液压支架，满足顶板控制支护强度的需要。
3.1.2乳化液泵站设计
根据18#-2采煤工作面选用的ZZ4000/17/35型液压支架满足各项技术参数要求，确定该工作面选用规格型号RB125/25的乳化液泵站一套（两泵一箱）。
1.液压管路路线：
泵站→四联巷→11轨道下山→18#-2下顺槽→18#-2工作面。
2.泵站及管理要求
（1）.泵站设备的维修管理由采煤队负责，维修管理措施质量要求及管理制度由采煤队制定实施。
（2）.泵站司机持证上岗，严格执行操作规程及交接制度，必须认真检查乳化液浓度并填写检查记录。
（3）.泵压不小于25MPa，乳化液浓度为3%～5%，有配比和检测方法，且泵站周围不得有积水、杂物。
（4）.油箱必须有过滤网，正常情况下油箱盖必须盖好，在主供液管出口（四联巷口）处安装一个过滤器。
（5）.泵箱的自动给液装置配备齐全完好，严禁开空泵、漫油箱。
（6）.开泵前检查泵站和液压系统各部件，达不到完好标准不准开泵。
（7）.管线设专人管理维护，管线吊挂整齐。
（8）.液压管路无跑冒滴现象，密封圈和油管损坏后及时更换。
（9）.泵压由检修工调定，其他人员不得调整，正常情况下只准开一台泵，另一台泵备用，若有损坏及时修复。
（10）.更换液压管或液压管密封，应停油泵或关闭断路阀。
（11）.加强液压泵用水的水质及油脂管理，及时清理泵箱和过滤网。
3.2工作面顶板管理
3.2.1控顶方法
1.规格型号和主要参数。
18#-2工作面采用ZZ4000/17/35型液压支架支护顶板。
悬移支架具体技术参数见表3-1。
表3-1：
整体顶梁悬移液压支架技术参数表
名 称
单 位
参 数
备 注
基本架
端头（过度）
支柱高度
mm
1700—3500
支架长度
mm
2800
4000
含前伸梁外露部分
支架宽度
mm
2380—3375
伸缩梁长度
mm
800
行程800
伸缩梁宽
mm
900
支架中心
mm
1500
架间隙40mm
支柱直径
φ125
双向液压支柱
支柱数量
根
4
整架重量
吨
10.5
移架步距
Mm
700
工作阻力
KN
≥4000
初撑力
KN
1884
泵压25MPa
表3-1：
整体顶梁悬移液压支架技术参数表
续表
支护强度
MPa
0.78
柱鞋直径
mm
外形350×400×20
内径148
控制方式
集中控制
无需注液枪
移架方式
邻架操作
2.顶板管理参数表
表3-2：
顶板管理参数表
最大控顶距
3375mm
棚架中心距
1000±20mm
最小控顶距
2380mm
顶底板移近量
＜100mm
放顶步距
700mm
供液压力
25MP
支架初撑力
1884KN
支架工作阻力
4000KN
3.2.2移架方法
1.移架方式及顺序
采用人工操作液压的方法进行移架站柱。
移架时首先从工作面刮板输送机机头处第一架开始，其他支架以第一架为基准依次移架，保证支架平直。
2.移架操作顺序
（1）工作面刷帮落煤后伸出伸缩梁护顶。
（2）卸载支架后柱，操作手柄收后柱使其脱离浮煤或浮矸（柱鞋底部脱离底板100mm），稍降支架前柱使顶梁可移动时立即停止。
（3）伸出移架千斤顶活塞，移动顶梁和后柱（前柱不动），使支架移至规定步距（0.7m）。
此时同时收回伸缩梁。
（4）顶梁移到位后，操作手柄升起支架后柱，使顶梁与顶板严密接触，以保证达到初撑力。
（5）将支架前柱收起移至煤壁，使前柱垂直顶梁，升紧前柱。
（6）工作面支架全部前移后，将托梁整体前移。
（7）移过托梁后，前移刮板运输机。
（8）将各操作手把扳到“零”位。
3.3两巷、端头支护顶板管理
3.3.1端头支护
工作面下出口处端头支架采用3架ZZ4000/17/35型液压支架，支架长5.67m，宽1.42m。
端头支架使用要求与工作面普通支架架相同。
上、下安全出口紧挨悬移支架处采用迈步式超前支架加强安全出口支护。
3.3.2超前支护
在上、下顺槽自工作面煤墙向外使用单体柱（DW22）配π型钢梁（2.4m）打抬棚进行支护，支护长度不少于20m（距采面10m内打成双排，采面煤壁侧10m外打成单排）。
单体液压支柱配π型钢梁走向布置，一梁三柱，柱距为0.8m，梁头接梁头，梁面间背实。
安全出口处超前支护不得间断，支柱完整无缺，打成一直线，支柱穿齐柱鞋，栓齐、栓牢防倒链，初撑力达到90KN以上，高度不低于1.8m，并有0.7m宽的人行道。
3.3.3两巷支架回撤
1.回撤前，首先加强巷道支架维护和浮煤矸清理工作，确保巷道安全畅通。
2.回棚前首先准备好回柱器（拉木机）、长钎等回棚工具及荆芭、椽杆等护顶护帮材料。
3.回棚时，要严格执行敲帮问顶制度，凿掉悬岩危矸。
4.回棚时，回棚人员分别在工字钢梁端头0.5m处用单体柱打一点柱，用长钎将工字钢棚一端棚口错开，拴牢回柱器回撤棚腿，拉棚腿时要先挖好腿窝，然后再拉，避免强拉应拽以防伤人。
5.人员应站在顶板完整、支架状况较好的地方，避开回柱器同力作用线方向操作。
6.回出后，用卸载手把缓慢卸载支柱，拉出棚梁和支柱。
7.回出的工字钢要及时运出巷道，堆放在指定地点不得影响行人、通风及运输。
8.工字钢棚梁回撤后，及时采用单体液压支柱配合2.4m兀型钢梁支护巷道，用荆芭、椽杆将顶帮背实。
3.3.4上下出口及两巷的维护要求
1.加强对巷道的维护，发现巷道变形、棚子失效、片帮、漏顶要及时维护，确保两巷支护完整，无断梁折腿，空帮空顶。
不能有效支护时，应及时架棚式或打点柱维护。
2.加强上、下出口及两巷管理，保持巷道净高不低于1.8米，人行道宽度不小于0.7m，净断面最低不小于5m2。
3.支柱必须穿齐柱鞋，并栓齐、栓牢防倒链，初撑力不小于90KN。
4.要经常安排专人将顶板上易掉落的危岩悬矸找掉，以免掉落伤人。
5.维护巷道每组至少两人操作，不准一人单独作业，维修时，随时注意顶板，防止顶板掉矸伤人。
3.3.5工作面运料及材料管理
1.工作面运料
（1）、人工向工作面运料要稳，两人抬时动作要统一，防止碰手碰脚。
（2）、运料和行人不准走输送机上。
2.材料管理
（1）、材料必须码放整齐，分类挂牌管理，严禁影响通风运料及行人。
（2）、备用单体柱不少于25根（φ100mm20根、φ125mm5根），放置于距工作面不小于30m以外、100m以内的地方，单体柱必须竖立，专人挂牌管理，顶梁靠放整齐，编号管理。
（3）、备用材料：
工作面经常备足不少于40根坑木（规格180mm×2300mm）等抢险木料，以及50根椽杆，5
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