掘进工作面设计说明书

xxxxx掘进设计说明书 编号：      号 编 制 单 位：xxxxxxx 编 制 日 期：2017年10月 设计会审记录 设计名称   编制人   参设部门 生产部、机电部、安质部 部 长   地 点   主持人   会审时间   会 审 签 字 栏 总工程师   采掘副总师   机电副总师   安全副总师   生产技术部 地测: 采掘： 一通三防： 机电部 机械： 电气： 运输： 安质部   会审意见：           目录 1.  概况    - 1 - 1.1    概述    - 1 - 1.2    编写依据    - 1 - 2.  地面相对位置及地质情况    - 2 - 2.1  井上下对照关系表    - 2 - 2.2  煤（岩）层赋存特征及地质构造    - 3 - 2.3  地质构造    - 5 - 2.4  水文地质    - 5 - 2.5  煤层自燃及煤尘爆炸性    - 5 - 2.6  煤质指标    - 5 - 3．  巷道布置及支护设计    - 6 - 3.1  巷道布置    - 6 - 3.2    支护设计    - 9 - 3.3    支护工艺设计    - 13 - 3.4    工程质量验收    - 14 - 3.5  矿压观测设计    - 15 - 4.  施工及工艺设计    - 16 - 4.1  施工方法    - 16 - 4.2  设备配备及技术特征    - 18 - 5.  生产系统设计    - 20 - 5.1  通风系统    - 20 - 5.2    综合防尘    - 27 - 5.3    防灭火    - 29 - 5.4    安全监控    - 30 - 5.5    供电设计    - 32 - 5.6    供、排水及压风系统    - 61 - 5.7    运输    - 65 - 5.8    安全避险六大系统    - 72 - 6.  循环方式、劳动组织及工作面主要技术经济指标    - 74 - 6.1  正规循环作业方式    - 74 - 6.2  劳动组织    - 74 - 6.3  主要技术经济指标    - 76 - 7.  安全技术措施    - 77 - 7.1  一般规定    - 77 - 7.2  “一通三防”管理    - 78 - 7.3  顶板管理    - 81 - 7.4  支护管理    - 83 - 7.5  联络巷贯通安全技术措施    - 85 - 7.6  高空作业安全技术措施    - 86 - 7.7  防治水管理    - 86 - 7.8  机电管理    - 87 - 7.9  设备操作安全技术措施    - 91 - 7.10    主运输管理    - 101 - 7.11    煤电钻施工安全技术措施    - 102 - 7.12    辅助运输安全技术措施    - 103 - 7.13    地坪施工安全技术措施    - 104 - 7.14    风机挪移安全技术措施    - 107 - 7.15    倒移配电点安全技术措施    - 108 - 8.  灾害应急措施及避灾路线    - 113 - 8.1  水灾防治    - 113 - 8.2  火灾防治    - 114 - 8.3  瓦斯、煤尘防治    - 115 - 8.4  顶板灾害防治    - 115 - 8.5  避灾路线    - 116 - 备注：本设计未尽事项，严格按照相关法律法规、《煤矿安全规程》、《各工种操作规程》、《地质说明书》、《设备安装车辆运输管理规定》和 《事故应急救援预案》的有关规定执行。    - 116 - 1.  概况 1.1 概述 1.1.1 设计巷道名称 xxxx胶运顺槽、xxxx辅运顺槽、xxxx综采工作面切眼及联络巷和调车硐室。 1.1.2设计用途 xxxx胶运顺槽的主要作用是满足xxxx工作面回采时的运煤、通风、管线敷设的需求；xxxx辅运顺槽的主要作用是满足xxxx工作面回采时的通风、行人、物料运输、管线敷设的需求，同时作为1313综采工作面回采时的回风巷，满足工作面回风需求；xxxx综采工作面切眼的主要作用是满足通风、行人及采煤设备的安装。 1.1.3 设计巷道工程量 设计巷道总工程量：12148m xxxx胶运顺槽：5215m xxxx辅运顺槽：5175m xxxx综采工作面切眼：300m xxxx工作面联络巷及调车硐室：1458m 1.2 编写依据 （一）《煤矿安全规程》(2016年版)； （二）《煤矿井巷工程质量验收规范》；（GB 50213—2010）； （三）《煤矿安全生产标准化基本要求及评分方法（试行）》；（2017版） （四）《xxxx煤矿初步设计说明书》；（2015版） （五）《煤炭矿井制图标准》；（GBT 50593-2010 ） （六）《连采设备主要技术特征参考》； （七）《煤矿作业规程编制指南》；(煤炭工业出版社2011版)； （八）《连采设备安全技术操作规程》；（2015版） （九）《矿山井巷及验收规范》；（GB50213—2010） （十）《施工现场临时用电安全技术规范》；（JGJ46-88） （十一）《xxxx工作面巷道掘进地质说明书》 （十二）xxxx煤业有限公司生产技术部《采掘工程管理办法》 2.  地面相对位置及地质情况 2.1  井上下对照关系表 表1              井上下对照关系表 水平、采区 一水平一盘区3#煤 工程名称 xxxx胶、辅运顺槽及切眼 地面标高 +1148～+1188m 井下标高 +781～+803m 地表特征 本工作面胶辅运顺槽地表除少部分沟谷，大部分为黄土梁岗区。 井下相对位置 xxxx工作面东临xxxx工作面，南至井田边界，西为实煤体，北为一盘区辅运大巷。         附：图2  xxxx工作面井上下对照图 2.2  煤（岩）层赋存特征及地质构造 2.2.1 围岩特征及地质构造 掘进范围内煤层稳定，结构简单倾角小于1°，为近水平煤层。平均厚度约3.14m，埋藏深度为246～403m 。 伪顶：0.0～0.4m厚的粉砂质泥岩、泥岩，极不稳定，岩石坚硬程度属极软岩至软岩；掘进时容易随煤层一起脱层垮落，遇水易软化，是影响煤质的重要因素，属不稳定岩层（Ⅴ）。 直接顶:0.0～1.5m的灰色、暗灰色中厚层状粉砂质泥岩，泥质粉砂岩互层；斜层理发育，部分区段呈块状层理，含植物叶片化石，与下层接触明显。饱水抗压强度为1.30～19.50MPa，岩石坚硬程度为软岩至较软岩，属弱稳定岩层（Ⅳ）。 基本顶：浅灰色厚层状粉砂岩、细粒长石砂岩，厚3.6～19.23m，平均11.42m；斜层理发育，与下层明显接触；分选性中等，磨圆度差，孔隙式泥质胶结；饱水抗压强度10.5～97.9MPa，平均为47.5MPa，岩石坚硬程度为软岩至坚硬岩，为稳定岩层（Ⅱ）。 直接底: 直接底为1.03～8.35m厚的浅灰色中厚层状粉砂岩，水平-波状层理发育，与下层接触明显；饱水抗压强度为36.3～45.2MPa，岩石坚硬程度为较坚硬岩；属中等稳定岩层（Ⅲ）。 xxxx掘进工作面顶底板稳定性总体：以难冒落顶板为主，中等冒落顶板次之，底板稳定性较好。巷道围岩特征详见表2。 表2                巷道围岩特征表 顶板名称 岩石名称 厚度（m） 岩性特征 伪顶 泥岩 0.0～0.4 0.0～0.4m厚的浅灰色粉砂质泥岩、泥岩，厚度不稳定，容易随煤层一起脱层垮；遇水易软化，岩石坚硬程度属极软岩至软岩。 直接顶 粉砂质泥岩 0.0～1.5 灰色、暗灰色中厚层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层；斜层理发育，部分区段呈块状产出，与下层接触明显。岩石坚硬程度为软岩至较软岩；不稳定常被细砂岩取代（即直接顶缺失）。 基本顶 中粒砂岩 3.6～19.23 灰色、浅灰色中厚层状粉砂岩、中粒长石砂岩，分选性好（中等），磨圆度差，孔隙式泥质胶结，斜层理发育，与下层明显（过度）接触,岩石坚硬程度为软岩至坚硬岩。 直接底 粉砂岩 1.03～8.35 浅灰色中厚层状粉砂岩，水平-波状层理发育，与下层接触明显。岩石坚硬程度为较坚硬岩。         2.2.2 瓦斯：井田内各煤层瓦斯含量低，涌出量小。3号煤层变化在0.02～1.29ml/g.daf之间，自然成分主要为N2，占总量的74.57～95.81%；次为CO2，占总量的0.33～13.21%，CH4占总量的0.00～15.21%；煤层瓦斯处于氮气—沼气带。矿井瓦斯绝对涌出量为1.95m3/min，相对涌出量为0.25m3/t，鉴定本矿井属于低瓦斯矿井。 附：图2  xxxx工作面地层综合柱状图 2.3  地质构造 该面构造上为一向北西西倾斜的单斜构造，倾角小于1°，近似水平构造，煤层结构简单，煤层底板较平缓，局部有宽缓的波状起伏，波幅较小；地质构造简单，无断层、陷落柱等不良地质构造。 2.4  水文地质 xxxx胶、辅运顺槽及切眼掘进过程中，影响范围内的主要含水层为基岩孔隙水，其富水性弱，导水性差，水力联系不强。比拟xxxx工作面顺槽掘进过程中工作面涌水量情况，预计在xxxx胶、辅运顺槽及切眼掘进过程中顶板会出现滴、淋水现象。掘进过程中，正常涌水量为13m3/h，最大涌水量为22m3/h。建议巷道掘进过程中及时开凿临时水仓、开挖毛水沟、安装排水泵及管路等排水系统。 2.5  煤层自燃及煤尘爆炸性 3号煤层属容易自燃煤层，自燃发火期36天。在氧气浓度、温度、松散煤堆积等因素满足情况下会发生煤层自燃现象。 本工作面掘进煤层及顶底板无瓦斯涌出现象，但作业面会有煤尘产生，根据煤尘爆炸性检验报告火焰长度大于400mm，煤尘有爆炸危险，应加强洒水除尘。 2.6  煤质指标 该面为3#煤，工业品牌为CY42。比拟xxxx工作面顺槽煤层煤质化验资料，该工作面为低灰、高挥发分、中高硫煤的长焰煤，发热量约为5800卡/g。 煤质指标表3： 序号 项 目 单 位 指 标 1 分析水 % 2.35 2 灰份 % 16.65 3 硫份 % 1.67 4 高位发热量 MJ/Kg 31.81 5 低位发热量 MJ/Kg 29.26         3．  巷道布置及支护设计 3.1  巷道布置 3.1.1 巷道层位、开口坐标及方位角 掘进巷道布置在盘区3#煤南区，xxxx胶运顺槽开口坐标为X=，Y=；xxxx辅运顺槽开口坐标为X=，Y=；xxxx综采工作面切眼开口坐标为X=，Y=。xxxx胶运顺槽、xxxx辅运顺槽方位角为178°11′28″，xxxx综采工作面切眼方位角为88°11′28″。 联络巷设计为每隔70m设置一个，若从胶运向辅运方向开口，方位角为268°11′28″，xxxx综采工作面切眼调车硐室按设计图纸给定位置施工。 附：图3  xxxx胶、辅运顺槽及切眼布置平面图 3.1.2巷道断面形状及尺寸设计 xxxx胶、辅运顺槽、切眼、联络巷及调车硐室设计巷道断面形状为矩形。其中联络巷及调车硐室设计掘进断面为5000×3300mm，净断面为4900×3250mm。 1.xxxx胶运顺槽断面设计 xxxx胶运顺槽安设xxxx工作面带式输送机及设备列车要求巷道宽度：皮带宽度为L1=1744mm，皮带设备距巷帮支护之间的距离L2=500mm，设备列车最大宽度L3=2100mm，人行道侧宽最小宽度L4=1000mm;需求最大高度为转载机所需高度H1=2800mm，安全间隙为H2=300mm。 xxxx胶运顺槽要求断面： L=L1+L2+L3+L4=1744+500+2100+1000 =5344mm＜5500mm H=H1+H2=2800+300=3100mm＜3250mm 因此xxxx胶运顺槽设计掘进断面为5600×3300mm，净断面为5500×3250mm满足设计要求。 2.xxxx辅运顺槽 xxxx辅运顺槽巷道宽度除满足无轨胶轮车行驶及回风需求，需求最大宽度为满足支架车（WC55）运输宽度为L1=3650mm，两帮安全间隙L2=500mm；需求最大高度为支架车运输支架时H1=2200mm，安全间隙为H2=300mm。 xxxx辅运顺槽要求断面： L=L1+L2 =3650+500×2=4650mm＜5400mm H=H1+H2=2200+300=2500mm＜3250mm 因此xxxx辅运顺槽设计掘进断面为5500×3300mm，净断面为5400×3250mm满足设计要求。 3.xxxx综采工作面切眼 xxxx综采工作面切眼巷道宽度需满足综采设备安装需求，需求最大宽度为满足支架外形长度为L1=4380mm，安全距离L2=800mm，端面距L3=340mm；需求安装高度为2000-3800mm之间。 L=L1+L2+L3=4380+800+340=5220mm ＜8000mm H=3100mm满足2000-3800mm。 因此xxxx综采工作面切眼设计掘进断面为8000×3300mm，净断面为7900×3100mm满足设计要求。 巷道名称 巷道长度（m） 断面 支护形式 断面形式 净宽（m） 净高（m） 净面积（m2） 矩形 xxxx胶运顺槽 5210.5 5.5 3.2 15.68 锚网、锚索 矩形 xxxx辅运顺槽（1313回风顺槽） 5222.4 5.4 3.1 17.28 锚网、锚索 矩形 xxxx综采工作面切眼 300 7.9 3.1 15.68 锚网、锚索 矩形 xxxx工作面联络巷及调车硐室 1458 4.9 3.2 15.68 锚网、锚索 矩形               附表4： xxxx工作面巷道支护方式、巷道断面特征表 3.2 支护设计 3.2.1 支护方式 3.2.1.1 临时支护 顶板临时支护采用DM300四臂锚杆机的临时支撑；开采侧帮部临时支护采用的是玻璃钢锚杆和阻燃塑料网片联合支护，间排距为1000mm×1000mm。 3.2.1.2 永久支护 采用锚网、锚索支护。 3.2.2 支护参数设计 xxxx胶运顺槽、xxxx辅运顺槽及xxxx综采工作面切眼顶、帮部锚杆支护间排距均为1000×1000mm，联络巷及调车硐室顶、帮锚杆间排距为800×800mm；锚索支护均采用沿中心线“二、二”布置，间排距为2000×2000mm，巷道贯通点加强支护（增加2根锚索支护，具体见附图4）。顶、帮锚杆每根均用1节MSK23/60型树脂锚固剂，锚固长度600mm；锚索每根用3节MSK23/60型树脂锚固剂，锚固长度1800mm。xxxx工作面巷道顶部及非开采侧帮部锚杆支护均采用φ20×2250mmⅡ级左旋螺纹钢锚杆,配合φ6.5mm金属网进行支护，网格大小为120×120mm；xxxx胶、辅运顺槽及切眼及联络巷和调车硐室顶部锚索支护采用φ15.24 ×7300mm钢绞线锚索，配合300×300×14mm的钢托盘进行支护；xxxx胶运顺槽、xxxx辅运顺槽帮部支护回采侧均采用型号MGSL20/20F，规格为φ20×2000mm的玻璃钢锚杆配合塑料网进行支护。 附：图4    xxxx胶运顺槽支护设计断面图 图5    xxxx辅运顺槽支护设计断面图 图6    xxxx综采工作面切眼支护设计断面图 图7    xxxx工作面联络巷及调车硐室支护设计断面图 图8    巷道交叉点支护平面图 3.2.3 校核支护参数 1.锚杆直径校核 直径计算： d=1.13 =1.13× =12.9mm 式中：d——锚杆直径, mm； Q——锚杆最低锚固力，取50KN； ——杆体抗拉强度，II级钢取300-500Mpa。 因此，设计φ20mmII级左旋螺纹钢满足支护要求。 2.锚杆支护校核 （1）计算锚杆长度： 顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆加固帮体作用，达到支护效果： L ≥ L1 +L2 +L3 式中：L——锚杆总长度, m； L1 ——锚杆外漏长度，取0.1m； L2——有效长度（顶锚杆取免压拱高b,帮锚杆取煤帮破碎深度c）m ；    L3——锚杆锚入坚固稳定岩层的深度（顶锚杆取0.7 m，帮锚杆取0.35m）；  普氏免压拱高： b = [B /2+H tg(45°-ω顶/2)] / f顶 = [8000 /2+3300 ×tg(45°－75°58′ /2)]/4 = 1101mm 煤帮破碎深度： c = H×tg(45°－75°58′/2) =3300×tg(45°－75°58′/2) = 406mm 式中：B、H——巷道掘进跨度和高度， B=8m, H=3.3m; f顶    ——顶板岩石普氏系数，f顶取4； ω帮    ——两帮围岩的似内摩擦角，ω帮取75°58′； ω帮=arctg(f顶) 依据上述公式计算得出： 顶锚杆长度L顶≥0.1+1.1+0.7 L顶≥1.9m 帮锚杆长度L帮≥0.1+0.4+0.35 L帮≥0.85m 因此设计锚杆长度2250mm满足支护要求。 （2）按单体锚杆悬吊作用计算锚杆间排距： a= = = 1.13m 式中：a —— 锚杆间距， m；    Q —— 锚杆承载力50 KN； K —— 安全系数 一般取2； γ —— 岩体容重 ， 24.5KN/ m3； L2 ——普氏免压拱高度，0.8m。 根据以上计算，顶锚采用2.25m螺纹钢锚杆，非回采侧帮锚采用2.25m螺纹钢锚杆，回采侧帮锚采用1.8m玻璃钢锚杆以及间排距均能满足设计要求。 3.锚索长度校核 锚索长度校核，应满足： =1.42+2+0.064+0.25 =3.734m 式中 ——锚索总长度，m； ——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m； = 1.42m 其中： ——安全系数，取2； ——锚索直径，15.24mm； ——锚索抗拉强度，1860N/㎜2； ——锚索与锚固剂的粘合强度，10N/㎜2； ——需要悬吊的不稳定岩层厚度，2m； ——托板及锚具的厚度， =0.014+0.05=0.064m； ——外露张拉长度， 根据验收规范最大取0.25m； 设计锚索长度为7300mm，大于计算值，满足设计要求。 4.悬吊理论校核锚索间排距： 为防止巷道顶板岩层发生大面积整体垮落，用Φ15.24×7300mm的钢绞线锚索，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中。 按悬吊理论，校核锚索间排距，按最严重的整体冒落方式考虑，即冒落高度大于锚杆长度，在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可用下式计算锚索间距： 式中 d ——锚索间距； B ——巷道最大冒落宽度，按最严重，取5.6m； H ——巷道冒落高度，按最严重，取2.2m； P ——锚索极限承载力，取26T； r ——岩体容重，2.5T/m3； a ——锚杆排距，1.0m； Q ——锚杆锚固力，5T； θ——顶锚杆与巷道顶板的夹角，90°； n ——每排锚索根数，取2。 =2.01m 所以，锚索间距d=2010mm，实际锚索间距为2m，满足巷道设计要求。 3.3 支护工艺设计 3.3.1 支护顺序： 安全检查→准备工作→掘进→敲帮问顶→锚杆+钢筋网片支护→检查工程质量。 3.3.2 支护方法 采用CMM4-25型（四臂）锚杆钻车进行打眼和锚杆安装工作。 3.3.2.1施工方法如下：巷道顶板在截割完成后及时用CMM4-25型锚杆钻车进行施工，锚索根据设计施工。 锚杆（锚索）施工工序和工艺过程如下：挂网联网→定眼位→钻（锚杆、锚索）眼→装填树脂药卷→安装锚杆（锚索）→紧固锚杆（锚索）。 3.3.2.2钻（锚杆、锚索）眼：钻眼机具采用CMM4-25型/CMM6-25型锚杆锚索钻车，钻杆均采用中空六角钢钻杆，钻头采用D27㎜钻头。打眼前依据激光中心线，根据设计锚杆的间、排距，在预定位置打好钻眼，退出钻杆。 3.3.2.3挂网联网：首巷道宽度将两张网片链接可靠，然后与工作面的最后一排网片隔空三花眼绑扎可靠，最后用锚杆机的前托梁将网片紧贴顶板。 3.3.2.4装填树脂药卷安装锚杆（锚索）：先把搅拌杆安在钻臂上，再给打好的眼孔内装入树脂卷，用已上好托板和螺母的锚杆将树脂顶入锚杆眼内，将锚杆尾部套在搅拌杆上，慢慢升钻臂把锚杆同药卷送入孔底，并捅破药卷搅拌，搅拌时间应符合树脂使用说明所规定的时间（一般应为15秒），使托板紧贴顶板并关机,停留约40～60秒后，移下钻臂，搅拌杆。 3.3.2.5待所打锚杆树脂达到终凝时间后，旋转锚杆机钻臂将锚杆固定销子剪断并紧固，达到设计扭矩值100N·m，锚固力≥50KN。 3.3.3 遇地质构造时的另行补充安全技术措施。 3.4 工程质量验收标准 施工工程质量严格按照《煤矿安全质量标准化基本要求及评分方法（试行）》执行，具体要求见质量标准化锚杆（索）喷浆支护巷道工程质量检验评定表。 3.5  矿压观测设计 井下掘进巷道采用GMY40/40锚杆应力传感器与CFBH(0—40T)锚杆应力传感头组套进行支护质量监测；采用CUD800顶板离层传感器进行顶板动态监测；对日常支护锚杆进行扭矩和拉力监测，对日常支护锚索进行拉力监测。 矿压观测内容、目的及手段见表5。 表5：        矿压观测内容、目的及手段 序号 观测内容 观测目的 测试手段 1 顶板离层 监测顶板稳定性 顶板离层监测仪 2 锚杆扭矩 检查锚杆安装质量 扭矩扳手 3 锚杆拉力 检查锚杆的支护强度 锚杆拉力计 锚杆应力传感器 4 锚索拉力 检查锚索的支护强度 锚索张拉仪         3.5.1顶板离层仪及应力传感器锚杆在巷道掘进过程中每隔100米处安装一组，最后在贯通位置安设一组。离层观测仪每7天观测一次，并记录。 3.5.2验收员、技术员及跟班队长及时做好锚杆、锚索检查。具体为：验收员逐排检查，并记入台帐考核班组。每300根锚杆取一组，每组不低于3根，做拉拔试验，并记录锚杆抽查情况和拉拔试验情况。检查内容及检查密度见下表： 表6  锚杆、锚索抽查内容及抽查密度 检查人 项目 检查内容 抽查密度 批量（根/根） 验收员 锚杆 间排距、外露长度、扭矩 逐根 锚索 间排距、外露长度、初涨力 逐根 技术员 锚杆 间排距、外露长度、扭矩、拉力 3/300 锚索 间排距、外露长度、初涨力、终拉力 抽查（5/100）         4.  施工方法及工艺设计 4.1  施工方法 采用连续采煤机进行掘进，主要流程为胶运掘进（支护）的同时辅运支护（掘进）。其工艺流程为选用一台12CM15-10D型连续采煤机来完成割煤、装煤和清煤工序，一台PM2110C-20A-1型梭车将连续采煤机采出的煤转运至破碎机，一台PZL460/150履带式转载破碎机完成煤的破碎与转载工作，破碎机运出的煤通过DSJ80/40/2*75/型伸缩带式输送机运出。用一台CMM4-25型（前车四臂）锚杆钻车完成顶锚杆的定位、打眼、安装、紧固工作，采用一台CMM6-25型（前车六臂）锚杆钻车完成锚索支护，及部分顶锚、帮锚的支护工作。人员、材料和设备的运送通过矿用防爆型无轨胶轮车来完成。 4.1.1 切槽：连续采煤机在每次掘进巷道前，司机将采煤机调整到巷道前进方向的左侧，并根据生产技术部地测组所放激光线确定位置，开始向正前方煤壁逐步切割，直至截入深度达5m（1个循环），这一工序称为切槽工序。