采区巷道布置

5 采区巷道布置及回采工艺
本设计开采8煤层，前期采用中央并列式。

根据整个矿井的地质情况，以及为了通风安全，前期，在靠近工业广场的附近布置工作面。

后期采用两翼对角式通风，工作面再向井田边界方向布置。

为了矿井达产，在南翼布置带区，在北翼布置采区。

本设计主要进行采区的巷道布置，以及采区回采工艺的设计。

5.1 煤层的地质特征
本井田位于淮南煤田南部的阜凤与舜耕山逆冲断层之间，含煤地层总体构造形态为一走向北西、倾向北东、倾角一般在20°左右且局部有倒转现象的单斜构造。

本设计以整个矿井的煤为基础，而本设计主要开采8煤，采区的设计以8煤层为基础，巷道的布置也是用来开采8煤层。

5.1.1 煤层情况
8煤层：厚度2.43～17.66m，平均4.94m，下距7煤4.30m，可采系数100%，变异系数47%，为主要可采煤层，但厚度变化特征十分显著，井线以西大片地段厚度极为稳定，一般变化在3.50～4.00m之间，变异系数23%；井线以东厚度显著增大，一般变化在6～10m之间，变异系数56%，因此，全区8煤层变异数偏大，但仍以稳定为主。

煤厚变化见图5-22，煤层结构简单～较复杂，一层夹矸率31%，二层夹矸率29%，其岩性为泥岩、炭质泥岩，煤层顶板砂岩及砂页岩互层，底板泥岩、砂质泥岩，属稳定煤层。

8煤层顶板及其上部岩层为一植物化石带，主要为羊齿、瓣轮叶、斜羽叶等，而以椭圆斜羽叶及栉羊齿富集为其特征。

5.1.2 煤层瓦斯含量
本井田部分主要可采煤层瓦斯含量最大值介于8.40～17.85m3/t之间，且甲烷成分一般在80%左右，由此表明本井田深部主要位于瓦斯带。

总体来看，本井田同一煤层的瓦斯含量除有随深度增加而增高的趋势以外，还可能在局部形成瓦斯富集带，8煤层为富瓦斯煤层。

5.1.3 煤尘爆炸性和煤的自燃倾向
本井田各可采煤层均有煤尘爆炸危险，浅部煤尘爆炸指数30%～35%。

各可采煤层均有自然发火倾向，发火期一般为3～6个月。

5.1.4 地温
根据九龙岗矿长观孔资料，本井田所在地区的恒温带深度为自地表向下垂深30m，相应的温度为16.8℃。

本井田地温梯度介于0.75～2.07℃/hm之间，其中东部高于西部，属地温正常区。

总体来看，本井田地温具有深高浅低和东南略高于西北的变化特点。

另据8煤层底板等温线可知：本井田-820m水平地温一般在23℃～32℃之间，-960m水平地温一般在24℃～37℃之间；-1000m水平以下Ⅶ线以东和井线以东已分别进入一级和二级高温区。

5.1.5 水文条件
-960m水平正常涌水量为641m3/h，最大涌水量为1015m3/h。

5.2 采区巷道布置及生产系统
5.2.1采区的范围及储量
所设计的采区位于工业广场的，南北两侧分别以断层F13-5和断层F12-11为采区边界，第一水平的开采上限为-660m，开采下限为-960m。

采区的走向长度约为1.7km，煤层倾角为14.5°-17.3°，平均倾角为16.2°左右，倾斜长度为1075m 左右。

根据《采矿工程设计手册》的规定，采用采区准备时，采区上山的长度一般不超过1500m，采区下山长度不宜超过1200m，由于本设计采用上山开采，倾斜长度为1075m，符合规定。

采区内的平均煤层厚度为4.94m，本采区的煤层地质储量为：
1504658÷cosα×4.94×1.42
=10991299t
=11.0Mt
所留设的煤柱如下：
工业广场的保护煤柱有一部分在本采区内，所以在本采区内的工业广场的煤柱为：78961÷cosα×4.94×1.42
=576798t
=0.577Mt
在两个边界断层的一侧要留设30的保护煤柱，所以需要留设的边界煤柱为：（1002+758）×30÷cosα×4.94×1.42
=385696t
=0.386Mt
本采区的可采储量为
11.0-0.577-0.386
=10.0Mt
5.2.2 区段的划分及工作面参数
本采区的走向长度为1700m左右，本矿井采用综采技术，综采采区单翼布置时，走向长度一般不小于1000m，当双翼布置时，走向长度一般不小于2000m。

现如今，高产高效综采矿井采区一翼长度已经扩大为2000m以上。

因此，为了减少设
备的使用，以及通风与管理方面的安全，在本采区采用单翼布置。

本采区的倾斜长度为1050多米，可划分为5个区段,因此每个区段斜长为210m。

区段斜长，为采煤工作面长度、区段煤柱宽度和区段上下两平巷的宽度。

区段上下两个平巷宽度都为5m，所以两平巷的宽度之和为10m。

本采区的两区段之间采用区段无煤柱护巷，采用沿空掘巷的方法，即沿着已采工作面的采空区边缘掘进区段平巷。

这种沿空掘巷的方法，充分利用采空区边缘压力较小的特点，沿着上覆岩层已经垮落稳定的采空区边缘进行掘进，有利于区段平巷在掘进和生产期间的维护。

沿空掘巷虽然没有减少区段平巷的数目，但是不留设煤柱，或者少留煤柱，可以减少煤炭的损失、减少区段平巷之间的联络巷道，尤其是减少巷道维修的工程量，甚至基本上可以不用维修的费用，而且对巷道支护的要求也不怎么严格、易于推广。

沿空掘巷的区段平巷的布置与回采顺序有关，本采区沿空掘巷时，采煤工作面的接替方式采用跳采接替的方式。

从开采上限到开采下限，共分为5个区段，依次为区段1、区段2、区段3、区段4、区段5。

所以开采顺序为：区段1→区段3→区段5→区段2→区段4，先开采区段1，区段2在回采时，区段3和区段5正在煤体中掘进上下两平巷，然后区段2和区段4将采用沿空掘巷。

在整个回采过程中，采区内仅有一个采煤工作面生产。

沿空掘巷的巷道位置的确定主要考虑掘进施工安全等方面因素，在此，由于本采区较深，地压大，并且为了避免采空区的矸石窜入，因此本采区使用留5m窄小煤柱的布置方法。

因此，每个区段的采煤工作面长度为200m。

所以，采煤工作面的长度合适。

（2）采煤工作面参数
采煤工作面的倾斜长度为200m，煤层倾角为16.2°左右，走向长度为1500m左右，煤层平均厚度为4.94m，8煤的容重为1.42t/m3。

本采区的采煤工作面采用综合机械化开采的方式，采煤机的截深为800mm，每天进4刀，年工作日为330天。

采用三班工作制，两班工作，一班检修。

所以，本采区的一个工作面日生产能力为：
A=L×n×d ×M×γ×C
式中：A——采煤工作面日产量，t/d；
L——工作面长度，m；
n——采煤工作面的进刀数，本采区设计进刀数为4刀；
d——采煤机的截深，本采区选用采煤机的截深为800mm；
M——采厚，本采区的煤层平均厚度为4.94m；
γ——煤的容重，t/m3，8煤的容重为1.42 t/m3；
C——工作面采出率，取0.95。

根据上式，本采区采煤工作面的日产量为
A=200×4×0.8×4.94×1.42×0.95
=4265t
所以，本采区采煤工作面的年产量为：
4265×330=1407450t
即，本采区的采煤工作面年产量为1.4Mt
（3）掘进工作面参数
矿井的采煤工作面和掘进工作面的个数比，一般与采煤工艺和掘进工艺方式等有关，目前我国通常在1：1.5～1：2.5之间，一般为1:2。

本设计矿井的采煤工作面和掘进工作面的个数比选为1：2，即，在作为首采区的本采区内，设一个采煤工作面，设两个掘进工作面。

本采区的掘进工作面采用综合机械化掘进机组，并且平巷在煤层中掘进，因此月掘进速度取为390m。

即每天掘进13m，年工作日为330天，所以年掘进4290m
所以一个掘进工作面的掘进煤年产量为：
A= M×d×γ×L
式中: A——掘进工作面年产量，t/d；
M——采厚，本采区的煤层平均厚度为4.94m；
d——平巷的宽度，本采区的区段平巷的宽度为5m；
L——平巷掘进的年掘进速度，在此取为4290m；
γ——煤的容重，t/m3，6-煤的容重为1.39 t/m3；
所以，一个掘进工作面的掘进煤年产量为：
A= 5×4.94×1.42×4290
=150467t
=0.15Mt
两个掘进工作面的掘进煤年产量为：
0.15×2=0.3Mt
因此，本采区的总生产能力为1.7Mt。

5.2.3 采区上山及车场
本采区的轨道大巷、运输大巷以及回风大巷布置在煤层底板岩层中，轨道大巷距煤层20m左右，在-960m水平处。

因为大巷距煤层有一定的岩柱厚度，所以上部煤层不需要留设保护煤柱。

运输大巷与轨道大巷之间的距离为40m左右，两条大巷在同一个水平，都在-960m 水平处。

轨道大巷距煤层35m左右，也在煤层底板岩层中。

回风大巷与运输大巷之间的距离为38m左右，回风大巷在-935m水平处。

本采区布置三条上山，分别为轨道上山、运输上山以及回风上山，三条上山布置在煤层中。

回风上山布置在外侧，运输上山布置在中间，轨道上山布置在内侧，三条上山之间的间距为25m。

采区上部车场
本矿井-660m以上的煤已经被开采结束，本设计的开采上限为-660m，所选采区的上方为采空区。

上部车场若采用甩车场时，通过能力大，调车方便，并且劳动量小，但是绞车房布置在回风巷标高以上，上部为采空区时，绞车房的维护比较困难。

而且若采用甩车场，绞车房回风时，有一部风下行风，通风条件较差。

因此，本采区采用平车场。

轨道上山与区段回风平巷的之间的连接用水平的巷道相连，绞车房布置在与区段回风平巷同一水平的岩石中。

考虑到本采区三条上山的位置、调车的方便以及巷道之间的连接方便，选用逆向平车场。

采区上部平车场曲线半径和道岔按下表选择
名称非综采采区综采采区
曲线半径/m 平曲线6～12 12～20 竖曲线9～15
道岔根据提升煤量选用4号或5号道岔
本采区的上部逆向平车场中，错车线选用简易道岔，α=17°，b=2510mm，其他道岔选用ZDK 630/4/12 ，a=3660mm，b=3640mm，α=14°02′10″，竖曲线半径R=15000mm,平曲线半径R S=15000mm，存车线的双轨中心距S=2040mm，道岔的各个参数的具体计算过程见本设计（4.2.2 井底车场）部分。

根据《采矿工程设计手册》的规定，由于本采区的上部车场用绞车房来完成进出车，所以存车线的长度为2钩串车长。

而年生产能力在0.9Mt及以上的综采采区上部车场为1.5列车长，本矿井的设计生产能力为3.0Mt，并且本采区的生产能力为1.7Mt，而且本采区采用综合机械化开采，因此本采区的上部车场为1.5列车长。

采区的上部车场线路坡度的确定参考《采矿工程设计手册》，不设高低道的双道变坡，以及单道变坡，巷道的坡度，应该以3～5‰向着绞车房的方向下坡。

上山开采的采区，其上部车场水沟坡度以3～4‰向上山方向下坡。

设高低道的双道变坡，轨道坡度的高道坡度为9～11‰，低道的坡度为7‰，高道与低道最大高差不宜大于0.6m。

本采区的
上图中，各个字母的意义及计算如下：
A为过卷距离，取值为5～10m；
B为一钩串车长，在此取5m；
m为单开道岔双轨垂直线路连接尺寸；
T为竖曲线切线长，m，T=R S tan0.5 ；
d′为变坡点至阻车器挡面的间距，m，取值为1.5～2.0；
存车线长度按2钩车长取为10m。

采区中部车场
采区的中部车场选用甩车场，由于本采区采用单翼布置，而且三条上山布置在煤层底板中，根据三条上山与采区平巷之间的位置关系，采区的中部车场选用单向甩车，甩入石门式。

中部甩车场的起坡采用双道起坡的方式，采用双道起坡时，提升的能力大，便于维护，生产安全可靠。

甩车场内斜面线路的布置，采用斜面线路一次回转的方式。

这种方式提升牵引角小，钢绳的磨损小，行车操作方便。

中部的甩车场采用这种双道起坡一次回转的方式，适用于甩入石门方向的甩车场，因此，这种方式合适。

甩车场中平曲线半径R P取决于矿车轴距、规矩以及行车速度。

甩车场中竖曲线半径R S是一个十分重要的参数，如果这个数值过大时，会增加甩车场的竖曲线弧长，延长提升时间；如果这个数值过小时，会使矿车在联接处车轮悬空而掉下轨道，或者将运送的长料搁置于轨道上。

平曲线、竖曲线的半径取值可参考下表
本采区轨距为600mm，采用机械调车，平曲线半径R P取为15m，竖曲线半径R S取为15m。

甩车场的空重车线的坡度与矿车的类型、铺轨的质量、车场弯道以及自行滑行的要求这些因素有关。

在设计当中，为了计算的方便，空、重车线中的直线和曲线段的计算，可以采用平均坡度计算高低道的最大高差。

一般情况下，空车线i G=11‰，重车线i G=9‰，然后在存车线高低道闭合点标高计算中再进行部分的调整。

采区中部甩车场的存车线有效长度可按下表选取
甩车场高道与低道的线路中心距S可按下表选取
采区下部车场
采区的下部车场是由采区装车站以及辅助提升下部车场组合而成的,本采区的下部车场选用大巷装车式。

采区装车站的线路布置主要取决于装车站所在的位置，以及装车站的调车方式，采区装车站的线路布置主要参考《采矿工程设计手册》
本采区使用固定式矿车运输材料及矸石，所以装车站中的空车线和重车线的存车线有效长度各1.25列车长，调车方式采用电机车调车的方式。

装车站线路的坡度设计，与所在轨道大巷的轨道线路坡度一致。

考虑到轨道上山的位置，以及三条大巷的位置，本采区的下部车场的绕道采用底板绕道式。

轨道上山在接近下部车场时，提前变坡，为了使行车安全，变坡后的轨道上山坡角一般不大于25°。

绕道的线路与轨道大巷线路间的平面距离，一
般根据围岩的稳定性条件确定，但应该大于10～20m，具体长度根据轨道上山与三条大巷的位置关系，连接关系来确定，绕道线路转角一般取30°～90°。

由于轨道上山布置在三条上山的最外侧，而三条上山之间的间距为25m，为了便于采区下部车场的布置与维护，以及不影响三条上山的稳定，采区下部车场设计为背离井底车场。

采区上山下部平车场线路的平曲线取为15m，竖曲线取为15m，平曲线与竖曲线之间插入矿车轴距的1.5～3.0倍的直线段。

高道存车线坡度取为11‰，而低道存车线坡度取为9‰。

5.2.4 采区生产系统
通风系统
前期
地面的新鲜从副井→井底车场→轨道石门→轨道大巷→采区下部车场→轨道上山→工作面→区段回风平巷→回风石门→总回风道→回风上山→回风大巷→回风石门→中央回风井→地面
后期
地面的新鲜从副井→井底车场→轨道石门→轨道大巷→采区下部车场→轨道上山→工作面→区段回风平巷→回风石门→回风大巷→回风石门→两翼回风井→地面
运煤系统
煤从工作面采出→区段运输平巷→溜煤眼→运输上山→采区煤仓→运输大巷→运输石门→井底煤仓→装载硐室→主井箕斗→地面
运料系统
材料从地面→副井→井底车场→轨道石门→轨道大巷→采区下部车场→轨道上山→区段运输平巷→工作面
运矸石系统
矸石从工作面用矿车运出→区段运输平巷→轨道上山→采区下部车场→轨道大巷→轨道石门→井底车场→副井罐笼→地面
排水系统
轨道上山→采区下部车场→轨道大巷→轨道石门→井底车场→井底水仓→副井→地面
5.2.5 采区采出率
5.3 采煤方法
5.3.1 采煤工艺方式
本采区内煤层赋存稳定，煤层的平均煤层厚度为4.94m，属于中厚煤层。

本采区内地质条件较简单，采区内只有小断层，煤层倾角为14.5°-17.3°，平均煤层倾角为16.2°。

在目前的情况下，煤矿的地下开采技术发展趋势来看，综采是采煤工艺的重要的发展方向，综合机械化开采具有高产、高效、安全、低耗以及劳动条件好、劳动强度小的优点。

如果采用综合机械化采煤，能够提高工作面的单产水平，能够减轻工人的劳动强度以及能够降低物料磨损。

综合以上各方面的条件进行考虑，所以选用综合机械化开采。

本矿井的工作制度为三八制，两班工作，一班检修。

综合机械化采煤工作面的长度为200m，每班进2刀，采煤机的截深为800mm，每刀进0.8m。

每天进刀数为4刀，所以每日进3.2m。

年工作日为330天，因此，工作面的每年推进度为1056m。

回采工艺
综合机械化采煤工作面双滚筒采煤机的割煤方式，是根据顶板管理、移动支架的方法与进刀方式，以及端头支护等方面的因素综合进行考虑。

因此，割煤的方式选为往返一次割两刀。

综采面采煤机的进刀方式选择工作面端部斜切进刀，选用割三角煤的方法进刀。

具体进刀过程如下：当综采面的采煤机割至工作面的端头位置时，采煤机后面的输送机槽也已经移近煤壁，在采煤机机身处的下部，依然留有一部分煤；然后调整两个滚筒的位置，前滚筒降下来，而后滚筒慢慢升起，并沿着输送机的弯曲段反向割入煤壁，一直到输送机直线段，然后再将输送机移直；再次调换两个滚筒上下的位置，重新进行割煤，一直割到输送机机头处；将三角煤割掉后，煤壁慢慢割直，然后再次调换上下滚筒，返程进行正常割煤。

回采工作面利用采煤机进行采煤，利用运输机的铲煤板装煤为主，人工装煤为辅助，利用刮板输送机运煤。

工作面设备选型
采煤机的选型
采煤机的型号：EL100/2000
采高: 1.7～5.0 m
适应煤质硬度: 250～500 kg/cm2
煤层倾角：0～45 °
截深：0.8 m
滚筒直径： 2.5 m
牵引方式：电牵引
牵引力：392～980 kN
牵引速度：0～24 m/min 无链牵引形式: 无链牵引
滚筒中心距: 12925 mm
机面高度: 1227 mm
卧底量: 200～250 mm
电动机型号: EL1220FF
电动机功率: 600～1400 kw
电动机台数: 6～7 台
电动机电压: 1140～3300 V
喷雾灭尘方式: 内、外喷雾
最大不可拆卸件尺寸：3890×1546×913/11.3 mm/t 总重：36～85 t
设计单位: 安德森
制造厂：安德森
工作面刮板输送机选型
刮板输送机的型号：SGZ-880Ⅱ
槽宽: 800 mm
小时运量: 最大400 t/h
铺设长度: 64～422 m
铺设角度：+15～-20 °
电动机型号：DSB40/2台
电动机功率：40×2 m
电动机电压：380/660 V
刮板机型式：边双链
链规格：Φ18×64 mm 单链破碎力: 350 kN
链速: 0.86 m/s
生产厂家: 秦皇岛市煤机厂
转载机选型
型号：SZZ-764/132
最大连续运输能力：15 t/min 输送机槽宽: 762 mm 输送机链速: 1.52 m/s
行走速度: 16.76～19.8 m/min 履带对地比压: 0.1 MPa 工作电压(50Hz): 660 V
输送机电机功率: 15 kw
行走电机功率: 30 kw
对地间隙: 152 mm
外形尺寸(长×宽×高): 8306×2648×826 mm
重量: 9.98 t
破碎机选型
型号: PCM110Ⅱ
结构特点: 锤式
过煤能力: 1100 t/h
破碎能力: 1000 t/h
进料口宽度: 700 mm
进料口高度: 700 mm
出料粒度: 300 mm
电动机型号: KBY-550/110
电动机功率: 110 kw
电动机电压: 660/1140 V
外形尺寸(长×宽×高): 4559×2025×1808 mm
质量: 14.524 t
生产厂: 张家口煤机厂
乳化液泵选型
型号: MRB-125/31.5
公称压力：20 MPa
公称流量：125 L/min 电动机功率: 90 kw
转速: 1470 r/min
外形尺寸(长×宽×高): 2166×858×1920 mm
配套液箱尺寸: MRXⅠ
生产厂: 石家庄煤矿机械厂
乳化液箱选型
型号: MRXⅠ
容积: 1000 L
公称压力: 31.5 MPa
公称流量: 125 L/min 卸载阀调定压力: 31.5 MPa
卸载阀恢复压力: 24 MPa
蓄能器充气压力: 15～20 MPa
外形尺寸(长×宽×高): 2400×800×1135 mm
质量: 820 kg
生产厂: 石家庄煤矿机械厂
井下平巷及上山输送机选型
带输送机的型号：DP1063/1000
运输能力: 630 t/h
运输速度: 2 m/s 运输距离：1000 m
胶带机宽度: 1000 mm
电动机型号：JDSB-125
电动机功率：125 m
重量: 83 t
生产厂家: 焦作起重运输机厂
大巷带式输送机选型
输送机型号：DX5型钢绳芯带式输送机
胶带型号：GX3000
胶带宽度: 1200 mm 带速: 2.5 m/s 胶带强度: 3000 N/mm 胶带许用最大张力: 360 kN
支架选型
支架形式选用支撑掩护式液压支架
型号: ZZ6000/25/50
支架型式: 支撑掩护
支撑高度: 2.5～5.0 m
适用的煤层倾角: ＜20 °
工作阻力: 6000 kN
初撑力: 5643 kN
操作方式: 本架
外形尺寸(长×宽)：6000×1430 mm
支架中心距：1500 mm
支护强度：0.89～0.97 MPa
对底板最大比压：0.87 MPa
泵站工作压力：31.4 MPa
支架移架步距：700 mm
支架重量：24.518 t
生产厂：北京煤矿机械厂
工作面劳动组织
本采区的工作制度为“三八制”，两班采煤，一班检修，每班工作8个小时。

每完成一次割煤、推溜、移架，即完成一个采煤循环，循环进尺为0.8m，一班完成两个循环，一天的进刀数为4刀，日进尺为3.2m。

工作面主要技术经济指标。