《采煤工艺及工作面管理》
《采煤工艺及工作面管理》综合实训教师指导手册
项目名称：采煤工艺课程设计
适用专业：煤矿开采技术
实习学时：一周
指导教师：
二〇一八年一月
《采煤工艺课程设计》教师指导手册
1．课程设计概况
采煤工艺课程设计是煤矿开采技术专业实践课程体系的重要组成部分，是实践技能训练的重要环节。围绕采煤工作面职业岗位群开发和构建了以“采煤工艺与工作面管理”为核心课程的课程模块群，采煤工艺课程设计实训是该课程模块群中技术型岗位基本技能训练的重要课程模块，是在完成“采煤工艺与工作面管理”及相关课程教学之后集中进行的一次实践技能综合训练。
2．课程设计教学目标
（1）能力培养任务
1）熟悉采煤工作面作业规程编制的基本知识。
2）掌握煤矿底板等高线等图纸的解读。
3）提高学生运用所学专业知识的综合分析能力和信息处理能力。
（2）知识培养任务
1）理解采煤工作面地质资料；
2）熟悉不同采煤工艺的适用条件，根据不同的地质资料选择适应的采煤工艺；
3）熟悉采煤工作面设备的选型及配套能力；
4）掌握正规循环作业图表等图表的编制；
5）熟悉采煤工作面的安全管理制度；
6）了解采煤工作面的安全技术措施；
（3）素质培养任务
1）培养学生煤矿安全意识；
2）形成良好的职业精神和吃苦耐劳的作风；
3）让学生学会分工和合作，积极参与，激发学生的学习热情与兴趣。
3．课程设计主要任务及内容
第一章工作面概况及地质概况
（1）简述工作面位置、编号，工作面长度、沿走向或倾斜推进长度，工作面四周开采状况，工作面开采范围与地表相对应位置，开采对地表建筑物的影响状况等，附表：工作面境界范围。
（2）图表说明煤层赋存状况：厚度、倾角、结构、稳定性、硬度、节理、层理、煤质，自然发火期、相对瓦斯涌出量、煤尘爆炸指数，附表：煤层特征表。
（3）图表说明顶、底板类别、岩性及厚度，附图表：顶底板特征表；综合柱状图。
（4）简述（或图表说明）工作面地质构造与水文地质的位置、特征及对回采工作面的影响。
（5）计算工作面可采储量和采出率，附表：工作面储量表。
第二章采煤方法
（1）巷道布置：附图：工作面巷道布置设计平面图、运输平巷与回风平巷处的走向剖面图、开切眼处的倾斜剖面图。
（2）工作面采煤工艺过程及工作内容，附表：工作面采煤工艺参数及设备表。选择采煤工艺，详细叙述回采工序过程。描述采煤机截煤方式、进刀方式、移架方式、支护方式、放煤方式等，绘制采煤机进刀方式示意图。
（3）说明工作面机械设备选型及配套、绘制工作面设备布置平面图（合并在工作面巷道布置平面图）。
第三章顶板管理
（1）支护设计：确定支架类型；工作阻力、支护强度，工作面底板比压；支柱最大、最小支撑高度；最大、最小控顶距与放顶步距，采空区处理方法；绘制工作面最大、最小控顶距剖面图（1：50）；
（2）工作面端头支架、上下出口支护方法，工作面运输、回风顺槽超前支护断面图（1：50）。
第四章生产系统
（1）运输系统：日出煤时间及小时出煤量，煤炭运输线路；辅助运输方式及辅助运输线路；
（2）通风系统：计算回采工作面需要风量，按风速验算确定工作面风量，叙述工作面通风线路；
（3）其他相关系统：供电系统、供水系统、排水系统、通讯照明系统、监控和防尘系统等。
第五章循环作业及劳动组织
（1）循环作业：确定循环方式、作业形式和工序安排，绘制循环作业图；
（2）劳动组织：按循环工作量和劳动定额配备各工种或岗位出勤工数，确定劳动组织形式和工作队（组）作业形式，绘制劳动组织表；
（3）技术经济指标表。
第六章安全管理制度
（1）采煤工作面交接班管理制度；
（2）采煤工作面工程质量管理制度；
（3）巷道超前支护与巷道维护管理制度；
（4）机械、电气设备安全管理制度；
（5）工作面文明生产管理制度；
（6）主要工种安全操作管理制度。
第七章安全技术措施
（1）工作面初采、末采，初放、初次来压、周期来压时的安全技术措施；
（2）工作面过断层、过旧巷时的安全技术措施；
（3）工作面安装、撤出时的安全技术措施；
（4）工作面“一通三防”的安全技术措施，灾害防治的避灾原则以及反映到井口的避灾路线图。
（5）事故案例：事故经过、事故原因和防范措施。
4．课程设计主要过程
采煤工艺课程设计时间分配
5．课程设计要求
（1）指导教师工作要求
①按照课程设计要求和课程设计步骤认真组织实习教学活动
②课程设计前，指导教师应做好设计前的准备工作，讲清本次实习目的、任务与要求。
③指导教师应全程参与组织指导工作，按照课程设计计划的要求，精心组织指导，及时指导并解决学生课程设计过程中遇到的实际问题，要做好指导教学工作。使学生圆满完成课程设计任务。
④引导和指导学生认真思考、总结；进行巡查和指导，设计过程需要教学矿井下井时及时消除不安全隐患，保证学生人身安全。
⑤指导教师在课程设计整个过程还应做好学生管理和思想工作，尤其应对学生进行职业行业规范和职业道德教育
⑥指导学生按照课程设计规范完成课程设计任务。
（2）学生设计规范和要求
①根据设计任务书的要求，编制完成课程设计说明书和绘制所需的工程图纸；
②说明书叙述要简明扼要、文理通顺，字体要工整清楚。正文一律用五号长仿宋体字书写。章节标题用四号长仿宋体字书写。标题上方和下方都应留一空行与正文隔开。
③说明书一律用16开或A4纸抄写。在每页边缘要留出空白，左侧留25mm,右侧留20mm，上方留25 mm，下方留20 mm。一律采用国际计量单位。
④说明书分章节书写，每一节分段落书写。说明书正文之前应编写目录，每章应重新开页。每页统一用阿拉伯数字编页码，标注在右下角，数字两边加两个小圆点。
⑤说明书中附图必须有图名及说明，附表也必须有表名及说明。图、表中的所有标注必须符合采矿制图标准。说明书中所应用的公式，应注明符号和单位。计算时，将数字代入公式后，可直接写出答案。
⑥说明书的章节应按大纲规定顺序编写，次序及内容需要变动时，应经指导教师同意。说明书按统一格式装订。
⑦说明书最后要编列出参考文献和参考书的名称、作者、出版社、出版时间（或发表时间）和参考页码。
6．学生成绩评定
（1）过程考核
课程设计每一阶段根据每位学生参与、完成任务的实际表现情况和完成的设计，综合考核每一阶段学生参与工作的热情、工作的态度、与人沟通、独立思考、勇于发言，综合分析问题和解决问题的能力以及学生安全意识、卫生状态、出勤率等给予每一阶段过程考核成绩。
（2）结果考核
根据学生提交的设计说明书、图纸是否标准正确、答辩思路是否清晰、语言表达是否准
确等给出结果考核成绩。
（3）成绩评定
过程考核占40%，结果考核占60%。最终实习成绩分为优秀、良好、中等、及格和不及格五级分。
7．设计项目进度安排
8．实习项目教师指导细则
项目1 熟悉设计大纲和设计任务书，准备工作
任务2 编写采煤工作面概况
任务3
选择采煤工艺、设备选型，绘制采煤工作面及设备布置平面图
任务4 循环方式、作业形式和劳动组织形式等，编制循环作业图、劳动组织表和主要技术经济指标表
任务5 控顶距剖面图和顺槽断面图
任务6 整理说明书、图纸
任务7 答辩质疑，检查学生设计成果
9．学生实习过程作业文件与记录
（1）学生实习过程及评价表
学生实习过程及评价表
姓名：专业班级：学号：实习项目：
（2）实习报告
各系、各专业学生通过对各个分项目学习资料的汇总，完成本次矿山认识实习报告的编制。
课程设计说明书
设计题目：
专业班级：
姓名：
指导教师：
评定成绩：
年月日
1 前言
2 对课程设计的认识
2.1工作面概况
（1）工作面位置及井上下关系
说明工作面名称、位置、相邻区段及与地面的关系，如表9.2。
（2）煤层赋存情况
简述并列表说明煤层的赋存情况，表格形式如表9.3。
表9.2 工作面境界范围
（3）顶底板特征
描述煤层顶板的岩石性质、层理、节理、厚度、顶板分类等情况及其变化情况，详见表9.4。
（4）地质构造与水文地质
描述对回采有影响的断层、褶皱的产状，断层、褶曲、陷落柱、火成岩等在工作面的具体位置、特征及其对回采影响的具体程度。简单的可用文字叙述，复杂的用图表说明。
表9.3 煤层赋存特征表
描述对回采有影响的含水层厚度、涌水量、涌水形式、补给关系及对回采的影响情况；描述老窑水、地表水、注浆水、钻孔和构造水等对回采的影响程度；描述采煤工作面最大、最小涌水量及正常涌水量。
（5） 可采储量与可采期
计算出工作面可采储量、可采期和采出率，附表：工作面储量表。 ① 计算可采储量：C LSm Z γ= 式中 L ——采煤工作面长度，m ； S ——采煤工作面走向长度，m ； m ——采高，取平均值，m ；
γ——煤的容重，t/m 3；
C ——工作面回采率，薄煤层不小于97%，中厚煤层不小于95%，厚煤层不小于93%。
② 计算可采期：T = Z/A
式中 T ——采煤工作面可采期，a ； Z ——采煤工作面可采储量，万t ； A ——采煤工作面生产能力，万t/a 。
安排采煤工作面生产接替计划时，工作面可采期可采用下列公式之一进行计算。 Ⅰ工作面可采期=可采推进长度/设计的月推进长度 （月） Ⅱ工作面可采期=可采储量/设计月产量 （月） ② 工作面储量表，详见表9.5。
④ 煤层柱状图，分别描述工作面不同地点的柱状图和工作面综合柱状图，柱状图中应注明开采煤层、夹石层和伪顶、直接顶、基本顶、直接底的岩石名称、厚度（平均及最大、最小厚度）和岩性，如表9.6。
表9.6 综合柱状图（或所取柱状地点柱状图）
2.2采煤方法
本章主要确定工作面采煤方法，完成支护设计、采煤工艺设计与设备选型等内容及图表。
（1）巷道布置
①简述采区巷道布置情况、服务巷道位置和设施情况；描述回采巷道的用途、支护方式、停采线位置及其回采巷道中设备的布置情况。附：巷道布置设计平面图、运输平巷与回风平巷处的走向剖面图、开切眼处的倾斜剖面图。
②采高的确定。采用厚煤层整层开采应根据我国煤炭技术政策和企业设备技术条件确定采高，采用放顶煤开采应根据适宜的采放比确定采高。确定分层开采采高时，应考虑有利于顶板管理、提高产量和效率，减少劳动强度和煤炭损失，保证安全生产等因素。
③开采层位的确定。根据煤层赋存稳定情况确定开采层位。
（2）支护设计
支护设计包括工作面基本支护设计、工作面上下出口端头支护设计和工作面两巷超前支护设计。
①综采工作面基本支护设计：
根据煤层倾角、采高和基本顶分级与直接顶分类确定支架类型；根据矿压观测实测结果、经验公式及顶板控制设计专家系统的要求进行合理的参数确定：
ⅰ合理的支护强度
a.采用经验公式计算：P=9.81Hrk
式中：p——工作面合理的支护强度，kN/m2
H——采高，m；
r——顶板岩石重力密度，t/m3，一般取2.5 t/m3；
k——工作面支柱应该支护上覆岩层厚度与采高之比，一般为6～8，应根据具体情况合理选取。开采煤层较薄、顶板条件好、周期来压不明显时取低倍数，反之取高倍数。
b.选用现场矿压实测工作面初次来压时的最大平均支护强度。
ⅱ液压支架（支柱）支护参数的确定：
a.液压支架支护高度的确定
支架最大高度H zmax＝M max+S1
式中：H zmax ——支架最大支护高度，mm；
M max ——工作面最大采高，mm；
S1 ——伪顶冒落的最大厚度，取300mm。
支架最小高度H zmin＝M min-S2-g-e
式中：H zmin ——支架最小支护高度，mm；
M min ——工作面最小采高，mm；
S2 ——顶板的下沉量，取200mm；
g ——顶梁上、底座下的浮矸厚度，取50 mm；
e ——移架时支架回缩量，取100 mm。
b.液压支架工作阻力（Pz）的确定：
Pz = Q ＝支护强度*支护面积= P*A （kN）
A =（顶梁长度+梁端距）*中心距=(L+C)×(B+J) （m2）
式中： Q---支护载荷，kN；
L---顶梁长度，m；
C---顶梁前端到煤壁的距离，m；
B---顶梁宽度，m；
J---架间距，m；
c.液压支架初撑力的确定：提高液压支架的初撑力，可以减缓顶板早期下沉，保持顶板岩层的完整。根据顶板稳定程度和基本顶来压情况，直接顶顶板中等稳定以下，支架的初撑力一般应为工作阻力的70-80%；对于老顶来压强烈的工作面，为避免顶板大面积悬顶跨落时冲击负荷损坏机械设备，初撑力应适当加大，一般不低于工作阻力的75%。
d.液压支柱支护密度的确定： n=P t/R t (根/m2)
式中 P t——顶板支护强度，kN/m2
R t—单体支柱实际承载能力，ｋN／根
工作面柱距 a=（N·S）/（N*b+F）,m
式中 N—工作面支柱排数，一般采用3-4排控顶，最少3排柱、最多4排柱；
S—每根支柱的支护面积，1/ n（m2／根）；
F—机道上方梁端至煤壁距离，0.3m；
b—工作面排距,一般取值0.8m、1.0m或1.2m。
ⅲ支架支护强度的验算。
ⅳ工作面顶底板比压计算与校验。
②工作面上下出口端头支护设计
ⅰ描述端头支护方式（端头支架支护、单体液压支柱配合长抬棚钢梁支护、普通液压支架与单体液压支柱配合支护、其他支护形式）、支护质量要求以及其他工序之间的衔接关系等。
ⅱ描述安全出口的高度要求。
ⅲ绘制端头支护平剖面示意图，反映出端头支护情况。
③运、回两巷超前支护设计
ⅰ描述工作面运输巷、回风巷超前支护方式及支护距离。
ⅱ绘制工作面运输巷、回风巷超前支护平面图、走向剖面图和断面图。
（3）采煤工艺
①根据本工作面地质情况选择合适的采煤工艺，并说明理由；
②工作面采煤工艺过程及工作内容
描述工作面落煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等工艺过程，采煤工艺参数见表9.7；
③机械化采煤工作面采煤工艺内容。详细描述采煤机的截煤方式、进刀方式及截深，斜切进刀段长度，液压支架的移架方式、支护方式等。综放工作面应描述放煤方式、放煤步距、采放比、端头顶煤回收方式、初末放煤工艺等内容。
④炮采工作面落煤工艺。应编制炮眼布置、爆破方式和爆破技术说明书，说明书中应附有开帮炮眼布置三视图、挑顶眼布置图（正面图、走向断面图）和装药量计算表，表格形式和内容见表9.8。
表9.8 装药量计算表
⑤采用分层布置的采煤工艺，应确定分层厚度，描述铺网工序等内容；
⑥采用对拉工作面布置的采煤工艺，应明确上下工作面的位置关系和错距。
（4）设备配置
①工作面选用的机械设备表。综采工作面主要机电设备应包括：液压支架、采煤机、工作面刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、乳化液泵站、移动变电站、绞车、控制台等，表的格式和内容见表9.9。
根据需要，为了详细了解液压支架、采煤机的技术参数，可单独列出技术特征表。
②绘制工作面机电设备布置平面与配电系统图图。
2.3顶板管理
（1）顶板控制
①确定工作面回采时的控顶方式。描述控顶方法（全部垮落法、充填法、刀柱法等）、控顶距离、放顶要求、支柱支设要求、伞檐规定、锚网要求、护顶方式及要求等。
②明确工作面正常回采时特殊支护形式。描述密集支柱，抬棚、戗柱、丛柱、木垛、贴帮支柱的支设及临时支护等要求。
③确定各个工序之间平行作业的顺序和安全距离，回柱放顶方法。放顶区内支（架）柱、特殊支护的回撤方式等。
④描述顶底板变化、地质构造、应力集中区等特殊地段以及其他因素时的控制顶板方法和要求。
⑤说明对泵站出口压力的要求、对支架初撑力的要求，对支架前梁及顶梁接顶和受力状态的要求
⑥计算工作面支架的最大、最小控顶距，并按1:50绘出最大、最小控顶距插图。
（2）移架方法
①移架顺序。采用分段追机移架支护方式，由本架操作，先降后移。基本支架的移设由采煤机的割煤位置控制，即在采煤机正常割煤的情况下，滞后采煤机后滚筒3个支架进行移架；
移架动作：收回护帮板及侧护板——收缩支架后部尾梁——伸出支架后部插板——降支架立柱——移架(收伸缩梁)——用侧护板和调底千斤顶调架——升起支架立柱——打开护帮板。
②移端头支架在推移转载机后进行，由两名支架工配合进行，两支架迈步前移。
③移架质量要求
在移架时，必须使工作面支架保持成一条直线，直线最大误差在±50mm以内；支架与输送机保持垂直，其偏差小于±5°；支架中心距控制在1500±100mm；支架垂直于顶、底板，其歪斜度小于±5°；支架顶梁要与顶板平行，其最大仰俯角小于7°；端面距最大值≤340mm；相邻支架间不能有明显错差(不超过顶梁侧护板高的2/3)；支架不挤、不咬，架间间隙不超过规定(<200mm)；支架初撑力不低于设计值的80%。
（3）顺槽及端头顶板控制
①工作面两端出口的特殊支护。
②工作面两边顺槽超前支护内的特殊支护并按1:50绘出断面插图。
2.4生产系统
（1）运输系统
①每天出煤时间及每小时出煤量，采煤工作面运煤线路。
②辅助运输方式（包含运料和运送人员）及辅助运输线路。
（2）工作面通风设计
①计算采煤工作面实际需要风量，并进行风速验算，结果填入表9.10。
②根据巷道布置系统，叙述工作面的通风线路，附通风系统示意图。
③瓦斯监测设计和抽放设计，附：瓦斯监测系统控制图和瓦斯抽放系统示意图，详见表9.11。
④防灭火注浆及防尘供水系统示意图（可选择）。
（3）其他相关系统
包含供电系统，供水系统，排水系统，通讯照明系统、监控和防尘系统等。
表9.10 工作面风量计算表
表9.11 工作面瓦斯监测设备表
2.5循环作业及劳动组织
（1）循环作业
①根据该面生产条件、采煤工艺和运输条件，确定循环方式、作业形式、工作制度；
②描述正规循环工序过程与安排，割煤方式。
③绘制循环作业图，详见表9.12。
（2）劳动组织
①按循环工作量和劳动定额配备各工种或岗位出勤工数；
②确定劳动组织形式和工作队（组）作业形式，说明选择使用“追机作业”、“分段作业”、“分段接力追机作业”或“分段综合作业”中的哪一种，并说明理由；
③绘制劳动组织表，详见表9.13。
（3）主要技术经济指标表，详见表9.14
表9.12 工作面正规循环作业图
表9-14 主要技术经济指标表
说明：
表9.13 工作面劳动组织表
2.6安全管理制度
（1）按照工种安全操作规程及企业管理制度，编制采煤工作面分工种岗位的交接班制度；
（2）按照工作面质量考核验收标准，编制采煤工作面工程质量管理制度；
（3）编制巷道超前支护与巷道维护的管理制度；
（4）执行“三大规程”，编制机械、电气设备安全管理制度；
（5）按照工作面质量考核验收标准和企业管理制度，编制工作面文明生产管理制度；
（6）按照工种安全操作规程标准，编制主要工种安全操作管理制度。
2.7安全技术措施
（1）编制工作面初采、末采，初放、初次来压、周期来压时的安全技术措施；
（2）编制工作面过断层、过旧巷时的安全技术措施；
（3）编制工作面安装、撤出时的安全技术措施；
（4）编制工作面灾害防治的安全技术措施、避灾原则和避灾路线图，避灾路线图应反映到井口。
（5）事故案例：引鉴历史上煤层地质条件、生产技术条件与本工作面相同或相近的工作面事故案例，分析事故经过、事故原因和防范措施。
3体会和建议