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50104工作面设计说明书

50104工作面设计说明书

贯屯煤矿

二O一七年三月七日

目录

第一章工作面概况 (4)

第二章回采工艺选择 (8)

第三章工作面巷道布置 (9)

第四章巷道断面及支护设计 (10)

第五章“一通三防”系统工程设计 (12)

第一节通风系统设计 (12)

第二节瓦斯防治工程设计 (14)

第三节瓦斯监控系统设计 (14)

第四节防尘供水系统设计 (15)

第六章防治水工程设计 (16)

第一节水源分析与治理方案 (16)

第二节防治水巷道工程设计 (18)

第三节排水系统设计 (19)

第七章巷道施工组织设计 (19)

第八章主要设备选型与配置 (20)

第九章供电设计 (20)

第十章工作面生产系统与避灾路线 (21)

第一节生产系统说明 (21)

第二节生产系统分析 (22)

第三节避灾路线说明 (23)

第十一章其它要说明的问题 (24)

第一章工作面概况

一、工作面位置

该工作面位于矿井东翼501盘区,北至子油52(5)、二进沟水库保安煤柱,南至东翼辅助运输大巷,东以50104辅助运输巷煤柱为界(未准备),西至50103综采工作面辅运巷煤柱。运输顺槽长度2592m,回风顺槽走向长度2363mm。工作面开采段走向长2285m,倾向宽度260m,开采面积594100m2。井下标高为1021.6~1024.5m。

二、地面相对位置

区内沟谷纵横,地形复杂,沟谷呈树枝状分布,形成黄土梁、峁、沟相间地形。部分为农用耕田,地面无民用建筑物、公路、水体、开采对地面设施无影响,地面标高1223~1376m ,煤层底板标高1025m~1028m,煤层埋深在200m~348m。

三、煤层赋存情况

本工作面设计开采煤层为5号层煤,通过已掘巷道揭露地质资料分析,该工作面范围内,辅运大巷开口处为推断无煤区,预计掘进260m 左右揭露5#煤层,其余部分煤层赋存稳定,煤厚变化不大,煤层厚度1.9~2.1m,平均2.0m,5#煤层一般含1~3层夹矸,单层夹矸厚度一般厚0.10~0.30m,夹矸岩性以泥岩、粉砂岩为主,为简单结构煤层,煤层倾角1~3°,综上所述:5#煤层在本工作面内层位稳定、大部可采、厚度变化较小、结构简单、煤层单一、属稳定型煤层。

四、顶底板情况

5#煤层:煤层伪顶厚度一般厚0.10~0.30m,以泥岩、粉砂岩为主随采随落;5号煤层直接顶板在区内主要以粉砂岩为主,局部为泥岩。厚度0.8~4.0m,上覆6~煤层,厚度0.4m,6#煤层顶板为油页岩。岩石饱和抗压强度一般为3.04~54.34MPa,平均19.09MPa,软化系数0.15~0.76,属软岩~较坚硬岩石,但其中油页岩易崩解为不坚固岩石(Ⅰ)。5号煤层底板

以泥质粉砂岩和泥岩为主,个别底板为细粒砂岩和中粒砂岩,岩石饱和抗压强度一般为5.74~38.18MPa,平均18.12MPa,软化系数0.16~0.72,属软岩~较坚硬岩石。。

五、地质构造与水文地质情况

㈠地质构造情况

工作面整体为NW向单斜构造,煤岩层产状为320°~340°∠1°~3°,工作面构造简单,根据勘探和施工揭露资料分析,风巷和机巷施工过程中要穿过无煤区。施工50204运输顺槽中将遇到F1、F2断层,产状分别为:F1:340°∠70°H=0~2m、F:135°∠75°H=1.6.0m、受断层影响,机巷施工过程中将会发育小断层,断层附近煤岩层顺层滑动现象明显,岩石破碎,受断层影响,局部地段煤层变薄。施工单位在过程中一定要加强顶板管理,做好过断层期间的一切准备工作。

表1:已探明断层构造情况一览表

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㈡水文地质情况

一、50104工作面运切眼补给水源主要来自以下几个方面。

1、裂隙导水层。

2、侏罗纪潜水含水层,三叠系瓦窑堡组承压含水层。

3、大气降水。

二、涌水量

地质报告提供贯屯煤矿第一水平最大涌水量为:710.93 m3/h,本矿生产过程中统计最大涌水量为96 m3/h。该工作面水文地质条件简单,矿井水主要来自瓦窑堡组煤层上部的砂岩裂隙承压水,多以淋出,涌出的方式充入巷道,水量较小, F1、F2断层裂隙水。东北部距二道沟水库可能通过地下裂隙方式涌入工作面,含水层水在揭露初期水量稍大,持续很短时间后,水量剧减,说明矿井水主要为导水裂隙带影响范围内含水层的净储量,且补给条件差。矿井煤层稳定,地层平缓,构造简单,水文地质条件属中等类型。为确保巷道安全施工,坚持“先探后采,不探不采”的防治水原则,回采时加强两巷排水工作。

六、其它开采技术条件

1、煤层:煤尘具有爆炸危险性。

2、煤的自燃:有自燃倾向。

3、瓦斯等级:为低瓦斯工作面,绝对CH4涌出量为4.18m3/min,相对CH4涌出量为1.56m3/t,绝对CO2涌出量为1 m3/min,相对CO2涌出量为

0.35m3/t。

七、储量,

运输顺槽长度2592m,回风顺槽走向长度2363m,开采段走向长2285m,

倾向宽度260m,开采面积594100m2。煤层厚度2.0米,容重1.35t/m3,回采率95%,储量计算如下:

回采煤气量:2285×260×2.0×1.35×95%=152.4(万t)

第二章回采工艺选择

一、回采工艺选择

50104工作面煤层较稳定,煤层平均厚度2.0m,本着积极推广新技术、新工艺、新装备和现代化管理技术的原则,力求实现矿井的高产高效、优质低耗,50104工作面采用综合机械化开采工艺,支架选择ZY6200/13.5/28型液压支架,一次采全高。

二、工作面支护设计强度计算

1、冒落带高度计算

∑Hi=M/(Kp-1)

式中:

∑Hi—冒落带高度,m;

M—工作面最大采高,m;50104工作面最大采高2.7m。

Kp—岩层冒落碎胀系数。一般取1.25~1.5,破碎顶板取较小值,完整顶板取较大值。取最小值1.25。

∑Hi=M/(Kp-1)= 2.7/(1.25-1)=10.8m

2、计算支护强度

⑵根据垮落带高度计算支护强度

Pt= H K×γk×cosα=10.8×24.5×cos9ο=261.34KN/m2

式中:Pt-工作面支护强度,KN/m2;

H K-垮落带高度(m);γk—顶板平均容重,24.5 KN/m3;

α—煤层倾角,取9ο。

所选支架支护强度为6200 KN/m3,大于261.34KN/m2,满足支护要求。

㈡支架的确定

根据煤层厚度及采场压力大小, 并结合其他5煤层综采工作面支架选型,上提段选择ZY6200/13.5/28型掩护式液压支架,其顶梁长度4.370m,中心距1.5m,高度1.35~2.8m,初撑力5066KN,工作阻力6200KN,支护强度0.8Mpa,对底板比压 1.74Mpa,泵站压力31.5Mpa。综上所述,ZY6200/13.5/28支架的初撑力、工作阻力、采高方面满足本面生产的需要,选择该架型是合适的。

第三章工作面巷道布置

本工作面巷道布置较为简单,由皮带顺槽、辅运顺槽、回风顺槽、切眼四部分组成。

一、皮带顺槽布置

50104胶带运输巷开门点从辅助运输顺槽79m处按方位角270°掘进24.2m,留设净煤柱20m,按方位角179°57′25”施工50104胶带运输巷机头段后,退出掘进机按方位角359°57′25”继续施工50104胶带运输顺槽,全长约2600m。

二、回风巷布置

利用现50103工作面辅助运输巷作为50104工作面回风,方位359°57′25”,全长2559m。

二、辅运巷布置

50104辅助运输顺槽从PF5点向东17.706m处拨门,按359°57′25”方位,沿煤层顶板掘进,全长2310m。(开门口82m内为回撤通道)

三、切眼布置

工作面切眼位于50104综采面北部,沿5号层煤布置,矩形断面,采用锚网带支护,切眼净高2600 mm,净宽6500 mm。切眼上、下口分别与104胶带运输巷、104回风顺槽相连,与机巷成90°夹角,切眼全长260m。

四、设备列车硐室和设备配件及油脂库布置

胶带运输巷机头部向里413m处扩宽600mm施工油脂及设备配件硐室,长20米,巷宽4800mm;继续施工设备列车硐室75m,胶带顺槽扩宽300mm,巷宽4500mm;之后每隔450m施工一组油脂及设备配件和设备列车硐室(详见《50104工作面设计图》)

第四章巷道断面及支护设计

巷道断面设计主要考虑通风、运输、行人、掘进工艺及设备安装、巷道变形,以及煤层顶底板条件等因素,结合贯屯煤矿50104工作面煤层顶底板条件及其他综采工作面巷道布置经验进行巷道断面设计,并符合《煤矿安全规程》第22条、第23条规定。由于工作面回风顺槽已形成,在此只对上皮带运输顺槽、辅运顺槽、切眼进行设计。

一、皮带运输顺槽

皮带运输顺槽采用金属焊接网+高强锚杆+锚索+钢带+树脂锚杆+塑料网联合支护。支护形式,矩形断面,净宽×中高=4000×2600mm,净断面10.4m2。

1、顶板每排布置5根锚杆,均采用材质为Φ22×2400mm的20 MnSi 左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆,配规格为:长×宽×厚=150×150×10mm的碟形钢托盘,压3900mm 的钢带及Φ6.0mm钢筋焊接网(网格为100×100mm)支护;每排打设5根锚杆呈矩型布置,锚杆间、排距为900×800mm,中间3根锚杆按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚杆距巷帮不大于300mm,并呈75°角向外打设,每根锚杆采用2支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚杆拉拔力80KN。

2、顶板锚索采用规格为:Φ17.8×8300mm钢绞线,每排打设3根锚索呈矩型布置,锚索间排距1700×1600mm,中间1根锚索按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚索距巷帮不大于400mm,并呈75°角向外打设,锚索托盘采用300×300×16mm的平板钢托盘;每根锚索采用3支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚索拉拔力100KN。

3、顶板钢筋网规格:4200×900mm,钢筋网采用直径Φ6mm钢筋、网孔100×100mm的钢筋焊接网;相邻两片钢筋焊接网及塑料网要压茬搭接100mm,每间隔200mm用14#铁丝绑扎一道。

4、巷道两帮均采用Φ18×1500mm玻璃钢锚杆与配套锚杆托盘压加钢丝的塑料网支护(塑料网格为50×50mm),左右两帮均布置2套锚杆,间排距为1500×1500mm,巷道两帮最上一根锚杆距顶板距离不大于300mm,并按仰角15°打设;帮部最下一根锚杆按俯角20°打设;帮部每根锚杆均采用1支MSCK2360型锚固剂进行锚固,锚杆拉拔力30KN。

5、如巷道顶板破碎或过断层及地质构造时,巷道顶板加设长度4000mm 的锚索梁支护,锚索根数和间排距不变。

三、辅助运输顺槽

辅助运输顺槽采用金属焊接网+高强锚杆+锚索+钢带+树脂锚杆+塑料网联合支护。支护形式,矩形断面,净宽×中高=3800×2600mm,净断面9.88m2。

1、顶板每排布置5根锚杆,均采用材质为Φ22×2400mm的20 MnSi 左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆,配规格为:长×宽×厚=150×150×10mm的碟形钢托盘,压3700mm 的钢带及Φ6.0mm钢筋焊接网(网格为100×100mm)支护;每排打设5根锚杆呈矩型布置,锚杆间、排距为850×800mm,中间3根锚杆按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚杆距巷帮不大于300mm,并呈75°角向外打设,每根锚杆采用2支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚杆拉拔力80KN。

2、顶板锚索采用规格为:Φ17.8×8300mm钢绞线,每排打设3根锚索呈矩型布置,锚索间排距1700×1600mm,中间1根锚索按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚索距巷帮不大于400mm,并呈75°角向外打设,锚索托盘采用300×300×16mm的平板钢托盘;每根锚索采用3支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚索拉拔力100KN。

3、顶板钢筋网规格:4200×900mm,钢筋网采用直径Φ6mm钢筋、网孔100×100mm的钢筋焊接网;相邻两片钢筋焊接网及塑料网要压茬搭接100mm,

每间隔200mm用14#铁丝绑扎一道。

4、巷道两帮均采用Φ18×1500mm玻璃钢锚杆与配套锚杆托盘压加钢丝的塑料网支护(塑料网格为50×50mm),左右两帮均布置2套锚杆,间排距为1500×1500mm,巷道两帮最上一根锚杆距顶板距离不大于300mm,并按仰角15°打设;帮部最下一根锚杆按俯角20°打设;帮部每根锚杆均采用1支MSCK2360型锚固剂进行锚固,锚杆拉拔力30KN。

5、如巷道顶板破碎或过断层及地质构造时,巷道顶板加设长度4000mm 的锚索梁支护,锚索根数和间排距不变。

三、切眼

工作面切眼采用金属焊接网+高强锚杆+锚索+钢带联合支护。支护形式,矩形断面,净宽×中高=6500×2600mm,净断面16.9m2;为了有效控制顶板先期掘进断面4500×2600mm。

1、顶板每排布置6根锚杆,均采用材质为Φ22×2400mm的20 MnSi 左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆,配规格为:长×宽×厚=150×150×10mm的碟形钢托盘,压4300mm 的钢带及Φ6.0mm钢筋焊接网(网格为100×100mm)支护;每排打设6根锚杆呈矩型布置,锚杆间、排距为800×800mm,中间3根锚杆按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚杆距巷帮不大于300mm,并呈75°角向外打设,每根锚杆采用2支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚杆拉拔力80KN。

2、顶板锚索采用规格为:Φ17.8×10000mm钢绞线,每排打设3根锚索呈矩型布置,锚索间排距1800×1600mm,中间1根锚索按90°垂直于巷道顶板打设,两肩角锚索距巷帮不大于450mm,并呈75°角向外打设,锚索托盘采用300×300×16mm的平板钢托盘;每根锚索采用3支MSKZ2360型锚固剂进行锚固,锚索拉拔力100KN。

3、顶板钢筋网顶网规格:4500×900mm,钢筋网采用直径Φ6mm钢筋、网孔100×100mm的钢筋焊接网;相邻两片钢筋焊接网要压茬搭接100mm,每间隔200mm用14#铁丝绑扎一道。

4、如巷道顶板破碎或过断层及地质构造时,巷道顶板加设长度4500mm 的锚索梁支护,锚索根数和间排距不变。

第五章“一通三防”系统工程设计

第一节通风系统设计

一、掘进工作面通风系统简述

50104辅运顺槽施工局部通风机摆放在5#煤东翼辅助运输大巷距50104辅运顺槽开门点50m处,局部通风机功率为2×30kw,50104胶带运输顺槽施工局部通风机摆放在皮带机头点与5#煤胶带运输大巷贯通处,局部通风机功率为2×30kw。50104综采工作面巷道施工期间无串联通风现象。

二、工作面通风系统设计

㈠工作面需风量计算(表2)

50104工作面设计说明书

㈡工作面通风系统

1、进风系统

副井→井底车场→主进风石门→副暗斜井上部车场→副暗人行→-700m西大巷→Ⅱ102装车站→Ⅱ1026机巷→Ⅱ1026工作面。

2、回风系统

Ⅱ1026工作面→Ⅱ1026风巷→Ⅱ102回风上山→Ⅱ102采区专用回风上

山→Ⅰ4人行→-275总回→西风井→地面

3、通风系统

详见《Ⅱ1026工作面修改设计生产系统及避灾路线图》。

第二节瓦斯防治工程设计

Ⅱ1026工作面瓦斯防治工程作为专项工程单独上报,在此不再赘述。

第三节瓦斯监控系统设计

一、瓦斯监控系统的设备与设施

采用KJ2000N监控系统,瓦斯传感器为3台GJC40(A),信号和电源电缆型号采用PUYVR,瓦斯断电仪型号为KDJ1。

二、监控系统的设置

1、瓦斯传感器应垂直悬挂在顶板下300mm处、距帮200mm处,T1探头距离工作面≤10m,T2探头距离工作面回风口10m~15m,上隅角T0探头安设按集团公司有关规定执行,距帮、顶和切顶线各300mm。

2、技术参数:

报警浓度:T1≥1.0%CH4,T2≥1.0%CH4,T0≥1.0%CH4

断电浓度:T1≥1.5%CH4,T2≥1.0%CH4,T0≥1.5%CH4

复电浓度:T1<1.0%CH4,T2<1.0%CH4,T0<1.0%CH4

断电范围:T1为工作面及其进、回风巷内全部非本质安全型电气设备,T2为工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。

3、每7天必须对工作面瓦斯传感器用标准气样进行调校,并对瓦斯超限报警断电功能的灵敏可靠性进行测试。

4、安全监控设备的安装与设置严格按《煤矿安全规程》第160、161条执行。

三、监控系统

详见《Ⅱ1026工作面修改设计生产系统及避灾路线图》。

第四节防尘供水系统设计

一、防尘供水系统设备与设施的安设及要求

1、建立完善的防尘系统和设施,确保水源、水量、水压符合要求。建立综合防尘齐抓共管责任制,并严格执行。工作面机巷防尘主管路管径不小于Φ4吋,风巷防尘主管路管径不小于Φ2吋,每50m设一个三通闸阀,供水PH值:6.0~9.5。

2、合理安排生产布局,避免集中用水超出管网系统供水能力。

3、必须坚持先注后采、不注不采的煤层注水原则规定,但符合《煤矿安全规程》第154条有关特殊规定的可不采取注水措施。

4、打眼工序必须采取湿式打眼作业,使排出煤粉呈糊状。

5、工作面爆破必须使用水炮泥。

6、爆破前后要分别冲洗一次煤壁和顶板,并洒湿底板和落煤,在出煤过程中,边出煤边洒水。

7、严格坚持工作面机风巷冲刷灭尘制度,消除煤尘堆积、飞扬现象,井下不得出现厚度超过2mm,连续长度超过5m的煤尘堆积,冲刷期间必须对各类电器设备和牌板进行保护。

8、工作面出煤系统各转载点必须有完好的喷雾装置,并应实现自动化,

雾化好,灵敏可靠,使用正常。各转载点底板积煤和机电设备浮煤应设专人及时清理。

9、隔爆装置距工作面范围为60~200m,并随工作面的推进而后移,确保正常使用。

10、按规定对工作面粉尘浓度进行测定和分析。

11、综采工作面采煤机必须有内外喷雾;采煤机内喷雾压力不得小于2MPa,外喷压力不得小于1.5MPa,喷雾流量应与机型相匹配。如果内喷雾装置不能正常喷雾,外喷雾压力不得小于4MPa,无水或喷雾装置损坏时必须停机。

12、液压支架采煤工作面的放煤口,必须安装喷雾装置,降柱、移架或放煤时同步喷雾。破碎机必须安装防尘罩和喷雾装置或除尘器。

13、采煤面机巷转载点,溜煤眼上下口及破碎机处,必须安设喷雾、封闭罩或除尘器等防尘装置。

14、采煤工作面风流净化水幕:距工作面30m~50m巷道内。

15、采煤面投产前,所有喷雾设施必须安装齐全。

二、防尘供水系统

详见《Ⅱ1026工作面修改设计生产系统及避灾路线图》。

第六章防治水工程设计

第一节水源分析与治理方案

一、50104工作面运切眼补给水源主要来自以下几个方面。

1、裂隙导水层。

2、侏罗纪潜水含水层,三叠系瓦窑堡组承压含水层。

3、大气降水。

二、涌水量

地质报告提供贯屯煤矿第一水平最大涌水量为:710.93 m3/h,本矿生产过程中统计最大涌水量为96 m3/h。该工作面水文地质条件简单,矿井水主要来自瓦窑堡组煤层上部的砂岩裂隙承压水,多以淋出,涌出的方式充入巷道,水量较小, F1、F2断层裂隙水。东北部距二道沟水库可能通过地下裂隙方式涌入工作面,含水层水在揭露初期水量稍大,持续很短时间后,水量剧减,说明矿井水主要为导水裂隙带影响范围内含水层的净储量,且补给条件差。矿井煤层稳定,地层平缓,构造简单,水文地质条件属中等类型。为确保巷道安全施工,坚持“先探后采,不探不采”的防治水原则,回采时加强两巷排水工作。

一、充水因素分析

㈠顶底板砂岩水

裂隙导水层该段由侏罗纪岩层中细砂岩组成,平均厚80m,裂隙发育不均一,富水性弱,断层发育附近局部地段砂岩富水性大,会出现淋水现象。

㈡三叠系瓦窑堡组承压水

5#煤位于三叠系瓦窑堡组承压含水层中,根据以往矿井水文地质工作分析,显示三叠系瓦窑堡组承压水层对巷道的正常施工及工作面正常回采不构成威胁。预计对50104工作面巷道的施工也不构成威胁。

㈢老硐水

50104工作面西边为50103采空区,50103机巷里段受断层影响,在三习巷处将存在积水,预计积水水量为:252m3;积水面积为:420m2;水压为:

0.1MPa。

二、防治水工作

根据2017年50103采空区老塘水测量,动水量为:20.3m3/h,采用相关比拟法,预计巷道施工过程中正常涌水量为5m3/h,最大涌水量为200m3/h。严格按照集团公司安全文件规定的“有疑必探、先探后掘,有水必治、不治不采”防治水工作。当50104工作面形成后,对50103工作面采空区彽洼处积水进行探放,确保该工作面的安全回采。

三、治理方案

(一)50103工作面老硐水

为防止老硐水形成水头,对巷道掘进构成威胁,要求采煤过程中坚持打探放水眼,且务必打透老塘,完全按无水头探放老塘水措施施工探孔,保证积水完全放出,使老硐积水水头下降到已施工巷道底板标高以下时方可继续开采。

(二)顶底板裂隙水

该煤层顶底板砂岩裂隙水,由于裂隙发育不均一,富水性弱,断层附近局部地段砂岩富水性增强,出现淋水,无压力水流时,可继续掘进;当有压力水流,水量大于5m3/h,停止掘进,利用物探及钻探手段,探明赋水状态及层位,解除水患威胁后,方可继续掘进。

㈣其它措施

⑵善疏排系统设施,使之齐全可靠,定期清理,保持各巷水流畅通。

⑵工作面设专人管水,回采时引导水走老塘侧,做到煤水分流。

⑶机巷、风巷、腰巷低洼处的水,可在适当的地点挖水窝,用水泵向外排出,水泵排水能力、管路及配电设备相匹配,要符合《煤矿防治水工作条例》第21条的规定。

第二节防治水巷道工程设计

一、排水方式

巷道在掘进与回采期间,在局部低洼处,不能自流,采用机械排水方式。

二、排水巷道与硐室工程

机巷相对低洼处施工一水泵窝,规格:深×宽×长=1×1×2m,风巷相对低洼处施工水仓,规格:深×宽×长=1×1×2m。

第三节排水系统设计

50104工作面→50104机巷→501盘区西翼辅大巷→一水平水仓→回风斜井→地面。

第七章巷道施工组织设计

一、单位工程的划分

50104工作面回采前需要掘进工程包括:胶带运输顺槽2600m、辅运顺槽2310m、切眼260m、联络巷240m、回风绕道140m;计划安排2个掘进组围绕综采工作面工程施工。

二、施工组织安排

施工组织安排是根据我矿掘进队伍实际状况编排的。具体安排见表3:表3 Ⅱ1026工作面剩余工程施工组织图表

50104工作面设计说明书

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第八章主要设备选型与配置

一、设备选型配置依据

综采工作面设备应具有强度大、效率高、结构合理、使用安全、操作方便的特点。50104综采工作面设备选型主要依据煤层赋存条件、顶底板岩性、生产技术条件,并结合其他5#煤层综采工作面及其他工作面生产技术管理经验等方面,采用倾向长壁综合机械化采煤法。

二、工作面主要设备选型配置

充填开采段工作面主要设备配置一览表(表4)

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