優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計]礦井預(yù)防性灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計

1、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計概述1、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計的目的進(jìn)行礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計，是學(xué)生學(xué)習(xí)該課程理論 學(xué)習(xí)結(jié)束后，進(jìn)行的一項實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是課程體系的重要組成部分。 其目的是通過課程設(shè)計加深對礦井火災(zāi)防治理論與技術(shù)和其他課程 所學(xué)專業(yè)理論知識的理解。綜合應(yīng)用理論解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生計算、 繪圖和設(shè)計的能力，為畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。2、進(jìn)行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計的目的和作用2.1進(jìn)行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計的目的：煤礦安全規(guī)程第二百三十二條規(guī)定：開采容易自燃和自燃的煤 層時，必須對采空區(qū)、突出和冒落孔洞等空隙采取預(yù)防性灌漿或全部充 填、噴灑阻化劑、注阻化泥漿、注凝膠、注惰性氣體

2、、均壓等措施，編 制相應(yīng)的防滅火設(shè)計，防止自然發(fā)火。在礦井設(shè)計、延伸、新水平、新 采區(qū)設(shè)計時，應(yīng)同吋設(shè)計相應(yīng)的預(yù)防性灌漿系統(tǒng)。2. 2進(jìn)行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計的作用預(yù)防性灌漿：將水與漿材作適當(dāng)配合制成漿液，借助輸漿設(shè)備送到 可能發(fā)生自燃發(fā)火的地點，防止煤炭的自燃。泥漿起到三個作用：(1) 包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化；(2) 加強(qiáng)采空區(qū)的致密性，防止漏風(fēng)；（3）冷卻已發(fā)熱的煤體與圍巖，降低溫度。二、課程設(shè)計的任務(wù)根據(jù)課程設(shè)計大綱的要求，對龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦礦井進(jìn)行 預(yù)防性灌漿防火設(shè)計，具體內(nèi)容包括：1、說明防火灌漿設(shè)計依據(jù)及基礎(chǔ)資料2、確定灌漿系統(tǒng)與灌漿參數(shù)3、防火灌漿設(shè)計計算

3、4、灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計5、灌漿泵設(shè)計6、水槍設(shè)計7、灌漿站及主要設(shè)施設(shè)計三、設(shè)計課題名稱龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦礦井預(yù)防性灌漿防火設(shè)計梁家煤礦礦井預(yù)防性灌漿防火課程設(shè)計1防火灌漿設(shè)計依據(jù)及基礎(chǔ)資料1.1煤層賦存條件1.1.1煤系地層及煤層數(shù)龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力180萬t / a,位于山東省 龍口市黃縣煤fh西北隅，井田范圍由國土資源部以國地資礦通字 20001130號文批復(fù),由1-41號礦界坐標(biāo)點順序圈定，西至龍口渤海， 北以1-10號礦界坐標(biāo)點與梁家煤礦相鄰，東北以10-17號礦界坐標(biāo)點與 桑園煤礦分界，至20號勘探線，南以f13、f14, f40, f43、f59,斷層 及煤

4、2-800m等高線為界。井山面積：東西長約9-9. 5km,南北寬約 3-6. 1km,面積約 48km。煙（臺）濰（坊）公路橫貫井田屮部，西南至濰坊167km,東至煙臺 114. 5km,分別與膠濟(jì)鐵路、藍(lán)煙鐵路相接，可通達(dá)全國各地。井山西端 龍口港可通煙臺、天津、大連等城市，水陸交通十分便利。井田內(nèi)為山前沖積平原，地形平坦，地血標(biāo)高0+27m,由西北向 東南逐漸增高，地形的自然坡度一般為千分之三左右。梁家煤礦下第三系煤系地層總厚度為1095m,含煤地層平均總厚216m,含煤6層，即煤上2、煤上1、煤1、煤2、煤3,及煤4。純煤平均總厚13. 44m,含煤系數(shù)6. 22%?？刹杉兠嚎偤?0.

5、 64m。1丄2可采煤層及其厚度煤上2、煤上1、煤3不可采，煤2、煤4,局部不可采。含油頁巖 4層，即油1、油2、油3、油4。可采油頁巖平均總厚430nu油、油 3不可采，油4為煤4底板，層位穩(wěn)定，厚度不穩(wěn)定，局部達(dá)可采厚度。 油2為主要可采層，其質(zhì)量、結(jié)構(gòu)又可分為油2上2、油2上1、油2中 及油2下四層，油2±2, 17勘探線以東變薄至沉缺17勘探線以西可采。 油2上1局部可采，油2中、油2下不可采。本井田水文地質(zhì)類型為簡單型，區(qū)內(nèi)地形平坦。第四系富水性強(qiáng)的 砂礫層與含煤地層的水力聯(lián)系微弱，主要由于煤系地層中的泥巖類地層 隔水性較好。含煤地層中主要有八層含水層，分別為鈣質(zhì)泥巖、泥灰

6、巖、 泥巖與泥灰?guī)r互層、煤1油2、煤2及其底板砂巖、煤3煤4間煤4、煤 4下部砂礫巖。其中泥灰?guī)r、煤1油2、煤2機(jī)器底板砂巖為本區(qū)對生產(chǎn) 有直接影響的三層主要含水層，泥灰?guī)r距煤1平均43. 26米，為煤1的 直接充水層。煤2上距泥灰?guī)r約60米，在大中型斷層的下盤開采煤2層, 也將受泥灰?guī)r水的威脅。煤1油2距煤2約13米，是煤2的直接充水層。 根據(jù)黃縣煤田資料，泥灰?guī)r最大涌水量為150m3/h,煤1油2水的最大 涌水量為300m3/h,煤2底板砂巖水的最大涌出量為51m3/h,這三層 主要的含水層對主采煤層的凹采造成直接的影響。木井田西臨渤海，海 中也有第四系的含水層和隔水層，第四系頂部為厚3.

7、 50-4. 40m的淤泥，其下以粘土、砂質(zhì)粘土為主，其次為粉砂巖，隔水性良好，因此海水不 與煤系地層直接接觸，不發(fā)生直接水力聯(lián)系，海水與采煤關(guān)系不大。1.2煤的碳化程度、煤巖成分、自燃傾向性及發(fā)火期1.2.1煤的碳化程度煤的變質(zhì)程度是指煤的變質(zhì)程度越低越易自燃。自燃能力：褐煤 煙煤無煙煤(1)揮發(fā)份：將煤加熱到850r時，煤中揮發(fā)出的氣體所占煤本身重 量的比例。變質(zhì)程度越低揮發(fā)份越高，一般：褐煤40%；煙煤=10-40； 無煙煤10%。從煤的幾種物理化學(xué)性質(zhì)來看：變異系數(shù)()為5.6%,揮發(fā)份 為28. 34,二氧化碳:相對涌岀量為2. 029m3/t,絕對涌出量為9. 326m3 /min

8、,極易發(fā)火，煤塵具有爆炸性，加之成煤地質(zhì)年代為第三、四系， 因此，煤的碳化程度較低。1.2.2煤巖成分梁家煤礦下第三系煤系地層總厚度為1095m,含煤地層平均總厚 216m,含煤6層，即煤上2、煤上1、煤1、煤2、煤3,及煤4。純煤平 均總厚13.44m,含煤系數(shù)6. 22% o可采純煤總厚10. 64m。煤上2、煤上 1、煤3不可采,煤2、煤4,局部不可采。含油頁巖4層，即油1、油2、 油3、油4o可采油頁巖平均總厚4. 30mo含煤地層中主要有八層含水層, 分別為鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、泥巖與泥灰?guī)r互層、煤1油2、煤2及其底 板砂巖、煤3煤4間煤4、煤4下部砂礫巖。其中泥灰?guī)r、煤1油2、煤 2機(jī)

9、器底板砂巖為本區(qū)對生產(chǎn)有直接影響的三層主要含水層，泥灰?guī)r距 煤1平均43. 26米，為煤1的直接充水層。煤2上距泥灰?guī)r約60米，在 人中型斷層的下盤開采煤2層，也將受泥灰?guī)r水的威脅。煤1油2距煤 2約13米，是煤2的直接充水層。詳見（圖1 1）煤系地層綜合柱狀圖。附：煤系地層綜合柱狀圖1-1巖層名稱柱狀煤2泥巖粗砂巖泥砂兀層煌（“累原（）4.154.150.74.8512.5117.360,56tto"17.921b7921t924 3723. ?959.7883.57泥巖84.912.1987.11.618?714,543.30油d93.25巖性特征以亮煤為主，夾條 帶狀絲帶組分灰

10、至灰白色 遇水誹灰至茨白色遇水膨脹劣質(zhì)煤夫泥巖化物質(zhì)含量高.夾 亮煤條帶23896.5599. m巖夬劣質(zhì)煤123自然傾向性及發(fā)火期各煤層均有煤塵爆炸危險性。由于該區(qū)煤的燃點低，油頁巖用火柴即可直接點燃。煤層節(jié)理發(fā)育，褐煤及油頁巖易自燃發(fā)火。礦井各煤層口燃傾向性為一類容易口然發(fā)火煤層。煤2最短口然發(fā)火期為22天, 般為1-3月。1.3漿材的質(zhì)量、數(shù)量1.3.1漿材的配制及質(zhì)量1）加入少量水能夠成漿；2）泥漿的滲透性要好；3）不含可燃物或助燃物；4）泥漿要易于脫水注漿必須脫水：泥漿要易于脫水，一般要求含砂量25-30%o泥漿 注入井下，如果不易脫水，將會大量存積于采空區(qū)工作面下順槽，并在 礦山壓

11、力的作用下儲備很高的能量。當(dāng)在泥漿區(qū)下部進(jìn)行回采或掘進(jìn)工 作時，易造成潰漿事故。也不能脫水性太強(qiáng)，太易于脫水，泥漿在采空區(qū)形成堆積，起不到 包裹煤體的作用。5）泥土粒度要求；不大于2mm,細(xì)小粉粒（粒度小于lmm）要占75%以上。6）主要物理指標(biāo)：aa灌漿主要物理指標(biāo)：比重：2. 4-2. 8；塑性指數(shù)：9-14；膠體 混合物:25-30%；含沙量:25-30%；a、比重：如果比重太大，容易沉淀，流動困難，易造成堵管事故，且在采空區(qū)灌漿口附近堆積，難以覆蓋整個采空區(qū)。b、塑性指數(shù)：土壤的塑性是指其在外力作用下改變形狀，但不產(chǎn)生裂隙和斷裂， 而且當(dāng)外力停止作用后仍然保持所形成的形態(tài)的特性。在一定

12、重量濕度（）的情況下，土壤固態(tài)變成可塑狀態(tài)，這一濕度 稱為塑性下限，土壤從可塑狀態(tài)變成流體狀態(tài)的重量濕度（）,稱為塑 性上限。塑性指數(shù)（ip）系指塑性上限的重量濕度與下限重量濕度之差。一 般：粘土： tp>17；亞粘土: 10<tp17；輕壓粘土： 3<tpl0oc、膠體混合物膠體混合物體現(xiàn)了土壤結(jié)膠的能力。d、含沙量對于含沙量的要求主要是要求土壤易于脫水。比重：2. 42.8； 塑性指數(shù)：914；膠體混合物：2530%；含沙量：2530%o7）泥土要便于開采、運輸與制備。因土源距煤礦風(fēng)井5km, 土質(zhì)優(yōu)良，容重1. 3t/m屬于亞粘土，塑 性指數(shù)12,取土方便，礦井輕軌礦車

13、可直接到達(dá)取土地點。且龍口礦業(yè) 集團(tuán)采用的土水比為1： 3-5,灌漿系數(shù)0. 03-0. 05,因此，用黃土作為 該礦的灌漿材料。1.3.2漿材的數(shù)量灌漿量的確定，各礦務(wù)局都有自己的一套計算方法，都有自己的經(jīng) 驗，總的說來主要是根據(jù)灌漿區(qū)的容積、采煤方法及地質(zhì)條件等因素來 確定。具體數(shù)量再后面章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)計算。14礦井開拓方式和米區(qū)布置圖1.4.1開拓方式礦井開拓方式為中央立井分水平開拓。礦井有三個井筒，主井、風(fēng) 井位于井田的淺部(-313m)副井位于井田的中部。相見圖1-2 (礦井剖 面圖)(1) 灌漿管路設(shè)計依據(jù)由于地面風(fēng)井距井底垂高只有253. 7m,所以灌將管路采用形 布置，能使能量集

14、中，充分利用自然壓力，管路有較大的注漿能力，安 裝維護(hù)管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井->-250總回風(fēng)巷 f西冋風(fēng)上山f煤4總冋風(fēng)巷f煤4 一采皮帶上山一41 10上順f工作而。(見圖1-1)(2) 計算輸送倍線泥漿的輸送倍線為：地面灌漿站至井下灌漿地點的管線長度與灌漿 點的垂高之比。n = (1-1)h式中:x輸送倍線；l管線長度，m；11垂高，mo風(fēng)井底到4110工作面進(jìn)風(fēng)巷入口距離1850m,工作面走向長886m, 風(fēng)井長為253. 7m,再加上10%的管長，得3288.7m。工作面至地而的垂 咼為 423. 7nion二丄二3288. 7/423. 7=7. 7h（3

15、）計算是否需要泥漿泵加壓灌漿由于本礦井灌漿點距地面制漿點較近，有足夠的輸漿壓力，輸送倍 線介于2-10之間，所以不需用泥漿站加壓灌漿。但在地面制漿點需用泥 漿泵作水力取土。1.4.2開采情況現(xiàn)梁家煤礦分別在二層煤的四采區(qū)和四層煤的一采區(qū)生產(chǎn)開拓，共 有獨立供風(fēng)的生產(chǎn)工作面3個，即4110工作面、2408工作面以及1210 撤面；備用工作面1個，即2401上順、2401下順、煤4軌道巷、煤4 皮帶巷、4114 ±順、4103下順；獨立供風(fēng)嗣室19個和其它獨立供風(fēng)井 巷9個。1.4.3開采技術(shù)條件及開采方法礦井只有一個水平，標(biāo)高為-450m。井田采用上下山開采，采煤工作 面走向長壁采煤法

16、。煤2為綜采一次采全高；煤4為綜采放頂煤開采。 礦井開拓剖而圖如圖（圖1一2）所示。附：礦井開拓剖面圖1-2風(fēng)井 主井詡井1. 5灌漿站的工作制度1.5.1計算日灌漿量、時灌漿量（1）按日灌漿量計算按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計算公式為：q滬k.g/y i（1-2）式屮：q12日灌漿所需用土量，m3；k灌漿系數(shù)，取0. 03；g礦井日產(chǎn)量，t；y 1煤炭容重，t/m3oq滬0.03x3484/1.34二78 m3（2）礦井日用土量礦井實際每日所需采土量為:(1-3)式屮：qt灌日用土量，nfa取土系數(shù)，考慮土壤含有一定的雜質(zhì)和開采、運輸過程中的損失，a取 1. 1;qt二1. 1x78=85. 5

17、 m3(3) 灌漿用水量a灌漿用水量(qj可按下式計算:q.=kw. qt. 5(1-4)式屮：q”灌漿用水量，m3；l沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1. 1-1.25,取1.25；5水土比，一般取2-5,取2。q-1.25x78x2-213. 75 m3(4) 日灌漿量q 日灌漿量(qj可按下式計算：q尸(qt2+qw) x u(1 5)q尸(78+213.75) x0. 88 = 257 m3式中：qj口灌漿量，憶u泥漿制成率，如表1-1所示。表1 1水土比1:11:21:31:41:51:6泥漿容重1.451.301.201.161.131.11泥漿制成率0. 7650. 8450.

18、8800.9100. 9300. 940則小時灌漿量:(1-7)qjh二qj/n. t m7h式中：qjh小時灌漿量，m3；n每日灌漿班數(shù)，班；t每班純灌漿小時數(shù)。h/班。q.ih二257/ (2x5) =25. 7m31.5.2選擇灌漿設(shè)備本設(shè)計采用高壓水槍直接沖刷儲土場的黃土成漿，經(jīng)輸漿溝送往灌 漿泥漿攪拌池。通過攪拌好的泥漿輸漿管過風(fēng)井入井。這種制漿方法設(shè) 備簡單，投資少、勞動強(qiáng)度低、工效高。在表土層較厚的礦區(qū)，灌漿點 分散的礦井十分適用。水力取土自然成漿的制備泥漿方法，其缺點是土 水比難以控制，不能保證泥漿質(zhì)量，防火效果差，而且排水量大。2、防火灌漿系統(tǒng)與參數(shù)確定2. 1灌漿系統(tǒng)確定2

19、.1.1設(shè)計工作面概況設(shè)計工作面為4110綜采放頂煤開采工作面，工作面走向長度886m, 傾斜長度148. 5m,工作面開采參數(shù)如表2 1所示頂、底板狀況為：1) 直接頂為煤4的41-42段煤層，厚度2. 19米，煤夾泥巖。2) 直接底為煤“的47-48段煤層，厚度3.3米，泥巖夾煤，泥巖易 風(fēng)化，遇水膨脹。如煤系地層柱狀圖圖1一1所示。工作面煤塵具有爆炸性，屬低瓦斯礦井。工作面煤層易自燃，地溫 較高，一般在29-31°c左右。4110工作面總體上不具備自然排水條件， 根據(jù)對4110工作面涌水狀況預(yù)測，工作面正常涌水量為3m3/h,最人涌 水量為15m3/h,工作面不具備口口然排水條

20、件，必須安裝排水能力大于15m3/h的排水系統(tǒng)。4110工作面通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示，進(jìn)、回風(fēng)線路為：進(jìn)風(fēng)：付井f付井井底車場f東大巷f集中石門f煤4石門f煤4一采暗斜井一煤4 一采軌道一4110上順聯(lián)絡(luò)巷一4110上順一工作面回風(fēng)：工作面->4110下順一煤4 一采皮帶上山一煤4總回風(fēng)巷一23 0上山一250總冋風(fēng)巷一風(fēng)井。工作面巷道布置、支護(hù)方式(1) 材料巷釆用單體液壓支柱配合ji鋼上挑木板梁剎頂?shù)闹ёo(hù)方法進(jìn)行支護(hù)，采用25ni支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于進(jìn)風(fēng)、運料和行人。(2) 運輸巷支護(hù)方式與材料巷相同，釆用2. 8m支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于回 風(fēng)、運輸和行人。采用綜合機(jī)械化采煤方

21、法，頂板管理采用全部陷落法，機(jī)采高度為 2.8米，放頂煤高度3. 35米。2.1.2工作面參數(shù)風(fēng)井地面標(biāo)高+3. 7m,井底位于-250水平，風(fēng)井到4110工作面回風(fēng)巷入口距離為1850m,其余工作面參數(shù)如表2-1所示。附：工作面開采參數(shù)表2-1根據(jù)上述條件參數(shù)，結(jié)合龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦的實際，土源距煤礦風(fēng)井5km, 土質(zhì)優(yōu)良，容重1. 3t/m3,屬于亞粘土，塑性指數(shù)12, 取土方便，礦井輕軌礦車可直接到達(dá)取土地點。運回的土在風(fēng)井附近建立機(jī)械取土機(jī)械制備泥漿站，通過水力取土,表21 4110工作面煤層綴煤層名稱煤4水平名稱-450采區(qū)名稱煤4采區(qū)工作面名稱4110地面標(biāo)咼（m）263.6

22、工作面標(biāo)咼（1tl）- 390 -4 20工作面走向長度（m）886傾斜長度（m）148.5回采面積（忙）131571434-6總厚（m）4.54設(shè)計采高（沁6.154-44-6總厚(m)6.15容重(t/m3)1.34煤層傾角（° ）10普氏硬度（門1.5可采指數(shù)1變異系數(shù)（）5.6灰分（）28.34自然發(fā)火程度易發(fā)火瓦斯等級低級穩(wěn)定程度穩(wěn)定煤層結(jié)構(gòu)復(fù)朶回采率（）89含肝率（）12.2預(yù)定可釆期7個月循環(huán)產(chǎn)量（t）871最大涌水壘（m3/h）15日開米循環(huán)4正常涌水壘（m3/h）3生產(chǎn)能力（匕日）3484可來儲壘（萬噸）86.9年生產(chǎn)能力（t/年）1050000工業(yè)儲壘（萬噸）97

23、.67泥漿攪拌池里攪拌輪的攪拌，制成土水比達(dá)1： 2,再通過風(fēng)井灌入 井下。灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井->-250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山-> 煤4總回風(fēng)巷一煤4一采皮帶上山f 4110上順f丄作面。（見圖1-3）。2. l3防火灌漿設(shè)計基本參數(shù) 、選擇灌漿材料因土源距煤礦風(fēng)井5km, 土質(zhì)優(yōu)良，容重1. 3t/m3,屬于亞粘土，塑性指數(shù)12,取土方便，礦井輕軌礦車可直接到達(dá)取土地點。因此，用黃 土作為該礦的灌漿材料。 、選擇灌漿方法根據(jù)開采條件及采土場與井口位置關(guān)系（見圖13）,選擇隨采隨 灌。 、選擇合理的土水比泥漿的土水比是一個要參數(shù)。表示：泥漿中固體材料與水的體積比。 主要取

24、決于土質(zhì)的情況，同時又與泥漿的輸送距離、灌漿的方法、煤層 的傾角和氣候條件的變化有關(guān)。 、泥漿的土水比泥漿的土水比是一個要參數(shù)。表示：泥漿中固體材料與水的體積比。 土水比大，泥漿濃度大，其粘度、穩(wěn)定性與致密性也愈大，包裹隔離效 果好。但是土水比過大，則流散范圍小，灌漿鉆孔與輸漿管路易發(fā)生堵 塞，不能完全覆蓋采空區(qū)，形成團(tuán)塊堆積。土水比過小，則泥漿太稀， 耗水量大，礦井涌水量增加；在工作面后方采空區(qū)灌漿吋，容易流出放 頂線而惡化工作環(huán)境。土水比的大小主要取決于：1）土質(zhì)條件土質(zhì)粘度大，土質(zhì)好，易成漿土水比可以大一些以取得較好的防火 效果。否則小一些，如采用頁巖、肝石灌漿，土水比要小一些以防止堵

25、管。2）泥漿的輸送距離輸送距離遠(yuǎn)，土水比可小一些防止堵管。3）灌漿的方法采空區(qū)埋管灌漿、打鉆灌漿，土水比要小一些以免不能完全覆蓋煤題； 如果是工作面灑漿，土水比可以大一些以節(jié)省勞力，提高效率。4）煤層傾角煤層傾角越小，土水比要小一些以取得較好的流動性。5）氣候條件夏季灌漿時，氣候炎熱，土水比可大一些；冬季寒冷易結(jié)凍，土水比要小一些。一般土水比的變化范圍為1： 2-1： 5o關(guān)于土水比多少合適，還因各礦井所處的地域、土水的條件，經(jīng)濟(jì) 技術(shù)水平等不同而異，應(yīng)根據(jù)具體礦井條件而確定。這里參考幾個礦井的土水比：表2-2部分礦井的土水比礦井名稱般夏季冬季說明窯街礦務(wù)局1： 31： 2-31： 3-4石嘴

26、山礦務(wù)局1： 6-81： 7-81： 10黃河水灌漿大同礦務(wù)局1： 51： 51： 6開灤礦務(wù)局1： 7-81： 71： 10粉煤灰灌漿棗莊魏莊礦1： 51： 41： 6淮南謝三礦1： 31： 21： 4芙蓉杉木樹1： 4-6頁巖制漿撫順龍鳳礦1： 61： 61： 10頁巖制漿阜新礦務(wù)局1： 41： 3-41： 5-6參照上述示例,釆用的土水比為1： 35,灌漿系數(shù)0.030.05。2.1.3灌漿管路設(shè)計依據(jù)由于地面風(fēng)井距井底垂高只有253. 7m,安裝維護(hù)管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井一250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤一總刨風(fēng)巷f煤4采皮帶上山一4110上順f丄作面。（見圖1一1）

27、2. 2灌漿材料的選擇1）加入少量水能夠成漿；2）泥漿的滲透性要好；3）不含可燃物或助燃物；4）泥漿要易于脫水注漿必須脫水：泥漿要易于脫水，一般要求含砂量25-30%o泥漿 注入井下，如果不易脫水，將會大量存積于采空區(qū)工作面下順槽，并在 礦山壓力的作用下儲備很高的能量。當(dāng)在泥漿區(qū)下部進(jìn)行回采或掘進(jìn)工 作吋，易造成潰漿事故。也不能脫水性太強(qiáng)，太易于脫水，泥漿在采空區(qū)形成堆積，起不到 包裹煤體的作用。5）泥土粒度要求不大于加m,細(xì)小粉粒（粒度小于lmm）要占75%以上。6）主要物理指標(biāo)：aa灌漿主耍物理指標(biāo)：比重：2. 4-2.8；塑性指數(shù)：9-14；膠體 混合物：25-30%；含沙量：25-30

28、%；1）比重：如果比重太大，容易沉淀，流動困難，易造成堵管事故，且在采空區(qū) 灌漿口附近堆積，難以覆蓋整個采空區(qū)。2）塑性指數(shù)：土壤的塑性是指其在外力作用下改變形狀，但不產(chǎn)生裂隙和斷裂， 而且當(dāng)外力停止作用后仍然保持所形成的形態(tài)的特性。在一定重量濕度（）的情況下，土壤固態(tài)變成可塑狀態(tài)，這一濕度 稱為塑性下限，土壤從可塑狀態(tài)變成流體狀態(tài)的重量濕度（）,稱為塑 性上限。塑性指數(shù)（ip）系指塑性上限的重量濕度與下限重量濕度之差。 一般：粘土： ip>17；亞粘土： 10vipw17；輕壓粘土： 3vipw103）膠體混合物膠體混合物體現(xiàn)了土壤結(jié)膠的能力。4）含沙量對于含沙量的要求主要是要求土壤易

29、于脫水。比重：2.42.8；塑性指數(shù)：914；膠休混合物：2530%；含沙量：2530%o7）泥土要便于開采、運輸與制備。參超上述原則，最終采用的土水比為1： 35,灌漿系數(shù)0. 03-0. 05o2. 3地面制漿工藝流程漿液的制備與運輸可按下面的流程進(jìn)行：常用的制漿工藝主要有兩種：水力取土機(jī)械制漿法和機(jī)械攪拌制漿。 水力取土機(jī)械制漿法，多采用于制備黃泥漿，可就地取材；機(jī)械攪拌制 漿常用于制漿材料距生產(chǎn)源距礦井較遠(yuǎn)的材料。本設(shè)計采用機(jī)械攪拌制 漿工藝。工藝流程如下：粉煤灰的采集一泥漿攪拌池（攪拌機(jī)）一沉淀池（濾網(wǎng)）f注漿池 （砂漿泵）f灌漿管。1）殲石頁巖灌漿石干石頁巖采石場粒度篩選運輸設(shè)備多

30、極破碎機(jī)（球式、 鱷式）泥漿攪拌池一一泵站管道入井。2）粉煤灰灌漿發(fā)電廠一一運輸設(shè)備一一儲灰池一一攪拌池一一泵站一一管道入 井。3）黃泥灌漿水力取土、自然成漿：高壓水槍取土一一輸漿溝一一過濾篩一一管 道入井。水力取土口然成漿利用高壓水槍（壓力50-80kpa；流量85-266m3 / h）直接沖刷地而表 土成漿，經(jīng)輸漿溝送往灌漿鉆孔或管路。這種制漿方法設(shè)備簡單，投資少、勞動強(qiáng)度低、工效高。在表土層 較厚的礦區(qū)，灌漿點分散的礦井十分適用。在東北地區(qū)天寒地凍的冬季 采取貯土山同室，夏秋貯存地面黃土，冬季用水槍直接沖刷成漿。水力取 土自然成漿的制備泥漿方法，其缺點是土水比難以控制，不能保證泥漿質(zhì)量，

31、防火效果差，而且排水量大。其制漿站的布置如圖2-1所示。其灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井一-250總回風(fēng)巷一酋回風(fēng)上山一煤“總回風(fēng)巷一煤4一采皮帶上山一4110上順一工作面。圖2-1水力取土、白然成漿制漿站1-灌漿鉆孔及篦子；2-輸漿溝；3-水槍；4-輸水管路；5-水源泵房；6-取土場2. 4灌漿方法確定灌漿方法有：采前預(yù)灌；隨采隨灌；采后灌漿。隨采隨灌是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。隨采隨灌是指隨著凹采工 作面的推進(jìn)，同時向采空區(qū)灌漿。其作用有：防止遺留在采空區(qū)內(nèi)的浮煤口燃；是膠結(jié)頂板冒 落的殲石，形成再生頂板，為下分層開采創(chuàng)造條件； 具有防塵、降溫 的作用。龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦各煤層均有煤塵

32、爆炸危險性。由于該區(qū) 煤的燃點低，油頁巖用火柴即可直接點燃。煤層節(jié)理發(fā)育，褐煤及油頁 巖易自燃發(fā)火。礦井各煤層自燃傾向性為一類容易自然發(fā)火煤層。煤2 最短自然發(fā)火期為22天，一般為1-3月。冃前使用的防滅火注漿材料主要是黃土和凝膠，黃土漿主要用于采 空區(qū)預(yù)防性注漿，凝膠用于封閉密閉間、小聯(lián)絡(luò)巷及處理高溫點時使用。 因些采用隨采隨灌的灌漿方法。在自然發(fā)火期較短的厚煤層開采中，這是一項必需釆取的防火措施。 隨采隨灌的方法。根據(jù)采區(qū)巷道布置方式不同，頂板巖石冒落情況不同 有多種多樣。本設(shè)計采用埋管灌漿、灑漿等灌漿方法。1）埋管灌漿如圖（圖2-2所示），當(dāng)工作面向前推進(jìn)時，沿回風(fēng)巷臨時構(gòu)筑木垛 以保護(hù)

33、埋入冒落區(qū)的注漿管路，灌漿管埋入冒落區(qū)15-20n）,隨著工作面 的推進(jìn)，用回柱絞車向外牽引。附：埋管灌漿圖2-22）工作面灑漿一般是結(jié)合埋管灌漿，在灌漿管上接出一根25mm高壓膠管，沿工作面傾斜方向向采空區(qū)均勻地噴灑一層泥漿。作為補(bǔ)漿的措施，對埋管灌 漿不易到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行著重的噴灑，主要是工作面的下半段。如圖2-2 所示。2. 5灌漿參數(shù)確定土源距煤礦風(fēng)井5km, 土質(zhì)優(yōu)良，容重1. 3t/m3,屬于亞粘土，塑性 指數(shù)12,取土方便，礦井輕軌礦車可直接到達(dá)取土地點。龍口礦業(yè)集團(tuán) 采用的土水比為1： 3-5,灌漿系數(shù)0. 03-0. 05o灌漿量計算3.1灌漿用土量a計算3.1.1按采空區(qū)灌漿

34、量計算預(yù)防性灌漿量主要取決于灌漿形式，灌漿區(qū)的容積，采煤方法等因素。 采前預(yù)灌、采后封閉停采線灌漿都是以充滿灌漿空間為準(zhǔn)。隨采隨灌的 用土量(qs)可按下式計算。qtl=kxmxlxcxh(3-1)式中:qu灌漿用土量,m3；m煤層開采厚度，m；l灌漿區(qū)的走向長度，m；ii灌漿區(qū)的傾斜長度，ni；c煤炭回收率，；k灌漿系數(shù)，即泥漿的固體材料體積與需要灌漿的采空區(qū)空間容積之比。在k值中反映了頂板冒落巖石的松散系數(shù)，泥漿收縮系數(shù)和跑漿系數(shù)等綜合影響。本設(shè)計是預(yù)防性灌漿，取0.03。mxlxhxc表示灌漿區(qū)所采出的煤量，此方法即根據(jù)灌漿區(qū)所采岀 煤量得多少來確定灌漿量的大小。qtl=0. 03x6.

35、 15 x 148. 5 x886x89%=21605 m33.1.2按日灌漿量計算qt2二 k.g/v1 或 qt2二 km .l.h.c(3-2)式屮：qt2h灌漿所需用土量，m3；g礦井口產(chǎn)量，t；yi煤炭容重，t/m3；l工作面日進(jìn)度，m。qt2二0.03x3484/1. 34二78 m33.1.3按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計算公式為：礦井實際每fi所需采土量為：qt二a qt2(3-3)式中：qt灌日用土量，rr?a取土系數(shù)，考慮土壤含有一定的雜質(zhì)和開采、運輸過程中的損失，a取 1.1；qt二 1.1x78二86 m33.2灌漿用水量qw計算灌漿用水量(qj可按下式計算：qfk*xq.

36、x 8(3-4)式中：q.灌漿用水量，m3；k.沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1. 1-1.25,取1.25；5水土比，一般取2-5,取2。q尸 1.25x85. 5x2二214 m33.3日灌漿量qj每日的灌漿量可按下式計算：qj= (qt2+qw)u(3-5 )式中：q日灌漿量，m3；u泥漿制成率，如表所示。qj二(78+213.75) x 0.88=256 m3則小時灌漿量可按下式計算：qjh=qj/n.t m3/h(3 6)式中：n每日灌漿班數(shù)，班；t每班純灌漿小時數(shù)。h/班。則小時灌漿量：qjh二256/ (2x5) =26m33. 4其他計算方法3.4.1根據(jù)采空區(qū)所留浮煤量的多

37、少確定灌漿用土量：qti=s.t.k2.a m3(3-7)式中：s采空區(qū)傾斜面積，m2；t一殘留浮煤厚度，m；©浮煤量與用土量值比，一般取0.3-0.5；a泥漿流失系數(shù)，取1.03-l.lo3. 4. 2根據(jù)采空區(qū)體積大小確定灌漿用土量：q尸m.h.l.km3(3-8)式中：m.h.l采空區(qū)體積，rr?;k灌漿系數(shù)，一般取0.15。4灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計4. 1灌漿管道系統(tǒng)布置灌漿管路有“l(fā)”和“z”布置形式，如圖41所示。各自的優(yōu)缺點 如下： 、l形：優(yōu)點：能量集中，充分利用自然壓力，管路有較大的注漿 能力；安裝維護(hù)管理簡單。缺點：井深時壓力過大，易崩管。 、z形：與l形相反。圖4一1

38、 l”和“z”灌漿悖路圖所以灌將管路采用形布置，能使能量集中，充分利用自然壓力, 管路有較大的注漿能力。灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井一-250總回風(fēng) 巷f西回風(fēng)上山f煤4總回風(fēng)巷f煤4 一采皮帶上llf4110上順f作 面。（見圖1-3）4. 2輸送倍線計算泥漿的輸送倍線為：地面灌漿站至井下灌漿地點的管線長度與灌漿點的垂高之比。n=（4-1）h式屮：n輸送倍線；l管線長度，ni；h垂咼，m。風(fēng)井底到4110工作面進(jìn)風(fēng)巷入口距離1850m,工作面走向長886m, 風(fēng)井長為253. 7m,再加上10%的管長，得3288. 7mo工作面至地面的垂 高為 423. 7mon二丄二38& 7/4

39、23. 7=7. 7h4. 3管徑計算4.3.1主要灌漿干管直徑計算根據(jù)泥漿流速確定，對泥漿流速的要求是：a、能夠保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不要沉淀 在管中，以致發(fā)生堵管事故。臨界流速：保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不沉 淀或生堵管的最小平均流速。他與土壤的質(zhì)量、含砂量、比重、土水比 等因素有關(guān)，可通過查表得出。b、根據(jù)臨界流速計算管徑后再反過來驗算實際流速，使z略大于臨 界流速以保證泥漿的輸送和獲得最經(jīng)濟(jì)的管徑。管徑計算：d = i jh= j_ q jh（4_2）y 3600 7i v 30 斗 （）式中:qih小時灌漿量m7h；vo臨界流速m/s；d =

40、j25 -=0.09 m30 v 3.14 * 1.121查表選擇直徑d表4-1泥漿臨界流速表:土壤 名稱比重管外徑及壁厚土水比泥漿容重3 t/m臨界流速3 m /s1:31.2831. 12189x61:51.2821. 3291:71. 1341.490粘土2.71:31.2831.2301:51. 1821.453114x61:61. 1551.5501:71. 1341.6361:101.0961.934根據(jù)上表，選擇外徑為114nmi的熱軋無縫鋼管。 校驗實際流速v=4qih/3600 ji d2(4-3)v二4x25. 7/(3600x3. 14x0. 092)=l. 123m/s

41、要求：v二 1. 123m/s>v0=l. 121m/s4. 4管材確定根據(jù)灌漿壓力確定：選用無縫鋼管。式屮4- 5管壁計算垂直管道:c _ n c jz / rz + 04p b = 0 5 d ( / :) + q + /? rz -1.3p:5営壁厚按:，mm；(4-4)cl管內(nèi)徑，mm；rz許用應(yīng)力，無縫鋼管800kg/cm2；鑄鐵管200kg/cm2；普通鋼管600kg/cm2；p管內(nèi)壓力 kg/cm2, p=0. 11 yjh；j泥漿容重t/m3,取1.2；h井深，253.7m；a考慮管壁不均勻的附加厚度，鋼管l-2mm；鑄鐵管7-9mm；b考慮垂直管道磨損的附加厚度，根據(jù)管

42、道的服務(wù)年限取l-4mmo水平管道:pd140 nr(45)管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9。011*12* 253.7 *0.114 n 小=2 = 2 yy1171 卜 4 = 6 19 mm140 *0.9* 800管材確定根據(jù)上述計算，并結(jié)合表4 1,最終選擇外徑為114mni的熱軋無縫鋼管。5水槍選擇5.1、水槍的流量特性計算5.1.1水槍噴嘴出口射流速度水槍噴嘴出口射流速度可根據(jù)式(5-2)進(jìn)行計算。=“s= u(5_1)式中：4)流速系數(shù)，取0.94；h水槍工作壓頭，m。5.1.2水槍噴嘴流量水槍流量可根據(jù)式(5-2)進(jìn)行計算。(5-2)式中：u流量系數(shù)如射流未經(jīng)壓縮則u

43、二e；s水槍噴嘴出口斷面，s=jtd2/4；d水槍噴嘴直徑，mm；5.1.3水槍噴嘴直徑mm水槍噴嘴直徑可根據(jù)式(5-3)進(jìn)行計算。v2h = 0.06 (5-3)5.1.4水槍噴嘴壓頭in水槍噴嘴壓頭可根據(jù)式(5-4)進(jìn)行計算。(5-4)z = q5.1.5水槍臺數(shù)計算式中：qt2水槍小時用土量，m7h；qw水槍小吋用水量，m7h；q單位耗水量，(水槍在某一壓力下取土 1代所消耗的水量)m7m35.2單位耗水量單位耗水量可參照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。5. 2.1粘土；松散土壤，松散砂土風(fēng)化泥炭等水槍壓力：30-40 m； (3-4kg/cm2)單位耗水量：5-6m3/m3；5.2.2亞粘土；堅固黃上，砂土等水槍壓力：40-60 m；單位耗水量：6-7m3/m3；5.2.3輕亞粘土；極堅固黃土，砂土等水槍壓力：60-70 m；單位耗水量：7-9m7m3；6泥漿泵選擇下列情況需要泥漿泵：a如果管路太長，輸漿壓力不夠； b地面灌漿站距井口太遠(yuǎn)，泥漿至井口壓力不夠;lwc采用水力取土