礦井防滅火課程設(shè)計(jì)

1、.前言一、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)概述1、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的進(jìn)行礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，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(xiàng)實(shí)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(jì)加深對(duì)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(shí)的理解。 綜合應(yīng)用理論解決實(shí)際問題， 培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算、繪圖和設(shè)計(jì)的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。2、進(jìn)行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和作用2.1 進(jìn)行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)，必須對(duì)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

2、、注惰性氣體、均壓等措施，編制相應(yīng)的防滅火設(shè)計(jì)，防止自然發(fā)火。在礦井設(shè)計(jì)、延伸、新水平、新采區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)，防止煤炭的自燃。泥漿起到三個(gè)作用： 包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化； 加強(qiáng)采空區(qū)的致密性，防止漏風(fēng)；. 冷卻已發(fā)熱的煤體與圍巖，降低溫度。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)課程設(shè)計(jì)大綱的要求，對(duì)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(jì)，具體內(nèi)容包括：1、說明防火灌漿設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算4、灌漿管

3、道系統(tǒng)設(shè)計(jì)5、灌漿泵設(shè)計(jì)6、水槍設(shè)計(jì)7、灌漿站及主要設(shè)施設(shè)計(jì)三、設(shè)計(jì)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(jì).梁家煤礦礦井預(yù)防性灌漿防火課程設(shè)計(jì)1 防火灌漿設(shè)計(jì)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(jì)生產(chǎn)能力180 萬 t a，位于山東省龍口市黃縣煤田西北隅，井田范圍由國(guó)土資源部以國(guó)地資礦通字20001130 號(hào)文批復(fù)，由1-41 號(hào)礦界坐標(biāo)點(diǎn)順序圈定，西至龍口渤海，北以 1-10 號(hào)礦界坐標(biāo)點(diǎn)與梁家煤礦相鄰， 東北以 10-17 號(hào)礦界坐標(biāo)點(diǎn)與桑園煤礦分界，至20 號(hào)勘探線，南以f13、f14，f40，f43、f59，斷層及煤2

4、-800m 等高線為界。井田面積：東西長(zhǎng)約9-9.5km ，南北寬約3-6.1km ，面積約 48km。煙( 臺(tái) ) 濰( 坊 ) 公路橫貫井田中部，西南至濰坊167km，東至煙臺(tái)1l4.5km ，分別與膠濟(jì)鐵路、藍(lán)煙鐵路相接，可通達(dá)全國(guó)各地。井田西端龍口港可通煙臺(tái)、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，地面標(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 l 、煤 1、煤 2、煤 3，及煤 4。純煤平均總厚 13.44m，含煤系數(shù) 6

5、.22 ?？刹杉兠嚎偤?10.64m。1.1.2 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(yè)巖 4 層，即油 1、油 2、油 3、油 4。可采油頁(yè)巖平均總厚 4.30m。油 1、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 上 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(jiǎn)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

6、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?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)器底板砂巖為本區(qū)對(duì)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 l 油 2 水的最大涌水量為 300

7、m3h，煤 2 底板砂巖水的最大涌出量為51m3h，這三層主要的含水層對(duì)主采煤層的回采造成直接的影響。本井田西臨渤海，海中也有第四系的含水層和隔水層，第四系頂部為厚3.50-4.40m 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 揮發(fā)份：將煤加熱到850時(shí)，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

8、%。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(duì)涌出量為 2.029m3t ，絕對(duì)涌出量為 9.326m3min，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 l 、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?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(yè)巖4 層，即油 1、油 2、油 3、油 4?？刹?/p>

9、油頁(yè)巖平均總厚4.30m。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)器底板砂巖為本區(qū)對(duì)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。 詳見（圖 11）煤系地層綜合柱狀圖。附：煤系地層綜合柱狀圖1-1.1.2.3 自然傾向性及發(fā)火期各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)性

10、。由于該區(qū)煤的燃點(diǎn)低，油頁(yè)巖用火柴即可直接點(diǎn)燃。煤層節(jié)理發(fā)育，褐煤及油頁(yè)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。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%。泥漿注入井下，如果不易脫水，將會(huì)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(chǔ)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(shí)，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

11、作用。5）泥土粒度要求；不大于 2mm，細(xì)小粉粒（粒度小于1mm）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(dòng)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(gè)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

12、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： 10ip 17；輕壓粘土： 3ip 10。c 、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(duì)于含沙量的要求主要是要求土壤易于脫水。比重：2.4 2.8 ；塑性指數(shù)： 914； 膠體混合物： 2530%；含沙量： 2530%。7）泥土要便于開采、運(yùn)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 3，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(diǎn)。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.

13、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(jì)算方法，都有自己的經(jīng)驗(yàn)，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(jì)算。.1.4 礦井開拓方式和采區(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(gè)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）灌漿管路設(shè)計(jì)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“ l”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，安裝維護(hù)管理簡(jiǎn)單。因此灌漿路線為：地面灌漿站風(fēng)井 -250 總回風(fēng)巷西回風(fēng)上山煤 4 總回

14、風(fēng)巷煤 4 一采皮帶上山 4110 上順工作面。（見圖 1-1 ） 計(jì)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(diǎn)的管線長(zhǎng)度與灌漿點(diǎn)的垂高之比。n =l（1-1）h式中：n輸送倍線；l管線長(zhǎng)度， m；h垂高， 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(zhǎng)886m，風(fēng)井長(zhǎng)為253.7m，再加上10%的管長(zhǎng)，得3288.7m。工作面至地面的垂高為 423.7m。.n= l=3288.7/423.7=7.7h 計(jì)算是否需要泥漿泵加壓灌漿由于本礦井灌漿點(diǎn)距地面制漿點(diǎn)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(diǎn)需用泥漿泵作

15、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(dú)立供風(fēng)的生產(chǎn)工作面 3 個(gè)，即 4110 工作面、 2408 工作面以及 1210 撤面；備用工作面 1 個(gè)，即 2401 上順、 2401 下順、煤 4 軌道巷、煤 4 皮帶巷、 4114 上順、 4103 下順；獨(dú)立供風(fēng)硐室 19 個(gè)和其它獨(dú)立供風(fēng)井巷 9 個(gè)。1.4.3 開采技術(shù)條件及開采方法礦井只有一個(gè)水平，標(biāo)高為-450m。井田采用上下山開采，采煤工作面走向長(zhǎng)壁采煤法。煤2 為綜采一次采全高；煤4 為綜采放頂煤開采。礦井開拓剖面圖如圖（圖12）所示。附：礦井開拓剖面圖1-2.1.5灌漿站的工作

16、制度1.5.1 計(jì)算日灌漿量、時(shí)灌漿量（ 1）按日灌漿量計(jì)算按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計(jì)算公式為：qt2 =k.g/1（12）3式中： qt2 日灌漿所需用土量，m；k灌漿系數(shù)，取0.03 ；g礦井日產(chǎn)量， t ；1 煤炭容重，t/m 3。qt2 =0.03 3484/1.34=78 m 3（2）礦井日用土量.礦井實(shí)際每日所需采土量為：qt =aqt2（13）3式中： qt 灌日用土量， ma取土系數(shù)，考慮土壤含有一定的雜質(zhì)和開采、運(yùn)輸過程中的損失，a取 1.1 ；qt =1.1 78=85.5 m 3（3）灌漿用水量 qw灌漿用水量 (qw) 可按下式計(jì)算：qw=kw.qt . （14）3式中

17、： qw灌漿用水量， m；k w沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1.1-1.25 ，取 1.25 ；水土比，一般取2-5 ，取 2。qw=1.25 782=213.75 m3（4）日灌漿量 qj日灌漿量（ qj ）可按下式計(jì)算：qj=（q +q） u（15）t2wqj=（78+213.75） 0.88 257 m33式中： qj 日灌漿量， m；u泥漿制成率，如表1-1 所示。表 11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0.7650.8450.8800.9100.9300.940則小時(shí)灌漿量：qjh =qj/n.t m 3

18、/h（17）.3式中： qjh 小時(shí)灌漿量， m；n每日灌漿班數(shù) , 班；t 每班純灌漿小時(shí)數(shù)。h/ 班。qjh =257/ （25）=25.7m31.5.2 選擇灌漿設(shè)備本設(shè)計(jì)采用高壓水槍直接沖刷儲(chǔ)土場(chǎng)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(jiǎn)單，投資少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工效高。在表土層較厚的礦區(qū)，灌漿點(diǎn)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(diǎn)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2.1.1 設(shè)計(jì)工作面概況設(shè)計(jì)工作面為 4110 綜采放頂煤開采工作面，工作面走

19、向長(zhǎng)度 886m，傾斜長(zhǎng)度 148.5m，工作面開采參數(shù)如表 21 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 4 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 11 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 左右。 4110 工作面總體上不具備自然排水條件，根據(jù)對(duì) 4110 工作面涌水狀況預(yù)測(cè)，工作面正常涌水量為3，最大涌3m/h.3水量為15m/h ，工作面不具備自自然排水條件，必須安裝排水能力大于315m/h 的排水系統(tǒng)

20、。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)：付井付井井底車場(chǎng)東大巷集中石門煤4 石門煤4 一采暗斜井煤4 一采軌道4110 上順聯(lián)絡(luò)巷 4110 上順工作面回風(fēng)：工作面 4110下順煤 4 一采皮帶上山煤4 總回風(fēng)巷 23上山 250 總回風(fēng)巷風(fēng)井。工作面巷道布置、支護(hù)方式(1) 材料巷采用單體液壓支柱配合鋼上挑木板梁剎頂?shù)闹ёo(hù)方法進(jìn)行支護(hù)，采用 2.5m 支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于進(jìn)風(fēng)、運(yùn)料和行人。(2) 運(yùn)輸巷支護(hù)方式與材料巷相同， 采用 2.8m 支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于回風(fēng)、運(yùn)輸和行人。采用綜合機(jī)械化采煤方法，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

21、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(shí)際，土源.距煤礦風(fēng)井 5km，土質(zhì)優(yōu)良，容重 1.3t/m 3 ，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(diǎn)。運(yùn)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，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：地面灌漿站風(fēng)井 -250 總回風(fēng)巷西回風(fēng)上山煤 4 總回風(fēng)巷煤 4 一

22、采皮帶上山 4110 上順工作面。（見圖 1-3 ）。2.1.3 防火灌漿設(shè)計(jì)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/m 3，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(diǎn)。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(chǎng)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(gè)要參數(shù)。 表示：泥漿中固體材料與水的體積比。主要取決于土質(zhì)的情況，同時(shí)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(gè)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

23、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)灌漿時(shí)，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(yè)巖、矸石灌漿，土水比要小一些以防止堵管。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。

24、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(dòng)性。5）氣候條件夏季灌漿時(shí)，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 ：5。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(gè)礦井的土水比：表 22 部分礦井的土水比礦井名稱一般夏季冬季說明窯街礦務(wù)局1：31：2-31： 3-4石嘴山礦務(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

25、：4-6頁(yè)巖制漿撫順龍鳳礦1：61：61： 10頁(yè)巖制漿.阜新礦務(wù)局1：41：3-41： 5-6參照上述示例，采用的土水比為1：35，灌漿系數(shù) 0.03 0.05 。2.1.3 灌漿管路設(shè)計(jì)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(jiǎn)單。因此灌漿路線為：地面灌漿站風(fēng)井 -250 總回風(fēng)巷西回風(fēng)上山煤 4 總回風(fēng)巷煤 4 一采皮帶上山 4110 上順工作面。（見圖 11）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%。泥漿注入井下，如果不易脫水，將會(huì)大量存積于采

26、空區(qū)工作面下順槽，并在礦山壓力的作用下儲(chǔ)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(shí)，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1mm）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%；1 ）比重：如果比重太大，容易沉淀，流動(dòng)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(gè)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

27、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： 10ip 17；輕壓粘土： 3 ip 103）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(duì)于含沙量的要求主要是要求土壤易于脫水。比重： 2.4 2.8 ；塑性指數(shù)： 914；膠體混合物： 2530%；含沙量： 2530%。7）泥土要便于開采、運(yùn)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 0.0

28、5 。2.3 地面制漿工藝流程漿液的制備與運(yùn)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(jì)采用機(jī)械攪拌制漿工藝。工藝流程如下：粉煤灰的采集泥漿攪拌池（攪拌機(jī)）沉淀池（濾網(wǎng)）注漿池（砂漿泵）灌漿管。1）矸石頁(yè)巖灌漿矸石頁(yè)巖采石場(chǎng)粒度篩選運(yùn)輸設(shè)備多極破碎機(jī)（球式、鱷式）泥漿攪拌池泵站管道入井。2）粉煤灰灌漿發(fā)電廠運(yùn)輸設(shè)備儲(chǔ)灰池?cái)嚢璩乇谜竟艿廊刖?）黃泥灌漿水力取土、自然成漿：高壓水槍取土輸漿溝過濾篩管道入井。水力取土自然成漿利用高壓水槍 ( 壓力

29、50-80kpa；流量85-266m3 h) 直接沖刷地面表土成漿，經(jīng)輸漿溝送往灌漿鉆孔或管路。這種制漿方法設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工效高。在表土層較厚的礦區(qū)，灌漿點(diǎn)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峒室，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(diǎn)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。其制漿站的布置如圖2-1 所示。其灌漿路線為：地面灌漿站風(fēng)井-250 總回風(fēng)巷西回風(fēng)上山煤 4 總回風(fēng)巷煤4 一采皮帶上山4110 上順工作面。634512圖 2-1 水力取土、自然成漿制漿站l- 灌漿鉆孔及篦子；2- 輸漿溝

30、； 3- 水槍； 4- 輸水管路； 5- 水源泵房；6- 取土場(chǎng)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。隨采隨灌是指隨著回采工作面的推進(jìn)，同時(shí)向采空區(qū)灌漿。其作用有：防止遺留在采空區(qū)內(nèi)的浮煤自燃；是膠結(jié)頂板冒落的矸石，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爆炸危險(xiǎn)性。由于該區(qū)煤的燃點(diǎn)低，油頁(yè)巖用火柴即可直接點(diǎn)燃。煤層節(jié)理發(fā)育，褐煤及油頁(yè)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。.目前使用的防滅火注漿材料主要是黃土和凝

31、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(diǎn)時(shí)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(xiàng)必需采取的防火措施。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(jì)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(shí)，沿回風(fēng)巷臨時(shí)構(gòu)筑木垛以保護(hù)埋入冒落區(qū)的注漿管路，灌漿管埋入冒落區(qū) 15-20m，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

32、泥漿。作為補(bǔ)漿的措施，對(duì)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/m 3，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(diǎn)。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 。3 灌漿量計(jì)算3.1 灌漿用土量qt 計(jì)算3.1.1 按采空區(qū)灌漿量計(jì)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(jì)算。qt1 =kmlch（3-1 ）3式中： qt1 灌漿

33、用土量， m；m 煤層開采厚度， m；l 灌漿區(qū)的走向長(zhǎng)度， m；h 灌漿區(qū)的傾斜長(zhǎng)度， m；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(jì)是預(yù)防性灌漿，取 0.03 。.mlhc表示灌漿區(qū)所采出的煤量，此方法即根據(jù)灌漿區(qū)所采出煤量得多少來確定灌漿量的大小。3qt1 =0.03 6.15 148.5 88689%=21605 m3.1.2 按日灌漿量計(jì)算q =k.g/ 或q =k.m.l.h.c（3-2）t21t2式中： qt2日灌漿所需用土量，m3；g礦井日產(chǎn)量， t； 1

34、煤炭容重， t/m 3；l工作面日進(jìn)度， m。qt2 =0.03 3484/1.34=78 m 33.1.3 按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計(jì)算公式為：礦井實(shí)際每日所需采土量為：qt =aqt2（3-3）式中： qt灌日用土量， m3a取土系數(shù)，考慮土壤含有一定的雜質(zhì)和開采、運(yùn)輸過程中的損失，a取 1.1；qt =1.178=86 m33.2 灌漿用水量qw 計(jì)算灌漿用水量 (qw) 可按下式計(jì)算：qw=kwqt （3-4 ）3式中： qw灌漿用水量， m；kw沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1.1-1.25 ，取 1.25 ；水土比，一般取2-5 ，取 2。.qw=1.25 85.5 2=214

35、m33.3 日灌漿量qj每日的灌漿量可按下式計(jì)算：qj=（qt2+qw）u（3-5）式中： qj日灌漿量， m3；u泥漿制成率，如表1-1 所示。qj=（78+213.75） 0.88=256 m3則小時(shí)灌漿量可按下式計(jì)算：jh =qj/n.tm3/h（ ）q3 6式中： n每日灌漿班數(shù) ,班；t每班純灌漿小時(shí)數(shù)。h/ 班。則小時(shí)灌漿量：3qjh =256/ （25）=26m3.4 其他計(jì)算方法3.4.1 根據(jù)采空區(qū)所留浮煤量的多少確定灌漿用土量:qti =s.t.k2.a m3（37）式中： s采空區(qū)傾斜面積， m2；t殘留浮煤厚度， m；k2浮煤量與用土量值比，一般取0.3-0.5；a泥漿

36、流失系數(shù)，取1.03-1.1。3.4.2根據(jù)采空區(qū)體積大小確定灌漿用土量:qti =m.h.l.km3（38）式中： m.h.l采空區(qū)體積， m3;.k灌漿系數(shù)，一般取0.15。4 灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 灌漿管道系統(tǒng)布置灌漿管路有“ l”和“ z”布置形式，如圖41 所示。各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下：、l 形：優(yōu)點(diǎn)：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(jiǎn)單。缺點(diǎn)：井深時(shí)壓力過大，易崩管。、 z 形：與 l 形相反。圖 4 1l ”和“ z ” 灌漿管路圖所以灌將管路采用 “l(fā)”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：地面灌漿站風(fēng)井 -250

37、 總回風(fēng)巷西回風(fēng)上山煤 4 總回風(fēng)巷煤 4 一采皮帶上山 4110 上順工作面。（見圖 1-3 ）4.2 輸送倍線計(jì)算泥漿的輸送倍線為：地面灌漿站至井下灌漿地點(diǎn)的管線長(zhǎng)度與灌漿點(diǎn)的垂高之比。.n= l（4 1）h式中： n輸送倍線；l管線長(zhǎng)度， m；h垂高， 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(zhǎng)886m，風(fēng)井長(zhǎng)為253.7m，再加上10%的管長(zhǎng)，得3288.7m。工作面至地面的垂高為 423.7m。n= l=388.7/423.7=7.7h4.3 管徑計(jì)算4.3.1 主要灌漿干管直徑計(jì)算根據(jù)泥漿流速確定，對(duì)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

38、能夠順利流動(dòng)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(dòng)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(jì)算管徑后再反過來驗(yàn)算實(shí)際流速，使之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(jì)算：d4 qjh1q jh（42）v 030v 03600式中： q 小時(shí)灌漿量3m/h ；jhv0臨界流速 m/s；125 .7d0 .09 m.303 .14 * 1 .121.查表選擇直徑d表 4-1泥漿臨界流速表：土壤泥漿容重臨界流速比重管外徑及壁厚土水比33名稱t/mm/s1:31.

39、2831.12189 61:51.2821.3291:71.1341.490粘土2.71:31.2831.2301:51.1821.45311461:61.1551.5501:71.1341.6361:101.0961.934根據(jù)上表，選擇外徑為114mm的熱軋無縫鋼管。校驗(yàn)實(shí)際流速v=4q /3600 d2（43）jhv=425.7/(3600 3.14 0.09 2)=1.123m/s要求 :v=1.123m/s v0=1.121m/s4.4 管材確定根據(jù)灌漿壓力確定：選用無縫鋼管。.4.5 管壁計(jì)算 垂直管道：rz0.4 p（44）0.5d (1) a brz1.3p式中：管壁厚度，mm

40、；d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=0.11j h； j泥漿容重 t/m 3，取 1.2 ；h井深 , 253.7m ；a 考慮管壁不均勻的附加厚度，鋼管1-2mm；鑄鐵管 7-9mm；b考慮垂直管道磨損的附加厚度，根據(jù)管道的服務(wù)年限取1-4mm。 水平管道：pda（45）140 nr zn管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動(dòng)系數(shù)，取0.9 。0.11 * 1.2 * 253 .70.1) 2 4 6.19 mm0.5 * 0.114 ( 800 0.4* 0.11114* .2 * 253 .722mm140 * 8000.9 *1.8003*.11 * 1.2 * 253 .7 管材確定根據(jù)上述計(jì)算，并結(jié)合表41，最終選擇外徑為114mm的熱軋無縫鋼管。.5 水槍選擇5.1 、水槍的流量特性計(jì)算5.1