MDZ-60型地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)設計.

1、MDZ-60地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)西安森蘭科貿(mào)有限責任公司西安科技大學礦山應用技術研究所2006年5月地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)設計方案黃泥灌漿是煤礦最主要的防滅火手段之一，其原理是泥漿中的水份吸收大量 熱，起到滅火降溫的作用，黃土覆蓋浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌漿防滅 火時，泥漿濃度對注漿防滅火的效果影響很大，泥漿濃度越大效果越好?，F(xiàn)有灌漿 防滅火系統(tǒng)的水土比通常在5:1左右，漿液流失量大，灌漿效率低，而且，灌注黃 泥漿時還存在嚴重的“拉溝”現(xiàn)象，在較大空間內(nèi)不能有效地堆積，下部煤層開采 時還容易發(fā)生“潰漿”事故。在發(fā)現(xiàn)煤層自燃高溫點時，采用常規(guī)的注水、灌漿和噴阻化劑時，由于重

2、力作 用，漿液流往低處，不能在高處積存、滲流范圍很小，難以撲滅高處大面積火源； 漿液往低處流，沖出水溝，不能有效降低塊煤內(nèi)部溫度，停止注漿后，風流滲透流 暢，復燃很快，且用水或灌漿控制火勢時，將迅速產(chǎn)生大量水蒸汽，反而會促進煤 層自燃火勢發(fā)展，惡化工作環(huán)境，并有產(chǎn)生水煤汽爆炸的危險。采用注氮、注惰性 泡沫滅火時，需封閉性嚴，且氣體熱容小，能帶走高溫區(qū)的熱量有限，滅火周期很 長，火區(qū)復燃概率高。膠體防滅火技術集堵漏、降溫于一體，防滅火效果佳，已成為煤層自燃火災治 理的主要技術手段之一。1膠體防滅火材料簡介1.1膠體防滅火材料的分類及組成目前煤礦使用的防滅火膠體主要有以下四種：1） “凝膠”是以硅

3、膠為主體，由基料（水玻璃）、促凝劑（碳酸氫鈉）、增強劑 （黃土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。2）“稠化膠體”由稠化懸浮劑（JXF1930、黃土或粉煤灰和水按比例混合而成。3）“復合膠體”由膠凝劑（FCJ12、黃土或粉煤灰和水按比例混合而成。4）“高分子膠體”由滅火劑（MCJ12和水按比例混合而成。膠體中各種材料所起的作用主要如下：1）水作為溶劑，所起的主要作用是將各種成膠材料通過管路輸送到指定地點， 并起到吸熱降溫作用。2）粉煤灰或黃土作為主要充填物，起到充填浮煤孔隙，包裹煤體，隔絕煤氧接觸，阻隔火勢的發(fā)展和蔓延，并有利于再生頂板的形成。3）膠體外加劑的主要作用是對水、粉煤灰或黃土漿液進行改

4、性，提高其利用率, 并改善其防滅火效能，避免“潰水、潰漿”等次生事故的發(fā)生。1.2膠體防滅火材料的性能膠體材料具有如下防滅火性能：1）固水降溫性：膠體中90沖上是水，易于流動的水被固結(jié)起來，充分發(fā)揮水 的降溫作用；成膠過程是吸熱反應，煤溫上升使膠體中的水汽化，也吸收大量的熱。2）滲透和堵漏性：成膠材料是易于流動的液體，滲透到煤層縫隙中后形成膠體， 堵住漏風通道。3）阻化性：促凝劑和基料本身都是阻化劑，兩者反應生成的材料也是阻化劑， 膠體具有通用阻化劑的性能。4）熱穩(wěn)定性：在1000多度的高溫下膠體不熔化、不破裂，仍能保持完好，只 是慢失水干裂。5）充填性能：增強劑（黃土、粉煤灰等）用量增加，膠

5、體耐壓性增強，高濃度 膠體泥漿可充填高冒空頂區(qū)。6）滅火安全性：由于膠體有束水作用，在用于撲滅煤火時，不會急劇產(chǎn)生大量 的水煤汽而惡化工作環(huán)境或發(fā)生爆炸。7）有效期：正常情況下（TV28C，濕度90%,膠體可長期保存在煤層中（現(xiàn) 場實測十三個月仍完好），防止煤層自然發(fā)火或火區(qū)復燃。8） 成膠時間可控性：最短成膠時間25s，慢的可控制在2h以上，便于針對不同 發(fā)火情況和現(xiàn)場使用工藝對其進行適當調(diào)節(jié)。為了更好地發(fā)揮水、灌漿材料和膠體材料的防滅火性能，針對不同的現(xiàn)場環(huán)境、 使用條件、應用工藝和原料成本，森蘭科貿(mào)有限責任公司與西安科技大學聯(lián)合開發(fā) 了（稠化膠體）懸浮劑、（復合膠體）膠凝劑、（高分子膠體

6、）滅火劑等一系列新型 的膠體防滅火材料。1.3膠體防滅火技術的特色1）滅火速度快：由于膠體獨特的滅火性能，其滅火速度很快，通常巷道小范圍的 火僅需幾小時即可撲滅，工作面后方大范圍的火也只需幾天即可撲滅。2）安全性好：膠體在松散煤體內(nèi)膠凝固化、堵塞漏風通道 ，故有害氣體消失快;在高溫下，膠體不會產(chǎn)生大量水蒸汽，不存在水煤氣爆炸和水蒸汽傷人危險3）火區(qū)啟封時間短：注膠滅火工程實施完，即可啟封火區(qū)。4）火區(qū)復燃性低：高溫區(qū)內(nèi)只要有膠體滲透到的地點都不會復燃 膠體 固水；降溫；堵漏；阻化；充填;性能 有效期長；成膠時間可控；滅火安全；速度快產(chǎn)品 名稱 型號（稠化膠體）懸浮劑JXF1930（復合膠體）膠

7、凝劑FCJ12（高分子膠體）滅火劑MCJ12膠體外觀主要增加漿液的粘稠度、用途保水性和滲透性；及使稀泥漿達到稠泥漿性能的防滅火效果；特點解決漿液管路輸送過程中的沉淀堵管問題。用量0.1%實現(xiàn)漿液的液固轉(zhuǎn)化；指定地點停留，充分發(fā)揮 膠體的降溫和堵漏風作用； 有粘彈性，可對移架造成 的新裂隙進行二次封堵。0.06%實現(xiàn)水的液固轉(zhuǎn)化；堵塞煤層縫隙，包裹 高溫煤體，隔絕氧氣， 降低煤溫，扌卜滅火源。0.8%使用均勻撒入漿液中； 方法通過專用設備加入在注漿點附近，通過礦用移 在滅火地點附近，通過 動式防滅火注漿裝置將其加礦用移動式防滅火注漿入灌漿管路裝置，將其與水混合后注入火區(qū)適用環(huán)境仰采工作面采空區(qū)；

8、 沿空巷道鄰近采空區(qū); 開切眼和停采線灌漿。俯采工作面采空區(qū)； 沿空巷道鄰近側(cè)采空區(qū)； 巷邦及巷道頂； 開切眼和停采線灌漿滅火火災快速控制和熄滅; 小范圍區(qū)域的防火。性能對比膠體滅火技術指標外觀：白色固體；粒度：0.2mm；容重：0.80g/cm3; 包裝：25kg 50g；儲存：陰涼干燥處；保質(zhì)期：2年。2膠體防滅火系統(tǒng)的類型膠體防滅火系統(tǒng)類型主要分為：地面固定式；地面移動式；井下移動式三種, 這些系統(tǒng)使用所須的條件及其應用時的優(yōu)缺點如下表。系統(tǒng) 名稱地面固定式 注膠防滅火系統(tǒng)地面移動式 注膠防滅火系統(tǒng)井下移動式 注膠防滅火系統(tǒng)型號MDZ-60MYZ-30ZMJ-15工藝流程地面：系統(tǒng)將水、

9、黃土等用 量大的材料，以及需添加的 膠體外加劑按比例混合好 后，通過灌漿管路輸送至井 下防滅火地點；井下：將膠凝劑等用量小且 易運輸?shù)牟牧?，通過礦用移 動式防滅火注漿裝置，加入 漿管內(nèi)與漿液混合后，注入 防滅火區(qū)域。系統(tǒng)將水、黃土等材料， 以及需添加的外加劑按比例 混合好后，通過管道輸送至 地面注膠火火鉆孔內(nèi)或井下 防滅火地點；利用ZHJ-5/1.8G礦用 移動式防滅火注漿裝置，將 FCJ12膠凝劑等材料按比例 加入漿管內(nèi)與漿液混合后， 注入防滅火區(qū)域。井下：系統(tǒng)將水、粉煤灰 等材料按比例混合好后， 通過管道輸送至防滅火 地點，用礦用移動式防滅 火注漿裝置，將膠凝劑按 比例加入漿管內(nèi)與漿液 混

10、合后，注入防滅火區(qū) 域。優(yōu)點控制范圍廣；運行穩(wěn)疋、流量大； 井下材料運輸量極?。?井下人員工作量極小。移動靈活，適應性強； 灌漿站位置可機動地改變； 灌漿倍線小；不需固定設施。系統(tǒng)投資??； 滅火時反應快； 系統(tǒng)所需空間小。缺點投資大，管路長，需小量注 膠的地點，不易操控。需在地面尋找合適的場地， 且水、電和制漿料易于到位。井下原料運輸量較大。系統(tǒng)主要設備定量送料機、膠體制備機、 濾漿機、渣漿泵、排污泵、 監(jiān)控系統(tǒng)、礦用移動式防滅 火注漿裝置。制濾漿機、懸浮劑添加機、 渣漿泵、礦用移動式防滅火 注漿裝置、控制柜等。泥漿泵、礦用移動式防滅 火注漿裝置、礦用移動式 防滅火注漿裝置。3 MDZ-60地

11、面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)3.1系統(tǒng)功能功能一：灌漿。本系統(tǒng)每小時最多可將4om的制漿料（土、灰）送入制濾機制成一定濃度的漿液，經(jīng)過濾后通過管路進入注漿地點，達到防滅火目的。功能二：灌注稠化膠體。通過加入一定比例的JXF1930稠化懸浮劑，使?jié){液成為稠化膠體，然后通過渣漿泵輸送至灌漿管網(wǎng)，到達用漿地點。功能三：灌注復合膠體。在注漿地點附近，使用“ ZHJ-5/1.8G（N）礦用移動式 防滅火注漿裝置”向輸漿管路的漿液內(nèi)加入 FCJ12復合膠體膠凝劑，形成復合膠體 泥漿注入火區(qū)。功能四：壓注高分子膠體。使用“ZHJ-5/1.8G（ N）礦用移動式防滅火注漿裝置” 以每小時5 m3以下的流量將水和

12、 MCJ12膠體滅火劑制成高分子膠體并以一定壓力注 入火區(qū)。3.2系統(tǒng)構(gòu)成MDZ-60地面固定式膠體防滅火系統(tǒng)由漿料儲存場地、漿料輸送、連續(xù)式定量制漿、過濾攪拌、計量、輸漿及管網(wǎng)系統(tǒng)和外加劑添加等部分構(gòu)成，見圖1和圖2。推土機（裝載機、汽車）或輸送機懸浮劑皮帶輸送機清水泵地面緩沖池41灌漿管路濾漿機*渣漿泵膠體制備機*井下膠凝劑礦用移動式防滅火注漿裝置灌漿注膠地點*定量送料機圖1地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)流程框圖定量送料機圖2地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)工藝流程圖3.3系統(tǒng)布置本系統(tǒng)主要設備、儀表、控制柜等都應以固定形式安裝在注漿站內(nèi)，注漿站應 建有一定面積的廠房，主要制、濾漿設備及控制系統(tǒng)

13、等需安裝于廠房內(nèi)。所使用的 防滅火材料也應放置于廠房內(nèi)，制漿原料等置于廠房外，但應有雨蓬防雨。從灌漿 站至井下的灌漿管路最好通過鉆孔進行連接?！暗V用移動式防滅火注漿裝置”置于井下靠近灌漿點附近（不超出150m做為膠凝劑的添加設備，也可做為突發(fā)火區(qū)和小范圍高溫點的前期控制和滅火裝備。材料的運輸及貯存：制漿料（黃土、粉煤灰）由采土場（盡可能過篩或使用較 好的黃土（粉煤灰）用貨車運至運至灌漿站土場（可提前貯存一定量，約500方），用推土機或鏟車將黃土（粉煤灰）裝入膠體制備機的主料箱內(nèi)?；希ㄋＡВ┛?使用罐車（每車510方不等）運至灌漿站并放入基料池（基料池內(nèi)嚴禁有水或進 水），使用時打開閥門即可

14、放出。懸浮劑購入后放置于灌漿站材料庫中，灌漿時取出 使用，材料庫嚴禁進水并保持陰涼干燥。膠凝劑在注膠時由井下操作工人從地面運至井下使用地點（每班使用量很少）。注漿站的布置：本地面灌漿站須建在供水、供電、交通運輸及能滿足灌漿倍線 要求的地方。現(xiàn)以寧煤集團羊場灣煤礦為例，見圖 3。0輸詵機材料庫控制富緩沖池圖3地面固定式灌漿注膠防滅火系統(tǒng)平面布置示意圖rT t0休息室定量送料機膠體制備機渣漿泵供水：附近有穩(wěn)定流量（大于 50mVh ）的供水水源，如：高位水倉、穩(wěn)定水原 井、河流邊、井下返水點等附近。如果灌漿站位置不能滿足這些條件則需在灌漿站 附近新建儲水倉，由水源處間斷或連續(xù)小流量向水倉供水，以保

15、證灌漿時所需水量。供電：根據(jù)所選用的設備不同，其供電功率相差較大，選用110KW渣漿泵時供電功率為180KW建議在現(xiàn)場允許的條件下架設獨立變壓器為系統(tǒng)單獨供電。交通運輸：灌漿站應建設在交通便利、場地較為寬闊的地方，以保證設備、人 員、原料運輸?shù)臅惩?。灌漿倍線：灌漿倍線是指灌漿管路出、入口之間的灌漿管路長度與垂直高差的 比值，不同漿液濃度所需的倍線值不同。本系統(tǒng)中加入懸浮劑的1:1的灰漿的灌漿倍線不應大于15,否則就應考慮使用鉆孔以縮短灌漿管路長度或加壓提升漿液理論 垂直高度。當使用較長地面管路時應充分考濾地形條件對管路產(chǎn)生的影響而選用合 理的設備進行輸送。3.4應用工藝功能1）：灌漿具體步驟：

16、a. 打開供水閥門，根據(jù)計劃注漿的流量和濃度調(diào)整水量，給膠體制備機與濾漿 機通水一段時間；b. 使用裝載機（推土機）把黃土（粉煤灰）從土場加入到定量送料機料箱內(nèi)；c. 定量送料機會按已設定的輸送量把黃土（粉煤灰）均勻送上皮帶輸送機；d. 皮帶輸送機把黃土（粉煤灰）轉(zhuǎn)運至膠體制備機上料架；e. 水與黃土（粉煤灰）均由上料架的導料漏斗處進入膠體制備機，膠體制備機把水與黃土（粉煤灰）混合、攪拌均勻制成漿液，并將漿液中大于15mm勺顆粒通過刮渣板刮出，漿液通過出漿管自流進入濾漿機；f. 濾漿機將漿液中大于8mm勺顆粒過濾后通過刮渣板刮出，以免其在輸漿管路 中沉淀堵塞；其余合格漿液通過出漿管自流進入緩沖

17、池；g. 緩沖池內(nèi)漿液由渣漿泵（泥漿泵）送至井下注膠地點起到滅火的功效（灌漿站附近有鉆孔可不使用泵送，由緩沖池出口管路直接自流入鉆孔）。功能 2）:灌注稠化膠體具體步驟：a. 打開供水閥門，根據(jù)計劃注漿的流量和濃度調(diào)整水量，給膠體制備機與濾漿機 通水一段時間；b. 使用裝載機（推土機）把黃土（粉煤灰）從土場加入到定量送料機料箱內(nèi)；c. 定量送料機會按已設定的輸送量把黃土（粉煤灰）均勻送上皮帶輸送機；d. 皮帶輸送機把黃土（粉煤灰）轉(zhuǎn)運至膠體制備機上料架；e. 水與黃土（粉煤灰）均由上料架的導料漏斗處進入膠體制備機，膠體制備機把水與黃土（粉煤灰）混合、攪拌均勻制成漿液，并將漿液中大于15mm勺顆

18、粒通過刮渣板刮出，在膠體制備機出口管上方的懸浮劑添加裝置內(nèi)加入懸浮 劑，漿液與懸浮劑通過出漿管自流進入濾漿機；f. 濾漿機將漿液與懸浮劑攪拌混合形成稠化膠體漿液，并將漿液中大于8mm的顆粒過濾后通過刮渣板刮出，以免其在輸漿管路中沉淀堵塞；其余合格漿液通過出漿管自流進入緩沖池；g. 緩沖池內(nèi)稠化膠體漿液由渣漿泵（泥漿泵）送至井下注膠地點起到滅火的功效（灌漿站附近有鉆孔可不使用泵送，由緩沖池出口管路直接自流入鉆孔）。功能3）:灌注復合膠體具體步驟：a. 打開供水閥門，根據(jù)計劃注漿的流量和濃度調(diào)整水量，給膠體制備機與濾漿機 通水一段時間；b. 使用裝載機（推土機）把黃土（粉煤灰）從土場加入到定量送料

19、機料箱內(nèi)；c. 定量送料機會按已設定的輸送量把黃土（粉煤灰）均勻送上皮帶輸送機；d. 皮帶輸送機把黃土（粉煤灰）轉(zhuǎn)運至膠體制備機上料架；e. 水與黃土（粉煤灰）均由上料架的導料漏斗處進入膠體制備機，膠體制備機把水與黃土（粉煤灰）混合、攪拌均勻制成漿液，并將漿液中大于15mm勺顆粒通過刮渣板刮出，在膠體制備機出口管上方的懸浮劑添加裝置內(nèi)加入懸浮 劑，漿液與懸浮劑通過出漿管自流進入濾漿機；f. 濾漿機將漿液與懸浮劑攪拌混合形成稠化膠體漿液，并將漿液中大于8mm的顆粒過濾后通過刮渣板刮出，以免其在輸漿管路中沉淀堵塞；其余合格漿液通過出漿管自流進入緩沖池；g. 緩沖池內(nèi)稠化膠體漿液由渣漿泵（泥漿泵）送

20、至井下注膠地點（灌漿站附近 有鉆孔可不使用泵送，由緩沖池出口管路直接自流入鉆孔）。h. 當漿液到達井下注膠地點附近時，使用“ ZHJ-5-1.8G礦用移動式防滅火注漿 裝置”按比例要求向注漿管路內(nèi)注入膠凝劑，膠凝劑會使?jié){液在一定時間內(nèi)（1分鐘左右）發(fā)生膠凝反應，形成類似豆腐狀無流動性的復合膠體， 在壓力 做用下通過裂隙緩慢移動，失去部分水后完全失去流動性，從而起到更好的 滅火的功效。功能4）:壓注高分子膠體（即礦用移動式防滅火注漿裝置：ZHJ-5/1.8G單獨使用所具備的功能，主要用于煤層火災的快速控制和熄滅）在井下安裝好“礦用移動式防滅火注漿裝置”（離用膠地點距離小于30m，把“高分子膠體滅

21、火劑”加入設備膠凝劑料箱，按使用現(xiàn)場的要求調(diào)節(jié)“高分子膠體 滅火劑”的加入量，水和高分子膠體滅火劑混合制成高分子膠體后壓注入火區(qū)起到 快速滅火的功效。3.5系統(tǒng)設計參數(shù)1）制漿原料：粉煤灰、砂土;2）動力：系統(tǒng)設備總功率110kw3）供水：大于50mVh，水壓大于0.4Mpa,要求水中無不溶性雜物；4）水灰比:31:1 ;5）制漿料用量：VOmVh ;6）注漿量：60 m3/h ;7）懸浮劑使用量：0.1% （稠化膠體）；8）膠凝劑使用量：0.06% （復合膠體）；9）滅火劑使用量：0.8% （高分子膠體）。3.6主要設備及技術參數(shù)1）定量送料機型號：GD65 300數(shù)量：1臺最大送料量：40m3/h ;功率：5.5kw ;電壓：380V。功能：將黃土（粉煤灰）等制漿料按設定量均勻送到輸送機上。2）皮帶輸送機（配電子皮帶秤）型號：DT75 數(shù)量：1套輸送量：50mVh ;功率：4kw;電壓：380V。帶長：根據(jù)設計圖確定，帶寬：500mm膠帶類型：普通型橡膠帶皮帶尾架配有拉緊裝置，室外部分必須設置防雨設施功