礦井火災(zāi)防治理論與技術(shù)課程設(shè)計防火灌漿設(shè)計

1、預(yù)防性灌漿設(shè)計礦井火災(zāi)防治理論與技術(shù)課程設(shè)計姓 名： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號： 班級序號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 目 錄前 言31.防火灌漿設(shè)計依據(jù)及基礎(chǔ)資料41.1礦井概況41.2煤層賦存條件51.3煤的碳化程度、煤巖成分、自燃傾向性及發(fā)火期51.3.1 煤的碳化程度和煤巖成分51.3.2 自燃傾向性及發(fā)火期71.4開采條件、地溫及瓦斯71.4.1 開采條件71.4.2 地溫71.4.3 瓦斯81.5礦井開拓方式和采區(qū)采區(qū)通風(fēng)81.5.1 礦井開拓方式81.5.2 開采情況81.5.3 通風(fēng)情況91.6灌漿站工作制度101.6.1 日灌漿量和時灌漿量計算102.防火灌漿系統(tǒng)與參數(shù)確定12

2、2.1工作面概況122.1.1 工作面參數(shù)122.1.2 防火灌漿設(shè)計基本參數(shù)132.2灌漿系統(tǒng)確定142.3灌漿材料的選擇142.4地面制漿工藝流程162.5 灌漿方法確定172.5.1 埋管灌漿172.5.2 工作面灑漿182.6灌漿參數(shù)確定193.灌漿量計算203.1灌漿用土量計算203.1.1 按采空區(qū)灌漿量計算203.1.2 按日灌漿量計算203.1.3 礦井日用土量213.2灌漿用水量計算213.3灌漿量計算213.3.1 灌漿用水量213.3.2 日灌漿量224.灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計224.1灌漿管道系統(tǒng)布置224.2輸送倍線計算234.3管徑計算244.4管壁計算264.5管材確定

3、265.水槍選擇276.泥漿泵選擇297.灌漿站主要設(shè)施317.1泥漿攪拌池及攪拌機(jī)317.2儲土場31前 言礦井火災(zāi)是指發(fā)生在礦井地面或井下、威脅礦井生產(chǎn)安全、造成災(zāi)害的一切非控制燃燒。礦井火災(zāi)不容忽視，特別是煤炭的自燃情況，更加要引起各地各煤礦的高度關(guān)注。礦井火災(zāi)是煤礦主要災(zāi)害之一，火災(zāi)一旦發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)，重者可能燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴(yán)重者則可能引燃瓦斯煤塵爆炸或火煙毒化礦井，釀成人員傷亡的重大惡性事故。盡管當(dāng)前礦井防滅火技術(shù)有了很大發(fā)展，但是仍然難以杜絕礦井火災(zāi)的發(fā)生，因此，必須作好礦井的防火滅火工作，以保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。本課程設(shè)計是礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。通過本

4、課程設(shè)計，使學(xué)生了解地下火災(zāi)的發(fā)生原因與發(fā)展過程、煤炭的自燃學(xué)說，自燃的原因及發(fā)展過程，掌握地下火災(zāi)的預(yù)測、預(yù)報及預(yù)防方法和措施等基本知識，培養(yǎng)學(xué)生具有地下火災(zāi)的監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)防與撲救及地下工程防滅火設(shè)計的能力。預(yù)防性灌漿的作用： 預(yù)防性灌漿的作用有以下幾點(diǎn)： （1）泥漿中的沉淀物將碎煤包裹起來，隔絕其與空氣的接觸；（2）沉淀物充填于浮煤和冒落的巖石縫隙之間，堵塞漏風(fēng)通道，減少漏風(fēng)；同時，灌漿可以加速形成再生頂板，從而有利于下部分層的開采； （3）泥漿對已經(jīng)自熱的煤炭有冷卻散熱作用。 別外，漿液還可以增加煤的外在水分，減緩其氧化進(jìn)程。防火灌漿設(shè)計1.防火灌漿設(shè)計依據(jù)及基礎(chǔ)資料1.1礦井概況龍口

5、礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力180萬ta，位于山東省龍口市黃縣煤田西北隅，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(diǎn)順序圈定，西至龍口渤海，北以1-10號礦界坐標(biāo)點(diǎn)與梁家煤礦相鄰，東北以10-17號礦界坐標(biāo)點(diǎn)與桑園煤礦分界，至20號勘探線，南以f13、f14，f40，f43、f59，斷層及煤2-800m等高線為界。井田面積：東西長約9-9.5km，南北寬約3-6.1km，面積約48km。煙(臺)濰(坊)公路橫貫井田中部，西南至濰坊167km，東至煙臺1l4.5km，分別與膠濟(jì)鐵路、藍(lán)煙鐵路相接，可通達(dá)全國各地。井田西端龍口港可通煙臺、天津、大連等城市

6、，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)6.22?？刹杉兠嚎偤?0.64m。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?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

7、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l油2水的最大涌水量為300m3h，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)

8、系，海水與采煤關(guān)系不大。1.2煤層賦存條件井田內(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，含煤地層含煤6層，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4，屬第三系煤系地層煤上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?？刹捎晚搸r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。本井田地質(zhì)條件簡單，區(qū)內(nèi)地形平坦。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

9、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。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。1.3煤的碳化程度、煤巖成分、自燃傾向性及發(fā)火期1.3.1 煤的碳化程度和煤巖成分含煤地層含煤6層，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4，屬第三系煤系地層煤上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?？刹捎晚搸r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

10、穩(wěn)定，局部達(dá)可采厚度。本井田地質(zhì)條件簡單，區(qū)內(nèi)地形平坦。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。詳見煤系地層綜合柱狀圖。附：煤系地層綜合柱狀圖（圖1）煤系地層綜合柱狀圖（圖1）1.3.2 自燃傾向性及發(fā)火期各煤層均有煤塵爆炸危險性。由于該區(qū)煤的燃點(diǎn)低，油頁巖用火柴即可直接點(diǎn)燃。煤層節(jié)理發(fā)育，褐煤及油頁巖易自燃發(fā)火。具有煤層自燃傾向性，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膠，黃土

11、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)時使用。1.4開采條件、地溫及瓦斯1.4.1 開采條件現(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，即4110工作面、2408工作面以及1210撤面；備用工作面1個。資源總量為41714.2萬t，其中工業(yè)儲量29284.2萬t，可采儲量16289.6萬t，其中“三下”壓可采儲量13264.3萬t，煤總量28511.5萬t，其中工業(yè)儲量22944.8萬t，可采儲量12631.1萬t，其中“三下”壓可采儲量106774萬t。油頁巖總量為13202.7萬t，其中工業(yè)儲量6339.4萬t，可采儲

12、量3658.5萬t，其中“三下”壓可采儲量2586.9萬t。1.4.2 地溫地溫的垂向變化：地溫隨著深度的增加而增高。本井田在地下300m的溫度為23-25，地溫梯度3.13-3.43/100m；垂深500m時，溫度31-33，地溫梯度3.37-3.7/100m，達(dá)到一級熱害區(qū)上限；垂深700m時，溫度38-41，地溫梯度3.5-3.79/100m，達(dá)到二級熱害區(qū)上限；垂深900m時，溫度高達(dá)49，在含煤段由于巖性復(fù)雜，煤和油頁巖導(dǎo)熱性差，低溫梯度在4.6-6/100m，反映了井田地溫是偏高的。地溫在平面上的變化：地溫從平面上看，東部和西部有明顯差異。在西部，31等溫線分布在-500-550m

13、水平上；在東部31等溫線分布在-400-450m水平上。37等溫線在西部分布在-650-700m水平，東部則分布在-600-650m水平。-450m水平切面的地溫狀況為28.9-34.2，平面上的變化是含煤區(qū)溫度高，非含煤區(qū)溫度低，東部高西部底，相差約2?？傊?，井田屬巖溫型地溫異常，使-450m水平以下的煤層處于一級和二級熱害之中。1.4.3 瓦斯根據(jù)2003年12月山東省煤礦通風(fēng)檢測站編制的龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦礦井通風(fēng)能力核定及系統(tǒng)評價瓦斯等級鑒定結(jié)果：相對涌出量為1.330m3t，絕對涌出量為6.121m3min；二氧化碳:相對涌出量為2.029m3t，絕對涌出量為9.326m3min

14、。根據(jù)礦井瓦斯等級鑒定標(biāo)準(zhǔn)，梁家煤礦定為低瓦斯礦井。1.5礦井開拓方式和采區(qū)采區(qū)通風(fēng)1.5.1 礦井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。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。煤2為綜采一次采全高；煤4為綜采放頂煤開采。礦井開拓與通風(fēng)系統(tǒng)平面圖如（圖3）所示，礦井開拓剖面圖如（圖2）1.5.2 開采情況2002年末礦井資源總量為41714.2萬t，其中工業(yè)儲量29284.2萬t，可采儲量16289.6萬t，其中“三下”壓可采儲量13264.3萬t，煤總量28511.5萬t，

15、其中工業(yè)儲量22944.8萬t，可采儲量12631.1萬t，其中“三下”壓可采儲量106774萬t。油頁巖總量為13202.7萬t，其中工業(yè)儲量6339.4萬t，可采儲量3658.5萬t，其中“三下”壓可采儲量2586.9萬t?，F(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，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上順、4103下順；獨(dú)立供風(fēng)硐室19個和其它獨(dú)立供風(fēng)井巷9個。礦井開拓剖面圖（圖2）1.5.3 通風(fēng)情況礦井通風(fēng)方式為中央邊界式，通風(fēng)方法為抽出式，副井提升兼

16、進(jìn)分，主井提升兼輔助進(jìn)風(fēng)，風(fēng)井通風(fēng)機(jī)房配備2臺軸流式通風(fēng)機(jī)，型號均為1k58no.27，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用。每臺主要通風(fēng)機(jī)配備一臺td630/29-6型電動機(jī)，額定功率為56kw。礦井總進(jìn)風(fēng)量9374.1 m3/min，總回風(fēng)量5924.0 m3/min，總排風(fēng)量9801.6 m3/min，礦井需風(fēng)量7308.0 m3/min， 礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力為1892.1pa，礦井等積孔為4.47m2，礦井屬通風(fēng)容易礦井。1.6灌漿站工作制度1.6.1 日灌漿量和時灌漿量計算按日灌漿量計算 按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計算公式為： qt2=k.g/1 (1-6-1)式中：qt2 日灌漿所需用土量，m3；k

17、灌漿系數(shù)，取0.04；g 礦井日產(chǎn)量，t； 1 煤炭容重，t/m3。 則: qt2= 礦井實(shí)際每日所需采土量為： qt=aqt2 (1-6-2) 式中： qt灌日用土量，m3 a 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；則： qt =灌漿用水量qw 灌漿用水量(qw)可按下式計算： qw=kw.qt. (1-6-3)式中： qw 灌漿用水量，m3； 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。則: qw=礦井開拓與通風(fēng)系統(tǒng)平面圖（圖3）時灌漿量日灌漿量qj qj=（qt2+qw）u (1-6-4) 則: qj=

18、式中：qj日灌漿量，m3； u泥漿制成率，如表1-1所示。 表1-6-1：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0.7650.8460.8800.9100.9300.940則小時灌漿量：qjh=qj/n.t m3/h (1-6-4)式中：qjh 小時灌漿量，m3；n 每日灌漿班數(shù),2班；t 每班純灌漿小時數(shù)，5h/班。則： qjh=2.防火灌漿系統(tǒng)與參數(shù)確定2.1工作面概況2.1.1 工作面參數(shù)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1所示，煤層綜合柱狀圖如圖

19、1所示，頂、底板狀況為：1) 直接頂為煤4的41-42段煤層，厚度2.19m，煤夾泥巖。2) 直接底為煤4的47-48段煤層，厚度3.3m，泥巖夾煤，泥巖易風(fēng)化，遇水膨脹。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4110工作面涌水狀況預(yù)測，工作面正常涌水量為3m3/h，最大涌水量為15m3/h，工作面不具備自自然排水條件，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3所示，進(jìn)、回風(fēng)線路為：進(jìn)風(fēng)：付井付井井底車場東大巷集中石門煤4石門煤4一采暗斜井煤4一采軌道4110上順聯(lián)絡(luò)巷4

20、110上順4110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3.35米。2.1.2 防火灌漿設(shè)計基本參數(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。411

21、0工作面煤層參數(shù) 2-1表：煤層名稱煤4水平名稱-450采區(qū)名稱煤4一采區(qū)工作面名稱4110地面標(biāo)高（m）2.63.6工作面標(biāo)高（m）-390-420工作面走向長度（m）886傾斜長度（m）148.5回采面積（m2）1315714-34-6總厚（m）4.54設(shè)計采高（m）6.154-44-6總厚（m）6.15容重（t/m3）1.34煤層傾角（）10普氏硬度（f）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)雜回采率（）89含矸率（）12.2預(yù)定可采期7個月循環(huán)產(chǎn)量（t）871最大涌水量（m3/h）15日開采循環(huán)4正常涌水量（m3/h）3

22、生產(chǎn)能力（t/日）3484可采儲量（萬噸）86.9年生產(chǎn)能力（t/年）1050000工業(yè)儲量（萬噸）97.672.2灌漿系統(tǒng)確定龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦的土源距煤礦風(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(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4一采皮帶上山4110上順4110工作面。（見圖4）2.3灌漿材料的選擇灌漿材料的選擇要求：1）加入少量水能夠成漿；泥漿加入水后要能溶

23、解成漿，不能形成團(tuán)團(tuán)塊塊或夾雜大量矸石，否則易堵管和灌漿不均勻。灌漿路線布置示意圖（圖4）2）泥漿的滲透性要好； 泥漿注入井下后要能夠滲透，很快將媒體包裹起來。否則等于白注。3）不含可燃物或助燃物； 泥漿本身要不含可燃物，如黃鐵礦、硫酸鹽類等。4）泥漿要易于脫水漿要易于脫水，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)工作時，易造成潰漿事故。5）泥土要便于開采、運(yùn)輸與制備泥土要便于開采、運(yùn)輸與制備，要從經(jīng)濟(jì)上考慮。龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦的土源距煤礦風(fēng)井5km，土質(zhì)優(yōu)良，容重1.3t/

24、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(diǎn)，因而采用黃土制漿。為了提高泥漿質(zhì)量，加大泥漿濃度，在制漿前將黃土充分浸泡使之粉化后再進(jìn)行攪拌。2.4地面制漿工藝流程人工或機(jī)械取土制漿, 當(dāng)?shù)V井灌漿量大，土源較遠(yuǎn)或者限于地形條件，灌漿點(diǎn)分散等，則可采用人工或機(jī)械取土，建立集中灌漿站、泥漿攪拌池制備泥漿。見(圖5)地面制漿工藝流程示意圖（圖5）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：粉煤灰的采集泥漿攪拌池（攪

25、拌機(jī)）沉淀池（濾網(wǎng)）注漿池（砂漿泵）灌漿管。 主要設(shè)備該系統(tǒng)主要有攪拌池、減速器、攪拌器、沉淀池、濾網(wǎng)、下液式泥漿泵等設(shè)備組成。 系統(tǒng)參數(shù)及性能指標(biāo)a. 制漿料輸送量：20t/h；b. 水量：30m3/h；c. 灰水比：1:31:10；d. 攪拌泵：bld2433kw；e. 離心式液下泥砂泵：80nyl609ge，流量為60m m3/h；f. 攪拌器：焊接件；g. 減速器： xl.xld112/3kw。2.5 灌漿方法確定2.5.1 埋管灌漿龍口礦業(yè)集團(tuán)公司梁家煤礦各煤層均有煤塵爆炸危險性。由于該區(qū)煤的燃點(diǎn)低，油頁巖用火柴即可直接點(diǎn)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

26、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。我國煤礦采用的預(yù)防性灌漿的方法多種多樣，大體可分為：采前灌漿、隨采隨灌、采后灌漿等三種類型。 .采前灌漿所謂采前灌漿即是尚未開采先行灌漿。這種灌漿方法是針對開采老窯多、易自燃、特厚煤層發(fā)展起來的。當(dāng)巖石運(yùn)巷和風(fēng)巷掘出以后，分層航道尚未掘送之前，按設(shè)計的位置，由巖石區(qū)段巷道開鉆窩向煤層打鉆以探明古窯老虛的分布和位置，然后進(jìn)行采前預(yù)灌。 .隨采隨灌 隨著回采工作面的推進(jìn)，同時向采空區(qū)灌漿。其作用一是防止遺留在采空區(qū)內(nèi)的浮煤自燃；二是膠結(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。另外，它還具有防塵、降溫的作用。隨采隨灌的方

27、法根據(jù)采區(qū)巷道布置方式的不同，頂板巖石冒落情況不同有多種多樣。如埋管灌漿、插管灌漿、灑漿、打鉆灌漿等。 .采后灌漿開采自然發(fā)火不是十分嚴(yán)重的厚煤層時，可在工作面采完后，封閉停采線的上下出口，然后，在上部密閉墻上插管灌注泥漿。其目的一是封閉采空區(qū)，其次是充填最易發(fā)生自燃火災(zāi)的停采線，以防止自燃火災(zāi)的發(fā)生。因回風(fēng)道埋管灌漿工藝最為簡單，使用方便,目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。因而本設(shè)計采用隨采隨灌的方式進(jìn)行灌漿。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)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。隨采隨灌

28、：隨著回采工作面的推進(jìn)，同時向采空區(qū)灌漿。作用：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。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)計采用埋管灌漿、工作面灑漿的方法。埋管灌漿:如圖(圖6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)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。2.5.2 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)

29、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。工作面埋管灌漿和工作面灑漿示意圖(圖6)2.6灌漿參數(shù)確定 根據(jù)設(shè)計資料，龍口礦業(yè)集團(tuán)采用的水土比為=1：2-5，灌漿系數(shù)k=0.03-0.05。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(diǎn)。3.灌漿量計算灌漿量的確定，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。3.1灌漿用土量計算3.1.1 按采空區(qū)灌漿量計算 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

30、灌漿空間為準(zhǔn)。隨采隨灌的用土量(qt)可按下式計算： qt1=k.m.l.h.c （3-1-1）式中：qt1 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； h 灌漿區(qū)的傾斜長度，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。對于對于預(yù)防性灌漿取0.01-0.15；對于封閉區(qū)內(nèi)的滅火灌漿，可取0.1-0.3。則： qt =k.m.l.h.c 3.1.2 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： qt2=k.g/1 （3-1-2）式中：qt2日灌

31、漿所需用土量，m3； g礦井日產(chǎn)量，t,3484 t； 1煤炭容重，1.34t/m3； l工作面日進(jìn)度，m。則：qt2=k.g/1 =3.1.3 礦井日用土量礦井實(shí)際每日所需采土量為： qt=aqt2式中： qt灌日用土量，m3 a 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；則：qt =3.2灌漿用水量計算 灌漿用水量(qw)可按下式計算： qw=kwqt （3-2-1）式中：qw灌漿用水量，m3； 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=3.3灌漿量計算3.3.1 灌漿用水量灌漿用水量(qw)可按下式計

32、算： qw=kw.qt. (3-3-1)式中： qw 灌漿用水量，m3； 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。則: qw=3.3.2 日灌漿量日灌漿量qj可按下式計算： qj=（qt2+qw）u (3-3-1) 則: qj=式中：qj日灌漿量，m3； u泥漿制成率，如表1-6-1所示。 則:小時灌漿量qjh=qj/n.t m3/h (3-3-2)式中：qjh 小時灌漿量，m3；n 每日灌漿班數(shù),2班； t 每班純灌漿小時數(shù)，5h/班。則： qjh=34.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。其中:l

33、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)管理簡單。 缺點(diǎn)：井深時壓力過大，易崩管。z形：與l形相反。4.2輸送倍線計算泥漿的輸送倍線：泥漿的輸送倍線為：地面灌漿站至井下灌漿地點(diǎn)的管線長度與垂高之比，n=l/h。在2-10之間。預(yù)防性灌漿一般采用靜壓灌漿。灌漿系統(tǒng)的阻力與靜壓動力之間的關(guān)系用輸送倍線表示。泥漿的輸送倍線是指從地面灌漿站至井下灌漿點(diǎn)的管線長度與垂高之比，即： n= (4-2-1)式中：n輸送倍線；l管線長度，m；h垂高，m。泥漿的輸送倍線是衡量灌漿能力大小的參數(shù)。 n 過大，說明管線太長，阻力過大，輸漿壓力小，進(jìn)漿不暢，易發(fā)生堵管現(xiàn)象。 n 過小，泥漿出

34、口壓力大，在采空區(qū)分布不均，易發(fā)生跑漿事故。 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。工作面至地面的垂高為423.7m。 n=4.3管徑計算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：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。 根據(jù)臨界流速計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

35、送和獲得最經(jīng)濟(jì)的管徑。管徑計算可按下式計算： （4-3-1）式中：qjh小時灌漿量m3/h； v0臨界流速m/s，預(yù)選臨界流速v0 = 1.121 m/s 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t/m3臨界流速m3/s粘土2.78961:31:51:71.2831.2821.1341.1211.3291.49011461:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.2301.4531.5501.6361.93416871:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.4121.6741.7791.8772

36、.2198961:31:51:71.2831.2821.1341.4291.6941.90011461:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.5701.8601.9782.0862.46716871:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.8012.1302.2702.3942.830驗(yàn)實(shí)際流速 v=4qj/3600d2 要求: v=v0查泥漿臨界流速表，所以選用管徑114 mm無縫鋼管。4.4管壁計算垂直管道按下式計算： （4-4-1）式中：管壁厚度，mm； d管內(nèi)徑，mm； rz 許用應(yīng)力，無縫鋼管800

37、kg/cm2；鑄鐵管200kg/cm2；普通鋼管600kg/cm2； p管內(nèi)壓力kg/cm2，p=0.11jh； 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： （4-4-2）式中：n管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9。4.5管材確定根選擇管材的主要依據(jù)是管道所需承受的壓力，而壓力與井深成正比。通常情況下，井深不超過200m，多采用焊接鋼管，井深超過200m，多采用無縫鋼管。據(jù)壓力決定采用無縫鋼管。 5.水槍選擇水槍選擇由于礦井灌漿、灑漿沒

38、有專用的水槍，所以一般采用低層建筑、建筑高度在24m以下的民用水槍。水槍噴嘴直徑有：13、16、19、22、32、44mm。實(shí)際工作需要，設(shè)計水槍采用32mm。因?yàn)閔=，所以 v = 式中:收縮系數(shù)，一般取0.94水槍的流量 qq= s （5-1-1） =3.28d2h0.5式中:s噴嘴橫斷面積，h水槍工作壓頭，40m.qq = =3.28d2h0.5 水帶直徑 ：50mm的水帶適應(yīng)噴嘴直徑16mm的水槍；65、75mm的水帶適應(yīng)噴嘴直徑19mm的水槍；90mm的水帶適應(yīng)噴嘴直徑22mm的水槍。出水帶標(biāo)準(zhǔn)長度：20m.水槍的臺數(shù): n = （5-1-2） 式中：qw取土?xí)r的用水量， qq單臺水槍的流量， qw = qti qw = qti q, （5-1-3）式中：q水槍取土1m3時的耗水量