神東天隆霍洛灣煤礦31煤水平開采灌漿防滅火設(shè)計(jì)

神東天隆霍洛灣煤礦31煤水平開采灌漿防滅火設(shè)計(jì)（鄂爾多斯市神東工程設(shè)計(jì)有限公司，內(nèi)蒙古，鄂爾多斯，017209）

【摘要】灌漿防滅火方法是將注漿材料（黃土、頁(yè)巖、矸石、粉煤灰、尾礦等）細(xì)?；蠹铀苽涑蓾{，用水力輸送到煤礦井下注入需要防滅火區(qū)域內(nèi)，封堵漏風(fēng)通道、包裹煤巖阻止氧化、冷卻煤巖溫度而預(yù)防或撲滅礦井火災(zāi)的一項(xiàng)技術(shù)措施?！娟P(guān)鍵詞】灌漿；防滅火；方法；步驟；計(jì)算；工藝流程；管路布置

霍洛灣煤礦綜采工作面開采煤層的特點(diǎn)：一是煤層傾角小，不有利于漿體沿傾斜方向的擴(kuò)散；二是工作面長(zhǎng)度達(dá)300m，注漿管口在進(jìn)、回風(fēng)側(cè)采空區(qū)，漿體不容易到達(dá)采空區(qū)中部；三是工作面采高大，漿體很不容易將采空區(qū)充填滿，預(yù)防和撲滅采空區(qū)高頂處的火源點(diǎn)難度大；四是礦區(qū)冬季寒冷，水土凍結(jié)，給正常開展防滅火灌漿工作帶來(lái)困難。鑒于此，建立的黃泥灌漿系統(tǒng)主要作用一是間斷性地向采空區(qū)注入泥漿；二是為工作面停采設(shè)備回撤后對(duì)停采線及密閉內(nèi)的巷道進(jìn)行大量灌漿充填，三是作為搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)，結(jié)合灌漿快速處理火災(zāi)。1、現(xiàn)有地面注漿站概況目前霍洛灣煤礦在主斜井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)建成了一座能力為70m3/h的地面注漿站，通過(guò)管路引入2-2煤大巷，各綜采工作面順槽管路分別與大巷注漿管路對(duì)接，形成井下現(xiàn)有的灌漿系統(tǒng)，泥漿的水土比為3：1。主要設(shè)施有：（1）地面儲(chǔ)土場(chǎng)；（2）灌漿站房；（3）半地下式緩沖池；（4）清水池。主要設(shè)備有：70m3/h的滾筒式注漿設(shè)備2、現(xiàn)有地面注漿站能力校驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)算（詳見灌注泥漿參數(shù)計(jì)算及選擇），3-1煤水平開采時(shí)的灌漿能力需求為63.1m3/h，現(xiàn)有有灌漿站能力滿足3-1煤水平開采時(shí)的需要，故不需新建及改擴(kuò)建灌漿站系統(tǒng)。3、灌注泥漿系統(tǒng)灌注泥漿系統(tǒng)主要由制漿系統(tǒng)、運(yùn)漿系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)組成。制漿系統(tǒng)是由電氣控制和制漿生產(chǎn)兩部分組成。運(yùn)漿系統(tǒng)采用管路輸送方式進(jìn)行運(yùn)漿。注漿系統(tǒng)是由井下埋管(或插管)、井下注漿和管路加壓泥漿泵組成。4、可能發(fā)出現(xiàn)的使用權(quán)及解決地方法為防止注漿過(guò)程中滲水發(fā)生潰漿、水事故淹透沒工作面，應(yīng)采取如下措施進(jìn)行預(yù)防：1）選擇井下排水設(shè)備時(shí)考慮注漿滲水量，在在礦井實(shí)測(cè)提供涌水量的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟆?）注漿材料選擇粉煤加膠體，灰水比為1:3，漿體含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用黃土作為注漿材料的含水量，減少發(fā)生將體析水量，降低發(fā)生潰將、透水事故的風(fēng)險(xiǎn)。3）工作面巷道中配備足夠的小水泵，及時(shí)疏通將體解析水中無(wú)法外流的部分。4）工作面下巷道中設(shè)小水溝，以使將體解析水能盡量流出采空區(qū)。5）用于制將材料固體顆粒度應(yīng)小于2mm，以加強(qiáng)滲透性，且應(yīng)具有一定的穩(wěn)定性。5、灌注泥漿方法由于本礦井井下煤層的自然發(fā)火期較短，工作面推進(jìn)速度快，結(jié)合鄰近礦井及附近礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，采取隨采隨灌和采后灌漿相結(jié)合的灌漿辦法。隨采隨灌采用埋管灌漿的方法，在回采過(guò)程中，隨著工作面推進(jìn)，放頂前沿兩側(cè)順槽在采空區(qū)內(nèi)預(yù)先埋好灌漿管。采后封閉灌漿就是在工作面回采結(jié)束后，在兩順槽施工防火密閉對(duì)采空區(qū)進(jìn)行封閉，通過(guò)預(yù)留在密閉上的灌漿管向停采線內(nèi)采空區(qū)灌漿，充填空間。6、灌注漿步驟打開供水閥門，根據(jù)計(jì)劃注漿的流量和濃度調(diào)整水量；通水一段時(shí)間后使用裝載機(jī)將黃土加入到定量送料機(jī)料箱內(nèi)，定量送料機(jī)會(huì)按已設(shè)定的輸送量把黃土均勻送上輸送機(jī)，輸送機(jī)再把黃土送入制漿機(jī)；水也在制漿機(jī)的進(jìn)料口位置加入，制漿機(jī)將水與黃土混合、攪拌制成均勻濃度漿液，并將漿液中大于15mm的顆粒濾出；由懸浮劑添加機(jī)在制漿機(jī)出口管加入懸浮劑，漿液與懸浮劑進(jìn)入濾漿機(jī)后進(jìn)行攪拌混合；漿液自流進(jìn)入濾漿機(jī)，濾漿機(jī)將漿液中大于8mm的顆粒濾出，以免將輸漿管路沉淀堵塞；合格漿液自流進(jìn)入緩沖池，由泥漿泵通過(guò)管路輸送至井下注漿地點(diǎn)。漿液到達(dá)注漿地點(diǎn)附近時(shí)，用“礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置”按比例要求（自動(dòng)）加入膠凝劑，然后通過(guò)預(yù)埋管路注入火區(qū)或采空區(qū)。膠凝劑會(huì)使?jié){液在一定時(shí)間內(nèi)（約1min）發(fā)生膠凝反應(yīng)，形成類似豆腐狀流動(dòng)性小的物體，在壓力作用下通過(guò)裂隙緩慢移動(dòng)，失去部分水后完全失去流動(dòng)性，起到隔離帶作用，達(dá)到防滅火目的。預(yù)埋管一端通采空區(qū)，一端接膠管，預(yù)埋管長(zhǎng)一般為20～30m，頂板垮落后立即開始灌漿。隨回采工作面的推進(jìn)，按頂板垮落步距用回柱絞車逐漸牽引灌漿管，牽引一定距離灌一次漿。7、灌注泥漿參數(shù)計(jì)算及選擇（1）灌注泥漿工作制度灌泥漿系統(tǒng)工作制度與礦井工作制度相同，即年工作日330d，每天三班作業(yè)。每天純灌漿時(shí)間為15h。（2）灌注泥漿所需黃土量Q黃土＝K·m·L·H·C式中：Q黃土——日灌漿需黃土量，m3/d；K——灌漿系數(shù)，0.03；m——煤層采高，4.0m；L——工作面日推進(jìn)度，6.5m；H——灌漿區(qū)的傾斜長(zhǎng)度，300m；C——回收率，93％。Q黃土＝0.03×4.0×6.5×300×93％＝217.6m3/d（3）灌泥漿的水土比根據(jù)設(shè)計(jì)及附近礦區(qū)的實(shí)際灌漿效果，確定水土比為3∶1。（4）每日制泥漿用水量利用井下排水制備泥漿，日用水量為：QS1＝KS×Q×δ＝1.2×217.6×3＝783.36m3/d。式中：KS——用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數(shù)，取1.2；QS1——日用水量，m3/d；δ——土水比的倒數(shù)，取3.0；（5）每日灌泥漿量：Qj＝（Q+QS1）×m=(217.6+783.36)×0.88＝880.8m3/d式中：Qj——日灌注砂漿量，m3/d；m——砂漿制成率，取88％；（6）平均小時(shí)灌泥漿量：Qjs＝Qj/15＝880.8/15＝58.72m3/h式中：Qjs——小時(shí)灌注泥漿量,m3/h；8、灌泥漿材料的選擇傳統(tǒng)的灌漿防滅火一般采用粘土、亞粘土等，本次設(shè)計(jì)采用黃土作為灌漿材料，具有費(fèi)用低、取材方便等特點(diǎn)。9、泥漿制備（1）取黃土方式礦井灌泥漿用土就近采?。ɑ蚩筛鶕?jù)礦方情況，自行選擇車輛從其它地方選?。?，存放在制漿站附近儲(chǔ)土場(chǎng)內(nèi)。制漿站內(nèi)采用裝載機(jī)進(jìn)行機(jī)械取土上料。（2）制泥漿站：地面固定式制漿站布置在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)。（3）制漿站主要設(shè)施主要有貯土場(chǎng)、灌漿站房、緩沖池及清水池。（4）制泥漿主要設(shè)備主要有上料設(shè)備、聯(lián)合制漿機(jī)、清水泵、排污泵及自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。10、多功能灌泥漿系統(tǒng)與工藝流程（1）多功能灌漿系統(tǒng)多功能灌漿系統(tǒng)由漿料貯存場(chǎng)地、上料設(shè)備、聯(lián)合制漿機(jī)、水泵、渣漿泵、流量計(jì)和輸漿管網(wǎng)系統(tǒng)等部分構(gòu)成，制漿設(shè)備、輸漿管網(wǎng)系統(tǒng)等構(gòu)成。（2）多功能灌漿工藝流程：詳見圖圖6-4-1灌漿防滅火系統(tǒng)流程框圖（3）多功能灌漿防滅火系統(tǒng)應(yīng)用工藝：a.注漿：打開供水閥門，根據(jù)計(jì)劃注漿的流量和濃度調(diào)整水量；通水一段時(shí)間后通電使聯(lián)合制漿機(jī)的滾筒正向旋轉(zhuǎn)并使用裝載機(jī)把黃土從貯土場(chǎng)加入到聯(lián)合制漿機(jī)的料箱內(nèi)，送料裝置會(huì)按已設(shè)定的給料量把黃土添加到制漿裝置的滾筒內(nèi)；水經(jīng)由送料裝置加入制漿裝置，制漿裝置把水與黃土混合、攪拌制成均勻濃度漿液，漿液會(huì)從制漿機(jī)尾部流入濾漿裝置，經(jīng)過(guò)濾漿裝置的過(guò)濾，合格漿液流入漿液緩沖池，漿液自流或經(jīng)渣漿泵的輸送進(jìn)入注漿管路。b.排渣：在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，切斷聯(lián)合制漿機(jī)送料裝置的電源，繼續(xù)通水運(yùn)行聯(lián)合制漿機(jī)10分鐘后，停水關(guān)閉聯(lián)合制漿機(jī)電源，待制漿機(jī)滾筒完全靜止。反向啟動(dòng)聯(lián)合制漿機(jī)滾筒，制漿機(jī)即進(jìn)入排渣狀態(tài)，殘?jiān)鼤?huì)從滾筒尾部進(jìn)入濾漿裝置，殘?jiān)?jīng)過(guò)濾漿裝置落入渣坑，等積攢到一定程度由裝載機(jī)一并運(yùn)走，一般每個(gè)班清渣兩次,如砂土質(zhì)量比較高含雜質(zhì)少，可一班清渣一次。11、多功能灌漿防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)a.制漿原料：黃土；b.動(dòng)力：系統(tǒng)設(shè)備總功率約110kW；c.供水：55m3/h，水壓大于0.1MPa，要求水中無(wú)不溶性雜物；d.土水比：1:1～1:3；e.制漿料用量：<25m3/h；f.注漿量：70m3/h；12、多功能灌漿防滅火系統(tǒng)功能功能一：灌漿。本系統(tǒng)每小時(shí)最多可將23.3m3/h的制漿料（土）制成一定濃度的漿液，經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)管路進(jìn)入注漿地點(diǎn)，達(dá)到防滅火目的。功能二：必要時(shí)，可灌注稠化膠體。通過(guò)加入一定比例的稠化浮分子，使?jié){液成為稠化膠體，然后通過(guò)灌漿管網(wǎng)，到達(dá)用漿地點(diǎn)。浮分子同時(shí)還具有降低漿液阻力和懸浮固體顆粒的作用，能增加漿液的輸送距離和有效防止堵管的發(fā)生13、灌漿防滅火管路（1）灌漿管路選擇及布置主斜井工業(yè)場(chǎng)地安裝地面灌漿站，按最大灌漿量70m3/h計(jì)算，灌漿管路選用1趟D159×10無(wú)縫鋼管，灌漿管路由地面灌漿站沿主斜井敷設(shè)至井下主運(yùn)輸大巷，并沿主運(yùn)輸大巷經(jīng)工作面順槽至采空區(qū)、順槽聯(lián)絡(luò)巷密閉、回撤通道聯(lián)絡(luò)巷密閉等需要灌漿的地點(diǎn)。井下灌漿管路布置隨回采工作面布置、灌漿地點(diǎn)的變化隨時(shí)調(diào)整。經(jīng)計(jì)算，主斜井管路選用D159×10型無(wú)縫鋼管，主運(yùn)大巷選用D133×8型無(wú)縫鋼管，工作面順槽選用D114×6型無(wú)縫鋼管，所有管路均采用法蘭連接，干管分支處設(shè)置閘閥，管路低洼處設(shè)置放水管和閘閥。（2）灌漿管路系統(tǒng)驗(yàn)算a.管路系統(tǒng)配置本礦井灌漿系統(tǒng)管路由地面灌漿站至最遠(yuǎn)采空區(qū)總長(zhǎng)約7000m，垂高約112m,灌漿倍線為62.5，遠(yuǎn)大于常用的灌漿倍線值，因此必須考慮機(jī)械加壓的方式以改善灌漿效果。鑒于本礦井采用的是灌注泥漿，為防止?jié){液在管路中沉淀或堵塞，由礦方根據(jù)實(shí)際情況在適當(dāng)位置設(shè)置管道加壓泵（要求防爆注漿泵注量為70m3/h，配防爆型電機(jī)）。b.灌漿系統(tǒng)管網(wǎng)驗(yàn)算臨界速度校驗(yàn)根據(jù)灌漿管路直徑、砂水比及密度，結(jié)合泥漿的輸送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，泥漿在管路中的臨界流速約為1.23m/s。為防止砂漿、膠體在管路中沉淀或堵塞，設(shè)計(jì)中管內(nèi)泥漿的實(shí)際流速均大于臨界流速，以保證泥漿在管路中正常流動(dòng)。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整砂漿比，以達(dá)到最佳的灌漿效果。D133×8灌漿管路實(shí)際最小流速：

式中：δ－管壁厚度，mm；d－管路內(nèi)直徑，cm；P－管路最大工作壓力，kPa；Rc－許用壓力；af－因管壁不均勻的附加厚度，無(wú)縫鋼管可取2.0mm；b－考慮管路磨損的附加厚度，一般取1.5mm；對(duì)于D159mm灌漿管路：δ=6.8mm對(duì)于D133mm灌漿管路：δ=6.3mm對(duì)于D108mm灌漿管路：δ=5.6mm根據(jù)上述公式，灌漿管路選用D159×10、D133×8、D108×6型無(wú)縫鋼管，所選注漿管路壁厚均滿足要求。為了保證灌漿管路暢通，每次灌漿完畢，須用清水將管道內(nèi)沖洗，沖洗時(shí)間不小于30min。同時(shí)，在灌漿管路的最低點(diǎn)設(shè)置放水閘門，每次沖洗后，應(yīng)將管內(nèi)的泥水放掉，以免沉積阻塞管路。14、灌漿的疏水根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，灌漿后的疏水主要利用工作面下順槽排水溝自流排出，同時(shí)設(shè)計(jì)在工作面下順槽配備了污水泵等設(shè)備，在不能自流排出的地點(diǎn)利用污水泵排出。灌漿封閉采空區(qū)后的部分污水存