礦井防滅火課程設計

1、前 言一、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設計概述1、礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設計的目的進行礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)課程設計，是學生學習該課程理論學習結束后，進行的一項實踐性教學環(huán)節(jié)，是課程體系的重要組成部分。其目的是通過課程設計加深對礦井火災防治理論與技術和其他課程所學專業(yè)理論知識的理解。綜合應用理論解決實際問題，培養(yǎng)學生計算、繪圖和設計的能力，為畢業(yè)設計奠定基礎。2、進行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設計的目的和作用2.1 進行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設計的目的：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

2、體、均壓等措施，編制相應的防滅火設計，防止自然發(fā)火。在礦井設計、延伸、新水平、新采區(qū)設計時，應同時設計相應的預防性灌漿系統(tǒng)。2.2進行礦井灌漿滅火系統(tǒng)設計的作用預防性灌漿：將水與漿材作適當配合制成漿液，借助輸漿設備送到可能發(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： 包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化； 加強采空區(qū)的致密性，防止漏風； 冷卻已發(fā)熱的煤體與圍巖，降低溫度。二、課程設計的任務根據(jù)課程設計大綱的要求，對龍口礦業(yè)集團公司梁家煤礦礦井進行預防性灌漿防火設計，具體內(nèi)容包括：1、說明防火灌漿設計依據(jù)及基礎資料2、確定灌漿系統(tǒng)與灌漿參數(shù)3、防火灌漿設計計算4、灌漿管道系統(tǒng)設計5

3、、灌漿泵設計6、水槍設計7、灌漿站及主要設施設計三、設計課題名稱 龍口礦業(yè)集團公司梁家煤礦礦井預防性灌漿防火設計梁家煤礦礦井預防性灌漿防火課 程 設 計1 防火灌漿設計依據(jù)及基礎資料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)集團公司梁家煤礦設計生產(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，由1-41號礦界坐標點順序圈定，西至龍口渤海，北以1-10號礦界坐標點與梁家煤礦相鄰，東北以10-17號礦界坐標點與桑園煤礦分界，至20號勘探線，南以F13、F14，F(xiàn)40，F(xiàn)43、F59，斷層及煤2-800m等高線為界。井田面積：

4、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，分別與膠濟鐵路、藍煙鐵路相接，可通達全國各地。井田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，地面標高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。可采純煤總厚10.64m。1.1.2 可采煤層及其厚度煤上2、煤上1、煤

5、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，局部達可采厚度。油2為主要可采層，其質(zhì)量、結構又可分為油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)類型為簡單型，區(qū)內(nèi)地形平坦。第四系富水性強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

6、部砂礫巖。其中泥灰?guī)r、煤1油2、煤2機器底板砂巖為本區(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

7、直接接觸，不發(fā)生直接水力聯(lián)系，海水與采煤關系不大。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，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:相對涌出量為2.029m3t，絕對涌出量為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

8、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。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。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，

9、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1-11.2.3 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，將會大量存積于采空

10、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。當在泥漿區(qū)下部進行回采或掘進工作時，易造成潰漿事故。也不能脫水性太強，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，細小粉粒（粒度小于1mm）要占75%以上。6）主要物理指標：AA-灌漿主要物理指標：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，而且當外力停止作用后仍然保持所形成的

11、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： Ip17；亞粘土：10Ip17；輕壓粘土：3Ip10。c 、膠體混合物膠體混合物體現(xiàn)了土壤結膠的能力。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%。7）泥土要便于開采、運輸與制備。因土源距煤礦風井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取土

12、地點。且龍口礦業(yè)集團采用的土水比為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)進行詳細計算。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。礦井有三個井筒，主井、風井位于井田的淺部（-313m）副井位于井田的中部。相見圖1-2（礦井剖面圖）1 灌漿管路設計依據(jù) 由于地面風井距井底垂高只有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

13、較大的注漿能力，安裝維護管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站風井-250總回風巷西回風上山煤4總回風巷煤4一采皮帶上山4110上順工作面。（見圖1-1） 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）式中：N輸送倍線；L管線長度，m；H垂高，m。風井底到4110工作面進風巷入口距離1850m，工作面走向長886m，風井長為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=3288.7/423.7=7.7 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

14、-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；獨立供風硐室19個和其它獨立供風井巷9個。1.4.3 開采技術條件及開采方法礦井只有一個水平，標高為-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。礦井開拓剖面圖如圖（圖12）所示。附：礦井開拓剖面圖1-21.5 灌漿

15、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： Qt2=K.G/1 （12）式中：Qt2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； 1煤炭容重，t/m3。 Qt2=0.03×3484/1.34=78 m3 （2）礦井日用土量 礦井實際每日所需采土量為： Qt=aQt2 （13）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、運輸過程中的損失，a取1.1； Qt=1.1×78=85.5 m3（3）灌漿用水量Qw 灌漿用水量(Qw)可按下式計算： Qw=Kw.Qt. （14）

16、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=1.25×78×2=213.75 m3（4）日灌漿量Qj 日灌漿量（Qj）可按下式計算： Qj=（Qt2+Qw）×u （15）Qj=（78+213.75）×0.88257 m3式中：Qj日灌漿量，m3； 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則小時灌漿量：Qjh

17、=Qj/n.t m3/h （17）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。Qjh=257/（2×5）=25.7m31.5.2選擇灌漿設備本設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井入井。這種制漿方法設備簡單，投資少、勞動強度低、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)確定設計工作面概況設計工作面為4110綜采放頂煤開采工作面，工作面走向長

18、度886m，傾斜長度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4110工作面涌水狀況預測，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工作面通風系統(tǒng)如圖1所示，進、回風線路為：進風：付

19、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)絡巷4110上順工作面回風：工作面4110下順煤4一采皮帶上山煤4總回風巷23°上山250總回風巷風井。工作面巷道布置、支護方式(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方法進行支護，采用2.5m支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于進風、運料和行人。(2)運輸巷 支護方式與材料巷相同，采用2.8m支柱，柱下穿鐵鞋，主要用于回風、運輸和行人。 采用綜合機械化采煤方法，頂板管理采用全部陷落法，機采高度為2.8米，放頂煤高度3.35米。工作面參數(shù)風井地面標高+3.7m,井底位于-250水平，風井到4110工作面

20、回風巷入口距離為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)，結合龍口礦業(yè)集團公司梁家煤礦的實際，土源距煤礦風井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取土地點。運回的土在風井附近建立機械取土機械制備泥漿站，通過水力取土，泥漿攪拌池里攪拌輪的攪拌，制成土水比達1：2，再通過風井灌入井下。灌漿路線為：地面灌漿站風井-250總回風巷西回風上山煤4總回風巷煤4一采皮帶上山4110上順工作面。（見圖1-3）。防火灌漿設計基本參數(shù)、選擇灌漿材料因土源距煤礦風井5km，土質(zhì)優(yōu)良，容重1.3t/m3，屬于亞粘土，

21、塑性指數(shù)12，取土方便，礦井輕軌礦車可直接到達取土地點。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。、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)，形成團塊堆積。土水比過小，則泥漿太稀，耗水

22、量大，礦井涌水量增加；在工作面后方采空區(qū)灌漿時，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、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，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；冬季寒冷易結凍，土水比要小一些。一般土水比的變化范圍為1：2-1：

23、5。關于土水比多少合適，還因各礦井所處的地域、土水的條件，經(jīng)濟技術水平等不同而異，應根據(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局1：31：2-31：3-4石嘴山礦務局1：6-81：7-81：10黃河水灌漿大同礦務局1：51：51：6開灤礦務局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)0.030.05。2.1.3灌漿管路設計依據(jù)由于地面風井

24、距井底垂高只有253.7m，安裝維護管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站風井-250總回風巷西回風上山煤4總回風巷煤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。當在泥漿區(qū)下部進行回采或掘進工作時，易造成潰漿事故。也不能脫水性太強，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，細小粉粒（粒度

25、小于1mm）要占75%以上。6）主要物理指標：AA-灌漿主要物理指標：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： Ip1

26、7；亞粘土：10Ip17；輕壓粘土：3Ip103）膠體混合物膠體混合物體現(xiàn)了土壤結膠的能力。4）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%。7）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)0.030.05。2.3地面制漿工藝流程漿液的制備與運輸可按下面的流程進行：常用的制漿工藝主要有兩種：水力取土機械制漿法和機械攪拌制漿。水力取土機械制漿法，多采用于制備黃泥漿，可就地取材；機械攪拌制漿常用于制漿材料距生產(chǎn)源距礦井較遠的材料。本設計采用機械攪拌制漿工藝。工藝流程如下：粉

27、煤灰的采集泥漿攪拌池（攪拌機）沉淀池（濾網(wǎng)）注漿池（砂漿泵）灌漿管。1）矸石頁巖灌漿矸石頁巖采石場粒度篩選運輸設備多極破碎機（球式、鱷式）泥漿攪拌池泵站管道入井。2）粉煤灰灌漿發(fā)電廠運輸設備儲灰池攪拌池泵站管道入井。3）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50-80kPa；流量85-266m3h)直接沖刷地面表土成漿，經(jīng)輸漿溝送往灌漿鉆孔或管路。這種制漿方法設備簡單，投資少、勞動強度低、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

28、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。其制漿站的布置如圖2-1所示。其灌漿路線為：地面灌漿站風井-250總回風巷西回風上山煤4總回風巷煤4一采皮帶上山4110上順工作面。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；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： 采前預灌； 隨采隨灌； 采后灌漿。隨采隨灌是目前應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，同時向采空區(qū)灌漿。其作用有： 防止遺留在采空區(qū)內(nèi)的浮煤自燃； 是膠結頂板冒落的矸石，形成再生頂板，為下分層開采創(chuàng)造條件； 具有防塵、

29、降溫的作用。龍口礦業(yè)集團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。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)預防性注漿，凝膠用于封閉密閉間、小聯(lián)絡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)，當工作面向前

30、推進時，沿回風巷臨時構筑木垛以保護埋入冒落區(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，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。作為補漿的措施，對埋管灌漿不易到達的區(qū)域進行著重的噴灑，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取土地點。龍口礦業(yè)集團采用的土水比為1：3-5，灌漿系數(shù)0.03-0.05。3 灌漿量計算3.1灌漿用土量Qt 計算按

31、采空區(qū)灌漿量計算預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。采前預灌、采后封閉停采線灌漿都是以充滿灌漿空間為準。隨采隨灌的用土量(Qs)可按下式計算。 Qt1=K×M×L×C×H （3-1）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。本設計是預防性灌漿，取0.03。m×L×H×C表示灌漿區(qū)所采出

32、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。Qt1=0.03×6.15×148.5×886×89%=21605 m3按日灌漿量計算Qt2=K.G/1 或 Qt2 （3-2）式中：Qt2日灌漿所需用土量，m3； G礦井日產(chǎn)量，t； 1煤炭容重，t/m3； L工作面日進度，m。Qt2=0.03×3484/1.34=78 m3按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計算公式為：礦井實際每日所需采土量為： Qt=aQt2 （3-3）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、運輸過程中的損失，a取1.1；Qt=1.1

33、15;78=86 m33.2灌漿用水量Qw計算灌漿用水量(Qw)可按下式計算： Qw=Kw×Qt× （3-4）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=1.25×85.5×2=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：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則小時灌漿量可按下式計算： Qjh=Qj/n.t m3/h （36）式中：n每

34、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=256/（2×5）=26m33.4其他計算方法 3.4.1根據(jù)采空區(qū)所留浮煤量的多少確定灌漿用土量: Qti2.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.K m3 （38）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)設計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)缺點如下：、L形：優(yōu)點：

35、能量集中，充分利用自然壓力，管路有較大的注漿能力；安裝維護管理簡單。缺點：井深時壓力過大，易崩管。、Z形：與L形相反。圖41 L”和“Z” 灌漿管路圖所以灌將管路采用“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。灌漿路線為：地面灌漿站風井-250總回風巷西回風上山煤4總回風巷煤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= （41）式中：N輸送倍線；L管線長度，m；H垂高，m。風井底到4110工作面進風巷入口距離1850m，工作面走向長886m，風井長為253.7m，再加上1

36、0%的管長，得3288.7m。工作面至地面的垂高為423.7m。 N=388.7/423.7=7.74.3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：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，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，使之略大于臨界流速以保證泥漿的輸送和獲得最經(jīng)濟的管徑。 管徑計算：（42）式中：Qjh小時灌漿量m3/h；v0臨界流速m/s；查表選擇直徑d表4-

37、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t/m3臨界流速m3/s粘土2.789×61:31:51:71.2831.2821.1341.1211.3291.490114×61:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.2301.4531.5501.6361.934根據(jù)上表，選擇外徑為114mm的熱軋無縫鋼管。校驗實際流速 v=4Qjh/3600d2 （43）v=4×25.7/(3600×3.14×0.092)=1.123m/s要求:v=1.123m/sv0=1.121m/s4.4管材確定

38、根據(jù)灌漿壓力確定：選用無縫鋼管。4.5管壁計算 垂直管道： （44）式中：管壁厚度，mm； d管內(nèi)徑，mm；RZ許用應力，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=0.11jH；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)管道的服務年限取1-4mm。 水平管道： （45）n管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9。 管材確定根據(jù)上述計算，并結合表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

39、流量特性計算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（52）進行計算。 （51） 式中：流速系數(shù)，取0.94；H水槍工作壓頭，m。水槍噴嘴流量水槍流量可根據(jù)式（52）進行計算。 （52）式中：u流量系數(shù)如射流未經(jīng)壓縮則u =；S水槍噴嘴出口斷面，S=d2/4；d水槍噴嘴直徑，mm；水槍噴嘴直徑mm水槍噴嘴直徑可根據(jù)式（53）進行計算。 （53）水槍噴嘴壓頭m水槍噴嘴壓頭可根據(jù)式（54）進行計算。（54）水槍臺數(shù)計算式中：Qt2水槍小時用土量，m3/h；Qw水槍小時用水量，m3/h；q單位耗水量，（水槍在某一壓力下取土1m3所消耗的水量） m3/m35.2 單位耗水量單位耗水量可參照以下

40、標準進行。 粘土；松散土壤，松散砂土風化泥炭等 水槍壓力： 30-40 m；（3-4kg/cm2） 單位耗水量：5-6 m3/m3；亞粘土；堅固黃土，砂土等 水槍壓力： 40-60 m； 單位耗水量：6-7 m3/m3；輕亞粘土；極堅固黃土，砂土等 水槍壓力： 60-70 m； 單位耗水量：7-9 m3/m3；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，泥漿至井口壓力不夠；c.采用水力取土，自然成漿方式時，水槍所需壓力由泥漿泵提供。（1）泥漿泵的流量Qj泥漿泵的流量Qj為前面設計的小時灌漿量，水力取土時為水槍小時用水量。（2）泥漿泵揚程Hj用公式計算： Hj=h0+hf+hj+hs+hb