礦井防滅火與灌漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z前言 4\o"CurrentDocument"防火灌漿設(shè)計(jì)依據(jù)及基礎(chǔ)資料 6\o"CurrentDocument"1.1礦井概況 6\o"CurrentDocument"1.2煤層賦存條件 6\o"CurrentDocument"1.2.1煤系地層及煤層數(shù) 6\o"CurrentDocument"1.2.2可采煤層及其厚度 7\o"CurrentDocument"1.2.3煤的碳化程度 8\o"CurrentDocument"1.2.4煤巖成分 8\o"CurrentDocument"1.3煤炭儲量及開拓情況 10\o"CurrentDocument"1.3.1煤炭儲量 10\o"CurrentDocument"1.3.2開拓方式 10\o"CurrentDocument"1.3.3開采情況 11\o"CurrentDocument"1.3.4開采技術(shù)條件及開采方法 111.4通風(fēng)及災(zāi)害情況 121.4.1通風(fēng)情況 12\o"CurrentDocument"1.4.2瓦斯及其涌出情況 14\o"CurrentDocument"1.4.3地溫 14\o"CurrentDocument"1.4.4自然傾向性及發(fā)火期 15\o"CurrentDocument"1.5漿材的質(zhì)量、數(shù)量 15\o"CurrentDocument"1.5.2漿材的數(shù)量 17\o"CurrentDocument"1.6灌漿站的工作制度 17\o"CurrentDocument"1.6.2選擇灌漿設(shè)備 18\o"CurrentDocument"防火灌漿系統(tǒng)與參數(shù)確定 19\o"CurrentDocument"2.1灌漿系統(tǒng)確定 19\o"CurrentDocument"2.1.1設(shè)計(jì)工作面概況 19\o"CurrentDocument"2.1.2工作面參數(shù) 20\o"CurrentDocument"2.1.3防火灌漿設(shè)計(jì)基本參數(shù) 21\o"CurrentDocument"2.1.3灌漿管路設(shè)計(jì)依據(jù) 24\o"CurrentDocument"2.2灌漿材料的選擇 24\o"CurrentDocument"2.3地面制漿工藝流程 252.4灌漿方法確定 27\o"CurrentDocument"2.5灌漿參數(shù)確定 29\o"CurrentDocument"灌漿量計(jì)算 29\o"CurrentDocument"3.1灌漿用土量Q計(jì)算 29t3.1.1按采空區(qū)灌漿量計(jì)算 29\o"CurrentDocument"3.1.2按日灌漿量計(jì)算 303.1.3按灌漿區(qū)日灌漿所需用土量計(jì)算公式為： 30\o"CurrentDocument"3.2灌漿用水量Q計(jì)算 30w\o"CurrentDocument"3.3日灌漿量Q 30j\o"CurrentDocument"3.4其他計(jì)算方法 31\o"CurrentDocument"3.4.2根據(jù)采空區(qū)體積大小確定灌漿用土量: 31\o"CurrentDocument"灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32\o"CurrentDocument"4.1灌漿管道系統(tǒng)布置 32\o"CurrentDocument"4.2輸送倍線計(jì)算 32\o"CurrentDocument"4.3管徑計(jì)算 33\o"CurrentDocument"4.3.1主要灌漿干管直徑計(jì)算 33\o"CurrentDocument"4.4管材確定 34\o"CurrentDocument"4.5管壁計(jì)算 34\o"CurrentDocument"水槍選擇 35\o"CurrentDocument"水槍的流量特性計(jì)算 35\o"CurrentDocument"5.1.1水槍噴嘴出口射流速度 35\o"CurrentDocument"5.1.2水槍噴嘴流量 36\o"CurrentDocument"5.1.3水槍噴嘴直徑mm 36\o"CurrentDocument"5.1.5水槍臺數(shù)計(jì)算 36\o"CurrentDocument"單位耗水量 36\o"CurrentDocument"泥漿泵選擇 37\o"CurrentDocument"灌漿站主要設(shè)施 39\o"CurrentDocument"7.1人工或機(jī)械取土制漿 39\o"CurrentDocument"儲土場 41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《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、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)。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：⑴包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化；⑵加強(qiáng)采空區(qū)的致密性，防止漏風(fēng)；⑶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)資料礦井概況龍口礦業(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，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。煤層賦存條件1.2.1煤系地層及煤層數(shù)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1、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?？刹擅簩蛹捌浜穸让荷?、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300m3/h,煤2底板砂巖水的最大涌出量為51m3/h,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)系，海水與采煤關(guān)系不大。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⑴揮發(fā)份：將煤加熱到850°C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V10%。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:相對涌出量為2.029ms/t,絕對涌出量為9.326ms/min,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。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1、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。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(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。詳見（圖1－1）煤系地層綜合柱狀圖。附：煤系地層綜合柱狀圖1-117,9214.52,92窘性特征以舷為主.央條帶雄帝殂分灰至灰白色遇水蹄衣瑩賢白色遇水顯脹附：煤系地層綜合柱狀圖1-117,9214.52,92窘性特征以舷為主.央條帶雄帝殂分灰至灰白色遇水蹄衣瑩賢白色遇水顯脹油e ■二帛可；油e ■二帛可；巒3@ 93.34詢水JS瓣以暗煤吐趙炭化物啓今量高“交亮蝶條希巖夾芻質(zhì)煤煤炭儲量及開拓情況煤炭儲量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,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10677.4萬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。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）⑴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)管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井—250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤總回風(fēng)巷一煤一采皮帶上山一4110上順一工作面。44（見圖1-1）⑵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)的管線長度與灌漿點(diǎn)的垂高之比。1-1)H式中：N——輸送倍線；L 管線長度，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=丄=3288.7/423.7=7.7H⑶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)需用泥漿泵作水力取土。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)。開采技術(shù)條件及開采方法礦井只有一個(gè)水平，標(biāo)高好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1－2）所示。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1K58N0.27,—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9374.1m3/min，總回風(fēng)量5924.0ms/min，總排風(fēng)量9801.6m3/min，礦井需風(fēng)量7308.0ms/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。通風(fēng)系統(tǒng)平面圖如圖1-3所示，附：通風(fēng)系統(tǒng)平面圖1-3€4110±順(5^=700m3/min亍采=1.2m/s隔爆水棚40LX40=1600L€4110±順(5^=700m3/min亍采=1.2m/s隔爆水棚40LX40=1600L隔爆水棚40LX40=L600L^4110下順?乏風(fēng)]>21—1-畐1-3通鳳系統(tǒng)平面圖瓦斯及其涌出情況根據(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(jià)》瓦斯等級鑒定結(jié)果：相對涌出量為1.330m3/t,絕對涌出量為6.121m3/min；二氧化碳：相對涌出量為2.029ms/t,絕對涌出量為9.326m3/min。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。地溫⑴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°C,地溫梯度3.13-3.43C/100m；垂深500m時(shí)，溫度31-33C，地溫梯度3.37-3.7C/100m,達(dá)到一級熱害區(qū)上限；垂深700m時(shí)，溫度38-41C,地溫梯度3.5-3.79C/100m，達(dá)到二級熱害區(qū)上限；垂深900m時(shí)，溫度高達(dá)49C，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4.6-6C/100m，反映了井田地溫是偏高的。⑵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，31C等溫線分布在-500—550m水平上；在東部31C等溫線分布在-400—450m水平上。37C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28.9-34.2C，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°C。總之，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。自然傾向性及發(fā)火期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。1.5漿材的質(zhì)量、數(shù)量漿材的配制及質(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(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%；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(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：10VIpW17；輕壓粘土：3VIpW10。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)：9—14；膠體混合物：25—30%；含沙量：25—30%。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/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)。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。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。1.6灌漿站的工作制度1.6.1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：Q二K.G/Y （1—2）t21式中：Q――日灌漿所需用土量，m3；t2K——灌漿系數(shù)，取0.03；G——礦井日產(chǎn)量，t；Y 煤炭容重，t/m3。1Q=0.03X3484/1.34=78m3t2（2）礦井日用土量礦井實(shí)際每日所需采土量為：Q二a?Q （1—3）t t2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；Q=1.1X78=85.5m3t灌漿用水量Qw灌漿用水量(Q)可按下式計(jì)算：wQ二K.Q.6 (1—4)wwt式中：Q——灌漿用水量，m3；wK——沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1.1-1.25，取1.25；w6——水土比，一般取2-5，取2。Q=1.25X78X2=213.75m3w日灌漿量Qj日灌漿量(Q)可按下式計(jì)算：jQ=(Q+Q)Xu (1—5)jt2wQ=(78+213.75)X0.88=257m3j式中：Q——日灌漿量，m3；ju――泥漿制成率，如表1-1所示。表1—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0.7650.8450.8800?9100.9300.940則小時(shí)灌漿量：Q=Q/n.tm3/h (1—7)jhj式中：Q——小時(shí)灌漿量，m3；jhn——每日灌漿班數(shù)，班；t——每班純灌漿小時(shí)數(shù)。h/班。Q=257/(2X5)=25.7m3jh選擇灌漿設(shè)備本設(shè)計(jì)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(fēng)井入井。這種制漿方法設(shè)備簡單，投資少、勞動強(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)確定灌漿系統(tǒng)確定設(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，工作面走向長度886m,傾斜長度148.5m,工作面開采參數(shù)如表2—1所示.頂、底板狀況為：直接頂為煤的41-42段煤層，厚度2.19米，煤夾泥巖。4直接底為煤的47-48段煤層，厚度3.3米，泥巖夾煤，泥巖易4風(fēng)化，遇水膨脹。如煤系地層柱狀圖圖1—1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°C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1所示，進(jìn)、回風(fēng)線路為：進(jìn)風(fēng)：付井一付井井底車場一東大巷一集中石門一煤石門一煤一44采暗斜井一煤一采軌道一4110上順聯(lián)絡(luò)巷-4110上順一工作面4回風(fēng):工作面一4110下順一煤4一采皮帶上山一煤4總回風(fēng)巷一23上山一250總回風(fēng)巷一風(fēng)井。工作面巷道布置、支護(hù)方式材料巷采用單體液壓支柱配合n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。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。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/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，

表2T如0工作面琛層鎌煤層茗稱水平茗稱-450采區(qū)茗稱煤’一采岡工作面客秫4110地面標(biāo)咼（皿）2.6—3.6工作面標(biāo)咼Cm）-390-^-420工作面走向長度（m）886傾斜長度山）148.5回采面積（卅）1315714-3—4-6總HG)4.54設(shè)計(jì)采高G）6.154-4—4-6總厚6.15容重(-t/n)1.34煤層傾莆嚴(yán)）10普氏硬度妊）1.5可采指數(shù)1變異系數(shù)（％）5.6祓分（%）28.34自然發(fā)火程度易發(fā)火瓦斯等級低圾穩(wěn)定程度穩(wěn)定煤層鉛構(gòu)復(fù)朶回米率伙）S9含■肝率（拓）12.2預(yù)定可采期7個(gè)月循環(huán)產(chǎn)里（t）871最犬涌水重（m7h）15日開米循環(huán)4正常IS水量（hiM3生產(chǎn)能力（t/a）34S4可采儲壘（萬噸）36.9年生產(chǎn)能力（七/年）1050000工業(yè)儲壘（萬噸）97.67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：地面灌漿站一風(fēng)井一250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤總回風(fēng)巷f煤一采皮帶上山一4110上順f工作面。（見圖1-3）。442.1.3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/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(guān)系（見圖1－3），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。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(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2－2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淮南謝二礦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(wù)局1：41：3-41：5-6參照上述示例，采用的土水比為1：3?5,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)管理簡單。因此灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井—250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤總回4風(fēng)巷一煤一采皮帶上山一4110上順一工作面。（見圖1—1）42.2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(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：10VIpW17；輕壓粘土：3VIpW103） 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)：9—14；膠體混合物：25—30%； 含沙量：25—30%。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1：3?5,灌漿系數(shù)0.03?0.05。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：粉煤灰的采集一泥漿攪拌池（攪拌機(jī)）一沉淀池（濾網(wǎng)）一注漿池（砂漿泵）一灌漿管。1） 矸石頁巖灌漿矸石頁巖采石場——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85-266m3/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)備簡單，投資少、勞動強(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：地面灌漿站一風(fēng)井—250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤總回風(fēng)巷一煤一采皮帶上山一4110上順一工作面。44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：①采前預(yù)灌；②隨采隨灌；③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：①防止遺留在采空區(qū)內(nèi)的浮煤自燃；②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；③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(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2-21.工理向超捋卷昌1.工理向超捋卷昌?網(wǎng)紫客時(shí) 5.國紫Jfe皆6.工作更上商斑2.回冋程 日?埋幾采空區(qū)旳注紫骨 T.維護(hù)回網(wǎng)巷的塢時(shí)尢舛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)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。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/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)。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Q計(jì)算t3.1.1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。Q二KXMXLXCXH (3T)t1式中：Q——灌漿用土量，m3；t1m 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(shè)計(jì)是預(yù)防性灌漿，取0.03。mXLXHXC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。Q=0.03X6.15X148.5X886X89%=21605m3t1按日灌漿量計(jì)算Qt2=K.G/Y1 或 Qt2=K.m.L.H.C (3-2)式中：Qt2――日灌漿所需用土量，m3；G——礦井日產(chǎn)量，t；Y] 煤炭容重，t/m3；L——工作面日進(jìn)度，m。Q=0.03X3484/1.34=78mat2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=a?Qt2 (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=1.1X78=86m33.2灌漿用水量Qw計(jì)算w灌漿用水量(Q)可按下式計(jì)算：wQ=KXQXS (3-4)wwt式中：Q——灌漿用水量，m3；wK——沖洗管路用水量的備用系數(shù)，一般取1.1-1.25，取1.25；w5——水土比，一般取2-5，取2。Q=1.25X85.5X2=214m3w3.3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：q——日灌漿量，m3；u――泥漿制成率，如表1-1所示。q二（78+213.75）X0.88=256m3則小時(shí)灌漿量可按下式計(jì)算：Qjh=Qj/n.t m3/h （3－6）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：Q=256/（2X5）=26m3jh3.4其他計(jì)算方法根據(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 （3－7）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 （3－8）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)灌漿管道系統(tǒng)布置灌漿管路有“L”和“Z”布置形式，如圖4—1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)管理簡單。缺點(diǎn)：井深時(shí)壓力過大，易崩管。、Z形：與L形相反。管路有較大的注漿能力。灌漿路線為：地面灌漿站一風(fēng)井一250總回風(fēng)巷一西回風(fēng)上山一煤總回風(fēng)巷一煤一采皮帶上山一4110上順一工作44面。(見圖1-3)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――管線長度,HL――管線長度,H 垂高，m。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二丄=388.7/423.7=7.7H管徑計(jì)算主要灌漿干管直徑計(jì)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(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。4－2)管徑計(jì)算：4－2)4Q 1 {Q jh 二 /jh3600兀v 30 兀v00式中：Q——小時(shí)灌漿量m3/h；jhv——臨界流速m/s；0八3^V|I3.14*17121=0.09m查表選擇直徑d表4-1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2.789X61:31:51:71.2831.2821.1341.1211.3291.490114X61:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.2301.4531.5501.6361.934根據(jù)上表，選擇外徑為114mm的熱軋無縫鋼管。校驗(yàn)實(shí)際流速v=4Q/3600nd2 (4—3)jhv=4X25.7/(3600X3.14X0.092)=1.123m/s要求:v=1.123m/s〉v=1.121m/s0管材確定根據(jù)灌漿壓力確定：選用無縫鋼管。管壁計(jì)算①垂直管道：=0.5d(R+0.4PZ=0.5d(R+0.4PZR-1.3PZ—1)+a+b4—4)式中：6 管壁厚度，mm；d 管內(nèi)徑，mm；R 許用應(yīng)力，無縫鋼管800kg/cm2；鑄鐵管200kg/cm2；普通鋼管600kg/cm2；ZP——管內(nèi)壓力kg/cm2,P=0.11yH；jY——泥漿容重t/m3，取1.2；jH——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。②水平管道：Pd4－5）5二 +a4－5）140nR管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9。5/攜詬:黜熾性*2鬻2m+4二6.19mm管材確定根據(jù)上述計(jì)算，并結(jié)合表4一1,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（5一2）進(jìn)行計(jì)算。式中：? 流速系數(shù)，取0.94；H——水槍工作壓頭，m。水槍噴嘴流量式中：u—