双鸭山七星矿三采区火灾防治课程设计.doc

黑龙江科技大学安全工程学院课程设计报告（说明书）安全工程专业课程设计设计题目： 双鸭山七星矿三采区火灾防治设计 学生姓名： 赵佳亮 学 号： 2014021684 年 级： 安全2014级 指导教师： 沈斌 安全工程学院2017年5月22日本科生课程设计（论文）任务书 2017年5月 22日 至 2017年6月9日设计题目： 双鸭山七星矿三采区火灾防治设计 学生姓名： 赵佳亮 所在班级： 安全14-3班 学 号： 2014021684 指导教师： （签名）教研室主任： （签名）安全工程学院2017年5月22日课程设计（论文）任务书一、设计题目双鸭山七星矿三采取火灾防治设计二、设计内容根据双鸭山七星矿三采区的地质条件、煤层赋存特征、瓦斯赋存情况、煤层自燃发火情况、煤尘爆炸危险程度等，确定采区巷道布置，然后进行采区预防性灌浆防灭火设计，并绘制采区防火系统平面图和剖面图，最后进行采区灌浆量计算与分配。三、进度安排第十三周：分析资料、研究矿井采区图纸，完成采区概况、采区巷道布置等内容。第十四周：确定采区防火系统及预防性灌浆防灭火设计。第十五周：修改、完善图纸和说明书，打印说明书和图纸。四、参考文献1、中国煤炭建设协会.煤炭工业矿井设计规范.中国计划出版社.20052、国家安全生产监督管理总局.国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程. 煤炭工业出版社.20113、张荣立等.采矿工程设计手册（上、下）.煤炭工业出版社.20034、张国枢.通风安全学（修订版）.中国矿业大学出版社.20075、国家安全生产监督管理总局.国家煤矿安全监察局.煤矿通风能力核定标准.20096、刘志刚.最新矿井优化设计与井巷工程安全技术改造实用手册.吉林音像出版社.20057、徐永圻.煤矿开采学.中国矿业大学出版社.19998、杨孟达.煤矿地质学.煤炭工业出版社.2000五、成果形式1、双鸭山七星矿三采区防火系统布置图（A0图纸一张）；2、双鸭山七星矿三采区防火设计说明书一份。安全工程学院课程设计成绩评定表安全工程教研室指 导 教 师 评 语成 绩目录摘 要31、采区概况41.1 地质说明41.1.1采区位置41.1.2 采区地质情况41.1.3采区位置、范围及四邻关系51.2 采区开采条件61.2.1 地形地势和气候条件61.2.2 采区范围71.3 采区设计72、 采区防火灌浆系统设计82.1国内外研究现状82.1.1 灌浆材料的选择82.1.2 制浆系统的选择82.2 灌浆方式的确定92.2.1 采前灌浆92.2.2 随采随灌92.2.3 采后灌浆92.2.4 埋管灌浆92.2.5 钻孔灌浆102.2.6 工作面洒浆103灌浆量计算113.1灌浆用土量计算113.2灌浆用水量123.3灌浆量计算123.4 泥浆容重134浆管道系统设计144.1灌浆管道布置144.2 输送倍线的计算144.3 管径计算154.4 管壁计算175水枪的选择206泥浆泵选择227浆站主要设施247.1 泥浆搅拌池及搅拌机（图）247.2 储土场25参考文献26摘 要本设计为双鸭山七星煤矿三采区矿井通风设计，根据七星煤矿的地质条件，煤层赋存条件等条件来确定。该井田的工业储量为137.6MT，根据条件确定生产能力为1.5mt/a。采区水平由煤层露头到-120米标高，倾角在13-15度之间，采区由轨道、运输、回风上山三条系统巷道，回采工作面以走向长臂式为主。采煤方法根据煤层倾角、厚度及其顶板岩性等条件，本采区选用轨道上山、运输机上山进风，回风上山回风的采区通风系统。 根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定掘进通风方法为压入式通风，风机提供的风量为450m/min，根据风机表得风机型号为FBD-NO.6.0/30。关键词：通风系统；采区；风量黑龙江科技大学安全工程学院课程设计报告（说明书）1、采区概况1.1 地质说明1.1.1采区位置七星矿位于双鸭山市北40km,隶属于双鸭山矿业集团，行政区划隶属于双鸭山市集贤县境内。1.1.2 采区地质情况七星井田属于双鸭山煤田的东部，双鸭山煤田地层层序由老至新为太古界麻山群、中生界白垩系鸡西群、桦山群、新生界第三系、第四系。见表1.1区域地层表。表1.1 区域地层表界系群组代号厚度m新生界第四系/Q30.0第三系/N219.0中生界白垩系桦山群东山组kdh30.0鸡西群穆棱组K3m600.0城子河组K3ch800.0太古界/麻山群柳毛组ptlm/七星井田位于双鸭山煤田的东部，西部与东保卫相邻、东接双阳矿，地层层序由老至新简述如下：1、太古界麻山群柳毛组（ptlm）出露在井区周围，构成煤系基底。主要岩性由溜子石片岩，透辉石大理石，含铁石岩，花岗片麻岩等组成。2、白垩系下统鸡西群：煤系地层为中生界下白垩陆相含煤建造。本群分为城子河组和穆棱组，总厚度为1400m。含煤50余层，总厚度约46.2m，含煤系数3.3%。（1）、城子河组为本区主要含煤岩系，含煤地层总厚度800m，不整合于麻山群或前古生代花岗岩之上。主要岩性为灰白色砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩类、凝灰岩、凝灰质粉砂岩十余层，含煤70余层。煤层厚度达0.5m以上者有21个层，其中计算储量者有18个层，总厚度达31m。根据含煤组合及岩旋特征，将本组分为上、中、下三个含煤段。主要可采煤层集中分布在上中含煤段内。下段：自20层煤以下至基底，由于基底起伏不平，该段厚度变化较大，含煤性差。西异最大厚度247，东部缺失。底部以花岗质含砾砂岩、砾岩为。夹厚层黑色泥岩，深灰色粉砂岩，凝灰质粉砂岩三层。含煤l5层，可采者1层。中段：为9号层至20号层之间的层段，最大厚度为243m，岩性以灰白色中粒砂岩为主，少量深灰色粉砂岩，细砂岩、凝灰质粉砂岩，含煤l8个层，可采者7个层，是本区主要含煤段之一。上段：自穆棱组之下，至8下煤层，最大厚度305m，本段含煤性好，共含煤30余层，可采者层。本段以灰白色细，中粒砂岩为主，与深灰色粉砂岩互层组成，夹56层灰质粉砂岩，是本区主要含煤段。（2）穆棱组以陆相深灰色粉砂岩，泥质岩为主，少量灰白色中细砂岩及67层凝灰岩，含煤性差，仅见67层薄煤及炭质泥岩，均不可采，厚度600m，与下伏城子河组整合接触。（3）桦山群东山组分布在本区的深部，主要由杂色灰岩，紫褐色安山集块岩，安山质砾岩夹薄层砂岩，厚度约80m，平行不整合覆盖在穆棱组之上。（4）上第三系本区的东部，为灰绿色砾岩、砂岩、泥岩、褐色炭质岩等组成，总厚度219m，与下伏地层不整合接触。（5）第四系分布于本区南部扁食河、七星河谷一带，主要由冲积砂砾层及喷发的武岩组成。丘陵区为黑色腐植土及黄色亚粘土，厚度l30m。各地厚度不一，山麓带有l3m坡积、残积层。1.1.3采区位置、范围及四邻关系七星煤矿位于双鸭山市东南50km，行政区划分隶属于双鸭山市宝山区，地理座标为东经13133351313720，北纬462858463229。双鸭山矿区铁路专用线贯穿井区，东段接新安煤矿、双阳煤矿；西段至双鸭山车站，佳双线可走遍全国各地；公路四通八达，交通便利。（见交通位置图1.1）。图1.1 七星煤矿交通位置图1.2 采区开采条件1.2.1 地形地势和气候条件七星煤矿地貌为一平缓丘陵。炮台山最高点达+213m，最低河谷区标高+100m，一般标高在+140m左右，大部分为农场耕地。井区南部有扁食河向东流过，至杨家围子附近汇入七星河，自西南流向东北，汇水面积1315 km2，平均流量10.1m3/s。最大流量（洪水期）665.0m3/s。最小流量0.007m3/s，几乎干枯。每年79月份为洪水期，历年来最高洪水位线标高在100.26m，12月至来年4月为结冻期。本地区属寒温带季风气候区，四季明显，冬季严寒而长，夏季温暖而短，秋季湿润而多雨，雨量多集中在7、8、9三个月，据双鸭山气象台资料最冷月份为一月，月平均温度零下17.523.9，最低温度零下28，最热七月份，月平均温度2326，最高33.1,年平均气温为3。年降水量314.1692.3mm，平均降水量在550mm，年蒸发量10151173mm，相对湿度4286%。季节性冻土产生最早时间是在10月中、下旬，冻土层全部融化时间一般在5月下旬，冻土层最大厚度2m，一般在1.61.8m。冬季多西北风，一月平均风速3.66.3m/s，夏季多东南及东北风，七月平均风速2.33.5m/s。1.2.2 采区范围七星矿三采区在西翼井田，上至煤层露头，下至-120米标高，西以R2断层为界，东以保护煤柱为界。1.3 采区设计本采面为综采工作面，采用全部垮落法管理顶板，采用中位放顶煤支架放煤，一个循环进尺割煤深度0.8米，其最大控顶距为5.45米，最小控顶距为4.65米，采区内采煤工作面风量为23.90m/s；掘进工作面风量为10.04m/s;硐室及其它地点的风量为2.75m/s;井下其他巷道需风量的计算为1.72m3/s。按上述方法分别计算出各用风地点所需风量后，按下式计算矿井总风量为42.05m3/s。该采区瓦斯涌出为低瓦斯，综采放顶煤采煤，根据在采各个区巷道内布点的情况，确定通风网络图，根据通风网络图，这可以来确定采区最大风阻的路线为1-2-3-5-8-9-10-11-12-13-14，计算出采区的通风阻力为744.136Pa。 设 计 主 要 内 容采煤方法综采落煤方式中位放煤工作面长194米倾 角16采 高1.1米作业方式两班半采煤、半 班 准 备一次进度0.8米顶板管理全部垮落法采 煤 机MG150/375-W工作面运输机SGD-630/180C最大控顶距5.45最小控顶距4.65支护方式液压支架2、 采区防火灌浆系统设计2.1国内外研究现状灌浆系统由制浆、输浆和灌浆三部分组成。 2.1.1 灌浆材料的选择 浆液的性能对浆液的性能的基本要求是，浓度适当，渗透能力强。在浆液中，固体浆材与水的比例称为浆液的浓度。用黄土做浆材时也叫水土比。浓度是影响灌浆质量、防火效果和经济指标的重要参数。渗透性取决于浆材粒度和浆液黏度，粒度和黏度小，则渗透能力就强。从渗透角度看，浆材的固体颗粒越小越好。 注浆材料的要求 不含助燃和可燃材料 粒度直径不大于2mm，细小颗粒要占70%-75%。 主要物理性能指标：密度2.4-2.8t/ m3 ；塑性指标914；胶体混合物25%-30%；含砂量25%-30% 容易脱水又具有一定稳定性。由于黄土采制方便，价格低廉而且水源充足，参照以上条件所以选择黄泥灌浆随采随灌系统。2.1.2 制浆系统的选择泥浆的制备工艺随取土方式和制浆设备不同而异。主要分为：水力取土自然成浆和人工或机械取土机械制浆。本次设计我们的制浆站采用机械制浆，如下图2-1所示：图 2-1 人工或机械取土机械制浆1、取土矿车；2、轻便轨道；3、储土场及栈桥；4、水枪；5、输水管；6、自流泥浆沟；7、泥浆搅拌池及房屋； 8、输浆管；9、风井；10、水源泵房，11、绞车房；12、取土场用人工或机械把黄土装入取土矿车，经由储土场，运往泥浆搅拌池，最后通过水源泵房给泵泥浆从管道入井。2.2 灌浆方式的确定我国煤矿采用的预防性灌浆的方法多种多样，大体可分为：采前灌浆、随采随灌、采后封闭灌浆等三种类型。2.2.1 采前灌浆所谓采前灌浆即是尚未开采先行灌浆。这种灌浆方法是针对开采老窑多、易自燃、特厚煤层发展起来的。当岩石运巷和风巷掘出以后，分层航道尚未掘送之前，按设计的位置，由岩石区段巷道开钻窝向煤层打钻以探明古窑老虚的分布和位置，然后进行采前预灌。2.2.2 随采随灌随着回采工作面的推进，同时向采空区灌浆。其作用一是防止遗留在采空区内的浮煤自燃；二是胶结顶板冒落的矸石，形成再生顶板，为下分层开采创造条件。另外，它还具有防尘、降温的作用。随采随灌的方法根据采区巷道布置方式的不同，顶板岩石冒落情况不同有多种多样。如埋管灌浆、插管灌浆、洒浆、打钻灌浆等。2.2.3 采后灌浆开采自然发火不是十分严重的厚煤层时，可在工作面采完后，封闭停采线的上下出口，然后，在上部密闭墙上插管灌注泥浆。其目的一是封闭采空区，其次是充填最易发生自燃火灾的停采线，以防止自燃火灾的发生。2.2.4 埋管灌浆把灌浆铺设在工作面的回风内。工作面放顶前，再回风巷的灌浆支管上接一段预埋钢管，预埋管和支管之间用高压胶管连接。工作面放顶后始终保持预埋管压在采空区内5-8米，预埋管用回柱绞车拉着外移。2.2.5 钻孔灌浆在煤层底板的集中运输巷或回风巷道的专门开掘的灌浆巷道内，每隔一段距离向采空区打钻灌浆。2.2.6 工作面洒浆为了保证灌浆质量，自然发火危险性比较大的工作面应在埋管灌浆的同时还向采空区喷洒灌浆。其方法是，工作面放顶之前从回风巷灌浆管上接出一根注浆管，沿倾斜方向分段向冒落区喷洒泥浆。3灌浆量计算预防性灌浆量主要取决于灌浆形式，灌浆区的容积，采煤方法等因素。采前预灌、采后封闭停采线都是以充满灌浆空间为准。3.1灌浆用土量计算 Qt1=KMLHC （式3-1） Qt2=KMlHC （式3-2） Qt=aQ t2 （式3-3）式中 Qt1 灌浆用土量，m3； Qt2 日灌浆用土量，m3/日； Qt灌浆日用土量，m3； 煤容重，t/m3；1.3 M 煤层开采厚度，m；1.1 L 灌浆区的走向长度，m ；194 l 日进度，m；1.5 H 灌浆区的倾斜长度，m；120/cos16 C 煤炭回收率，%，取0.89； a 取土系数，取1.1； K 灌浆系数，即泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区 空间容积之比。这里取K=0.1-0.2。本设计取K=0.15。Qt1=0.151.1194125.30.89=3569.66m3Qt2=0.151.11.5125.30.89=27.7 m3/日 Qt =1.127.7=30.4 m33.2灌浆用水量日灌浆用水量Qw1= kw Qt （式3-5） kw 冲洗管道用水量的备用系数，一般为1.101.25,这里取1.2。 土水比倒数，这里取4。 Qw1=1.230.44=146.08 m3灌浆总用水量 Qw= kw Qt1 （式3-6） Qw= 1.23569.66 4 =17134.368m33.3灌浆量计算 Qj=（Qt2+Qw）u （式3-7） Qjh=Qj/（n.t ） m3/h （式3-8）式中：Qj日灌浆量，m3Qjh小时灌浆量； u泥浆制成率，其取值见表3-1； n每日灌浆班数； t每班纯灌浆小时数；水土比1:11:21:31:41:51:6泥浆容重1.451.301.201.161.131.11泥浆制成率0.7650.8450.8800.9100.9300.940表3-1Qj =（30.4+146.08）0.845=149.13m3 Qjh = 149.13/（28）=9.33 m33.4 泥浆容重 j=（w +t)u =(46.08/149.13+27.71.3/149.13) 0.845 =0.466 t/ m34浆管道系统设计4.1灌浆管道布置灌浆管路有“L”和“Z”布置形式，如图4-1所示。L形：优点：能量集中，充分利用自然压力，管路有较大的注浆能力；安装维护管理简单。缺点：井深时压力过大，易崩管。Z形：与L形相反。 如图2-1 所示，采用集中灌浆站，泥浆输送管道由风井进入，经总回风大巷到采区回风巷、工作面回风巷，再到工作面上隅角，进行埋管灌浆，或工作面洒浆（如图2-2）。从地面直到井下灌浆点铺设专用管路担负输浆任务。图4-1管路系统为：泵房风井煤4 总回风巷工作面顺槽工作面采空区。4.2 输送倍线的计算预防性灌浆一般是靠静压作动力。灌浆系统的阻力与静压动力之间的关系用输送倍线表示。泥浆的输送倍线是指从地面灌浆站至井下灌浆点的管线长度与垂高之比，即： N = （式4-1） 式中：N输送倍线； L进浆管口至灌浆点的距离，1850+148.5+50=2048.5m； H进浆管口至灌浆点的垂高，250+3.7+170=423.7m。 N过大，说明管线太长，阻力过大输浆压力小，进浆不畅，易发生堵管现象；N过小，说明泥浆出口压力大，在采空区分布不均，易发生跑浆事故。一般情况下，泥浆的输送倍线值最好在5-6范围内变化。不要大于10或小于2。风井底到工作面进风巷入口距离1326m，入口到工作面长为168m，风井长为184m，得1678m。工作面至地面的垂高为200m。根据公式可得：N =1678/200=8.394.3 管径计算根据泥浆流速确定，对泥浆流速的要求是：能够保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不要沉淀在管中，以致发生堵管事故。 临界流速：保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不沉淀或生堵管的最小平均流速。他与土壤的质量、含砂量、比重、土水比等因素有关，可通过查表得出。 根据临界流速计算管径后再反过来验算实际流速，使之略大于临界流速以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。管径计算可按下式计算： d = = （式4-2） 式中: Qj 小时灌浆量m3/h； v0临界流速m/s，查表4-2得1.801m/s。 表4-2泥浆临界流速表输浆管内径dp为：dp= 149.13/（3.141.801）0.5 =0.221m = 221mm所以根据钢管规格表，预选896无缝钢管，则输浆管干管内径：dp=89-26=77mm验算流速 V=149.13/(9003.147777)=8.900m/s 1.801 （符合要求）同理，设计输浆管支管预选893.5无缝钢管。则支管内径为89-7=82mm验算流速 V= =149.13/(9003.148282) =7.848 （符合要求）4.4 管壁计算（1）垂直管道管壁= 0.5d( 1)ab （mm） （式4-3） 式中 d 管直径（内径）Rz 许用应力（无缝钢管：800kg/cm2 ,普通钢管：600 kg/cm2，铸铁管：200 kg/cm2）P 管内压力，P=0.11j H j 泥浆比重，kg/m3 ,由表3-1，取j为1.16H 高度（高差），m其中P=0.111.048320=33.54kpa 管壁不均匀系数的附加，无缝钢管：1-2 mm，铸铁管：7-9 mmb 磨损系数，1-4 mm 本设计采用无缝钢管，所以a取3； b取3。= 0.5d( 1)ab = 0.50.077（1）+0.003+0.003 =0.0011+0.006 = 0.056m = 5.6mm从以上计算可知所选钢管符合要求。 (2)水平管道管壁= + a （式4-4） 式中 n 管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9d 管直径（内径）P 管内压力 = +0.003 = 3.00mm 经过计算所预选的无缝钢管符合要求。4.5 管材确定选择管材的主要依据是管道所需承受的压力，而压力与井深成正比。通常情况下，井深不超过200m，多采用焊接钢管，井深超过200m，多采用无缝钢管。又由于当压力大于10 16 个大气压时，采用无缝钢管。而此时计算的压力P=33.54kp已经远远大于这个数值，所以这里应采用无缝钢管。5水枪的选择由于矿井灌浆、洒浆没有专用的水枪，所以一般采用低层建筑、建筑高度在24m以下的民用水枪。水枪喷嘴直径有：13、16、19、22、32、44mm。考虑到消防用途和实际工作需要，设计水枪采用44mm。因为H=，所以 v = 流速系数，一般取0.92水枪的流量 Q= S （式5-1）与u相同S 喷嘴横断面积H 水枪压力，取35mQq = 0.92 = 131.8m3/h水带直径 ：50mm的水带适应喷嘴直径16mm的水枪；65、75mm的水带适应喷嘴直径19mm的水枪；90mm的水带适应喷嘴直径22mm的水枪。 出水带标准长度：20m.水枪的台数: N = （式5-2） 式中 Qw 取土时的用水量， Qq 单台水枪的流量， Qw = Qti Qw = Qti q, （式5-3）q 水枪取土1m3时的耗水量 1.松散土壤，松散砂土、风化泥岩： q值取56 m3/m3 ,压力3040m2.坚固黄土、砂土： q取67 m3/m3 ，压力5060m 3.极坚固黄土、砂土： q取79 m3/m3，压力6070m 因此，水枪台数为：N=1630.24/131.827=3.5台.考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为5到7台水枪。6泥浆泵选择下列情况需要泥浆泵：a.如果管路太长，输浆压力不够；b.地面灌浆站距井口太远，泥浆至井口压力不够；c.采用水力取土，自然成浆方式时，水枪所需压力由泥浆泵提供。（1）泥浆泵的流量QjQj=2003.14/24=83.164 m3/h泥浆泵的流量Qj为前面设计的小时灌浆量，水力取土时为水枪小时用水量。 (2）泥浆泵扬程Hj hf=Lij 式6-1） L泥浆管道长度m；i泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用公式计算： i =KK泥浆阻力系数，与土水比有关。i清水状态下的水头损失， iw=v2/2gd达西系数,见表6-1：表6-1泥浆阻力系数表管径200150125100750020300222002370026000292iw=v2/2gd=0.0220.64262/29.80.75=0.0062(m) ij =Kiw 其中k=1.15 =1.150.0062= 0.0071 m因是松散土壤，松散砂土、风化泥岩：q值取56 m3/m3 ,压力3040m.这里取35米,工作时水枪流量为132.2 m3/h。 由于泥浆泵向井下输送，所以不考虑扬程，只考虑压力即可。根据所得数据及压力，参照PN型泥浆选型选择泥浆泵型号如表6-2所示：表6-2型号流量（m3/h）扬程(m)转数(r/min)轴功(千瓦)电动机型号4PO2-91-47浆站主要设施7.1 泥浆搅拌池及搅拌机（图）(1)泥浆制备方式其制备方式分为水力搅拌和机械搅拌两种。水力搅拌适用于灌浆量小的况,一般多用机械搅拌。机械搅拌按其机械的运动方式，分为固定式和行走式两种。本设计采用行走式。 (2)泥浆搅拌池的容积泥浆搅拌池的容积一般按2小时灌桨量计算。泥浆搅拌独宜分成两格,轮换使用，且向出口方向应有25的坡度。在泥浆出口处必须设置筛子,有运送位料的设备(小车、矿车)。（3)泥浆搅拌池布置泥浆池采用料石砌筑，分为两格，一池存土浸泡，一池进行搅拌，轮换使用，泥浆池容积根据矿井最大灌浆量和取土供给能力确定，池身长20米，宽I米，深1米。黄土浸彻23小时后，待土质松软即可进行搅拌(泥浆搅拌机为行走式),泥浆浓度由供水管的控制阀调节。泥浆搅拌均匀后，经泥浆池出口通过两层孔径分别为15毫米和10毫米的过滤筛流入灌浆管，然后送至井下灌浆地点。 （4）灌浆系统管道及取土场的防冻 在我国北方寒冷地区，冬季表土层冻结，取土制浆困难，应采取防冻措施。a.灌浆系统管道可挖沟埋设或其上