矿井火灾设计

矿矿井井防防火火设设计计 指指导导教教师师 张张人人伟伟 班班级级 安安全全 0 05 54 4 1 1 班班 姓姓名名 金金利利军军 学学号号 2 21 10 05 56 61 11 12 2 班班级级序序号号 7 7 中国矿业大学应用技术学院中国矿业大学应用技术学院 目目 录录 一 一 防火灌浆设计依据及基础资料防火灌浆设计依据及基础资料 1 1 煤层赋存条件 1 2 煤的碳化程度 煤岩成分 自然倾向性 发火期 1 3 浆材的质量 数量 开采条件等 1 4 矿井开拓方式和采区布置图 1 5 灌浆站工作制度 二 二 防火灌浆系统与参数确定防火灌浆系统与参数确定 2 1 灌浆系统确定 2 2 灌浆材料的选择 2 3 地面制浆工艺流程 图 2 4 灌浆方法确定 1 埋管灌浆 图 2 工作面撒浆 图 2 5 灌浆参数确定 三三 灌浆量计算灌浆量计算 3 1 灌浆用土量计算 3 2 灌浆用水量计算 3 3 灌浆量计算 四四 灌浆管道系统设计灌浆管道系统设计 4 1 灌浆管道系统布置 4 2 输送倍线计算 4 3 管径计算 4 4 管壁计算及管材确当 五五 水枪选择水枪选择 六六 泥浆泵选择泥浆泵选择 七七 灌浆站主要设施灌浆站主要设施 7 1 泥浆搅拌池及搅拌机 图 7 2 储土场 一 防火灌浆设计依据及基础资料防火灌浆设计依据及基础资料 1 1 煤层赋存条件 山东龙口梁家煤矿下第三系煤系地层总厚度为 1095m 含煤地层平均总厚 216m 含煤 6 层 即煤上 2 煤上 l 煤 1 煤 2 煤 3 及煤 4 纯煤平均总厚 13 44m 含煤系数 6 22 可采纯煤总厚 10 64m 煤上 2 煤上 1 煤 3 不可 采 煤 2 煤 4 局部不可采 含油页岩 4 层 即油 1 油 2 油 3 油 4 可采 油页岩平均总厚 4 30m 油 1 油 3 不可采 油 4 为煤 4 底板 层位稳定 厚度 不稳定 局部达可采厚度 油 2 为主要可采层 其质量 结构又可分为油 2 上 2 油 2 上 1 油 2 中及油 2 下四层 油 2 上 2 17 勘探线以东变薄至沉缺 17 勘探线以西可采 油 2 上 1 局部可采 油 2 中 油 2 下不可采 1 2 煤的碳化程度 煤岩成分 自然倾向性 发火期 本井田水文地质类型为简单型 区内地形平坦 而且煤层属于典型的三软 煤层 含煤地层中主要有八层含水层 分别为钙质泥岩 泥灰岩 泥岩与泥灰 岩互层 煤 1 油 2 煤 2 及其底板砂岩 煤 3 煤 4 间煤 4 煤 4 下部砂砾岩 第 四系富水性强的砂砾层与含煤地层的水力联系微弱 主要由于煤系地层中的泥 岩类地层隔水性较好 各煤层均有煤尘爆炸危险性 设计工作面为 4110 综采放顶煤开采工作面 工作面走向长度 886m 倾斜 长度 148 5m 工作面开采参数如表 1 所示 煤层柱状图如图 3 所示 顶 底板 状况为 1 直接顶为煤4的 41 42 段煤层 厚度 2 19 米 煤夹泥岩 2 直接底为煤4的 47 48 段煤层 厚度 3 3 米 泥岩夹煤 泥岩易风化 遇水膨胀 工作面煤尘具有爆炸性 属低瓦斯矿井 工作面煤层易自燃 地温较高 一般 在 29 31 左右 各煤层均有煤尘爆炸危险性 由于该区煤的燃点低 油页岩 用火柴即可直接点燃 煤层节理发育 褐煤及油页岩易自燃发火 矿井各煤层 自燃倾向性为一类容易自然发火煤层 煤2最短自然发火期为 22 天 一般为 1 3 月 1 3 浆材的质量 数量 开采条件 目前使用的防灭火注浆材料主要是黄土和凝胶 黄土浆主要用于采空区 预防性注浆 凝胶用于封闭密闭间 小联络巷及处理高温点时使用 该矿井灌 浆所用土源距煤矿风井 5km 土质优良 容重 1 3t m3 属于亚粘土 塑性指数 12 取土方便 矿井轻轨矿车可直接到达取土地点 龙口矿业集团采用的土水 比为 1 3 5 灌浆系数 0 1 0 2 现梁家煤矿分别在二层煤的四采区和四层煤的一采区生产开拓 共有独立 供风的生产工作面 3 个 即 4110 工作面 2408 工作面以及 1210 撤面 备用工 作面 1 个 即 2401 上顺 2401 下顺 煤 4 轨道巷 煤 4 皮带巷 4114 上顺 4103 下顺 独立供风硐室 19 个和其它独立供风井巷 9 个 矿井的地温随着深 度的增加而增高 矿井通风方式为中央边界式 通风方法为抽出式 副井提升 兼进风 主井提升兼辅助进风 1 4 矿井开拓方式和采区布置图 矿井开拓方式为中央立井分水平开拓 矿井有三个井筒 主井 风井位于 井田的浅部 313m 副井位于井田的中部 矿井只有一个水平 标高为 450m 井田采用上下山开采 采煤工作面走向长壁采煤法 煤 2 为综采一次采 全高 煤 4 为综采放顶煤开采 矿井开拓与通风系统平面图如图 1 所示 矿井 开拓剖面图如图 2 所示 1 5 灌浆站工作制度 灌灌浆量的确定 各矿都有自己的一套计算方法 都有自己的经验 总的说 来主要是根据灌浆区的容积 采煤方法及地质条件等因素来确定 本矿采用三 班灌浆工作制度 每班灌浆 3 小时 其余时间为准备时间 各班都必须完整的 做完本班工作 完成好交接班制度 每日灌浆量 2268 92268 9 m 每时灌浆量 189m189m 3 3 主主井井副副井井 风风井井 4 41 11 10 0工工作作面面 图图 2 2 矿井开拓剖面图矿井开拓剖面图 250回风巷 煤4 一 采 暗 斜 井 总 回 煤4上仓皮带 煤4 一 采 轨 道 副井 东 大 巷 西 回 风 上 山 风井 Q采 700m3 min V采 1 2m s 煤4 一 采 皮 带 隔爆水棚 40L 40 1600L 隔爆水棚 40L 40 1600L 4110 下 顺 乏风 新风 4110 上 顺 交 变 所 绕 道 上 山 煤4 图图 1 通风系统平面图通风系统平面图 表表 1 1 41104110 工作面煤层参数工作面煤层参数 煤层名称煤4水平名称 450采区名称煤4一采区 工作面名称4110 地面标高 m 2 6 3 6 工作面标高 m 390 420 工作面 走向长度 m 886 倾斜长度 m 148 5 回采面积 m2 131571 4 3 4 6 总厚 m 4 54设计采高 m 6 15 4 4 4 6 总厚 m 6 15容重 t m3 1 34 煤层倾角 10普氏硬度 f 1 5 可采指数1变异系数 5 6 灰分 28 34自然发火程度易发火 瓦斯等级低级稳定程度稳定 煤层结构复杂回采率 89 含矸率 12 2预定可采期7 个月 循环产量 t 871最大涌水量 m3 h 15 日开采循环4正常涌水量 m3 h 3 生产能力 t 日 3484可采储量 万吨 86 9 年生产能力 t 年 1050000工业储量 万吨 97 67 图图 3 煤层综合柱状图煤层综合柱状图 二 防火灌浆系统与参数确定二 防火灌浆系统与参数确定 2 12 1 灌浆系统确定灌浆系统确定 黄土价格低廉而且水源充足 参照以上条件及矿井开采条件选择黄泥灌 浆随采随灌系统 2 22 2 灌浆材料的选择灌浆材料的选择 本矿井所需土源距煤矿风井 5km 土质优良 容重 1 3t m3 属于亚粘土 塑性指数 12 矿井轻轨矿车可直接到达取土地点 取土方便 具体要求 1 加入少量的水能够成浆 2 泥浆的渗透性好 3 泥浆本身不含可燃物或助燃物 4 要易于脱水 5 泥浆粒度要不大于 2mm 细小粉粒要占 75 以上 6 要便于开采运输和制作 2 32 3 地面制浆工艺流程 图 地面制浆工艺流程 图 当矿井灌浆量大 土源较远或者限于地形条件 灌浆点分散等 则可采用 人工或机械取土 建立集中灌浆站 泥浆搅拌池制备泥浆 如图 3 10 所示 采土场 矿车运输 储土场 搅拌池 泵站 管道入井 人工或机械取土机械制备泥浆站人工或机械取土机械制备泥浆站 1 取取 矿车 矿车 2 轻便轨道 轻便轨道 3 储土场及栈桥 储土场及栈桥 4 水枪 水枪 5 输水管 输水管 6 自流泥浆沟 自流泥浆沟 7 泥浆搅拌池及房屋 泥浆搅拌池及房屋 8 输浆管 输浆管 9 风井 风井 10 水源泵房 水源泵房 11 绞车房 绞车房 12 取土场取土场 1 1 2 2 1 12 2 5 5 4 4 3 3 6 6 1 10 0 9 9 8 8 7 7 1 11 1 2 42 4 灌浆方法确定灌浆方法确定 根据本矿井的开拓开采情况和矿井水文地质条件采用以下灌浆方法 1 埋管灌浆 图 2 工作面洒浆 图 图图 3 143 14埋管灌浆及洒浆示意图埋管灌浆及洒浆示意图 1 工作面运输巷 工作面运输巷 2 回风巷 回风巷 3 输浆管路 输浆管路 4 埋入采空区的注浆管 埋入采空区的注浆管 5 洒浆胶管 洒浆胶管 6 工作面工作面 上隅角 上隅角 7 维护回风巷的临时木垛维护回风巷的临时木垛 2 5 灌浆参数确定 1 水土比 1 3 水土比大小取决于 1 土质条件 土质粘度大 土质好 易成浆土水比可以大一些以取得较好的防火效果 否则小一些 如采用页岩 矸石灌浆 土水比要小一些以防止堵管 2 泥浆的输送距离 输送距离远 土水比可小一些防止堵管 3 灌浆的方法 采空区埋管灌浆 打钻灌浆 土水比要小一些以免不能完全覆盖煤题 1 1 2 2 3 34 45 56 6 7 7 如果是工作面洒浆 土水比可以大一些以节省劳力 提高效率 4 煤层倾角 煤层倾角越小 土水比要小一些以取得较好的流动性 5 气候条件 夏季灌浆时 气候炎热 土水比可大一些 冬季寒冷易结冻 土水比要小 一般土水比的变化范围为 1 2 1 5 2 灌浆系数 K 灌浆系数 K 泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比 即 K Qs mLHC 在 K 值中反映了顶板冒落岩石的松散系数 泥浆收缩系数和跑浆系数等综合影 对于预防性灌浆 一般取 0 01 0 15 对于封闭区内的灭火灌浆 可取 0 1 0 3 3 取土系数 a 考虑土壤的杂质和运输的损失 取 1 1 三 灌浆量计算三 灌浆量计算 1 1 灌浆用土量 灌浆用土量 Q Qt t 预防性灌浆量主要取决于灌浆形式预防性灌浆量主要取决于灌浆形式 灌浆区的容积灌浆区的容积 采煤方法采煤方法 等因素 采前预灌 采后封闭停采线灌浆都是以充满灌浆空间等因素 采前预灌 采后封闭停采线灌浆都是以充满灌浆空间 为准 随采随灌的用土量为准 随采随灌的用土量 Qs Qs 可按下式计算 可按下式计算 1 1 按采空区灌浆量计算 按采空区灌浆量计算 Q Qt1t1 K K m m L L H H C C 式中 式中 Qt1Qt1 灌浆用土量 灌浆用土量 m m3 3 m m 煤层开采厚度 煤层开采厚度 6 15m 6 15m L L 灌浆区的走向长度 灌浆区的走向长度 886m 886m H H 灌浆区的倾斜长度 灌浆区的倾斜长度 148 5m148 5m C C 煤炭回收率 煤炭回收率 89 89 K K 灌浆系数 一般取灌浆系数 一般取 0 1 0 20 1 0 2 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 在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 在 K K 值中反映了顶板冒落岩石的松散系数 泥浆收缩系数和跑浆值中反映了顶板冒落岩石的松散系数 泥浆收缩系数和跑浆 系数等综合影响 系数等综合影响 m m L L H H C C 表示灌浆区所采出的煤量 此方法即根据灌浆表示灌浆区所采出的煤量 此方法即根据灌浆 区所采出煤量得多少来确定灌浆量的大小 区所采出煤量得多少来确定灌浆量的大小 2 2 按日灌浆量计算 按日灌浆量计算 按按灌浆区灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为 日灌浆所需用土量计算公式为 Q Qt2t2 K K G 1 G 1 或或 Q Qt2t2 K K m m l l H H C C 式中 式中 Q Qt2t2 日灌浆所需用土量 日灌浆所需用土量 m m3 3 G G 矿井日产量 矿井日产量 3483t 3483t 煤炭容重 煤炭容重 1 34t 1 34t m m3 3 L L 工作面日进工作面日进 3333 4 23m 4 23m 3 3 矿井日用土量 矿井日用土量 矿井实际每日所需采土量为 矿井实际每日所需采土量为 Qt aQt a Q Qt2t2 式中 式中 QtQt 灌日用土量 灌日用土量 m m3 3 a a 取土系数 考虑土壤含有一定的杂质和开采 运取土系数 考虑土壤含有一定的杂质和开采 运 输过程中的损失 输过程中的损失 a a 取取 1 11 1 Qt1 k m L H CQt1 k m L H C 0 18 0 18 6 156 15 886886 148 5148 5 0 890 89 129627 7 129627 7 m m3 3 Qt2 K G 1Qt2 K G 1 0 18 34840 18 3484 1 34 1 34 468468 m m 3 3 舍去舍去 或或 Qt2 Qt2 k m l H Ck m l H C 0 18 0 18 6 15 4 23 148 5 0 896 15 4 23 148 5 0 89 618 8m618 8m3 3 Qt a Qt2Qt a Qt2 1 1 468 1 1 468 514 8m514 8m3 3 2 2 灌浆用水量 灌浆用水量 Qw Kw Qt Qw Kw Qt QwQw 灌浆用水量 灌浆用水量 m m3 3 Kw Kw 冲洗管路用水量的备用系数 一般取冲洗管路用水量的备用系数 一般取 1 10 1 251 10 1 25 水土比 一般取水土比 一般取 2 52 5 Qw Qw Kw Qt Kw Qt 1 15 514 8 41 15 514 8 4 2368 1m 2368 1m3 3 3 3 灌浆量 灌浆量 m m3 3 Qj Qj Qt2 QwQt2 Qw u u Qjh Qj n tQjh Qj n t m m3 3 h h QjQj 日灌浆量 日灌浆量 m m3 3 QjhQjh 小时灌浆量小时灌浆量 u u 泥浆制成率 泥浆制成率 如表所示 如表所示 n n 每日灌浆班数 每日灌浆班数 t t 每班纯灌浆小时数 每班纯灌浆小时数 水土比水土比 1 11 11 21 21 31 31 41 41 51 51 61 6 泥浆容重泥浆容重 1 451 451 301 301 201 201 161 161 131 131 111 11 泥浆制成泥浆制成 率率 0 7650 7650 8450 8450 8800 8800 9100 9100 9300 9300 9400 940 Qj Qj Qt2 QwQt2 Qw u u 468 2368 1468 2368 1 0 88 0 88 2268 92268 9 m m3 3 Qjh Qj n tQjh Qj n t 2268 9 3 4 2268 9 3 4 189m189m3 3 h h 4 4 泥浆容重 泥浆容重 t t m m3 3 j j w w t t u u 2368 1 468 2368 1 468 1 3 468 2368 1 0 88 2368 1 468 2368 1 468 1 3 468 2368 1 0 88 1 27t m 1 27t m3 3 四 浆管道系统设计四 浆管道系统设计 4 14 1 浆管路的布置浆管路的布置 灌浆管路有灌浆管路有 L L 和和 Z Z 布置形式 布置形式 L L 形 优点 能量集中 充分利用自然压力 管路有较大的形 优点 能量集中 充分利用自然压力 管路有较大的 注浆能力 安装注浆能力 安装 维护管理简单 维护管理简单 缺点 井深时压力过大 易崩管 缺点 井深时压力过大 易崩管 Z Z 形 与形 与 L L 形相反 形相反 Z Z 型型 L L 型灌浆管路型灌浆管路 4 2 输送倍线计算输送倍线计算 预防性灌浆一般采用静压灌浆 灌浆系统的阻力与静压动预防性灌浆一般采用静压灌浆 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 浆站至井下灌浆点的管线长度与垂高之比 即 式中 式中 N N 输送倍线 输送倍线 L L 进浆管口至灌浆点的距离 进浆管口至灌浆点的距离 1850 50 148 5 1850 50 148 5 2048 5m2048 5m H H 进浆管口至灌浆点的垂高 进浆管口至灌浆点的垂高 m m 根据公式可得 根据公式可得 H L N 835 4 7 423 5 2048 H L N 4 34 3 管径计算管径计算 管径计算 管径计算 式中 式中 QjQj 小时灌浆量小时灌浆量 m3 hm3 h v0v0 临界流速临界流速 m sm s 查表选择直径查表选择直径 d 0 154d 0 154 校验实际流速校验实际流速 v 4Qj 3600 d2v 4Qj 3600 d2 要求 要求 v v v0v0 V0V0 依据下表利用差值法求得依据下表利用差值法求得 V0 1 801m sV0 1 801m s 校验实际速度校验实际速度 V 4 189 3600 d2V 4 189 3600 d2 4 189 3600 3 14 0 154 0 154 4 189 3600 3 14 0 154 0 154 2 82 2 82 v0 1 801 v0 1 801 m sm s 801 1 14 3 189 30 1 m193 0 00 30 1 3600 4 v Q v Q d jj 00 30 1 3600 4 v Q v Q d jj a nR Pd Z 140 土壤名称土壤名称比重比重 管外径及壁管外径及壁 厚厚 土水比土水比 泥浆容重泥浆容重 t m3t m3 临界流速临界流速 m3 sm3 s 89 689 6 1 31 3 1 51 5 1 71 7 1 2831 283 1 2821 282 1 1341 134 1 1211 121 1 3291 329 1 4901 490 114 6114 6 1 31 3 1 51 5 1 61 6 1 71 7 1 101 10 1 2831 283 1 1821 182 1 1551 155 1 1341 134 1 0961 096 1 2301 230 1 4531 453 1 5501 550 1 6361 636 1 9341 934 粘土粘土 2 72 7 168 7168 7 1 31 3 1 51 5 1 61 6 1 71 7 1 101 10 1 2831 283 1 1821 182 1 1551 155 1 1341 134 1 0961 096 1 4121 412 1 6741 674 1 7791 779 1 8771 877 2 2192 219 89 689 6 1 31 3 1 51 5 1 71 7 1 2831 283 1 2821 282 1 1341 134 1 4291 429 1 6941 694 1 9001 900 114 6114 6 1 31 3 1 51 5 1 61 6 1 71 7 1 101 10 1 2831 283 1 1821 182 1 1551 155 1 1341 134 1 0961 096 1 5701 570 1 8601 860 1 9781 978 2 0862 086 2 4672 467 轻亚粘土轻亚粘土 2 72 7 168 7168 7 1 31 3 1 51 5 1 61 6 1 71 7 1 101 10 1 2831 283 1 1821 182 1 1551 155 1 1341 134 1 0961 096 1 8011 801 2 1302 130 2 2702 270 2 3942 394 2 8302 830 4 4 管壁计算 1 垂直管道 式中 式中 管壁厚度 管壁厚度 mmmm d d 管内径 管内径 mmmm RZRZ 许用应力 无缝钢管许用应力 无缝钢管 800kg cm2800kg cm2 铸铁管 铸铁管 200kg cm2200kg cm2 普通钢 普通钢 管管 600kg cm2600kg cm2 ba PR PR d Z Z 1 3 1 4 0 5 0 P P 管内压力管内压力 kg cm2kg cm2 P 0 11 jHP 0 11 jH j j 泥浆容重泥浆容重 t m3t m3 H H 井深井深 m m a a 考虑管壁不均匀的附加厚度 钢管考虑管壁不均匀的附加厚度 钢管 1 2mm1 2mm 铸铁管 铸铁管 7 9mm7 9mm b b 考虑垂直管道磨损的附加厚度 根据管道的服务年限取考虑垂直管道磨损的附加厚度 根据管道的服务年限取 1 1 4mm4mm P 0 11 jHP 0 11 jH 0 11 1 27 253 7 0 11 1 27 253 7 35 435 4 kg cm2kg cm2 2 水平管道水平管道 n n 管道质量与壁厚不均匀的变动系数 取管道质量与壁厚不均匀的变动系数 取 0 90 9 4 54 5 管材确定管材确定 由此选用管外径及壁厚由此选用管外径及壁厚 168 7168 7 的无缝钢管的无缝钢管 五 水枪的选择五 水枪的选择 水枪的流量特性计算 1 水枪喷嘴出口射流速度 流速系数 取 0 94 H 水枪工作压头 m 2 水枪喷嘴流量 m02 6 21 1 4 35 3 1800 4 35 4 0800 154 5 0 ba PR PR d Z Z 1 3 1 4 0 5 0 a nR Pd Z 140 mm054 1 1 800 9 0 140 154 4 35 HgHv g v H 17 4 2 2 2 u 流量系数如射流未经压缩则 u S 水枪喷嘴出口断面 S d2 4 d 水枪喷嘴直径 mm 3 水枪喷嘴直径 mm 4 水枪喷嘴压头 m 5 水枪台数计算 Qt2 水枪小时用土量 m3 h Qw 水枪小时用水量 m3 h q 单位耗水量 水枪在某一压力下取土 1 m3 所消耗的水量 因为所用的土质为亚粘土 坚固黄土 沙土等 水枪压力 40 60m 取水枪的工作头hq 50m 单位耗水量 6 7 m3 m3 依据 选用直径 19 毫米的水枪用做冲洗 六 泥浆泵选择六 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 Qj Qjh 189Qjh 189 m m3 3 h 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 L ij L 泥浆管道长度 m ij 泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失 用公式计算 ij K iw Hd gH d ugHusQ 2 2 28 3 2 4 2 H Q d55 0 g v h 2 06 0 2 hm 4 356 9 5 3 2 2 qQQ Q Q N tw w t 019 0 50 3600 4 35 55 0 55 0 m H Q d K 泥浆阻力系数 与土水比有关 iw 清水状态下的水头损失 iw v2 2gd 达西系数 见表 泥浆阻力系数表泥浆阻力系数表 土水比土水比1 1 3 31 1 5 51 1 6 61 1 7 71 1 1010 粘土粘土 1 1501 1501 1401 1401 1351 1351 1301 1301 1251 125 亚粘土亚粘土 1 1551 1551 1451 1451 1401 1401 1351 1351 1251 125 轻亚粘土轻亚粘土 1 1601 1601 1501 1501 1451 1451 1401 1401 1251 125 管径 20015012510075 0 0