优秀毕业设计]矿井预防性灌浆灭火系统设计

1、矿井防灭火与灌浆系统课程设计概述1、矿井防灭火与灌浆系统课程设计的目的进行矿井防灭火与灌浆系统课程设计，是学生学习该课程理论 学习结束后，进行的一项实践性教学环节，是课程体系的重要组成部分。 其目的是通过课程设计加深对矿井火灾防治理论与技术和其他课程 所学专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、 绘图和设计的能力，为毕业设计奠定基础。2、进行矿井灌浆灭火系统设计的目的和作用2.1进行矿井灌浆灭火系统设计的目的：煤矿安全规程第二百三十二条规定：开采容易自燃和自燃的煤 层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充 填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体

2、、均压等措施，编 制相应的防灭火设计，防止自然发火。在矿井设计、延伸、新水平、新 采区设计时，应同吋设计相应的预防性灌浆系统。2. 2进行矿井灌浆灭火系统设计的作用预防性灌浆：将水与浆材作适当配合制成浆液，借助输浆设备送到 可能发生自燃发火的地点，防止煤炭的自燃。泥浆起到三个作用：(1) 包裹煤体，隔绝煤与空气的接触，防止氧化；(2) 加强采空区的致密性，防止漏风；（3）冷却已发热的煤体与围岩，降低温度。二、课程设计的任务根据课程设计大纲的要求，对龙口矿业集团公司梁家煤矿矿井进行 预防性灌浆防火设计，具体内容包括：1、说明防火灌浆设计依据及基础资料2、确定灌浆系统与灌浆参数3、防火灌浆设计计算

3、4、灌浆管道系统设计5、灌浆泵设计6、水枪设计7、灌浆站及主要设施设计三、设计课题名称龙口矿业集团公司梁家煤矿矿井预防性灌浆防火设计梁家煤矿矿井预防性灌浆防火课程设计1防火灌浆设计依据及基础资料1.1煤层赋存条件1.1.1煤系地层及煤层数龙口矿业集团公司梁家煤矿设计生产能力180万t / a,位于山东省 龙口市黄县煤fh西北隅，井田范围由国土资源部以国地资矿通字 20001130号文批复,由1-41号矿界坐标点顺序圈定，西至龙口渤海， 北以1-10号矿界坐标点与梁家煤矿相邻，东北以10-17号矿界坐标点与 桑园煤矿分界，至20号勘探线，南以f13、f14, f40, f43、f59,断层 及煤

4、2-800m等高线为界。井山面积：东西长约9-9. 5km,南北宽约 3-6. 1km,面积约 48km。烟（台）潍（坊）公路横贯井田屮部，西南至潍坊167km,东至烟台 114. 5km,分别与胶济铁路、蓝烟铁路相接，可通达全国各地。井山西端 龙口港可通烟台、天津、大连等城市，水陆交通十分便利。井田内为山前冲积平原，地形平坦，地血标高0+27m,由西北向 东南逐渐增高，地形的自然坡度一般为千分之三左右。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1、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.

5、 64m。1丄2可采煤层及其厚度煤上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430nu油、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±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。本井田水文地质类型为简单型，区内地形平坦。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。含煤地层中主要有八层含水层，分别为钙质泥岩、泥灰

6、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。其中泥灰岩、煤1油2、煤2机器底板砂岩为本区对生产 有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距煤1平均43. 26米，为煤1的 直接充水层。煤2上距泥灰岩约60米，在大中型断层的下盘开采煤2层, 也将受泥灰岩水的威胁。煤1油2距煤2约13米，是煤2的直接充水层。 根据黄县煤田资料，泥灰岩最大涌水量为150m3/h,煤1油2水的最大 涌水量为300m3/h,煤2底板砂岩水的最大涌出量为51m3/h,这三层 主要的含水层对主采煤层的凹采造成直接的影响。木井田西临渤海，海 中也有第四系的含水层和隔水层，第四系顶部为厚3.

7、 50-4. 40m的淤泥，其下以粘土、砂质粘土为主，其次为粉砂岩，隔水性良好，因此海水不 与煤系地层直接接触，不发生直接水力联系，海水与采煤关系不大。1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性及发火期1.2.1煤的碳化程度煤的变质程度是指煤的变质程度越低越易自燃。自燃能力：褐煤 烟煤无烟煤(1)挥发份：将煤加热到850r时，煤中挥发出的气体所占煤本身重 量的比例。变质程度越低挥发份越高，一般：褐煤40%；烟煤=10-40； 无烟煤10%。从煤的几种物理化学性质来看：变异系数()为5.6%,挥发份 为28. 34,二氧化碳:相对涌岀量为2. 029m3/t,绝对涌出量为9. 326m3 /min

8、,极易发火，煤尘具有爆炸性，加之成煤地质年代为第三、四系， 因此，煤的碳化程度较低。1.2.2煤岩成分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1、煤1、煤2、煤3,及煤4。纯煤平 均总厚13.44m,含煤系数6. 22% o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4o可采油页岩平均总厚4. 30mo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。其中泥灰岩、煤1油2、煤 2机

9、器底板砂岩为本区对生产有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距 煤1平均43. 26米，为煤1的直接充水层。煤2上距泥灰岩约60米，在 人中型断层的下盘开采煤2层，也将受泥灰岩水的威胁。煤1油2距煤 2约13米，是煤2的直接充水层。详见（图1 1）煤系地层综合柱状图。附：煤系地层综合柱状图1-1岩层名称柱状煤2泥岩粗砂岩泥砂兀层煌（“累原（）4.154.150.74.8512.5117.360,56tto"17.921b7921t924 3723. ?959.7883.57泥岩84.912.1987.11.618?714,543.30油d93.25岩性特征以亮煤为主，夹条 带状丝带组分灰

10、至灰白色 遇水誹灰至茨白色遇水膨胀劣质煤夫泥岩化物质含量高.夹 亮煤条带23896.5599. m岩夬劣质煤123自然倾向性及发火期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。矿井各煤层口燃倾向性为一类容易口然发火煤层。煤2最短口然发火期为22天, 般为1-3月。1.3浆材的质量、数量1.3.1浆材的配制及质量1）加入少量水能够成浆；2）泥浆的渗透性要好；3）不含可燃物或助燃物；4）泥浆要易于脱水注浆必须脱水：泥浆要易于脱水，一般要求含砂量25-30%o泥浆 注入井下，如果不易脱水，将会大量存积于采空区工作面下顺槽，并在 矿山压

11、力的作用下储备很高的能量。当在泥浆区下部进行回采或掘进工 作时，易造成溃浆事故。也不能脱水性太强，太易于脱水，泥浆在采空区形成堆积，起不到 包裹煤体的作用。5）泥土粒度要求；不大于2mm,细小粉粒（粒度小于lmm）要占75%以上。6）主要物理指标：aa灌浆主要物理指标：比重：2. 4-2. 8；塑性指数：9-14；胶体 混合物:25-30%；含沙量:25-30%；a、比重：如果比重太大，容易沉淀，流动困难，易造成堵管事故，且在采空区灌浆口附近堆积，难以覆盖整个采空区。b、塑性指数：土壤的塑性是指其在外力作用下改变形状，但不产生裂隙和断裂， 而且当外力停止作用后仍然保持所形成的形态的特性。在一定

12、重量湿度（）的情况下，土壤固态变成可塑状态，这一湿度 称为塑性下限，土壤从可塑状态变成流体状态的重量湿度（）,称为塑 性上限。塑性指数（ip）系指塑性上限的重量湿度与下限重量湿度之差。一 般：粘土： tp>17；亚粘土: 10<tp17；轻压粘土： 3<tpl0oc、胶体混合物胶体混合物体现了土壤结胶的能力。d、含沙量对于含沙量的要求主要是要求土壤易于脱水。比重：2. 42.8； 塑性指数：914；胶体混合物：2530%；含沙量：2530%o7）泥土要便于开采、运输与制备。因土源距煤矿风井5km, 土质优良，容重1. 3t/m属于亚粘土，塑 性指数12,取土方便，矿井轻轨矿车

13、可直接到达取土地点。且龙口矿业 集团采用的土水比为1： 3-5,灌浆系数0. 03-0. 05,因此，用黄土作为 该矿的灌浆材料。1.3.2浆材的数量灌浆量的确定，各矿务局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。具体数量再后面章节进行详细计算。14矿井开拓方式和米区布置图1.4.1开拓方式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。相见图1-2 (矿井剖 面图)(1) 灌浆管路设计依据由于地面风井距井底垂高只有253. 7m,所以灌将管路采用形 布置，能使能量集

14、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。因此灌浆路线为：地面灌浆站一风井->-250总回风巷 f西冋风上山f煤4总冋风巷f煤4 一采皮带上山一41 10上顺f工作而。(见图1-1)(2) 计算输送倍线泥浆的输送倍线为：地面灌浆站至井下灌浆地点的管线长度与灌浆 点的垂高之比。n = (1-1)h式中:x输送倍线；l管线长度，m；11垂高，mo风井底到4110工作面进风巷入口距离1850m,工作面走向长886m, 风井长为253. 7m,再加上10%的管长，得3288.7m。工作面至地而的垂 咼为 423. 7nion二丄二3288. 7/423. 7=7. 7h（3

15、）计算是否需要泥浆泵加压灌浆由于本矿井灌浆点距地面制浆点较近，有足够的输浆压力，输送倍 线介于2-10之间，所以不需用泥浆站加压灌浆。但在地面制浆点需用泥 浆泵作水力取土。1.4.2开采情况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 ±顺、4103下顺；独立供风嗣室19个和其它独立供风井 巷9个。1.4.3开采技术条件及开采方法矿井只有一个水平，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

16、。煤2为综采一次采全高；煤4为综采放顶煤开采。 矿井开拓剖而图如图（图1一2）所示。附：矿井开拓剖面图1-2风井 主井詡井1. 5灌浆站的工作制度1.5.1计算日灌浆量、时灌浆量（1）按日灌浆量计算按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为：q沪k.g/y i（1-2）式屮：q12日灌浆所需用土量，m3；k灌浆系数，取0. 03；g矿井日产量，t；y 1煤炭容重，t/m3oq沪0.03x3484/1.34二78 m3（2）矿井日用土量矿井实际每日所需采土量为:(1-3)式屮：qt灌日用土量，nfa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，a取 1. 1;qt二1. 1x78=85. 5

17、 m3(3) 灌浆用水量a灌浆用水量(qj可按下式计算:q.=kw. qt. 5(1-4)式屮：q”灌浆用水量，m3；l冲洗管路用水量的备用系数，一般取1. 1-1.25,取1.25；5水土比，一般取2-5,取2。q-1.25x78x2-213. 75 m3(4) 日灌浆量q 日灌浆量(qj可按下式计算：q尸(qt2+qw) x u(1 5)q尸(78+213.75) x0. 88 = 257 m3式中：qj口灌浆量，忆u泥浆制成率，如表1-1所示。表1 1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.

18、8800.9100. 9300. 940则小时灌浆量:(1-7)qjh二qj/n. t m7h式中：qjh小时灌浆量，m3；n每日灌浆班数，班；t每班纯灌浆小时数。h/班。q.ih二257/ (2x5) =25. 7m31.5.2选择灌浆设备本设计采用高压水枪直接冲刷储土场的黄土成浆，经输浆沟送往灌 浆泥浆搅拌池。通过搅拌好的泥浆输浆管过风井入井。这种制浆方法设 备简单，投资少、劳动强度低、工效高。在表土层较厚的矿区，灌浆点 分散的矿井十分适用。水力取土自然成浆的制备泥浆方法，其缺点是土 水比难以控制，不能保证泥浆质量，防火效果差，而且排水量大。2、防火灌浆系统与参数确定2. 1灌浆系统确定2

19、.1.1设计工作面概况设计工作面为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2 1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“的47-48段煤层，厚度3.3米，泥岩夹煤，泥岩易 风化，遇水膨胀。如煤系地层柱状图图1一1所示。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°c左右。4110工作面总体上不具备自然排水条件， 根据对4110工作面涌水状况预测，工作面正常涌水量为3m3/h,最人涌 水量为15m3/h,工作面不具备口口然排水条

20、件，必须安装排水能力大于15m3/h的排水系统。4110工作面通风系统如图1所示，进、回风线路为：进风：付井f付井井底车场f东大巷f集中石门f煤4石门f煤4一采暗斜井一煤4 一采轨道一4110上顺联络巷一4110上顺一工作面回风：工作面->4110下顺一煤4 一采皮带上山一煤4总回风巷一23 0上山一250总冋风巷一风井。工作面巷道布置、支护方式(1) 材料巷釆用单体液压支柱配合ji钢上挑木板梁刹顶的支护方法进行支护，采用25ni支柱，柱下穿铁鞋，主要用于进风、运料和行人。(2) 运输巷支护方式与材料巷相同，釆用2. 8m支柱，柱下穿铁鞋，主要用于回 风、运输和行人。采用综合机械化采煤方

21、法，顶板管理采用全部陷落法，机采高度为 2.8米，放顶煤高度3. 35米。2.1.2工作面参数风井地面标高+3. 7m,井底位于-250水平，风井到4110工作面回风巷入口距离为1850m,其余工作面参数如表2-1所示。附：工作面开采参数表2-1根据上述条件参数，结合龙口矿业集团公司梁家煤矿的实际，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。运回的土在风井附近建立机械取土机械制备泥浆站，通过水力取土,表21 4110工作面煤层缀煤层名称煤4水平名称-450采区名称煤4采区工作面名称4110地面标咼（m）263.6

22、工作面标咼（1tl）- 390 -4 20工作面走向长度（m）886倾斜长度（m）148.5回采面积（忙）131571434-6总厚（m）4.54设计采高（沁6.154-44-6总厚(m)6.15容重(t/m3)1.34煤层倾角（° ）10普氏硬度（门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朶回采率（）89含肝率（）12.2预定可釆期7个月循环产量（t）871最大涌水壘（m3/h）15日开米循环4正常涌水壘（m3/h）3生产能力（匕日）3484可来储壘（万吨）86.9年生产能力（t/年）1050000工业储壘（万吨）97

23、.67泥浆搅拌池里搅拌轮的搅拌，制成土水比达1： 2,再通过风井灌入 井下。灌浆路线为：地面灌浆站一风井->-250总回风巷一西回风上山-> 煤4总回风巷一煤4一采皮带上山f 4110上顺f丄作面。（见图1-3）。2. l3防火灌浆设计基本参数 、选择灌浆材料因土源距煤矿风井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。因此，用黄 土作为该矿的灌浆材料。 、选择灌浆方法根据开采条件及采土场与井口位置关系（见图13）,选择随采随 灌。 、选择合理的土水比泥浆的土水比是一个要参数。表示：泥浆中固体材料与水的体积比。 主要取

24、决于土质的情况，同时又与泥浆的输送距离、灌浆的方法、煤层 的倾角和气候条件的变化有关。 、泥浆的土水比泥浆的土水比是一个要参数。表示：泥浆中固体材料与水的体积比。 土水比大，泥浆浓度大，其粘度、稳定性与致密性也愈大，包裹隔离效 果好。但是土水比过大，则流散范围小，灌浆钻孔与输浆管路易发生堵 塞，不能完全覆盖采空区，形成团块堆积。土水比过小，则泥浆太稀， 耗水量大，矿井涌水量增加；在工作面后方采空区灌浆吋，容易流出放 顶线而恶化工作环境。土水比的大小主要取决于：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、肝石灌浆，土水比要小一些以防止堵

25、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； 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，土水比要小一些。一般土水比的变化范围为1： 2-1： 5o关于土水比多少合适，还因各矿井所处的地域、土水的条件，经济 技术水平等不同而异，应根据具体矿井条件而确定。这里参考几个矿井的土水比：表2-2部分矿井的土水比矿井名称般夏季冬季说明窑街矿务局1： 31： 2-31： 3-4石嘴

26、山矿务局1： 6-81： 7-81： 10黄河水灌浆大同矿务局1： 51： 51： 6开滦矿务局1： 7-81： 71： 10粉煤灰灌浆枣庄魏庄矿1： 51： 41： 6淮南谢三矿1： 31： 21： 4芙蓉杉木树1： 4-6页岩制浆抚顺龙凤矿1： 61： 61： 10页岩制浆阜新矿务局1： 41： 3-41： 5-6参照上述示例,釆用的土水比为1： 35,灌浆系数0.030.05。2.1.3灌浆管路设计依据由于地面风井距井底垂高只有253. 7m,安装维护管理简单。因此灌浆路线为：地面灌浆站一风井一250总回风巷一西回风上山一煤一总刨风巷f煤4采皮带上山一4110上顺f丄作面。（见图1一1）

27、2. 2灌浆材料的选择1）加入少量水能够成浆；2）泥浆的渗透性要好；3）不含可燃物或助燃物；4）泥浆要易于脱水注浆必须脱水：泥浆要易于脱水，一般要求含砂量25-30%o泥浆 注入井下，如果不易脱水，将会大量存积于采空区工作面下顺槽，并在 矿山压力的作用下储备很高的能量。当在泥浆区下部进行回采或掘进工 作吋，易造成溃浆事故。也不能脱水性太强，太易于脱水，泥浆在采空区形成堆积，起不到 包裹煤体的作用。5）泥土粒度要求不大于加m,细小粉粒（粒度小于lmm）要占75%以上。6）主要物理指标：aa灌浆主耍物理指标：比重：2. 4-2.8；塑性指数：9-14；胶体 混合物：25-30%；含沙量：25-30

28、%；1）比重：如果比重太大，容易沉淀，流动困难，易造成堵管事故，且在采空区 灌浆口附近堆积，难以覆盖整个采空区。2）塑性指数：土壤的塑性是指其在外力作用下改变形状，但不产生裂隙和断裂， 而且当外力停止作用后仍然保持所形成的形态的特性。在一定重量湿度（）的情况下，土壤固态变成可塑状态，这一湿度 称为塑性下限，土壤从可塑状态变成流体状态的重量湿度（）,称为塑 性上限。塑性指数（ip）系指塑性上限的重量湿度与下限重量湿度之差。 一般：粘土： ip>17；亚粘土： 10vipw17；轻压粘土： 3vipw103）胶体混合物胶体混合物体现了土壤结胶的能力。4）含沙量对于含沙量的要求主要是要求土壤易

29、于脱水。比重：2.42.8；塑性指数：914；胶休混合物：2530%；含沙量：2530%o7）泥土要便于开采、运输与制备。参超上述原则，最终采用的土水比为1： 35,灌浆系数0. 03-0. 05o2. 3地面制浆工艺流程浆液的制备与运输可按下面的流程进行：常用的制浆工艺主要有两种：水力取土机械制浆法和机械搅拌制浆。 水力取土机械制浆法，多采用于制备黄泥浆，可就地取材；机械搅拌制 浆常用于制浆材料距生产源距矿井较远的材料。本设计采用机械搅拌制 浆工艺。工艺流程如下：粉煤灰的采集一泥浆搅拌池（搅拌机）一沉淀池（滤网）f注浆池 （砂浆泵）f灌浆管。1）歼石页岩灌浆石干石页岩采石场粒度筛选运输设备多

30、极破碎机（球式、 鳄式）泥浆搅拌池一一泵站管道入井。2）粉煤灰灌浆发电厂一一运输设备一一储灰池一一搅拌池一一泵站一一管道入 井。3）黄泥灌浆水力取土、自然成浆：高压水枪取土一一输浆沟一一过滤筛一一管 道入井。水力取土口然成浆利用高压水枪（压力50-80kpa；流量85-266m3 / h）直接冲刷地而表 土成浆，经输浆沟送往灌浆钻孔或管路。这种制浆方法设备简单，投资少、劳动强度低、工效高。在表土层 较厚的矿区，灌浆点分散的矿井十分适用。在东北地区天寒地冻的冬季 采取贮土山同室，夏秋贮存地面黄土，冬季用水枪直接冲刷成浆。水力取 土自然成浆的制备泥浆方法，其缺点是土水比难以控制，不能保证泥浆质量，

31、防火效果差，而且排水量大。其制浆站的布置如图2-1所示。其灌浆路线为：地面灌浆站一风井一-250总回风巷一酋回风上山一煤“总回风巷一煤4一采皮带上山一4110上顺一工作面。图2-1水力取土、白然成浆制浆站1-灌浆钻孔及篦子；2-输浆沟；3-水枪；4-输水管路；5-水源泵房；6-取土场2. 4灌浆方法确定灌浆方法有：采前预灌；随采随灌；采后灌浆。随采随灌是目前应用最广泛的一种方法。随采随灌是指随着凹采工 作面的推进，同时向采空区灌浆。其作用有：防止遗留在采空区内的浮煤口燃；是胶结顶板冒 落的歼石，形成再生顶板，为下分层开采创造条件； 具有防尘、降温 的作用。龙口矿业集团公司梁家煤矿各煤层均有煤尘

32、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。冃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。 因些采用随采随灌的灌浆方法。在自然发火期较短的厚煤层开采中，这是一项必需釆取的防火措施。 随采随灌的方法。根据采区巷道布置方式不同，顶板岩石冒落情况不同 有多种多样。本设计采用埋管灌浆、洒浆等灌浆方法。1）埋管灌浆如图（图2-2所示），当工作面向前推进时，沿回风巷临时构筑木垛 以保护

33、埋入冒落区的注浆管路，灌浆管埋入冒落区15-20n）,随着工作面 的推进，用回柱绞车向外牵引。附：埋管灌浆图2-22）工作面洒浆一般是结合埋管灌浆，在灌浆管上接出一根25mm高压胶管，沿工作面倾斜方向向采空区均匀地喷洒一层泥浆。作为补浆的措施，对埋管灌 浆不易到达的区域进行着重的喷洒，主要是工作面的下半段。如图2-2 所示。2. 5灌浆参数确定土源距煤矿风井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. 03-0. 05o灌浆量计算3.1灌浆用土量a计算3.1.1按采空区灌浆

34、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、采后封闭停采线灌浆都是以充满灌浆空间为准。随采随灌的 用土量(qs)可按下式计算。qtl=kxmxlxcxh(3-1)式中:qu灌浆用土量,m3；m煤层开采厚度，m；l灌浆区的走向长度，m；ii灌浆区的倾斜长度，ni；c煤炭回收率，；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。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响。本设计是预防性灌浆，取0.03。mxlxhxc表示灌浆区所采出的煤量，此方法即根据灌浆区所采岀 煤量得多少来确定灌浆量的大小。qtl=0. 03x6.

35、 15 x 148. 5 x886x89%=21605 m33.1.2按日灌浆量计算qt2二 k.g/v1 或 qt2二 km .l.h.c(3-2)式屮：qt2h灌浆所需用土量，m3；g矿井口产量，t；yi煤炭容重，t/m3；l工作面日进度，m。qt2二0.03x3484/1. 34二78 m33.1.3按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为：矿井实际每fi所需采土量为：qt二a qt2(3-3)式中：qt灌日用土量，rr?a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，a取 1.1；qt二 1.1x78二86 m33.2灌浆用水量qw计算灌浆用水量(qj可按下式计算：qfk*xq.

36、x 8(3-4)式中：q.灌浆用水量，m3；k.冲洗管路用水量的备用系数，一般取1. 1-1.25,取1.25；5水土比，一般取2-5,取2。q尸 1.25x85. 5x2二214 m33.3日灌浆量qj每日的灌浆量可按下式计算：qj= (qt2+qw)u(3-5 )式中：q日灌浆量，m3；u泥浆制成率，如表所示。qj二(78+213.75) x 0.88=256 m3则小时灌浆量可按下式计算：qjh=qj/n.t m3/h(3 6)式中：n每日灌浆班数，班；t每班纯灌浆小时数。h/班。则小时灌浆量：qjh二256/ (2x5) =26m33. 4其他计算方法3.4.1根据采空区所留浮煤量的多

37、少确定灌浆用土量：qti=s.t.k2.a m3(3-7)式中：s采空区倾斜面积，m2；t一残留浮煤厚度，m；©浮煤量与用土量值比，一般取0.3-0.5；a泥浆流失系数，取1.03-l.lo3. 4. 2根据采空区体积大小确定灌浆用土量：q尸m.h.l.km3(3-8)式中：m.h.l采空区体积，rr?;k灌浆系数，一般取0.15。4灌浆管道系统设计4. 1灌浆管道系统布置灌浆管路有“l”和“z”布置形式，如图41所示。各自的优缺点 如下： 、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。图4一1

38、 l”和“z”灌浆悖路图所以灌将管路采用形布置，能使能量集中，充分利用自然压力, 管路有较大的注浆能力。灌浆路线为：地面灌浆站一风井一-250总回风 巷f西回风上山f煤4总回风巷f煤4 一采皮带上llf4110上顺f作 面。（见图1-3）4. 2输送倍线计算泥浆的输送倍线为：地面灌浆站至井下灌浆地点的管线长度与灌浆点的垂高之比。n=（4-1）h式屮：n输送倍线；l管线长度，ni；h垂咼，m。风井底到4110工作面进风巷入口距离1850m,工作面走向长886m, 风井长为253. 7m,再加上10%的管长，得3288. 7mo工作面至地面的垂 高为 423. 7mon二丄二38& 7/4

39、23. 7=7. 7h4. 3管径计算4.3.1主要灌浆干管直径计算根据泥浆流速确定，对泥浆流速的要求是：a、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。b、根据临界流速计算管径后再反过来验算实际流速，使z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：d = i jh= j_ q jh（4_2）y 3600 7i v 30 斗 （）式中:qih小时灌浆量m7h；vo临界流速m/s；d =

40、j25 -=0.09 m30 v 3.14 * 1.121查表选择直径d表4-1泥浆临界流速表:土壤 名称比重管外径及壁厚土水比泥浆容重3 t/m临界流速3 m /s1:31.2831. 12189x61:51.2821. 3291:71. 1341.490粘土2.71:31.2831.2301:51. 1821.453114x61:61. 1551.5501:71. 1341.6361:101.0961.934根据上表，选择外径为114nmi的热轧无缝钢管。 校验实际流速v=4qih/3600 ji d2(4-3)v二4x25. 7/(3600x3. 14x0. 092)=l. 123m/s

41、要求：v二 1. 123m/s>v0=l. 121m/s4. 4管材确定根据灌浆压力确定：选用无缝钢管。式屮4- 5管壁计算垂直管道:c _ n c jz / rz + 04p b = 0 5 d ( / :) + q + /? rz -1.3p:5営壁厚按:，mm；(4-4)cl管内径，mm；rz许用应力，无缝钢管800kg/cm2；铸铁管200kg/cm2；普通钢管600kg/cm2；p管内压力 kg/cm2, p=0. 11 yjh；j泥浆容重t/m3,取1.2；h井深，253.7m；a考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管l-2mm；铸铁管7-9mm；b考虑垂直管道磨损的附加厚度，根据管

42、道的服务年限取l-4mmo水平管道:pd140 nr(45)管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9。011*12* 253.7 *0.114 n 小=2 = 2 yy1171 卜 4 = 6 19 mm140 *0.9* 800管材确定根据上述计算，并结合表4 1,最终选择外径为114mni的热轧无缝钢管。5水枪选择5.1、水枪的流量特性计算5.1.1水枪喷嘴出口射流速度水枪喷嘴出口射流速度可根据式(5-2)进行计算。=“s= u(5_1)式中：4)流速系数，取0.94；h水枪工作压头，m。5.1.2水枪喷嘴流量水枪流量可根据式(5-2)进行计算。(5-2)式中：u流量系数如射流未经压缩则u

43、二e；s水枪喷嘴出口断面，s=jtd2/4；d水枪喷嘴直径，mm；5.1.3水枪喷嘴直径mm水枪喷嘴直径可根据式(5-3)进行计算。v2h = 0.06 (5-3)5.1.4水枪喷嘴压头in水枪喷嘴压头可根据式(5-4)进行计算。(5-4)z = q5.1.5水枪台数计算式中：qt2水枪小时用土量，m7h；qw水枪小吋用水量，m7h；q单位耗水量，(水枪在某一压力下取土 1代所消耗的水量)m7m35.2单位耗水量单位耗水量可参照以下标准进行。5. 2.1粘土；松散土壤，松散砂土风化泥炭等水枪压力：30-40 m； (3-4kg/cm2)单位耗水量：5-6m3/m3；5.2.2亚粘土；坚固黄上，砂土等水枪压力：40-60 m；单位耗水量：6-7m3/m3；5.2.3轻亚粘土；极坚固黄土，砂土等水枪压力：60-70 m；单位耗水量：7-9m7m3；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;lwc采用水力取土