矿井火灾防治理论与技术课程设计防火灌浆设计.doc

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1、矿井火灾防治理论与技术课程设计姓 名： 学 院： 专 业： 学 号： 班级序号： 指导教师： 日 期： 目 录前 言31.防火灌浆设计依据及基础资料41.1矿井概况41.2煤层赋存条件51.3煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性及发火期51.3.1 煤的碳化程度和煤岩成分51.3.2 自燃倾向性及发火期71.4开采条件、地温及瓦斯71.4.1 开采条件71.4.2 地温71.4.3 瓦斯81.5矿井开拓方式和采区采区通风81.5.1 矿井开拓方式81.5.2 开采情况81.5.3 通风情况91.6灌浆站工作制度101.6.1 日灌浆量和时灌浆量计算102.防火灌浆系统与参数确定122.1工作面概

2、况122.1.1 工作面参数122.1.2 防火灌浆设计基本参数132.2灌浆系统确定142.3灌浆材料的选择142.4地面制浆工艺流程162.5 灌浆方法确定172.5.1 埋管灌浆172.5.2 工作面洒浆182.6灌浆参数确定193.灌浆量计算203.1灌浆用土量计算203.1.1 按采空区灌浆量计算203.1.2 按日灌浆量计算203.1.3 矿井日用土量213.2灌浆用水量计算213.3灌浆量计算213.3.1 灌浆用水量213.3.2 日灌浆量224.灌浆管道系统设计224.1灌浆管道系统布置224.2输送倍线计算234.3管径计算244.4管壁计算264.5管材确定265.水枪选

3、择276.泥浆泵选择297.灌浆站主要设施317.1泥浆搅拌池及搅拌机317.2储土场31前 言矿井火灾是指发生在矿井地面或井下、威胁矿井生产安全、造成灾害的一切非控制燃烧。矿井火灾不容忽视，特别是煤炭的自燃情况，更加要引起各地各煤矿的高度关注。矿井火灾是煤矿主要灾害之一，火灾一旦发生，轻则影响生产，重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。尽管当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安全进行。本课程设计是矿井灾害防治理论与技术的重要环节。通过本课程设计，使学

4、生了解地下火灾的发生原因与发展过程、煤炭的自燃学说，自燃的原因及发展过程，掌握地下火灾的预测、预报及预防方法和措施等基本知识，培养学生具有地下火灾的监测、预报、预防与扑救及地下工程防灭火设计的能力。预防性灌浆的作用： 预防性灌浆的作用有以下几点： （1）泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接触；（2）沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风；同时，灌浆可以加速形成再生顶板，从而有利于下部分层的开采； （3）泥浆对已经自热的煤炭有冷却散热作用。 别外，浆液还可以增加煤的外在水分，减缓其氧化进程。防火灌浆设计1.防火灌浆设计依据及基础资料1.1矿井概况龙口矿业集团公司梁

5、家煤矿设计生产能力180万ta，位于山东省龙口市黄县煤田西北隅，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2-800m等高线为界。井田面积：东西长约9-9.5km，南北宽约3-6.1km，面积约48km。烟(台)潍(坊)公路横贯井田中部，西南至潍坊167km，东至烟台1l4.5km，分别与胶济铁路、蓝烟铁路相接，可通达全国各地。井田西端龙口港可通烟台、天津、大连等城市，水陆交通十分

6、便利。井田内为山前冲积平原，地形平坦，地面标高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。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

7、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l油2水的最大涌水量为300m3h，煤2底板砂岩水的最大涌出量为51m3h，这三层主要的含水层对主采煤层的回采造成直接的影响。本井田西临渤海，海中也有第四系的含水层和隔水层，第四系顶部为厚3.50-4.40m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

8、关系不大。1.2煤层赋存条件井田内为山前冲积平原，地形平坦，地面标高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，含煤地层含煤6层，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4，属第三系煤系地层煤上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。本井田地质条件简单，区内地形平坦。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

9、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。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。1.3煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性及发火期1.3.1 煤的碳化程度和煤岩成分含煤地层含煤6层，即煤上2、煤上l、煤1、煤2、煤3，及煤4，属第三系煤系地层煤上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

10、采厚度。本井田地质条件简单，区内地形平坦。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机器底板砂岩。详见煤系地层综合柱状图。附：煤系地层综合柱状图（图1）煤系地层综合柱状图（图1）1.3.2 自燃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。具有煤层自燃倾向性，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。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

11、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。1.4开采条件、地温及瓦斯1.4.1 开采条件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。资源总量为41714.2万t，其中工业储量29284.2万t，可采储量16289.6万t，其中“三下”压可采储量13264.3万t，煤总量28511.5万t，其中工业储量22944.8万t，可采储量12631.1万t，其中“三下”压可采储量106774万t。油页岩总量为13202.7万t，其中工业储量6339.4万t，可采储量3658.5

12、万t，其中“三下”压可采储量2586.9万t。1.4.2 地温地温的垂向变化：地温随着深度的增加而增高。本井田在地下300m的温度为23-25，地温梯度3.13-3.43/100m；垂深500m时，温度31-33，地温梯度3.37-3.7/100m，达到一级热害区上限；垂深700m时，温度38-41，地温梯度3.5-3.79/100m，达到二级热害区上限；垂深900m时，温度高达49，在含煤段由于岩性复杂，煤和油页岩导热性差，低温梯度在4.6-6/100m，反映了井田地温是偏高的。地温在平面上的变化：地温从平面上看，东部和西部有明显差异。在西部，31等温线分布在-500-550m水平上；在东部

13、31等温线分布在-400-450m水平上。37等温线在西部分布在-650-700m水平，东部则分布在-600-650m水平。-450m水平切面的地温状况为28.9-34.2，平面上的变化是含煤区温度高，非含煤区温度低，东部高西部底，相差约2。总之，井田属岩温型地温异常，使-450m水平以下的煤层处于一级和二级热害之中。1.4.3 瓦斯根据2003年12月山东省煤矿通风检测站编制的龙口矿业集团公司梁家煤矿矿井通风能力核定及系统评价瓦斯等级鉴定结果：相对涌出量为1.330m3t，绝对涌出量为6.121m3min；二氧化碳:相对涌出量为2.029m3t，绝对涌出量为9.326m3min。根据矿井瓦斯

14、等级鉴定标准，梁家煤矿定为低瓦斯矿井。1.5矿井开拓方式和采区采区通风1.5.1 矿井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。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3）所示，矿井开拓剖面图如（图2）1.5.2 开采情况2002年末矿井资源总量为41714.2万t，其中工业储量29284.2万t，可采储量16289.6万t，其中“三下”压可采储量13264.3万t，煤总量28511.5万t，其中工业储量2

15、2944.8万t，可采储量12631.1万t，其中“三下”压可采储量106774万t。油页岩总量为13202.7万t，其中工业储量6339.4万t，可采储量3658.5万t，其中“三下”压可采储量2586.9万t。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。矿井开拓剖面图（图2）1.5.3 通风情况矿井通风方式为中央边界式，通风方法为抽出式，副井提升兼进分，主井提升

16、兼辅助进风，风井通风机房配备2台轴流式通风机，型号均为1K58NO.27，一台运转，一台备用。每台主要通风机配备一台TD630/29-6型电动机，额定功率为56KW。矿井总进风量9374.1 m3/min，总回风量5924.0 m3/min，总排风量9801.6 m3/min，矿井需风量7308.0 m3/min， 矿井通风系统总阻力为1892.1Pa，矿井等积孔为4.47m2，矿井属通风容易矿井。1.6灌浆站工作制度1.6.1 日灌浆量和时灌浆量计算按日灌浆量计算 按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为： Qt2=K.G/1 (1-6-1)式中：Qt2 日灌浆所需用土量，m3；K 灌浆系数，取0

17、.04；G 矿井日产量，t； 1 煤炭容重，t/m3。 则: Qt2= 矿井实际每日所需采土量为： Qt=aQt2 (1-6-2) 式中： Qt灌日用土量，m3 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；则： Qt =灌浆用水量Qw 灌浆用水量(Qw)可按下式计算： Qw=Kw.Qt. (1-6-3)式中： Qw 灌浆用水量，m3； Kw 冲洗管路用水量的备用系数，一般取1.1-1.25，取1.25； 水土比，一般取2-5，取2。则: Qw=矿井开拓与通风系统平面图（图3）时灌浆量日灌浆量Qj Qj=（Qt2+Qw）u (1-6-4) 则: Qj=式中：Qj日灌

18、浆量，m3； u泥浆制成率，如表1-1所示。 表1-6-1：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0.7650.8460.8800.9100.9300.940则小时灌浆量：Qjh=Qj/n.t m3/h (1-6-4)式中：Qjh 小时灌浆量，m3；n 每日灌浆班数,2班；t 每班纯灌浆小时数，5h/班。则： Qjh=2.防火灌浆系统与参数确定2.1工作面概况2.1.1 工作面参数设计工作面为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，煤层综合柱状图如图1所示，顶、底

19、板状况为：1) 直接顶为煤4的41-42段煤层，厚度2.19m，煤夹泥岩。2) 直接底为煤4的47-48段煤层，厚度3.3m，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。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，最大涌水量为15m3/h，工作面不具备自自然排水条件，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3所示，进、回风线路为：进风：付井付井井底车场东大巷集中石门煤4石门煤4一采暗斜井煤4一采轨道4110上顺联络巷4110上顺41

20、10工作面回风：工作面4110下顺煤4一采皮带上山煤4总回风巷23上山250总回风巷风井。工作面巷道布置、支护方式(1)材料巷 采用单体液压支柱配合钢上挑木板梁刹顶的支护方法进行支护，采用2.5m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，采用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 防火灌浆设计基本参数风井地面标高+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。4110工作面煤层参

21、数 2-1表：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）2.63.6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）1315714-34-6总厚（m）4.54设计采高（m）6.154-44-6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/

22、日）3484可采储量（万吨）86.9年生产能力（t/年）1050000工业储量（万吨）97.672.2灌浆系统确定龙口矿业集团公司梁家煤矿的土源距煤矿风井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，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：地面灌浆站风井-250总回风巷西回风上山煤4总回风巷煤4一采皮带上山4110上顺4110工作面。（见图4）2.3灌浆材料的选择灌浆材料的选择要求：1）加入少量水能够成浆；泥浆加入水后要能溶解成浆，不能形

23、成团团块块或夹杂大量矸石，否则易堵管和灌浆不均匀。灌浆路线布置示意图（图4）2）泥浆的渗透性要好； 泥浆注入井下后要能够渗透，很快将媒体包裹起来。否则等于白注。3）不含可燃物或助燃物； 泥浆本身要不含可燃物，如黄铁矿、硫酸盐类等。4）泥浆要易于脱水浆要易于脱水，一般要求含砂量25-30%。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时，易造成溃浆事故。5）泥土要便于开采、运输与制备泥土要便于开采、运输与制备，要从经济上考虑。龙口矿业集团公司梁家煤矿的土源距煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚粘

24、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，因而采用黄土制浆。为了提高泥浆质量，加大泥浆浓度，在制浆前将黄土充分浸泡使之粉化后再进行搅拌。2.4地面制浆工艺流程人工或机械取土制浆, 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。见(图5)地面制浆工艺流程示意图（图5）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：粉煤灰的采集泥浆搅拌池（搅拌机）沉淀池（

25、滤网）注浆池（砂浆泵）灌浆管。 主要设备该系统主要有搅拌池、减速器、搅拌器、沉淀池、滤网、下液式泥浆泵等设备组成。 系统参数及性能指标a. 制浆料输送量：20t/h；b. 水量：30m3/h；c. 灰水比：1:31:10；d. 搅拌泵：BLD2433kW；e. 离心式液下泥砂泵：80NYL609GE，流量为60m m3/h；f. 搅拌器：焊接件；g. 减速器： XL.XLD112/3kW。2.5 灌浆方法确定2.5.1 埋管灌浆龙口矿业集团公司梁家煤矿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

26、发火煤层。煤2最短自然发火期为22天，一般为1-3月。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、采后灌浆等三种类型。 .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。 .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

27、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。 .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。因回风道埋管灌浆工艺最为简单，使用方便,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。因而本设计采用随采随灌的方式进行灌浆。当工作面向前推进时，沿回风巷临时构筑木垛以保护埋入冒落区的注浆管路，灌浆管埋入冒落区15-20m，随着工作面的推进，用回柱绞车向外牵引。随采随灌：随着回采工作

28、面的推进，同时向采空区灌浆。作用：防止遗留在采空区内的浮煤自燃； 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。 具有防尘、降温的作用。在自然发火期较短的厚煤层开采中，这是一项必需采取的防火措施。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、工作面洒浆的方法。埋管灌浆:如图(图6所示)，当工作面向前推进时，沿回风巷临时构筑木垛以保护埋入冒落区的注浆管路，灌浆管埋入冒落区15-20m，随着工作面的推进，用回柱绞车向外牵引。2.5.2 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

29、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。工作面埋管灌浆和工作面洒浆示意图(图6)2.6灌浆参数确定 根据设计资料，龙口矿业集团采用的水土比为=1：2-5，灌浆系数K=0.03-0.05。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。3.灌浆量计算灌浆量的确定，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。3.1灌浆用土量计算3.1.1 按采空区灌浆量计算 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、采后封闭停采线灌浆都是以充满灌浆空间为准。

30、随采随灌的用土量(Qt)可按下式计算： Qt1=K.M.L.H.C （3-1-1）式中：Qt1 灌浆用土量，m3； M 煤层开采厚度，m； L 灌浆区的走向长度，m； H 灌浆区的倾斜长度，m； 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。对于对于预防性灌浆取0.01-0.15；对于封闭区内的灭火灌浆，可取0.1-0.3。则： Qt =K.M.L.H.C 3.1.2 按日灌浆量计算按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为： Qt2=K.G/1 （3-1-2）式中：Qt2日灌浆所需用土量，

31、m3； G矿井日产量，t,3484 t； 1煤炭容重，1.34t/m3； L工作面日进度，m。则：Qt2=K.G/1 =3.1.3 矿井日用土量矿井实际每日所需采土量为： Qt=aQt2式中： Qt灌日用土量，m3 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；则：Qt =3.2灌浆用水量计算 灌浆用水量(Qw)可按下式计算： Qw=KwQt （3-2-1）式中：Qw灌浆用水量，m3； Kw冲洗管路用水量的备用系数，一般取1.1-1.25，取1.25； 水土比，一般取2-5，取2。Qw=3.3灌浆量计算3.3.1 灌浆用水量灌浆用水量(Qw)可按下式计算： Qw=K

32、w.Qt. (3-3-1)式中： Qw 灌浆用水量，m3； Kw 冲洗管路用水量的备用系数，一般取1.1-1.25，取1.25； 水土比，一般取2-5，取2。则: Qw=3.3.2 日灌浆量日灌浆量Qj可按下式计算： Qj=（Qt2+Qw）u (3-3-1) 则: Qj=式中：Qj日灌浆量，m3； u泥浆制成率，如表1-6-1所示。 则:小时灌浆量Qjh=Qj/n.t m3/h (3-3-2)式中：Qjh 小时灌浆量，m3；n 每日灌浆班数,2班； t 每班纯灌浆小时数，5h/班。则： Qjh=34.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。其中:L形：优点：能量

33、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。4.2输送倍线计算泥浆的输送倍线：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垂高之比，N=L/H。在2-10之间。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浆站至井下灌浆点的管线长度与垂高之比，即： N= (4-2-1)式中：N输送倍线；L管线长度，m；H垂高，m。泥浆的输送倍线是衡量灌浆能力大小的参数。 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，泥浆出口压力大，在采

34、空区分布不均，易发生跑浆事故。 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。工作面至地面的垂高为423.7m。 N=4.3管径计算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：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

35、的管径。管径计算可按下式计算： （4-3-1）式中：Qjh小时灌浆量m3/h； V0临界流速m/s，预选临界流速V0 = 1.121 m/s 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t/m3临界流速m3/s粘土2.78961:31:51:71.2831.2821.1341.1211.3291.49011461:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.2301.4531.5501.6361.93416871:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.4121.6741.7791.8772.219896

36、1:31:51:71.2831.2821.1341.4291.6941.90011461:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.5701.8601.9782.0862.46716871:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.8012.1302.2702.3942.830验实际流速 v=4Qj/3600d2 要求: V=V0查泥浆临界流速表，所以选用管径114 mm无缝钢管。4.4管壁计算垂直管道按下式计算： （4-4-1）式中：管壁厚度，mm； d管内径，mm； RZ 许用应力，无缝钢管800kg/cm2；

37、铸铁管200kg/cm2；普通钢管600kg/cm2； P管内压力kg/cm2，P=0.11jH； 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1-2mm；铸铁管7-9mm； b考虑垂直管道磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm。水平管道： （4-4-2）式中：n管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9。4.5管材确定根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。据压力决定采用无缝钢管。 5.水枪选择水枪选择由于矿井灌浆、洒浆没有专用的水枪，

38、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。实际工作需要，设计水枪采用32mm。因为H=，所以 v = 式中:收缩系数，一般取0.94水枪的流量 Qq= S （5-1-1） =3.28d2H0.5式中:S喷嘴横断面积，H水枪工作压头，40m.Qq = =3.28d2H0.5 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 = （5-1-2） 式中：Qw取土时的用水量， Qq单台水枪的流量， Q

39、w = Qti Qw = Qti q, （5-1-3）式中：q水枪取土1m3时的耗水量 .松散土壤，松散砂土、风化泥岩：q值取5-6 （m3水/m3土 ）,压力30-40m.坚固黄土、砂土： q取6-7 （m3水/m3土 ），压力50-60m .极坚固黄土、砂土： q取7-9 （m3水/m3土 ），压力60-70m 因此，水枪台数为：N 考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为2台。单位耗水量（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：5-6 m3/m3；（2）亚粘土；坚固黄土，砂土等 水枪压力： 40-60 m； 单位耗水量：6-7 m3/m3；（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：7-9 m3/m3；6.泥浆泵选择（1）泥浆泵的流量Qj泥浆泵的流量Qj为前面设计的小时灌浆