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1、前 言一、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
2、体、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，应同时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： 包裹煤体，隔绝煤与空气的接触，防止氧化； 加强采空区的致密性，防止漏风； 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4、灌浆管道系统设计5
3、、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：
4、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。1.1.2 可采煤层及其厚度煤上2、煤上1、煤
5、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。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
6、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
7、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 挥发份：将煤加热到850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:相对涌出量为2.029m3t，绝对涌出量为9.326m3min，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
8、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。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，
9、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11）煤系地层综合柱状图。附：煤系地层综合柱状图1-11.2.3 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%。泥浆注入井下，如果不易脱水，将会大量存积于采空
10、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。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1mm）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
11、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： Ip17；亚粘土：10Ip17；轻压粘土：3Ip10。c 、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%。7）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/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
12、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。1.4矿井开拓方式和采区布置图 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） 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“L”形布置，能使能量集中，充分利用自然压力，管路有较
13、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上顺工作面。（见图1-1） 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）式中：N输送倍线；L管线长度，m；H垂高，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3288.7m。工作面至地面的垂高为423.7m。 N=3288.7/423.7=7.7 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-
14、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上顺、4103下顺；独立供风硐室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。煤2为综采一次采全高；煤4为综采放顶煤开采。矿井开拓剖面图如图（图12）所示。附：矿井开拓剖面图1-21.5 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： Qt2=K.G/1 （12）式中：Qt2日灌浆所需用土量，m3；K灌浆系数，取0.03；G矿井日产量，t； 1煤炭容重，t/m3。 Qt2=0.033484/1.34=78 m3 （2）矿井日用土量 矿井实际每日所需采土量为： Qt=aQt2 （13）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； Qt=1.178=85.5 m3（3）灌浆用水量Qw 灌浆用水量(Qw)可按下式计算：
