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1、 . . . 灌 浆 注 胶 防 灭 火 设 计西科森兰矿业安全技术森兰科贸XX公司科技大学，荣 / 灌浆、注胶防灭火黄泥灌浆是煤矿重要的防灭火手段之一，泥浆中的水份吸收大量热，起到灭火降温的作用，黄土包裹浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌浆防灭火时，泥浆浓度对注浆防灭火的效果影响很大，泥浆浓度越大效果越好，现在灌浆的水土比通常在5:1左右，灌浆效率低，浆液流失量大，脱水时间长，灌浆时浆液流动不可控，容易发生“溃浆”事故。为了更好地利用泥浆的吸热、阻化与充填性能，同时又能克服泥浆的脱水、流失、溃浆以与灌浆的不可控，目前已研制成功了一种新型材料FCJ12胶凝剂，可以使泥浆实现液固转化，使泥浆形成
2、一种像胶牙膏一样的柔性胶体，彻底解决了泥浆的缺点，又充分利用了泥浆的优点，这种“灌浆注胶防灭火技术”在国、外得到了广泛的应用，在也有较多应用，如兖矿硫磺沟矿、吉新矿、新汶伊犁一矿、轮台宝山矿、兵团大矿、金川矿业等，在井下防火、灭火均取得了良好的效果，特别适用于倾角2090度煤层开采时的防灭火，扑灭大煤矿火灾时荣获了兵团科技进步一等奖、国家科技进步二等奖等奖励。采用这种新技术需使用相应的设备与方法，在地面使用制浆系统把水和土制成一定比例（1：13）的泥浆，通过管路输送至井下注浆地点附近时，用一台专用的设备把胶凝剂加入到输浆管路中，泥浆和胶凝剂在管路中反应，在管路出口处形成牙膏状胶体，对漏风通道进
3、行封堵，同时对煤体进行降温、包裹煤体。一、灌浆、注胶方法：1.钻孔灌浆、注胶1）无法埋管或当需要对特定地点灌浆时，需从井下巷道或钻场向注浆区域打注浆钻孔，施工钻孔时可采用“防灭火一次成孔钻具”（钻孔施工完成后，可直接进行连接管路灌浆、注胶，无需抽出钻杆后再下套管，减少了施工工序，避免了塌孔，注浆结束后钻杆和钻头可回收），封孔要严密，可采用钻孔封孔器，钻孔与输浆管路的连接要牢固，并能承受最大的注浆压力；2)从地面直接向注浆区域打注浆钻孔，钻孔孔径应不小于108mm，钻孔应全长度下套管。 2埋管灌浆、注胶选择一种随着回采工作面推进向采空区埋设管道进行注浆，出浆口距工作面的距离应不小于15m。3.拖
4、管灌浆、注胶工作面采空区随采随灌时，在工作面上隅角埋入6-8米的无缝钢管（直径89*12mm），与顺槽灌浆管路用软管连接，工作面推进时灌浆，每隔10米左右灌一次胶体，随着工作面的推进，按放顶步距用绞车逐渐牵引灌浆管进行下一次灌浆；4.密闭墙插管灌浆、注胶工作面回采后从密闭墙上方的注浆管向采空区注浆。此时，密闭墙的强度应满足注浆的要求，注浆时应派专人监护，一旦发现有溃浆征兆时，应立即停止注浆。 5.洒浆 在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管，向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时，浆液出口压力应不大于03MPa。6其它方式的灌浆、注胶充填空间、高冒区、浇筑巷道壁空间与采空区空洞等防灭火均可采用“防灭
5、火一次成孔钻具”与“灌浆注胶防灭火技术”进行充填处理。二、灌浆、注胶量计算1.灌浆工作制度每天三班工作，每班纯灌浆时间为5h。2.泥水比根据煤矿注浆防灭火技术规MT/T7021997中规定和灌浆经验以与实际灌浆效果，确定泥水比为1：3。3.矿井灌浆、注胶量的确定煤矿注浆防灭火技术规MT/T7021997中规定：矿井注浆量按式(1)计算： kGQw = (1)Mrct式中：Qw矿井注浆量，m3h； k灌浆系数，取5%；土取3%12%，粉煤灰取5%15%； G矿井日产煤量，1818t； 土水比的倒数； 3 M浆液制成率，取0.95； rc煤的密度，1.34tm3； t矿井日注浆时间，15h。把各取
6、值参数代入上式得：kGQw = =14.4 m3hMrct4.每日灌浆用水量 Qs2= KsQw =1.214.4*15*0.75=194.4m 3/d式中： Ks用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.2。5灌浆材料：黄土、砂土、粉煤灰等。三、泥浆的制备1取土方式矿井灌浆用黄土采用就地取材，可存放在灌浆站附近储土场。灌浆站采用LW521F型5t轮式装载机进行机械取土。2灌浆、注胶站综合灌浆注胶站布置在风井工业场地。3.灌浆、注胶防灭火系统灌浆、注胶防灭火系统类型主要分为：地面固定式；地面移动式；井下移动式三种，这些系统使用所须的条件与其应用时的优缺点如下表。系统名称地面固定式注胶防灭火系统
7、地面移动式注胶防灭火系统井下移动式注胶防灭火系统型号MDZ-60/120MYZ-30/60ZHJ-15/30工艺流程地面：系统将水、黄土等用量大的材料，以与需添加的胶体外加剂按比例混合好后，通过灌浆管路输送至井下防灭火地点；井下：将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过“矿用移动式防灭火注浆装置”加入灌浆管与浆液混合后，注入防灭火区域。地面：系统将水、黄土等材料，以与需添加的外加剂按比例混合好后，通过管道输送至地面注胶灭火钻孔或井下防灭火地点；井下：将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过“矿用移动式防灭火注浆装置”加入灌浆管与浆液混合后，注入防灭火区域。井下：系统将水、粉煤灰等材料按比例混合好后，通
8、过管道输送至防灭火地点，用矿用移动式防灭火注浆装置，将胶凝剂按比例加入浆管与浆液混合后，注入防灭火区域。优点控制围广；运行稳定、流量大；井下材料运输量极小；井下人员工作量极小。移动灵活，适应性强；灌浆站位置可机动地改变；灌浆倍线小；不需固定设施。系统投资小；防灭火时反应快；系统所需空间小。缺点投资大，管路长，需小量注胶的地点，不易操控。需在地面寻找合适的场地，且水、电和制浆料易于到位。井下原料运输量较大。系统主要设备定量送料机、胶体制备机、滤浆机、渣浆泵、排污泵、监控系统、矿用移动式防灭火注浆装置。制滤浆机、悬浮剂添加机、渣浆泵、矿用移动式防灭火注浆装置、控制柜等。泥浆泵、矿用移动式防灭火注浆
9、装置、矿用移动式防灭火注浆装置。根据矿井的煤层发火特性与所采用的采煤方法，推荐选用MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统(120万吨以上)。MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统(30-120万吨)。ZHJ-15/30井下移动式灌浆注胶防灭火系统(30万吨以下)。MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统1）系统功能功能一：灌浆。本系统每小时最多可将40m3的制浆料（土、灰）送入制滤机制成一定浓度的浆液，经过滤后通过管路进入注浆地点，达到防灭火目的。功能二：灌注稠化胶体。通过加入一定比例的JXF1930稠化悬浮剂，使浆液成为稠化胶体，然后通过渣浆泵输送至灌浆管网，到达用
10、浆地点。功能三：灌注复合胶体。在注浆地点附近，使用“ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置”向输浆管路的浆液加入FCJ12复合胶体胶凝剂，形成复合胶体泥浆注入火区。功能四：压注高分子胶体。使用“ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置”以每小时5 m3以下的流量将水和MCJ12胶体灭火剂制成高分子胶体并以一定压力注入火区。2）系统构成MDZ-60/120地面固定式胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、计量、输浆与管网系统和外加剂添加等部分构成，见图1和图2。地面固定式灌浆注胶防灭火系统流程框图地面固定式灌浆注胶防灭火系统工艺流程图3）系统布置本系统主要设备
11、、仪表、控制柜等都应以固定形式安装在注浆站，注浆站应建有一定面积的厂房，主要制、滤浆设备与控制系统等需安装于厂房。所使用的防灭火材料也应放置于厂房，制浆原料等置于厂房外，但应有雨蓬防雨。从灌浆站至井下的灌浆管路最好通过钻孔进行连接。“矿用移动式防灭火注浆装置”置于井下靠近灌浆点附近（不超出150m）做为胶凝剂的添加设备，也可做为突发火区和小围高温点的前期控制和灭火装备。材料的运输与贮存：制浆料（黄土、粉煤灰）由采土场（尽可能过筛或使用较好的黄土（粉煤灰）用货车运至运至灌浆站土场（可提前贮存一定量，约500方），用推土机或铲车将黄土（粉煤灰）装入制浆机的主料箱，悬浮剂购入后放置于灌浆站材料库中，
12、灌浆时取出使用，材料库严禁进水并保持阴凉干燥。胶凝剂在注胶时由井下操作工人从地面运至井下使用地点（每班使用量很少）。注浆站的布置：本地面灌浆站须建在供水、供电、交通运输与能满足灌浆倍线要求的地方。地面固定式灌浆注胶防灭火系统平面布置示意图供水：附近有稳定流量（大于50m3/h）的供水水源，如：高位水仓、稳定水原井、河流边、井下返水点等附近。如果灌浆站位置不能满足这些条件则需在灌浆站附近新建储水仓，由水源处间断或连续小流量向水仓供水，以保证灌浆时所需水量。供电：根据所选用的设备不同，其供电功率相差较大，选用110KW渣浆泵时供电功率为180KW，建议在现场允许的条件下架设独立变压器为系统单独供电
13、。交通运输：灌浆站应建设在交通便利、场地较为宽阔的地方，以保证设备、人员、原料运输的畅通。灌浆倍线：灌浆倍线是指灌浆管路出、入口之间的灌浆管路长度与垂直高差的比值，不同浆液浓度所需的倍线值不同。本系统中加入悬浮剂的1：1的灰浆的灌浆倍线不应大于15，否则就应考虑使用钻孔以缩短灌浆管路长度或加压提升浆液理论垂直高度。当使用较长地面管路时应充分考滤地形条件对管路产生的影响而选用合理的设备进行输送。4）应用工艺（1）灌浆：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输
14、送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入胶体制备机；水也在胶体制备机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液于15mm的颗粒滤出；（2）灌注稠化胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入制浆机；水也在制浆机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液于15mm的颗粒滤出；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入悬浮剂，浆液与悬浮剂进入滤浆机后进行搅拌混合；浆液自
15、流进入滤浆机，滤浆机将浆液于8mm的颗粒滤出，以免将输浆管路沉淀堵塞；合格浆液自流进入缓冲池，由渣浆泵（泥浆泵）送至井下注胶地点（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由滤浆机出口管路直接自流入钻孔）。（3）灌注复合胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入制浆机；水也在制浆机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液于15mm的颗粒滤出；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入悬浮剂，浆液与悬浮剂进入滤浆机后进行搅拌混合；浆液自流进入滤浆机，滤浆机将浆液于8mm的颗粒滤出，以免将输浆管路沉淀堵塞；合格浆液自流进入缓冲池，由渣浆泵（泥浆泵）送至井下注胶地点（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由滤浆机出口
