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1、本采区煤层自然发火期为 6 个月，煤层自然倾向性为 I 类属 于易自燃煤层，针对这种情况本设计制定专门的瓦斯抽放系 统。第一章 采区概况一、简述采区概况三零采区位于鹤壁煤电三矿二水平，开采二 1 煤层。采区北临32 采区，南邻 31 采区。东临鹤壁煤电六矿，西以 F8 断层为界。采 区上边界标高-50m，下部标高-300m。采区走向长2000m，倾斜长 1000m,煤层走向N10 WN25 E,煤层平均厚度4m，倾角15, 容重1.4ma / t,正常涌水量120ma / min。本采区煤层赋存较稳定，全 区可采。地面无需保护地物，相邻采空区对本采区开采无影响。二、煤层特征该矿开采二 1 号煤
2、层。矿井北以太行山煤层露头、东以 7 号断层、南以2水平垂深、西以市区分解线为界。矿井走向长2km，倾斜长0.5km，煤层走向为东西走向，煤层平均厚度为4m，倾角15度，容 重 1.4t/m3。矿井瓦斯相对涌出量15ma/1,正常涌水量为4ma/min，煤层自然 发火期 12 个月，煤尘无爆炸性，煤质为优质无烟煤。主采煤层为顶板为：伪顶为 0.5m 的页岩，直接顶为 2m 的砂岩， 老顶为 6m 的砂质砾岩。三、矿井开拓系统与采煤方法概况矿井采用立井单水平上山分区式开拓。分层开采，全矿共划分为2 个采区，主、副井布置在井田的中央，通过主石门与东西向的运输 大巷相连通。形成两翼对角式通风系统。工
3、作面倾斜长为150m，采高4m,日推进度4.8m，采出率80%, 采用全部垮落法管理顶板，最大空顶距为4.3m,最小空顶距为3.7m, 最大班工作人数 20 人。作业形式为两采一准。每个采区各有两个两个煤巷掘进工作面，采用打眼放炮破煤。四、灌浆参数灌浆年工作日 300 天，工作制度”为三八“作业。水土比 3 ：1， 临界流速1.121m/s，灌浆系数K=12.5，泥浆的制成率为88%，泥浆 浓度为 1.283t/m3。第二章 灌浆材料与灌浆系统第一节 灌浆材料一、灌浆材料的选择。 浆材的选取。浆材必须满足下述基本要求：（1）不含或少含可燃和自燃物质；（2）不含催化物质；（3）粒度一般不大于 2
4、 mm ，而且细小颗粒应占大部分。粒度小 于 1 mm 的细小颗粒所占比例要达到 75；（4）易于加水制成泥浆，易于脱水，同时还具有一定的稳定性；（5）具有能与较少的水混合成泥浆的能力；（6）收缩量尽可能小，含砂量也不超过 30。煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土；在无土可取时，可采用破碎 后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中 也取得了很好的防灭火效果。第二节 灌浆系统一、灌浆站1、灌浆站的形式有三种，既固定式、分区式、移动式三种。固定式灌浆站适用于煤层赋存或开采深度较深、需在地面建立永 久灌浆站的条件；分区灌浆站适用于煤层赋存或开采深度较浅、灌浆 分散，可从地面打钻孔灌浆
5、的条件；移动式灌浆站适用于井夏采区分 散、灌浆量小和从地面输送泥浆困难的条件。结合本矿的实际条件及 井型、风井分布、和采区布置等综合考虑选用的是以固定式灌浆站为 主、结合分区式和移动式的综合灌浆方式。2、取土方式从采场取土的方式有以下三种：（1）人工取土。利用风镐或电钻，人工打眼、装药、爆破的取土方式。2）机械取土。利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备 的取土方式。3）水力取土。利用高压水力通过水枪冲刷采土工作面的取土方式。如遇到坚硬土层，在机械和水力取土中，可预先放炮松动，以提 高采土效率。以上三种方式中我国煤矿多采用人工和水力取土方式， 其中一水力取土较多。水利取土的优点是：设备简单
6、、投资少、管理 方便，且无大型的复杂设备、可就地取材、效率高、劳动强度低、使 用人工少，并且一次制成泥浆。缺点是：泥浆浓度难以控制。二、制浆工艺系统及主要设备根据灌浆材料的位置及来源选择制浆方法。本矿采用的制浆工艺 机械制浆工艺1、 机械制备泥浆工艺当矿井灌浆量很大、土源较远或受地形限制时，可采用机械取土、 泥浆搅拌池制备泥浆的工艺系统。这种制浆系统产浆量大，水土比容 易控制，能够保证泥浆的浓度，灌浆防火效果好。泥浆搅拌池采用料石砌筑，分为两池：一池存土浸泡，一池搅拌， 轮流使用。泥浆池的容积根据矿井的最大灌浆量和取土供给能力确 定，其低部向出口方向有2%-5%的坡度。黄土在泥浆池浸泡 2h-
7、3h 后， 土质松软既可加水搅拌，浓度由供水管的控制阀调节。两个泥浆池浸 泡和搅拌交替进行，泥浆搅拌均匀后，由泥浆池出口通过两层直径分 别为 15mm 和 10mm 的筛板过滤后流入输浆管，送到井下灌浆地点。图 8 机械制备泥浆的灌浆站布置图1-矿车；2-轨道；3-贮土场及栈桥；4-水枪；5-输水管；6-自流输浆沟；7-泥浆搅拌池；8-自流输浆管；9-风井；10-水泵房 11-绞车房；12-取土场II68:41II1号=0=2号图 7 机械制备泥浆搅拌池布置图1-泥浆搅拌池；2-窄轨铁路；3-供水管路；4-搅拌机轨道；5-闸板6-道岔；7-筛板；8-管子筛；9-电动机；10-胶带轮；11-平板
8、车三、灌浆站的供水及设备灌浆的水源来自于矿井水，同时部分水来自附近的河水、井水。但任何一种水源都必须保证灌浆站的日用、水量。灌浆用水的水质要求：PH=69,不含有毒物质和可燃物质。第三章灌浆方法与灌浆参数第一节灌浆方法一、灌浆方法按与回采的关系分，预防性灌浆有：采前预灌、随采随灌、采后 封闭灌浆等三种。本矿主要采用的是工作面随采随灌的方法。图2-4-2钻孔灌浆示意图1底板消火道；2回风道；3钻孔；4工作面进风巷1、采前预灌 所谓采前预灌即是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行 灌浆。这种灌浆方法适用于开采老窑多的易自燃、特厚煤层。这种灌 浆方法是针对开采煤层特厚，老空过多， 极易自燃的矿区发
9、展起来的。采前预灌浆 的方法有：利用小窑灌浆、掘进消火道灌 浆，后来发展到布置钻孔灌浆。其目的是 充填小窑老空，消灭老空蓄火、降温、除 尘、排出有害气体、粘结碎煤、实现老空复采在采煤工作面推进的同时向采空区灌注泥浆。其形式又分为：钻 孔灌浆、小巷道钻孔灌浆、埋管灌浆及洒浆等。（1）钻孔灌浆。是在开采煤层附近己有的巷道或是专门开凿的灌 浆巷道中，每隔1015m向米空区打钻孔灌浆，如图2-4-2所示。钻 孔直径一般为 75 mm 。（2）小巷钻孔灌浆。是为了减少钻孔深度，沿灌浆巷道每隔2030m 开一小巷道，在此小巷道内向采 空区打钻孔灌浆，如图2-4-3 所示。（3）埋管灌浆。是在放顶前沿回风
10、巷道在采空区预先铺好灌浆管，放顶1底板消火道；2钻窝巷道；3 后立即进行灌浆。随着工作面的推进，钻孔；按放顶步距用回柱绞车逐渐向外牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次 浆。（4）洒浆。是从灌浆管接出一段胶管，沿工作面方向向采空区均 匀地洒浆。洒浆量要充足，使采空区新冒落的矸石能被泥浆均匀地包 围。洒浆通常作为管道灌浆的一种补充手段，使整个采空区，特别是 采空区下半部分也能灌到足够的泥浆。（5）综采工作面插管灌浆。方法是，注浆主管路沿工作面倾斜铺设 在支架的前连杆上，每隔 20m 左右预留一个三通接头，并安装分支 软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的垮落岩石内灌浆（见图 2-4-4） ，插入深度应不
11、小于 0.5m 。工作面每推进两个循环，注浆 一次。随采随灌法灌浆，能及时将顶板冒落线后的 采空区灌足泥浆，防火效果比较好。特别适用于 发火期短的煤层。但是缺点是：管理不好会使运244综放面插管灌浆 输巷道积水，泥浆进入工作面等，恶化工作面环境，影响生产。2、 采后灌浆采后灌浆，即在工作面采完封闭后进行灌浆。采后灌浆充填封闭 的采空区，特别是最易自燃发火的停采线，可防止发生自燃火灾。采 后灌浆可以在封闭停采线的上部密闭墙上插管灌浆，也可以由邻近巷 道向采空区上、中、下 3 段分别打钻灌浆。采后灌浆适用于发火期较长的煤层，灌浆工作在时间上和空间上 都不受回采工作的限制。第二节 灌浆参数计算一、
12、灌浆站工作制度地面灌浆站的工作制度应与矿井工作制度相配合，全年工作日数 一般为300d。灌浆站每日工作班数应视矿井煤层自然发火的严重程 度确定。灌浆工作是与回采工作紧密配合的，若矿井回采为“两采一 准”，则灌浆也应考虑两班灌浆，纯灌浆时间为10h ；若矿井自然发 火严重，且所需灌浆工作面较多，宜用三班灌浆时间 15h。二、灌浆所需土量日灌浆所需土量Q =KmlHC=0.15*2*2*100*0.8=48m，式中 Q 日灌浆所需土量， m3；土m 煤层采高， m；l 工作面日推进度， m；H 灌浆区倾斜长度， m；C 采区采出率，%；K 灌浆系数，该系数应根据各矿的情况而定，我国煤矿 的灌浆系数
13、采用5%-15%。取 15%。三、泥浆水土比的确定我国煤矿灌浆的泥土比一般使用3 ： 1、6 ： 1。可根据泥浆的 输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料的物理性质和季节等因素 通过实验确定。一般情况下，输送距离越长，泥浆水土比要大；对于 洒浆或 空隙较大的采空区灌浆，泥浆水土比要小些。泥浆水土比过 大，将增加矿井排水量。四、日灌浆用水量Q =K Q 6 =1.25*48*3=180 ma/d水 水 土式中Q灌浆用水量，ma/d； 0水K 用水冲洗管路防止管路堵塞的水量备用系数，一般取 水1.1-1.25；取1.25。Q 日灌浆所需土量， m3；土6 水土比。 3 ： 1五、日灌浆量Q =（Q
14、 +Q ）M=（180+48）0.88=200.64 m3/d浆 1水 土式中 Q 日灌浆量， m3/d；浆1Q 制备泥浆用水量， m3/d；水Q 日灌浆所需土量，m3；土M 泥浆的制成率，可按下表选取。泥浆的制成率水土比1 : 12 : 13 : 14 : 15 : 16 : 1密度P / (t/m3)浆1.451.301.201.161.131.11泥浆制成率0.7650.8450.8800.9100.9300.940六、小时灌浆量=200.64/2*10 =10.032 m3/hnt式中 Q 1小时灌浆量， m3/h；浆1n每日灌浆班数，班/d；t每日灌浆净时间，h/班。七、泥浆的密度泥
15、浆的密度按下式计算p Q +p Q= 1.283 t/m3水 水土 土Q + Q水土式中 p泥浆的密度， t/m3 ；p 水的密度，t/m3,取lt/m3；水p 土的密度,t/m3黄土取2.70t/m3其他灌浆材料按其密度 土取值；Q 单位时间的用水量； m3/t, 土Q 单位时间的用水量； m3/h。 水第四章 泥浆输送系统一、输浆倍线l 、输送压力 输送浆液的压力有两种：一是利用浆液自重及浆液在地面入口与 井下出口之间高差形成的静压力进行输送,叫静压输送；二是当静压 不能满足要求时，采用加压输送。加压输送多采用PN型或PS型泥 浆泵。2、输浆倍线输浆倍线是指泥浆在输浆管路内流动时,输浆管路的总长度同输 浆管路入口与出口处的高差之比,用 N 表示。静压输送时：N =400/300=
