最新预防性灌浆设计

预防性灌浆设计

第一节 预防性灌浆设计要求与设计步骤

一、预防性灌浆设计内容

1.说明灌浆设计依据及基础资料 2.确定灌浆系统与灌浆参数 3.灌浆设计计算 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 二、预防性灌浆设计步骤 1． 防火灌浆设计依据及基础资料 1.1煤层赋存条件

1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期 1.3浆材的质量、数量、开采条件等 1.4矿井开拓方式和采区布置图 1.5灌浆站工作制度

2．防火灌浆系统与参数确定 2.1灌浆系统确定 2.2灌浆材料的选择

2.3地面制浆工艺流程（图） 2.4 灌浆方法确定 埋管灌浆（图） 工作面洒浆（图） 2.5灌浆参数确定 3． 灌浆量计算 灌浆用土量计算 灌浆用水量计算 灌浆量计算

4． 灌浆管道系统设计 灌浆管道系统布置 输送倍线计算 管径计算 管壁计算 管材确定

5． 水枪选择 6． 泥浆泵选择

7． 灌浆站主要设施

泥浆搅拌池及搅拌机（图） 储土场

第二节 灌浆材料的选择与泥浆的制备

一、灌浆材料的选择

灌浆材料的选取应满足下列要求： (1)不含助燃和可燃的材料；

(2)粒度直径不应大于2mm，小于1mm的应占75％； (3)相对密度为 2.4～2.8；

(4)具有一定的可塑性，塑性指数 9 ～14 ；胶体混合物 25 % ～ 30 % ；含砂量 25 ％～ 30 % ；

(5)易脱水又具有一定的稳定性。

(6)具有能与较少的水混合成泥浆的能力； (7)运输时不堵塞管路或泥浆糟。

煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土会使农田遭到破坏，有的矿区无土可取。因此，有些矿区采用破碎后的页岩、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。

二、泥浆的制备

(一) 灌浆站

1．灌浆站的形式和适用条件

灌浆站是制取浆液的场所，其形式可分为固定式、分区式及移动式三种。

固定式灌浆站适用于煤层赋存或开采深度较深、需在地面建立永久或半永久灌浆站的条件；分区式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的条件；移动式灌浆站适用于井下采区分散、灌浆量小和从地面输送泥浆困难的地区条件。灌浆站的设置要结合井型、风井分布、采区的布置等综合考虑。

2．取土方式

从采土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，我国煤矿多采取人工和水力取土方式，其中以水力取土较多。水力取土的优点是：设备简单、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

1．水力取土制备泥浆工艺

这种制浆系统在我国煤矿采用广泛，只是因各矿区的条件不同而有所差异。其流程是：利用高压水枪（压头50m～80m，流量85～266m3/h）直接冲刷地表黄土（或预先人工松散），然后经泥浆沟混合成泥浆，经筛板过滤（除掉杂质和大块岩块）流入灌浆集中钻孔或喇叭口再流入沿井筒敷设的井下灌浆干管，如图5-1所示。有的矿区泥浆经泥浆沟再导入混浆沟进一步混合，在混浆沟处设有调节泥浆浓度的水管，然后经过筛板流入喇叭口流入井下灌浆干管。也有的矿区，泥浆则经泥浆沟流入集浆池，沉积后放掉清水，调好浓度再经筛板和喇叭口流入井下灌浆干管。这种制浆方法设备简单，投资少，劳动强度低，效率高，适用于地表黄土层较厚、灌浆地点分散的矿井；其缺点是水土比难以控制，不易保证泥浆质量，影响灌浆效果。

图5-1水枪冲刷表土制浆 1—水池；2—水泵；3—水管；4—水枪；5—采土工作面； 6—泥浆沟；7—筛板；8—钻孔 水力制浆的主要设备、设施有：

（1）水枪。多采用开滦755型水枪，也有部分矿区使用自制水枪。 ①水枪的水力特性可按下式计算： 水枪喷嘴出口的射流速度 ν＝Φ

2H0 (5-1)

式中 ν——水枪喷嘴出口的射流速度，m/s；

Φ——流速系数，Φ=0.92～0.96，取0.94； H0——水枪的工作压头，kPa。 水枪的喷嘴流量

Q=μA2H0 (5-2)

式中 Q——水枪喷嘴流量m3/s；

μ——流量系数，如射流没有压缩，μ＝Φ； A——喷嘴出口截面积，m2。 水枪的喷嘴直径 d0=0.55Q (5-3)

H09.81式中 d0——喷嘴直径，m。

水枪的喷嘴压头损失

2 hM=0.06

?2 (5-4)

式中 hM——水枪的喷嘴压头损失，kPa。

②水枪台数。水枪的台数可按下式计算，但不少于2台，其中1台备用。 N=

Q水Q 枪式中 N——所需水枪台数，台；

Q水——水枪采土小时用水量，m3/h；

(5-5)

Q枪——水枪的流量，m3/h。

(2) 泥浆沟。泥浆沟是用水枪冲掘地表而成的自然沟，也可用砖石、水泥等砌筑或用溜槽（铁质、木质）构筑。为了便于泥浆流动，泥浆沟必须有一定的坡度，泥浆沟的最小坡度见表5-1 。

土壤性质 黄土、细砂、淤泥 含 15％以下的细砂粘土 细粒砂及砂土 中粒砂 泥浆沟的输浆能力： my= 3600VS (5-6) 式中 my—— 泥浆沟的输浆量， m3 / h ；

V —— 泥浆流速，m / s ，可按表 5-2计算； S —— 输浆沟的横断面， m 2。

土壤名称 细泥松土 细砂松土 砂质松土 大砂粒松土 粉砂粒黄土 密质粘土 表5-2 泥浆的流速 沟底泥浆流速（m / s） 0.10 0.25 0.40 0.65 0.80 1.0 平均流速（m / s） 0.15 0.30 0.60 0.80 1.0 1.20 表5-1 泥浆沟的最小坡度

泥浆沟的最小坡度 0.015～0.20 0.02～0.03 0.03～0.04 0.04～0.07

(3) 集浆池。集浆池是贮存、控制泥浆浓度或泥浆泵吸送泥浆的设施。可根据矿井的具体条件就地取材，用砖、石砌筑或用水枪冲掘成的土坑作积浆池。

用于暂时集浆的集浆池体积，可根据水枪冲土能力或泥浆泵的吸泥量确定，按小时冲土能力或泥浆泵的小时吸泥量，选其大者为计算依据。

用于贮存泥浆、控制泥浆浓度的集浆池，存浆时间较长，集浆池的体积相应加大，可根据每班灌浆量计算。

集浆池上设有过滤筛板、放水口，底部有5％～10％的坡度。集浆池的标高，根据泥浆泵的吸程高度和泥浆沟的坡度确定，集浆池的深度一般为 1.5m～2.0m。

（4）灌浆喇叭口

图 5-2 灌浆喇叭口 1—筛板；2—喇叭口；3—下浆口 喇叭口是泥浆沟或泥浆沟与钻孔（或管路）的接口，是为防止空气进入管口并使泥浆沿管路满管流动而设置，如图 5-2 所示。

(5) 贮土场

土源距灌浆站较远时，需在灌浆站设贮土场。根据地形贮土场可设置成栈桥或绞车房栈桥的结构形式，贮土场的贮土量根据地形可按 10 天左右的灌浆用土量计算，用水力或矿车送至泥浆搅拌池。

2．机械制备泥浆工艺

当矿井灌浆量很大、土源较远或受限于地形条件时，可采用机械取土、泥浆搅拌池制备泥浆的工艺系统，如图5-3所示。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，灌浆防灭火效果好。

泥浆搅拌池的布置如图5-4所示，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最大灌浆量和取土供给能力确定，其底部向出口方向有2％～5％的坡度。黄土在泥浆池浸泡2h～3h后，土质松软即可加水搅拌，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。

第三节 泥浆的输送

一、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，采用的加压输送。加压输送多采用PN型或PS型泥浆泵。

二、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高差之比，用N表示。

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