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1、矿井防灭火课程设计大纲,设计一 矿井防灭火灌浆系统设计,设计的目的与意义设计遵循的依据设计的步骤与计算依据,一、设计的意义,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。本课程设计是矿井火灾学教学体系的重要环节。通过本课程设计，使学生了解地下火灾的发生原因与发展过程，掌握地下火灾的预测、预报及防治方法和措施等基本知识，培养学生的实践能力，有利于快速适应毕业
2、后的技术设计与管理工作。,一、设计的意义,预防性灌浆的作用：泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接触；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；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。,二、设计的依据,依据煤矿安全规程的有关规定、矿井防灭火规范和煤矿注浆防灭火技术规范的相关内容一致的原则，编制进行防灭火灌浆系统设计。参考资料：矿井火灾学，矿井通风与安全等教材,三、设计中相关参数的定义,二、设计的步骤,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
3、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）,二、设计的步骤,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8 灌浆站主要设施泥浆搅拌池及搅拌机（图）储土场,四、设计依据的基础资料,煤层赋存条件煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期浆材的质量、数量、开采条件等
4、矿井开拓方式和采区布置图灌浆站工作制度,五、防火灌浆系统与参数的确定,1.灌浆系统的选择,灌浆系统分地面灌浆系统和煤矿井下移动式灌浆两类。,地面灌浆系统,服务范围广灌浆能力大（20m3/h以上）灌浆工作量少（不用向井下运浆材）投资大、建设周期长，管路维护工作量大,地面灌浆系统,投资少，使用便捷，日常维护容易；灌浆能力有限；服务范围小（仅一个面）；运送浆材的工作繁重。,五、防火灌浆系统与参数的确定,2.灌浆材料的选择,灌浆材料一般有黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿等。选择材料时依据矿区条件合理选择，选择的防灭火浆材要做到既经济又有效。,东部、西部、西北地区？,灌浆材料应该具有的特征：1）加入少
5、量的水能够成浆；2）泥浆的渗透性要好；3）不含可燃物和助燃物；4）泥浆要易于脱水要易于脱水，但也不能过分的容易脱水,五、防火灌浆系统与参数的确定,3.地面制浆的工艺流程,1-储土场；2-水枪；3-进浆闸门；4-沉淀池；5-搅拌机；6-放浆闸阀；7-箅子；8-风井,五、防火灌浆系统与参数的确定,3.灌浆方法的选择,打钻注浆,由底板巷道打钻灌浆1-底板巷道；2-回风巷；3-钻孔；4-进风道,由钻窝打钻灌浆1-底板巷道；2-钻窝；3-钻孔；4-回风巷；5-进风巷,五、防火灌浆系统与参数的确定,3.灌浆方法的选择,交替预埋管注浆,埋管灌浆1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，,五、防火灌浆系统与参数的
6、确定,4.灌浆参数的确定,埋管、拖管注浆联合洒浆,埋管灌浆1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，4-洒浆胶管,五、防火灌浆系统与参数的确定,3.灌浆方法的选择,依据设计资料，确定采用的水土比为和灌浆系数K。,六、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。,1 灌浆用土量计算（三种计算方法）,随采随灌的用土量(Qt)可按下式计算： Qt1=K.M.L.H.C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
7、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。,(1 )按采空区灌浆量计算,六、灌浆量计算,( 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式中：Qt2日灌浆所需用土量，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。,六、灌浆量计算,(3) 矿灌浆日需土量,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；,六、
8、灌浆量计算,2 灌浆用水量的计算,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。,六、灌浆量计算,3 灌浆量计算,日灌浆量Qj可按下式计算： Qj=（Qt2+Qw）u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。,六、灌浆管道设计,1 灌浆管道系统布置,如上所述：灌浆管路有“L”和“Z”型两种布置形式。其
9、中:L型：优点：能量集中，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”型与“L”型相反,六、灌浆管道设计,2 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。一般在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=L/H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
10、出口压力大，在采空区分布不均，易发生跑浆事故。,六、灌浆管道设计,2 输送管径计算,主要灌浆干管直径计算应遵循的原则根据泥浆流速确定，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的管径。,六、灌浆管道设计,2 输送管径计算,管径计算可按下式计算：,式中：Qjh小时灌浆量m3/h； V0临界流m/s，预选
11、临界流速V0 = 1.121 m/s,六、灌浆管道设计,2 输送管径计算,六、灌浆管道设计,4 管壁计算,式中：管壁厚度，mm； d管内径，mm；RZ 许用应力，无缝钢管800kg/cm2；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考虑垂直管磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm。,垂直管道管壁厚度按下式计算,六、灌浆管道设计,4 管壁计算,水平管道管壁厚度按下式计算,式中：n管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0
12、.9；其他符号的意义同上。,六、灌浆管道设计,4 管材的确定,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。,七、水枪选择,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。,七、水枪选择,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.,七、水枪选择,水枪的台数: N = 式中：Qw取土
13、时的用水量， Qq单台水枪的流量， Qw = Qti Qw = Qti q, 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,七、水枪选择,.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=11.46/76.47=0.89台考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为2台。,七、水枪选择,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
14、/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；,八、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量，水力取土时为水枪小时用水量。（2）泥浆泵扬程Hj用公式计算： Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc式中：h0与泥浆提升几何高度相当的水柱高度m；h0泥浆提升几和高度m； hj局部阻力损失，一般为沿程阻力损失的10%； hs泥浆泵吸水高度，一般取4-5m；实取4m.hb泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取2-3m；实取2m hc剩余水头，取2-5m；实取4m hf泥浆管道沿程阻力损失，,八、泥浆泵选择,hf = Lij L泥浆管道长度m；ij泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用公式计算： ij = KiwK泥浆阻力系数，与土水比有关，取1.155。,iw 清水状态下水头损失， iw=v2/（2gd） 达西系数,见表,八、泥浆泵选择,九、灌浆站设计,泥浆搅拌池与搅拌机设计设计搅拌池的安放方式，搅拌形式；不要求设计搅拌机械的相关参数；,储土厂设计设计储土场的储量，确定储土场的位置等。,