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1、矿井防灭火课程设计大纲矿井防灭火课程设计大纲设计一设计一 矿井防灭火灌浆系统设计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、设计的意义一、设计的意义矿矿井火灾是煤井火灾是煤矿矿主要灾害之一，火灾一旦主要灾害之一，火灾一旦发发生，生，轻则轻则影响生影响生产产，重者可能重者可能烧烧毁毁煤炭煤炭资资源和源和矿矿井井设备设备，更，更为严为严重者重者则则可能引燃瓦斯可能引燃瓦斯煤煤尘尘爆炸或火烟毒化爆炸或火烟毒化矿矿井，井，酿酿成人成人员伤员伤亡的重大亡的重大恶恶性事故。尽管性事故。尽管当前当前矿矿井防井防灭灭火技火技术术有了很大有了很大发发展，但是仍然展，但是仍然难难以
2、杜以杜绝矿绝矿井火灾井火灾的的发发生，因此，必生，因此，必须须作好作好矿矿井的防火井的防火灭灭火工作，以保火工作，以保证证生生产产的安的安全全进进行。行。本本课课程程设计设计是是矿矿井火灾学井火灾学教学体系的重要教学体系的重要环节环节。通。通过过本本课课程程设计设计，使学生了解地下火灾的，使学生了解地下火灾的发发生原因与生原因与发发展展过过程，掌握地下程，掌握地下火灾的火灾的预测预测、预报预报及防治方法和措施等基本知及防治方法和措施等基本知识识，培养学生的，培养学生的实实践能力，有利于快速适践能力，有利于快速适应毕业应毕业后的技后的技术设计术设计与管理工作。与管理工作。一、设计的意义一、设计的
3、意义预预防性灌防性灌浆浆的作用：的作用：泥泥浆浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝绝其与空气的接其与空气的接触；触；沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝缝隙之隙之间间，堵塞漏，堵塞漏风风通道，减少漏通道，减少漏风风；同；同时时，灌，灌浆浆可以加速形成再生可以加速形成再生顶顶板，板，从而有利于下部分从而有利于下部分层层的开采；的开采；泥泥浆对浆对已已经经自自热热的煤炭有冷却散的煤炭有冷却散热热作用。作用。别别外，外，浆浆液液还还可以增加煤的外在水分，减可以增加煤的外在水分，减缓缓其氧化其氧化进进程。程。二、设计的依据二、设计的依据+依据煤矿安全规程的
4、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三、设计中相关参数的定义二、设计的步骤二、设计的步骤+1 防火灌浆设计依据及基础资料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
5、面洒浆（图）+二、设计的步骤二、设计的步骤2.5灌浆参数确定 3 灌浆量计算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 水枪选择水枪选择6 泥浆泵选择泥浆泵选择8 灌浆站主要设施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四、设计依据的基础资料煤层赋存条件煤层赋存条件煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期期浆材的质量、数量、开采条件等浆材的质量、数量、开采条件等矿井开拓方式和采区布置图矿井开拓方式和采区布置图灌浆站工作制度灌浆站工作制
6、度五、防火灌浆系统与参数的确定五、防火灌浆系统与参数的确定1.1.灌浆系统的选择灌浆系统的选择灌浆系统分灌浆系统分地面灌浆系统地面灌浆系统和和煤矿井下移动式煤矿井下移动式灌浆两类。灌浆两类。地面灌浆系统地面灌浆系统服务范围广服务范围广灌浆能力大（灌浆能力大（20m20m3 3/h/h以上）以上）灌浆工作量少（不用向井下运浆材）灌浆工作量少（不用向井下运浆材）投资大、建设周期长，管路维护工作量大投资大、建设周期长，管路维护工作量大地面灌浆系统地面灌浆系统投资少，使用便捷，日常维护容易；投资少，使用便捷，日常维护容易；灌浆能力有限；灌浆能力有限；服务范围小（仅一个面）；服务范围小（仅一个面）；运送
7、浆材的工作繁重。运送浆材的工作繁重。五、防火灌浆系统与参数的确定五、防火灌浆系统与参数的确定2.2.灌浆材料的选择灌浆材料的选择灌浆材料一般有灌浆材料一般有黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿黄土、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。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：灌浆材料应该具有的特征：1 1）加入少量的水能够成浆；）加入少量的水能够成浆；2 2）泥浆的渗透性要好；）泥浆的渗透性要好；3 3）不含可燃物和助燃物；）不含可燃物和助燃物；4 4）泥浆
8、要易于脱水）泥浆要易于脱水要易于脱水，但也不能过分的容易脱水要易于脱水，但也不能过分的容易脱水五、防火灌浆系统与参数的确定五、防火灌浆系统与参数的确定3.3.地面制浆的工艺流程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五、防火灌浆系统与参数的确定3.3.灌浆方法的选择灌浆方法的选择打钻注浆打钻注浆 由底板巷道打钻灌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五、防火
9、灌浆系统与参数的确定3.3.灌浆方法的选择灌浆方法的选择交替预埋管注浆交替预埋管注浆埋管灌浆埋管灌浆1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，五、防火灌浆系统与参数的确定五、防火灌浆系统与参数的确定4.4.灌浆参数的确定灌浆参数的确定埋管、拖管注浆联合洒浆埋管、拖管注浆联合洒浆埋管灌浆埋管灌浆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五、防火灌浆系统与参数的确定3.3.灌浆方法的选择灌浆方法的选择依据设计资料，确定采用的依据设计资料，确定采用的水土比为水土比为和和灌浆系数灌浆系数K K。六、灌浆量计算六、灌浆量计算灌灌浆浆量的确定，主要是根据灌量的确定，主要是根
10、据灌浆浆区的容区的容积积、采煤方法及地、采煤方法及地质质条件等条件等因素来确定。因素来确定。1 灌浆用土量计算（三种计算方法）灌浆用土量计算（三种计算方法）随采随灌的用土量随采随灌的用土量(Qt)(Qt)可按下式可按下式计计算：算：Q Qt1t1=K.M.L.H.C=K.M.L.H.C式中：式中：Qt1 Qt1 灌灌浆浆用土量，用土量，m m3 3；M M 煤煤层层开采厚度，开采厚度，m m；L L 灌灌浆浆区的走向区的走向长长度，度，m m；H H 灌灌浆浆区的区的倾倾斜斜长长度，度，m m；C C 煤炭回收率，；煤炭回收率，；K K 灌灌浆浆系数，即泥系数，即泥浆浆的固体材料体的固体材料体
11、积积与需要灌与需要灌浆浆的采的采空区空空区空间间容容积积之比。在之比。在K K值值中反映了中反映了顶顶板冒落岩石的松散系数，泥板冒落岩石的松散系数，泥浆浆收收缩缩系数和跑系数和跑浆浆系数等系数等综综合影响。合影响。对对于于对对于于预预防性灌防性灌浆浆取取0.01-0.150.01-0.15；对对于封于封闭闭区内的区内的灭灭火灌火灌浆浆，可取，可取0.1-0.30.1-0.3。(1)(1)按采空区灌按采空区灌浆浆量量计计算算六、灌浆量计算六、灌浆量计算(2)(2)按日灌按日灌浆浆量量计计算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
12、,3484 t；1煤炭容重，1.34t/m3；L工作面日进度，m。六、灌浆量计算六、灌浆量计算(3)(3)矿矿灌灌浆浆日需土量日需土量矿矿井井实际实际每日所需采土量每日所需采土量为为：Q Qt t=aQ=aQt2t2式中：式中：Q Qt t灌日用土量，灌日用土量，m m3 3 a a 取土系数，考取土系数，考虑虑土壤含有一定的土壤含有一定的杂质杂质和开采、运和开采、运输过输过程中的程中的损损失，失，a a取取1.11.1；六、灌浆量计算六、灌浆量计算2 灌浆用水量的计算灌浆用水量的计算灌浆用水量灌浆用水量(Q(Qw w)可按下式计算：可按下式计算：Q Qw w=K=Kw wQ Qt t （3-
13、2-13-2-1）式中：式中：Q Qw w灌浆用水量，灌浆用水量，m m3 3；K Kw w冲洗管路用水量的备用系数，冲洗管路用水量的备用系数，一般取一般取1.1-1.251.1-1.25，取，取1.251.25；水土比，一般取水土比，一般取2-52-5，取，取2 2。六、灌浆量计算六、灌浆量计算3 灌浆量计算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、灌浆管道设计六、灌浆管道设计1
14、 灌浆管道系统布置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、灌浆管道设计六、灌浆管道设计2 输送倍线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
15、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、灌浆管道设计六、灌浆管道设计2 输送管径计算输送管径计算主要灌主要灌浆浆干管直径干管直径计计算算应应遵循的原遵循的原则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
16、保证泥浆的输送和获得最经济的管径。六、灌浆管道设计六、灌浆管道设计2 输送管径计算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，预选临界流速V0=1.121 m/s六、灌浆管道设计六、灌浆管道设计2 输送管径计算输送管径计算六、灌浆管道设计六、灌浆管道设计4 管壁计算管壁计算式中：式中：管壁厚度，管壁厚度，mmmm；d d管内径，管内径，mmmm；R RZ Z 许许用用应应力，无力，无缝钢缝钢管管800kg/cm800kg/cm2 2；铸铁铸铁管管200kg/cm200kg/cm2 2；普通；普通钢钢管管600kg/cm600kg/cm2 2；P P管内管
17、内压压力力kg/cmkg/cm2 2，P=0.11P=0.11j jH H；j j 泥泥浆浆容重容重t/mt/m3 3，取，取1.21.2；H H井深井深,253.7m,253.7m；a a考考虑虑管壁不均匀的附加厚度，管壁不均匀的附加厚度，钢钢管管1-2mm1-2mm；铸铁铸铁管管7-9mm7-9mm；b b考考虑虑垂直管磨垂直管磨损损的附加厚度，根据管道的服的附加厚度，根据管道的服务务年限取年限取1-4mm1-4mm。垂直管道管壁厚度按下式计算六、灌浆管道设计六、灌浆管道设计4 管壁计算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0.9；其他符号的意义同上。
18、六、灌浆管道设计六、灌浆管道设计4 管材的确定管材的确定根根选择选择管材的主要依据是管道所需承受的管材的主要依据是管道所需承受的压压力，力，而而压压力与井深成正比。通常情况下，井深不超力与井深成正比。通常情况下，井深不超过过200m200m，多采用，多采用焊焊接接钢钢管，井深超管，井深超过过200m200m，多采用，多采用无无缝钢缝钢管。管。七、水枪选择七、水枪选择一般采用低一般采用低层层建筑、建筑高度在建筑、建筑高度在24m24m以下的民用水以下的民用水枪枪。水。水枪喷枪喷嘴嘴直径有：直径有：1313、1616、1919、2222、3232、44mm44mm。实际实际工作需要，工作需要，设计
19、设计水水枪枪采用采用32mm32mm。七、水枪选择七、水枪选择+水带直径水带直径 ：50mm50mm的水带适应喷嘴直径的水带适应喷嘴直径16mm16mm的水枪；的水枪；6565、75mm75mm的水带适应喷嘴直径的水带适应喷嘴直径19mm19mm的水枪；的水枪；90mm90mm的水带适应喷的水带适应喷嘴直径嘴直径22mm22mm的水枪。的水枪。+出水带标准长度：出水带标准长度：2020m.m.七、水枪选择七、水枪选择+水枪的台数:+N=+式中：+Qw取土时的用水量，+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：+
20、q值取5-6（m3水/m3土）,压力30-40m七、水枪选择七、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、水枪选择七、水枪选择+单位耗水量单位耗水量+（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/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；
21、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=Kiw+K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、泥浆泵选择八、泥浆泵选择九、灌浆站设计九、灌浆站设计p 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；p 储土厂设计设计储土场的储量，确定储土场的位置等。