矿井防灭火课程设计正文.docx
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矿井防灭火课程设计正文
摘要
预防性灌浆是把浆材和水按适的比例混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的地区，以达到防火和灭火的目的。
其防火和灭火作用为：
浆液充填煤岩裂隙及空隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减小煤与氧气的接触和反应面；浆水润湿煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，加速采空区冒落煤岩的胶结，增加采空区的气密性。
灌浆防火的实质就是抑制煤在低温时的氧化速度,延长自然发火期。
预防性灌浆是防治煤炭自然的使用最为广泛、效果最好的一种技术。
因此，《煤矿安全规程》规定，开采容易煤层和自然煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆等防灭火措施。
因此，本文对阿克苏煤炭有限公司进行了全面的灌浆灭火设计。
关键词:
注浆灌浆系统管径措施灭火
目录
1TOC\o"1-3"\h\z\u企业基本情况1
1.1项目单位基本情况和财务状况1
1.1.1公司的基本情况1
1.1.2公司经营情况1
1.2项目建设外部条件1
1.2.1水源条件1
1.2.2电源条件1
1.2.3运输条件2
1.2.4物资供应2
1.3煤炭资源和开采地质条件2
1.3.1地理位置及交通条件2
1.3.2地形地貌2
1.3.3工程及水文地质2
1.3.4气象条件3
1.3.5地震烈度3
1.3.6煤层赋存3
1.3.7物理性质3
1.3.8化学性质3
1.3.9矿井生产情况5
2灌浆系统设计8
2.1灌浆系统及方法的选择8
2.2灌浆参数计算及选择9
2.3灌浆材料选择10
2.4制浆工艺及设备选择10
2.5制浆站主要设备、设施11
2.6灌浆管道及泥浆泵的选择11
2.6.1灌浆管道系统布置11
2.6.2输送倍线计算12
2.7管径计算12
2.7.1主要灌浆干管直径计算12
2.7.2管材确定13
2.7.3管壁计算13
2.8泥浆泵选择14
2.9供水系统14
2.10供电系统15
3灌浆安全措施16
3.1安全措施16
3.2注意事项16
致谢17
参考文献18
1企业基本情况
1.1项目单位基本情况和财务状况
1.1.1公司的基本情况
阿克苏煤炭有限公司前身是黑山煤矿，建于1952年，发展至今经历了从国有企业到民营企业再到央企两次改制过程。
第一次改制是2000年，将原黑山煤矿改制成黑山煤炭有限责任公司，第二次改制是2010年，重组成立阿克苏煤炭有限公司，目前该公司有在职职工1881人，少数民族占职工总数的27％，在职职工中有工程技术人员160余人，占职工总人数的10％。
下属二对生产矿井，分别为八号井、二号斜井，均为“一井一面，综采综掘”的矿井，每对矿井均设有一个选煤楼，二对矿井生产能力为1.7Mt/a。
八号井于2005年开工建设，2007年投产，设计生产能力为0.6Mt/a，是自治区“十五”期间重点建设的煤炭项目，采用斜井开拓，采煤方法为走向长壁综采放顶煤采煤方法，核定生产能力1.2Mt/a，2009年达到核定生产能力。
井田面积5.18km2,可采储量5000多万吨，服务年限35年。
二号斜井（公司三矿）是自治区“十五”规划中的技改矿井，设计生产能力为0.09Mt/a，2005年1月开工建设，2009年9月通过竣工验收并投入生产。
采用斜井开拓，采煤方法为走向长壁综采放顶煤采煤方法。
2010年核定生产能力0.6Mt/a。
井田面积1.1754km2，剩余资源量11Mt，服务年限9年。
1.1.2公司经营情况
截止2011年末，公司共生产原煤2.15Mt，销售煤炭2.3Mt，营业收入29482万元，实现利润总额4783万元，税后利润3286万元，职工人均收入4.6万元，资产规模达到104423万元。
1.2项目建设外部条件
1.2.1水源条件
八号井工业场地水源为五号平硐（八号井为该平硐的接替井）。
该水源昼夜涌水量为1860m3。
水质经化验达到饮用水标准。
水源地标高为+1545m，取水方便。
1.2.2电源条件
阿克苏煤炭有限公司在矿部已建成35kv变电站一座，该变电站的电源取自阿克苏电厂，主变压器型号为6300KV和5000KVA，35KV/6.0KV两台。
公司决定新建一座35kv区域变电站，从该变电站出两趟6kv线路供八号井用电。
1.2.3运输条件
黑山煤炭有限责任公司有公路直达阿克苏市区并与国道312线相接，南疆铁路经阿克苏市区南部通过。
矿井井口距公司约2km。
交通运输条件非常便利，能满足八号井的建设和生产需要。
1.2.4物资供应
项目所在地紧靠南疆阿克苏市，阿克苏市又是南疆的核心地带，工业比较发达，项目建设所需的物资、设备、材料供应充足，物资供应条件也是具备的。
1.3煤炭资源和开采地质条件
1.3.1地理位置及交通条件
八号井井田位于阿克苏市西南200km处的拜城。
地理座标：
东经84º20ˊ47"～84º25ˊ，北纬44º8ˊ30"～44º9ˊ30"。
井田西端的阿克苏煤炭有限公司及井田东端的阿克苏电厂均有公路直达阿克苏市区并与国道312线相接，南疆铁路经阿克苏市区南部通过，矿井交通较为便利。
1.3.2地形地貌
井田位于天山南麓低中山区，地势西南高，东北低。
IX线以西，海拨+1400m～+1600m，高差不大，但切割细碎。
IX经以东，海拨+1050m～+1450m，地形切割剧烈，沟谷纵横，高差达400m以上。
地貌上是一已肢解的冲积扇区，由侵蚀的低中山和侵蚀-堆积阶地组成。
1.3.3工程及水文地质
井田东有小东河，西有小西河。
小东河自南而北流经矿区东端，水面宽10～15m，汛期水流湍急，河床坡度5º左右。
洪水期流量为27m3/s～29.3m3/s，枯水期流量为2.24m3/s～2.27m3/s。
年平均流量9.14m3/s，历年最大流量487m3/s，最小流量0.35m3/s。
年径流量2.89亿m3。
小西河为山泉汇集的山间小溪，流量0.17～0.39m3/s，后因七号平硐在上游设立水源地，现流量仅0.08～0.13m3/s。
1.3.4气象条件
矿区6～8月为夏季。
7月份平均气温23.3℃。
6～7月多雨，经常雹雨交加形成山洪，冰雹直径可达1厘米。
10月份中上旬开始降雪，次年3月底至4月初消融。
年平均降水量245.6mm，最高年份达426.2mm，年平均均蒸发量为1857.7mm，最大冻土深度约1.5m。
冬季常大雾迷漫，能见度极差。
1.3.5地震烈度
矿区位于地震带上，地震频繁。
根据地质报告地震裂度属八度预测区。
1930年至今，矿区及邻近区共发生大于4.7级中强震14次，其中，6级以上5次，7级以上1次，小于4.7级地震不下百余次，且震中距矿区不超过75km，属地震多发区。
1.3.6煤层赋存
井田内共含煤6层。
B5煤层全区可采，B1、B6煤层在南翼大部可采，B3、B4、B5煤层在南翼局部可采，北翼不存在。
B2煤不可采。
因此，本井田的主采煤层为B5、B6、B1。
煤层的特征表达如下：
B1煤层：
为中厚～厚煤层。
南翼BI线以西，煤层平均可采厚3.98m，结构较简单，BI线及其以东，煤层分叉变薄，结构变得较复杂，平均可采厚仅1.45m。
北翼仅见层位，煤层已不复存在。
全井田煤层0～5.28m，平均2.96m。
南翼井田大部可采。
B5煤层:
为较稳定的厚～特厚煤层。
厚4.53～19.91m，平均8.73m。
煤层结构较简单，向斜南翼分成上下两层,上分层平均厚度2.60m，下分层平均厚度6.26m，上下分层间距0.42m；向斜北翼不分层。
全井田均可采。
B6煤层:
主要分布在南翼，为较稳定～不稳定的大部可采煤层，厚0～5.13m，平均3.72m。
可采范围在加I-BⅡ线之间。
南翼井田大部可采。
1.3.7物理性质
各煤层性质基本相同，呈黑色，条痕深棕色，多具沥青光泽，燃点低，着火快、焰中长、焰色浅红、烟青淡不结焦。
煤的比重B1为1.3t/m3；B5为1.29t/m3；B6为1.29t/m3。
1.3.8化学性质
本井田主要开采煤层为B5、B6煤层，根据补勘区内各煤层的工业分析成果，见表1.2-1,B5原煤水分（Mad）=8.01%,灰分（Ad）=13.78%,挥发分（Vdaf）=47.68%;B6原煤水分（Mad）=7.98%,灰分（Ad）=23.88%，挥发分（Vdaf）=49.30%。
B5原煤全硫和磷含量分别为：
St,d=0.34%，Pd=0.042%；B6原煤全硫和磷含量分别为：
St,d=0.23%，Pd=0.049%；B5、B6原煤收到基低位发热量（Qnet.ar）分别为28.27MJ/kg及29.10MJ/kg。
表1.3各煤层工业分析成果统计表
煤层号
原煤（%）
精煤（%）
水分（Wf）
灰分（Ag）
挥发分（Vr）
水分（Wf）
灰分（Ag）
挥发分（Vr）
B6
4.45-14.14
7.98（15）
9.75-48.80
23.88（15）
44.40-53.52
49.30（15）
3.83-9.75
6.18（7）
5.46-11.92
8.71（7）
40.32-48.14
44.75（7）
B5
2.43-14.45
8.01（27）
4.88-41.33
13.78（27）
41.16-55.60
47.68（27）
3.95-10.21
6.81（13）
4.56-8.63
6.46（13）
40.37-48.34
46.38（13）
B51
3.82-10.84
7.16（15）
6.80-47.51
23.67（15）
28.90-55.41
48.32（15）
4.64-7.60
5.66（7）
7.62-12.36
9.25（7）
44.74-48.73
46.74（7）
B4
5.35-9.11
6.11（10）
13.81-48.04
32.40（10）
45.69-66.18
52.53（10）
3.89-7.91
5.70（8）
8.44-14.90
10.89（8）
42.19-50.53
46.02（8）
B3
4.06-9.66
7.28（10）
13.91-44.44
27.68（10）
45.65-52.70
50.05（10）
3.57-9.34
5.51（8）
6.59-12.33
8.85（8）
41.10-51.39
46.40（8）
B2
3.67-9.96
6.95（8）
18.21-49.8
37.94（8）
47.60-56.65
53.12（8）
3.58-9.87
5.92（8）
8.75-14.22
10.68（5）
43.81-50.18
47.65（8）
B1
3.34-10.05
7.43（16）
8.14-38.53
20.27（16）
49.43-57.62
52.86（16）
3.30-10.36
5.66（11）
5.85-13.73
9.61（11）
46.71-51.80
49.06（11）
煤层
平均
2.43-14.45
7.83
4.88-49.82
17.17
28.90-66.18
48.84
3.30-10.36
6.44
5.46-14.90
7.48
40.32-51.80
46.63
八号井井田主要开采煤层为B5、B6煤层，根据补勘区内各煤层的工业分析成果，B5原煤水分（Mad）=8.01%,灰分（Ad）=13.78%,挥发分（Vdaf）=47.68%，煤层为较稳定的厚～特厚煤层，厚4.53～19.91m，平均8.73m；B6原煤水分（Mad）=7.98%,灰分（Ad）=23.88%，挥发分（Vdaf）=49.30%，煤层为较稳定～不稳定的大部可采煤层，厚度0～5.13m，平均3.72m。
采煤方法采用走向长壁综采放顶煤采煤法。
1.3.9矿井生产情况
八号井开拓方式为斜井开拓，矿井布置有主斜井、副斜井和回风斜井共三个井口。
主斜井、副斜井井筒倾角25°，主斜井、副斜井井口标高+1467m，井底标高+1154m。
1.主斜井：
井筒斜长790m，倾角25°，净断面7.13m2，采用砼砌碹支护。
井筒装备1000mm的钢丝绳芯强力大倾角胶带输送机，并设有行人台阶和扶手，并铺设清水管、动力和通讯电缆等、主要担负煤炭提升任务，并作为矿井的进风井及安全出口。
2.副斜井：
井筒斜长740m，倾角25°，净断面9.12m2；砼砌碹及锚喷支护。
采用单钩提升，主要担负矿井人员、矸石、材料和各种设备的提升，井筒内布置排水管道，设行人台阶和扶手，兼作进风井和一个安全出口。
3.风井：
井筒斜长587m，倾角12°至43°，净断面6.83m2，砼砌碹和锚喷支护，作为矿井回风井和一个安全出口，设行人台阶和扶手。
4.车场与硐室及辅助巷道
（1）车场
根据开拓布置，井底车场布置在+1154m水平，为平车场形式，首采区布置有三个中部车场，采用石门甩车场形式。
（2）硐室
井底车场附近设消防材料库、等候室、中央变电所、中央水泵房等硐室。
5.大巷
道采区为中央双翼采区，不设运输和回风大巷，后期开采东翼的二采区时，布置皮带运输大巷和轨道运输大巷。
二采区布置单独的回风斜井。
至东翼的+1154m水平皮带运输大巷长度750米，已施工完成；+1154m水平轨道大巷及联络巷长800米，已施工600米。
6.二采区巷道（尚未掘进）
（1）上山
一采区上山已经施工完毕，目前正在回采。
二采区为接替采区，上山尚未施工。
1）二采区轨道上山900m；
2）二采区皮带上山850m；
3）二采区回风上山760m；
（2）车场及硐室
采区车场及硐室500米（只考虑前期使用的下部和上部车场及采区变电所、火工品发放硐室、紧急避险硐室，提升机硐室）。
（3）准备巷道
一采区准备巷道已经施工完毕，二采区首采工作面准备巷道运输顺槽、轨道顺槽、开切巷及联络巷道1880米。
7.采煤方法
现回采的工作面为首采区B51104工作面，B5、B6煤层联合开采，采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤方法，运输及轨道顺槽均沿B5煤层底板布置，工作面走向长度835m，工作面长度130m，煤层倾角平均25°，已回采400m。
采煤工艺为走向长壁综采放顶煤，具体为：
采煤机割煤落煤（顶煤采用松动爆破落煤）；利用采煤机滚筒和刮板输送机及支架尾梁放煤自行装煤；利用前部及后部中双链可弯曲刮板输送机运煤；利用液压支架支护顶板；采用全部跨落法处理采空区。
采煤机截深0.6m，割煤高度2.7m，放煤高度6.3m，采放比1：
2.33，放煤步距2.4m。
8.矿井主要设备
矿井主要设备见表1.3.9-1。
9.地面生产系统
矿井现有地面生产工艺系统如下：
原煤经主斜井带式输送机（B=1000mm、L=860m、V=3.15m/s、Q=450t/h、β=25°、ST3000、2×450kW-6KV）运至井口后，通过上仓带式输送机运往筛分装车仓，在装车仓上部进行筛分，原煤被分为0～25mm、25～50mm、+50mm三级，对+50mm粒级进行人工拣矸。
各产品煤分别入仓储存，三个末煤仓储量为2000t，大块煤仓120t，中块煤仓100t，各产品煤分别装车外销。
表1.3.9-1矿井主要设备表
序号
名称
型号规格
主要参数
1
主通风机
2台FBCZNO20型轴流式
风量1200-7500m³/min，风压230-1100pa，功率2×110KW
2
主井提升机
DTL80/20/250
带宽:
1000mm，运输能力：
450t/h，
3
副井提升机
JK-2.5×2.2/20E型提升机
轨型30kg/m，轨距600mm，最大静张力90KN
4
主要运输系统
一台SDJ/100/2×75输送机 两台DSJ-/80/2×40
2×75带宽1000mm，输送量500t/h
2×40带宽800mm，输送量450t/h
5
供电系统
自引矿区35KV/6变电所
双回路MYJY22-95高压电缆
6
排水系统
三台MD155-67×5型水泵
Q=155m³/h，扬程335m，排水管D219×10型无缝钢管两趟，
7
压风系统
LW-22/7型两级双缸双作用冷却式空压机2台
排气量22m³/min,排气压力0.7Mpa,主干管Φ108×6
8
地面系统（选煤系统）
上仓TD75型胶带运输机螺旋筛ＳＬ－Ｕ１型
输送量500/h，带宽1000mm
10.正在生产能力
八号井于2004年5月开工建设，2007年9月通过自治区的竣工验收，设计生产能力0.6Mt/a，是自治区“十五”期间重点建设的煤炭项目。
2009年，经自治区有关部门组织验收，核定生产能力为1.2Mt。
11.2011年煤炭产量
2011年矿井总产量为1.2152Mt。
12.2011年末保有地质储量和可采储量
截至2011年12月31日，矿井保有地质储量为83.9173Mt，其中探明的经济基础资源量（121b）为9.1839Mt，控制的内蕴经济基础资源量（122b）为23.9653Mt，推断的内蕴经济资源量（333）为50.7681Mt；可采储量为54.5462Mt，其中探明的经济基础资源量（121b）为5.9695Mt，控制的内蕴经济基础资源量（122b）为15.5774Mt，推断的内蕴经济资源量（333）为32.9993Mt。
灌浆系统建设的必要性
矿井火灾分为内因火灾和外因火灾。
由于井下放炮、电流短路、摩擦及其他明火引起的火灾属外因火灾；由于煤炭氧化自燃而产生的火灾属内因火灾。
机械化开采工作面因工作面长度较长、工作面两端压差大，导致工作面后部采空区形成由下隅角到上隅角的漏风通道，容易在工作面后部形成三个带，即氧化带、自燃带和窒息带，其中自燃带内浮煤具备氧化和蓄热条件容易自燃，因此机械化开采矿井防灭火的重点是内因火灾的防治。
煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。
煤的自燃主要原因是吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，放出更多的湿润热，同时加速煤的自燃。
此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关，如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。
灌浆防灭火方法是将不可燃的黄泥或其它阻燃材料与水混合，制成悬浮剂，再借助自然压差或泥浆泵经管道输送到采空区或火区，覆盖包裹遗留在采空区的浮煤，或渗入煤柱裂隙，达到隔绝空气、降低可然物含量、增加煤的外在水份、吸热降温等作用，从而实现防止煤炭自燃的目的。
矿井目前配备了氮气防灭火系统，在封闭空间内注氮对防灭火有一定的作用，但工作面推进中是一个开放的系统，氮气防灭火对于预防工作面后部采空区浮煤自燃效果较差，因此目前矿井的防灭火手段无法适应实际的回采工艺。
黄泥灌浆防灭火方法是比较成熟的防灭火方法，在我国很早就有应用，可用于预防火灾和灭火。
在走向长壁工作面后部灌浆或洒浆，可以使采空区浮煤处于不燃物的包裹之中，隔绝空气并降低可燃物的含量，同时具有降温的作用，对于延缓走向长壁工作面后部浮煤自燃是一种非常成熟和有效的方法，多年以来被公认为是与走向长壁工作面相配套的最有效的防灭火手段，因此从现场实际情况看黄泥灌浆系统的建设是解决该矿工作面后部浮煤自燃的重要手段。
根据地质报告提供的资料，该矿矿区范围内广泛分布着第四系岩层，岩性主要为砾石、砂、砂土、亚砂土、风积黄土、砾石等，厚度10~50m不等。
经现场实地踏勘，工业场地地表存在丰富的黄土资源，灌浆原料可以就地取材，可大幅降低生产成本。
另外阿克苏市的各大电厂有粉煤灰尾料，也可以做为该矿黄泥灌浆系统的原料之一，因此该矿建设灌浆系统，灌浆材料很容易就地解决。
灌浆防灭火系统在我国有广泛的应用，制浆设备也经过多次更新，制浆工艺由过去的水力取土自然成浆过度到目前的全部由机械设备完成，制浆设备自动化程度得以大大提高，制约灌浆能力的一些核心工艺都有了质的突破。
可以说目前的黄泥灌浆系统已经非常成熟。
各种制浆设备在阿克苏市即可以买到，这些都为八号井装备灌浆系统创造了条件。
该矿灌浆材料主要为黄土，灌浆系统前期在风井场地取土，后期由汽车从周围区域拉运，取土后会在地表形成取土坑，设计采取的措施是将生产、建井过程中的矸石填入取土坑内，并再在上部覆土，恢复原有地貌。
采取以上措施后黄泥灌浆系统不会对矿区环境造成大的破坏。
另外黄泥灌浆系统的原料可以采用粉煤灰，从区域上来说减少了固体废弃物的排放，黄泥灌浆中采用井下排水做为水源，减少了矿井污水的处理量，对矿区环保也是有利的。
综上所述，该矿建立灌浆防灭火系统在技术上是合理的、可行的，从煤炭产业政策方面来说也是必须的，该项目的建设将为回采工作面安全推进提供有力保障，并能促进阿克苏煤炭有限公司创造良好的经济效益和社会效益，同时更能符合国家产业政策及环保要求。
2灌浆系统设计
2.1灌浆系统及方法的选择
（1）灌浆系统
本矿设计根据土源、水源、煤层赋存条件、开拓方式与开采方法确定采用地面集中灌浆系统，即在地面风井附近设一集中灌浆站，其灌浆工艺流程为：
取土、加压供水、拌制泥浆、灌浆及井下脱、排水六个过程。
取土：
前期在风井场地取土，后期由汽车从周围区域拉运浆站。
制泥浆：
机械取土，通过机械搅拌制浆。
灌浆：
由制浆站通过管道向采空区进行灌浆。
井下脱水：
工作面运输顺槽设篦子进行脱水。
排水：
管灌浆方法。
即在工作面放顶前沿回风道在采空区预先铺好灌浆管，预埋管的一端通采空区，并深入采空区5～8m，一端接灌浆软管，胶管随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵通过小水泵从临近工作面巷道排到运输大巷，然后通过水沟自流至井下水仓排到地面。
（2）灌浆方法
①埋管注浆
采用随采随灌拖引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，距离大小按实际工作面推进度和井下具体情况而定。
②综采工作面插管注浆
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，插入深度应不小于哦0.5m。
③洒浆
为保证灌浆达到较高的效果，即采空区下段灌到足够的泥浆，可以根据情况进行洒浆，即在灌浆管道上接出一段胶管，沿工作面倾斜方向分段（一般为10～20m一段）向采空区均匀地洒浆。
2.2灌浆参数计算及选择
1.注浆站工作制度
灌浆站工作日灌浆班数按2班安排，每班纯灌浆时间为10小时。
2.灌浆所需的土量
按采空区所需的土量计算
Q±2=KGρ=0.15×1215200÷300÷1.29=471m3/d
Q±2——日灌浆所需土量；
K——灌浆系数，取0.15；
G——矿井日生产量，t/d；
P——煤的密度，t/m3；
3.每日制备泥浆用水量
Q水1=Q±2δ=471×3=1413.02m3/d
Q水1——泥浆用水量m3/d；
Q±2——日灌制备浆所需土量m3/d；
δ——水土比，取3:
1；
4.每日灌浆用水量
Q水2=K水Q±2δ=1.2×1413.02=1695.62m3/d
Q水2——灌浆用水量m3/d；
Q±2——日灌浆所需土量m3/d；
δ——水土比，取3:
1；
K水——用水冲洗管路防止管路堵塞的水量备用系数，取1.2；
5.每日灌浆量
Q浆1=Q水1+Q±2M=1413.02+471×0.88=1657.93m3/d
Q浆1——日灌浆量m3/d；
Q水1——制备泥浆用水量m3/d；
Q±2——日灌浆所需土量m3/d；
M——泥浆制成率，取0.88；
6.小时注浆量
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