矿井火灾防治课程设计.doc

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目录

1.防火灌浆设计依据及基础资料 1

1.1矿井概况 1

1.2煤层赋存条件 1

1.3地质构造 3

1.4煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期 3

1.5浆材的质量、数量、开采条件 4

1.6矿井开拓方式和采区布置图 4

1.7灌浆站工作制度 4

2.防火灌浆系统与参数确定 7

2.1灌浆系统确定 7

2.2灌浆材料的选择 7

2.3地面制浆工艺流程（图） 7

2.4灌浆方式的确定 7

2.5灌浆参数确定 8

2.5.1水土比 8

2.5.2灌浆系数K 9

2.5.3取土系数—a 9

3.灌浆量计算 10

3.1灌浆用土量计算 10

3.2灌浆用水量 10

3.3灌浆量计算 10

3.4泥浆容重 11

4.浆管道系统设计 12

4.1灌浆管道布置 12

4.2输送倍线的计算 12

4.3管径计算 13

4.4管壁计算 14

4.5管材确定 15

5.水枪的选择 16

6.泥浆泵选择 17

7.浆站主要设施 19

7.1泥浆搅拌池及搅拌机 19

7.2储土场 20

设计小结 21

参考文献 22

摘要

矿井火灾是指发生在矿井地面和井下，威胁矿井安全生产，形成灾害的一切非控制燃烧。

矿井火灾是煤矿主要灾害之一，每一场火灾的发生，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度化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。

此次的灌浆防火课程设计，就是针对该煤矿煤炭易自然的状况，采取灌浆的方法，达到防火的目的。

浆液灌入采空区之后，固体物沉淀，充填于浮煤缝隙之间，包裹媒体，杜绝漏风，防止氧化，而浆水所到之处，增加煤的外在水分，抑制自热氧化进程的发展。

同时，对已经自热的煤炭有散热冷却的作用，从而达到防火的目的，本次设计的内容主要包括灌浆系统及参数的确定，灌浆量的计算，浆管道系统设计，灌浆站主要措施，水枪的选择等。

关键词：

矿井火灾灌浆防火灌浆系统及参数

矿井防灭火课程设计

1.防火灌浆设计依据及基础资料

1.1矿井概况

下石节煤矿位于陕西省铜川市耀县北部，距铜川市区约54km，行政区划属于铜川市耀县瑶曲乡。

井田的中心地理坐标为东经108°51′，北纬35°13′。

下石节煤矿交通方便，咸铜铁路梅七支线（梅家坪至前河段）经过附近的瑶曲镇，矿井有运煤专用铁路接轨于瑶曲车站，全长2.5km。

另外，有公路至金锁关与西（安）包（头）线相接。

矿井1980年以60万吨/年的能力简易投产,现采用综放回采工艺回采,生产能力已达160万吨/年。

井田范围东至荒草湾—上石节一线，西到断头川北侧的4-2号煤层零点边界线，南与陈家山煤矿相毗邻（人为边界），北与崔家沟煤矿七木桥背斜相望。

井田走向长约3.5km，倾向宽约3.5km，总面积为13.2km2。

1.2煤层赋存条件

井田内煤层属于易自燃，自然发火期最短1个月，煤系地层属中侏罗纪直罗群及下侏罗纪延安群，共含煤五层：

1、2、3、4-1、4-2，焦坪矿区煤层特征如表2.4.1。

3煤和4-1煤局部可采，厚0～3m，埋藏极为不稳定，主要可采煤层为4-2号煤，平均厚度10～12m，最厚达34m。

煤层倾角浅部为18～20°，深部为5～10°。

煤系地层呈单斜构造，倾斜北西。

井田系长庆油田边缘浸染区，煤层顶板岩系中有3～4个含油层，底板岩中有两个含油层，油气的溢出对矿井瓦斯含量有极大的影响。

煤系地层岩性自下而上描述（含4-2号煤层）：

泥岩：

紫杂色、灰绿色（俗称花斑泥岩），含团块状，易碎，常有鲕状结核，遇水膨胀，一般厚8～10m，最厚达40m，厚度变化大。

根土岩：

粉砂质、灰～深褐色，含植物根部化石，较坚硬，一般厚2～6m。

炭质泥岩：

0～5m，为煤层直接底板。

4-2号煤：

中部有1～2层夹矸，局部地区加厚至2～5m，使煤层分为4-1煤。

灰黑色粉砂岩、砂质泥岩：

含植物化石及黄铁矿结核，水平层理，厚2～3m。

中粗砂岩：

厚度为0～30m，局部为砂岩，含植物化石、黄铁矿结核及煤屑。

细粉砂岩互层：

灰～灰黑色，厚度0～73m，缓波状、微波状层理，含黄铁矿结核及植物化石，中下部局部含油。

下石节矿煤系地层情况见煤系地层综合柱状图如图1-1所示：

图1-1下石节煤矿煤系地层综合柱状图

4

1.3地质构造

下石节井田位处黄陇侏罗系煤田焦坪矿区西部，鄂尔多斯台向斜的南缘。

井田总体构造为：

浅部为一向北西倾斜的波状单斜构造，深部水平以新民村向斜为主体，呈一向斜构造。

断裂构造不太发育。

总之井田构造较为简单。

褶皱构造主要有：

七木桥背斜：

位于本井田和杏树萍井田交界处，轴向N60°W，向NW倾没，轴部出露T3和J1地层，两翼为侏罗系地层，延展约2.5Km。

桦树渠背斜：

分布在井田一水平同陈家山井田交界处，为向NW倾没的鼻状背斜构造，井田内延展约1300m，轴部缺失。

延安组和直罗组下部地层，两翼倾角15°～20°，局部可达25°以上。

新民村向斜：

分布在井田二水平深部的1004—8940—8946钻孔一线，为深部水平主要的褶皱构造，轴向NE36°左右，两端呈弧型向东弯曲。

延展约3000m以上，西延进入陈家山井田，两翼倾角平缓，一般在5°以下，幅度约40m。

向斜轴部延安组，富县组沉积厚度较大，如8935号孔，延安组厚度162.43m，其中4-2号煤层以下沉积厚度为25.44m，并沉积了4－2下煤层。

8940号延安组厚度172.06m，其中4-2号煤层以下沉积度厚度21.98m，富县组厚度28.02m。

向斜两翼沉积厚度相对较薄，如8941号孔，延安组厚度114.8m，富县组厚3.9m。

8942号孔延安组厚度126.67m，富县组厚7m。

次要褶皱构造有：

王台背斜：

分布在井田二水平的8945－8949－8955号孔一线，其轴向为NE30°，向SW倾没，延展约1000m，两翼倾角在10°左右，幅度40～50m。

轴部沉积厚度小，向两翼厚度增大，如8955号钻孔，延安组厚仅58.57m，且缺失富县组沉积。

又如8949号孔，延安组厚度65.32m，富县组厚1.03m。

草滩向斜：

分布在二水平的8944孔－8950－8954孔一线，轴向NE65°，向东渐转NE20°，延展约1600m，幅度约20m。

上述褶皱构造的发生和发展，具有明显的继承性，对井田煤系、煤层的沉积起了控制作用。

一般向斜宽缓，含煤地层沉积厚度大。

背斜陡窄、含煤地层沉积厚度小，煤层厚度小，结构相对简单。

区内断裂构造不发育，未发现较大的断层。

据下石节煤矿和陈家山煤矿一水平开采揭露资料，一般只见到数量较少的落差仅0.3～3m断层，极个别断层落差在5～10m。

这些断层虽然落差小，对生产特别是回采工作仍会带来一定的影响。

小断层多为高角度正断层，常见为NE和NW向两组，且多成组出现，并具有一定的组合规律，常呈雁行式排列，有时成扫帚状分叉成数条0.5～2m的小断层（如陈家山煤矿一、二采区）。

预计深部水平断裂构造也将以小型断裂为主。

1.4煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期

设计工作面,综采放顶煤开采工作面，工作面走向长度886m，倾斜长度148.5m，工作面开采参数如图1-1所示，通风系统平面图图如图1-3所示，顶、底板状况为：

1）直接顶为煤4的41-42段煤层，厚度2.19m，煤夹泥岩。

2）直接底为煤4的47-48段煤层，厚度3.3m，泥岩夹煤，泥岩易风化，遇水膨胀。

煤质以暗煤为主，丝碳化物物质含量高，加亮煤条带。

工作面煤尘具有爆炸性，属低瓦斯矿井。

工作面煤层易自燃，地温较高，一般在29-31℃左右。

各煤层均有煤尘爆炸危险性。

由于该区煤的燃点低，油页岩用火柴即可直接点燃。

煤层节理发育，褐煤及油页岩易自燃发火。

矿井各煤层自燃倾向性为一类容易自然发火煤层。

煤2最短自然发火期为22天，一般为1-3月。

目前使用的防灭火注浆材料主要是黄土和凝胶，黄土浆主要用于采空区。

预防性注浆，凝胶用于封闭密闭间、小联络巷及处理高温点时使用。

1.5浆材的质量、数量、开采条件

下石节煤矿采用的土水比为土源距煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚粘土，塑性指数12，取土方便，矿井轻轨矿车可直接到达取土地点。

1：

3-5，灌浆系数0.1-0.2。

1.6矿井开拓方式和采区布置图

矿井采用平硐-斜井-暗斜井开拓，单采区分阶段布置。

采煤方法为走向长壁综采放顶煤垮落法回采工艺，顶板管理采用全部垮落法。

目前，采深350米，矿井采用一井一面的配置。

见图1-2所示：

1.7灌浆站工作制度

采用两班灌浆一班检修工作制度，每班灌浆8小时，各班都必须完整的做完本班工作，完成好交接班制度。

1、灌浆量：

日灌浆量1839.6m3

时灌浆量122.64m3

2、主要设备

集泥池、泥浆搅拌池、泥浆搅拌机、储土场、输送管道等。

图1-2下石节煤矿采掘通风系统图

图1-3通风系统平面图

2.防火灌浆系统与参数确定

2.1灌浆系统确定

由于黄土采制方便，价格低廉而且水源充足，参照以上条件所以选择黄泥灌浆随采随灌系统。

2.2灌浆材料的选择

土源距离煤矿风井5km，土质优良，容重1.3t/m3，属于亚黏土，塑性指数12，取土方便，矿井轻轨车可直接到达取土地点。

这里利用此土作为灌浆材料，由于土源较远，采用机械取土制浆，建立集中灌浆站、泥浆搅拌池制备泥浆。

为了提高泥浆质量，加大泥浆浓度，在制浆前将黄土充分浸泡使之粉化后再进行搅拌。

2.3地面制浆工艺流程（图）

当矿井灌浆量大，土源较远或者限于地形条件，灌浆点分散等，则可采用人工或机械取土，建立集中灌浆站、泥浆搅拌池制备泥浆。

如图2-1所示。

图2-1人工或机械取土机械制备泥浆站

1、取土矿车；2、轻便轨道；3、储土场及栈桥；4、水枪；5、输水管；6、自流泥浆沟；7、泥浆搅拌池及房屋；8、输浆管；9