禹平一矿灌浆系统设计初步方案大学毕设论文.docx
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禹平一矿灌浆系统设计初步方案大学毕设论文
平禹一矿灌浆系统设计
初步方案
编制：
通风科
日期：
二0一一年八月
目录
第一章矿井概况……………………………………………………2
第一节矿井简述概况………………………………………………2
第二节矿井井型、开拓方式和采煤方法概况……………………2
第三节煤层特征……………………………………………………2
第四节灌浆参数……………………………………………………3
第二章灌浆材料与灌浆系统………………………………………3
第一节灌浆材料的选择……………………………………………3
第二节灌浆系统……………………………………………………4
第三节制浆工艺系统及主要设备…………………………………4
第三章灌浆方法与灌浆参数………………………………………5
第一节灌浆方法……………………………………………………5
第二节灌浆站工作制度……………………………………………7
第三节灌浆所需土量………………………………………………7
第四节泥浆水土比的确定…………………………………………7
第五节日灌浆用水量………………………………………………7
第六节日灌浆量……………………………………………………8
第七节小时灌浆量…………………………………………………8
第八节泥浆的密度…………………………………………………9
第四章泥浆输送系统………………………………………………9
第一节输送倍线……………………………………………………9
第二节灌浆管道选型………………………………………………10
第五章灌浆站构筑及设备选择……………………………………11
第一节灌浆站构筑…………………………………………………11
第二节灌浆站其他设施……………………………………………11
第六章劳动组织与技术指标………………………………………12
第一节劳动组织……………………………………………………12
第二节灌浆技术指标………………………………………………13
本矿煤层自然发火期不详，煤层自然倾向性（2009年鉴定）为Ⅱ类属于自燃煤层，针对这种情况本设计制定专门的防灭火注浆系统设计。
第一章矿井概况
第一节矿井简述概况
平禹煤电公司一矿位于河南省禹州市北部，隶属许平煤业。
该矿生产区生产能力核定为100万吨，技改区预计生产能力核定为90万吨。
该矿西依丘陵，东临平原，地势由北西向东南微倾斜，呈带状分布，东西长8km，南北宽0.35~2.40km，面积11.0428km2，开采二1煤层和二3煤层。
第二节矿井井型、开拓方式和采煤方法概况
矿井现有四条竖井（即：
主井、副井、东副井、东风井）和两条斜井（明斜井、北风井），采用区域式（生产区和技改区）通风，生产区为中央边界式（即：
主井、副井、明斜井进风，北风井回风），技改区为中央并列式（即：
东副井进风，东风井回风）；单水平上下山分区式开拓；走向长壁后退式放顶煤开采技术，全部垮落法管理顶板。
采煤工艺为三采（两炮一机）一准。
第三节煤层特征
采掘范围内，二1煤层厚度大部比较稳定，一般厚度为5~8m，最大厚度达14m，结构简单，顶板大部为泥岩、砂质泥岩，局部直接顶板为砂岩，地板为砂质泥岩或细粒砂岩；二3煤层大部厚2.00m。
矿井瓦斯相对涌出量3.74m3/t，绝对瓦斯涌出量4.87m3/min，属低瓦斯矿井。
矿井涌水量为260m3/h。
根据最近一次煤样检验报告（鉴定日期：
2009年8月31日，鉴定单位：
国家安全生产洛阳矿山机械检测检验中心）显示：
水分1.51%Mad，仰制煤尘爆炸最低岩粉量75%，全硫0.38%Stad。
第四节灌浆参数
灌浆工作日根据安全生产防灭火情况而定。
水土比3：
1，临界流速1.121m/s，灌浆系数K=8%，泥浆的制成率为88%，泥浆密度为1.39t/m3。
第二章灌浆材料与灌浆系统
第一节灌浆材料的选择
浆材的选取黄土作为基本灌浆材料。
必须满足下述基本要求：
（1）不含或少含可燃和自燃物质；
（2）不含催化物质；
（3）粒度一般不大于2mm，而且细小颗粒应占大部分。
粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％；
（4）易于加水制成泥浆，易于脱水，同时还具有一定的稳定性；
（5）具有能与较少的水混合成泥浆的能力；
（6）收缩量尽可能小，含砂量也不超过30％。
第二节灌浆系统
1、灌浆站采用固定式，在地面建立永久灌浆站，由于该矿涌水量较大，该灌浆系统局部可作为备用注浆系统使用。
2、取土方式：
①人工取土：
利用人工推车或铲车，将土运至灌浆池。
②机械运输：
在灌浆池安装溜子（存土池和搅拌池各一部），溜子头搭接在灌浆池处，溜子尾在黄土场，利用铲车将黄土装至溜子上，由溜子运输。
3、灌浆站选址：
结合本矿生产情况，设计在技改区井上东北侧空地位置，占地总面积：
430m2，其中泵站值班室面积：
25m2，配电房：
20m2，灌浆房面积：
80m2，土场面积：
300m2，（灌浆站布置规划图）。
第三节制浆工艺系统及主要设备
本矿采用泥浆搅拌池制备泥浆的机械制浆工艺，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，灌浆防火效果好。
1、机械制备泥浆工艺
泥浆搅拌池基础采用混泥土砌筑，分为两池：
一池存土浸泡，一池搅拌，轮流使用，两个搅拌池间隔0.6m。
泥浆池的容积根据矿井的最大灌浆量和取土供给能力确定，能形成泥浆自流。
黄土在泥浆池浸泡2h-3h后，土质松软既可加水搅拌，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，由泥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。
采用行走式搅拌机（搅拌机运转设计图）。
2、灌浆站的供水及设备
灌浆的水源来自于矿井水。
但必须保证灌浆站的日用水量。
灌浆用水的水质要求：
PH=6～9,不含有毒物质和可燃物质。
第三章灌浆方法与灌浆参数
第一节灌浆方法
结合本矿实际回采及地质情况采用，随采局部灌浆、采后封闭灌浆两种。
1、随采局部灌浆
随采局部灌浆即在工作面回采过程中有针对性的对局部采空区进行防灭火灌浆方法。
这种方法适用于开采发火期无法鉴定的自然煤层。
随采局部灌浆的方法有：
埋管灌浆及洒浆等。
（1）埋管灌浆。
在放顶前沿回风巷道在采空区预先铺好灌浆管，放顶后立即进行灌浆。
随着工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐向外牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆。
（2）洒浆。
是从灌浆管接出一段胶管，沿工作面方向向采空区均匀地洒浆。
洒浆量要充足，使采空区新冒落的矸石能被泥浆均匀地包围。
洒浆通常作为管道灌浆的一种补充手段，使整个采空区，特别是采空区下半部分也能灌到足够的泥浆。
（3）工作面插管灌浆。
方法是，注浆主管路沿工作面倾斜铺设在（综采支架或悬移）支架的上，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0.5m。
工作面每推进两个循环，注浆一次。
（见下图）
随采局部灌浆法，能及时将顶板冒落线后的采空区局部灌足泥浆，防火效果比较好。
特别适用于发火期不详的煤层。
但是缺点是：
采面回风巷道需时时监测一氧化碳浓度，发现预兆随时灌浆，灌浆时，如管理不好会使机巷道积水，泥浆进入工作面等，恶化工作面环境，影响生产。
2、采后灌浆
采后灌浆，即在工作面采完封闭后进行灌浆。
采后灌浆充填封闭的采空区，特别是最易自燃发火的停采线，可防止发生自燃火灾。
采后灌浆可以在封闭停采线的上部密闭墙上插管灌浆，也可以由邻近巷道向采空区上、中、下3段分别打钻灌浆。
采后灌浆适用于发火期较长的煤层，灌浆工作在时间上和空间上都不受回采工作的限制。
第二节灌浆站工作制度
地面灌浆站的工作制度应与矿井工作制度相配合，抽调专人培训，随时待命，全年工作日数一般不小于30d，季平均不小于7d以上的设备运转检修时间，日纯灌浆时间为5h，具体灌浆站的工作班数应视矿井煤层自然发火的严重程度确定。
第三节灌浆所需土量
日灌浆所需土量
Q土=KmlHC=8%*2.2*2.0*120*90%=38m3
式中Q土——日灌浆所需土量，m3；
m——煤层采高，2.2m；
l——工作面日推进度，2.0m；
H——灌浆区倾斜长度，120m；
C——采区采出率，90%；
K——灌浆系数，该系数应根据各矿的情况而定，我国煤矿的灌浆系数采用5%-15%。
取8%。
第四节泥浆水土比的确定
我国煤矿灌浆的泥土比一般使用3：
1`～6：
1。
可根据泥浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料的物理性质和季节等因素通过实验确定。
一般情况下，输送距离越长，泥浆水土比要大；对于洒浆或空隙较大的采空区灌浆，泥浆水土比要小些。
泥浆水土比过大，将增加矿井排水量。
第五节日灌浆用水量
Q水=K水Q土δ=1.2*38*3=136.8m3/d
式中Q水——灌浆用水量，m3/d；
K水——用水冲洗管路防止管路堵塞的水量备用系数，一般取1.1-1.25；取1.2。
Q土——日灌浆所需土量，m3；
δ——水土比。
3：
1
第六节日灌浆量
Q浆1=（Q水+Q土）M=（136.8+38）*0.88=153.8m3/d
式中Q浆1——日灌浆量，m3/d；
Q水——制备泥浆用水量，m3/d；
Q土——日灌浆所需土量，m3；
M——泥浆的制成率，可按下表选取。
泥浆的制成率
水土比
1：
1
2：
1
3：
1
4：
1
5：
1
6：
1
密度ρ浆/（t/m3）
1.45
1.30
1.20
1.16
1.13
1.11
泥浆制成率
0.765
0.845
0.880
0.910
0.930
0.940
第七节小时灌浆量
Q浆==153.8/1*5=30.76m3/h
式中Q浆1——日灌浆量，m3/d；
n——每日灌浆班数，d；
t——每日灌浆净时间，h/班。
第八节泥浆的密度
泥浆的密度按下式计算
ρ浆==（1×136.8+2.7×38）/（136.8+38）
=1.39t/m3
式中ρ浆——泥浆的密度，t/m3；
ρ水——水的密度，t/m3，取1t/m3；
ρ土——土的密度，t/m3黄土取2.70t/m3；
Q土——单位时间的用水量；m3/t，
Q水——单位时间的用水量；m3/t。
第四章泥浆输送系统
第一节输送倍线
1、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，采用加压输送。
本矿采用静压输送。
2、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的高差之比，用N表示。
静压输送时：
N==2000/320=6.3
式中N——输浆倍线；
L——输浆管路的总长度，2000m；
H——泥浆在输送管路内流动时，其入口与出口之高差，332m。
备注浆站标高+132，井下大巷标高-200。
倍线的实质是表示泥浆在输送过程中能量损失的关系，与水土比、土质、井下输浆管路的布置等因素有关。
在给定的系统中，将有相应的倍线与一定的水土比相适应，过大或过小都不利。
倍线值过大，管路阻力大，容易堵塞；倍线值过小，泥浆出口压力过大，泥浆分布不均匀，灌浆效果差。
本矿通过计算输浆倍线为6.3，根据经验一般情况下倍线值为3~8，符合要求，宜采用静压注浆。
第二节灌浆管道选型
主要灌浆干管直径要根据管内泥浆的流速来选择，管内的实际流速应大于临界流速，这样才不会因流速过小发生管路堵塞。
根据泥浆的流量来初步计算管径：
d临=1/30
=1/30（30.76/3.14*1.121）1/2
=0.0985
式中d临——按临界流速初步确定的管道直径，m；
V临——管道中临界流速，m/s；
Q浆——小时灌浆量，m3/h。
按上式计算的管径在《管材手册》中选择合适的管道直径，由手册可查管径为108mm，再按所选的管道直径以下式计算实际流速：
V=
=4*30.762/3600*3.14*（0.108/2）2
=3.733>1.121
式中v——管道中的实际流速，m/s；
D——所选择的管道直径，m。
管道中的实际流速大于临界流速，符合要求。
第五章灌浆站构筑及设备选择
第一节灌浆站构筑
灌浆站搅拌池基础：
长15.8米，宽3.4米，深1.8～2.6米的斜坡，详见“灌浆站搅拌池基础立体图”和“灌浆站搅拌池立体图”。
采用混泥土砌筑，分为两池：
一池存土浸泡，一池搅拌，轮流使用，两个搅拌池间隔0.6m。
泥浆池规格为：
池身长15m，宽1m，深1.4m，墙体厚度0.4m，池底坡度3度，能形成泥浆自流。
第二节灌浆站其它设施
闸板：
在灌浆站11.75米处构筑闸板（存土池和搅拌池各一处，详见“灌浆站搅拌池示意图”），闸板规格：
1100mm（宽）×1900mm（高）×5mm（厚），闸板上部焊接长度不小于1000mm螺丝（螺丝可用锚杆代替），利用螺丝进行闸板的开启，详见附图。
注：
灌浆池预制期间在池壁上（闸板处）提前预制工型钢板槽，槽深规格8mm（宽）×8mm（深）×1900mm以上（高），如有条件，现场安装闸板调试。
箅筛：
在灌浆站12.75米处构筑箅筛（存土池和搅拌池各一处，详见“灌浆站搅拌池示意图”），箅筛用φ3mm钢筋焊接成网状，箅筛规格（宽）1000mm×（高）2000mm，箅筛网眼规格（宽）15mm×（高）15mm。
箅筛用膨胀螺丝在灌浆池池壁及池底进行固定。
管头筛箅：
在灌浆三角池池底处（详见“灌浆搅拌池示意图”）安装管头筛箅，筛箅用φ3mm钢筋焊接成网状，箅筛网眼规格（宽）10mm×（高）10mm，箅筛规格：
离灌浆管50～100mm，与灌浆池池壁、池底无超过网眼规格的间隙即可。
注：
预制灌浆池基础时直接预制。
灌浆管出口：
用φ108mm无缝钢管直接预制在灌浆池基础上（详见灌浆搅拌池示意图）。
第六章劳动组织与技术指标
第一节劳动组织
根据灌浆站的制浆方法、灌浆方法、灌浆班数进行定岗定员，确定劳动定员表和组织形式。
灌浆年工作日30天以上，工作制度单班作业。
第二节灌浆技术指标（技术指标见下表）
顺序
名称
单位
指标
备注
1
煤层厚度
m
5
煤层倾角
（°）
25
自然发火期
月
煤的容重
t/m3
1.4
2
工作面长度
m
120
采高
m
2.2
工作面回采率
%
90
日进度
m/d
2
3
矿井工作制度
d
三八制
4
灌浆材料的种类
黄土、水等
灌浆材料的密度
t/m3
2.70
5
浆液
t/m3
1.39
水土比
3：
1
6
日灌浆量
m3/d
153.8
小时灌浆量
m3/h
30.76
7
（1）采土方式
人工取土
机械运输
（2）制浆方法
机械制浆
（3）灌浆站工作制度
“单班”作业
（4）灌浆站主要设备与
设施
搅拌池、电动机、灌浆管等
8
搅拌机
台
2
9
泥浆池
m3
15.4
10
输浆方式
静压输浆
11
输浆倍线
6.3
12
输浆方法
静压输浆
13
干管
108
m
支管
54
m
灌浆站布置规划图
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