MDZ 60型地面固定式灌浆注胶防灭火系统标准设计要点.docx

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MDZ60型地面固定式灌浆注胶防灭火系统标准设计要点

MDZ-60地面固定式

灌浆注胶防灭火系统

设

计

方

案

西安森兰科贸有限责任公司

西安科技大学矿山应用技术研究所

2006年5月

地面固定式灌浆注胶防灭火系统设计方案

黄泥灌浆是煤矿最主要的防灭火手段之一，其原理是泥浆中的水份吸收大量热，起到灭火降温的作用，黄土覆盖浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。

灌浆防灭火时，泥浆浓度对注浆防灭火的效果影响很大，泥浆浓度越大效果越好。

现有灌浆防灭火系统的水土比通常在5:

1左右，浆液流失量大，灌浆效率低，而且，灌注黄泥浆时还存在严重的“拉沟”现象，在较大空间内不能有效地堆积，下部煤层开采时还容易发生“溃浆”事故。

在发现煤层自燃高温点时，采用常规的注水、灌浆和喷阻化剂时，由于重力作用，浆液流往低处，不能在高处积存、渗流范围很小，难以扑灭高处大面积火源；浆液往低处流，冲出水沟，不能有效降低块煤内部温度，停止注浆后，风流渗透流畅，复燃很快，且用水或灌浆控制火势时，将迅速产生大量水蒸汽，反而会促进煤层自燃火势发展，恶化工作环境，并有产生水煤汽爆炸的危险。

采用注氮、注惰性泡沫灭火时，需封闭性严，且气体热容小，能带走高温区的热量有限，灭火周期很长，火区复燃概率高。

胶体防灭火技术集堵漏、降温于一体，防灭火效果佳，已成为煤层自燃火灾治理的主要技术手段之一。

1胶体防灭火材料简介

1.1胶体防灭火材料的分类及组成

目前煤矿使用的防灭火胶体主要有以下四种：

1）“凝胶”是以硅胶为主体，由基料（水玻璃）、促凝剂（碳酸氢钠）、增强剂（黄土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。

2）“稠化胶体”由稠化悬浮剂（JXF1930）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。

3）“复合胶体”由胶凝剂（FCJ12）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。

4）“高分子胶体”由灭火剂（MCJ12）和水按比例混合而成。

胶体中各种材料所起的作用主要如下：

1）水作为溶剂，所起的主要作用是将各种成胶材料通过管路输送到指定地点，并起到吸热降温作用。

2）粉煤灰或黄土作为主要充填物，起到充填浮煤孔隙，包裹煤体，隔绝煤氧接2

触，阻隔火势的发展和蔓延，并有利于再生顶板的形成。

3）胶体外加剂的主要作用是对水、粉煤灰或黄土浆液进行改性，提高其利用率，并改善其防灭火效能，避免“溃水、溃浆”等次生事故的发生。

1.2胶体防灭火材料的性能

胶体材料具有如下防灭火性能：

1）固水降温性：

胶体中90%以上是水，易于流动的水被固结起来，充分发挥水的降温作用；成胶过程是吸热反应，煤温上升使胶体中的水汽化，也吸收大量的热。

2）渗透和堵漏性：

成胶材料是易于流动的液体，渗透到煤层缝隙中后形成胶体，堵住漏风通道。

3）阻化性：

促凝剂和基料本身都是阻化剂，两者反应生成的材料也是阻化剂，胶体具有通用阻化剂的性能。

4）热稳定性：

在1000多度的高温下胶体不熔化、不破裂，仍能保持完好，只是慢失水干裂。

5）充填性能：

增强剂（黄土、粉煤灰等）用量增加，胶体耐压性增强，高浓度胶体泥浆可充填高冒空顶区。

6）灭火安全性：

由于胶体有束水作用，在用于扑灭煤火时，不会急剧产生大量的水煤汽而恶化工作环境或发生爆炸。

7）有效期：

正常情况下（T<28℃，湿度>90%），胶体可长期保存在煤层中（现场实测十三个月仍完好），防止煤层自然发火或火区复燃。

8）成胶时间可控性：

最短成胶时间25s，慢的可控制在2h以上，便于针对不同发火情况和现场使用工艺对其进行适当调节。

为了更好地发挥水、灌浆材料和胶体材料的防灭火性能，针对不同的现场环境、使用条件、应用工艺和原料成本，森兰科贸有限责任公司与西安科技大学联合开发了（稠化胶体）悬浮剂、（复合胶体）胶凝剂、（高分子胶体）灭火剂等一系列新型的胶体防灭火材料。

1.3胶体防灭火技术的特色

1）灭火速度快：

由于胶体独特的灭火性能,其灭火速度很快,通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭,工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。

2）安全性好：

胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道,故有害气体消失快；3

在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽,不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。

3）火区启封时间短：

注胶灭火工程实施完，即可启封火区。

4）火区复燃性低：

高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。

胶体性能

固水；降温；堵漏；阻化；充填；有效期长；成胶时间可控；灭火安全；速度快

产品名称

（稠化胶体）悬浮剂

（复合胶体）胶凝剂

（高分子胶体）

灭火剂

型号

JXF1930

FCJ12

MCJ12

胶体

外观

实现水的液固转化；主要增加浆液的粘稠度、实现浆液的液固转化；●●●用途保水性和渗透性；

使稀泥浆达到稠泥浆指定地点停留，充分发挥堵塞煤层缝隙，包裹及●●●胶体的降温和堵漏风作用；高温煤体，隔绝氧气，的防灭火效果；性能

降低煤温，扑灭火源。

特点解决浆液管路输送过有粘弹性，可对移架造成●●程中的沉淀堵管问题。

的新裂隙进行二次封堵。

>0.1%

用量>0.06%>0.8%

在注浆点附近，通过矿用移使用均匀撒入浆液中；在灭火地点附近，通过●动式防灭火注浆装置将其加方法矿用移动式防灭火注浆通过专用设备加入。

●入灌浆管路。

装置，将其与水混合后注入火区。

火灾快速控制和熄灭；仰采工作面采空区；俯采工作面采空区；

适用沿空巷道邻近采空区；小范围区域的防火。

沿空巷道邻近侧采空区；

环境开切眼和停采线灌浆。

巷邦及巷道顶；

开切眼和停采线灌浆灭火。

性能对比

用水灭火胶体灭火

4

技术指标

3；容重：

0.80g/cm；外观：

白色固体；粒度：

<0.2mm年。

；储存：

阴凉干燥处；保质期：

2±包装：

25kg50g

胶体防灭火系统的类型2胶体防灭火系统类型主要分为：

地面固定式；地面移动式；井下移动式三种，这些系统使用所须的条件及其应用时的优缺点如下表。

系统名称

地面固定式注胶防灭火系统

地面移动式注胶防灭火系统

井下移动式注胶防灭火系统

型号

MDZ-60

MYZ-30

ZMJ-15

工艺流程

地面：

系统将水、黄土等用以及需添加的量大的材料，胶体外加剂按比例混合好后，通过灌浆管路输送至井下防灭火地点；井下：

将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过矿用移加入动式防灭火注浆装置，注入浆管内与浆液混合后，防灭火区域。

推土机（装载机、汽车）储土场或输送机

系统将水、黄土等材料，以及需添加的外加剂按比例混合好后，通过管道输送至地面注胶灭火钻孔内或井下防灭火地点；ZHJ-5/1.8G矿用利用移动式防灭火注浆装置，将FCJ12胶凝剂等材料按比例加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。

定量送料机皮带输送机悬浮剂

粉煤灰井下：

系统将水、等材料按比例混合好后，通过管道输送至防灭火用矿用移动式防灭地点，火注浆装置，将胶凝剂按比例加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。

水

优点

控制范围广；运行稳定、流量大；井下材料运输量极小；井下人员工作量极小。

移动灵活，适应性强；灌浆站位置可机动地改变；灌浆倍线小；不需固定设施。

系统投资小；灭火时反应快；系统所需空间小。

缺点

需小量注投资大，管路长，胶的地点，不易操控。

需在地面寻找合适的场地，且水、电和制浆料易于到位。

井下原料运输量较大。

系统主要设备

定量送料机、胶体制备机、滤浆机、渣浆泵、排污泵、矿用移动式防灭监控系统、火注浆装置。

制滤浆机、悬浮剂添加机、渣浆泵、矿用移动式防灭火注浆装置、控制柜等。

矿用移动式防灭泥浆泵、矿用移动式火注浆装置、防灭火注浆装置。

地面固定式灌浆注胶防灭火系统3MDZ-60系统功能3.13的制浆料（土、灰）送入制滤机制功能一：

灌浆。

本系统每小时最多可将40m5

成一定浓度的浆液，经过滤后通过管路进入注浆地点，达到防灭火目的。

功能二：

灌注稠化胶体。

通过加入一定比例的JXF1930稠化悬浮剂，使浆液成为稠化胶体，然后通过渣浆泵输送至灌浆管网，到达用浆地点。

功能三：

灌注复合胶体。

在注浆地点附近，使用“ZHJ-5/1.8G（N）矿用移动式防灭火注浆装置”向输浆管路的浆液内加入FCJ12复合胶体胶凝剂，形成复合胶体泥浆注入火区。

功能四：

压注高分子胶体。

使用“ZHJ-5/1.8G（N）矿用移动式防灭火注浆装置”3以下的流量将水和MCJ125m胶体灭火剂制成高分子胶体并以一定压力注以每小时入火区。

3.2系统构成

MDZ-60地面固定式胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、计量、输浆及管网系统和外加剂添加等部分构成，见图1和图2。

清水泵缓冲池胶体制备机滤浆机渣浆泵灌浆管路地面井下灌浆注胶地点

胶凝剂矿用移动式防灭火注浆装置

图1地面固定式灌浆注胶防灭火系统流程框图

6

定量送料机

胶体制备机皮带输送机滤浆机缓冲池汽车、装载机、推土机土场

清水

清水泵

渣浆泵

矿用移动式防灭火注浆装置

灌浆注胶地点

2地面固定式灌浆注胶防灭火系统工艺流程图图3.3系统布置本系统主要设备、仪表、控制柜等都应以固定形式安装在注浆站内，注浆站应建有一定面积的厂房，主要制、滤浆设备及控制系统等需安装于厂房内。

所使用的防灭火材料也应放置于厂房内，制浆原料等置于厂房外，但应有雨蓬防雨。

从灌浆站至井下的灌浆管路最好通过钻孔进行连接。

）做为150m“矿用移动式防灭火注浆装置”置于井下靠近灌浆点附近（不超出胶凝剂的添加设备，也可做为突发火区和小范围高温点的前期控制和灭火装备。

材料的运输及贮存：

制浆料（黄土、粉煤灰）由采土场（尽可能过筛或使用较，500好的黄土（粉煤灰））用货车运至运至灌浆站土场（可提前贮存一定量，约方）用推土机或铲车将黄土（粉煤灰）装入胶体制备机的主料箱内。

基料（水玻璃）可方不等）运至灌浆站并放入基料池（基料池内严禁有水或进～10使用罐车（每车5，使用时打开阀门即可放出。

悬浮剂购入后放置于灌浆站材料库中，灌浆时取出水）使用，材料库严禁进水并保持阴凉干燥。

胶凝剂在注胶时由井下操作工人从地面运至井下使用地点（每班使用量很少）。

注浆站的布置：

本地面灌浆站须建在供水、供电、交通运输及能满足灌浆倍线3要求的地方。

现以宁煤集团羊场湾煤矿为例，见图。

7

地面固定式灌浆注胶防灭火系统平面布置示意图图3

3）的供水水源，如：

高位水仓、稳定水原供水：

附近有稳定流量（大于50m/h井、河流边、井下返水点等附近。

如果灌浆站位置不能满足这些条件则需在灌浆站附近新建储水仓，由水源处间断或连续小流量向水仓供水，以保证灌浆时所需水量。

渣浆泵时供110KW供电：

根据所选用的设备不同，其供电功率相差较大，选用，建议在现场允许的条件下架设独立变压器为系统单独供电。

电功率为180KW交通运输：

灌浆