矿井防灭火课程设计.docx

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矿井防灭火课程设计

一、矿井防灭火与灌浆系统课程设计概述

1、矿井防灭火与灌浆系统课程设计的目的进行《矿井防灭火与灌浆系统》课程设计，是学生学习该课程理论学习结束后，进行的一项实践性教学环节，是课程体系的重要组成部分。

其目的是通过课程设计加深对《矿井火灾防治理论与技术》和其他课程所学专业理论知识的理解。

综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计的能力，为毕业设计奠定基础。

2、进行矿井灌浆灭火系统设计的目的和作用

2.1进行矿井灌浆灭火系统设计的目的：

《煤矿安全规程》第二百三十二条规定：

开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施，编制相应的防灭火设计，防止自然发火。

在矿井设计、延伸、新水平、新采区设计时，应同时设计相应的预防性灌浆系统。

2.2进行矿井灌浆灭火系统设计的作用预防性灌浆：

将水与浆材作适当配合制成浆液，借助输浆设备送到可能发生自燃发火的地点，防止煤炭的自燃。

泥浆起到三个作用：

⑴包裹煤体，隔绝煤与空气的接触，防止氧化；

⑵加强采空区的致密性，防止漏风；

⑶冷却已发热的煤体与围岩，降低温度。

二、课程设计的任务根据课程设计大纲的要求，对龙口矿业集团公司梁家煤矿矿井进行预防性灌浆防火设计，具体内容包括：

1、说明防火灌浆设计依据及基础资料

2、确定灌浆系统与灌浆参数

3、防火灌浆设计计算

4、灌浆管道系统设计

5、灌浆泵设计

6、水枪设计

7、灌浆站及主要设施设计

三、设计课题名称

龙口矿业集团公司梁家煤矿——矿井预防性灌浆防火设计

梁家煤矿矿井预防性灌浆防火

课程设计

1防火灌浆设计依据及基础资料

1.1煤层赋存条件

1.1.1煤系地层及煤层数

龙口矿业集团公司梁家煤矿设计生产能力180万t/a,位于山东省

龙口市黄县煤田西北隅，井田范围由国土资源部以国地资矿通字20001130号文批复,由1-41号矿界坐标点顺序圈定,西至龙口渤海,北以1-10号矿界坐标点与梁家煤矿相邻,东北以10-17号矿界坐标点与桑园煤矿分界，至20号勘探线，南以F13F14,F40,F43、F59,断层及煤2-800m等高线为界。

井田面积：

东西长约9-9.5km,南北宽约3-6.1km,面积约48km。

烟（台）潍（坊）公路横贯井田中部，西南至潍坊167km,东至烟台

114.5km,分别与胶济铁路、蓝烟铁路相接，可通达全国各地。

井田西端龙口港可通烟台、天津、大连等城市,水陆交通十分便利。

井田内为山前冲积平原，地形平坦，地面标高0〜+27m，由西北向

东南逐渐增高,地形的自然坡度一般为千分之三左右。

梁家煤矿下第三系煤系地层总厚度为1095m,含煤地层平均总厚

精选文档

216m,含煤6层，即煤上2、煤上I、煤1、煤2、煤3,及煤4。

纯煤平

均总厚13.44m含煤系数6.22%。

可采纯煤总厚10.64m

1.1.2可采煤层及其厚度

煤上2、煤上1、煤3不可采，煤2、煤4，局部不可采。

含油页岩4层，即油1、油2、油3、油4。

可采油页岩平均总厚4.30m。

油1、油3不可采，油4为煤4底板，层位稳定，厚度不稳定，局部达可采厚度。

油2为主要可采层，其质量、结构又可分为油2上2、油2上1、油2中及油2下四层，油2上2，17勘探线以东变薄至沉缺17勘探线以西可采。

油2上1局部可采，油2中、油2下不可采。

本井田水文地质类型为简单型，区内地形平坦。

第四系富水性强的砂砾层与含煤地层的水力联系微弱，主要由于煤系地层中的泥岩类地层隔水性较好。

含煤地层中主要有八层含水层，分别为钙质泥岩、泥灰岩、泥岩与泥灰岩互层、煤1油2、煤2及其底板砂岩、煤3煤4间煤4、煤4下部砂砾岩。

其中泥灰岩、煤1油2、煤2机器底板砂岩为本区对生产有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距煤1平均43.26米，为煤1的直接充水层。

煤2上距泥灰岩约60米，在大中型断层的下盘开采煤2层，也将受泥灰岩水的威胁。

煤1油2距煤2约13米，是煤2的直接充水层。

根据黄县煤田资料，泥灰岩最大涌水量为150m3/h，煤I油2水的最大涌水量为300m3/h,煤2底板砂岩水的最大涌出量为51m3/h,这三层主要的含水层对主采煤层的回采造成直接的影响。

本井田西临渤海,海中也有第四系的含水层和隔水层，第四系顶部为厚3.50-4.40m的淤泥，其下以粘土、砂质粘土为主，其次为粉砂岩，隔水性良好，因此海水不与煤系地层直接接触，不发生直接水力联系，海水与采煤关系不大。

1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性及发火期

1.2.1煤的碳化程度

煤的变质程度是指煤的变质程度越低越易自燃。

自燃能力：

褐煤〉

烟煤〉无烟煤

⑴挥发份：

将煤加热到850C时，煤中挥发出的气体所占煤本身重

量的比例。

变质程度越低挥发份越高，一般：

褐煤〉40%;烟煤=10-40;无烟煤V10%。

从煤的几种物理化学性质来看：

变异系数（％）为5.6％，，挥发份

为28.34,二氧化碳相对涌出量为2.029卅/1，绝对涌出量为9.326*/min,极易发火，煤尘具有爆炸性，加之成煤地质年代为第三、四系，因此，煤的碳化程度较低。

1.2.2煤岩成分

梁家煤矿下第三系煤系地层总厚度为1095m,含煤地层平均总厚

216m,含煤6层，即煤上2、煤上I、煤1、煤2、煤3,及煤4。

纯煤平均总厚13.44*含煤系数6.22%。

可采纯煤总厚10.64*。

煤上2、煤上1、煤3不可采,煤2、煤4,局部不可采。

含油页岩4层,即油1、油2、油3、油4。

可采油页岩平均总厚4.30mo含煤地层中主要有八层含水层，分别为钙质泥岩、泥灰岩、泥岩与泥灰岩互层、煤1油2、煤2及其底板砂岩、煤3煤4间煤4、煤4下部砂砾岩。

其中泥灰岩、煤1油2、煤2机器底板砂岩为本区对生产有直接影响的三层主要含水层，泥灰岩距煤

1平均43.26米，为煤1的直接充水层。

煤2上距泥灰岩约60米，在大中型断层的下盘开采煤2层，也将受泥灰岩水的威胁。

煤1油2距煤2约13米，是煤2的直接充水层。

详见（图1－1）煤系地层综合柱状图。

附：

煤系地层综合柱状图1-1

123自然倾向性及发火期

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。

1.3浆材的质量、数量

1.3.1浆材的配制及质量

1）加入少量水能够成浆；

2）泥浆的渗透性要好；

3）不含可燃物或助燃物；

4）泥浆要易于脱水

注浆必须脱水：

泥浆要易于脱水，，一般要求含砂量25-30%。

泥浆注入井下，如果不易脱水，将会大量存积于采空区工作面下顺槽，并在矿山压力的作用下储备很高的能量。

当在泥浆区下部进行回采或掘进工作时，易造成溃浆事故。

也不能脱水性太强，太易于脱水，泥浆在采空区形成堆积，起不到包裹煤体的作用。

5）泥土粒度要求；

不大于2mm,细小粉粒（粒度小于1mm）要占75%以上。

6）主要物理指标：

A

A灌浆主要物理指标：

比重：

2.4-2.8；塑性指数：

9-14；胶体混合

物：

25-30%；含沙量：

25-30%；

a、比重：

如果比重太大,容易沉淀,流动困难,易造成堵管事故,且在采空区灌浆口附近堆积,难以覆盖整个采空区。

b、塑性指数：

土壤的塑性是指其在外力作用下改变形状，但不产生裂隙和断裂，而且当外力停止作用后仍然保持所形成的形态的特性。

在一定重量湿度（％）的情况下，土壤固态变成可塑状态，这一湿度称为塑性下限，土壤从可塑状态变成流体状态的重量湿度（％），称为塑性上限。

塑性指数（Ip）系指塑性上限的重量湿度与下限重量湿度之差。

一

般：

粘土：

Ip>17;亚粘土：

10vIp<17;轻压粘土：

3vIp<10。

c、胶体混合物

胶体混合物体现了土壤结胶的能力。

d、含沙量

对于含沙量的要求主要是要求土壤易于脱水。

比重：

2.4—2.8;

塑性指数：

9—14;胶体混合物：

25—30%;含沙量：

25—30%。

7）泥土要便于开采、运输与制备。

因土源距煤矿风井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。

且龙口矿业集团采用的土水比为1：

3-5，灌浆系数0.03-0.05，因此，用黄土作为该矿的灌浆材料。

1.3.2浆材的数量

灌浆量的确定，各矿务局都有自己的一套计算方法，都有自己的经验，总的说来主要是根据灌浆区的容积、采煤方法及地质条件等因素来确定。

具体数量再后面章节进行详细计算。

1.4矿井开拓方式和米区布置图

1.4.1开拓方式

矿井开拓方式为中央立井分水平开拓。

矿井有三个井筒，主井、风井位于井田的浅部（-313m）副井位于井田的中部。

相见图1-2（矿井剖

面图）

⑴灌浆管路设计依据

由于地面风井距井底垂高只有253.7m所以灌将管路采用“L”形布置，能使能量集中，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。

因此灌浆路线为：

地面灌浆站-风井--250总回风巷-

西回风上山-煤4总回风巷-煤4一采皮带上山-4110上顺-工作面。

（见图1-1）

⑵计算输送倍线

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灌浆

点的垂高之比。

N=—（1-1）

H

式中：

N——输送倍线；

L管线长度，m；

H垂高，m。

风井底到4110工作面进风巷入口距离1850m,工作面走向长886m,风井长为253.7m,再加上10%的管长，得3288.7m。

工作面至地面的垂高为423.7m

N=—=3288.7/423.7=7.7

H

⑶计算是否需要泥浆泵加压灌浆

由于本矿井灌浆点距地面制浆点较近，有足够的输浆压力，输送倍线介于2-10之间，所以不需用泥浆站加压灌浆。

但在地面制浆点需用泥浆泵作水力取土。

1.4.2开采情况

现梁家煤矿分别在二层煤的四采区和四层煤的一采区生产开拓，共

有独立供风的生产工作面3个，即4110工作面、2408工作面以及1210撤面；备用工作面1个，即2401上顺、2401下顺、煤4轨道巷、煤4皮带巷、4114上顺、4103下顺；独立供风硐室19个和其它独立供风井巷9个。

1.4.3开采技术条件及开采方法

矿井只有一个水平，标高为-450m。

井田采用上下山开采，采煤工作面走向长壁采煤法。

煤2为综采一次采全高；煤4为综采放顶煤开采。

矿井开拓剖面图如图（图1—2）所示。

附：

矿井开拓剖面图1-2

凤井主井副井

1.5灌浆站的工作制度

1.5.1计算日灌浆量、时灌浆量

（1）按日灌浆量计算

按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为:

（1—2）

Qt2=K.G/y

式中：

Qt2――日灌浆所需用土量，m3；

K――灌浆系数，取0.03;

G――矿井日产量，t;

Y煤炭容重，t/m3。

Qt2=0.03X3484/1.34=78m3

（2）矿井日用土量

矿井实际每日所需采土量为：

Qt=a-Qt2（1—3）

式中：

Qt――灌日用土量，m3

a取土系数，考虑土壤含有一定的杂质和开采、运输过程中的损失，a

取1.1;

Qt=1.1X