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MDZ 60型地面固定式灌浆注胶防灭火系统标准设计要点.docx

1、MDZ 60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

2、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

3、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

4、 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

5、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(T90%),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,

6、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;

7、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

8、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

9、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

10、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。

11、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3 MDZ-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40m 5 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

12、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MCJ125 m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

13、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

14、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

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