预防性灌浆设计

1、一、预防性灌浆设计依据及基础资料一、预防性灌浆设计依据及基础资料1 1、煤层赋存条件、煤层赋存条件 （1 1）了解煤层厚度、倾角、埋藏深度）了解煤层厚度、倾角、埋藏深度 （2 2）了解老窑情况，确定是否采用采前预灌；）了解老窑情况，确定是否采用采前预灌； （3 3）了解地质情况，断层、裂隙等，是否有采空区与地质构造带沟）了解地质情况，断层、裂隙等，是否有采空区与地质构造带沟通，是否与其他水体相连，防止溃浆事故。通，是否与其他水体相连，防止溃浆事故。2 2、煤炭自然发火情况、煤炭自然发火情况 煤的碳化程度、煤岩成分、含硫量、自然发火倾向性及自然发火期；煤的碳化程度、煤岩成分、含硫量、自然发火倾向

2、性及自然发火期；3 3、灌浆材料基本情况、灌浆材料基本情况 各种浆材的质量、数量、开采条件及采土场与井口位置关系图；各种浆材的质量、数量、开采条件及采土场与井口位置关系图； （1 1）根据浆材的质量、）根据浆材的质量、数量数量合理选择灌浆材料；合理选择灌浆材料； （2 2）根据开采条件及采土场与井口位置关系合理选择灌浆方法；）根据开采条件及采土场与井口位置关系合理选择灌浆方法； （3 3）选择合理的）选择合理的土水比土水比。依据：煤矿矿井开采设计手册 和煤矿注浆防灭火技术规范4 4、矿井开拓开采方式和采区布置图、矿井开拓开采方式和采区布置图 （1 1）灌浆管路设计依据；）灌浆管路设计依据； （

3、2 2）计算输送倍线；）计算输送倍线； （3 3）计算是否需要泥浆泵加压灌浆。）计算是否需要泥浆泵加压灌浆。5 5、灌浆站的工作制度、灌浆站的工作制度 （1 1）计算日灌浆量、时灌浆量；）计算日灌浆量、时灌浆量； （2 2）选择灌浆设备。）选择灌浆设备。二、预防性灌浆设计步骤二、预防性灌浆设计步骤1 1、灌浆材料的选择、灌浆材料的选择 水土丰富，采用黄泥灌浆，否则采用其他泥浆代水土丰富，采用黄泥灌浆，否则采用其他泥浆代用材料，要从经济上考虑。用材料，要从经济上考虑。2 2、灌浆参数计算、灌浆参数计算1)1)根据已知的基础资料合理地选择灌浆参数：土水根据已知的基础资料合理地选择灌浆参数：土水比、

4、灌浆系数、取土系数等；比、灌浆系数、取土系数等；2)2)根据已选择参数计算：根据已选择参数计算：（1 1）灌浆用土量）灌浆用土量m m3 3 Q Qt t=K=K. .m m. .L L. .H H. .C C （2 2）日灌浆所需土量）日灌浆所需土量 m m3 3 Q Qt1t1=K=K.G/.G/1 1 或或 Q Qt1t1=K=K. .m m.l.l.H H. .C C 日灌浆所需实际开采土量日灌浆所需实际开采土量 Q Qtsts=a=aQ Qt1t1（3 3）制浆用水量）制浆用水量 灌浆用水量灌浆用水量m m3 3（3 3）灌浆量）灌浆量m m3 311stQQ21sssQQk111(

5、)jtsQQQM1/()hjQQn tj3、浆液的制备方法、浆液的制备方法 根据选择灌浆材料的情况以及选定的灌浆方法，设计地面浆液制备系统、如水根据选择灌浆材料的情况以及选定的灌浆方法，设计地面浆液制备系统、如水力制浆、机械搅拌制浆等力制浆、机械搅拌制浆等4 4、灌浆管道（管壁、壁厚）及泥浆泵选型计算、灌浆管道（管壁、壁厚）及泥浆泵选型计算1 1）灌浆管道计算）灌浆管道计算（1 1）主要灌浆干管直径计算）主要灌浆干管直径计算 根据泥浆流速确定，对泥浆流速的要求是：根据泥浆流速确定，对泥浆流速的要求是： 能够保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不要沉淀在管能够保证泥浆中固体颗粒在输送过程

6、中能够顺利流动而不要沉淀在管 中，以致发生堵管事故。中，以致发生堵管事故。 临界流速临界流速：保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不沉淀或：保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不沉淀或 生堵管的最小平均流速。生堵管的最小平均流速。他与土壤的质量、含砂量、比重、土水比等因他与土壤的质量、含砂量、比重、土水比等因 素有关，可通过查表得出。素有关，可通过查表得出。 根据临界流速计算管径后再反过来验算实际流速，使之略大于临界流速根据临界流速计算管径后再反过来验算实际流速，使之略大于临界流速 以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。管径计算：管径计算： 式

7、中：式中：Q Qj j小时灌浆量小时灌浆量m m3 3/h/h； v v0 0临界流速临界流速m/sm/s；查表选择直径查表选择直径d d校验实际流速校验实际流速 v=4Qv=4Qj j/3600d/3600d2 2 要求要求 v vv v0 0004360030jjQQd土壤名称土壤名称比重比重管外径及管外径及壁厚壁厚土水比土水比泥浆容重泥浆容重t/mt/m3 3临界流速临界流速m m3 3/s/s粘土粘土2.72.789896 61:31:31:51:51:71:71.2831.2831.2821.2821.1341.1341.1211.1211.3291.3291.4901.490114

8、1146 61:31:31:51:51:61:61:71:71:101:101.2831.2831.1821.1821.1551.1551.1341.1341.0961.0961.2301.2301.4531.4531.5501.5501.6361.6361.9341.9341681687 71:31:31:51:51:61:61:71:71:101:101.2831.2831.1821.1821.1551.1551.1341.1341.0961.0961.4121.4121.6741.6741.7791.7791.8771.8772.2192.219泥浆临界流速表泥浆临界流速表轻亚粘土轻亚粘

9、土2.72.789896 61:31:31:51:51:71:71.2831.2831.2821.2821.1341.1341.4291.4291.6941.6941.9001.9001141146 61:31:31:51:51:61:61:71:71:101:101.2831.2831.1821.1821.1551.1551.1341.1341.0961.0961.5701.5701.8601.8601.9781.9782.0862.0862.4672.4671681687 71:31:31:51:51:61:61:71:71:101:101.2831.2831.1821.1821.1551

10、.1551.1341.1341.0961.0961.8011.8012.1302.1302.2702.2702.3942.3942.8302.830泥浆临界流速表泥浆临界流速表（2 2）管材确定）管材确定 地面灌浆管一般采用铸铁管，井下根据灌浆压力确定：当灌浆压力为地面灌浆管一般采用铸铁管，井下根据灌浆压力确定：当灌浆压力为10-1610-16大气压选用水、煤气输送管；当灌浆压力大于大气压选用水、煤气输送管；当灌浆压力大于1616大气压，选用无缝钢管。大气压，选用无缝钢管。（3 3）管壁计算）管壁计算垂直管道：垂直管道：式中：式中：管壁厚度，管壁厚度，mmmm； dd管内径，管内径，mmmm；

11、 R RZ Z许用应力，无缝钢管许用应力，无缝钢管800kg/cm800kg/cm2 2；铸铁管；铸铁管600kg/cm600kg/cm2 2； PP管内压力管内压力kg/cmkg/cm2 2，P=0.11P=0.11j jH H； j j 泥浆容重泥浆容重t/mt/m3 3； HH井深井深,m,m； aa考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管1-2mm1-2mm；铸铁管；铸铁管7-9mm7-9mm； bb考虑垂直管道磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取考虑垂直管道磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm1-4mm。baPRPRdZZ )13 . 14 . 0(5

12、. 0 水平管道：水平管道：nn管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.90.9；2 2）灌浆管路的布置）灌浆管路的布置灌浆管路有灌浆管路有“L”L”和和“Z”Z”布置形式。布置形式。L L形：优点：能量集中，充分利用自然压力，管路有较大的注浆能力；安装形：优点：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。维护管理简单。 缺点：井深时压力过大，易崩管。缺点：井深时压力过大，易崩管。Z Z形：与形：与L L形相反。形相反。anRPdZ 140 3 3）泥浆泵设计）泥浆泵设计下列情况需要泥浆泵下列情况需要泥浆泵a.a.如果管路太长，输浆压力

13、不够；如果管路太长，输浆压力不够；b.b.地面灌浆站距井口太远，泥浆至井口压力不够；地面灌浆站距井口太远，泥浆至井口压力不够；c.c.采用水力取土，自然成浆方式时，水枪所需压力由泥浆泵提供。采用水力取土，自然成浆方式时，水枪所需压力由泥浆泵提供。（1 1）泥浆泵的流量）泥浆泵的流量Q Qj j泥浆泵的流量泥浆泵的流量Q Qj j为前面设计的小时灌浆量，水力取土为前面设计的小时灌浆量，水力取土时为水枪小时用水量。时为水枪小时用水量。（2 2）泥浆泵扬程）泥浆泵扬程H Hj j用公式计算：用公式计算： H Hj j=h=h0 0+h+hf f+h+hj j+h+hs s+h+hb b+h+hc c

14、式中：式中：h h0 0与泥浆提升几何高度相当的水柱高度与泥浆提升几何高度相当的水柱高度m m； h h0 0 = =j j.h.h0 0 h h0 0泥浆提升几和高度泥浆提升几和高度m m； h hj j局部阻力损失，一般为沿程阻力损失的局部阻力损失，一般为沿程阻力损失的10%10%； h hs s泥浆泵吸水高度，一般取泥浆泵吸水高度，一般取4-5m4-5m； h hb b泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取2-3m2-3m； h hc c剩余水头，取剩余水头，取2-5m2-5m； h hf f泥浆管道沿程阻力损失，泥浆管道沿程阻力损失，h hc cH H

15、j jh h0 0h hf fh hj jh hs sh hb b h hf f=L.i=L.ij j LL泥浆管道长度泥浆管道长度m m；i ij j泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用公式计算：泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用公式计算： i ij j =K.i =K.iw wKK泥浆阻力系数，与土水比有关。泥浆阻力系数，与土水比有关。i iw w 清水状态下的水头损失，清水状态下的水头损失， i iw w=v v2 2/2gd/2gd达西系数达西系数, ,见表见表管径管径d mmd mm20020015015012512510010075750.02030.02030.02

16、220.02220.02370.02370.02600.02600.02920.0292 这样计算得到的泥浆泵总杨程，使输送泥浆时的扬程。如是输送水，则简单一些，这样计算得到的泥浆泵总杨程，使输送泥浆时的扬程。如是输送水，则简单一些，只要将公式中参数改为水的参数即可。只要将公式中参数改为水的参数即可。 为简化计算，可将泥浆泵运送泥浆与清水时的关系用公式换算：为简化计算，可将泥浆泵运送泥浆与清水时的关系用公式换算： H Hj j=H=Hw w.A.A式中：式中：H Hw w泥浆泵运水时的扬程泥浆泵运水时的扬程,m,m； AA换算系数，换算系数，见表见表。泥浆阻力系数泥浆阻力系数k表表土水比土水比

17、1 1：3 31 1：5 51 1：6 61 1：7 71 1：1010粘土粘土1.1501.1501.1401.1401.1351.1351.1301.1301.1251.125亚粘土亚粘土1.1551.1551.1451.1451.1401.1401.1351.1351.1251.125轻亚粘土轻亚粘土1.1601.1601.1501.1501.1451.1451.1401.1401.1251.125换算系数换算系数A A泥浆比重泥浆比重t/mt/m3 3泥土比重泥土比重2.52.52.62.62.72.72.82.81.051.051.031.031.031.031.031.031.03

18、1.031.101.101.061.061.061.061.061.061.061.061.151.151.091.091.091.091.091.091.091.091.201.201.111.111.111.111.121.121.121.121.251.251.141.141.151.151.151.151.151.151.301.301.171.171.181.181.181.181.181.184 4）水枪的选择）水枪的选择水枪的流量特性计算水枪的流量特性计算1 1）水枪喷嘴出口射流速度）水枪喷嘴出口射流速度流速系数，取流速系数，取0.940.94；HH水枪工作压头，水枪工作压头，m m。2 2）水枪喷嘴流量）水枪喷嘴流量u u流量系数如射流未经压缩则流量系数如射流未经压缩则u u = =；SS水枪喷嘴出口断面，水枪喷嘴出口断面，S=dS=d2 2/4/4；dd水枪喷嘴直径，水枪喷嘴直径，mmmm；3 3）水枪喷嘴直径）水枪喷嘴直径mmmm4 4）水枪喷嘴压头）水枪喷嘴压头m m5 5）水枪台数计算）水枪台数计算Q Qt2t2小时取土量，小时取土量，m m3 3/h/h；Q Qw