5预防性灌浆设计

第五章预防性灌浆设计第一节预防性灌浆设计要求与设计步骤一、预防性灌浆设计内容说明灌浆设计依据及根底资料确定灌浆系统与灌浆参数灌浆设计计算灌浆管道系统设计灌浆泵设计水枪设计灌浆站及主要设施设计二、预防性灌浆设计步骤防火灌浆设计依据及根底资料煤层赋存条件煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期浆材的质量、数量、开采条件等矿井开拓方式和采区布置图灌浆站工作制度防火灌浆系统与参数确定灌浆系统确定灌浆材料的选择地面制浆工艺流程〔图〕灌浆方法确定埋管灌浆〔图〕工作面洒浆〔图〕灌浆参数确定灌浆量计算灌浆用土量计算灌浆用水量计算灌浆量计算灌浆管道系统设计灌浆管道系统布置输送倍线计算管径计算管壁计算管材确定水枪选择泥浆泵选择灌浆站主要设施泥浆搅拌池及搅拌机〔图〕储土场其次节灌浆材料的选择与泥浆的制备一、灌浆材料的选择灌浆材料的选取应满足以下要求：不含助燃和可燃的材料；2mm1mm75％；(3)2.4～2.8；9～1425～3025％～30%；易脱水又具有肯定的稳定性。具有能与较少的水混合成泥浆的力量；(7)运输时不堵塞管路或泥浆糟。可取。因此，有些矿区承受裂开后的页岩、裂开后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中也取得了很好的防灭火效果。二、泥浆的制备(一)灌浆站灌浆站的形式和适用条件灌浆站是制取浆液的场所，其形式可分为固定式、分区式及移动式三种。设置要结合井型、风井分布、采区的布置等综合考虑。取土方式从采土场取土的方式有以下三种：人工取土。利用风镐或电钻，人工打眼、装药、爆破的取土方式。机械取土。利用抓斗、推土机、挖掘机、铲运机等机械装备的取土方式。水力取土。利用高压水力通过水枪冲刷采土工作面的取土方式。备简洁、投资少、治理便利、且无大型的简单设备、可就地取材、效率高、劳动强度低、使用人工少，并且一次制成泥浆。缺点是：泥浆浓度难以掌握。(二)制浆工艺水力取土制备泥浆工艺这种制浆系统在我国煤矿承受广泛，只是因各矿区的条件不同而有所差异。其流程是：利用高压水枪〔压头50～80m，流量8266/〕直接冲刷地表黄土〔或预先人工松散，〔除掉杂质和大块岩块流入灌浆集中钻孔或喇叭口5-1。也有的矿区，泥浆则经泥浆沟流入集浆池，沉积后放掉清水流入井下灌浆干管。这种制浆方法设备简洁，投资少，劳动强度低，效率高，适用于地表黄效果。1—水池；2—水泵；3—水管；4—水枪；5—采土工作面；6—泥浆沟；7—筛板；8—钻孔水力制浆的主要设备、设施有：〔1〕755型水枪，也有局部矿区使用自制水枪。①水枪的水力特性可按下式计算：水枪喷嘴出口的射流速度2H0ν2H0式中ν——水枪喷嘴出口的射流速度，m/s；Φ——流速系数，Φ=0.92～0.960.94；H——水枪的工作压头，kPa。0水枪的喷嘴流量

(5-1)2H0Q=μ2H0式中Q——水枪喷嘴流量m3/s；μ——流量系数，如射流没有压缩，μ＝Φ；QH9.810A——喷嘴出口截面积，QH9.810

(5-2)d=0.550

(5-3)式中d——喷嘴直径，m。0水枪的喷嘴压头损失2h=0.06M 2

(5-4)式中h——水枪的喷嘴压头损失，kPa。M②水枪台数。水枪的台数可按下式计算，但不少于21QN= 水Q枪

(5-5)式中N——所需水枪台数，台；Q ——水枪采土小时用水量，m3/h；水Q ——水枪的流量，m3/h。枪泥浆沟。泥浆沟是用水枪冲掘地表而成的自然沟，也可用砖石、水泥等砌筑或用溜槽〔铁质、木质〕构筑。为了便于泥浆流淌，泥浆沟必需有肯定的坡度，泥浆沟的最小坡5-1表5-1 泥浆沟的最小坡度土壤性质土壤性质黄土、细砂、淤泥含15％以下的细砂粘土细粒砂及砂土中粒砂泥浆沟的最小坡度0.015～0.200.02～0.030.03～0.040.04～0.07泥浆沟的输浆力量：m=3600VS (5-6)y式中m——泥浆沟的输浆量，m3/h；yV——泥浆流速，m/s，可按表5-2S——输浆沟的横断面，m2。表5-2 泥浆的流速土壤名称沟底泥浆流速〔m/s〕平均流速〔m/s〕细泥松土0.100.15细砂松土0.250.30砂质松土0.400.60大砂粒松土0.650.80粉砂粒黄土0.801.0密质粘土1.01.20集浆池。集浆池是贮存、掌握泥浆浓度或泥浆泵吸送泥浆的设施。可依据矿井的具体条件就地取材，用砖、石砌筑或用水枪冲掘成的土坑作积浆池。用于临时集浆的集浆池体积，可依据水枪冲土力量或泥浆泵的吸泥量确定，按小时冲土力量或泥浆泵的小时吸泥量，选其大者为计算依据。用于贮存泥浆、掌握泥浆浓度的集浆池，存浆时间较长，集浆池的体积相应加大，可依据每班灌浆量计算。5％～101.5m～2.0m。〔4〕灌浆喇叭口图图5-2灌浆喇叭口1—筛板；2—喇叭口；3—下浆口喇叭口是泥浆沟或泥浆沟与钻孔〔或管路〕的接口，是为防止空气进入管口并使泥浆5-2(5)贮土场土源距灌浆站较远时，需在灌浆站设贮土场。依据地形贮土场可设置成栈桥或绞车房10天左右的灌浆用土量计算，用水力或矿车送至泥浆搅拌池。机械制备泥浆工艺泥浆的工艺系统，如图5-3的浓度，灌浆防灭火效果好。泥浆搅拌池的布置如图5-4轮番使用。泥浆池的容积依据矿井最大灌浆量和取土供给力量确定，其底部向出口方向有2％～5％的坡度。黄土在泥浆池浸泡2h～3h后，土质松软即可加水搅拌，浓度由供水管的15mm10mm的筛板过滤后流入输浆管，送到井下灌浆地点。第三节泥浆的输送一、输送压力多承受PN型或PS型泥浆泵。二、输浆倍线差之比，用N表示。图图5-3机械制备泥浆的灌浆站布置图1—矿车；2—轨道；3—储土场及栈桥；4—水枪；5—输水管；6—自流输浆沟；7—泥浆搅拌池；8—自流输浆管；9—风井；10—水泵房；11—绞车房；12—取土场5-41—泥浆搅拌池；2—窄轨铁路；3—供水管；4—搅拌机轨道；5—闸板；6—道岔；7—筛板；8—管子筛；9—电动机；10—胶带轮；11—平板车静压输送时：LN=H加压输送时：

(5-7)LN=Hh

(5-8)式中N——输浆倍线；L——输浆管路的总长度，m；H——泥浆在输送管路内流淌时，其入口与出口处之高差，m；h泥浆泵的压力，m。不利。倍线值过大，管路阻力大，简洁堵管；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。依据阅历一般状况下倍线值为3～8输浆管道巷安设主干管路，采区〔工作面〕安设分支管路至各灌浆区谓集中钻孔就是从地面打一钻孔〔φ108mm〕贯穿到井下某一水平巷道，再与主干管路相连接至各分支。这两种方法可依据矿井条件承受。4-4径，二者有以下对应关系：4Qυ ＝ 浆临 3600d2

〔5-9〕式中Qυ

——小时灌浆量，m3/h；浆——管内泥浆的临界流速，m/s；临d——管道直径〔内经m。4-9试算来确定管道直径。第四节灌浆方法灌浆方法可分为：采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。一、采前灌浆煤层顶板，终孔间距为30m～50m，当工作面的长度超过90m时，应在岩石运输巷和回风巷都布置钻孔，两巷中钻孔的位置要错开，钻孔呈放射状。然后钻孔和灌浆管连接即可灌浆。灌可进展开采。表4-4 泥浆在管道中的临界流速土壤名称密度/t/m3管外径及壁厚/mm 水土比 泥浆浓度/t/m3临界流速/m/s3:1 1.2831.12189×6 5:1 1.1821.3297:1 1.1341.4903:1 1.2831.2305:1 1.1821.453114×6 6:1 1.1551.550粘 土2.77:11.1341.63610:11.0961.9343:11.2831.4125:11.1821.674168×76:11.1551.7797:11.1341.37710:11.0962.2193:11.2831.42989×65:11.1821.6947:11.1341.9003:11.2831.5705:11.1821.860轻亚粘土114×66:11.1551.9782.77:11.1342.08610:11.0962.4673:11.2831.8015:11.1822.130168×76:11.1552.2707:11.1342.39410:11.0962.830二、随采随灌形成再生顶板起到胶结作用。随采随灌可分为埋管灌浆、打钻灌浆和工作面洒浆等方法。埋管灌浆5-5埋管灌浆示意图123—灌浆管路；456—采空区5-6利用灌浆巷道打钻灌浆1—底板巷道；23—钻孔；4—进风巷；随工作面推动，放顶前沿回风巷在采空区内预先埋好灌浆管〔一般埋5-6利用灌浆巷道打钻灌浆1—底板巷道；23—钻孔；4—进风巷；放顶步距用回柱绞车逐步牵引灌浆管，牵引肯定距离灌一次浆，如图5-5所示。5-7由底板巷道打钻灌浆1—底板巷道；2—钻窝；34—回风巷；5—进风巷打钻灌浆在开采煤层已有的巷道或特地开凿的底板灌浆道内10m～20m向采空区打钻灌浆，5-620m～3m开凿一小巷道〔钻窝，然后在钻窝内向采空区打钻灌浆，如图5-7所示。打钻灌浆的钻孔应打到采空区的空顶内,并深入采空区5m左右,打完钻孔后马上下入套20m～30m，当工作面太长,泥浆不能灌到采空区下部时,可打两排孔。第一排钻孔的孔底落于采空区回风道冒落的免压圈之内,其次排落于采空区中20m～30m。工作面洒浆岩块上洒浆。如图5-815m～20m。洒浆通常作为灌浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段采空区也能灌到足够的泥浆。5-8工作面洒浆示意图1—灌浆管；2—三通；34—胶管综采工作面插管灌浆综采工作面插管灌浆就是注浆主管路沿工作面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，见图5-9。插入深度应不小于0.5m。工作面每推动两个循环，注浆一次。义马千秋矿应用回风巷压管灌浆与工作面插管灌浆相结合，收到了较好的效果。兖州兴隆庄矿在支架内安设灌浆管路，每隔5台支架，在其护板下方，特地开设灌浆小窗，与小窗对应的位置，管路上设有三通，由此接短胶管向采空区洒浆，操作便利。三、采后灌浆当煤层的自然发火期较长时，为避开采煤、灌浆工作相互干扰，可在工作面或采区的一翼全部采完后，进展封闭灌浆，即采后灌浆。厚煤层分层开采时，可以在上分层工作面采完后，封闭停采线的上下出口，然后在上出口的密闭

5-9综放面插管灌浆5-10工作面停采线灌浆示意图1—岩石集中运输巷；2—联络巷；3—集中回风巷；4—工作面运输巷；管；8—密闭墙内插管灌浆，充填最简洁自然发火的停采线四周空间，如图5-10所示。浆带高度取采区高度的1/3～1/4。其目的是下部采区免受上水平采空区的自热或自然发火的影响。灌浆钻孔布置在下水平集中回风巷内，由回风巷打钻透入采空区，钻孔间距30m左右，如图5-11所示。此外，在石门煤柱两侧停采线或开切眼，通过密闭布置管路沿倾斜20m～30m第五节灌浆参数确定一、灌浆站工作制度地面灌浆站工作制度应与矿井工作制度相协作，全年工作日数一般为300d。灌浆站每日工作班数应视矿井煤层自然发火的严峻程度确定。灌浆工作是与回采工作严密协作的，假设矿井回采为“两采一准”，则灌浆也应考虑两班灌浆，纯灌浆时间10h，假设矿井自然发火严峻，且所需灌浆工作面较多，宜用三班灌浆，每天纯灌浆时间15h。5-11灌注泥浆带示意图1—上山眼；2—运输石门；34—工作面运输、回风平巷密闭墙；5—沿倾斜泥浆隔离带；6—沿走向泥浆隔离带；7—上水平集中回风岩巷；8—灌浆钻孔；9—下水平集中回风岩巷二、灌浆量日灌浆所需土量Q =KmlHC 〔5-10〕土式中Q

——日灌浆所需土量，m3；土m——煤层采高，m3；l——工作面日推动度，m；H——灌浆区倾斜长度，m；C——采区回采率，%；K——灌浆系数，该系数应依据各矿井的状况而定，我国煤矿的灌浆系数承受5%～15%，局部矿区灌浆系数K4-5日灌浆用水量Q =K 水 水

δ 〔5-11〕土式中QKQ

——灌浆用水量，m3/d；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；水——日灌浆所需土量，m3；土δ——水土比。日灌浆量表4-5 灌浆系数K矿井名称矿井名称K0.300.250.050.010.05～0.10.1～0.20.10～0.150.130.125～0.130.03～0.040.150.10～0.150.05～0.10值注明窑街一矿石嘴山一矿开滦唐山矿开滦赵各庄矿大同矿区辽源矿区枣庄陶庄矿枣庄魏庄矿淮南谢二矿淮南谢三矿重庆中梁山矿芙蓉杉木树矿综合灌注土量〔m3/t〕综合灌注土量〔m3/t〕电厂粉煤灰电厂粉煤灰K=0.05页岩浆1Q =〔Q1浆

+Q 〕M 〔4-12〕水 土式中Q

1浆1Q ——制备泥浆用水量，m3/d；水Q ——日灌浆所需土量，m3；土M4-64-6泥浆的制成率水土比1:12:13:14:15:16:1密度