第五章預防性灌漿設(shè)計第一節(jié)預防性灌漿設(shè)計要求與設(shè)計步驟一、預防性灌漿設(shè)計內(nèi)容說明灌漿設(shè)計依據(jù)及根底資料確定灌漿系統(tǒng)與灌漿參數(shù)灌漿設(shè)計計算灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計灌漿泵設(shè)計水槍設(shè)計灌漿站及主要設(shè)施設(shè)計二、預防性灌漿設(shè)計步驟防火灌漿設(shè)計依據(jù)及根底資料煤層賦存條件煤的碳化程度、煤巖成分、自燃傾向性、發(fā)火期漿材的質(zhì)量、數(shù)量、開采條件等礦井開拓方式和采區(qū)布置圖灌漿站工作制度防火灌漿系統(tǒng)與參數(shù)確定灌漿系統(tǒng)確定灌漿材料的選擇地面制漿工藝流程〔圖〕灌漿方法確定埋管灌漿〔圖〕工作面灑漿〔圖〕灌漿參數(shù)確定灌漿量計算灌漿用土量計算灌漿用水量計算灌漿量計算灌漿管道系統(tǒng)設(shè)計灌漿管道系統(tǒng)布置輸送倍線計算管徑計算管壁計算管材確定水槍選擇泥漿泵選擇灌漿站主要設(shè)施泥漿攪拌池及攪拌機〔圖〕儲土場其次節(jié)灌漿材料的選擇與泥漿的制備一、灌漿材料的選擇灌漿材料的選取應滿足以下要求：不含助燃和可燃的材料；2mm1mm75％；(3)2.4～2.8；9～1425～3025％～30%；易脫水又具有肯定的穩(wěn)定性。具有能與較少的水混合成泥漿的力量；(7)運輸時不堵塞管路或泥漿糟。可取。因此，有些礦區(qū)承受裂開后的頁巖、裂開后的矸石、熱電廠的爐灰等作為代用材料，在實踐中也取得了很好的防滅火效果。二、泥漿的制備(一)灌漿站灌漿站的形式和適用條件灌漿站是制取漿液的場所，其形式可分為固定式、分區(qū)式及移動式三種。設(shè)置要結(jié)合井型、風井分布、采區(qū)的布置等綜合考慮。取土方式從采土場取土的方式有以下三種：人工取土。利用風鎬或電鉆，人工打眼、裝藥、爆破的取土方式。機械取土。利用抓斗、推土機、挖掘機、鏟運機等機械裝備的取土方式。水力取土。利用高壓水力通過水槍沖刷采土工作面的取土方式。備簡潔、投資少、治理便利、且無大型的簡單設(shè)備、可就地取材、效率高、勞動強度低、使用人工少，并且一次制成泥漿。缺點是：泥漿濃度難以掌握。(二)制漿工藝水力取土制備泥漿工藝這種制漿系統(tǒng)在我國煤礦承受廣泛，只是因各礦區(qū)的條件不同而有所差異。其流程是：利用高壓水槍〔壓頭50～80m，流量8266/〕直接沖刷地表黃土〔或預先人工松散，〔除掉雜質(zhì)和大塊巖塊流入灌漿集中鉆孔或喇叭口5-1。也有的礦區(qū)，泥漿則經(jīng)泥漿溝流入集漿池，沉積后放掉清水流入井下灌漿干管。這種制漿方法設(shè)備簡潔，投資少，勞動強度低，效率高，適用于地表黃效果。1—水池；2—水泵；3—水管；4—水槍；5—采土工作面；6—泥漿溝；7—篩板；8—鉆孔水力制漿的主要設(shè)備、設(shè)施有：〔1〕755型水槍，也有局部礦區(qū)使用自制水槍。①水槍的水力特性可按下式計算：水槍噴嘴出口的射流速度2H0ν2H0式中ν——水槍噴嘴出口的射流速度，m/s；Φ——流速系數(shù)，Φ=0.92～0.960.94；H——水槍的工作壓頭，kPa。0水槍的噴嘴流量

(5-1)2H0Q=μ2H0式中Q——水槍噴嘴流量m3/s；μ——流量系數(shù)，如射流沒有壓縮，μ＝Φ；QH9.810A——噴嘴出口截面積，QH9.810

(5-2)d=0.550

(5-3)式中d——噴嘴直徑，m。0水槍的噴嘴壓頭損失2h=0.06M 2

(5-4)式中h——水槍的噴嘴壓頭損失，kPa。M②水槍臺數(shù)。水槍的臺數(shù)可按下式計算，但不少于21QN= 水Q槍

(5-5)式中N——所需水槍臺數(shù)，臺；Q ——水槍采土小時用水量，m3/h；水Q ——水槍的流量，m3/h。槍泥漿溝。泥漿溝是用水槍沖掘地表而成的自然溝，也可用磚石、水泥等砌筑或用溜槽〔鐵質(zhì)、木質(zhì)〕構(gòu)筑。為了便于泥漿流淌，泥漿溝必需有肯定的坡度，泥漿溝的最小坡5-1表5-1 泥漿溝的最小坡度土壤性質(zhì)土壤性質(zhì)黃土、細砂、淤泥含15％以下的細砂粘土細粒砂及砂土中粒砂泥漿溝的最小坡度0.015～0.200.02～0.030.03～0.040.04～0.07泥漿溝的輸漿力量：m=3600VS (5-6)y式中m——泥漿溝的輸漿量，m3/h；yV——泥漿流速，m/s，可按表5-2S——輸漿溝的橫斷面，m2。表5-2 泥漿的流速土壤名稱溝底泥漿流速〔m/s〕平均流速〔m/s〕細泥松土0.100.15細砂松土0.250.30砂質(zhì)松土0.400.60大砂粒松土0.650.80粉砂粒黃土0.801.0密質(zhì)粘土1.01.20集漿池。集漿池是貯存、掌握泥漿濃度或泥漿泵吸送泥漿的設(shè)施。可依據(jù)礦井的具體條件就地取材，用磚、石砌筑或用水槍沖掘成的土坑作積漿池。用于臨時集漿的集漿池體積，可依據(jù)水槍沖土力量或泥漿泵的吸泥量確定，按小時沖土力量或泥漿泵的小時吸泥量，選其大者為計算依據(jù)。用于貯存泥漿、掌握泥漿濃度的集漿池，存漿時間較長，集漿池的體積相應加大，可依據(jù)每班灌漿量計算。5％～101.5m～2.0m。〔4〕灌漿喇叭口圖圖5-2灌漿喇叭口1—篩板；2—喇叭口；3—下漿口喇叭口是泥漿溝或泥漿溝與鉆孔〔或管路〕的接口，是為防止空氣進入管口并使泥漿5-2(5)貯土場土源距灌漿站較遠時，需在灌漿站設(shè)貯土場。依據(jù)地形貯土場可設(shè)置成棧橋或絞車房10天左右的灌漿用土量計算，用水力或礦車送至泥漿攪拌池。機械制備泥漿工藝泥漿的工藝系統(tǒng)，如圖5-3的濃度，灌漿防滅火效果好。泥漿攪拌池的布置如圖5-4輪番使用。泥漿池的容積依據(jù)礦井最大灌漿量和取土供給力量確定，其底部向出口方向有2％～5％的坡度。黃土在泥漿池浸泡2h～3h后，土質(zhì)松軟即可加水攪拌，濃度由供水管的15mm10mm的篩板過濾后流入輸漿管，送到井下灌漿地點。第三節(jié)泥漿的輸送一、輸送壓力多承受PN型或PS型泥漿泵。二、輸漿倍線差之比，用N表示。圖圖5-3機械制備泥漿的灌漿站布置圖1—礦車；2—軌道；3—儲土場及棧橋；4—水槍；5—輸水管；6—自流輸漿溝；7—泥漿攪拌池；8—自流輸漿管；9—風井；10—水泵房；11—絞車房；12—取土場5-41—泥漿攪拌池；2—窄軌鐵路；3—供水管；4—攪拌機軌道；5—閘板；6—道岔；7—篩板；8—管子篩；9—電動機；10—膠帶輪；11—平板車靜壓輸送時：LN=H加壓輸送時：

(5-7)LN=Hh

(5-8)式中N——輸漿倍線；L——輸漿管路的總長度，m；H——泥漿在輸送管路內(nèi)流淌時，其入口與出口處之高差，m；h泥漿泵的壓力，m。不利。倍線值過大，管路阻力大，簡潔堵管；倍線值過小，泥漿出口壓力過大，泥漿分布不均勻，灌漿效果差。依據(jù)閱歷一般狀況下倍線值為3～8輸漿管道巷安設(shè)主干管路，采區(qū)〔工作面〕安設(shè)分支管路至各灌漿區(qū)謂集中鉆孔就是從地面打一鉆孔〔φ108mm〕貫穿到井下某一水平巷道，再與主干管路相連接至各分支。這兩種方法可依據(jù)礦井條件承受。4-4徑，二者有以下對應關(guān)系：4Qυ ＝ 漿臨 3600d2

〔5-9〕式中Qυ

——小時灌漿量，m3/h；漿——管內(nèi)泥漿的臨界流速，m/s；臨d——管道直徑〔內(nèi)經(jīng)m。4-9試算來確定管道直徑。第四節(jié)灌漿方法灌漿方法可分為：采前預灌、隨采隨灌和采后灌漿三種。一、采前灌漿煤層頂板，終孔間距為30m～50m，當工作面的長度超過90m時，應在巖石運輸巷和回風巷都布置鉆孔，兩巷中鉆孔的位置要錯開，鉆孔呈放射狀。然后鉆孔和灌漿管連接即可灌漿。灌可進展開采。表4-4 泥漿在管道中的臨界流速土壤名稱密度/t/m3管外徑及壁厚/mm 水土比 泥漿濃度/t/m3臨界流速/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輕亞粘土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、隨采隨灌形成再生頂板起到膠結(jié)作用。隨采隨灌可分為埋管灌漿、打鉆灌漿和工作面灑漿等方法。埋管灌漿5-5埋管灌漿示意圖123—灌漿管路；456—采空區(qū)5-6利用灌漿巷道打鉆灌漿1—底板巷道；23—鉆孔；4—進風巷；隨工作面推動，放頂前沿回風巷在采空區(qū)內(nèi)預先埋好灌漿管〔一般埋5-6利用灌漿巷道打鉆灌漿1—底板巷道；23—鉆孔；4—進風巷；放頂步距用回柱絞車逐步牽引灌漿管，牽引肯定距離灌一次漿，如圖5-5所示。5-7由底板巷道打鉆灌漿1—底板巷道；2—鉆窩；34—回風巷；5—進風巷打鉆灌漿在開采煤層已有的巷道或特地開鑿的底板灌漿道內(nèi)10m～20m向采空區(qū)打鉆灌漿，5-620m～3m開鑿一小巷道〔鉆窩，然后在鉆窩內(nèi)向采空區(qū)打鉆灌漿，如圖5-7所示。打鉆灌漿的鉆孔應打到采空區(qū)的空頂內(nèi),并深入采空區(qū)5m左右,打完鉆孔后馬上下入套20m～30m，當工作面太長,泥漿不能灌到采空區(qū)下部時,可打兩排孔。第一排鉆孔的孔底落于采空區(qū)回風道冒落的免壓圈之內(nèi),其次排落于采空區(qū)中20m～30m。工作面灑漿巖塊上灑漿。如圖5-815m～20m。灑漿通常作為灌漿的一種補充措施，使整個采空區(qū)特別是下半段采空區(qū)也能灌到足夠的泥漿。5-8工作面灑漿示意圖1—灌漿管；2—三通；34—膠管綜采工作面插管灌漿綜采工作面插管灌漿就是注漿主管路沿工作面20m左右預留一個三通接頭，并安裝分支軟管和插管。將插管插入支架掩護梁后面的垮落巖石內(nèi)灌漿，見圖5-9。插入深度應不小于0.5m。工作面每推動兩個循環(huán)，注漿一次。義馬千秋礦應用回風巷壓管灌漿與工作面插管灌漿相結(jié)合，收到了較好的效果。兗州興隆莊礦在支架內(nèi)安設(shè)灌漿管路，每隔5臺支架，在其護板下方，特地開設(shè)灌漿小窗，與小窗對應的位置，管路上設(shè)有三通，由此接短膠管向采空區(qū)灑漿，操作便利。三、采后灌漿當煤層的自然發(fā)火期較長時，為避開采煤、灌漿工作相互干擾，可在工作面或采區(qū)的一翼全部采完后，進展封閉灌漿，即采后灌漿。厚煤層分層開采時，可以在上分層工作面采完后，封閉停采線的上下出口，然后在上出口的密閉

5-9綜放面插管灌漿5-10工作面停采線灌漿示意圖1—巖石集中運輸巷；2—聯(lián)絡(luò)巷；3—集中回風巷；4—工作面運輸巷；管；8—密閉墻內(nèi)插管灌漿，充填最簡潔自然發(fā)火的停采線四周空間，如圖5-10所示。漿帶高度取采區(qū)高度的1/3～1/4。其目的是下部采區(qū)免受上水平采空區(qū)的自熱或自然發(fā)火的影響。灌漿鉆孔布置在下水平集中回風巷內(nèi)，由回風巷打鉆透入采空區(qū)，鉆孔間距30m左右，如圖5-11所示。此外，在石門煤柱兩側(cè)停采線或開切眼，通過密閉布置管路沿傾斜20m～30m第五節(jié)灌漿參數(shù)確定一、灌漿站工作制度地面灌漿站工作制度應與礦井工作制度相協(xié)作，全年工作日數(shù)一般為300d。灌漿站每日工作班數(shù)應視礦井煤層自然發(fā)火的嚴峻程度確定。灌漿工作是與回采工作嚴密協(xié)作的，假設(shè)礦井回采為“兩采一準”，則灌漿也應考慮兩班灌漿，純灌漿時間10h，假設(shè)礦井自然發(fā)火嚴峻，且所需灌漿工作面較多，宜用三班灌漿，每天純灌漿時間15h。5-11灌注泥漿帶示意圖1—上山眼；2—運輸石門；34—工作面運輸、回風平巷密閉墻；5—沿傾斜泥漿隔離帶；6—沿走向泥漿隔離帶；7—上水平集中回風巖巷；8—灌漿鉆孔；9—下水平集中回風巖巷二、灌漿量日灌漿所需土量Q =KmlHC 〔5-10〕土式中Q

——日灌漿所需土量，m3；土m——煤層采高，m3；l——工作面日推動度，m；H——灌漿區(qū)傾斜長度，m；C——采區(qū)回采率，%；K——灌漿系數(shù)，該系數(shù)應依據(jù)各礦井的狀況而定，我國煤礦的灌漿系數(shù)承受5%～15%，局部礦區(qū)灌漿系數(shù)K4-5日灌漿用水量Q =K 水 水

δ 〔5-11〕土式中QKQ

——灌漿用水量，m3/d；水——用水沖洗管路防止管路堵塞的水量備用系數(shù)，一般取1.1～1.25；水——日灌漿所需土量，m3；土δ——水土比。日灌漿量表4-5 灌漿系數(shù)K礦井名稱礦井名稱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值注明窯街一礦石嘴山一礦開灤唐山礦開灤趙各莊礦大同礦區(qū)遼源礦區(qū)棗莊陶莊礦棗莊魏莊礦淮南謝二礦淮南謝三礦重慶中梁山礦芙蓉杉木樹礦綜合灌注土量〔m3/t〕綜合灌注土量〔m3/t〕電廠粉煤灰電廠粉煤灰K=0.05頁巖漿1Q =〔Q1漿

+Q 〕M 〔4-12〕水 土式中Q

1漿1Q ——制備泥漿用水量，m3/d；水Q ——日灌漿所需土量，m3；土M4-64-6泥漿的制成率水土比1:12:13:14:15:16:1密度