煤矿防灭火系统设计
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(1 )按采空区灌浆量计算
随采随灌的用土量(Qt)可按下式计算： Qt1=K.M.L.H.C 式中：Qt1 —— 灌浆用土量，m3； M —— 煤层开采厚度，m； L —— 灌浆区的走向长度，m； H —— 灌浆区的倾斜长度，m； C —— 煤炭回收率，％； K —— 灌浆系数，即泥浆的固体材料体积与需要灌浆的 采空区空间容积之比。在K值中反映了顶板冒落岩石的松散系数，泥浆 收缩系数和跑浆系数等综合影响。对于对于预防性灌浆取0.01-0.15； 对于封闭区内的灭火灌浆，可取0.1-0.3。
+ （1）泥浆泵的流量Q j + 泥浆泵的流量Q j为前面设计的小时灌浆量，水力取土时为
水枪小时用水量。 + （2）泥浆泵扬程Hj + 用公式计算： + Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc + 式中：h0——与泥浆提升几何高度相当的水柱高度m； + h0′——泥浆提升几和高度m； + hj——局部阻力损失，一般为沿程阻力损失的10%； + hs——泥浆泵吸水高度，一般取4-5m；实取4m. + hb——泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取23m；实取2m + hc——剩余水头，取2-5m；实取4m + hf——泥浆管道沿程阻力损失，
2 输送管径计算 主要灌浆干管直径计算应遵循的原则 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中，以致
发生堵管事故。 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 于临界流速以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。
0 .5 d (
1) a b
式中： δ ——管壁厚度，mm； d——管内径，mm； RZ ——许用应力，无缝钢管800kg/cm2；铸铁管200kg/cm2；普通钢管 600kg/cm2； P——管内压力kg/cm2，P=0.11γ jH； γ j ——泥浆容重t/m3，取1.2； H——井深, 253.7m； a——考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管1-2mm；铸铁管7-9mm； b——考虑垂直管磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm。
服务范围小（仅一个面）；
运送浆材的工作繁重。
2.灌浆材料的选择
灌浆材料应该具有的特征：
1）加入少量的水能够成浆；
2）泥浆的渗透性要好； 3）不含可燃物和助燃物； 4）泥浆要易于脱水 要易于脱水，但也不能过分的容易脱水 灌浆材料一般有黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿 等。选择材料时依据矿区条件合理选择，选择的防灭火 浆材要做到既经济又有效。东部、西部、西北地区？
3.地面制浆的工艺流程
1-储土场；2-水枪；3-进浆闸门；4-沉淀池； 5-搅拌机；6-放浆闸阀；7-箅子；8-风井
3.灌浆方法的选择
打钻注浆
由底板巷道打钻灌浆 1-底板巷道；2-回风巷；3-钻孔； 4-进风道
由钻窝打钻灌浆 1-底板巷道；2-钻窝；3-钻孔；4-回风巷； 5-进风巷
3.灌浆方法的选择
1 灌浆管道系统布置
如上所述：灌浆管路有“L”和“Z”型两种布置形式。 其中:L型：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。 缺点：井深时压力过大，易崩管。 “Z”型与“L”型相反
2 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 度与垂高之比，N=L/H。一般在2-10之间。预防性灌浆一般采 用静压灌浆。灌浆系统的阻力与静压动力之间的关系用输送 倍线表示。泥浆的输送倍线是指从地面灌浆站至井下灌浆点 的管线长度与垂高之比，即： N=L/H 式中： N——输送倍线； L——管线长度，m； H——垂高，m。泥浆的输送倍线是衡量灌浆能力大小的参 数, N 过大，说明管线太长，阻力过大，输浆压力小，进浆不 畅，易发生堵管现象。 N 过小，泥浆出口压力大，在采空区 分布不均，易发生跑浆事故。
2 输送管径计算 管径计算可按下式计算：
d 4Q
jh
3600 v 0
30
Q
Baidu Nhomakorabea
jh
v0
式中：Qjh——小时灌浆量m3/h； V0——临界流m/s，预选临界流速V0 = 1.121 m/s
2 输送管径计算
4 管壁计算
垂直管道管壁厚度按下式计算
R Z 0 .4 P R Z 1 .3 P
+ 依据《煤矿安全规程》的有关规定、《矿
井防灭火规范》和《煤矿注浆防灭火技术 规范》的相关内容一致的原则，编制进行 防灭火灌浆系统设计。 + 参考资料：《矿井火灾学》，《矿井通风 与安全》等教材
+ 1 防火灌浆设计依据及基础资料 + 1.1煤层赋存条件 + 1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期 + 1.3浆材的质量、数量、开采条件等 + 1.4矿井开拓方式和采区布置图
4 管壁计算
水平管道管壁厚度按下式计算
Pd 140 nR
Z
a
式中： n——管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9；
其他符号的意义同上。
4 管材的确定 根选择管材的主要依据是管道所需承受的压力， 而压力与井深成正比。通常情况下，井深不超过 200m，多采用焊接钢管，井深超过200m，多采用
无缝钢管。
一般采用低层建筑、建筑高度在24m以下的民用水枪。水枪喷 嘴直径有：13、16、19、22、32、44mm。实际工作需要，设计水 枪采用32mm。
+ 水带直径 ：50mm的水带适应喷嘴直径16mm的水枪；65、
75mm的水带适应喷嘴直径19mm的水枪；90mm的水带适应喷 嘴直径22mm的水枪。
+ hf = L×ij
+ L——泥浆管道长度m； + ij——泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用
公式计算： + ij = K×iw + K——泥浆阻力系数，与土水比有关，取1.155。
iw ——清水状态下水头损失，
iw=λ v2/（2gd） λ ——达西系数,见表
泥浆搅拌池与搅拌机设计
+ 1.5灌浆站工作制度
+ 2防火灌浆系统与参数确定 + 2.1灌浆系统确定
+ 2.2灌浆材料的选择
+ 2.3地面制浆工艺流程（图） + 2.4 灌浆方法确定
+ 埋管灌浆（图）
+ 工作面洒浆（图）
2.5灌浆参数确定 3 灌浆量计算 灌浆用土量计算 灌浆用水量计算 灌浆量计算 4 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 5 水枪选择 6 泥浆泵选择 8 灌浆站主要设施 泥浆搅拌池及搅拌机（图）
单位耗水量 （1）粘土；松散土壤，松散砂土风化泥炭等 水枪压力： 30-40 m；（3-4kg/cm2） 单位耗水量：5-6 m3/m3； （2）亚粘土；坚固黄土，砂土等 水枪压力： 40-60 m； 单位耗水量：6-7 m3/m3； （3）轻亚粘土；极坚固黄土，砂土等 水枪压力： 60-70 m； 单位耗水量：7-9 m3/m3；
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
1.灌浆系统的选择 灌浆系统分地面灌浆系统和煤矿井下移动式灌浆两类。
地面灌浆系统 服务范围广
灌浆能力大（20m3/h以上） 灌浆工作量少（不用向井下运浆材） 投资大、建设周期长，管路维护工作量大 投资少，使用便捷，日常维护容易； 灌浆能力有限； 地面灌浆系统
交替预埋管注浆
埋管灌浆 1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，
4.灌浆参数的确定
埋管、拖管注浆联合洒浆
埋管灌浆 1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，4-洒浆胶管
3.灌浆方法的选择 依据设计资料，确定采用的水土比为δ 和灌浆系数K。
灌浆量的确定，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。 1 灌浆用土量计算（三种计算方法）
( 2 ) 按日灌浆量计算
按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为：
Qt2=K.G/γ
1
式中：Qt2——日灌浆所需用土量，m3； G——矿井日产量，t,3484 t； γ 1——煤炭容重，1.34t/m3； L——工作面日进度，m。
(3)
矿灌浆日需土量 矿井实际每日所需采土量为： Qt=a﹒Qt2 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；
2 灌浆用水量的计算 灌浆用水量(Qw)可按下式计算： Qw=Kw×Qt×δ （3-2-1） 式中：Qw——灌浆用水量，m3； Kw——冲洗管路用水量的备用系数， 一般取1.1-1.25，取1.25； δ ——水土比，一般取2-5，取2。
3 灌浆量计算 日灌浆量Qj可按下式计算： Qj=（Qt2+Qw）×u 式中：Qj——日灌浆量，m3； u——泥浆制成率，如表1-6-1所示。 则:小时灌浆量 Qjh=Qj/n.t m3/h 式中：Qjh —— 小时灌浆量，m3； n —— 每日灌浆班数,2班； t —— 每班纯灌浆小时数，5h/班。
+ 出水带标准长度：20 m.
+ 水枪的台数:
+ N=
Qw Qq
+ 式中： + Qw——取土时的用水量， + + + + + + +
Qq——单台水枪的流量， Qw = Qti δ Qw = Qti q, 式中： q——水枪取土1m3时的耗水量 ①.松散土壤，松散砂土、风化泥岩： q值取5-6 （m3水/m3土 ）,压力30-40m
矿井防灭火课程设计大纲
设计一 矿井防灭火灌浆系统设计
设计的目的与意义 设计遵循的依据 设计的步骤与计算依据
矿井火灾是煤矿主要灾害之一，火灾一旦发生，轻则影响生产，
重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯 煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。尽管 当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾 的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安 全进行。 本课程设计是《矿井火灾学》教学体系的重要环节。通过本课 程设计，使学生了解地下火灾的发生原因与发展过程，掌握地下 火灾的预测、预报及防治方法和措施等基本知识，培养学生的实 践能力，有利于快速适应毕业后的技术设计与管理工作。
预防性灌浆的作用：
泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接
触； 沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风 通道，减少漏风；同时，灌浆可以加速形成再生顶板， 从而有利于下部分层的开采；
泥浆对已经自热的煤炭有冷却散热作用。
别外，浆液还可以增加煤的外在水分，减缓其氧化进 程。
+ ②.坚固黄土、砂土：
+ q取6-7 （m3水/m3土 ），压力50-60m + ③.极坚固黄土、砂土：
+ q取7-9 （m3水/m3土 ），压力60-70m
+ 因此，水枪台数为：N=11.4×6/76.47=0.89
台 + 考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为2 台。
+ + + + + + + + + +
设计搅拌池的安放方式，搅拌形式；不要求设计搅
拌机械的相关参数；
储土厂设计
设计储土场的储量，确定储土场的位置等。
随采随灌的用土量(Qt)可按下式计算： Qt1=K.M.L.H.C 式中：Qt1 —— 灌浆用土量，m3； M —— 煤层开采厚度，m； L —— 灌浆区的走向长度，m； H —— 灌浆区的倾斜长度，m； C —— 煤炭回收率，％； K —— 灌浆系数，即泥浆的固体材料体积与需要灌浆的 采空区空间容积之比。在K值中反映了顶板冒落岩石的松散系数，泥浆 收缩系数和跑浆系数等综合影响。对于对于预防性灌浆取0.01-0.15； 对于封闭区内的灭火灌浆，可取0.1-0.3。
+ （1）泥浆泵的流量Q j + 泥浆泵的流量Q j为前面设计的小时灌浆量，水力取土时为
水枪小时用水量。 + （2）泥浆泵扬程Hj + 用公式计算： + Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc + 式中：h0——与泥浆提升几何高度相当的水柱高度m； + h0′——泥浆提升几和高度m； + hj——局部阻力损失，一般为沿程阻力损失的10%； + hs——泥浆泵吸水高度，一般取4-5m；实取4m. + hb——泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取23m；实取2m + hc——剩余水头，取2-5m；实取4m + hf——泥浆管道沿程阻力损失，
2 输送管径计算 主要灌浆干管直径计算应遵循的原则 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中，以致
发生堵管事故。 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 于临界流速以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。
0 .5 d (
1) a b
式中： δ ——管壁厚度，mm； d——管内径，mm； RZ ——许用应力，无缝钢管800kg/cm2；铸铁管200kg/cm2；普通钢管 600kg/cm2； P——管内压力kg/cm2，P=0.11γ jH； γ j ——泥浆容重t/m3，取1.2； H——井深, 253.7m； a——考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管1-2mm；铸铁管7-9mm； b——考虑垂直管磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm。
服务范围小（仅一个面）；
运送浆材的工作繁重。
2.灌浆材料的选择
灌浆材料应该具有的特征：
1）加入少量的水能够成浆；
2）泥浆的渗透性要好； 3）不含可燃物和助燃物； 4）泥浆要易于脱水 要易于脱水，但也不能过分的容易脱水 灌浆材料一般有黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿 等。选择材料时依据矿区条件合理选择，选择的防灭火 浆材要做到既经济又有效。东部、西部、西北地区？
3.地面制浆的工艺流程
1-储土场；2-水枪；3-进浆闸门；4-沉淀池； 5-搅拌机；6-放浆闸阀；7-箅子；8-风井
3.灌浆方法的选择
打钻注浆
由底板巷道打钻灌浆 1-底板巷道；2-回风巷；3-钻孔； 4-进风道
由钻窝打钻灌浆 1-底板巷道；2-钻窝；3-钻孔；4-回风巷； 5-进风巷
3.灌浆方法的选择
1 灌浆管道系统布置
如上所述：灌浆管路有“L”和“Z”型两种布置形式。 其中:L型：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。 缺点：井深时压力过大，易崩管。 “Z”型与“L”型相反
2 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 度与垂高之比，N=L/H。一般在2-10之间。预防性灌浆一般采 用静压灌浆。灌浆系统的阻力与静压动力之间的关系用输送 倍线表示。泥浆的输送倍线是指从地面灌浆站至井下灌浆点 的管线长度与垂高之比，即： N=L/H 式中： N——输送倍线； L——管线长度，m； H——垂高，m。泥浆的输送倍线是衡量灌浆能力大小的参 数, N 过大，说明管线太长，阻力过大，输浆压力小，进浆不 畅，易发生堵管现象。 N 过小，泥浆出口压力大，在采空区 分布不均，易发生跑浆事故。
2 输送管径计算 管径计算可按下式计算：
d 4Q
jh
3600 v 0
30
Q
Baidu Nhomakorabea
jh
v0
式中：Qjh——小时灌浆量m3/h； V0——临界流m/s，预选临界流速V0 = 1.121 m/s
2 输送管径计算
4 管壁计算
垂直管道管壁厚度按下式计算
R Z 0 .4 P R Z 1 .3 P
+ 依据《煤矿安全规程》的有关规定、《矿
井防灭火规范》和《煤矿注浆防灭火技术 规范》的相关内容一致的原则，编制进行 防灭火灌浆系统设计。 + 参考资料：《矿井火灾学》，《矿井通风 与安全》等教材
+ 1 防火灌浆设计依据及基础资料 + 1.1煤层赋存条件 + 1.2煤的碳化程度、煤岩成分、自燃倾向性、发火期 + 1.3浆材的质量、数量、开采条件等 + 1.4矿井开拓方式和采区布置图
4 管壁计算
水平管道管壁厚度按下式计算
Pd 140 nR
Z
a
式中： n——管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9；
其他符号的意义同上。
4 管材的确定 根选择管材的主要依据是管道所需承受的压力， 而压力与井深成正比。通常情况下，井深不超过 200m，多采用焊接钢管，井深超过200m，多采用
无缝钢管。
一般采用低层建筑、建筑高度在24m以下的民用水枪。水枪喷 嘴直径有：13、16、19、22、32、44mm。实际工作需要，设计水 枪采用32mm。
+ 水带直径 ：50mm的水带适应喷嘴直径16mm的水枪；65、
75mm的水带适应喷嘴直径19mm的水枪；90mm的水带适应喷 嘴直径22mm的水枪。
+ hf = L×ij
+ L——泥浆管道长度m； + ij——泥浆管道每米长度上运送泥浆时的水头损失，用
公式计算： + ij = K×iw + K——泥浆阻力系数，与土水比有关，取1.155。
iw ——清水状态下水头损失，
iw=λ v2/（2gd） λ ——达西系数,见表
泥浆搅拌池与搅拌机设计
+ 1.5灌浆站工作制度
+ 2防火灌浆系统与参数确定 + 2.1灌浆系统确定
+ 2.2灌浆材料的选择
+ 2.3地面制浆工艺流程（图） + 2.4 灌浆方法确定
+ 埋管灌浆（图）
+ 工作面洒浆（图）
2.5灌浆参数确定 3 灌浆量计算 灌浆用土量计算 灌浆用水量计算 灌浆量计算 4 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 5 水枪选择 6 泥浆泵选择 8 灌浆站主要设施 泥浆搅拌池及搅拌机（图）
单位耗水量 （1）粘土；松散土壤，松散砂土风化泥炭等 水枪压力： 30-40 m；（3-4kg/cm2） 单位耗水量：5-6 m3/m3； （2）亚粘土；坚固黄土，砂土等 水枪压力： 40-60 m； 单位耗水量：6-7 m3/m3； （3）轻亚粘土；极坚固黄土，砂土等 水枪压力： 60-70 m； 单位耗水量：7-9 m3/m3；
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
1.灌浆系统的选择 灌浆系统分地面灌浆系统和煤矿井下移动式灌浆两类。
地面灌浆系统 服务范围广
灌浆能力大（20m3/h以上） 灌浆工作量少（不用向井下运浆材） 投资大、建设周期长，管路维护工作量大 投资少，使用便捷，日常维护容易； 灌浆能力有限； 地面灌浆系统
交替预埋管注浆
埋管灌浆 1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，
4.灌浆参数的确定
埋管、拖管注浆联合洒浆
埋管灌浆 1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，4-洒浆胶管
3.灌浆方法的选择 依据设计资料，确定采用的水土比为δ 和灌浆系数K。
灌浆量的确定，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。 1 灌浆用土量计算（三种计算方法）
( 2 ) 按日灌浆量计算
按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为：
Qt2=K.G/γ
1
式中：Qt2——日灌浆所需用土量，m3； G——矿井日产量，t,3484 t； γ 1——煤炭容重，1.34t/m3； L——工作面日进度，m。
(3)
矿灌浆日需土量 矿井实际每日所需采土量为： Qt=a﹒Qt2 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；
2 灌浆用水量的计算 灌浆用水量(Qw)可按下式计算： Qw=Kw×Qt×δ （3-2-1） 式中：Qw——灌浆用水量，m3； Kw——冲洗管路用水量的备用系数， 一般取1.1-1.25，取1.25； δ ——水土比，一般取2-5，取2。
3 灌浆量计算 日灌浆量Qj可按下式计算： Qj=（Qt2+Qw）×u 式中：Qj——日灌浆量，m3； u——泥浆制成率，如表1-6-1所示。 则:小时灌浆量 Qjh=Qj/n.t m3/h 式中：Qjh —— 小时灌浆量，m3； n —— 每日灌浆班数,2班； t —— 每班纯灌浆小时数，5h/班。
+ 出水带标准长度：20 m.
+ 水枪的台数:
+ N=
Qw Qq
+ 式中： + Qw——取土时的用水量， + + + + + + +
Qq——单台水枪的流量， Qw = Qti δ Qw = Qti q, 式中： q——水枪取土1m3时的耗水量 ①.松散土壤，松散砂土、风化泥岩： q值取5-6 （m3水/m3土 ）,压力30-40m
矿井防灭火课程设计大纲
设计一 矿井防灭火灌浆系统设计
设计的目的与意义 设计遵循的依据 设计的步骤与计算依据
矿井火灾是煤矿主要灾害之一，火灾一旦发生，轻则影响生产，
重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯 煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。尽管 当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾 的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安 全进行。 本课程设计是《矿井火灾学》教学体系的重要环节。通过本课 程设计，使学生了解地下火灾的发生原因与发展过程，掌握地下 火灾的预测、预报及防治方法和措施等基本知识，培养学生的实 践能力，有利于快速适应毕业后的技术设计与管理工作。
预防性灌浆的作用：
泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接
触； 沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风 通道，减少漏风；同时，灌浆可以加速形成再生顶板， 从而有利于下部分层的开采；
泥浆对已经自热的煤炭有冷却散热作用。
别外，浆液还可以增加煤的外在水分，减缓其氧化进 程。
+ ②.坚固黄土、砂土：
+ q取6-7 （m3水/m3土 ），压力50-60m + ③.极坚固黄土、砂土：
+ q取7-9 （m3水/m3土 ），压力60-70m
+ 因此，水枪台数为：N=11.4×6/76.47=0.89
台 + 考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为2 台。
+ + + + + + + + + +
设计搅拌池的安放方式，搅拌形式；不要求设计搅
拌机械的相关参数；
储土厂设计
设计储土场的储量，确定储土场的位置等。