灌浆防灭火系统改造设计

玉华煤矿灌浆防灭火系统改造设计

一、矿井概况

玉华煤矿位于陕西省铜川市西北37km处的焦坪矿区东北端，地理位置处于铜川市和宜君、黄陵、旬邑三县交界处。该矿交通便利，自铜川市有沥青路面直达矿井工业场地，矿区铁路专用线梅（家坪）～七（里镇）线的梅～前（河）段（71km）于1975年修通，煤炭可通过铁路外运。井田走向长7～10.5km，倾斜宽2.8～4.8km，面积约34km2。

井田主要含煤层为中下侏罗统延安组地层，可分四个含煤组。从上到下分别为一、二、三、四号煤组，煤层总厚度为12.7m，其中四号煤组，煤层厚度较大且较稳定，全区可采；二、三号煤组仅局部可采（且不规则）；一号煤组不可采。4-2煤层厚0～31.6m，一般厚10m，为本井田主要可采煤层，除局部地区在沉积过程中因冲蚀作用变薄尖灭外，井田内全部可采。

玉华煤矿由西安煤矿设计院设计，设计生产能力：1.5Mt/a，1991年12月正式开工建设，2001年10月矿井基本建成，11月试生产，2002年8月18日正式投产，2005年生产原煤2.0Mt/a；2007年改扩建完成后，生产能力可达3.0Mt/a。采煤方法为倾斜长壁综采放顶煤采煤法，矿井采用立井和斜井混合、单水平、分区两翼开拓方式。矿井目前布置1个综放工作面，4个掘进工作面（2个综掘，2个炮掘）。

二、矿井灌浆防灭火现状

矿井采用的防灭火措施主要有黄泥灌浆、汽雾阻化、采空区注氮等。其中以黄泥灌浆为主，南风井广场设有灌浆站，主管路从南回风井引入，管径133mm，管长1010m，然后分设管径为108mm的支管至灌浆地点，主要采用滞后工作面采空区灌浆和已采面闭墙定点灌浆。

随着煤矿防灭火技术的不断更新发展，新型防灭火技术在煤矿安全生产中起到重要的作用，而现有的防灭火灌浆系统难以满足防灭火新工艺、新技术的综合应用，为此，需对现行灌浆系统进行改造。

三、灌浆防灭火系统改造设计

（一）设计依据

1、《煤矿安全规程》

2、《矿井通风安全质量标准化标准》

3、《矿井质量标准化标准及考核评级办法》

（二）本次设计目的

1. 采用制浆设备、浆液缓冲池，控制灌浆浓度和流量，实现灌浆系统自动化。

2. 实现灌浆、稠化胶体、复合胶体以及高分子胶体防灭火新材料、新技术的综合应用。

（三）灌浆、注胶防灭火系统设计

地面固定式灌浆、注胶防灭火系统，水、电稳定，自动化程度高，注胶流量大，黄土等用量较大的防灭火材料通过管道输送至井下，大大减轻了防灭火材料井下运输量，井下仅需添加用量较少的促凝剂或胶凝剂，工作量较小。可对有发火危险区域进行高强度注灌，将自然发火危险消灭在萌芽状态。

一）由于开采煤层容易自燃，综放面采空区遗煤较多，在回采期间采空区有可能发生煤炭自燃，尤其是当工作面推进速度减慢时，自燃危险性较大，所以必须采用随采随灌和采后灌浆。另外已采面采空区由于闭墙或巷道系统漏风、采空区残留煤较多，也易造成煤炭自燃，需定期或有重点地对其进行灌浆。

二）灌浆量计算及系统参数

1、灌浆量计算情况

（1）灌浆工作制度：

每天二班工作，每班纯灌浆时间为5h ，日灌浆时间为10h 。

（2）日灌浆所需土方量：

1）综放工作面日灌浆所需土方量

有一个综放面生产，根据工作面参数，计算需土量如下： C H I M K Q t ⋅⋅⋅⋅=

=0.04×10×4×150×85%=285m 3

/d)

式中：Q t —工作面日灌浆所需土量，m 3/d ； M —煤层采高，m ；

L —工作面日推进度，m/d ；

H —灌浆区工作面倾斜长度，m ；

C —工作面回采率，%；

K —灌浆系数，根据本矿区实际情况，取0.04。

日灌浆所需土方量:285 m 3/d

（3）灌浆水土比：

根据复合胶体灌浆需要和实际灌浆、注胶效果，确定土水比为2：3。

（4）灌浆日用水量：

引用灌浆站下部水库中的水作为灌浆用水，用水量为：

Q s=K s·Q r·δ

=1.2×285×3/2=513(m3/d)

式中：Q s—日灌浆所需水量，m3/d；

δ—水土比；

K s—用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数。

（5）日灌浆量：

Q tj=M（Q s+ Q r·R）

=0.95×(513+285×0.4)=595.65(m3/d)

式中: Q tj—日灌浆量，m3/d；

M—泥浆制成率，取0.95；

R —土与水混合时体积改变系数，根据实验，水土比大于1：1时，R约为0.4。

小时灌浆量:595.65÷10=59.56m3/h。

2、系统设计参数

（1）制浆原料：黄土、粉煤灰、

（2）动力：系统设备总功率137.5kw；

（3）供水：大于50m3/h，水压大于0.4Mpa，要求水中无不溶性杂物；

（4）水土比：3～1:1；

（5）制浆料用量：<40m3/h；

（6）注浆量：60 m3/h；

（7）悬浮剂使用量：＞0.1%（稠化胶体）；

（8）胶凝剂使用量：＞0.06%（复合胶体）；

（9）灭火剂使用量：＞0.8%（高分子胶体）。

（四）系统构成及工艺

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添加剂等部分构成，见图1和图2。

图1 地面固定式灌浆注胶防灭火系统流程框图

定量送料机

图2 地面固定式灌浆注胶防灭火系统工艺流程图

该系统具有灌浆、灌注稠化胶体、灌注复合胶体和压注高分子胶体等功能，其工艺及操作过程为：

1）灌浆：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用推土机把黄土（或粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱内，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤