双鸭山七星矿三采区火灾防治课程设计Word格式.docx
《双鸭山七星矿三采区火灾防治课程设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双鸭山七星矿三采区火灾防治课程设计Word格式.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
1.2采区开采条件6
1.2.1地形地势和气候条件6
1.2.2采区范围7
1.3采区设计7
2、采区防火灌浆系统设计8
2.1国内外研究现状8
2.1.1灌浆材料的选择8
2.1.2制浆系统的选择8
2.2灌浆方式的确定9
2.2.1采前灌浆9
2.2.2随采随灌9
2.2.3采后灌浆9
2.2.4埋管灌浆9
2.2.5钻孔灌浆10
2.2.6工作面洒浆10
3．灌浆量计算11
3.1灌浆用土量计算11
3.2灌浆用水量12
3.3灌浆量计算12
3.4泥浆容重13
4．浆管道系统设计14
4.1灌浆管道布置14
4.2输送倍线的计算14
4.3管径计算15
4.4管壁计算17
5．水枪的选择20
6．泥浆泵选择22
7．浆站主要设施24
7.1泥浆搅拌池及搅拌机（图）24
7.2储土场25
参考文献26
摘要
本设计为双鸭山七星煤矿三采区矿井通风设计，根据七星煤矿的地质条件，煤层赋存条件等条件来确定。
该井田的工业储量为137.6MT，根据条件确定生产能力为1.5mt/a。
采区水平由煤层露头到-120米标高，倾角在13-15度之间，采区由轨道、运输、回风上山三条系统巷道，回采工作面以走向长臂式为主。
采煤方法根据煤层倾角、厚度及其顶板岩性等条件，本采区选用轨道上山、运输机上山进风，回风上山回风的采区通风系统。
根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定掘进通风方法为压入式通风，风机提供的风量为450m³
/min，根据风机表得风机型号为FBD-NO.6.0/30。
关键词：
通风系统；
采区；
风量
1、采区概况
1.1地质说明
1.1.1采区位置
七星矿位于双鸭山市北40km,隶属于双鸭山矿业集团，行政区划隶属于双鸭山市集贤县境内。
1.1.2采区地质情况
七星井田属于双鸭山煤田的东部，双鸭山煤田地层层序由老至新为太古界麻山群、中生界白垩系鸡西群、桦山群、新生界第三系、第四系。
见表1.1区域地层表。
表1.1区域地层表
界
系
群
组
代号
厚度m
新生界
第四系
/
Q
30.0
第三系
N
219.0
中生界
白垩系
桦山群
东山组
kdh
鸡西群
穆棱组
K3m
600.0
城子河组
K3ch
800.0
太古界
麻山群
柳毛组
ptlm
七星井田位于双鸭山煤田的东部，西部与东保卫相邻、东接双阳矿，地层层序由老至新简述如下：
1、太古界麻山群柳毛组（ptlm）出露在井区周围，构成煤系基底。
主要岩性由溜子石片岩，透辉石大理石，含铁石岩，花岗片麻岩等组成。
2、白垩系下统鸡西群：
煤系地层为中生界下白垩陆相含煤建造。
本群分为城子河组和穆棱组，总厚度为1400m。
含煤50余层，总厚度约46.2m，含煤系数3.3%。
（1）、城子河组
为本区主要含煤岩系，含煤地层总厚度800m，不整合于麻山群或前古生代花岗岩之上。
主要岩性为灰白色砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩类、凝灰岩、凝灰质粉砂岩十余层，含煤70余层。
煤层厚度达0.5m以上者有21个层，其中计算储量者有18个层，总厚度达31m。
根据含煤组合及岩旋特征，将本组分为上、中、下三个含煤段。
主要可采煤层集中分布在上中含煤段内。
下段：
自20层煤以下至基底，由于基底起伏不平，该段厚度变化较大，含煤性差。
西异最大厚度247，东部缺失。
底部以花岗质含砾砂岩、砾岩为。
夹厚层黑色泥岩，深灰色粉砂岩，凝灰质粉砂岩三层。
含煤l5层，可采者1层。
中段：
为9号层至20号层之间的层段，最大厚度为243m，岩性以灰白色中粒砂岩为主，少量深灰色粉砂岩，细砂岩、凝灰质粉砂岩，含煤l8个层，可采者7个层，是本区主要含煤段之一。
上段：
自穆棱组之下，至8下煤层，最大厚度305m，本段含煤性好，共含煤30余层，可采者７层。
本段以灰白色细，中粒砂岩为主，与深灰色粉砂岩互层组成，夹5～6层灰质粉砂岩，是本区主要含煤段。
（2）穆棱组
以陆相深灰色粉砂岩，泥质岩为主，少量灰白色中细砂岩及6～7层凝灰岩，含煤性差，仅见6～7层薄煤及炭质泥岩，均不可采，厚度600m，与下伏城子河组整合接触。
（3）桦山群东山组
分布在本区的深部，主要由杂色灰岩，紫褐色安山集块岩，安山质砾岩夹薄层砂岩，厚度约80m，平行不整合覆盖在穆棱组之上。
（4）上第三系
本区的东部，为灰绿色砾岩、砂岩、泥岩、褐色炭质岩等组成，总厚度219m，与下伏地层不整合接触。
（5）第四系
分布于本区南部扁食河、七星河谷一带，主要由冲积砂砾层及喷发的武岩组成。
丘陵区为黑色腐植土及黄色亚粘土，厚度l～30m。
各地厚度不一，山麓带有l～3m坡积、残积层。
1.1.3采区位置、范围及四邻关系
七星煤矿位于双鸭山市东南50km，行政区划分隶属于双鸭山市宝山区，地理座标为东经131°
33ˊ35″～131°
37ˊ20″，北纬46°
28ˊ58″～46°
32ˊ29″。
双鸭山矿区铁路专用线贯穿井区，东段接新安煤矿、双阳煤矿；
西段至双鸭山车站，佳双线可走遍全国各地；
公路四通八达，交通便利。
（见交通位置图1.1）。
图1.1七星煤矿交通位置图
1.2采区开采条件
1.2.1地形地势和气候条件
七星煤矿地貌为一平缓丘陵。
炮台山最高点达+213m，最低河谷区标高+100m，一般标高在+140m左右，大部分为农场耕地。
井区南部有扁食河向东流过，至杨家围子附近汇入七星河，自西南流向东北，汇水面积1315km2，平均流量10.1m3/s。
最大流量（洪水期）665.0m3/s。
最小流量0.007m3/s，几乎干枯。
每年7～9月份为洪水期，历年来最高洪水位线标高在100.26m，12月至来年4月为结冻期。
本地区属寒温带季风气候区，四季明显，冬季严寒而长，夏季温暖而短，秋季湿润而多雨，雨量多集中在7、8、9三个月，据双鸭山气象台资料最冷月份为一月，月平均温度零下17.5℃～23.9℃，最低温度零下28℃，最热七月份，月平均温度23℃～26℃，最高33.1℃,年平均气温为3℃。
年降水量314.1～692.3mm，平均降水量在550mm，年蒸发量1015～1173mm，相对湿度42～86%。
季节性冻土产生最早时间是在10月中、下旬，冻土层全部融化时间一般在5月下旬，冻土层最大厚度2m，一般在1.6～1.8m。
冬季多西北风，一月平均风速3.6～6.3m/s，夏季多东南及东北风，七月平均风速2.3～3.5m/s。
1.2.2采区范围
七星矿三采区在西翼井田，上至煤层露头，下至-120米标高，西以R2断层为界，东以保护煤柱为界。
1.3采区设计
本采面为综采工作面，采用全部垮落法管理顶板，采用中位放顶煤支架放煤，一个循环进尺割煤深度0.8米，其最大控顶距为5.45米，最小控顶距为4.65米，采区内采煤工作面风量为23.90m³
/s；
掘进工作面风量为10.04m³
/s;
硐室及其它地点的风量为2.75m³
井下其他巷道需风量的计算为1.72m3/s。
按上述方法分别计算出各用风地点所需风量后，按下式计算矿井总风量为42.05m3/s。
该采区瓦斯涌出为低瓦斯，综采放顶煤采煤，根据在采各个区巷道内布点的情况，确定通风网络图，根据通风网络图，这可以来确定采区最大风阻的路线为1-2-3-5-8-9-10-11-12-13-14，计算出采区的通风阻力为744.136Pa。
设计主要内容
采煤方法
综采
落煤方式
中位放煤
工作面长
194米
倾角
16º
采高
1.1米
作业方式
两班半采煤、半班准备
一次进度
0.8米
顶板管理
全部垮落法
采煤机
MG150/375-W
工作面运输机
SGD-630/180C
最大控顶距
5.45
最小控顶距
4.65
支护方式
液压支架
2、采区防火灌浆系统设计
2.1国内外研究现状
灌浆系统由制浆、输浆和灌浆三部分组成。
2.1.1灌浆材料的选择
浆液的性能
对浆液的性能的基本要求是，浓度适当，渗透能力强。
在浆液中，固体浆材与水的比例称为浆液的浓度。
用黄土做浆材时也叫水土比。
浓度是影响灌浆质量、防火效果和经济指标的重要参数。
渗透性取决于浆材粒度和浆液黏度，粒度和黏度小，则渗透能力就强。
从渗透角度看，浆材的固体颗粒越小越好。
注浆材料的要求
不含助燃和可燃材料
粒度直径不大于2mm，细小颗粒要占70%-75%。
主要物理性能指标：
密度2.4-2.8t/m3；
塑性指标914；
胶体混合物25%-30%；
含砂量25%-30%
容易脱水又具有一定稳定性。
由于黄土采制方便，价格低廉而且水源充足，参照以上条件所以选择黄泥灌浆随采随灌系统。
2.1.2制浆系统的选择
泥浆的制备工艺随取土方式和制浆设备不同而异。
主要分为：
水力取土自然成浆和人工或机械取土机械制浆。
本次设计我们的制浆站采用机械制浆，如下图2-1所示：
图2-1人工或机械取土机械制浆
1、取土矿车；
2、轻便轨道；
3、储土场及栈桥；
4、水枪；
5、输水管；
6、自流泥浆沟；
7、泥浆搅拌池及房屋；
8、输浆管；
9、风井；
10、水源泵房，11、绞车房；
12、取土场
用人工或机械把黄土装入取土矿车，经由储土场，运往泥浆搅拌池，最后通过水源泵房给泵泥浆从管道入井。
2.2灌浆方式的确定
我国煤矿采用的预防性灌浆的方法多种多样，大体可分为：
采前灌浆、随采随灌、采后封闭灌浆等三种类型。
2.2.1采前灌浆
所谓采前灌浆即是尚未开采先行灌浆。
这种灌浆方法是针对开采老窑多、易自燃、特厚煤层发展起来的。
当岩石运巷和风巷掘出以后，分层航道尚未掘送之前，按设计的位置，由岩石区段巷道开钻窝向煤层打钻以探明古窑老虚的分布和位置，然后进行采前预灌。
2.2.2随采随灌
随着回采工作面的推进，同时向采空区灌浆。
其作用一是防止遗留在采空区内的浮煤自燃；
二是胶结顶板冒落的矸石，形成再生顶板，为下分层开采创造条件。
另外，它还具有防尘、降温的作用。
随采随灌的方法根据采区巷道布置方式的不同，顶板岩石冒落情况不同有多种多样。
如埋管灌浆、插管灌浆、洒浆、打钻灌浆等。
2.2.3采后灌浆
开采自然发火不是十分严重的厚煤层时，可在工作面采完后，封闭停采线的上下出口，然后，在上部密闭墙上插管灌注泥浆。
其目的一是封闭采空区，其次是充填最易发生自燃火灾的停采线，以防止自燃火灾的发生。
2.2.4埋管灌浆
把灌浆铺设在工作面的回风内。
工作面放顶前，再回风巷的灌浆支管上接一段预埋钢管，预埋管和支管之间用高压胶管连接。
工作面放顶后始终保持预埋管压在采空区内5-8米，预埋管用回柱绞车拉着外移。
2.2.5钻孔灌浆
在煤层底板的集中运输巷或回风巷道的专门开掘的灌浆巷道内，每隔一段距离向采空区打钻灌浆。
2.2.6工作面洒浆
为了保证灌浆质量，自然发火危险性比较大的工作面应在埋管灌浆的同时还向采空区喷洒灌浆。
其方法是，工作面放顶之前从回风巷灌浆管上接出一根注浆管，沿倾斜方向分段向冒落区喷洒泥浆。
3．灌浆量计算
预防性灌浆量主要取决于灌浆形式，灌浆区的容积，采煤方法等因素。
采前预灌、采后封闭停采线都是以充满灌浆空间为准。
3.1灌浆用土量计算
Qt1=KMLHC（式3-1）
Qt2=KMlHC（式3-2）
Qt=a﹒Qt2（式3-3）式中Qt1—灌浆用土量，m3；
Qt2—日灌浆用土量，m3/日；
Qt—灌浆日用土量，m3；
γ—煤容重，t/m3；
1.3
M—煤层开采厚度，m；
1.1
L—灌浆区的走向长度，m；
194
l—日进度，m；
1.5
H—灌浆区的倾斜长度，m；
120/cos16
C—煤炭回收率，%，取0.89；
a—取土系数，取1.1；
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。
这里取K=0.1-0.2。
本设计取K=0.15。
Qt1=0.15×
1.1×
194×
125.3×
0.89=3569.66m3
Qt2=0.15×
1.5×
0.89=27.7m3/日
Qt=1.1×
27.7=30.4m3
3.2灌浆用水量
日灌浆用水量
Qw1=kwQtδ（式3-5）
kw—冲洗管道用水量的备用系数，一般为1.10~1.25,这里取1.2。
δ—土水比倒数，这里取4。
Qw1=1.2×
30.4×
4=146.08m3
灌浆总用水量
Qw=kwQt1δ（式3-6）
Qw=1.2×
3569.66×
4=17134.368m3
3.3灌浆量计算
Qj=（Qt2+Qw）u（式3-7）
Qjh=Qj/（n.t）m3/h（式3-8）
式中：
Qj—日灌浆量，m3
Qjh—小时灌浆量；
u—泥浆制成率，其取值见表3-1；
n—每日灌浆班数；
t—每班纯灌浆小时数；
水土比
1:
1
2
3
4
5
6
泥浆容重
1.45
1.30
1.20
1.16
1.13
1.11
泥浆制成率
0.765
0.845
0.880
0.910
0.930
0.940
表3-1
Qj=（30.4+146.08）×
0.845=149.13m3
Qjh=149.13/（2×
8）=9.33m3
3.4泥浆容重
γj=（γw+γt）u
=（46.08/149.13+27.7×
1.3/149.13）×
=0.466t/m3
4．浆管道系统设计
4.1灌浆管道布置
灌浆管路有“L”和“Z”布置形式，如图4-1所示。
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；
安装维护管理简单。
缺点：
井深时压力过大，易崩管。
Z形：
与L形相反。
如图2-1所示，采用集中灌浆站，泥浆输送管道由风井进入，经总回风大巷到采区回风巷、工作面回风巷，再到工作面上隅角，进行埋管灌浆，或工作面洒浆（如图2-2）。
从地面直到井下灌浆点铺设专用管路担负输浆任务。
图4-1
管路系统为：
泵房→风井→煤4→总回风巷→工作面顺槽→工作面采空区。
4.2输送倍线的计算
预防性灌浆一般是靠静压作动力。
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=
（式4-1）
式中：
N——输送倍线；
L——进浆管口至灌浆点的距离，1850+148.5+50=2048.5m；
H——进浆管口至灌浆点的垂高，250+3.7+170=423.7m。
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，说明泥浆出口压力大，在采空区分布不均，易发生跑浆事故。
一般情况下，泥浆的输送倍线值最好在5-6范围内变化。
不要大于10或小于2。
风井底到工作面进风巷入口距离1326m，入口到工作面长为168m，风井长为184m，得1678m。
工作面至地面的垂高为200m。
根据公式可得：
=1678/200=8.39
4.3管径计算
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。
管径计算可按下式计算：
d=
=
（式4-2）
式中:
Qj—小时灌浆量m3/h；
v0——临界流速m/s，查表4-2得1.801m/s。
表4-2泥浆临界流速表
输浆管内径dp为：
dp=
[149.13/（3.14×
1.801）]^0.5
=0.221m=221mm
所以根据钢管规格表，预选φ89×
6无缝钢管，则输浆管干管内径：
dp=89-2×
6=77mm
验算流速V=
=149.13/（900×
3.14×
77×
77）
=8.900m/s>
1.801（符合要求）
同理，设计输浆管支管预选φ89×
3.5无缝钢管。
则支管内径为89-7=82mm
=149.13/（900×
82×
82）
=7.848（符合要求）
4.4管壁计算
（1）垂直管道管壁
δ=0.5d（
－1）＋a＋b（mm）（式4-3）
式中d—管直径（内径）
Rz—许用应力（无缝钢管：
800kg/cm2,普通钢管：
600kg/cm2，铸铁管：
200kg/cm2）
P—管内压力，P=0.11γjH
γj—泥浆比重，kg/m3,由表3-1，取γj为1.16
H—高度（高差），m
其中P=0.11×
1.048×
320=33.54kp
a—管壁不均匀系数的附加，无缝钢管：
1-2mm，铸铁管：
7-9mm
b—磨损系数，1-4mm
本设计采用无缝钢管，所以a取3；
b取3。
－1）＋a＋b
=0.5×
0.077×
（
－1）+0.003+0.003
=0.0011+0.006=0.056m=5.6mm
从以上计算可知所选钢
管符合要求。
（2）水平管道管壁
δ=
+a（式4-4）
式中n—管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9
d—管直径（内径）
P—管内压力
δ=
+0.003=3.00mm
经过计算所预选的无缝钢管符合要求。
4.5管材确定
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。
又由于当压力大于10~16个大气压时，采用无缝钢管。
而此时计算的压力P=33.54kp已经远远大于这个数值，所以这里应采用无缝钢管。
5．水枪的选择
由于矿井灌浆、洒浆没有专用的水枪，所以一般采用低层建筑、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。
考虑到消防用途和实际工作需要，设计水枪采用44mm。
因为H=
，所以v=φ
φ—流速系数，一般取0.92
水枪的流量Q=Sφ
（式5-1）
Φ与u相同
S—喷嘴横断面积
H—水枪压力，取35m
Qq=0.92×
=131.8m3/h
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。
出水带标准长度：
20
m.
水枪的台数:
N=
（式5-2）
式中Qw—取土时的用水量，
Qq—单台水枪的流量，
Qw=Qtiδ
Qw=Qtiq,（式5-3）
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5~6m3/m3,压力30~40m
2.坚固黄土、砂土：
q取6~7m3/m3，压力50~60m
3.极坚固黄土、砂土：
q取7~9m3/m3，压力60~70m
因此，水枪台数为：
N=1630.2×
4/131.8×
2×
7=3.5台.
考虑实际情况及水枪的备用，水枪确定为5到7台水枪。
6．泥浆泵选择
下列情况需要泥浆泵：
a.如果管路太长，输浆压力不够；
b.地面灌浆站距井口太远，泥浆至井口压力不够；
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。
（1）泥浆泵的流量Qj
Qj=2003.14/24=83.164m3/h
泥浆泵的流量Qj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
hf=L
ij式6-1）
L——泥浆管道长度m；
i
——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
=K
K——泥浆阻力系数，与土水比有关。
——清水状态下的水头损失，
iw=λv2/2gd
λ——达西系数,见表6-1：
表6-1泥浆阻力系数表
管径
200
150
125
100
75
λ
0．0203
0．0222
0．0237
0．0260
0．0292
iw=λv2/2gd
=0.0220
.64262/2
9.8
0.75
=0.0062（m）
ij=K
升级会员 