黑龙沟煤矿黄泥灌浆设计方案与配置

黑龙沟煤矿黄泥灌浆防灭火系统设计方案邹城市凡德机电科技有限公司

陕西省黑龙沟煤矿

FDFM60/0.6一体机黄土注浆防灭火系统

设计方案与配置

邹城市凡德机电技有限公司

www.fande.asia 2015年7月18日

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目录

一设计方案 ........................................................................................................................................ 4

1 范围 ...................................................................................................................................................................................... 4 2 引用标准 .............................................................................................................................................................................. 4 3 定义 ...................................................................................................................................................................................... 5 4 一般要求 .............................................................................................................................................................................. 7 5 矿井注浆防灭火设计 ......................................................................................................................................................... 8 6 注浆材料 .............................................................................................................................................................................. 9 7 主要注浆参数 .................................................................................................................................................................... 10 8 制浆方法 ............................................................................................................................................................................ 11 9 输浆管路 ............................................................................................................................................................................ 13 10 注浆方法 ......................................................................................................................................................................... 15 11 注浆防灭火的效果考察 ................................................................................................................................................ 17 12 检验规则 ......................................................................................................................................................................... 19 13 标志、包装、运输、贮存 ............................................................................................................................................ 21

二灌浆系统简介： ........................................................................................................................... 23

1、系统构成 ......................................................................................................................................................................... 24 2、系统原理 ......................................................................................................................................................................... 24

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3．应用工艺 ......................................................................................................................................................................... 25 4．系统功能 ......................................................................................................................................................................... 25 6．主要设备及技术参数 ..................................................................................................................................................... 26 7．控制系统 ......................................................................................................................................................................... 27

三附件图纸 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。

厂房示意图（参考） ........................................................................................................................................................... 28

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一设计方案

1 范围

本标准规定了煤矿注浆防灭火工艺过程的技术要求。 本标准适用于煤矿注浆防灭火系统的实施、设计与施工等。

2引用标准

下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准均会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

《煤矿安全规程》2010版

《矿井防灭火规范》（试行）1988-10 《煤矿注浆防灭火技术规范》MT/T702-1997 《工业产品使用说明书总则》GB9969.1-1998 《包装、储运、图示、标志》GB191-2000

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3定义

型号含义

FD F M － 60 注浆量

灭火 防火

厂标

本标准采用下列定义。 3.1 注浆防灭火方法

是将注浆材料（黄土、页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等）细粒化后加水制备成浆，用水力输送到煤矿井下注入需防灭火区域内，封堵漏风通道、包裹煤岩阻止氧化、冷却煤岩温度而预防或扑灭矿井火灾的一项技术措施。 3.2 沉降速度

浆液的悬浊液液面在量筒中匀速下降的平均速度，mm／min。 3.3 临界稳定时间

浆液的悬浊液液面在量筒中匀速下降的时间，min。 3.4 塑性指数

表征灌浆材料的可塑性的指数。 3.5 粘度系数

表征浆液内部微粒间阻碍其相对流动的一种内摩擦特征的系数，Ps·S。 3.6 含砂量

注浆材料中，0.05～0.25mm粒径的砂质成份的重量百分比，％。 3.7 氧化交叉温度

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物质在氧化反应炉中氧化升温曲线与反应炉加热升温线的交点的温度值，℃。 3.8 恒温吸氧量

单位重量物质在静态恒温吸氧实验过程中的吸氧量（体积），mL／s。 3.9 土水比

注浆防灭火浆液中土的自然堆积体积与水的体积之比。 3.10 固水比

注浆防灭火浆液中的固体材料的自然堆积体积与水的体积之比。 3.11 浆液的制备

将注浆材料（黄土、页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等）与水混合用水力或机械搅拌的方式形成浆液的制造方法。 3.12 注浆方法

用钻孔或专门设置的管路将浆液注入到防灭火区域的方法。

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4 一般要求

4.1 采用注浆防灭火的矿井需备有完整的矿井开拓开采图、通风系统图及注浆管路系统图。 4.2 新建矿井应有所有煤层、拟建水平和不同地质构造区域煤的自燃倾向性鉴定报告，以及开采同煤系煤层邻近生产矿井的自然发火危险程度等级资料。

4.3 生产矿井应有矿井自然发火危险程度等级资料以及新开煤层、新水平和不同地质构造区域煤的自燃倾向性鉴定报告。

4.4 应有注浆材料来源、种类、数量及其有关性能的分析资料。

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5 矿井注浆防灭火设计

5.1 矿井注浆防灭火设计的主要内容应包括：

——选用的注浆材料种类及其性能分析资料； ——主要注浆参数； ——注浆设备和系统；

——输送浆液的管路系统及计算； ——注浆方法；

——矿井注浆防灭火效果考察； ——矿井注浆防灭火安全措施。

5.2 矿井注浆防灭火设计的工程实施由基建施工单位（基建矿井）或矿井（生产矿井）负责进行，设计部门派人到现场指导。

5.3 矿井注浆防灭火设计的工程完工后由批准部门组织验收。

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6 注浆材料

6.1注浆材料的种类：黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿等。 6.2注浆材料成浆性能指标应达到如下规定：

——粒度要求在5mm以下，0.1mm以下级别的颗粒含量大于60%，大于0.5mm的粒料应占10%以下；

——沉降速度1～10mm／min； ——临界稳定时间为20～60min； ——塑性指数7～14（粉煤灰可小于7）； ——粘度系数（1～2）×10-3Pa·S；

6.3用矸石、粉煤灰、尾矿作注浆材料时，须进行氧化性能实验，其指标应达到如下规定：

——氧化交叉温度在300℃以上； ——恒温吸氧量小于0.1mL／g；

——固定碳含量不大于8％，含硫量不大于1.5％，烧失减量不大于20％，发热量不大于2000J／g。

6.4页岩、矸石必须经破碎、湿式球磨机球磨，其粒度要求在5mm以下，其中大于0.5mm的粒料应占10％以下，小于0.1mm的粒料应占60％以上。

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7 主要注浆参数

7.1 灌浆系数

防火灌浆系数为3％～12％，灭火灌浆系数相应加大。 采用粉煤灰浆防火时，灌浆系数为5％～15％。 7.2 土水比

矿井防灭火注浆的土水比应为1：1～1：5。在回采工作面洒浆防灭火时浆液的土水比应为1：1～1：3。 7.3注浆量

矿井注浆量按式（1）计算：

QW?KG(??1)M…………………………………………（1） rct式中：QW——矿井注浆量，m3／h；

k——注浆系数； G——矿井日产煤量，t； δ——土水比的倒数； M——浆液制成率，取0.9； rc——煤的密度，t／m3； t——矿井日注浆时间，h。

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8 制浆方法

8.1黄泥浆的制浆方法

——水力制浆

一般采用人工取土或机械取土，将土疏松，经水力（水枪）冲刷混合成浆。当采用水枪直接取土时，其供水压力、水流量和台数应能满足取土制浆的要求。水力制浆过程中应严格控制土水比。

——机械搅拌制浆

应建立浆池，黄土加水在浆池中搅拌成均匀浆液后即可输入井下。浆池应设2个以上，一个作注浆用，另一个进行搅拌制浆，交替使用。浆池的容积应能保证注浆量的要求。

——采用自动化机械制浆系统制浆

采用自动化的机械制浆系统，将制浆料（黄土或粉煤灰）与水按比例混合制成浆液，并滤掉其中大颗粒的物料，系统通过浓度、流量可计量、可调节等功能实现优质浆液的连续制备，通过管路灌入井下用浆地点。 8.2页岩浆和矸石浆的制浆方法

页岩浆和矸石浆的制浆方法相似，将页岩和矸石破碎后，用湿式球磨机加水球磨成浆，进入输浆管路。

8.3粉煤灰浆的制浆方法

从电厂贮料场挖取粉煤灰，运到矿井地面制浆站，将粉煤灰用专门的搅拌筒加水搅拌成浆或用水枪冲搅成浆后直接进入输浆管路。 8.4尾矿浆的制浆方法

矿井洗选厂排出的尾矿直接输送到浆池，经沉淀脱水后搅拌成浆进入输浆管路。 8.5注浆期间浆液流量和土水比的测定

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在注浆期间，每班测定一次浆液的流量和土水比，流量测定可用电磁流量计或体积法，土水比测定可采用比重法。

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9 输浆管路

根据矿井地面的不同制浆方式，井下可采用集中或分区的输浆管路系统。 在浆液流入输浆管路前，应设置筛网过滤，网的孔径宜为15～20mm。 9.1输浆管路的管径和水头损失值按经验式（2）、式（3）计算：

Q??????????3221??2.92??????????11???3????W1??100???n0.25D1?2.312?W2??W?1????0.2………………（2）

??2??1???3??2??i?????2gD2??1????3??1?V2?W1??V?1n…………………………………（3）

式中：

100W1d??； ?n?5?1?0.2log?????W1Wa???aiii；

D1——输浆管路的临界管径（内径），m； Q ——浆液流量，m3／s；

?1——水的密度，t／m3； ?2——浆液的密度，t／m3；

?3——注浆材料自然堆积密度，t／m3；

n —— 干扰沉降指数；

W1——加权平均自由沉降速度，m／s；

W2——颗粒分布曲线上相当于95％处粒径的自由沉降速度，m／s； i——每米管道长度的水头损失值，m；

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λ——水的摩阻系数； V——浆液流速，m／s； g——重力加速度，m／s2；

D2——实际选用的管径（内径），m， d——注浆材料的当量直径，mm； η——水的运动粘滞系数，mm2／s；

Wi——注浆材料某一粒级平均自由沉降速度，m／s； ai——注浆材料某一粒级的重量百分比。

9.2由输浆管路的总水头损失值，确定是采用自流（靠自然压头）输浆还是选用相适应（流量和压力）的泥浆泵或注砂泵加压输浆。

9.3输浆管路系统应避免”两头高中间低”的布置方式，并尽量减少拐弯。 9.4井下输浆管路应紧靠井巷壁铺设，固定牢固，并涂以防锈漆。 9.5每次注浆后应立即用清水冲洗管路。

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10注浆方法

根据矿井的具体条件，可选择一种或几种注浆方法。 10.1钻孔注浆

按防灭火区的条件可采用两种形式：

1）从井下巷道或钻场向注浆区域打注浆钻孔，钻孔开孔孔径应不小于108mm，终孔孔径应不小于89mm，封孔要严密，钻孔与输浆管路的连接要牢固，并能承受最大的注浆压力。

2）从地面直接向注浆区域打注浆钻孔，钻孔孔径应不小于108mm，钻孔内应全长度下套管。

10.2埋管注浆

随着回采工作面推进向采空区内埋设管道进行注浆，出浆口距工作面的距离应不小于15m。

10.3密闭墙插管注浆

工作面回采后从密闭墙上方的注浆管向采空区注浆。此时，密闭墙的强度应满足注浆的要求，注浆时应派专人监护，一旦发现有溃浆征兆时，应立即停止注浆。 10.4洒浆

在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管，向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时，浆液出口压力应不大于0.3MPa。 10.5注浆区的排水措施

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注入采空区的浆液的脱水时间一般为7～15d，浆液中脱出的水一部分被围岩吸收，一部分滞留在注浆区的下部空间。注浆区的排水措施主要采取两种：

a）在注浆区下部的密闭墙的底部设置排水孔或溢水孔，在注浆后应随时观察这些密闭墙的排水量的变化情况。

b）在注浆区下部进行采掘前，必须对注浆区进行打钻孔或采取其他措施进行泄水。

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11 注浆防灭火的效果考察

11.1注浆区温度和气体成分的检测

11.1.1派专人定期检测注浆灭火区、防火工作面及其采空区内的气温、煤温和出水温度。 11.1.2具有自然发火危险程度的矿井均应建立完善的火灾束管监测系统或地面气体分析实验室。气体分析成份主要有：氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳。

采集气体的地点为：

——回采工作面的回风巷、上隅角、采空区氧化带回风侧； ——通向火区的密闭墙内侧或钻孔内； ——其他需要的地点。

采用人工取样在地面进行气体分析时，应符合以下要求：

——取样必须使用专用取样袋或取样器，取样后应在5h内送到地面实验室进行分析； ——注浆防火区域应定期对各取样点取一次样； ——注浆灭火封闭区域内每天取一次样；

——回采工作面或其他地点在发火期间（未封闭的情况下）每班取一次样。 11.2注浆防灭火区的管理

11.2.1建立防灭火注浆台帐，主要内容应包括

——注浆区位置； ——钻孔工程； ——注浆工程；

——防灭火密闭墙工程； ——气体分析及温度记录；

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——泥浆分布状况等。

11.2.2火区熄灭标准、注销和启封要求以及防火墙的管理，均应遵循《煤矿安全规程》和《矿井防灭火规范》的规定执行。

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12 检验规则

本检验规程所指的产品检验包括了进货检验、工序控制检验、成品检验三部分内容。 12.1进货检验：

12.1.1进货检验采取对进厂原材料验证方式进行。

12.1.2生产供应部按《采购计划》购进原材料，原材料到货后及时通知检验员依据《采购计划》和《原材料接收标准》进行检验和验证，只有当检验或验证合格，检验员认可签字后方可准予入库。

12.1.3验证项目为：产品为合格供方供货；产品外观无异样；供方随货提供的有效的质量证明文件，并且指标合格；包装无破损；

12.1.4若更换供方或原材料型号发生变化时，须按《原材料接收标准》进行抽样，做成产品小样对各项理化指标进行检验，以考核原材料对产品质量的影响。

12.1.5检验结果由检验员在《原材料检验单》上进行记录，检验单一式两份，第一联检验人员留存，第二联交采购人员作为入库和财务结算的依据。 12.2工序过程产品检验

12.2.1目的：为质量检验提供工作依据。 12.2.2适用范围

适用于本公司产品的检验。 12.2.3质量检验规定 12.2.3.1各工序质量要求 工序 机加工 质量要求 严格按照图纸要求加工生产，尺寸偏差在允差之内

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装配 喷涂 焊接 按照公司企业标准装备规范进行操作 表面光滑、平整 无沙眼、气泡、起皮 12.2.3.2由质检员负责对每台设备各工序抽检合格后专序。 12.3 产品检验规程 检验项目 整 机 检验名称 设备外观 尺寸 材质 公司标识 喷涂 焊接 电气系统 轴承及润滑部位 易损件 各运动机构 试车 检验标准 平整光滑、无明显的划痕 符合产品设计要求 符合产品设计要求 醒目、完整、不易清除 表面光滑，无气泡、起皮现象 无焊点、焊渣、漏焊现象 灵活、准确 应润滑、防尘良好 便于更换和互换 运行正常，没有摩擦、相碰现象 工件承载体运转灵活、平稳 运行正常，没有摩擦、相碰现象 功能可靠 协调、灵敏 符合产品设计要求 符合产品设计要求 检验方法 目测 卷尺 目测 游标卡尺 目测 目测 目测 运行试验 感知 更换实验 感知 感知 感知 目测试验 手动试验 试验测算 流量计计量 备注 运转试验各运动机构 各连锁机构 电器控制系统 定量选料 水量控制

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13 标志、包装、运输、贮存

13.1 标志

13.1.1产品铭牌应固定在外壳明显处，字迹清晰、耐久。 13.1.2 产品铭牌应标明下列内容： a、制造厂名称； b、设备名称和型号； c、制造日期和出厂编号； 13.2 包装

13.2.1 系统设备中的控电柜的包装应装入外包装箱内，外用坚固带固牢，并保证在长途运输及存放期间防潮、防雨、防尘，其它设备不需要外包装。

13.2.2 随同设备供应的技术文件包括： a、产品检验合格证； b、产品使用说明书； c、系统设备清单。

13.2.3 在包装箱上应印有下列标志： a、制造厂名称;

b、设备名称、数量、质量和外形尺寸(长×宽×高); c、小心轻放标志、防潮标志等。 13.3 运输

防倒置、防潮、防挤压、防震等。 13.4 贮存

设备应保管在干燥、清洁、常温的室内。

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二灌浆系统简介：

注浆防灭火技术具有安全可靠、经济实用的特点，已经在国内外得到了广泛应用。注浆防灭火技术是将水与不燃性的固体材料（黄土或粉煤灰）按一定的配比，制成一定浓度的浆液，利用输浆管送至可能发生或已经发生自燃的地点，以防止发生自燃或扑灭火灾。浆液充填于碎煤或岩石缝隙之间，沉淀的固体物质可以充填裂隙和包裹浮煤，起到隔氧堵漏的作用；同时泥浆对煤炭有冷却散热的作用。此技术的关键在于隔氧阻化，因此注浆防灭火时泥浆中固体材料的含量亦即泥浆浓度对注浆防灭火的效果影响很大，泥浆浓度越大效果越好。现有注浆防灭火系统的土水比通常在1: 5左右，浆液流失量大，注浆效率低，而且泥浆在较大空间内不能有效地堆积，下部煤层开采时还容易发生“溃浆”事故。由于重力作用，浆液不能在高处积存、渗流范围很小，难以扑灭高处大面积火源；浆液中的大量水分往低处流，冲开煤隙，停止注浆后，风流渗透流畅，复燃很快。所以只有有效提高浆液的浓度才能真正使浆液发挥防灭火的作用。

黄土注浆防灭火系统是以《煤矿注浆防灭火技术规范》为依据，结合煤矿注浆工艺的现状以及现代化矿井对注浆防灭火的要求而研制的新型自动化的系统设备。该系统是制造黄土（粉煤灰）浆的专用设备，主要用于煤矿井下的防灭火注浆工程。该系统能耗低、自动化程度高，可使浆液土水比达到1：3，极大的提高了注浆防灭火效果。该系统集搅拌、过滤、泥石分离于一体，可连续快速的制备防灭火浆液。

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1、系统构成

黄泥注浆防灭火系统由智能制浆机（一体机）、输浆管网等部分构成，见图。

图 FDFM60/0.6黄土注浆防灭火系统流程框图

2、系统原理

1、定量给料：

定量给料采用成熟稳定的螺旋送料原理，通过控制螺旋的转速达到控制下料量的目的。该机采用变频电机驱动，可根据设定的参数自动对下料量进行调节，配合定量给水控制可对浆液的浓度、流量进行自动控制和调节。 2、供水：

采用自吸式离心泵，吸程可达5米，从而节省了建高位水池的费用。只需将进水管路接入供水管路或复用水池即可。 3、制浆：

黄土和水按一定的比例加入制滤机，制滤机使用涡旋式提升板将固体颗粒和浆液提升到高处再落下，固体颗粒和固体颗粒、固体颗粒和浆液、固体颗粒和筒壁形成涡旋撞击，并不断的挤压、摩擦从而加速了颗粒的溶化，浆液由于重力的作用经由排浆口溢流排出，不能溶解的石头、砖

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块等通过反转排渣在排浆口排出，及时地降低了筒体内浆液的浓度及物料的重量，更加有利于还未溶化的颗粒的溶化过程，并减少无用功。由于设备的传动部件不和浆液接触，因此大大地提高了设备的使用寿命同时降低了设备使用和维护成本。 4、滤浆：

滤浆采用滚筒筛的原理。制浆时滤浆机的主要作用是分离浆液中的草根等轻的漂浮物，石头、砖块等固体残渣，过滤后的合格浆液注入输浆管道。 5、输浆:

静压输浆不能满足浆液在管道中的输送及注浆地点的扩散时，需增加渣浆泵动压输浆。

3．应用工艺

1）注浆：启动制浆按钮，供水电磁阀开启，水泵运行。系统控制系统会根据给定注浆的流量和浓度调整给水泵的转速；当水位满足设定值后制浆机滚筒正向旋转，并使用装载机把黄土从土场加入到定量给料机斗内，定量给料机会按已设定的给料量把黄土添加到制浆机；制浆机把水与黄土混合、搅拌制成均匀浓度浆液，浆液会从制浆机內筛流入内部储浆槽，过滤合格的浆液经储浆槽自流或经泥浆泵的输送进入注浆管路。

2）排渣：启动排渣按钮，控制系统及传感器根据制浆机的状态，关闭供水电磁阀及水泵。制浆机滚筒完全静止后。反向启动制浆机滚筒，制浆机即进入排渣状态，残渣会从内筛口排出落入渣坑，等积攒到一定程度由装载机一并运走，一般每个班清渣两次,如黄土质量比较高含杂质少，可一班清渣一次。

4．系统功能

灌浆：本系统每小时最多可将60m3的黄土制成一定浓度的浆液，经过滤后通过管路进入注浆地点，达到防灭火目的。

5．系统设计参数

1）系统型号：FDFM/60/0.6

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2）制浆原料：黄土/粉煤灰； 3）动力：系统设备总功率41kw；

4）供水：60m3/h，水压大于0.4Mpa，要求水中无不溶性杂物； 5）水土比：3～2:1； 6）注浆量：60 m3/h；

6．主要设备及技术参数

1）制浆机 型号：FDFM-60 数量：1台 制浆量：60m3/h

功率：5.5kw；电压：380V。 将黄土和水制成浆液。 2）清水泵

型号：************** 给制浆机供水

3）泥浆泵浆泵（需要给浆液加压的矿井才使用） 型号：******************

************

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7．控制系统

型号：FDZK-60 数量：1套

监控防灭火系统中设备的运行；电气控制和电气保护机构。

控制系统构成表

序号 产品 描述 单数位 量 备注 1 变频驱动 台 2 电气控制柜 自动控制各设备并检测设备状况，自动保护并实现流程及自动控制。 组 1 3 套 1 4

套 1

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厂房示意图（参考）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ilrg.html