矿井胶体防灭火系统初步设计 - 图文

X X矿胶体防灭火系统

设计说明书

X X矿

目 录

1前言?????????????????????1 2矿井概况???????????????????2 3胶体防灭火技术简介??????????????3 4胶体防灭火系统的功能特点及构成????????6 5X X矿胶体防灭火系统设计??????????11 6首采面注胶防灭火设计????????????15 7能源和材料?????????????????19 8土建????????????????????19 9设备选型及经费概算?????????????19 10附件：注胶灭火钻孔快速施工技术及装备????20 11附图????????????????????21

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X X矿胶体防灭火系统

设计说明书

1前言

在发现煤层自燃高温点时，采用常规的注水、灌浆和喷阻化剂时，由于重力作用，浆液流往低处，不能在高处积存、渗流范围很小，难以扑灭高处大面积火源；浆液往低处流，冲出水沟，不能有效降低块煤内部温度，停止注浆后，风流渗透流畅，复燃很快，且用水或灌浆控制火势时，将迅速产生大量水蒸汽，反而会促进煤层自燃火势发展，恶化工作环境，并有产生水煤汽爆炸的危险。采用注氮、注惰性泡沫灭火时，需封闭性严，且气体热容小，能带走高温区的热量有限，灭火周期很长，火区复燃概率高。

灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中用得较普遍，泥浆能够吸热降温，对煤体还有包裹作用，达到隔氧的目的，对于采空区的防灭火效果显著，已成为与井下内因火灾斗争的主要措施之一，但其仍存在以下不足之处：

1）浆液浓度较低，井下流失量大，效率低；

2）若提高浆液浓度，制浆材料容易在管路中沉降，出现堵塞管路的问题； 3）泥浆不能滞留在位置较高的易发火部位，且易形成固定流动通道而流失； 4）用于灭火时，有水煤气爆炸的危险，给井下灭火队员构成极大威胁。 胶体防灭火材料集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题，成功地扑灭了上百起煤层火灾，防灭火效果极佳，已成为煤层自燃火灾治理的主要技术手段之一。

为了对矿井火灾进行有效地预防和在紧急情况下快速反应，迅速控制火灾，减少灾害损失，有必要建立一套灌浆注胶防灭火系统，使其能够实现灌浆材料的就地取材和大流量压注胶体等新型防灭火材料。

为了有效预防和治理X X矿即将开采的XX采区XX煤层自然发火，特委托XX有限责任公司和XX科技大学能源学院制定《X X矿胶体防灭火系统设计》。

编制本设计总的指导思想是“技术先进、因地制宜、合理选材、优化配置、

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易于操作、节约资 ”。

编制本设计的依据如下： 1）煤矿安全规程。 2）X X矿矿井设计说明书。

3）XX采区自燃煤层开采自燃防灭火方案设计说明书。

4）XX煤层最短自然发火期实验报告和自燃倾向等级鉴定报告。 5）XX采区XX煤层规划图。 6）XX采区地形地貌图。

7）煤矿安全工程设计和其它相关的设计规范和规定。 8）X X矿其它相关技术资料。

2矿井概况

X X矿井是XX煤电(集团)公司正在建设的一座新矿井，年设计生产能力为180万吨。矿井采用分区抽出式通风，采煤方法为走向长壁后退式回采，全部冒落法管理顶板。

矿井井田由原勘探的XX井田和XX井田合并而成，XX井田在主平峒北翼。在XX区，第一水平设计有一、二、三三个采区。已建成投产的XX采区紧靠主平峒，XX采区井口在三道河附近，有回风斜井、轨道上山和提前出煤平峒通至地表，轨道上山和提前出煤平峒共用一个工业场地。

井田含煤地层为二迭系上统龙潭组，含煤27至44层，其中可采煤层15层，可采煤层平均总厚21.86m。矿井开采的主要可采煤层有1#、3#、7#、XX、10#、17#六层。煤层倾角18至25度，平均22度。

X X矿井煤质牌号以贫煤为主，其次为瘦煤、无烟煤。原煤灰分以中灰为主，一般在15%至25%之间，硫分以特低硫为主，一般在1.19%以下，但主要可采煤层XX、10#含硫较高。

根据地质报告提供的资料，X X矿井属高瓦斯矿井，而且除10#、13#层外，矿井各煤层均属有爆炸危险性煤层。矿井主要可采煤层属自燃和可能自燃煤层，自燃倾向等级划分为Ⅱ～Ⅲ级。在矿井初步设计中，设计根据地质报告提供的煤层自燃等级鉴定结果，并考虑到XX矿区邻近矿井从未发生过自燃现象的实际，

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预测X X矿井煤层自燃性较弱，因此，并未在初步设计中作专门的预防自燃发火设计，仅仅提及利用10%至15%的CaCl2或MgCl2溶液作为阻化材料，喷洒回采工作浮煤、采空区及煤柱表面，以抑制煤层自燃。

根据地质报告提供的鉴定结果，X X矿井的自燃煤层有XX、10#和24#层，24#层由于设计修改，已排除在矿井开采范围之外，而XX、10#煤层全井田均较为稳定，是X X矿井的主要可采煤层。XX煤层是X X矿井较稳定的主要可采煤层（煤层开采规划如图1），全井田平均厚度1.97m，在XX区可采厚度2.33m，两极值0.72至6.52m，煤层夹矸0～3层，一般夹泥岩一层，厚0.22m，顶板为粉砂岩、粉砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩。煤层瓦斯含量为1.5～15.94m3/t，煤层水分平均1.7%，煤层灰分平均11.51%，煤层硫分平均1.74%。煤层还原样与氧化样着火点之差平均为41℃，极值为21～48℃，属自燃煤层。XX煤层可采储量为4612.3万吨，占矿井可采储量的12%。

XX矿区X X矿设计的XX采区为两翼开采，走向长2km，南北翼各1km。在XX采区，XX煤层共布置有 1091、 1092、 1093、 1094、 1095五个工作面。目前在XX采区南翼，XX煤层设计有一个工作面，即 1094首采面；北翼设计有 1091和1093两个工作面。

XX采区XX煤层自燃倾向性等级为二级，属自燃煤层，最短自然发火期为32天，2001年5月，在穿XX煤层的石门顶部曾发生过自然发火。

3胶体防灭火技术简介

3.1胶体防灭火材料的类型及其构成

1）硅凝胶

以硅胶为主体的“凝胶”、“胶体泥浆”和“粉煤灰胶体”由基料（水玻璃）、促凝剂（碳酸氢钠）、增强剂（黄土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。见图2。

凝胶基料主要控制胶体强度，添加量越多，胶体强度越大，其常用比例为6%（防火用）至15%（充填用）。

促凝剂主要控制成胶时间，添加量越多，成胶时间越短，其常用比例约为2%至3%（成胶时间1min）。

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图2 凝胶

增强剂主要作为填充料，用于增加胶体强度，其用量为0～50%。 每立方胶体材料成本约60～100元。

主要用于巷道顶部火区、空洞及密闭间的充填堵漏。 2）稠化胶体

“稠化胶体”由稠化悬浮剂（JXF1930）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。见图3。

稠化悬浮剂用量为0.1%。

加入悬浮剂的浆液具有保水性、渗透性、悬浮性和致密性，在使用过程中浆液不离析，流动性好，而且浆液与管壁的摩擦阻力减小，便于泵送和管路运输。较好的保水性和致密性能，又可在较长时间内覆裹煤体。

每立方胶体材料成本约8～9元。

主要用于停采线、切眼、采空区等大面积区域的灌浆防灭火。 3）复合胶体

“复合胶体”由胶凝剂（FCJ12）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。见图4。

胶凝剂用量为0.06%。

图4 复合胶体

图3 稠化胶体

复合胶体成本低，约8～10元/m3，有一定的可堆积性，具有粘弹性，主要用于井下动压带和大范围火区的防治。 3.2胶体材料的防灭火性能

1）固水性:纯胶体中90%以上是水,易于流动的水被固结起来,使水的灭火作用得以充分发挥。

2）吸热降温性:成胶过程是吸热反应,煤温上升使胶体中的水汽化,也将吸收大量的热。

3）渗透和堵漏性:成胶材料是易于流动的液体,渗透到煤层缝隙中后形成胶体，堵住漏风通道。

4）阻化性:促凝剂和基料本身都是阻化剂,两者反应生成的材料也是阻化剂,胶体具有通用阻化剂的性能,对高硫矿仍有良好的防灭火性能。

5）热稳定性:在1000多度的高温下胶体不熔化、不破裂,仍能保持完好，只是慢失水干裂,但残渣(增强剂和SiO2)仍充填着煤体孔隙。

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6）充填性能:增强剂用量增加, 胶体耐压性增强,高浓度的胶体泥浆和粉煤灰凝胶可充填高冒空顶区。

7）在井下正常情况下（T<28℃,湿度>90%）,胶体可长期保存在煤层中（现场实测十三个月仍完好），防止煤层自然发火或火区复燃。

8）成胶时间可以控制,便于针对不同发火情况和现场使用工艺对其进行适当调节，最短成胶时间25秒,慢的可控制在数十小时。

9）材料来源广泛,应用工艺简单，与灌浆系统相配合的大流量压注胶体泥浆工艺可用于扑灭大面积煤层自燃火灾。

稠化胶体与复合胶体除具有上述胶体特性外，还有如下特性：

1）添加剂用量极少，仅为千分之几或万分之几，在灭火中使用，可使固体灭火材料在井下的运输量大幅度减少。

2）胶体有粘弹性，它能紧密充填于煤层间隙，即使煤层压裂破碎也不会产生漏风裂隙，可对移架、矿压等造成的新裂隙进行二次封堵。

3）胶体具有触变性且受热粘度降低。在进行输送时，其粘度较低，运输阻力不大，而进入煤层静止后，其粘度增大，可滞留在煤层中，吸热堵漏；材料受热粘度降低，使其在煤层中向高温点的流动变得容易，而从高温点向外流相对较困难，有利于灭火。

3.3胶体防灭火技术的特色

1）灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。

2）安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽,不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。

3）火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，不需等待（《煤矿安全规程》规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能启封），即可启封火区。

4）火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。

4胶体防灭火系统的功能特点及构成

XX有限责任公司研制开发的智能化胶体防灭火系统，可充分地利用矿区的粉煤灰、黄土、砂土和矸石等原料制成复合胶体，其成本仅为硅凝胶的15%左右，胶

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体外加剂的用量仅为无机凝胶的0.5%，克服了硅凝胶基料用量大、成本高、运输困难等缺点，经专家鉴定达到国际先进水科。 4.1系统的功能特点

1）可使用砂土、黄土、矸石等多种灌浆材料，易于实现灌浆材料的就地取材，系统配置及参数可根据矿区实际条件及所选用的制浆料进行调整；

2）系统能制备各种浓度的浆液（水土比最高1:1），以适应不同情况的灌浆； 3）通过在高浓度浆液中加入悬浮剂，使高浓度浆液能够通过管路顺利地输送到用浆地点，而不会出现管路堵塞的问题；

4）仅需变换外加剂，即可通过该系统实现大流量地压注凝胶、稠化胶体和复合胶体等多种新型防灭火材料，系统利用率高；

5）完善的自动化控制系统可确保胶体防灭火系统的稳定运行，减小人为因素影响，提高系统的可操作性。 4.2系统总体构成

ZJ系列型智能化胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送及预处理系统（破碎、研磨或筛分）、连续式定量制浆系统、地面外加剂添加系统、过滤搅拌系统、输浆管网系统和井下外加剂添加系统构成，见图5。

砂土料场 粉煤灰池 黄土料场 地面外加剂浆料输送及预处理系统 连续式定量制浆系统 添加系统 过滤搅拌系统 混合器 地面 输浆管混合器 井下外加剂添加系统 井下 网系统 使用地点 图5 胶体防灭火系统的总体构成

胶体防灭火系统的工艺流程见图6和图7。

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水池1 水表稠化悬浮剂 配比泵 备用配比泵 化工泵1 基料 池1 基料 基料 池2 水 水池2 水泵1 及分水器 制浆机 滤浆机 化工泵2 渣浆泵 地面 井下 高温 水泵2 制浆料 高温 多功能胶体压注机 胶凝剂 促凝剂 胶体 压注机 注：A、B、C、D为外加剂添加系统。

图7 胶体防灭火系统工艺流程示意图

系统功能（可根据现场需求进行配置）：

1）灌浆：A、B、C、D四部分都不运行；2）压注硅凝胶：灌浆和B、D两部分共同运行；3）压注稠化胶体：灌浆和A部分共同运行；4）压注复合胶体：灌浆和A、C两部分共同运行；

系统每小时可将30～60m3的制浆料进行破碎（研磨或筛分）等预处理，然后送入胶体制备机制成高浓度的稠化悬浮胶体，再经滤浆机过滤，由泥浆泵输送至井下灌浆管网，到达用浆地点后，利用ZM-5/1.8G煤矿用注浆机向管路内加入胶凝剂，形成复合胶体注入火区。 4.3连续式定量制胶系统

该系统主要由连续式定量制浆机、水泵、滤浆机、渣浆泵、悬浮剂添加设备、化工泵和自动监控系统构成（如图8），自动监控系统界面如图9。

图8 连续式定量制浆及输浆系统

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图9 监控系统软件界面

4.4自动监控系统

自动监控系统可根据实际需要实现设备开停控制，调节系统流量，并自动调节各种物料配比，监控整个系统运行，并可实现远距离网络监控（如图10、图11）。

工 业 控制机 稠 化变频控制 器 变频控制 器 变 频 变 频 控制器 变 频 控制器 制浆料 悬浮剂 控制器 水 流 量 水泵 传感器 液 位 传感器 流 量 滤浆机 传感器 渣浆泵 流 量 传感器 基料 化工泵 井下 采空区 胶体 压注机 胶凝剂 胶体 高温 促凝剂 图11 胶体防灭火系统监控流程示意图

压注机 监控过程阐述如下：

1）根据流量传感器检测到的水量和浓度传感器检测到的浆液浓度，确定出从滤浆机输出浆液的流量和浓度；

2）工控机根据设定的浆液浓度和流量要求，向水泵和制浆机发送指令，调节水量和制浆料加入量，使浆液达到所设定的浓度和流量；

3）工业控制机根据设定的相应外加剂加入量，向定量给料装置发送指令，调

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节外加剂的加入量，使其在浆液中的浓度达到设定值；

4）根据流量传感器检测出注胶流量，并通知井下人员按比调节相应的外加剂加入量（人工调节设备至设定的添加量）。 4.5外加剂添加系统

该系统主要是为了实现利用注胶管网压注凝胶、复合胶体、稠化胶体和固化充填材料等多种新型防灭火材料而设置的。根据各种材料添加比例的要求，由专门的添加设备来实现各种外加剂向注胶管网内的添加。

稠化悬浮剂由CT-20/60型稠化剂添加机定量添加。 基料（水玻璃）由ZM-5/0.8H型化工泵添加。

井下促凝剂和胶凝剂添加设备选用ZM-5/1.8G型多煤矿用注浆机。 4.6主要设备及技术参数

1）胶体制备机

型号：JF-60C 数量：1台 最大制胶量：60m3/h；功率：22kw。

可将土等浆料制成各种浓度的稠化胶体。胶体的浓度比例可任意调节，制胶量从30m3/h至60m3/h任意调节。

2）滤浆机

型号：LJ-60C 数量：1台 最大滤浆量：60m3/h；功率：7.5kw。

配合胶体制备机共同使用，主要用于浆液进入渣浆泵前的搅拌和过滤。 3）定量送料机

型号：ZSL-100 数量：1台 最大送土量：100m3/h；功率：22kw。

智能化胶体防灭火系统的前端准备设备，主要功能是制浆原料的粗破和碎土机的定量均匀给料。

4）碎土机（含滤土装置） 型号：ZST-100 数量：1台 最大破土量：100m3/h；功率：7kw。 制浆原料的破碎和过滤处理设备。

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5）智能型注胶监控系统 型号：ZJ-60 数量：1套

实现胶体防灭火系统的智能化控制；检测和控制胶体防灭火系统中所有运行设备的各项参数；电机及电气控制的执行及电气保护机构，可实现全自动和手动的转换，整个系统的操作和主要参数的显示。

检测所有运行设备的故障并进行分析，可接入internet网，实现远程控制； 自动处理各项原始数据，生成报表，与通用办公系统兼容。 6）煤矿用注浆机

型号：ZM-5/1.8G 数量：1台

流量：5m3/h；功率：5.5kw；压力：1.8MPa。

井下系统配套用。与地面系统配套使用，实现注胶地点的液固转化。 7）渣浆泵

型号：PZJD-80-430 数量：1台

流量：60~80m3/h；功率：55kw；扬程：60~70m。 实现浆液向井下的输送，输送浆液浓度25~50%。 8）化工泵

型号：ZM-5/0.8H 数量：1台

流量：5~10m/h；功率：3kw；压力：0.8MPa。 输送化工流体水玻璃（凝胶基料）。 9）悬浮剂添加机

型号：CT20/60 数量：1台 稠化悬浮剂添加量：20~60kg/h可调。 与胶体制备机配合使用，添加稠化悬浮剂。 10）供水泵

型号：SLS80-200 数量：1台

流量：100m3/h；功率：22kw；扬程：50m。 11）排水泵

型号：ZCQ32-25-145 数量：1台

流量：>3m3/h；功率：1.1kw；扬程：15m。

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4.7设备尺寸和重量

1）外型尺寸(长×宽×高) 送料机：2800mm×2200mm×3000mm 碎土机：3550mm×2000mm×2200mm 胶体制备机:4400mm×2000mm×2000mm 滤浆机:2850mm×2200mm×2200mm 渣浆泵:2300mm×1300mm×1050mm 化工泵:1700mm×400mm×450mm 电气控制柜:650mm×450mm×1880mm

煤矿用注浆机：1650mm×600mm×900mm（井下用） 2）重量 送料机:3800kg 碎土机:4350kg 胶体制备机:4100kg 滤浆机: 3500kg 渣浆泵: 455kg 化工泵: 360kg 电气控制柜: 75kg

煤矿用注浆机：225kg（井下用）

5X X矿胶体防灭火系统设计

5.1制胶材料

1）制浆材料：选用电厂粉煤灰，从距XX采区24km的火铺电厂取材，用翻斗车运至储灰厂。

2）水：取自XX采区高位水池。

3）硅凝胶材料：基料选用水玻璃；促凝剂选用碳酸氢钠（或碳酸氢铵）。 4）稠化胶体材料：选用JXF1930悬浮剂。

5）复合胶体材料：选用FCJ12复合胶体添加剂（胶凝剂）。

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5.2系统设计参数

1）制浆料最大输送量：30m3/h（固定式）； 2）水量：>30m3/h； 3）最大水灰比：1:1；

4）制浆量：（30m3制浆料+ 30m3水）/h=42m3/h； 5）基料量(8%)：3.2t/h；（在基料池内设标尺计量）； 6）促凝剂量(2.5%)：1.0t/h；（井下添加） 7）悬浮剂量(0.1%)：40kg/h；

8）胶凝剂量(0.06%)：25kg/h；（井下添加） 9）基料贮量：15m3；

10）系统布置场地：5m *12m+5m *12m； 11）制浆料料场：300m。 5.3系统工艺流程

该系统主要由多功能连续式定量制浆机、水泵、滤浆机、渣浆泵、悬浮剂添加设备、化工泵和监控系统构成。

系统工艺流程见图12。

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水玻璃 JXF1930悬浮剂 粉煤灰 水 储水池 储存池 CT-20/60悬浮剂添加机 水泵 出渣 电磁流量计 水流量计 化工泵 LJ-60C滤浆机 JF-60C胶体制备机 电磁调节阀 储浆池 泥浆泵 至井下

图12 X X矿灌浆注胶站系统工艺流程图

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5.4系统布置

考虑到XX采区的实际情况，在XX采区提前出煤平峒场地建立地面集中式注胶站，用泥浆泵加压，通过管路直接输送至采面进、回风巷对采空区灌浆。合理地运用注胶站地形，可减少所需配置设备，系统采用梯级布置见图13和图14。

注：储灰厂粉煤灰用装载机或推土机运至胶体制备机料斗内。

图13 系统梯级布置平面示意图

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5.4浆液输送管网及增压系统

管路铺设路线为：

地面注胶站→提前出煤平峒→1840—1873回风斜巷→回风上山→工作面进、回风顺槽。

XX采区范围为走向2km，两翼开采，每翼各1km，倾向约1.4km，井下浆液最大需输送距离为2400m，输送最远点标高约为+1480；注胶站标高为+1880，距井口600m，井下最大标高约为+1920（1091面）。

1）管路阻力

粉煤灰浆液（水灰比1:1）比重为1.4g/cm3，考虑系统常用输浆流量为36m3/h（即0.0117m3/s）。

最远点输浆管路阻力：输送距离为3000m，考虑500个接头阻力损失折合成直管的长度，则不同直径管路中浆液的流动阻力见表1。

表1 不同管径管路中浆液流动阻力计算表（H0=ρe AQ2La） 管内径d 流量Q 流速v 折合长度浆流密度比阻系数 所需扬程 (mm) 68 80.5 106 126 (m/s) 0.01 0.01 0.01 0.01 3(m/s) 2.76 1.97 1.13 0.80 La(m) 3000+600 3000+1000 3000+1400 3000+1800 ρe(g/cm) 1.40 1.40 1.40 1.40 3A 11080 1750 360 135 H0(m) 5600 980 200 90 井下标高最高点的管路阻力：输送距离2100m，考虑350个接头阻力损失折合成直管的长度，则不同直径管路中浆液的流动阻力见表2。

表2 不同管径管路中浆液流动阻力计算表（H0=ρe AQ2La） 管内径d 流量Q 流速v 折合长度浆流密度比阻系数 所需扬程 (mm) (m3/s) (m/s) La(m) ρe(g/cm3) A H0(m) 68 80.5 106 126 0.01 0.01 0.01 0.01 2.76 1.97 1.13 0.80 2100+420 2100+700 2100+980 2100+1260 1.40 1.40 1.40 1.40 11080 1750 360 135 3900 680 140 60 综合考虑浆液在管路中的流速和流动阻力，选用浆液输送管径为106mm（即4寸管）。

2）最大输送阻力

出浆口按压注硅凝胶时的最大为2.0MPa，即约200m扬程，则：

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最远点的浆液输送阻力为：（1480-1880）+200m+200m=0m；

井下标高最高点的浆液输送阻力为：（1920-1880）+140m+200m=380m； 则灌浆管路所需承受的最大压力约为3.8MPa。 3）增压泵的选择

所需增压系统的扬程应大于380m，即3.8MPa。故选用中压注浆泵，型号为TBW-850/50，功率为75kw。

6首采面注胶防灭火设计

6.1首采面的防灭火重点

1）开切眼和停采线是采空区自燃防治的重中之重。

工作面的开切眼断面大，受矿压影响易压裂破碎，存在漏风供氧；综采设备安装时间较长，初期工作面推进速度一般相对较慢，开切眼松散煤体氧化升温时间长，煤体温度较高；切眼长期不跨落，附近煤体的供氧条件相对较好。

工作面停采后不能及时撤面、封闭，而导致自燃危险性增加。

因此，综采面开切眼、停采线附近是采空区最易发生自燃火灾的地点，是综采面防灭火工作的重中之中重。

2）进风侧采空区是防灭火工作的重点

由于工作面进风端头是采空区的主要漏风通道，氧浓度较高，氧化带宽度大，浮煤在采空区内的氧化时间长。

因此，进风侧采空区处理是防灭火工作的重点。 3）回风侧采空区的封堵是采空区防灭火的重要工作

回风隅角是工作面负压最大的地点，回风顺槽进入采空区很长一段距离后不跨落，造成负压对采空区深部的作用力较大，浮煤进入窒息带的时间延长。

因此，回顺采空区的封堵应作为一项采空区防灭火的重点工作。 6.2开切眼注胶

1）注胶范围

工作面推过切眼10~15m后，在开切眼处，沿倾斜方向在进风顺槽侧压注胶体形成一段长约15m,宽约10m，高为5m的胶体隔离带，如图15。

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回风顺槽 综采面 采空区 开切眼 15m 进风顺槽 图15 开切眼注胶范围示意图

2）注胶钻孔布置

综采面推过切眼后，在工作面进风顺槽内向采空区切眼顶部，采用注胶灭火钻孔快速施工技术及装备（见附件），施工2个注胶钻孔，钻孔终孔位于切眼中间，距切眼底板5m，1#钻孔位于运顺顶部中间，2#钻孔距运顺外邦10m，见图16。

切1094综采面 眼 2# 进风顺槽 1# 10~15m 15m 图16 开切眼处的钻孔布置示意图 3）注胶前的准备工作

由于综采面回采初期切眼和两巷冒落不实，为减少胶体泄漏，首先用沙土袋（或碎煤袋）封堵端头支架（或过渡支架）后部末冒落实的空洞，如图17,充填厚度（沿走向）为2m左右，高度接顶，然后再通过注胶钻孔压注复合胶体。

图17 采空区两道沙袋充填示意图

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4）注胶量及胶体材料用量

注胶量大小主要取决于胶体隔离带的宽度、长度、高度和顶板的垮落状况等因素，按下式进行注胶量的计算：

Qj=k×h×l×w×n

式中，Qj为注胶量m3；h为注胶高度，取5m；l为胶体隔离带长度，取15m；n为空隙率，取0.5；w为胶体隔离带的宽度，取10m；k为注胶有效系数,考虑到胶体的渗流等特性，取1.2。

因此，切眼处复合胶体隔离带所需注胶量为： Qj=1.2×10×5×15×0.5=450m3

所需的悬浮剂（JXF1930）用量按下式计算： Wf= Qj×α

式中，Wf为悬浮剂用量，kg；Qj为注浆量；α为配比率，取1?

故：W=450×1?×1000=450 kg。 所需的胶凝剂（FCJ12）用量按下式计算： Wz=Qj×α

式中，Wz为胶凝剂用量，kg；Qj为注浆量；α为配比率，取0.6?

故：W=450×0.6?×1000=270kg。 5）切眼注稠化胶体

将工作面回风顺槽的管路出口布设在切眼中部，向切眼大量压注粉煤灰稠化胶体，工作面浆液流失量较大时，停止注胶。 6.3综采面回采期间的注胶

1）在两条顺槽后部采空区堆积土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔离墙，间距为60m至100m；

2）在综采面进风侧采空区防火堵漏隔离墙内注复合胶体建立隔离带，胶凝剂添加设备放置在平板车上，随进风顺槽内串车同时移动；

3）回风顺槽采用拖管注稠化胶体，随采随注。

工作面每推进60m至100m（切眼推过20m或回风流气体超限或工作面推进困难时），在进风顺槽支架后方建立厚度约为2m的砂袋墙（同时在顶部压入2寸

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的注胶管），封堵采空区内未跨落的巷道，并为采空区注胶创造条件。

待工作面推过砂袋墙一段距离（且工作面切眼注胶完成后），工作面进风端头跨落带与砂袋墙结合充分后，通过砂袋墙顶部压入的注胶管，压注一定量的复合胶体（压注量：10×4×4=160m3）。

悬浮剂（JXF1930）用量为：W=160×1?×1000=160kg。 胶凝剂（FCJ12）用量为：W=160×0.6?×1000=96kg。 6.4停采线注胶

工作面停采前，在两条顺槽后部采空区堆积土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔离墙，施工钻孔向两道采空区注胶，形成胶体隔离带；

工作面设备全部撤出以后，在回顺闭墙留设的3寸管路，向停采线大量压注稠化胶体。

6.5首采面所需注胶防灭火材料用量计算

1）粉煤灰量

XX采区1094首采面煤炭储量为75万吨，则采空区注胶所需粉煤灰量为： Q灰=K×G/r煤=0.05×75×104/1.45≈26000m3

切眼和停采线所需注灰量分别按1000m3计算，并考虑1.2倍的系数，则共需灰量约为：34000m3。

可形成胶体量：34000×1.4=47600 m3。 2）需水量

需用水量按灰量的1.3倍计算，约为：44000 m3。 3）悬浮剂用量

悬浮剂（JXF1930）用量为：W=47600×1?=47.6t。 4）胶凝剂用量

切眼和停采线所需胶凝剂量分别按300kg，按平均80m施工一道复合胶体隔离墙计算，则进风顺槽共需施工复合胶体隔离墙10道，每道需胶凝剂120kg，则共需胶凝剂约2t。

5）基料和促凝剂 根据需要随用随购。

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7能源和材料

1）动力电：>120kw；

2）供水：>30m3/h，水压>0.3MPa，要求水中无不溶性杂物； 3）制浆料贮存：800m3； 4）稠化悬浮剂贮存量：10t； 5）胶凝剂贮存量：2t； 6）基料贮存：随用随购； 7）促凝剂贮存量：随用随购。

8土建

1）雨棚：5m×12m×4.7m+5m×12m×6m(长×宽×高)。 2）基料贮存罐：2.3m×2.3m×3.0m(内)，钢筋混凝土结构； 3）设备基础,见基础施工设计。

9设备选型及经费概算

总经费：220.38万元；其中： 系统设备费：89.8万元，见表3；

首采面所需防灭火材料费：112.58万元，见表4； 系统设计费：18万元。

表3 系统设备明细表

序号 名 称 1 胶体制备机 规格型号 数量 功率 生产厂家 单价(kw) JF-40 1台 22 XX森兰 XX森兰 (万元) 28.0 6.0 小计(万元) 28.0 含水流量检测仪 6.0 5.0 18.0 5.0 9.8 3.0 15.0 错误！未 不含监控系统 井下系统配套用 备注 2 悬浮剂添加机 CT-20/60 1台 3 3 4 5 泥浆泵 TBW-850/50 1台 75 石家庄泵业 5.0 滤浆机 电控柜 LJ-60C 1台 7.5 1套 XX森兰 XX森兰 XX森兰 XX森兰 19

18.0 5.0 9.8 3.0 6 煤矿用注浆机 ZM-5/1.8G 1台 7.5 7 一次成孔钻具 8 管路安装 小 计

KHY- 4寸 1套 3000m 指定书签。 表4 首采面所需防灭火材料明细表

序号 名 称 规格型号 数量 生产厂家 1 2 粉煤灰 悬浮剂 34000m 3单价 (元) 0.8/t.km 8800 16500 600/吨 1200/吨 300/吨 小计(万元) 65.28 44.0 3.3 错误！未指定书签。 备注 胶凝剂 基料，随用随购 促凝剂，随用随购 促凝剂，随用随购 XX森兰 XX森兰 JXF1930 50吨 FCJ12 2吨 3 复合胶体添加剂 4 水玻璃 5 碳酸氢钠 6 碳酸氢钠 小 计 10附件：灌浆注胶灭火钻孔快速施工技术及装备

破碎煤岩体内钻孔施工与下套管技术是煤层火灾治理中的难点。KHY-50/38和KHY-63/51注浆灭火一次成孔钻具的研制成功，很好地解决了这一难题。

该套机具的钻杆和套管采用一体化设计，钻杆本身就是套管，钻头有效断面大于内径32mm和45mm的套管，钻孔施工完成后，可直接连管注浆灭火，无需抽出钻杆后再下套管，减少了施工工序，避免了塌孔，且钻杆和钻头可回收。

型号组成：KHY-50/38

钻杆内径,mm钻杆外径,mm径,mm 钻机型号

该套钻具主要由岩石电钻、加水器、连接变头、钻杆、钻头、导轨、支承座等部分组成，见下图。

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接进水口

1 2 3 4 5 6 7 1-岩石电钻；2-加水器；3-连接变头；4-钻杆；5-导轨；6-支承座；7-钻头；

主要技术参数：

1）最大钻进深度：破碎煤体内钻进40m； 2）打钻方式：湿式打钻；

3）动力：3kw电机，电压380/660V；

4）钻杆：长度1.2m/根，外径50mm和63mm，内径38mm和51mm； 5）钻头：有效断面大于内径32mm和45mm的套管； 6）适应巷道高度：1.8～3.5m；

7）外型尺寸：2400mm×400mm×400mm(长×宽×高)； 8）主机重量：75kg。

KHY-50/38（63/51）注浆灭火一次成孔钻具标准配置明细

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名 称 岩石电钻 钻机导轨 加水器 钻杆 钻头 支承座 连接变头 注浆接头 使用说明书 使用说明书 合格证 煤安标志准用证 型号 单位 KHYD75dIA 台 副 个 MZG50/63 米 MZD50/63 个 Z50/63 个 B50/63 个 J50/63 KHY-50/38 KHY-63/51 KHYD75dIA

个 份 份 份 份 数量 1 1 1 120 6 2 2 6 1 1 1 1 备 注 2m或2.6m 加水器与钻杆连接变头 注浆管与钻孔连接变头 11附图

注浆站设备基础平面图 注浆站电缆沟布置平面图 注浆站车间基础图

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