预防性灌浆设计

预防性灌浆设计一、预防性灌浆设计依据及基础资料1、煤层赋存条件（1）了解煤层厚度、倾角、埋藏深度（2）了解老窑情况，确定是否采用采前预灌；（3）了解地质情况，断层、裂隙等，是否有采空区与地质构造带沟通，是否与其他水体相连，防止溃浆事故。2、煤炭自然发火情况煤的碳化程度、煤岩成分、含硫量、自然发火倾向性及自然发火期；3、灌浆材料基本情况各种浆材的质量、数量、开采条件及采土场与井口位置关系图；（1）根据浆材的质量、数量合理选择灌浆材料；（2）根据开采条件及采土场与井口位置关系合理选择灌浆方法；（3）选择合理的土水比。依据：《煤矿矿井开采设计手册》和《煤矿注浆防灭火技术规范》4、矿井开拓开采方式和采区布置图（1）灌浆管路设计依据；（2）计算输送倍线；（3）计算是否需要泥浆泵加压灌浆。5、灌浆站的工作制度（1）计算日灌浆量、时灌浆量；（2）选择灌浆设备。二、预防性灌浆设计步骤1、灌浆材料的选择水土丰富，采用黄泥灌浆，否则采用其他泥浆代用材料，要从经济上考虑。2、灌浆参数计算1)根据已知的基础资料合理地选择灌浆参数：土水比、灌浆系数、取土系数等；2)根据已选择参数计算：（1）灌浆用土量m3Qt=K.m.L.H.C（2）日灌浆所需土量m3Qt1=K.G/γ1或Qt1=K.m.l.H.C日灌浆所需实际开采土量Qts=a﹒Qt1（3）制浆用水量灌浆用水量m3（3）灌浆量m311stQQ21sssQQk111()jtsQQQM＋1/()hjQQntj3、浆液的制备方法根据选择灌浆材料的情况以及选定的灌浆方法，设计地面浆液制备系统、如水力制浆、机械搅拌制浆等4、灌浆管道（管壁、壁厚）及泥浆泵选型计算1）灌浆管道计算（1）主要灌浆干管直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。①管径计算：式中：Qj——小时灌浆量m3/h；v0——临界流速m/s；②查表选择直径d③校验实际流速v=4Qj/3600πd2要求v＞v0004360030jjQQd土壤名称比重管外径及壁厚土水比泥浆容重t/m3临界流速m3/s粘土2.789×61:31:51:71.2831.2821.1341.1211.3291.490114×61:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.2301.4531.5501.6361.934168×71:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.4121.6741.7791.8772.219泥浆临界流速表轻亚粘土2.789×61:31:51:71.2831.2821.1341.4291.6941.900114×61:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.5701.8601.9782.0862.467168×71:31:51:61:71:101.2831.1821.1551.1341.0961.8012.1302.2702.3942.830泥浆临界流速表（2）管材确定地面灌浆管一般采用铸铁管，井下根据灌浆压力确定：当灌浆压力为10-16大气压选用水、煤气输送管；当灌浆压力大于16大气压，选用无缝钢管。（3）管壁计算垂直管道：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600kg/cm2；P——管内压力kg/cm2，P=0.11γjH；γj——泥浆容重t/m3；H——井深,m；a——考虑管壁不均匀的附加厚度，钢管1-2mm；铸铁管7-9mm；b——考虑垂直管道磨损的附加厚度，根据管道的服务年限取1-4mm。baPRPRdZZ)13.14.0(5.0水平管道：n——管道质量与壁厚不均匀的变动系数，取0.9；2）灌浆管路的布置灌浆管路有“L”和“Z”布置形式。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。anRPdZ1403）泥浆泵设计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=γj.h0′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；hb——泥浆泵站内管路及零件阻力损失，一般取2-3m；hc——剩余水头，取2-5m；hf——泥浆管道沿程阻力损失，hcHjh0hfhjhshbhf=L.ijL——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.iwK——泥浆阻力系数，与土水比有关。iw——清水状态下的水头损失，iw=λv2/2gdλ——达西系数,见表管径dmm20015012510075λ0.02030.02220.02370.02600.0292这样计算得到的泥浆泵总杨程，使输送泥浆时的扬程。如是输送水，则简单一些，只要将公式中参数改为水的参数即可。为简化计算，可将泥浆泵运送泥浆与清水时的关系用公式换算：Hj=Hw.A式中：Hw——泥浆泵运水时的扬程,m；A——换算系数，见表。泥浆阻力系数k表土水比1：31：51：61：71：10粘土1.1501.1401.1351.1301.125亚粘土1.1551.1451.1401.1351.125轻亚粘土1.1601.1501.1451.1401.125换算系数A泥浆比重t/m3泥土比重2.52.62.72.81.051.031.031.031.031.101.061.061.061.061.151.091.091.091.091.201.111.111.121.121.251.141.151.151.151.301.171.181.181.184）水枪的选择水枪的流量特性计算1）水枪喷嘴出口射流速度φ——流速系数，取0.94；H——水枪工作压头，m。2）水枪喷嘴流量u——流量系数如射流未经压缩则u=φ；S——水枪喷嘴出口断面，S=πd2/4；d——水枪喷嘴直径，mm；3）水枪喷嘴直径mm4）水枪喷嘴压头m5）水枪台数计算Qt2——小时取土量，m3/h；Qw——水枪采土小时用水量，m3/h；Q枪---水枪的流量，m3/h·台q——单位耗水量，（水枪在某一压力下取土1m3所消耗的水量）m3/m3H17.4gH2vg2vH2HdgHdugHusQ2228.32.4.2HQd55.0wQNQ枪2WtQQq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：30-40m；（3-4kg/cm2）单位耗水量：5-6m3/m3；（2）亚粘土；坚固黄土，砂土等水枪压力：40-60m；单位耗水量：6-7m3/m3；（3）轻亚粘土；极坚固黄土，砂土等水枪压力：60-70m；单位耗水量：7-9m3/m3；5．注浆方法注浆按与回采的关系大体可分为采前预注、随采随注和采后封闭注浆三种类型，随采随注分为钻孔注浆、埋管注浆和洒浆三种方式6．矿井注浆防灭火效果考察7．矿井注浆防灭火安全措施