东滩煤矿灌浆防灭火系统设计

周朋+杨晓彤

2.兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿，山东 济宁 272169）

摘 要：根据煤炭矿井设计防火规范，开采容易自燃煤层的矿井或采用放顶煤开采自燃煤层的矿井，必须建立以灌浆为主的两种及以上综合防灭火系统，并必须建立火灾监测系统。本文以东滩煤矿为例，分析灌浆系统和常用的灌浆方法。通过计算，确定工作面灌浆量、灌浆管道管径以及各采区的输浆倍线。

关键词：自燃；井下防灭火；灌浆

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.044

东滩煤矿位于山东省邹城市境内。井田南北长约12.5km，东西宽约4.8km，面积约 59.96km2。矿井于1989年12月建成投产，设计生产能力为4.0Mt/a，目前核定生产能力7.5Mt/a。

根据中国矿业大学2014年11月编制的《东滩煤矿煤自燃倾向性鉴定报告》，矿井主采3（3上）、3下煤层为Ⅱ类自燃煤层。《煤矿安全规程》（2016）第260条要求：开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须编制矿井防灭火专项设计，采取综合预防煤层自然发火的措施。

1 灌浆系统

目前，矿井采用地面分区灌浆系统，地面设有3个制浆站，分别为工业场地灌浆站、北风井灌浆站和西风井灌浆站。根据本矿井的地理位置及地面条件，3个制浆站均采用坑口电厂粉煤灰作为灌浆材料。工业场地灌浆站所用粉煤灰由坑口电厂直接风力输送到灰仓；北风井、西风井灌浆站所用粉煤灰由坑口电厂运至制浆站。灌浆站采用输灰系统将粉煤灰注入制浆池内，并使用搅拌机搅拌下浆。

工业场地灌浆站：设有2个制浆池和2台YNJ1700-14型移动搅拌机，每个制浆池容积50m?，该制浆站灌浆能力50m?/h；北风井灌浆站设有4个制浆池和4台YNJ1700-14型移动搅拌机，每个制浆池容积20m?，制浆站灌浆能力30m?/h；西风井灌浆站设有4个制浆池和4台YNJ1700-14型移动搅拌机，每个制浆池容积20m?，制浆站灌浆能力30m?/h。

2 灌浆方法

采用地面灌浆站集中制浆，静压灌浆的方式。井下灌浆方法主要有随采随灌和采后灌浆方法。随采随灌是灌浆与采煤工作面保持一定距离，随工作面的推进而灌注粉煤灰浆。采后灌浆就是在工作面采完封闭后灌浆。根据本矿井实际情况，主要采用埋管随采随灌和采后灌浆相结合的灌浆方法。灌浆防灭火的主要地点是采煤工作面采空区开切眼、停采线、两顺槽、断层构造带等。为了提高灌浆防火效果，可在粉煤灰浆中加适量的阻化剂等，以达到良好的防火目的。

3 灌浆系统主要技术参数

3.1 工作面灌浆量计算

式中，Qw：工作面灌浆量，m3/h；G：工作面日产煤量，22727t/d（7.5Mt/a）；W：工作面注浆宽度，取100m；h：粉煤灰泥浆覆盖厚度，取0.15m；δ：灰水比的倒数，灰水比应为1：2～1：5，取3；M：浆液制成率，取0.9；ρc：煤的容重，1.32t/m3；H：工作面回采高度，综放工作面取割煤高度加放顶煤高度乘以顶煤回收率，取4.3m；L：工作面长度，取250m； N：注浆添加剂防灭火效率因子，取1；t：日注浆时间，取10h/d。

经计算：Qw=22727×100×0.15×（3+1）×0.9/（1.32×4.3×250×10）=86.5m3/h。

3.2 矿井制浆站能力校核

目前，工业场地灌浆站灌浆能力50 m?/h，服务于一、三、四、六、十四等目前矿井所有生产采区；北风井灌浆站灌浆能力30m?/h，服务于一、三、十四采区；西风井灌浆站灌浆能力30m?/h，服务于四、六采区。

设计矿井达到7.5Mt/a生产能力时，共布置两个采煤工作面同时生产。根据上述灌浆量计算结果可知，矿井3个制浆站制浆能力能够满足目前矿井生产时灌浆需要。

3.3 输浆倍线

N=L/H

式中，N：输浆倍线；L：进浆管口至灌浆地点距离，m；H：进浆管口至灌浆地点垂高，m。

经计算，主采采区生产时输浆倍线如下：

三采区：工业场地灌浆站灌浆困难时期：L=11520m，H=630m，N=18。六采区：工业场地灌浆站灌浆困难时期：L=6170m，H=700m，N=8。西风井灌浆站灌浆困难时期：L=8310m，H=750m，N=11。十四采区：工业场地灌浆站灌浆困难时期：L=8340m，H=570m，N=15；北风井灌浆站灌浆困难时期：L=6820m，H=570m，N=12。

经分析，六采区灌浆困難时期及十四采区北风井灌浆站灌浆困难时期输浆倍线较小，灌浆较为容易；三、十四采区工业场地灌浆站灌浆困难时期输浆倍线较大，灌浆较为困难，现场可通过适当增大水灰比或局部加压解决输浆问题。

3.4 输浆管道管径内径选择

输浆管道管径内径选择不应大于临界直接，临界直径可按下式计算：

式中，D1：管道临界直径（内径），m；Q：管道通过流量，取86.5m3/h； α：固体颗粒的抑紊减阻系数，取0.9； λ：水的摩阻系数，取0.0222；ɡ：重力加速度，m/s2； ρS：灌浆材料真密度，取2.4t/m3； ρ：水的密度，1t/m3； ρm：浆液密度，取1.7t/m3；Δ：注浆管道当量粗糙度，钢管取0.000046m； ω：颗粒平均自由沉降速度，可取0.001～0.01（m/s），取0.05m/s；

带入求得：D1=0.146m。

输浆管道采用无缝钢管，干管规格：D159×10，支管规格：D108×4。

3.5 地面灌浆站工作制度

目前地面注浆站的年工作日与矿井相同。日工作制采用2班注浆，每班注浆时间最大为5小时。

参考文献：

[1]张荣立，何国玮.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2010：3454-3480.

[2]GB 51078—2015，煤炭矿井设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

作者简介：周朋（1989-），男，硕士研究生，主要从事机制、选煤工作。