預防性灌漿設計課件

預防性灌漿設計一、預防性灌漿設計依據(jù)及基礎資料1、煤層賦存條件

（1）了解煤層厚度、傾角、埋藏深度（2）了解老窯情況，確定是否采用采前預灌；（3）了解地質(zhì)情況，斷層、裂隙等，是否有采空區(qū)與地質(zhì)構造帶溝通，是否與其他水體相連，防止?jié){事故。2、煤炭自然發(fā)火情況

煤的碳化程度、煤巖成分、含硫量、自然發(fā)火傾向性及自然發(fā)火期；3、灌漿材料基本情況

各種漿材的質(zhì)量、數(shù)量、開采條件及采土場與井口位置關系圖；（1）根據(jù)漿材的質(zhì)量、數(shù)量合理選擇灌漿材料；（2）根據(jù)開采條件及采土場與井口位置關系合理選擇灌漿方法；（3）選擇合理的土水比。依據(jù)：《煤礦礦井開采設計手冊》和《煤礦注漿防滅火技術規(guī)范》預防性灌漿設計一、預防性灌漿設計依據(jù)及基礎資料依據(jù)：《煤礦礦14、礦井開拓開采方式和采區(qū)布置圖

（1）灌漿管路設計依據(jù)；（2）計算輸送倍線；（3）計算是否需要泥漿泵加壓灌漿。5、灌漿站的工作制度

（1）計算日灌漿量、時灌漿量；（2）選擇灌漿設備。二、預防性灌漿設計步驟1、灌漿材料的選擇

水土豐富，采用黃泥灌漿，否則采用其他泥漿代用材料，要從經(jīng)濟上考慮。4、礦井開拓開采方式和采區(qū)布置圖22、灌漿參數(shù)計算1)根據(jù)已知的基礎資料合理地選擇灌漿參數(shù)：土水比、灌漿系數(shù)、取土系數(shù)等；2)根據(jù)已選擇參數(shù)計算：（1）灌漿用土量m3Qt=K.m.L.H.C（2）日灌漿所需土量m3

Qt1=K.G/γ1或Qt1=K.m.l.H.C

日灌漿所需實際開采土量Qts=a﹒Qt1（3）制漿用水量灌漿用水量m3（3）灌漿量m32、灌漿參數(shù)計算33、漿液的制備方法

根據(jù)選擇灌漿材料的情況以及選定的灌漿方法，設計地面漿液制備系統(tǒng)、如水力制漿、機械攪拌制漿等3、漿液的制備方法44、灌漿管道（管壁、壁厚）及泥漿泵選型計算1）灌漿管道計算（1）主要灌漿干管直徑計算

根據(jù)泥漿流速確定，對泥漿流速的要求是：能夠保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不要沉淀在管中，以致發(fā)生堵管事故。

臨界流速：保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不沉淀或生堵管的最小平均流速。他與土壤的質(zhì)量、含砂量、比重、土水比等因素有關，可通過查表得出。根據(jù)臨界流速計算管徑后再反過來驗算實際流速，使之略大于臨界流速以保證泥漿的輸送和獲得最經(jīng)濟的管徑。①管徑計算：

式中：Qj——小時灌漿量m3/h；

v0——臨界流速m/s；②查表選擇直徑d③校驗實際流速v=4Qj/3600πd2

要求v＞v04、灌漿管道（管壁、壁厚）及泥漿泵選型計算5土壤名稱比重管外徑及壁厚土水比泥漿容重t/m3臨界流速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泥漿臨界流速表土壤名稱比重管外徑及壁厚土水比泥漿容重臨界流速粘土2.7896輕亞粘土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泥漿臨界流速表輕亞粘土2.789×61:31.2831.429114×617（2）管材確定地面灌漿管一般采用鑄鐵管，井下根據(jù)灌漿壓力確定：當灌漿壓力為10-16大氣壓選用水、煤氣輸送管；當灌漿壓力大于16大氣壓，選用無縫鋼管。（3）管壁計算垂直管道：式中：δ——管壁厚度，mm；

d——管內(nèi)徑，mm；

RZ——許用應力，無縫鋼管800kg/cm2；鑄鐵管600kg/cm2；

P——管內(nèi)壓力kg/cm2，P=0.11γjH；

γj——泥漿容重t/m3；H——井深,m；

a——考慮管壁不均勻的附加厚度，鋼管1-2mm；鑄鐵管7-9mm；

b——考慮垂直管道磨損的附加厚度，根據(jù)管道的服務年限取1-4mm。（2）管材確定式中：δ——管壁厚度，mm；8水平管道：n——管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9；2）灌漿管路的布置灌漿管路有“L”和“Z”布置形式。L形：優(yōu)點：能量集中，充分利用自然壓力，管路有較大的注漿能力；安裝維護管理簡單。缺點：井深時壓力過大，易崩管。Z形：與L形相反。水平管道：2）灌漿管路的布置93）泥漿泵設計下列情況需要泥漿泵a.如果管路太長，輸漿壓力不夠；b.地面灌漿站距井口太遠，泥漿至井口壓力不夠；c.采用水力取土，自然成漿方式時，水槍所需壓力由泥漿泵提供。（1）泥漿泵的流量Qj泥漿泵的流量Qj為前面設計的小時灌漿量，水力取土時為水槍小時用水量。（2）泥漿泵揚程Hj用公式計算：Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc式中：h0——與泥漿提升幾何高度相當?shù)乃叨萴；

h0=γj.h0′h0′——泥漿提升幾和高度m；

hj——局部阻力損失，一般為沿程阻力損失的10%；

hs——泥漿泵吸水高度，一般取4-5m；

hb——泥漿泵站內(nèi)管路及零件阻力損失，一般取2-3m；

hc——剩余水頭，取2-5m；

hf——泥漿管道沿程阻力損失，3）泥漿泵設計下列情況需要泥漿泵10hf=L.ij

L——泥漿管道長度m；ij——泥漿管道每米長度上運送泥漿時的水頭損失，用公式計算：

ij=K.iwK——泥漿阻力系數(shù)，與土水比有關。iw——清水狀態(tài)下的水頭損失，

iw=λv2/2gdλ——達西系數(shù),見表管徑dmm20015012510075λ0.02030.02220.02370.02600.0292

這樣計算得到的泥漿泵總楊程，使輸送泥漿時的揚程。如是輸送水，則簡單一些，只要將公式中參數(shù)改為水的參數(shù)即可。為簡化計算，可將泥漿泵運送泥漿與清水時的關系用公式換算：

Hj=Hw.A式中：Hw——泥漿泵運水時的揚程,m；

A——換算系數(shù)，見表。hf=L.ij11泥漿阻力系數(shù)k表土水比1：31：51：61：71：10粘土1.1501.1401.1351.1301.125亞粘土1.1551.1451.1401.1351.125輕亞粘土1.1601.1501.1451.1401.125泥漿阻力系數(shù)k表土水比1：31：51：61：71：10粘土112換算系數(shù)A泥漿比重t/m3泥土比重2.52.62.72.81.051.031.031.031.031.101.061.061.061.061.151.091.091.091.091.201.111.111.121.121.251.141.151.151.151.301.171.181.181.18換算系數(shù)A泥漿比重泥土比重2.52.62.72.81.051134）水槍的選擇水槍的流量特性計算1）水槍噴嘴出口射流速度φ——流速系數(shù)，取0.94；H——水槍工作壓頭，m。2）水槍噴嘴流量u——流量系數(shù)如射流未經(jīng)壓縮則u=φ；S——水槍噴嘴出口斷面，S=πd2/4；d——水槍噴嘴直徑，mm；3）水槍噴嘴直徑mm4）水槍噴嘴壓頭m5）水槍臺數(shù)計算Qt2——小時取土量，m3/h；Qw——水槍采土小時用水量，m3/h；Q槍---水槍的流量，m3/h·臺q——單位耗水量，（水槍在某一壓力下取土1m3所消耗的水量）m3/m34）水槍的選擇水槍的流量特性計算14單位耗水量（1）粘土；松散土壤，松散砂土風化泥炭等水槍壓力：30-40m；（3-4kg/cm2）單位耗水量：5-6m3/m3；（2）亞粘土；堅固黃土，砂土等水槍壓力：40-60m；單位耗水量：6-7m3/m3；（3）輕亞粘土；極堅固黃土，砂土等水槍壓力：60-70m；單位耗水量：7-9m3/m3；單位耗水量15預防性灌漿設計課件165．注漿方法注漿按與回采的關系大體可分為采前預注、隨采隨注和采后封閉注漿三種類型，隨采隨注分為鉆孔注漿、埋管注漿和灑漿三種方式6．礦井注漿防滅火效果考察7．礦井注漿防滅火安全措施5．注漿方法17預防性灌漿設計一、預防性灌漿設計依據(jù)及基礎資料1、煤層賦存條件

（1）了解煤層厚度、傾角、埋藏深度（2）了解老窯情況，確定是否采用采前預灌；（3）了解地質(zhì)情況，斷層、裂隙等，是否有采空區(qū)與地質(zhì)構造帶溝通，是否與其他水體相連，防止?jié){事故。2、煤炭自然發(fā)火情況

煤的碳化程度、煤巖成分、含硫量、自然發(fā)火傾向性及自然發(fā)火期；3、灌漿材料基本情況

各種漿材的質(zhì)量、數(shù)量、開采條件及采土場與井口位置關系圖；（1）根據(jù)漿材的質(zhì)量、數(shù)量合理選擇灌漿材料；（2）根據(jù)開采條件及采土場與井口位置關系合理選擇灌漿方法；（3）選擇合理的土水比。依據(jù)：《煤礦礦井開采設計手冊》和《煤礦注漿防滅火技術規(guī)范》預防性灌漿設計一、預防性灌漿設計依據(jù)及基礎資料依據(jù)：《煤礦礦184、礦井開拓開采方式和采區(qū)布置圖

（1）灌漿管路設計依據(jù)；（2）計算輸送倍線；（3）計算是否需要泥漿泵加壓灌漿。5、灌漿站的工作制度

（1）計算日灌漿量、時灌漿量；（2）選擇灌漿設備。二、預防性灌漿設計步驟1、灌漿材料的選擇

水土豐富，采用黃泥灌漿，否則采用其他泥漿代用材料，要從經(jīng)濟上考慮。4、礦井開拓開采方式和采區(qū)布置圖192、灌漿參數(shù)計算1)根據(jù)已知的基礎資料合理地選擇灌漿參數(shù)：土水比、灌漿系數(shù)、取土系數(shù)等；2)根據(jù)已選擇參數(shù)計算：（1）灌漿用土量m3Qt=K.m.L.H.C（2）日灌漿所需土量m3

Qt1=K.G/γ1或Qt1=K.m.l.H.C

日灌漿所需實際開采土量Qts=a﹒Qt1（3）制漿用水量灌漿用水量m3（3）灌漿量m32、灌漿參數(shù)計算203、漿液的制備方法

根據(jù)選擇灌漿材料的情況以及選定的灌漿方法，設計地面漿液制備系統(tǒng)、如水力制漿、機械攪拌制漿等3、漿液的制備方法214、灌漿管道（管壁、壁厚）及泥漿泵選型計算1）灌漿管道計算（1）主要灌漿干管直徑計算

根據(jù)泥漿流速確定，對泥漿流速的要求是：能夠保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不要沉淀在管中，以致發(fā)生堵管事故。

臨界流速：保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不沉淀或生堵管的最小平均流速。他與土壤的質(zhì)量、含砂量、比重、土水比等因素有關，可通過查表得出。根據(jù)臨界流速計算管徑后再反過來驗算實際流速，使之略大于臨界流速以保證泥漿的輸送和獲得最經(jīng)濟的管徑。①管徑計算：

式中：Qj——小時灌漿量m3/h；

v0——臨界流速m/s；②查表選擇直徑d③校驗實際流速v=4Qj/3600πd2

要求v＞v04、灌漿管道（管壁、壁厚）及泥漿泵選型計算22土壤名稱比重管外徑及壁厚土水比泥漿容重t/m3臨界流速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泥漿臨界流速表土壤名稱比重管外徑及壁厚土水比泥漿容重臨界流速粘土2.78923輕亞粘土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泥漿臨界流速表輕亞粘土2.789×61:31.2831.429114×6124（2）管材確定地面灌漿管一般采用鑄鐵管，井下根據(jù)灌漿壓力確定：當灌漿壓力為10-16大氣壓選用水、煤氣輸送管；當灌漿壓力大于16大氣壓，選用無縫鋼管。（3）管壁計算垂直管道：式中：δ——管壁厚度，mm；

d——管內(nèi)徑，mm；

RZ——許用應力，無縫鋼管800kg/cm2；鑄鐵管600kg/cm2；

P——管內(nèi)壓力kg/cm2，P=0.11γjH；

γj——泥漿容重t/m3；H——井深,m；

a——考慮管壁不均勻的附加厚度，鋼管1-2mm；鑄鐵管7-9mm；

b——考慮垂直管道磨損的附加厚度，根據(jù)管道的服務年限取1-4mm。（2）管材確定式中：δ——管壁厚度，mm；25水平管道：n——管道質(zhì)量與壁厚不均勻的變動系數(shù)，取0.9；2）灌漿管路的布置灌漿管路有“L”和“Z”布置形式。L形：優(yōu)點：能量集中，充分利用自然壓力，管路有較大的注漿能力；安裝維護管理簡單。缺點：井深時壓力過大，易崩管。Z形：與L形相反。水平管道：2）灌漿管路的布置263）泥漿泵設計下列情況需要泥漿泵a.如果管路太長，輸漿壓力不夠；b.地面灌漿站距井口太遠，泥漿至井口壓力不夠；c.采用水力取土，自然成漿方式時，水槍所需壓力由泥漿泵提供。（1）泥漿泵的流量Qj泥漿泵的流量Qj為前面設計的小時灌漿量，水力取土時為水槍小時用水量。（2）泥漿泵揚程Hj用公式計算：Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc式中：h0——與泥漿提升幾何高度相當?shù)乃叨萴；

h0=γj.h0′h0′——泥漿提升幾和高度m；

hj——局部阻力損失，一般為沿程阻力損失的10%；

hs——泥漿泵吸水高度，一般取4-5m；

hb——泥漿泵站內(nèi)管路及零件阻力損失，一般取2-3m；

hc——剩余水頭，取2-5m；

hf——泥漿管道沿程阻力損失，3）泥漿泵設計下列情況需要泥漿泵27hf=L.ij

L——泥漿管道長度m；ij——泥漿管道每米長度上運送泥漿時的水頭損失，用公式計算：

ij=K.iwK——泥漿阻力系數(shù)，與土水比有關。iw——清水狀態(tài)下的水頭損失，

iw=λv2/2gdλ——達西系數(shù),見表管徑dmm20015012510075λ0.02030.02220.02370.02600.0292

這樣計算得到的泥漿泵總楊程，使輸送泥漿時的揚程。如是輸送水，則簡單一些，只要將公式中參數(shù)改為水的參數(shù)即可。為簡化計算，可將泥漿泵運送泥漿與清水時的關系用公式換算：

Hj=Hw.A式中：Hw——泥漿泵運水時的揚程,m；

A——換算系數(shù)，見表。hf=L.ij28泥漿阻力系數(shù)k表土水比1：31：51：61：