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煤矿注浆防灭火技术规范--MT/T 702—1997

发布日期:2010-7-1 信息来源:煤炭工业部

  前言

  煤矿注浆防灭火技术应用至今仍未制定切实可行的标准规范,为使这项技术更加规范化,在总结经验的基础上制定出首部《煤矿注浆防灭火技术规范》,从而为注浆防灭火实际应用提供全煤炭行业统一的技术依据。

  本标准在制定过程中,查阅了国内外有关的技术资料,重点查阅了国内煤矿注浆防灭火设计、实际应用的资料和论文,以及黄泥注浆代用材料(页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等)的有关科研成果及其推广应用的技术报告等,按照《煤矿安全规程》(包括执行说明)的有关规定和《矿井防灭火规范》的相关内容一致的原则,编制本标准。

  本标准由煤炭工业部科技教育司提出。

  本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会归口。

  本标准起草单位:煤炭科学研究总院重庆分院。

  本标准主要起草人:邵启胤、王长元、徐承林。

  本标准委托煤炭科学研究总院重庆分院负责解释。

  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。

  本标准适用于矿井注浆防灭火的实施、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》1992—10—22  中华人民共和国能源部

  《矿井防灭火规范》(试行)1988—10  中华人民共和国煤炭工业部

  3  定义

  本标准采用下列定义。

  3.1  注浆防灭火方法  method of fire fighting by grouting

  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  settling velocity

  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  critical stable time

  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  plastics index

  表征注浆材料的可塑性的指数。

  3.5  粘度系数  viscosity coefficient

  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  氧化镁胶体混合物含量  amount of magnesium oxide colloid mixture

  浆液中的固体材料所含极细散胶体部分的体积百分比含量,%。

  3.7  含砂量  quantity of sand

  注浆材料中,0.05~0.25mm粒径的砂质成份的重量百分比,%。

  3.8  氧化交叉温度  cross temperature in oxidation

  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,℃。

  3.9  恒温吸氧量  amount of absorbed oxygen at constant temperature

  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。

  3.10  土水比  ratio of clay to water

  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  preparation of grout

  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  ways of grouting

  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。

  3.13  采空区氧化带  oxidation zone in gob

  在回采工作面采空区中的煤最易氧化自然发火的区段。

  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。

  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;

  ——浆液的制备方法;

  ——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。

  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(0.1mm以下级别的样品)应达到如下规定:

  ——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;

  ——氧化镁胶体混合物含量20%~35%;

  ——含砂量10%~30%(粉煤灰可小于10%)。

  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,其中尢于0.5mm的粒料应占10%以下,小于0.1mm的粒料应占60%以上。

  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

  矿井防灭火注浆浆液的土水比应为1:2~1:5。在回采工作面洒浆防火时,土水比应为1 :2~1 :3。

  7.3  注浆量

  矿井注浆量按式(1)计算:

  …………………………………(1)

  式中:QW——矿井注浆量,m3/h;

  k——灌浆系数;

  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。

  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。

  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

  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。

  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。

  在浆液流人输浆管路前,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:

  …………………………………(2)

  …………………………………(3)

  式中: ;

  ;

  D1——输浆管路的临界管径(内径),m;

  Q——浆液流量,m3/s;

  r1——水的密度,t/m3;

  r2——浆液的密度,t/m3;

  r3——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;

  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。

  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:

  a)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。

  b)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

  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。

  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、注浆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;

  ——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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