煤矿灌（注）浆防灭火技术规范-编制说明.pdf

煤矿灌（注）浆防灭火技术规范编制说明 1、标准编制的目的、意义和必要性；任务来源；主要参加单位 和工作组成员；工作简要过程等 1 标准编制的目的、意义和必要性 近年来，随着综采放顶煤工艺大量应用，出现了许多高产高效集 约化矿井、年产能力达到上千万吨的现代化矿井；同时在注浆防灭火 的基础上，又发展出在浆液中加入添加剂的注浆方法。为了适应我国 煤炭行业注浆防灭火的需要，进一步与新版的煤矿安全规程相协调， 促进煤矿注浆防灭火技术的发展，有必要对 MT/T 7021997 进行修 订。 MT/T 7021997 注浆材料和注浆工艺应用范围相对较窄。因此， 本次修订更加注重我国煤矿的自身特点、注浆材料和注浆工艺的变 化，修订后的 MT/T 70220XX 更加适用于注浆防灭火的应用。 2 任务来源 煤矿灌浆注胶防灭火技术规范是国家安全生产监督管理总 局、 国家煤矿安全监察局以安监总煤装〔2011〕 74 号 关于下达 2011 年煤炭行业标准制修订项目计划的通知 文件正式下达的标准修订计 划项目，项目编号为2011-MT-18.项目技术归口单位为煤炭行业 煤矿安全标准化技术委员会。 3 主要参加单位和工作组成员 本标准主要参加单位 中煤科工集团重庆研究院、 西安科技大学。 工作组成员王正辉、李尚国、叶正亮、陈明河、张辛亥、文虎、 邓军、许廷辉。 4 工作过程 本标准在修订过程中，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及浆液流变性、沉速等方面的论文，黄泥 注浆代用材料（页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等）和加注添加剂的有关 科研成果及其推广应用的技术报告， 煤矿灌（注）浆防灭火技术规 范按照与煤矿安全规程 （包括执行说明）的有关规定相关内容 一致的原则，编制本标准。 2011 年 7 月 1 日中煤科工集团重庆研究院成立煤矿灌浆注胶 防灭火技术规范修订工作组； 2011 年 9 月 1 中煤科工集团重庆研究院通过大量查阅相关资料 在煤矿注浆防灭火技术规范1997 版的基础上形成初稿； 2011 年 10 月 15 日中煤科工集团重庆研究院和西安科技大学通 过内部讨论形成征求意见稿，分别向中国矿业大学、重庆大学、河南 理工大学、中煤科工集团重庆设计院、中煤科工集团沈阳研究院、山 西晋城煤业集团勘查设计院、 阳煤集团和永城煤电集团股份有限公司 等 36 家单位发送征求意见稿， 2012 年 7 月 15 日止收到“征求意见稿”后，回函的单位数为 33 个，没有回函的单位数为 3 个，收到“征求意见稿”后，回函并有意 见或建议的单位数为 6 个，共收集到 26 条意见。 2012 年 8 月 15 日中煤科工集团重庆研究院和西安科技大学通过 开会讨论采纳了收到意见中的 22 条，未采纳 3 条，在综合各方意见 的基础上形成了送审稿。 2012 年 10 月 27 日-10 月 28 日由煤矿安全标委会火灾分会主办， 有煤炭行业煤矿安全标委会火灾分会委员、受邀请的技术专家、标准 主要起草人员参与的煤炭行业标准审查会，在广州召开，根据标准审 查会议的程序和要求，审查会议结束时形成了完整的审查结论。会议 一致同意通过审查，修改后形成报批稿。 2012 年 11 月 15 日，根据标准审查会议纪要要求对送审稿进行 了全面修改形成报批稿。 2019 年 12 月 9 日，国家煤矿安全监察局和中国煤炭工业协会组 织专家会议对本标准报批稿进行了再审查，并通过审查，起草单位按 照专家意见和会议纪要结论对文本及标准编制说明进一步修稿处理， 形成本报批稿材料。 2、 行业标准编写原则和主要技术内容的确定说明 与原标准相比主要差异如下 1修改了标准名称。 原标准为 “煤矿注浆防灭火技术规范” 。 修改后为 “煤矿灌（注）浆防灭火技术规范” 。 修改原因 和新版的煤矿安全规程第 266 条有关灌浆防灭火的相 关规定一致。 2修改了“1 范围” 。 原标准为“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。 ” 修改后为“本标准规定了煤矿注浆防灭火工艺过程的一般要求、 矿井注浆防灭火设计、注浆材料、主要注浆参数、制浆方式和方法、 输浆管路、注浆方法和注浆防灭火的效果考察的要求。本标准适用于 矿井注浆防灭火的设计、施工与实施，也可作为矿井注胶防灭火的设 计、施工与实施参考。 ” 修改原因近年来，随着综采放顶煤工艺大量应用，出现了许多 高产高效集约化矿井、年产能力达到上千万吨的现代化矿井；同时在 注浆防灭火的基础上，又发展出在浆液中加入胶体的注浆方法。因此 在本次修订中增加了本标也适用于矿井注胶。 3修改了“2 规范性引用文件” 原标准为 “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” 修改后为 “下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注 日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引 用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 51078-2015煤炭矿井设计防火规范” 4修改了“6.2 成浆性能指标”第 1 条。 原标准为 “沉降速度 1～10mm/min； ” 修改后为 “沉降速度 1mm/s～10mm/s； ” 修改原因根据“6.4 粒度要求页岩、矸石必须经破碎、湿式球 磨机球磨，其粒度要求在 5mm 以下，其中大于 0.5mm 的粒料应占 10 以下，小于 0.1mm 的粒料应占 60以上。”查阅相关资料，当平均粒 径为 0.1mm 时，对应的自由沉降速度为 1 mm/s～10mm/s。 5增加了“6.2 成浆性能指标”第 7 条。 增加后为“如果纯浆液沉降速度、临界稳定时间、塑性指数 及粘度系数达不到上述要求，需要加入增稠悬浮剂等添加剂，使其满 足上述要求。 ” 增加原因随着技术的发展和各种注浆添加材料的应用，成浆性 能大大改善， 使得原来不满足成浆性能前 6 条的注浆材料也得到了应 用，因此增加本条。 6修改了“7.2 土水比” 。 原标准为 “矿井防灭火注浆浆液的土水比应为 12～15。在 回采工作面洒浆防火时，土水比应为 12～1３； ” 修改后为 “矿井防灭火注浆浆液的土水比应为 11～15； ” 修改原因浆液中水含量过多会增加井下的排水压力，浆液中水 分含量过少成浆率不高，浆液难以输送，在当前的制浆工艺条件下， 土水比可以达到１0.5。考虑到制浆设备的普遍性，将土水比修改为 11～15。 另外洒浆防火与注浆防火相比在浆液要求方面没有特殊要 求，本标准不对洒浆防火土水比作特别规定。 7修改了“7.3、7.4 注浆量计算公式 原标准中矿井注浆量计算公式为  W c 1KGM Q rt   修改后为 工作面注浆量为  W c 1GWhM Q HLNt    矿井注浆量为 1 n Wi i QQ   式中 W Q工作面注浆量的数值，单位为立方米每小时（m 3/h） ； G工作面日产煤量的数值，单位为吨每天（t/d） ； W沿工作面布置方向注浆宽度的数值，单位为米（m） ； h浆液覆盖厚度的数值，单位为米（m） ； 土水比倒数的数值； M 浆液制成率的数值，一般取值为 0.9； c 煤的密度的数值，单位为吨每立方米（t/m 3） ； H工作面回采高度的数值，单位为米（m） 。 L工作面长度的数值，单位为米（m） ； N 注浆添加剂防灭火效率因子的数值； t矿井注浆时间的数值，单位为小时每天（h/d） 。 Q矿井注浆量的数值，单位为立方米每小时（m 3/h） ； W Q工作面注浆量的数值，单位为立方米每小时（m 3/h） ； n 矿井同时回采工作面个数。 修改原因 原标准中矿井注浆量计算公式是根据充填开采理论得 来的，但是随着综放采煤法的出现和超长工作面的出现，矿井年产量 急剧增加，井工开采单个矿井最大年产量已超过 2000 万吨，矿井注 浆量计算结果较大，与实际情况不十分符合。 由于注浆添加剂的使用，大大改善了浆液的效果，注浆材料的脱 水时间延长，浆液的耐高温性能有所增强，在注浆空间相同的情况下 浆液的使用量有一定的减少， 因此公式中增加了注浆添加剂防灭火效 率因子，该数值范围为 1～3，具体取值根据注浆添加剂性能确定或 者根据设计者经验取值。 修改后的公式是根据工作面回采面积结合沿工作面布置方向注 浆宽度计算工作面注浆量。 8修改了“输浆管路临界直径”计算公式 原标准中为 10.25 0.2 2.312 21321 1 1312 2.92100 n Q D rrrrW W rrrW         式中 1 1000 5 10.2log Wd n      修改后为   2 53 8 53 24 53 s 11 83 m 0.9158 3600 m sm Q D g             式中 D注浆管道内径临界直径的数值，单位为米（m） ； 浆液中固体颗粒的抑紊减阻系数的数值，一般取值 0.9； 水的摩阻系数的数值； g重力加速度的数值，单位为米每秒平方（m/s 2） ； 各级颗粒在浆液中平均自由沉降速度的数值， 单位为米每 秒（m/s） ； 注浆管道当量粗糙度的数值，单位为米（m） 。 修改原因原公式量纲不和谐，对原输浆管路临界直径计算公式 进行了重新选取。 临界管径的计算公式是通过临界流速公式推导出来 的， 因此合理选择了临界流速的计算公式后临界管径的计算公式就解 决了。临界流速的影响因素分析 ①注浆材料的密度越大，临界流速越大；平均粒径和最大粒径越 大，临界流速越大；细小颗粒所占比例越大，临界流速越小。 ②管道直径越大，粗糙度越小，临界流速越大。 ③浓度越高，自由沉降速度越大，临界流速越大。浆液浓度对临 界流速具有双重作用，浓度越高浆液的粘度越高，固体颗粒的沉降速 度越小， 故临界流速越小； 浓度越高， 浆液的粘度越高， 雷诺数越小， 临界流速越高。因此，在低浓度范围内，浓度越高，临界流速越大； 超过一定浓度后，浓度越高，临界流速越小；进一步提高浓度，临界 流速会出现临界流速增加、变化较小和继续减小三种情况。通过查阅 各种文献资料，选取我国学者费祥俊推导出的公式  1 3 2 vsm c sm gDS U e f       式中  0.75 0.024 vsm s m S e gD D          ，，f 对该公式进行变形，考虑流量与管径的的关系，得出临界直径计 算公式。 9修改了“输浆管路的水头损失”计算公式 输浆管路的水头损失计算 原标准为 2 21321 2131 2 n VrrrrW i gDrrrV      修改后为 2 smmm mm s s 2g U iK DU               式中 m i注浆管道单位长度水头损失的数值， 单位为米水柱每米管 长； U注浆管道中浆液流速的数值，单位为米每秒（m/s） ； D注浆管道内径的数值，单位为米（m） ； m K系数，一般取 11； s 浆液中颗粒与注浆管道间摩擦阻力系数， 一般取值范围为 0.3～0.8。 修改原因浆液在管道中以一定流速运动时，水头损失与固体颗 粒的的运动形式密切相关，较细颗粒在一定流速下以悬移形式运动， 固体颗粒与水流以基本相同速度运动， 固体颗粒的悬移运动从水流紊 动中吸收能量，把这部分颗粒与流体合在一起，视为液相，阻力损失 用 Darcy 阻力公式表达；较粗颗粒在同一流速下作推移运动，两部分 分别计算作为管道摩擦阻力。在浆液输送方面，研究发现均质浆液中 有抑紊减阻现象，即随着浆液浓度的增加，阻力系数有逐渐降低然后 又逐渐升高的过程，最低点为最高点的 0.81，在计算中，一般取减 阻系数为 0.9。 原公式中没有考虑到抑紊减阻现象和大颗粒物料在管道底部做 推移运动对阻力的影响，因此对原“输浆管路的水头损失”计算公式 进行了重新选取。 10增加了“输浆管路的总水头损失”和“输浆泵扬程”计算公 式 输浆管路的总水头损失值计算公式为  Tm,j 1 n j j HKL i       （1） 式中 T H输浆管路的总水头损失数值，单位为米水柱（m） ； K注浆管道局部阻力损失系数的数值； n钢管分段数； L注浆管道长度的数值，单位为米（m） 。 输浆泵扬程计算公式为 T0m1m P mf HHH H K K     式中 P H所需注浆泵扬程的数值，单位为米水柱（m） ； 0 H注浆管道末端剩余水头的数值，单位为米液柱（m） ； 1 H泵吸入管中心至排出点管道中心高差，单位为米（m） ； m K注浆泵输送桨体时扬程变化率的数值； f K注浆泵磨损后扬程折减系数的数值，一般取 0.85～ 0.95。 修改原因随着矿井巷道的延伸，地面注浆管路越来越长，靠自 然压差的注浆方式已不能满足注浆要求， 因此在本标准中增加了输将 管路的总水头损失和输浆泵扬程计算公式。 3、采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准 水平的对比情况； 无 4、主要试验验证情况和预期达到的效果； 无 5、与现行法律、法规、政策及相关标准的协调性； 经与煤矿安全规程的 2016 年版相关条文对照研究，确认无 冲突情况。 6、贯彻标准的要求和措施建议； 无 7、废止现行行业标准的建议； 无 8、重要内容的解释和其它应予说明的事项。 标准编制小组参与了中煤科工集团重庆设计研究院有限公司主 持编制的中华人民共和国住房和城乡建设部中华人民共和国国家 质量监督检验检疫总局 联合发布的GB 51078-2015 煤炭矿井设计 防火规范的编写工作，本标准的内容与GB 51078-2015 煤炭矿井 设计防火规范中灌浆部分一致。 2019 年 12 月 9 日，国家煤矿安全监察局和中国煤炭工业协会组 织专家会议对本标准报批稿进行了再审查， 会议对标准主要条款未提 出修改意见，对于本标准的部分文本按照标准格式提出的修改意见， 已进行了修改完善。