岱庄煤矿膏体充填管路的方案选择及优化的设计.doc

岱庄煤矿膏体充填管路的方案选择及优化的设计 　　摘要:膏体充填就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成无临界流速、不需脱水的膏状浆体,利用充填泵或重力作用通过管道输送到井下,适时充填采空区的采矿方法。该文就岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计进行阐述,以供同行参考。 　　关键词:膏体充填 管路方案选择 优化设计 　　 　　0 引言 　　针对岱庄煤矿村庄压煤严重,大量条带煤柱丢失的实际情况,膏体充填开采技术,岱庄煤矿通过膏体充填开采技术实现不迁村、少赔偿解决条带煤柱,保证矿井可持续发展;岱庄煤矿采用拟采用以煤矸石作为膏体充填料浆的骨料,输送阻力相对较大,同时为了保证输送距离较远的东西佛店村下膏体充填开采工作面的生产要求,所以,岱庄煤矿充填系统流速按以下原则进行设计:在充填泵最大充填能力时,保证流速控制在1.0～1.5 m/s之间。 　　1 充填管直径的选择 　　岱庄煤矿膏体充填首试2351工作面条带煤柱可采煤量高达691.7 万t,充填管径选择主要根据2351充填的需要考虑。岱庄煤矿膏体充填系统设计能力120～150m3/h,流速1.0～1.5m/s,要求充填管道的内径为160～230mm;充填泵的输送速度受其液压马达驱动装置的能力限制,充填泵的输送能力也是有限制的,理论管输能力超过充填能力时说明这种情况充填泵在较小压力状态下工作,实际压力小于最大工作压力。 　　2 干线充填管道参数选择 　　2.1 干线充填管形式: 　　干线充填管形式有五种选择,一是普通无缝钢管,二是耐磨无缝钢管,三是双层金属耐磨复合钢管,四是陶瓷双层耐磨复合钢管,五是超高分子特塑钢编复合管。 　　根据国内外矿山充填实践经验,普通无缝钢管、耐磨无缝钢管(单层)具有初期投资较低的特点,但是,耐磨性能较差,使用寿命短,有的只数月就磨透报废,总的性价比不理想;双层耐磨金属复合钢管与陶瓷双层耐磨复合钢管,外层为无缝钢管,内层高耐磨金属材料与陶瓷,二者耐磨性能好,耐磨性能是优质无缝钢管的5～7倍以上,性价比高,相比之下陶瓷双层耐磨无缝钢管存在内层性脆,运输安装与使用要求高,所以,充填以双层耐磨无缝钢管更为有利,金川有色金属公司、太平煤矿、峰峰小屯矿等膏体充填都选择双层耐磨金属复合钢管,内层为KMTBCr耐磨金属材料;特塑钢编复合管具有耐磨性能好、管道光滑、输送阻力小、重量轻等特点,性价比高,所以,岱庄煤矿干线充填管设计选择双层金属耐磨复合钢管,工作面管选择薄壁无缝钢管。 　　2.2 充填管路内径选择:进一步分析2300采区特点,上帮区最远条带煤柱工作面为CT2316面,充填管路长度4640m,如果按照该面充填,系统能力还能够达到120m3/h以上设计充填管道,则要求充填管内径DN≥200mm,初步选择充填管路内径为200mm。 　　2.3 干线管路系统最大压力:干线管系统最大压力与充填钻孔位置选择有关。充填钻孔布置在充填站内。由于充填钻孔布置在充填站旁边,地面充填管很短,干线管路系统最大压力就在充填钻孔底部,最大压力等于充填泵的最大出口压力加上钻孔高度料浆自重产生的压力。按照推荐的充填泵出口压力12MPa,考虑钻孔料浆重力作用,钻孔底部最大压力20MPa。 　　2.4 管道壁厚度要求:根据选择双层金属耐磨复合钢管方案,计算安全承压需要的管道壁厚指的是的双层金属耐磨复合钢管外层无缝钢管的壁厚,耐压计算时不计内层耐磨金属环的作用,计算偏于安全。 　　根据《输送流体用无缝钢管》(GB8163-1999)标准,双层金属耐磨复合钢管外层无缝钢管材料选择Q345号钢,该种钢抗拉强度为490MPa。参照矿山充填经验,无缝钢管的允许拉应力一般取其抗拉强度的40%,所以Q345号钢无缝钢管的允许拉应力[σ]t=198 MPa;另外考虑不均匀及锈蚀等因素的附加厚度δ1=3mm,由于无缝钢管有耐磨金属内衬层,允许磨蚀厚度可以不考虑,取δ2=0mm;根据矿山充填一般经验,充填管耐磨层厚度取10mm,则可以按照充填管道系统最大压力,利用下式计算干线充填管道外层无缝钢管的壁厚。 　　如果按照充填钻孔布置在充填站内考虑,干线充填管路最大工作压力Dmax=20MPa,将其代入上式,计算得到外层无缝钢管的壁厚=13mm。 　　2.5 干线充填管道规格:根据前面计算得到的干线充填管道外层无缝钢管的壁厚、充填管内径要求和耐磨层厚度值,计算出外层无缝钢管理论直径,再进一步参考《热轧无缝钢管品种》(GB8162,8163-87),找出与理论直径最接近的标准无缝钢管品种为Φ245×10mm,即为初步设计管道,考虑耐磨层厚度10mm,则有效内径DN=201mm,对应2300上帮区最远工作面,即2317/18煤柱工作面,开始回采期间充填管道