中国水力采煤技术的发.pdf

中国水力采煤 技 术 的发 展 与展 望 煤炭科研 总院唐 山分 院水采研 究所 教授 缎高级工程 师 朱束德 ． 我国 发展 水 力采煤技 术 已有 3 5年的 历 史 ，现 已 深 深扎根 于生 产 。 据 初步 统计 ， 利用 此技 术采 出的 煤 炭 累计 达 2 0 } Mr ，目前 有 2 2个 水采井 区 和 6 旱 采水 运 、水提井 区 ，年 总生 产能 力近 1 9 Mt 。正 在 基建 和设 计的 有 l 5个井 区 年生 产能 力 7 Mr 由于 水 采的 工 艺特 点 和 技求 进 步 ，在 ～ 些煤 层 特 别 是 急倾 斜和 不稳 定煤 层 条件 下 ，具 有 比 一般 旱 采机 械化 、 甚至 综采机 械 化更 大的 适应性 ， 取 得更好 的经 济效 益 。 从 生 产 的情 况 看 ，原 有 的 水采 阵 地 缓倾 斜 厚 中厚 煤 层 的矿 井 ，技 术不 断提 高 ，生 产 持续保 持 优 良指标 ， 堪 与综 采相 媲美 如 枣 庄八一矿 是设 计 能 力为 O ． 7 5 Mt ／ 年 ，煤 层 的平均 厚 度 南翼 为 2 ． 2 3 m、 北 翼为 5 m，煤厚 、倾 角变化 鞍大 、断 层多 该矿 自 1 9 7 8年 以来 ， 工作 面单 产平均 高达 O ． 7 7 Mr 年 ． 最 高 年 产可 达 l Mt 以上 。 和邻矿 旱 采的 莱村 、 魏庄 矿相 比 可比期 ] 9 6 3 1 9 8 0年 ， 八一矿原煤利润高达 9 ． 2 3 元 ／ t ，远 高 于莱 村 的 2 ． 2 8元 ／ t和魏 庄 的 1 ． 8 3元／ 【 投 产 2 7年 来 ， 实现利 润 8 ． 7 5亿 元 t ] 9 8 8年被 煤炭 部 命 名 为现 代化 矿 井 。开藻 吕家 坨矿 开 采 缓倾 斜 煤 层 群 ， 煤 层平 均生 产能 力 2 ． g 5 ～3 ． 9 0 t ／ m ， 设 计 能力 为 1 ． 5 Mt ／ 年 ，投 产 2 O年来 累计生 产煤 炭 3 8 ． 8 3 Mr ，实 现利 润 1 ． 8 4亿 元 。 吕矿开 采 厚煤 层时 的 工作生 产能 力在 O ． 6 Mt ／ 年 以 上 ， 最 高 达 1 ． ] 7 Mr ／ 年 。 1 9 6 8 1 9 8 2 年的原煤平均成本为 l O ． 0 7元／ t ， 鞍相邻的煤层条件 稍好 的机 采矿 井 范各庄 矿 的原煤 成 本低 1 O 左右 不稳 定煤 层 和倾 斜 、急 倾斜 煤 层 纷 纷 从 采 用水 采找 到 采 煤机 械化 出路 ，取 得 比原 旱 采 大 为优异 的 经济 技术 指标 。如 通化八 道 江二井 开 采不 稳定 煤层 ， 原 为设计 能 力 9 O O 0 0 t 的旱 采矿 井 ，] 9 7 8年 5月改 建 成 承采矿 井 ， 1 O年来 水采 平均 生产 O ． 2 3 Mr ／ 年 ， 为 原 旱 采设 计能 力 的 2 ． 6 1 倍 }累计 回 采 率 7 4 ． 5 4 比 原 旱 采提 高 8 ． 5 l ；全 员工散 1 ． ] 4 2 t ／ X ，回 采工散 为 7 ． 0 7 4 t ／ 工 ，分别 为旱 采 的 l 7 1 ． 7 3 和 2 7 1 5 5 ‘矿 井 直 接成本 为 l 2 ． 6 O元 ／ t ，鞍 旱采 下降 8 ． 7 。水 采 在 达 一 类条 件 发 展鞍 快 ，仅 东煤 公 司所 属 南票 、北 票 、通 化三局 ， 1 9 8 2年 以 来 ， 水采 矿井 已 5个发 展 到 1 】 A ， 水采 工作 面由 9个发 展到 1 8个 。 1 9 8 9年 年 产 量 达 3 ． 8 Mt ，平均单 产为 1 9 2 3 8 t ／ 月 ，鞍 谶 公司 同 期 高 档普 采的 平均 单产 高 l 1 ． O 2 ‘ 南票局 水 采工作 为单产达 3 0 4 6 6 t ／ 月， 都是在地质条件鞍差的情况下 达 到的 。 南票 、 北票 、 通 化三 局的 水 采工作 面 的单 产、 回 采工 效 和 工作 面 的直 接成 本 分 别 相 当于 非正 规 开 采 的 1 7 7 ． 3 、l 7 8 ． 2 和 4 3 ． 5 。 ． 主动 性 、积极 性 又关心 职 工的 工作生 活 ， 激发 职工 对企业的热爱和奉献 ，既重视发挥榜样的力量和作 用 ， 叉 培养 了一 大批 身体 力行 的干 部 ． 先后 建树 了近 百名矿级劳模标兵 ， 为职工办了 1 2 件君得 见摸得着 的实 事 ，矿 领 导每 月下 井都在 】 O次 以上 ，基 层干 部 每 人 下井也 不低 于 1 5个井 。 4 ． 靠 精 神文明 建 设 ， 增 强企业 对 职工 的原动 力 矿党 委十 分重 视精 神文 明建设 ， 在 制定包 承 计划 ， 矿 6 井建 设规 划 ， 安 全生 产规 划的 同甘 寸， 相 应落 实精神 文 明建设计划，千方百计为丰富职工的精神生活创造 条件 ． 整个精神文明建设不仅与生产、 分配 ， 党政工 作 、 思 想政治 工 作紧 密结 合 ． 而且 与职 工的业 余生 活 紧密 相结台 ， 使 企业不 断 增强对 职 工的原 动 力 ． 有 力 促 进 了全矿 两 个文 明建设 ． 1 9 8 8年 来 ， 全矿 先后被授 予江 苏省 党建 先进集 体 、 思想政 治 工作 先进 企业 、 徐 州市 先进党 委 等光荣称 号 。 维普资讯 水采能 够 巩固阵 地 ，并得到 发展 ． 这事 实不 仅 说 明 永采 技 术 的生 命 力 ，也说 明 我 国 广阔 的 煤 炭 业 战 线需 要各 种开 采机械 化技 术相 互 补充 因此 ， 国家 的 技术 政 策把 水 力 机械 化开 采 定 为机 械 化 开 采 的技 术方 向之 一 ，这 是正确 反映 了客 观需 求的 一 、水 力落煤工 艺和设备 日趋完善 水 力 机械 化 采 掘 落 煤 手 段 是 水 采 生 产 的 起 点 ． 是 决定 水采 生 产技术 经 济效益 的技 术关 键 。 目前的 永采 主要 采用 高 、中 压大射 流 水力 落煤 ． 国产 的 1 0 2 0 MP a系 列的成 套 设 备和技 术 完全 能 满 足开采软到中偏硬各种煤层的需要 。最近研制成功 D3 0 0 8 1 2 D Z 3 0 0 8 0 1 2低 转速 大 流 量 高 压 泵 ． 克 服 了过去 高转 速 3 0 0 0 r ／ m i n 的 2 0 MP a高压 串联 泵 只能 吃 清 水 要求 6 0 mg ／ L的弊 病 ，而可 以 吃 ”皇 g ， L以下的 污 水 ，选 就大 大简 化生 产 系统 ，改 善 了技 术 经 济效 果 。高 压供 水 泵配 液 力偶 合器 已 在 通化 大湖 矿成 功地 使用 ， 便于 无载 起动 和 谓速 ． 对 泵 的 控制 和管 理 提 供极 大 的 方便 ，开 辟 了 合理 调 压 的 前景 。 水枪 冲运 流 量一 般为 2 O O ～3 O 0 玎 一 ／ h ． 如 有特大 产量 工作 为需要 则 可 以加 大 。 多年 来 沿用 L _ w 型水枪 ， 因为其 永路 结构 先进 ， 总 效 率可 达 7 0 ，射 流 质量 好 ，但 其 缺 点是 手动 操 作 ，在 其 基 础上研 制 的 Y S型 和 Y S A型 液 控水 枪 经 部级 鉴 定 ，填 补 了空 白 。 Y S液 控水枪 采 用水 舟液 控 系统 ，动 力源 为水 枪 压 力水 ，经 自动情 洗 双 过滤 系统 过 滤 ，不 需 液 压 泵 站 ，系统简 单 ，适用 于供 永 水质较 好 的水 采矿 井 。驱 动机 构 为回转式 液压缸 ， 与 水枪 管连 成 一体 ， 结 构 紧 凑 。 Y S A 型 液 控 水枪 在 永 枪 后 面 配 备 专 门 的 油 泵 站 ， 动 力源 为水枪 的压 力水 ． 驱动 水斗 式水轮 机 带动 油 泵 ， 提 供压 力油 这种 设置适 用 于水枪 供 永较 脏的 情 况 执 行 机构 为伸 缩油 缸 ，采用通 用件 ，耐用 ，成 本低 ，便 于维 修 。 在 水采矿 井 中 ， 回采 巷道 比较 多 我 国 自行研 制 的 E MS r 3 0锥 形 纵 向截 割头 轻 型机 破 水 运煤 巷 掘 进 机 ，E MS -- 7 5 横 向 截 割头机 破 水运半 煤岩 巷掘 进机 均 具 有 体稠 小 、重量轻 、结构 简 单 、调 运灵 活 、截割能 力大 、 爬坡 能 力强 等特 点 ，巳鉴定定 型 前 者 在 吕家 坨 矿 曾创 造 月进 千米纪 录 ，后 者 在小 凌 河 矿 正常 使 用 ， 受 到 工人欢 迎 最 近 研制 可水 早兼 用的 E Z - 7 5横 截割 头半煤 岩 巷掘 进机 已问 世 ，该机全 液 压 、高压 细 封 l旒 、内喷 雾 ，适 合 于切 割 f ≤ 8的煤 岩 聚能 式 脉 冲 高压 射 流 ，经 多 年实 验 室 试验 和 元 部件 攻关 ，目前 工作 压 力为 3 0 MP 、 瞬 间发 射功 率为 原动 力 l 6倍 的脉 冲射 流 发 生器 已 经 制成 。经 测 定 ． 其发射频率为 3 O发／ 分 ， 每发水源水量 2 ～4 L，总打 击 力在 1 2 m 处为 9 1 0 k N． 用于 处理 煤 仓堵 塞 ， 巳成 功 地通 过 邮 级 鉴定 ，被 统配 煤矿 总 公 司 列为 处 理堵 仓 的技 术措 施 ， 正 组 织推 广使 用 用 于 工作 面 落煤 的 聚 能式 棘 冲 射流 发 生器 正在 研 制 ，不 久 可接 人 工业 性试 验 。 二 、采煤方法有进一步发展 对 高 、 中压无 支护水 采来 说 ， 走 向小 阶段 和上 山 漏斗 采煤 法 巳使 用 多年 。 以此 为基 型 ， 各 矿 结台煤 层 的产状和矿压、 瓦斯等生产要素有新发展。 如急倾斜 特 厚煤 层 采取项 底板 双巷 布置 ， 甚 至 品 字 型 布置 一 极 不 稳 定 不 连 续 煤 甚采 取底 板 岩 石集 中溜 煤 巷 布 置 i高 瓦斯厚 煤 层 加掘 顶 扳 回风 巷 等 在 开 采 顺 序 上 ，有避压倒瞽回采，顺序快速回采等 。 在这些方面 都丰 富 和发展 了原 有的 采煤 方 法 。 鹤 壁 六矿进 行 的 “ 特 厚 煤 层 舟层 综 采 永 落水 运 顶煤 工艺 及 设 备” 有支 护水 采 方 法试 验 缘台 了 水采 和综采的特点，利用综采推茬铺两 ， 利用水力落顶冲 运 ， 取 得较好 的 生产效 果 ． 解决一 般 特厚 煤层 综 采放 顶 煤 的落顶 煤和 运顶 煤 的问题 ， 提 高了 回采 率 ，谤项 目已通 过部 级鉴 定 图 1 图 1 分层综 采水 落顶 煤来 煤方 法 1 一 顶分 层支 架 |2 一菱 形掩 护 网 } 3 一底分层支架 ‘4 一落璜煤水枪 分 层 金属 网假 顶 无 支 护短 壁 开采 特 厚 煤 层 ，顶 舟 层机 采铺 网后 ， 网下用 无支 护 水采 采全高 ， 也 是一 种 解 决瓦 斯 、顶 板 冲击 压 力的一 种有 前途 的采 煤 法 。 曾 多改进 行试验 ， 关 键是 网的 强度 问题 ， 菱形 金属 网 强度 高 ．伸 展性 和 自锁性 都 较好 ，有 可能 解 决 此 关 7 维普资讯 键 。 为 了 解决 颤 角 较缓 煤层 的 溜煤 问 题 ．研 制 了 巷 遭坡 角 l 。 ～ 条 件 下 运 输 水 采 原 煤 浆 的 S G WS 7 5 型 煤 水输送 机 ，已通过 鉴定 。此外 ， 采 用 匿 超 赢讣 子量聚乙烯溜槽 能把蛙度降 至 5 以下。 为 实 现辅 助运 输 机 械化 ，吕家 坨矿 在 加 大巷 遒 断 面和 采 用 金属 拱 型棚 子 的基础 上 ，成 功 地使 用 了 单轨 吊车 。 ’ 采用 综 合措施 浩 理瓦斯 通风 问题 ，其中 ， S B F 6 0 I水力驱动抽出式 辅助扇风机作为局部措施 ， 已在 些矿被 成 功地 采用 。 三 、形 成多种水 力运输 提升工 艺 、设备配 套 在 永采 发 展过 程 中 ，由于 各 矿 的生 产特 点和 条 件 不 同 ，因 地制 宜地 台 造 了 多种 工 艺模 式极 大 地丰 富了我 国水采工艺的经验 ，成为当前发展最 活跃的 水 采技 术领域 之 一 归纳起来， 可以分为两种基本模式 ， 以及由止 发 展起 来的 若干 中间 类型 。 困 2 一矿堞术提升系统 1 供术泵 F 2 一清水池}卜 供水管 F 4 一水枪 F 5 一溜槽 F 6 一振动孵 F卜一 块媒仓 F 8 一啦带} 自 送机 F 破碎 机 F i 0 一煤 木仓 ，儿 一煤 水泵 F i 2 一 煤水 泵 ； i 3 一煤术管 1 4 一选煤厂F i 5 ～淮缩机 ；l B 一媒仓 以八 一矿 为 代表 的 大 粒度 不分 级 一 次提 升 系统 俗称全 水提达到了很完善的程度 图 2 ，其中尤 以煤 浆制 备 系统 中环 形 闭路 破 碎 系统 和带 定 量禳 筒 给 煤 的 圆 角形 煤 水仓 是 我 国独创 ，适台 于 工作 面 醇 产很 高的矿 井 以 吕家 坨矿 为 代 表的 小粒 度 分 级运 输 提 升 系 境 8 圈 3 ，保持 矿井 的旱 运 系统 ，而 采用 高扬 程煤 泥 泵 把 筛 下煤 堤 水排 至 地 面处 理 。这种 工艺 蝶 浆鞍 易 处 理 ，提升 电耗 小 ，保持 旱运 也保 持了 生 声的 灵活性 ， 保存 块煤 ， 便 于 和地 面选 煤厂衔 接 。从 发 展看 ， 便 于 实现 采区 邮分 循环 用水 、甚至井 下 闭路 循环 ， 在 深井 的条 件 F，其 优点尤 为 突 出。 图 3目家坨矿煤术提升系统图 1 一 供 水摹 ；2 一供 水管 }3 一 回来 水枪 } ～ 溜煤 槽 F 5 一 刮板 脱水 筛 {6 一斗 子捞 坑 {7 一煤 水仓 F 8 一媒 水 泵 ；9 一 媒 水管 I i 0 一 沉淀 塔 }儿～ 洗煤 厂 ； i 2 一水池 ；l 3 一排水泵 F i 4 一块煤仓 ；l 5 ～矿车 ； l 6 一箕 斗 对 f 小 型 矿井或 由 旱采改 建 的水 采井 区 ， 由 于从 经济 角度 或利 用原 有旱运 、 旱 提设 备考 虑 ， 将 灵 活地 采取 各种 粒度 分级 ，以简化 系统 ，节约投 资 ， 保 证 能 刀。在近 年 发展 急倾 斜 和不 稳 定 煤层 的 水 力 机 槭化开 果时 为满 足 各种工 芝 要求 ， 发 展 了各 种 1 J 、 型 峒室 ， 如刮板捞坑分级脱水峒室、 带有螺旋定量给煤 装 置 的 斜坡式 煤 水仓 、带 有环 形 刮板 定 量 给 煤 的平 底煤水仓、 新型吸入式煤班世等 。 用斜板浅层沉淀技 长井 F回 收 水采 用水 已在 南票 三 家子 矿 取 的初 步 成 功 。戊提 井 下浓 缩处理 正 在组织 试 验 各种煤 永泵 和蝶泥泵是煤水提开的主要设备 ， 近 年来 已取得 长 足进步 ，目前 已成 系列 ， 使 用 寿命 大 幅度 提 高 ，供 应渠道畅 通 。 M 型系 列加 衬大粒 度 ≤5 0 ram 煤水泵 ，两 级 对称 置 、 中 开螺壳 式 ， 额 定 排量 分别 为 4 5 、 7 5 0 m。 ／ h ， 扬 程 分别为 1 5 0 2 0 0 ， 2 5 0 3 0 0 m； 两台 串联使 用 分 别能 达到 3 O 0 ～6 0 0 m，主 要部 件 由耐 磨合金 制 造 ， 转 子寿 命近 l 0 0 0小时 。 D N系 列顺列 布 置多级 离 心式煤 泥 泵 ，排 科 粒度 ≤ 3 ～6 m mt额定 流量 1 5 0 、3 0 0 、3 6 0 m ／ h ，单台 运转 维普资讯 最 高扬 程 可选 9 0 0 m，效 率分 别 在 7 0 上下 ，主要 部 件 采用 耐 磨合 金 ，泵 的大 修周 期 可 选 2 0 0 0 3 0 0 0 h， 是 分级提 升矿 井 的主 要设 备 B Z和 B M 系 列单 级渣 浆 泵型 号繁 多 ，分 别 为排 量 8 0 ～ 1 1 0 0 m ／ h．扬 程 1 0 ～1 0 0 m，通过 粒 度 1 3 ～ 8 0 m m．能 以此 满足各 种需 要 。 煤 水管 略 耐 磨 在八 一矿 采用 丁月牙 形 白 口铸 铁 耐磨 衬 套 ，效果 良好 。 四、煤泥脱水问脚得到妥善处理 多 年来 ， 水采 在煤 泥脱 水方 面做 了许 多工作 ， 根 据 我 国对 产 品加 工 的技 术 政 策 ，水 采和 选 煤 厂 结 合 最 为经 济 合理 ，水采 的 煤汜 脱 水 可和 选 煤 厂 工序 相 结 合 ，接受 水 采 煤的 选 煤厂 较 旱 采煤 选 煤 厂 不 同的 是 ① 水 量 较大 ，② 来料 不 均 匀 ，③ 细 煤 坭 增 加 5 ～ 1 8 ， 这 需要 增加 一些 工艺 措施 。无论是 一 积提 升的 八 一矿 ，分级提 升 的 吕家坨矿 ， 相应 的选 煤厂 都 要善 解 决此 间题 ，生产 良好 在 没有 选煤 厂的情 况 下 ，建 立相 应 的脱水 车 间 ，对环 保 、循环 水 质 、销煤 质量 、 煤泥 旒 失等问 题 都给 予关 注和 重视 。 S i 进其 他专 业新技 术 ，如斜 管 板 浅层沉淀 技 术 、卧 式沉降 过 滤式离 心 机 、全 自动大 型 压滤机 、火 力干 燥等 ，使 水采脱 水有更新 的发展 。 五、引进高新技术、发展生产监控 在 煤 水计 量 和监 控 仪表 方 面 ，多年 来 国 内1 莩在 的 水 运 水提 管路 煤 浆计 量 问厢 已基 本 解决 ；S L M 型 微 电脑 煤 浆管路 监 蒯 计 量装 置 采 用了 国 内生 产 的 先 进 的 一次 仪表 犬 口径装有 耐 磨衬的 电磁 流量 计 ，核 幅射密度计等 ，研 制了具有高抗干扰 能力、高 可靠 性 的 A／ D转换 接 口， 编有 独特 的软 件 ， 微 电脑信 基处 理 ，能 按生 产班 、 日、月打印 煤 浆量 、煤承 比 、蝶量 等主要数 据的 汉 字报 表 ，并有 显示屏 供 随时 监视 新研制成功 的通 用型及隔爆 型超 声被 流量计 ， 不需拆卸管道安装仪表，能对均质管 道流体进行无 阻 、无损 稠 惺 流 量 ，为其 他类 型 l硫量计所 不 及 。 正 在 为通化 太 湖矿研 制 的 三 级微 机 水 采 生 产 系 统集 中 监控 调度 系统 是 目前 水采 矿 井最 先进 的 调度 指挥 中心 ，已用于 生 产 。 六 、今 后展望 h上述 介 熠和 分析 可以 看到 ，我 国 水 采技 术 已 发展 到比较 成 熟的阶 段 ， 技 术 装备 是配 套的 ， 作 为开 采 机械 化方 向之一 ， 预 计 在下 列条 件 ， 水 采将 得 到较 大的 发展 。 1 对 于井 田 内的主 采 煤 层 为顶板 稳 定 或 中等 稳 定 ，瓦斯含 量 中下 ，煤 质 中硬或 中 硬以 下 ， 底 板 遇 水不 提化 t 倾 角 1 0 ～3 5 。 ， 煤 厚 3 ～8 Ⅱ 】 的 缓倾 斜 、倾 斜特 厚和 厚 煤层 。这 种煤 层 条件 较 能 发挥 水 采 的 生 产 能 力 ，平 均台枪 一个 水采 工作 面 可达 0 ． 7 5 Mr 年 ．指标 优异 2 对 目前实现 旱 采机械 化 有 困难 ， 而 鞍能 发挥 水 采特 点 的 煤 层 ，包 括 急 倾斜 煤 层 、地 质 构 造 较 复 杂 、变化 大 的不稳 定煤 层 。 今 后的 发展 主要 是 以 经济 效 益 为 中 一 ￡ 、 ，努 力扩 大水 幂使用 范 围 。具 体 没想 是 i 通过推广带动提高，树立典型促进推广 ， 稠 极 创 造条 件组 织实现 高 产 型现 代 化 水采 井 区 ，水 枪 流 量拟 增 至 4 5 0 m ／ h左 右 ，台 枪 能 力 1 ～ 1 ． 5 Mr ／ 年 ， 全 员效 率 3 5 t ／ I 。 同时 为适应 一 些复 杂煤 层生 产能 力不大 的采 区 ，应 发展 经济 型的 水 采工艺 系统 ， 从适 当减少 水枪 流量 ， 尽 量循 环用 水 ， 使 系 统装备 容 量减少 ．节省投资。 2 工艺 上要 力争水 采用 水 闭略循 环 复用 ， 特 别 是 井 卜 预 先泼缩 处理 。 水 提浓 煤 浆工艺 的 实现 ， 将 使 煤 水 系统投 资 、能耗 、运 行费 大幅 度降 低 。 3 完善 无 支护水 采 工艺 ， 特 别 在 瓦斯 通 风和 矿 压 支护 方面 争取 有新 突 破 f 从 设备 来说 ， 两泵 的调 速 调压 、 监测反馈自动控制，煤水泵取消密封水等 j工 作 面装 备方 面 ，自移 护枪 支 架 ，程控 液 压水枪 ， 辅 助 运输 机械 化 等也 应积极 解决 。 同 时 ，继续 发 展 有 支护 水 采 及机 破 水 运短 壁 采 煤 法等 多种 工艺 。 4 积极 寻求 探索 井下 脱 水 、 水落 旱 运工 艺和新 型 射流 如组 合射 流 、聚 能式 昧冲 射流 落煤 工艺 ， 其 意 义不仅 在 于 简化 生 产 系 统 ， 、 而且 便 于 使用 水 采 开 采最佳 煤 层或区 域 ，进一 步扩 大 了使 用范 围 。 9 维普资讯