水力采煤技术工艺系统与布置特点

1、水力采煤技术天地科技股份有限公司唐山分公司2012年5月1天地科技股份有限公司唐山分公司水力采煤技术一.水采概述五.水采主要装备六.主要技术指标四.巷道布置特点三.水采工艺系统二.水采适用条件天地科技股份有限公司唐山分公司一、水力采煤概述天地科技股份有限公司唐山分公司一、 水力采煤技术概述1.水力采煤概念及特点2.水力采煤现状及规模3.水采技术的发展水平天地科技股份有限公司唐山分公司1.水力采煤概念和特点1)水力采煤概念 水力采煤是以高压水射流为动力源进行开采的一种水力机械化采煤工艺。它主要包括： 高压供水系统 主要由落煤参数（f，P，Q）和高压供水设备（高压泵，高压管路，阀门等）组成。 煤水

2、运输系统 主要由无压运输和有压运输及配套峒室等设施组成。 煤水提升系统 主要由煤水缓冲、储存、煤浆制备的不同功能峒室及配套煤水提升设备等设施组成。 煤泥脱水系统 主要由煤水储存、浓缩、分级、脱水及煤水净化的不同功能的工程设施及配套脱水设备等组成。 天地科技股份有限公司唐山分公司 天地科技股份有限公司唐山分公司 2).水力采煤工艺的特点：在工作面用高压水射流进行破、落、冲、运煤炭，；水采工作面不进行支护；水采工作面没有大型机电设备，搬家倒面方便、灵活；工作面煤水靠溜槽无压运输，对地质条件适应性强性；水枪操作人员在巷道内作业，安全可靠；工作面粉尘浓度低，每立方米只有十几毫克，不进行灭尘；水采工作面

3、操作人员少（只有2-3人）；3 在巷道布置、生产系统、回采工艺和安全生产管理方面与旱采长壁采煤方法有着根本区别。)水采技术政策 由于水力采煤技术具有自身的特点。因此，在巷道布置、生产系统、回采工艺和安全生产管理方面与旱采长壁采煤方法有着根本区别。所以，在编制设计、制定规章制度、编写作业规程方面结合水采的落运提脱四大生产系统的特点、重点和难点进行编制。如：2008年煤炭工业技术政策也明确规定 “煤层赋存适合水力采煤条件的可采用水力采煤”。煤炭工业矿井设计规范2005年版对水力采煤设计做出了详细规定。矿井设计手册中对水力采煤设计部分单独列了一章（参见第三篇第六章）煤矿安全规程中根据水力采煤无支护、

4、水射流的特点第66条对水力采煤方法作了详细规定；第116条对水采通风单独作了规定。 2. 水力采煤生产现状 水力采煤技术是以高压水射流为动力源进行破落煤体的一种采煤工艺。该工艺经过长期的研究开发与生产实践，已发展到成熟阶段。国内外一些急倾斜煤层和地质构造复杂煤层的矿井采用了这一新技术。特别是近几年来，国内通过水采在急倾斜煤层和地质构造复杂的煤层反复实践及不断技术创新，许多适合水采煤层条件的矿井先后采用了水力采煤。 1）国外情况： 俄罗斯的新库斯尼克煤田 ； 加拿大的米歇尔矿； 日本的砂川矿；天地科技股份有限公司唐山分公司 新西兰南岛的格里莫斯矿区 强人矿(STRONGMAN) 水采已投产(日本

5、设计的水采),30万t/a;全部煤水自流运输到地面;供水泵一台,N=1550KW,n=1440转/分,增速后泵为非作歹200转/分; 太尔斯矿(TERRACE)炮采水运,12万t/a; 大卫山矿,北岛的东矿都准备采用水采;目前，许多国家都在关注水采，如越南、俄罗斯、新西兰、朝鲜先后来我国进行水力采煤技术参观、学习、交流。印度、澳大利亚等国进行信息交流。天地科技股份有限公司唐山分公司 2）国内情况：我国自1956年开始先后在河北的开滦、山东枣庄的八一、肥城的杨庄矿、辽宁的北票、河南的梁峪等矿区试验水力采煤技术，取得较好的技术经济效果。 近年来，由于技术的进步，选择的条件对口，水力采煤在不稳定煤层

6、和中小地方煤矿发展较快，有许多不适合综合机械化开采的矿井采用了水力机械化采煤技术。 如：黑龙江的鹤岗矿区、辽宁的南票矿区、大屯煤电公司的孔庄矿、吉林的通化矿区等采用了水采技术后，均取得较好的技术经济效果。天地科技股份有限公司唐山分公司南票矿区 煤层条件比较复杂，属于极不稳定的难采煤层（鸡窝状），厚度变化为01226米，而且断层多，火成岩侵入严重（各种旱采均尝试过）。为了寻求新的采煤方法，该局于八十年代初在三家子矿开始试验水力采煤。经过几年的努力，摸索出了水力开采不稳定煤层的经验。台枪生产能力均为60万t/a，最高年产原煤达到732万t/a，1997-2007年，百万吨死亡率为0.65人/100

7、万t。 该局先后改造了三个矿井，水采产量占全局的70% 天地科技股份有限公司唐山分公司通化矿区位于吉林省长白山西麓是吉林省主要产煤基地之一，该矿区煤田由于受燕山运动的影响，含煤地层在地质构造影响下，受到极大破坏。断层多、褶曲发育、火成岩侵入十分严重、煤层倾角和厚度变化大。在1984年原煤炭部对当时96个统配矿务局的地质情况排查时，通化矿务局被列为第93位。于八十年代中期试验了长壁综采和高档普采，如松树，大湖等矿。但在复杂的煤层条件下，难以发挥综采作用，经常般家倒面，产量在30万t/a以下。有的较复杂块段弃而不采，造成了一些资源损失。该局为了解决通化矿区地质条件复杂煤层的采煤方法，于九十年代初在

8、东煤公司的领导下推行水采技术。目前，全局有5个矿井采用了水采技术，共建了8套水采生产系统，水采产量占全局总产量的65%以上。很好的解决了复杂煤层采煤方法问题 天地科技股份有限公司唐山分公司北票矿区是百年老矿，煤层赋存条件大部分为急倾斜中厚煤层，具有煤与瓦斯突出危险。该局从1958年在冠山二井开始试验水采以来，经过多年水采实践，在急倾斜双突煤层条件下，对水采的工艺设计、巷道布置、通风管理、双突防治措施和生产组织等方面总结出了一套行之有效的经验。认为在双突煤层条件下，对于瓦斯和火灾管理水采更简单、更安全一些。这些年来水采工作面从未发生突出事故，（突出现象一般均发生在掘进工作面的掘进过程中）。 天地

9、科技股份有限公司唐山分公司中小型地方煤矿目前,一些中小型地方煤矿及不稳定煤层开采的矿井也在采用水力采煤方法。如山西襄垣的古韩联营煤矿、金星煤矿、襄矿晋平煤业、吉林白山市的振东煤业、通明立井均已先后建成投产，年产分别达3050万t/a。比水采前产量提高3倍。天地科技股份有限公司唐山分公司目前，正在进行水采技术改造的煤矿有：开滦局的董各庄矿；汾西局的正晖公司的昌华等4个矿；河南平煤集团的香山矿；湖南连邵局的斗立山矿；山东淄博的王庄矿；新疆阿克苏地区的博孜墩矿 均已经完成设计与审察工作。天地科技股份有限公司唐山分公司3. 我国水力采煤技术发展水平 我国的水力采煤技术经过多年潜心研究已经发展到成熟的阶

10、段。使水采杜绝了环境污染，真正成为安全、节能、环保的绿色采煤方法。目前，我国可自行设计和制造年产百万吨全套的水采技术装备，积累了丰富的生产技术管理经验，并在世界居领先水平。主要表现在： 天地科技股份有限公司唐山分公司1)在水力落煤技术方面： 我国率先研究成功水采工作面无人水力落煤新技术，实现了远程液动监控水力落煤工艺，解决了水采工作面双出口问题，使水力采煤技术又上了一个新的台阶。 其原理：水采工作面的水枪全部进行液动控制，操作人员距工作面30100米以外的进风巷道操作液动水枪来完成水力落煤。而液动水枪的落煤情况可由监视器传输到显视频幕上，操作人员根据监视具体情况，进行远程操作。这样，使水采工作

11、面在无人的情况下，将采垛内的煤炭顺利采出。 天地科技股份有限公司唐山分公司 2）在水采煤泥水循环复用技术方面 水采煤泥水处理环节，是水采工艺所伴生的特殊问题。这个环节直接影响着水采的工艺系统和污水排放对环境的影响。针对这一特殊环节，经过科研人员多年试验研究，水采的煤泥水的处理技术，目前无论井下还是地面已获得彻底解决。处理煤泥水的技术措施是以斜管浅层沉淀技术为主，配以高效絮凝剂加速固液分离、使澄清净化的水质既符合国家环保标准，又能满足水采闭路循环用水的要求。 天地科技股份有限公司唐山分公司3）在煤泥脱水与回收方面研究成功了粗、细煤泥分别进行回收的措施。即粗煤泥回收工艺采用了预沉仓浓缩，高频振动脱

12、水回收粗煤泥。经过生产实践，使粗煤泥水份约16左右，完全能够实现旱运旱提的要求。细煤泥回收工艺采用压滤脱水技术，该设备选用的是小型隔膜压滤机，型号为XMZG200/1250-U型。为了降低滤饼水份，采用压风反吹措施，使细煤泥水份均在2223之间。完全能够满足井下运输要求。天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司 4)在节能降耗方面： 试验成功的采区化水采新工艺，彻底取消了煤水提升系统和地面脱水系统，使水采煤泥水在采区内闭路循环复用，大大降低了系统装机功率。这为我国水采技术创新和节能降耗树立了典范。（比原水采系统运转功率降低500-1000kW）。 采区化水采工艺具有灵活机动

13、性，可针对不同煤层赋存条件和矿井的不同生产水平的某一块段进行设计，特别是综采丢弃的边角煤柱更具有推广应用前景。天地科技股份有限公司唐山分公司 二.水力采煤的适应条件 天地科技股份有限公司唐山分公司 采煤方法条件论: 我国煤层赋存条件千变万化任何一种采煤方法都不能包打天，无论水力机械化采煤，还是综合机械化采煤都有其适用条件和应用范围 水力采煤作为综合机械化采煤的有效补充，两者可以形成优势互补，各自发挥自身的优势,这已被生产实践充分证明。如开滦吕家坨与董各庄1.煤层赋存条件 顶板稳定或中等稳定，瓦斯含量小，煤质中硬或中硬以下，煤厚38米，倾角1035度的倾斜、缓倾斜、厚及特厚的煤层。 这类煤层是最

14、能发挥无支护水采工艺优势的比较理想的煤层，一般台枪年生产能力为6090万t/a,个别好的条件可达到100万t/a以上。天地科技股份有限公司唐山分公司.顶板中等稳定的急倾斜煤层。 如吉林省通化矿业集团八宝矿、道清矿、六道江矿等，台枪年产量3545万t/a，回采率大于75%。正在设计的汾西矿业集团的4个90万t/a矿井和开滦矿业集团的鲁各庄矿（90万t/a） 。天地科技股份有限公司唐山分公司.顶板稳定和中等稳定,煤层产状不规则,走向、厚度、倾角变化大,地质破坏严重的极不稳定煤层 如江苏大屯煤电公司孔庄矿，山西晋平煤业、山西襄垣七一煤矿等，都是综采和水采共存的矿井,台枪年产量3060万t/a，回采率

15、大于75%,由于发挥了两种采法各自的优势,形成了优势互补，稳定了矿井产量,提高了矿井的资源回收率。天地科技股份有限公司唐山分公司 煤层顶板稳定和中等稳定，矿井储量偏小且分散， 不能布置长壁工作面开采的中小型地方煤矿.如吉林省白山市的振东煤业、通明立井、湖南连邵的斗立山矿、山西襄垣的辉坡矿和晋平煤业等。天地科技股份有限公司唐山分公司煤尘发生量大,北京局的房山矿煤尘大（旱采煤尘浓度高达4200mg/m3，矽肺病十分严重。改用水采后工作面粉尘浓度大幅度降低（煤尘浓度为4-10mg/m3），稳定了职工队伍。工作面淋水大的矿井。南票邱皮沟矿天地科技股份有限公司唐山分公司 水力复采残煤，用水采复采倾角大于

16、7度缓斜和倾斜厚煤层, 这类煤层过去由于使用如巷柱、落垛等旧的采法,回采率只有2030%,采用水力复采可取得较好的经济效益,这对于资源枯竭的老井挖潜具有现实意义。水力复采产量一般在1530万t/a，如山东枣庄局的枣庄矿、福建的邵武矿、通化的大湖矿均先后进行过水力复采。南票煤电公司的三家子矿一直在-300水平以上进行水力复采，台枪生产能力最高达50万t/a。天地科技股份有限公司唐山分公司2.电源供应条件对于生产能力3060万t/a矿井，水采运行负荷一般为15002500kw.3.水资源条件由于采用闭路循环工艺，一般吨煤带走水分为2025%计算，就能满足要求，对于3060万t/a矿井，每天水采需要

17、补给水量400600 t/d。天地科技股份有限公司唐山分公司 三、水力采煤工艺系统 1.全水力机械化提升工艺系统 2.分级水力机械化提升工艺系统 3.采区化水采工艺系统天地科技股份有限公司唐山分公司1.全水力化提升工艺系统1.1 概念： 全水力化水采矿井的特点是回采及掘进出的煤炭全部由煤水泵通过管道提升到地面进入选煤厂或脱水车间处理。1.2 系统流程： 回采或掘进工作面的煤炭通过无压水力运输至采区下部煤水硐室中的分级筛,筛下品进入煤水仓，经定量给煤机（圆盘或螺旋给煤机）喂入煤水泵排至地面选煤厂或 脱水车间，筛上品进入块煤仓后，通过皮带转载至安装在主溜煤道上的破碎机，破碎后的煤炭进入溜天地科技股

18、份有限公司唐山分公司 煤道随水流进入分级筛，由此形成一个完整的循环破碎系统，其生产工艺系统流程如下图所示。1.3 适应条件：新设计的水采矿井,可以不设主提升井, 减少初期矿建投资;煤层埋藏较浅的矿井（深度不超过200米）;主提升能力不足的矿井,可以通过管道运输弥补旱提能力不足。天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司2.分级提升工艺系统2.1 概念：分级运提的水采矿井的特点是回采及掘进出的煤炭通过分级筛分级，筛上煤通过旱提至地面；筛下煤由煤水泵通过管道提升到地面进入选煤厂或脱水车间处理。2.2 系统流程：回采或掘进工作面的煤炭通过溜槽无压水力运

19、输至采区下部煤水硐室中的分级筛硐室,筛下煤进入煤水仓，经煤水泵排至地面选煤厂或 脱水车间；筛上煤进入块煤仓，通过矿井旱运旱提系统提升至地面，其生产工艺系统流程如下图所示。2.3 适应条件：旱采改水采矿井，有一定旱运旱提能力的矿井，以及旱采矿井某一区域适合水采的块段。天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司3.采区化水采工艺系统（全部旱提模式）3.1 概念：采区化水采工艺系统彻底打破了常规型水采落、运、提、脱的工艺模式，取消了煤水提升和地面脱水系统，使水采煤泥全部在采区回收，实现水采原煤全部旱提旱运。避免煤水井上下缓冲、储存设施的重复建设，使高压

20、供水在采区内全部进行闭路循环复用。大大简化了水采生产环节，缩短了用水循环圈，使其更具有简单、可靠和灵活性。3.2 系统流程：从工作面下来的回采及掘进出的煤水先进入刮板捞坑进行水力分级，+0.5mm筛上品通过刮板筛脱水后运至煤仓旱运；-0.5mm筛下煤水进入井下脱水硐室脱水回收，回收后的煤泥进入也进入煤仓旱运旱提到地面，煤水净化后采区内循环复用，详见工艺系统图。3.3 适应条件：旱运旱提能力富裕，开采深度较大（大于300米），以及旱采矿井某一区域适合水采的块段。天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司 四、水采巷道布置方式1.小阶段采煤法巷道布置

21、。 2.漏斗采煤法巷道布置 3.边界回风上山巷道布置天地科技股份有限公司唐山分公司1.水力采煤巷道布置概述水力采煤巷道布置主要根据煤层倾角来确定：.小阶段采煤法巷道布置。适应条件：该巷道布置适合于煤层倾角大于20以上的煤层条件。通风方式：小阶段采煤法巷道布置由于回采巷道沿走向布置,为了减少掘进量，采用经部分采空区回风，考虑到采空区回风不稳定，为了安全生产，水采工作面都配局煽辅助通风，采空区回风距离根据煤层赋存情况决定，最大回风距离80100米，据测定，采空区风阻为1mm水柱/m。天地科技股份有限公司唐山分公司小阶段采煤法巷道布置图天地科技股份有限公司唐山分公司.漏斗采煤法巷道布置。适应条件：该

22、巷道布置适合于煤层倾角小于20的煤层条件。通风方式：漏斗采煤法巷道布置由于回采巷道倾斜或伪斜布置,采区上部有回风巷,能够形成全负压通风,通风效果好。漏斗采煤法虽解决水采通风问题，但由于我国缓倾斜煤层使用水采较少，大部分均采用小阶段巷道布置方式。天地科技股份有限公司唐山分公司漏斗采煤法巷道布置图天地科技股份有限公司唐山分公司.边界回风上山巷道布置布置采区边界回风上山主要是为了减少采空区回风距离，保证水采工作面能够形成稳定的全负压通风系统，满足稀释瓦斯的需要。边界回风上山巷道布置见下图。采区边界回风上山巷道布置采空区最大回风距离就是联络巷间距，根据各矿煤层条件，一般为3050m，在加上采取瓦斯抽放

23、和局煽辅助通风等措施，水采工作面通风完全能够满足生产要求。 天地科技股份有限公司唐山分公司边界上山巷道布置图天地科技股份有限公司唐山分公司 五、水采技术装备 1.工作面装备 2.高压供水装备 3.煤水分级运提装备 4.煤泥脱水装备1. 工作面装备1）高压水枪手动水枪重量轻：120kg可解体，单件重46kg.有效射程：1525米。天地科技股份有限公司唐山分公司 天地科技股份有限公司唐山分公司液控水枪重量轻：180kg。可解体，单件重46kg。使用乳化液和油介质。操控距离515米。有效射程：1525米。远程液控水枪系统图天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司远程监控液动水枪重

24、量轻：180kg。可解体，单件重46kg。使用乳化液和油介质。操控距离30150米。有效射程：1525米。天地科技股份有限公司唐山分公司2）跟枪阀重量轻：98kg压力：20MPa通径：DN125，DN150天地科技股份有限公司唐山分公司 3）高压管与快速接头 无缝钢管：材质20号钢。 通径：DN125，DN150。 快速接头：133； 159 ；168天地科技股份有限公司唐山分公司2. 高压供水装备 有两种类型，一是污水高压泵；二是清水高压泵；污水高压泵型号主要为D300-8012和DZ300-8012, 两泵串联供水压力为20MPa, 供水流量为200240m3/h，煤水浓度小于1g/l,粒

25、度小于0.5mm污水。技术参数见下表：天地科技股份有限公司唐山分公司级数流量（m3/h）扬程(m)转速(r/min)轴功率(kw)配机功率(kw)效率(%)430032014803804407253004001480470560726300480148056068072730056014806508507283006401480747850729300720148084010507210300800148093410507211300880148010271250721230096014801120125072D（Z）300-80型高压泵技术参数表清水高压泵型号主要为DG270-14012和G

26、Z270-14012, 两泵串联供水压力为20MPa, 供水流量为200240m3/h，水质浓度小于150mg/l,单台供水压力P=17MPa。技术参数见下表：天地科技股份有限公司唐山分公司3. 煤水分级运提装备 提升设备：有大小粒度，单级多级煤水泵。DN300-60（360-75）型多级煤水泵, 该泵为水采专用泵, 单台最大扬程900米,ZJ型单级煤水泵，单泵扬程为110m。具体参数见下表：泵型DN300-60412DN360-75412级数流量m3/h扬程(m)功率(kw)效率(%)流量m3/h扬程(m)功率(kw)效率(%)43002403157136030050072530030040

27、0713603755607263003605007136045068072730042056071360525850728300480630713606001000729300540710713606751120721030060080071360750125072113006609007136082514007212300720100071360900140072DN型煤水泵技术参数表天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司煤水分级设备 刮板分级脱水筛机分级粒度：+0.5mm-50mm水分1315%天地科技股份有限公司唐山分公司天地科技股份有限公司唐山分公司4. 煤泥脱水

28、装备1）粗煤泥脱水 振动弧形筛+高频筛+0.30.5粗煤泥回收设备水分2023%2）细煤泥脱水天地科技股份有限公司唐山分公司隔膜压滤机-0.3mm细煤泥脱水设备水分2325%天地科技股份有限公司唐山分公司 六、水采矿井主要技术经济指标 天地科技股份有限公司唐山分公司1.投资 改造矿井改造矿井，其改造投资费用见下表： 改造矿井投资费用表生产能力万t/a设备及材料投资（万元）矿建（万元）土建（万元）安装（万元）合计（万元）高压系统煤水系统配电系统302703402601203502101550603804803102104103002090天地科技股份有限公司唐山分公司由于各矿煤层条件及基础条件不

29、同，其实际投资可能与上表有所区别，一般来讲，对于生产能力60万t/a，投资基本在15002000万元左右。 新建矿井对于新建矿井，其投资和长壁机械化开采区别不大。 天地科技股份有限公司唐山分公司2.成本由于开采条件不同，成本有所区别，结合几个有代表性的矿井实例说明：山西省襄垣县金星煤矿：煤厚6米，倾角740度，顶板稳定或中等稳定，低瓦斯，煤质中硬以下，开采边角煤及村庄压煤，属于前面所说的一类条件。矿井原设计15万t/a，2008年水采改造后，产量一直维持在50万t/a，如不受旱提能力制约，可以达到75 t/a，回采率大于80%。 天地科技股份有限公司唐山分公司2011年18月份金星矿成本构成表

30、 单位:元/t 材料电力井巷维简安全折旧工资其他合计42.3418.51.231.955.2415.5423.568.25116.6煤厚(m)倾角（度）开采深(m)供水压力(MPa)运行负荷(kw)生产能力(万t/a)工作面数量6740200131600501金星矿开采技术条件及参数 天地科技股份有限公司唐山分公司吉林通化矿业集团六道江矿：煤厚06米，倾角3565度，局部反转，顶板稳定，低瓦斯，煤质中硬以下，属于前面所说的二类条件。矿井原设计15万t/a，2009年6月水采改造后，单枪产量一直维持在3540万t/a，2011年2台枪基本月产7万t/月，计划年产84万t/a，回采率大于75%。

31、天地科技股份有限公司唐山分公司2011年18月份六道江矿成本构成表 单位:元/t 材料电力井巷维简安全折旧工资其他合计52.2820.610.661.724.1717.6777.129.04183.3煤厚(m)倾角（度）开采深(m)供水压力(MPa)运行负荷(kw)生产能力(万t/a)工作面数量工艺模式063565600132400842采区化六道江矿开采技术条件及参数 天地科技股份有限公司唐山分公司辽宁南票煤电公司的三家子矿：煤厚07米，倾角3570度，高瓦斯，煤质硬f=2.12，断层多，火成岩侵入严重，属于前面所说的四类条件。矿井原设计60万t/a，1982年水采改造后，2台枪年产量一直维持在6070万t/a，期间试验了多种长壁采煤法，最后还得使用水采，现一直在-300水平进行水力复采，两台枪生产能力一直保持50万t/a。 天地科技股份有限公司唐山分公司2011年18月份三家子