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1、水力采煤技术,2011年9月,1,一、水力采煤技术概述,1.水力采煤概念及特点 水力采煤是以高压水射流为动力源进行水力落煤、水力运输、水力提升和煤泥脱水工艺的一种水力机械化采煤方法。其具有以下特点：水力采煤特点：1）工作面装备简单，搬家倒面方便、灵活；2）人在巷道内作业，没有电力设备，安全可靠；3）水采工作面人员少（只有2人），效率高；4）水力采煤对急倾斜、不稳定煤层适应性强；,5）工作面煤尘浓度低，每立方米只有十几毫克，有益于工人身心健康。因此，多年来水力采煤一直在煤层赋存条件的不稳定、急倾斜、不规则煤层块段以及水力复采残煤等矿井应用，取得了较好的经济效益。,2.我国水力采煤技术水平 我国的
2、水力采煤技术经过多年潜心研究已经发展到成熟的阶段。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：1)在水力落煤技术方面：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（30-150m）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。,2)节能降耗方面：试验成功了采区化水采新工艺，取消了煤水提升系统，使水采煤泥水在采区内闭路循环复用，大大降低了水采用水和运转功率。3)在煤泥水处理方面：研究试验成功了絮凝浅层沉淀与过滤技术，
3、使煤泥水处理后的水质可根据不同需要，分别达到环保排放标准、工业用水标准。4)在工艺系统方面：针对不同煤层赋存条件与不同矿井条件研究成功了适合于中小煤矿水力开采的多种工艺模式（如全水力提升工艺模式、分级提升工艺模式、采区化水采工艺模式）。,3.我国水采生产规模及发展现状：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下，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，水力采煤可以作为综合机械化采煤的有效补充，两者可以形成优势互补，发挥各自的优势。近年来，由于技术的进步，选择的条件对口，水力采煤在地方乡镇煤矿发展较快，有许多不适合综合机械化的矿井采用了水力机械化采煤技术。如：山西的襄
4、垣县的古韩矿、金星矿、襄垣矿和辉坡矿；吉林白山市的六道江矿、振东煤业和胜利矿等地方煤矿。,为了解决急倾斜煤层开采机械化问题，我国一些煤层赋存倾角大的矿井也在采用水力机械化采煤技术。如：山西汾西矿业集团新整合的4个急倾斜煤层（60-70）矿井正在进行水采设计；河北开滦矿业集团的鲁各庄矿（煤层倾角60以上）也正在进行水采设计；为了提高矿井整体资源回收率，我国有4个矿井采用水采与综采并存的开采方法。如：江苏大屯煤电公司的孔庄矿，吉林通化局的大湖矿和山西襄垣县的七一矿和晋平煤业公司。,二、水力采煤工艺模式,1.全水力化提升模式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
5、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,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。,2.分级提升模式2.1 概念：分级运提的水采矿井的特点
6、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。如南、北票以及山西襄垣矿区8个水采矿使用该模式。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。,3.采区化水采模式（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
7、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。如通化矿业集团5个水采矿井全部采用该模式。,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
8、），以及旱采矿井某一区域适合水采的块段。,三、水力采煤装备,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。,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510米。有效射程：1525米。,液控水枪系统图,远程监控液动水枪重量轻：180kg。可解体，单件重46kg。使用乳化液和油介质。操控距离30150米。有效射程：1525米。,远程监控液动水枪系统图,2）跟枪阀重量轻：98kg压力：20MPa通径：DN125，DN150,3）高压管无缝钢管：材质20号钢。通径：DN125，DN150。,2.高压供水泵 目前主
9、要使用D(Z)300-80型污水高压泵,该泵为水采专用泵,单台最大供水压力为10MPa,该泵设计流量为280300m3/h，两台串联最高可达20MPa，适合于煤水浓度小于1g/l,粒度小于0.5mm污水。技术参数见下表：,D（Z）300-80型高压泵技术参数表,3.煤水提升泵 目前主要使用DN300-60（360-75）型煤水泵,该泵为水采专用泵,单台最大扬程900米,可提升高度800米，该泵设计流量为300360m3/h，具体参数见下表：,DN型煤水泵技术参数表,4.采区煤水分级设备及硐室,刮板脱水筛+0.5mm原煤脱水设备水分1315%,5.煤泥脱水设备1）粗煤泥脱水,振动弧形筛+高频筛+
10、0.30.5粗煤泥回收设备水分2023%,2）细煤泥脱水,隔膜压滤机-0.3mm细煤泥脱水设备水分2325%,四、水力采煤适用条件,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、厚及特厚煤层的不规则块段。这类煤层是最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4590万t/a,个别好的条件可达到100万t/a以上。如山西襄垣县金星煤矿，受旱提能力制约，单枪生产能力投产后一直保持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%。,.顶板中等稳定，倾角大于30度以上的倾斜、急倾斜煤层，厚度大
11、于2.5米的不稳定煤层（指倾角和煤厚变化较大的煤层）。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）。,.顶板稳定和中等稳定,煤层倾角大于7度,赋存条件比较复杂的倾斜、缓倾斜煤层，煤厚2米以上,产状不规则,走向、厚度、倾角变化大,地质破坏严重，不适合长壁开采的矿井或块段。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4560万t/a，回采率大于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
12、高了矿井的资源回收率。,.水力复采残煤，用水采复采倾角大于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1525万t/a，如南票煤电公司的三家子矿，属于倾斜不稳定煤层，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。,.煤尘发生量大,淋水大的矿井。,2.基础条件 电源对于生产能力3060万t/a矿井，水采运行负荷一般为15002500kw.水源由于采用闭路循环工艺，一般按吨煤带走水分2025%计算，就能满足要求，对于3060万t/a矿井，每天需
13、要补水300600 t/d。,五、水采矿井经济效益实例,1.投资分析 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,由于各矿煤层条件及基础条件不同，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。,2.成本分析由于开采条件不同，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/
14、a，如不受旱提能力制约，可以达到75 t/a，回采率大于80%。,2011年18月份金星矿成本构成表 单位:元/t,金星矿开采技术条件及参数,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%。,2011年18月份六道江矿成本构成表 单位:元/t,六道江矿开采技术条件及参数,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
15、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。,2011年18月份三家子矿成本构成表 单位:元/t,三家子矿开采技术条件及参数,辽宁南票煤电公司的小凌河矿：煤厚023米，呈鸡窝状，倾角3563度，高瓦斯，煤质中硬，断层多，火成岩侵入严重。矿井原设计60万t/a，1984年水采改造后至今，2台枪年产量一直维持在60万t/a。,2011年18月份小凌河矿成本构成表 单位:元/t,小凌河矿开采技术条件及参数,2
16、.效益分析效益与各矿煤质及售价有很大区别，在上面所举的例子中，六道江矿和金星矿煤质为瘦煤，原煤售价在600800元/t,这两个矿年利润均在2亿以上。南票三家子矿和小凌河矿由于煤质较差，灰份4060%，目前售价稍有赢利。,六、推广应用前景,水力采煤是机械化采煤方法之一，多年来，一直在不稳定难采煤层领域应用，并取得了较好的经济技术效果，为这些矿区的经济发展及社会稳定作出了贡献。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下，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范围。因此，两者要形成优势互补，各自发挥各自的优势。根据目前水采的适用条件，其推广应用前景为：1）我国中、小型地
17、方煤矿。这部分煤矿生产能力小，机械化采煤水平低，并且量大面广（特别是江南九省）。统计数据显示，目前我国小型煤矿有1.1万多家，煤炭产量约12亿吨，机械化水平只有10%,。为此，国家提出十二五重点是发展小煤矿机械化。水力机械化开采技术在这个领域具有推广前景；2）急倾斜煤层。储量占我国煤炭储量的4%左右，开采这些煤层（特别是倾角大于55度的煤层），目前均无较好的旱采机械化方法。如新疆、山西的宁武、云贵等地区均来人来函调研急倾斜水采的事宜，这为采区化水采提供了发展机遇。3）水力复采残煤。综上所述，水力采煤具有一定的发展前景，定会为提高我国整体机械化水平作出贡献。,57,Thank you vrey much!,谢谢！,2011.09.04,57,
