水力采煤（共4篇）
水力采煤 篇1
水力采煤法指在井下用水射流击碎煤体或兼用水力运输提升, 简称水采。主要优点是:机械化程度较高且较易于自动化;空气含尘量低, 生产比较安全可靠;1套生产系统的能力较大, 其成本和效率指标也较旱采为优;1套水采区生产系统初期投资低于综采采区;对地质构造适应能力较强, 和地面洗煤系统配套生产, 效果较好。主要缺点是:通风系统不完善;回采率低;仅适用于中等稳定以上的直接顶板, 范围较窄;巷道掘进率高, 准备工作量大;吨煤电耗和粉煤率较高、辅助运输机械化程度较低。
水力充填采煤材料的选择 篇2
1 对充填材料的要求
对充填材料总的要求是:数量足, 就地取材;质量好;安全可靠;价格低;易加工。
具体要求如下:
1.1 充填材料应适合于管路水力输送, 应遇水不溶解, 不带棱角并易脱水。最大粒径含量不宜过多, 以免堵管。
1.2 填料的最大粒径要小于管径的2/5, 同时最大粒径的含量应不大于总量的10%。
1.3 充填材料中应有适当的含泥量和合理的粒径配比, 以使充填体致密, 沉缩率小。沉缩率是指充填体受压后的沉缩高度与原充填高度之比。它是反映充填体物理力学性质的重要参数。
充填材料中小于1mm的颗粒称泥分。泥分脱水后留在采空区, 充填于大颗粒之间, 使充填体变得致密;而不易脱水或随水流出采空区的泥分, 则会使充填体沉缩率增大。经测定, 充填材料中0.1mm以下的颗粒含量达到20%~30%时, 充填体就不易脱水, 具有塑性, 可能会臌破砂门造成跑砂事故。随水流出的泥分, 不仅使充填材料的消耗量和排泥量增加, 还会加剧水泵的磨损和巷道污染。为此要控制充填材料的含泥量, 一般要求不超过10%~15%。由于充填材料中的细颗粒能减少管路的压头损失, 对于细砂或其它易于脱水的材料, 细颗粒含量可不受此限。含泥量不仅是选择充填材料的重要指标, 也是确定沉淀池容积和排泥设备的参考数据。
合理的粒径配比, 是指充填体沉缩率最小或管路压头损失最小的一种粒径配比。不同材料的合理粒径比, 应通过实验确定。除此之外, 粒径配比也是确定加工破碎与筛分设备的重要依据。
1.4 充填材料应具有较好的透水性。以便充填体易于脱水。透水性强弱是以一定时间内透水数量的百分数表示, 具体多少, 由试验来测定。当充填试料在10分钟内尚不能把注入的水量渗出80%者, 被视为透水性弱的材料。
1.5 充填材料中不应含有可燃成分, 以免由于充填引起井下火灾和污染井下空气。因此, 除已知的安全材料, 如河砂、山砂, 风化岩石外, 其它充填材料都应进行工业分析, 以了解其化学成分和性质, 不符合要求者不能使用。
1.6 充填材料应便于运输和贮存, 当其含水多时, 冬季易于冻结, 这会给充填材料的运输和贮存带来困难。因此充填材料的含水率在寒冷地区, 不能大于5%~8%。
一般情况下, 充填材料的生产、加工、装运费占充填成本的20%~40%, 所以应尽量采用天然的、不需加工或加工量小的成品砂, 也可以考虑几种充填料混合使用。
如果充填料中加入适量的胶结物质, 如水泥等, 则称胶结充填。它与普通水力充填相比, 充填体强度大, 沉缩率小, 从而能更有效地控制围岩和减少地面下沉, 但成本较高, 工艺系统也复杂。
2 充填材料的需要量
矿井对充填材料的需要最分为总最和年消耗量。二者是水力充填矿井设计与编制生产计划的主要指标之一。
2.1 充填材料总量的确定。
充填总量Qt应根据井田内采用水力充填采煤法的煤炭可采储量和每采1t煤所需充填材料的数最来确定, 通常以下式计算:
式中Zw——井田内采用水力充填采煤法的煤层可采储量, t;
K——富裕系数, 取1.2~1.4;
S——充采比, 依充填材料的种类和性质而定, 一般为0.75~0.95, 河砂可取0.8。
充采比S是每采煤所需充填材料的立方米数, 由于充填材料浸水脱水后会流失一部分泥分及细粉, 体积减小, 故应按下式计算
式中γm——煤的容重, t/m3;
ε——充填材料浸水脱水收缩率, 与充填材料的性质有关, 需通过实测确定, 一般在0.05~0.2之间。
充采比不仅是确定充填材料数量的主要依据, 而且是衡量充填体致密程度的重要指标。矿井的实际充采比常小于计算值, 但S值不应小于0.6~0.7, 否则充填质量差, 可能造成上部煤层离层破坏。
2.2 充填材料的年消耗量Qa由井田内用水力充填法采煤的年产量确定, 即Qa=n·Aa·i S, m3/a
式中:Aa——井田内采用水力充填法采煤的年产量, t/a;n——不均匀系数, 一般取1.15~1.25。
充填材料的年消耗量Qa是确定采石场规模和加工车间设备选型的主要依据。
3 结论
实践证明, 充填材料的质量对矿井生产及安全有直接影响。充填材料的用量大, 费用高, 因此, 对充填材料的选择要慎重。
参考文献
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水力采煤矿压显现的特点及规律 篇3
关键词：水力采煤矿,特点,规律,探讨
1 采掘过程中的矿压显现
1.1 采煤面的矿压显现
在对煤矿进行深部的开采时, 有的时候会在采煤场利用顶板的压力来对煤体进行松动, 从而增加了单位时间内的落煤量。但是在水平三百四十米以下的时候, 矿压的显现就和平时在较浅的部分进行开采时不一样。当在影响区进行水采回采作业的时候, 矿压的显现可以呈现出如图1所示。当采煤作业进行到采空区的停采线二十到三十米的时候, 矿压的显示就变的非常的明显了, 有的时候沿着底板进行的采煤作业时甚至会发生冒顶的现象, 严重的时候可能会将五到六米厚的煤冒至顶板的位置。这样的状况一旦冲过了几米的冒顶区之后, 矿压又会变得很小了, 有的时候这种矿压的表现并不是很明显。有些时候可能会在坚硬的煤体中出现零到十毫米的裂缝, 我们认为这种现象的产生是由于来自顶板的压力, 在顶板来压的过程中会蓄积一定能量, 那么当这些能量蓄积到一定的程度后由于受到压缩的作用力而使煤体向踩空区的方面进行一定的位移, 在这个过程中会有一定程度的下沉现象, 那么由此产生的结果就是顶板的压力就会有所减小。在距离采空区的停采线大概二十到三十米的区域内, 是矿压表现的比较明显并且压力很大的一个区域, 在这个区域内有很大的能量进行蓄积, 会对周围的煤体产生一定的变形影响, 从而使这些煤体因为受力的原因二发生松动的散落。在这个区域内, 当这种压力达到了一定的承受极限时, 煤体如果承受不了的时候, 当遇到了自由面而发生暴露的时候这种压力就会得到释放, 在释放的过程中, 可能会有煤泡的产生, 并且会有“抛射性冒顶”的现象出现。顶板的岩石强度是有一定的承受能力的, 当这种承受力达到一定的界限时, 就会发生脆裂性的破碎现象, 那么冒顶的状况就会连续发生, 矿压就会显得比较集中。在三十米以后的区域被称之为压缩区, 在这个区域内蓄积着一部分的引力。当在比较厚的沙岩顶板进行开采的时候, 如果采空的面积达到了二百至三百平方米的时候, 顶板就会一次性的冒落, 冒落以后就会在一定区域内形成很大的空余空间。这时掉落的大面积的岩石会向这个采空区扑来, 由于采空区的空间范围比较大, 大面积的岩石在冒落的过程中, 就会产生很大的压力, 将采空区的空气压缩出去, 这时就会形成很大的空气压强, 产生“刮风”的现象, 这种现象的产生会将水和煤浆一起吹起, 而且速度还比较快, 如果这种压力产生的风比较大的时候, 甚至会将人吹倒。
1.2 煤层底板内岩巷因采动影响而出现的矿压显现
煤矿的主要溜煤巷道和运输大巷大部分布置在煤层以下8～40m的底板岩层内。在-200m水平以上 (垂深约260m) 有很多跨大巷采煤实例, 其跨巷采煤而压坏巷道的次数不多。当开采深度加深至-340、-560、-600m水平 (垂深400～600m) 进行跨采时, 位于煤层以下4～12m的底板岩巷基本上都会被压垮。在煤层以下更深的巷道基本上也受压变形。如-340m北大巷位于煤层下20～45m, 经过802回采工作面跨采后巷道全长700m, 几乎全被压垮。
1.3 巷道掘进时的矿压显现
1.3.1“抛射”冒顶
在矿井深部岩巷掘进时, 当掘进至接近见煤 (4～6m) 时, 就发生有煤炮现象。见煤后容易出现煤层的“抛射”冒顶, 在冒顶过程中伴有煤炮, 在煤厚6～8m的煤层下掘进常出现冒落煤层全厚后又冒落顶板岩石。而且所冒落的煤岩量相当大, 冒空区成漏斗形。
1.3.2 煤炮形式
我们认为煤炮是因为岩体发生相对运动而产生的, 有时是在应力释放过程中产生煤炮。如1001回采工作面, 初次来压矿压显现时, 采空区总面积已达5134万m2, 矿压以逐步加剧的形式显现, 主要表现在煤炮数量和强度急剧增加。煤炮发生后, 预掘的水采回采巷道遭到了严重的破坏, 支架断棚率达60%～80%, 断面被压缩约1/3。地面出现了18条裂缝:其方向平行于采煤工作面走向, 缝宽一般为10～70mm, 最宽300mm;分布范围离采空区边缘40～160m;随裂缝出现的塌陷区长约200m, 宽近100m, 深0.71～1.73m。在悬顶冒落和煤被挤压之后, 矿压基本上是紧跟回采工作面的推进时隐时现, 强度减小、破坏性减弱。还有一种现象, 钻孔内放煤炮。
2 特点和问题
2.1 特点
采用水力采煤产生的矿压和本身的方法是有着直接的关系的, 在同样的作业条件下, 水采的矿压和以前的旱采产生的矿压是有很大的不同的, 一般情况下, 用水采的技术进行施工时矿压比旱采的矿压要大, 具体的特点表现在如下几个方面:
2.1.1 在进行水采工作时, 由于采用的方法不同, 那么无论是采用走向短壁还是倾斜短壁, 实质上都是要在煤垛内进行的, 在煤垛内要挖掘出很多的巷道才能够进行开采作业, 但是这样一来, 就会使媒体自身在弹性上有一定的缩小, 那么媒体的弹性缩小了, 就会对煤体的抗压力上有所减弱, 所以就表现为矿压比较大。
2.1.2 水采作业中, 不像以往的开采过程中还需要用一定的支架来进行支撑, 它是采用煤体自身来充当支架的作用, 对顶部的顶板进行支撑, 这是和以前的开采方式不同的地方。
2.1.3 放顶不规则, 不能及时卸压。水采作业时, 在短壁工作面上要用停采线, 而由于开采的顺序上有所不同, 配采和开采不一样, 在顺序上有一定的超前或者是滞后的现象出现, 所以容易在采空的区间内不能够形成呈直线状的切顶线, 有的会自己形成一种呈现台阶状的形状, 这样的话对矿压就会有所加剧。
2.2 问题
2.2.1 在开采浅部硬煤层时, 为了增加小时落煤量, 可以适当缩小回采巷道之间的错距, 并可减小煤垛尺寸, 搞小范围的相向采煤, 以增加矿压、松动煤体、增加小时落煤量。
2.2.2 开采一定范围后, 为了防止冲击地压, 必须禁止相向采煤, 并各回采巷道间的错距必须保持一致, 以便给落顶煤创造一直线的 (切顶线) 条件。
2.2.3 采面的分段上山或各小区段的上山, 最好布置成伪倾斜上山, 这样形成停采的钝角线, 减小落顶煤与煤垛形成的锐角, 减小半岛的尖形区, 以利减小冲击倾向性。
水力采煤 篇4
1 水力采煤技术及工艺
1.1 水力采煤概况
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。工作面装备简单, 搬家倒面方便、灵活, 用人少 (只需2人) , 效率高, 安全可靠, 作业环境较好, 对急倾斜、不稳定煤层适应性强。
1.2 我国水力采煤现状及技术水平
近年来, 水力采煤作为综合机械化采煤的有效补充, 在地方乡镇煤矿及一些大型煤业集团的整合矿井中, 有许多不适合综采的矿井采用了水力采煤技术, 如:山西的襄垣县的古韩矿、金星矿;吉林白山市的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, 一些急倾斜煤层矿井也在采用水力采煤技术, 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。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, 山西襄垣县的七一矿。我国目前水采总规模每年在20Mt左右。
原来制约水采的高压水枪人工操作不安全、高耗水、煤水脱离难等难题近几年都得到了解决, 唐山院水采所已研发出远程监控液控水枪系统及井下煤水脱离系统及成套设备, 并已在通化矿业集团成功运用。目前我国水采工艺系统和装备日臻完善, 在高压水力落煤、不稳定煤层水采工艺、煤水输送工艺及设备、煤水硐室设计技术领域已经达到世界先进水平。积累了年产可达3Mt水采矿井的设计和管理经验, 可自行设计全套水力采煤所需技术装备。水力采煤应用范围也从过去的缓倾斜煤层扩大到倾斜、急倾斜和稳定性较差的不规则煤层, 已成为我国实现煤炭生产机械化的重要技术途径之一。
1.3 水力采煤工艺系统
目前的水采工艺模式主要有三种:全水力化提升模式, 分级提升模式, 采区化水采模式 (全部旱提模式) 。 (1) 全水力化提升模式是回采及掘进出的煤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; (2) 分级提升水采矿井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; (3) 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。
2 水力采煤适用条件
2.1 煤层赋存条件
(1) 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3~8m, 倾角10°~35°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煤层, 一般台枪年生产能力为45~90万t/a, 个别好的条件可达到100万t/a以上, 回采率大于80%。
(2) 顶板中等稳定, 倾角大于30°以上的倾斜、急倾斜煤层, 厚度大于2.5m的不稳定煤层 (指倾角和煤厚变化较大的煤层) 。如通化矿业集团八宝矿、道清矿、六道江矿等, 台枪年产量35~45万t/a, 回采率大于75%。
(3) 顶板稳定和中等稳定, 煤层倾角大于7°, 赋存条件比较复杂的倾斜、缓倾斜煤层, 煤厚2m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、山西晋平煤业等, 都是综采和水采共存的矿井, 台枪年产量45~60万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, 提高了矿井的资源回收率。
2.2 基础条件
(1) 电源:对于生产能力30~60万t/a矿井, 水采运行负荷一般为1500~2500k W。
(2) 水源:由于采用闭路循环工艺, 一般按吨煤带走水分20%~25%计算, 就能满足要求, 对于30~60万t/a矿井, 每天需要补水300~600t。
3 香山矿利用水力采煤技术开采东翼己组采区煤层的可行性
水采技术通过不断探索、研究、实践和改进, 安全生产条件、生产效率、资源回收率等方面都有显著改善和提高, 目前已较为成熟, 推广应用范围不断扩大, 已成为复杂煤层赋存条件下安全高效开采的有效途径, 是常规机械化采煤技术的有效补充。各种水采工艺系统各有其使用条件, 采准巷道布置、井上、下煤水分离处理系统、工艺参数、选型设计等均有其特殊要求, 应结合具体条件优化设计才能充分发挥其优势, 实现安全高效开采。与普通综采相比, 水采巷道掘进率较高, 如采用井下煤水分离方式, 需增加井巷硐室工程和设备, 辅助设备、人员较少, 总的投入和生产成本较省, 经济效益好。
香山矿己组煤层西翼平均坡度46°, 最大坡度52°, 剩余可采储量21.7万t, 东翼坡度50°~70°, 剩余可采储量185.7万t, 合计207.4万t。其有利条件为以下几个方面:
(1) 东翼开拓工程已经完成, 但由于没有确定合适的采煤方法尚未进行采准巷道布置, 可按水采工艺要求进行设计和施工; (2) 己组煤顶板较稳定, 适宜小阶段垛式水力采煤法; (3) 煤层硬度较软, 适宜水力落煤, 煤层倾角较大, 有利于煤水自流; (4) 地面已建成但未使用的洗煤厂经简单改造后即可进行煤水分离, 适合采用分级提升水采模式, 可节省投资, 且生产能力能明显提高。
结合香山矿煤层赋存及现有系统的实际情况, 在香山矿研究应用水采技术开发己组煤是可行的。
4 推广应用前景
如果水采技术在香山矿应用成功, 将为中国平煤神马集团特殊复杂条件煤层开采提供新的开采技术和经验。为集团公司相关矿井提高资源回收率和经济效益开辟新的途径。
据初步统计中国平煤神马集团兼并重组小煤矿有瑞平兼并的蜈绍窝矿、丰达矿, 香山矿兼并的金鑫矿等8家小煤矿属于急倾斜煤层, 总计剩余可采储量1635.5万吨, 此外, 张村矿西部、黄庄井田浅部、西部等均为急倾斜己组煤。上述多数矿井均埋藏浅、瓦斯含量低、地应力小、煤质较好, 但不能上综采和悬移支架, 水采技术的引进应用必将对这些兼并重组小煤矿及有关矿井的安全开采和持续发展打下良好的基础。
参考文献
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