水力採煤法

水力採煤法簡稱水采（hydraulic coal mining），是一種在井下用水射流擊碎煤體併兼用水力運輸提升的採煤方法。

基本介紹

• 中文名：水力採煤法
• 作業地點：井下
• 創立人：蘇聯穆奇尼克
• 創立時間：1935年

發展歷史

1935年蘇聯穆奇尼克創議試驗井下水力採煤。1939年在頓巴斯礦區建成了世界上第一座工業試驗水採礦井。1952年後，又有一批水採礦井相繼投產。蘇聯水力採煤年總產量達1000萬噸以上。1957年中國在開灤和萍鄉試用水采成功，以後逐步推廣。70年代，中國在發展綜采(見煤回採工藝)的同時，繼續在急傾斜煤層和地質條件多變的不規則煤層中發展水采。中國已積累了較完整的水采技術經驗，並研製了系列設備。1980年後水力採煤年總產量約為500萬噸。

特點

水力採煤法用水射流進行落煤運煤，人員無需進入工作面，從而發展了柱式採煤法的優點，消除了工作面支護、頂板管理和裝運作業工序，使採煤作業工序簡化。同時，水力運、提可使礦井裝、運、提升作業實現集中化，簡化礦井生產環節。

優點

水利採礦主要優點是：機械化程度較高且較易於自動化;空氣的含塵量低，生產比較安全可靠，事故率和傷亡率較旱採礦井低;一套生產系統的能力較大，常達30～75萬噸/年以上，其成本和效率指標也較旱採為優;一套水採區生產系統的初期投資低於綜采採區;對地質構造的適應能力較強，和地面洗煤系統配套生產，效果較好。

缺點

水利採礦主要缺點是：通風系統不完善;回採率低，只有60%左右;僅適用於中等穩定以上的直接頂板，範圍較窄;巷道掘進率高，準備工作量大;噸煤電耗和粉煤率較高、輔助運輸的機械化程度較低。

適用條件

當前水力採煤法的主要適用條件為：煤層厚 1～8m，傾角超過6～8、頂底板較好、瓦斯不大的軟或中硬煤層。在大傾角或不規則煤層中水采的效果優於傳統採煤方法。水采同綜采一樣，受到各國重視。除中、蘇外，日本、聯邦德國、加拿大、波蘭等國均已試用，美國也正籌劃試用。當前各國主要致力於試驗液壓遙控式、程式自控式和高壓脈衝式等新型自移水槍和大直徑水力鑽機;試驗超高壓細射流與綜采相結合的採煤工藝;以及研究水采地壓規律和改進水力採煤方法。

水采生產系統

LW型水槍是最常用的水力落煤工具，水槍由高壓泵供水。水槍噴出的高速射流衝擊並破碎煤體。碎落的煤體與水混合成煤漿回流入巷道中的溜槽，並匯集於採區或礦井的煤水倉。煤漿用煤水泵或其他方式輸送到地面脫水車間或選煤廠，經處理後,煤外運,水澄清復用。水槍靠人力或液控系統操縱，槍筒可作垂直和水平旋轉，使射流衝擊指定地點。

水槍工作壓力 水槍噴嘴出口處的水壓。工作壓力必須超過一定的數值,才能使射流有明顯的破煤效果。煤質愈軟,愈脆,裂隙愈發育，所需的工作壓力也愈低。低於30kgf/cm的低壓射流只能沖運鬆軟的煤或砂土;30～500kgf/cm的中高壓射流可以破碎煤和較軟弱的頁岩。高於500kgf/cm的超高壓射流則可在煤岩中截縫或鑽孔。水力採煤所用的工作壓力一般為60～150kgf/cm。水槍射程 噴嘴至煤壁的距離。射程超過一定值後，衝擊壓力和射流破煤能力(也稱水槍生產能力)均隨射程的增大而衰減;噴嘴直徑愈大，衰減愈緩慢。

射流破煤能力開始急劇降低時的射程稱有效射程。現用水槍的有效射程一般為 15～20m。水槍的最大實際工作射程應小於有效射程。提高水壓，增大噴嘴直徑，能增大有效射程。中國常使供水泵集中向一個噴嘴供水，以求儘量增大噴嘴直徑，改善落煤效果。但噴嘴直徑過大將使水泵的工作狀況點不合理而造成不利後果。中國常用噴嘴直徑為19～30mm(加拿大為38mm)。水采的供水泵通常為分級離心泵。中國現用GZ、GD泵的額定流量為270～300m/h，泵壓為42～120kgf/cm;串聯時最高泵壓可達210kgf/cm，性能優良。

採煤方法

水力採煤常用傾斜短柱式(漏斗式)和走向短柱式(小階段式)採煤方法。

傾斜短柱式

在區段中自區段運輸巷沿仰斜方向開掘間距為15～25m的回採眼;然後用設於回採眼中的水槍分垛下行後退，回採其兩側的煤垛。水槍設在采垛下方;回採巷(或稱回採眼)除採用巷道支護外，還設有保護水槍枝架。采完煤垛後，即拆移水槍，回收支架。採空區的頂板則任其自然垮落。

走向短柱式

在區段中由分段上山開掘坡度為57%、間距為 10～18m的回採巷;然後用設於回採巷中的水槍分垛後退，回採其上幫的采垛。巷道支護、移槍、回收支架等與上法相似。新鮮風流清洗工作面後，經採空區竄流到迴風巷排走。如竄風量不足，可增設局扇。區段內通常布置有2～3個生產工作面;交錯採煤，只保持單台水槍進行沖采工作。生產工作面間的錯距，視安全條件和地壓情況而異,一般為15～30m。地壓大、巷道維護困難時，可縮小為6～12m。

回採巷間距和移槍步距直接決定著采垛面積和水槍最大工作射程。確定采垛參數時應使最大工作射程不超過有效射程，並且力求使采垛面積小於其頂板允許懸露面積。水采方法的回採巷處於采動的疊加應力區，一般較難維護。適當增大回採巷的間距有利於減少掘進和維護的工作量。因此，常用移槍步距為3～6m,回採巷的間距則擴大為12～20m以上。另外,在開採周期來壓(見長壁工作面地壓)明顯，回採巷道不易維護的煤層時，常採用幾個採區交替作業。

和走向短柱式相比，傾斜短柱式的掘進率較低，落煤效果較好;但煤層厚，傾角大時，有自採空區下竄矸石的危險，回採巷中煤水也易濺出溜槽傷人。此外該法對地質變化的適應能力不如走向短柱式。一般限用於傾角小於15～25,層厚為1.5～4.5m的煤層。其他煤層用走向短柱式。

走向短柱式在開掘回採巷時需同時保證其坡度和間距。如煤層傾角較小,回採巷較長或遇有地質變化時,往往難以保證其合理間距。採用增開間距為60～100m的分段上山，可解決此困難，並可有助於改善採掘接續。