[科普中國(guó)]-水力采煤礦井

水力采煤礦井是利用高壓水射流破落煤體，借助水力運(yùn)輸、水力提升將煤轉(zhuǎn)運(yùn)至地面后進(jìn)行脫水的一種采煤礦井。采煤礦井較旱采礦井的多工序、多環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程，得到了很大的簡(jiǎn)化。水力采煤礦井具有產(chǎn)量大、效率高、成本低、工序簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度小，安全條件好，增產(chǎn)潛力大等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)外部很重視發(fā)展水力采煤礦井。我國(guó)水力采煤從1956年開(kāi)始試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)二十年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐，在生產(chǎn)工藝、巷道布置、設(shè)備制造等方面都有一些改進(jìn)和發(fā)展1。

生產(chǎn)系統(tǒng)水力采煤礦井的生產(chǎn)系統(tǒng)可歸納為以下四個(gè)系統(tǒng)：

高壓供水系統(tǒng)：從地面高壓泵起，經(jīng)高壓供水管，到采、掘水槍。

煤水運(yùn)輸系統(tǒng)：是指煤漿經(jīng)溜槽至井底車(chē)場(chǎng)的輸送全過(guò)程。如果采用溜槽，煤漿自流到井底車(chē)場(chǎng)，叫做無(wú)壓水力運(yùn)輸；如果煤漿流到采區(qū)煤水倉(cāng)，再由煤水泵通過(guò)管路輸送到井底車(chē)場(chǎng)，叫做有壓水力運(yùn)輸。

煤水提升系統(tǒng)：是指煤漿從井底車(chē)場(chǎng)，經(jīng)煤水管提升到地面選煤廠的過(guò)程。

脫水沉淀系統(tǒng)：是指煤水經(jīng)地面選煤廠脫水分選的過(guò)程2。

采煤方法目前水力采煤礦井普遍使用的采煤方法有兩種：一種是漏斗式采煤法，一種是走向短壁采煤方法。

漏斗式采煤法漏斗式采煤法，是因?yàn)榛夭晒ぷ髅婧烷_(kāi)切眼成漏斗形而得名。它又有雙面漏斗式和單面漏斗式之分：雙面漏斗是在開(kāi)切眼的兩側(cè)布置工作面；單面漏斗是在開(kāi)切眼的一側(cè)布置工作面。這種采煤方法，最適用于緩傾斜煤層。在采區(qū)中央，沿煤層開(kāi)掘溜煤上山和軌道上山，兩上山相距15~20米，每隔一定距離用上山聯(lián)絡(luò)眼貫通，從上山向兩側(cè)以5~7%的坡度，掘進(jìn)區(qū)段溜煤巷和輔巷之間每隔10~15米用小聯(lián)絡(luò)眼貫通。當(dāng)區(qū)段溜煤巷和輔巷掘到采區(qū)邊界后，沿煤層走向每隔一定距離，順煤層向上掘開(kāi)切眼。兩開(kāi)切眼間距應(yīng)以水槍有效射程而定，一般為20~25米。為了避免獨(dú)頭通風(fēng)和增加安全出口，兩開(kāi)切眼間每隔50米左右，用聯(lián)絡(luò)眼貫通?；夭晒ぷ魇怯砷_(kāi)切眼上端開(kāi)始，自上而下連續(xù)進(jìn)行2。

走向短壁采煤法走向短壁采煤法，是我國(guó)目前應(yīng)用相對(duì)較多的一種水力采煤方法。首先開(kāi)掘采區(qū)上山，上山間距20米左右，每隔25~30米用聯(lián)絡(luò)眼連通。然后從采區(qū)上山，向采區(qū)邊界以5~7%的坡度開(kāi)掘若干開(kāi)采巷道(相當(dāng)于走向長(zhǎng)壁采煤法的順槽)，相鄰兩條開(kāi)采巷道間距約為10米左右(即工作面長(zhǎng)度)，故得名為“短壁式”。為了生產(chǎn)安全，兩開(kāi)采巷道間，每隔40~60米用聯(lián)絡(luò)眼貫通。煤垛尺寸，沿走向?qū)捈s5米，沿傾斜長(zhǎng)約10米。在采區(qū)內(nèi)一般安排3~5個(gè)煤垛進(jìn)行采煤。上、下工作面之間的錯(cuò)距約為20~30米。

回采時(shí)，水槍安放在開(kāi)采巷道內(nèi)，向上沖采，沖采順序與漏斗式采煤法大致相同。

漏斗式采煤法的優(yōu)點(diǎn)是：效率較高、掘進(jìn)率低；缺點(diǎn)是：受上方采空區(qū)竄矸壓槍的威脅大、影響安全和回采率。走向短壁采煤法的優(yōu)點(diǎn)是：安全可靠，回采率較高，開(kāi)采巷道內(nèi)行人、運(yùn)料方便；缺點(diǎn)是：掘進(jìn)開(kāi)采巷道時(shí)，不易掌握方向和坡度，掘進(jìn)率較高2。

年產(chǎn)量和服務(wù)年限確定水力采煤礦井年產(chǎn)量時(shí)，必須考慮的重要因素之一是水采設(shè)備的能力。目前我國(guó)水力提升設(shè)備生產(chǎn)能力較大，如一套煤水泵的煤水比為1：2時(shí)，小時(shí)提升能力開(kāi)灤-Ⅱ型煤水泵可達(dá)120t，開(kāi)灤-Ⅶ型可達(dá)240t，12M6×2型可達(dá)260t。

根據(jù)水力提升的設(shè)備能力分析，一般水力采煤礦井的日產(chǎn)量控制在1000~1500t左右是適宜的，即年產(chǎn)量為30~45萬(wàn)t。如果儲(chǔ)量豐富，煤層埋藏較穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，頂板較穩(wěn)定，符合水采條件的煤層，設(shè)計(jì)為大型礦井也是合理的。

水力采煤礦井的服務(wù)年限，必須與井型及煤炭?jī)?chǔ)量相適應(yīng)，一般可按旱采礦井規(guī)定執(zhí)行3。

井田界限在旱采礦井中確定井田界限的基本原則，仍適用于水力采煤礦井。但它也有一些特點(diǎn)，一般溜槽水力運(yùn)輸時(shí)，水力采煤礦井的一翼走向長(zhǎng)度最好控制在1000~1500 m左右，管道水力運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)根據(jù)一臺(tái)煤水泵的揚(yáng)程所具有的運(yùn)輸能力來(lái)確定，當(dāng)煤漿管的直徑為250~300mm時(shí)，可以達(dá)到2500~3500m。

礦井沿傾斜長(zhǎng)度，由于水力提升能力較大，轉(zhuǎn)載硐室的開(kāi)拓工程量比旱采小，因此與早采礦井的傾斜長(zhǎng)度相比，顯然要大一些4。

水力采煤礦井的開(kāi)拓水力采煤礦井的開(kāi)拓，根據(jù)階段運(yùn)輸巷內(nèi)煤水的運(yùn)輸方式不同，可分為兩種類(lèi)型。

無(wú)壓水力運(yùn)輸?shù)V井的開(kāi)拓?zé)o壓水力運(yùn)輸?shù)V井的開(kāi)拓，在井田的中央開(kāi)掘主井和副井(也可為斜井)，在主井里架設(shè)煤水管及高壓水管，在副井里升降人員，下放材料和運(yùn)送設(shè)備。

井筒開(kāi)至運(yùn)輸水平后，開(kāi)掘井底車(chē)場(chǎng)，然后開(kāi)掘階段溜煤巷、階段運(yùn)輸平巷及階段回風(fēng)平巷。為保證煤水沿溜槽自流，階段溜煤巷要有5~7%的坡度。當(dāng)階段運(yùn)輸平巷和階段回風(fēng)平巷掘至井田邊界時(shí)，即可布置回采工作面，進(jìn)行回采。

從開(kāi)切眼采落的煤和水混合成煤漿，沿溜槽經(jīng)階段溜煤巷、階段溜煤石門(mén)，到井底煤水倉(cāng)，再經(jīng)煤水泵房由主井提至地面。

新鮮風(fēng)流從主井和副井進(jìn)入井下，經(jīng)井底車(chē)場(chǎng)、階段溜煤巷和階段運(yùn)輸平巷、開(kāi)切眼，到工作面，乏風(fēng)由采空區(qū)到階段回風(fēng)平巷，再由風(fēng)井排至地面。

井下需要的材料、設(shè)備，由副井下放，經(jīng)井底車(chē)場(chǎng)、階段運(yùn)輸平巷，送至用料地點(diǎn)2。

有壓水力運(yùn)輸?shù)V井的開(kāi)拓有壓水力運(yùn)輸?shù)V井的開(kāi)拓，在井田的中央開(kāi)掘主井和副井，到運(yùn)輸水平后，掘井底車(chē)場(chǎng)，高壓煤水泵房，然后開(kāi)掘階段運(yùn)輸平巷、輔巷、采區(qū)軌道上山、溜煤上山、采區(qū)煤水泵房；同時(shí)開(kāi)鑿回風(fēng)井、階段回風(fēng)平巷。形成通風(fēng)系統(tǒng)后，從采區(qū)上山向兩翼掘區(qū)段溜煤巷和區(qū)段回風(fēng)巷，并掘開(kāi)切眼，即可進(jìn)行回采。

從開(kāi)切眼采落的煤，順溜槽經(jīng)區(qū)段溜煤巷、采區(qū)溜煤上山流到采區(qū)煤水倉(cāng)，由煤水泵加壓后沿煤水管流經(jīng)階段運(yùn)輸平巷，至井底車(chē)場(chǎng)再由井底車(chē)場(chǎng)高壓煤水泵轉(zhuǎn)提至地面。

新鮮風(fēng)流，從主井和副井進(jìn)入地下，經(jīng)井底車(chē)場(chǎng)、階段運(yùn)輸平巷和輔巷、采區(qū)軌道上山和溜煤上山、區(qū)段溜煤道、開(kāi)切眼，到工作面，乏風(fēng)經(jīng)采空區(qū)、區(qū)段回風(fēng)巷，采區(qū)溜煤上山(上段)、階段回風(fēng)平巷，最后由風(fēng)井排出井外。

井下所需的材料、設(shè)備，由副井下放，經(jīng)井底車(chē)場(chǎng)、階段運(yùn)輸平巷、采區(qū)批道上山，送至用料地點(diǎn)2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所