[科普中國(guó)]-水力采煤

水力采煤技術(shù)是 19 世紀(jì) 30 年代由蘇聯(lián)創(chuàng)立的，其主要特點(diǎn)是利用高壓水射流直接破碎煤體，并借助水力介質(zhì)來完成運(yùn)輸、分級(jí)、提升等工序的水力機(jī)械化開采工藝。由于該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、裝備靈活、生產(chǎn)高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，六十年來，水力采煤一直在不穩(wěn)定煤層、急傾斜煤層、復(fù)采煤層以及煤層賦存不規(guī)則的區(qū)域或塊段使用，為此類條件煤層安全開采和機(jī)械化水平的提高作出了貢獻(xiàn)。

目前，我國(guó)的水力采煤技術(shù)已發(fā)展到比較成熟的階段，生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，采掘、運(yùn)輸、提升和脫水工藝日臻完善，可自行設(shè)計(jì)和制造全套的水采技術(shù)裝備，積累了年產(chǎn) 300 萬噸水采礦井比較完整的生產(chǎn)技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)，并引領(lǐng)世界水采技術(shù)發(fā)展方向。

定義水力采煤是指利用水力來完成礦井生產(chǎn)的采煤、運(yùn)輸、提升等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全部或部分工作的開采技術(shù)。1

特點(diǎn)水力采煤具有系統(tǒng)裝備簡(jiǎn)單、易于操作、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)連續(xù)性和對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，只要煤層條件合適，就能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。六十年來，水力采煤技術(shù)一直在不適合綜合機(jī)械化開采的急傾斜、不穩(wěn)定煤層應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。2

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀目前世界上采用水采技術(shù)的國(guó)家有中國(guó)、俄羅斯、加拿大、新西蘭等。

由于俄羅斯國(guó)產(chǎn)設(shè)備壓力低，落煤困難，2007 年引進(jìn)我國(guó)高壓污水泵、液動(dòng)閥門和液控水槍等水采設(shè)備，使落煤壓力升至16MPa。新西蘭南島的強(qiáng)人礦采用水采技術(shù)后 ，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，產(chǎn)量比水采前提高了2倍。與該礦相鄰的大衛(wèi)山礦正在由日本進(jìn)行水采設(shè)計(jì)。目前，許多國(guó)家都在關(guān)注水采，如越南、俄羅斯、新西蘭來我國(guó)水采礦井參觀學(xué)習(xí)，朝鮮、印度、澳大利亞等國(guó)與我國(guó)進(jìn)行信息交流。我國(guó)遼寧的北票、南票、山東的高莊礦、大屯煤電公司的孔莊礦、吉林通化礦業(yè)集團(tuán)、山西地方煤礦采用水采技術(shù)后，都取得較好的效果。南票礦區(qū)煤層賦存條件比較復(fù)雜，大部分屬于急傾斜（45 ~ 60°）厚及特厚的不穩(wěn)定煤層，厚度變化為 0.12 ~26m，而且斷層多，火成巖侵入嚴(yán)重 。 為了尋求新的采煤方法，該局三家子礦于八十年代初開始試驗(yàn)水采。經(jīng)過幾年的努力，摸索出了不穩(wěn)定煤層水采的經(jīng)驗(yàn)。一臺(tái)槍兩個(gè)工作面交替生產(chǎn)，原煤產(chǎn)量達(dá)到 73.2 萬t /a，充分顯示了水采對(duì)不穩(wěn)定難采煤層的適應(yīng)性，為該局不穩(wěn)定煤層機(jī)械化開采提供了一條有效技術(shù)途經(jīng)。此后又在小凌河礦、邱皮溝礦發(fā)展了水采，使水 采 產(chǎn) 量 占 全 局 60% 左右。近幾年，隨著開采強(qiáng)度的加大，礦井開采越來越深，水采高能耗的問題也比較突出。為了探索長(zhǎng)壁采煤法，三家子礦于 2005 年試驗(yàn)了輕型液壓支架放頂煤采煤法，由于煤層變化大、安全性差、產(chǎn)量低而終止該法。后又與科研單位合作進(jìn)行了綜采放頂煤的可行性研究，但終因煤層條件不適應(yīng)未能實(shí)施。通化礦業(yè)集團(tuán)公司現(xiàn)有生產(chǎn)礦井 5 座，年產(chǎn)量為 450萬噸。該礦區(qū)煤田由于受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，含煤地層受到極大破壞，斷層多、褶曲發(fā)育、火成巖侵入十分嚴(yán)重、煤層傾角和厚度變化大。在 1984 年原煤炭部對(duì)當(dāng)時(shí) 96 個(gè)統(tǒng)配礦務(wù)局的地質(zhì)情況排查時(shí)，通化礦務(wù)局被列為第 93位，屬極不穩(wěn)定煤田。為了探索適合本礦區(qū)的采煤方法和提高機(jī)械化開采水平，于八十年代中期就在煤層條件較好的礦井開始試驗(yàn)長(zhǎng)壁綜采和高檔普采。經(jīng)過幾年的努力，摸索出一套操作、管理、維修經(jīng)驗(yàn)，使綜采在煤層賦存條件較好的塊段產(chǎn)量可達(dá)到 50 ~ 60萬t/a，充分體現(xiàn)了綜采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。但在地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域難以發(fā)揮綜采的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常搬家倒面，產(chǎn)量較低、經(jīng)濟(jì)效益較差。有的較復(fù)雜塊段棄而不采，造成了一些資源損失。為了解決通化礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜煤層的采煤方法，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向水采，到目前為止，全局有 4 個(gè)礦井采用了水采技術(shù)，產(chǎn)量占全局總產(chǎn)量的 50% 以上，隨著開采的加深、地質(zhì)條件變差和煤層傾角的增大，適合水力機(jī)械化開采條件的比重將逐漸增大。在擴(kuò)大水采規(guī)模的同時(shí)，技術(shù)上也在不斷創(chuàng)新。針對(duì)目前水采井上下用水循環(huán)圈大、電耗高等問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使水采工藝系統(tǒng)打破了原落、運(yùn)、提、脫的常規(guī)工藝模式，取消煤水提升和地面脫水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤水全部在采區(qū)內(nèi)循環(huán)復(fù)用，煤泥全部在井下回收，徹底解決了煤水井上下緩沖、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)排設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，極大降低水采電耗、簡(jiǎn)化了生產(chǎn)環(huán)節(jié)。3

目前我國(guó)水力采煤技術(shù)發(fā)展水平近幾年，我國(guó)在不穩(wěn)定難采煤層方面進(jìn)行了科研攻關(guān)，使水采技術(shù)水平有了新的提高，水采的適用范圍更加明確，機(jī)械裝備更加完善，工藝系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，節(jié)能降耗更加顯著，巷道布置、采場(chǎng)通風(fēng)等方面都摸索和積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

水采的適用范圍更加明確我國(guó)煤層賦存條件千變?nèi)f化，任何一種采煤方法都不能包打天下，都有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和適用范圍。對(duì)水采而言，也不是旱采機(jī)械化開采有困難的煤層都能水采，而有它的適用范圍，如特硬煤層、頂板極為破碎煤層、傾角過緩的煤層就不適用水采。水采應(yīng)當(dāng)向不穩(wěn)定煤層、急傾斜煤層、邊角煤以及塊段不規(guī)則儲(chǔ)量小的煤層發(fā)展。

巷道布置趨于合理近幾年來，為了解決水采工作面通風(fēng)問題，通過改變支護(hù)方式、巷道布置、采垛參數(shù)及落煤順序等措施，使這一問題得以解決。

實(shí)現(xiàn)水采工作面無人開采技術(shù)水采工作面的水槍采用液動(dòng)控制，操作人員在水采工作面以外的巷道操作液控水槍完成水力落煤，使水采工作面在無人的情況下，將采垛內(nèi)的煤炭順利采出。該技術(shù)已在六道江井進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并獲得了成功。目前，已在通化礦業(yè)各水采礦井推廣使用，極大提高水采工作面的安全狀況，改善了作業(yè)環(huán)境，有效地解決了水采工作面的“雙出口”問題。

煤泥水處理技術(shù)已獲成功煤泥水處理是水采工藝所伴生的特殊問題，直接影響著煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。針對(duì)這一特殊環(huán)節(jié)，經(jīng)過科研人員多年試驗(yàn)研究，水采煤泥水處理的難題已得到解決。煤泥水處理技術(shù)措施是以斜管淺層沉淀技術(shù)為主，配以高效絮凝劑加速固液分離，使澄清凈化的水質(zhì)既符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足水采閉路循環(huán)用水的要求。目前，通化礦業(yè)松樹礦、八寶煤礦、永安煤礦、六道江井水采煤泥水已全部在井下凈化處理，處理后的水質(zhì)完全滿足高壓供水和排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

解決了井下煤泥脫水與回收為實(shí)現(xiàn)采區(qū)內(nèi)回收煤泥、取消煤水提升系統(tǒng)和地面煤泥脫水系統(tǒng)，通化礦業(yè)與煤炭科工集團(tuán)唐山研究院合作，獲得成功，水采高耗能的問題得到了解決，為我國(guó)水采工藝系統(tǒng)的減化奠定了基礎(chǔ)。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

邱昆峰 - Research Fellow - Colorado School of Mines, USA