水力采煤法

用水射流击碎煤体的采煤方法

水力采煤法简称水采（hydraulic coal mining），是一种在井下用水射流击碎煤体并兼用水力运输提升的采煤方法。

发展历史

1935年苏联穆奇尼克创议试验井下水力采煤。1939年在顿巴斯矿区建成了世界上第一座工业试验水采矿井。1952年后，又有一批水采矿井相继投产。苏联水力采煤年总产量达1000万吨以上。1957年中国在开滦和萍乡试用水采成功，以后逐步推广。70年代，中国在发展综采(见煤回采工艺)的同时，继续在急倾斜煤层和地质条件多变的不规则煤层中发展水采。中国已积累了较完整的水采技术经验，并研制了系列设备。1980年后水力采煤年总产量约为500万吨。

特点介绍

水力采煤法用水射流进行落煤运煤，人员无需进入工作面，从而发展了柱式采煤法的优点，消除了工作面支护、顶板管理和装运作业工序，使采煤作业工序简化。同时，水力运、提可使矿井装、运、提升作业实现集中化，简化矿井生产环节。

优点

水利采矿主要优点是：机械化程度较高且较易于自动化;空气的含尘量低，生产比较安全可靠，事故率和伤亡率较旱采矿井低;一套生产系统的能力较大，常达30～75万吨/年以上，其成本和效率指标也较旱采为优;一套水采区生产系统的初期投资低于综采采区;对地质构造的适应能力较强，和地面洗煤系统配套生产，效果较好。

缺点

水利采矿主要缺点是：通风系统不完善;回采率低，只有60%左右;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、辅助运输的机械化程度较低。

适用条件

当前水力采煤法的主要适用条件为：煤层厚 1～8m，倾角超过6～8、顶底板较好、瓦斯不大的软或中硬煤层。在大倾角或不规则煤层中水采的效果优于传统采煤方法。水采同综采一样，受到各国重视。除中、苏外，日本、联邦德国、加拿大、波兰等国均已试用，美国也正筹划试用。当前各国主要致力于试验液压遥控式、程序自控式和高压脉冲式等新型自移水枪和大直径水力钻机;试验超高压细射流与综采相结合的采煤工艺;以及研究水采地压规律和改进水力采煤方法。

水采生产系统

LW型水枪是最常用的水力落煤工具，水枪由高压泵供水。水枪喷出的高速射流冲击并破碎煤体。碎落的煤体与水混合成煤浆回流入巷道中的溜槽，并汇集于采区或矿井的煤水仓。煤浆用煤水泵或其他方式输送到地面脱水车间或选煤厂，经处理后,煤外运,水澄清复用。水枪靠人力或液控系统操纵，枪筒可作垂直和水平旋转，使射流冲击指定地点。

水枪工作压力水枪喷嘴出口处的水压。工作压力必须超过一定的数值,才能使射流有明显的破煤效果。煤质愈软,愈脆,裂隙愈发育，所需的工作压力也愈低。低于30kgf/cm的低压射流只能冲运松软的煤或砂土;30～500kgf/cm的中高压射流可以破碎煤和较软弱的页岩。高于500kgf/cm的超高压射流则可在煤岩中截缝或钻孔。水力采煤所用的工作压力一般为60～150kgf/cm。水枪射程喷嘴至煤壁的距离。射程超过一定值后，冲击压力和射流破煤能力(也称水枪生产能力)均随射程的增大而衰减;喷嘴直径愈大，衰减愈缓慢。

射流破煤能力开始急剧降低时的射程称有效射程。现用水枪的有效射程一般为 15～20m。水枪的最大实际工作射程应小于有效射程。提高水压，增大喷嘴直径，能增大有效射程。中国常使供水泵集中向一个喷嘴供水，以求尽量增大喷嘴直径，改善落煤效果。但喷嘴直径过大将使水泵的工作状况点不合理而造成不利后果。中国常用喷嘴直径为19～30mm(加拿大为38mm)。水采的供水泵通常为分级离心泵。中国现用GZ、GD泵的额定流量为270～300m/h，泵压为42～120kgf/cm;串联时最高泵压可达210kgf/cm，性能优良。

采煤方法

水力采煤常用倾斜短柱式(漏斗式)和走向短柱式(小阶段式)采煤方法。

倾斜短柱式

在区段中自区段运输巷沿仰斜方向开掘间距为15～25m的回采眼;然后用设于回采眼中的水枪分垛下行后退，回采其两侧的煤垛。水枪设在采垛下方;回采巷(或称回采眼)除采用巷道支护外，还设有保护水枪支架。采完煤垛后，即拆移水枪，回收支架。采空区的顶板则任其自然垮落。

走向短柱式

在区段中由分段上山开掘坡度为57%、间距为 10～18m的回采巷;然后用设于回采巷中的水枪分垛后退，回采其上帮的采垛。巷道支护、移枪、回收支架等与上法相似。新鲜风流清洗工作面后，经采空区窜流到回风巷排走。如窜风量不足，可增设局扇。区段内通常布置有2～3个生产工作面;交错采煤，只保持单台水枪进行冲采工作。生产工作面间的错距，视安全条件和地压情况而异,一般为15～30m。地压大、巷道维护困难时，可缩小为6～12m。

回采巷间距和移枪步距直接决定着采垛面积和水枪最大工作射程。确定采垛参数时应使最大工作射程不超过有效射程，并且力求使采垛面积小于其顶板允许悬露面积。水采方法的回采巷处于采动的叠加应力区，一般较难维护。适当增大回采巷的间距有利于减少掘进和维护的工作量。因此，常用移枪步距为3～6m,回采巷的间距则扩大为12～20m以上。另外,在开采周期来压(见长壁工作面地压)明显，回采巷道不易维护的煤层时，常采用几个采区交替作业。

和走向短柱式相比，倾斜短柱式的掘进率较低，落煤效果较好;但煤层厚，倾角大时，有自采空区下窜矸石的危险，回采巷中煤水也易溅出溜槽伤人。此外该法对地质变化的适应能力不如走向短柱式。一般限用于倾角小于15～25,层厚为1.5～4.5m的煤层。其他煤层用走向短柱式。

走向短柱式在开掘回采巷时需同时保证其坡度和间距。如煤层倾角较小,回采巷较长或遇有地质变化时,往往难以保证其合理间距。采用增开间距为60～100m的分段上山，可解决此困难，并可有助于改善采掘接续。

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