第４期 水力采煤与管道运输 Ｎｏ．４ ２０１１年１２月 ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＣＯＡＬ ＭＩＮＩＮＧ＆ＰＩＰＥＬＩＮＥ ＴＲＡＮＳＰ０ＲＴＡＴ１０Ｎ Ｄｅｃ．２０１１ 水力采煤技术的应用与发展趋势 李永海徐春明郑奎全 （吉林通化矿业集团公司道清煤矿吉林白山１３４３０９） 摘要：水力采煤技术经过多年的发展和实践，已获得了突破，对难开采煤层采用水力开采取得了良好的效果。 文章就目前国内、外水力采煤技术的应用现状及未来发展方向做了相应的阐述，对适宜进行水力开采的矿井 可资借鉴。 关键词：水力采煤现状发展趋势 中图分类号：ＴＤ８２５文献标识码：Ａ文章编号：１００６—０８９８【２０１１）０４—００１１—０３ １前言 学习，朝鲜、印度、澳大利亚等国与我国进行信息交流。 我国辽宁的北票、南票、山东的高庄矿、大屯煤电公 采煤方法的选择直接影响矿井安全生产、经济效益。 司的孔庄矿、吉林通化矿业集团、山西地方煤矿采用水采 综合机械化采煤方法虽然在国内外已得到普遍运用，取 技术后，都取得较好的效果。 得了良好的经济效果，但任何一种采煤方法也不能包打 南票矿区煤层赋存条件比较复杂，大部分属于急倾斜 天下，都具有一定的适用范围。对地质构造复杂、煤层赋 （４５～６Ｏ。）厚及特厚的不稳定煤层，厚度变化为０．１２— 存不稳定、倾角大的煤层及边角煤、三角煤采用综合机械 ２６ｍ，而且断层多，火成岩侵入严重。为了寻求新的采煤 化开采具有一定的难度，而水力采煤（水采）技术适应性 方法，该局三家子矿于八十年代初开始试验水采。经过 强，特别适合地质构造复杂的不稳定和急倾斜煤层以及 几年的努力，摸索出了不稳定煤层水采的经验。一台 旱采机械化开采有困难的煤层开采。国内外很多煤矿采 两个工作面交替生产，原煤产量达到７３．２万ｔ／ａ，充分显 用水采技术，都取得了良好的效果。 示了水采对不稳定难采煤层的适应性，为该局不稳定煤 水力采煤技术是以高压水射流为动力源进行破落煤 层机械化开采提供了一条有效技术途经。此后又在小凌 体的一种采煤工艺。该技术经过长期的研究开发与生产 河矿、邱皮沟矿发展了水采，使水采产量占全局６０％左 实践，充分证明了水采技术具有系统装备简单、生产连续 右。近几年，随着开采强度的加大，矿井开采越来越深， 性强、回采工序单一、劳动强度低、对地质条件适应性强 水采高能耗的问题也比较突出。为了探索长壁采煤法， 等优点。 三家子矿于２００５年试验了轻型液压支架放顶煤采煤法， ２国内外水采生产现状 由于煤层变化大、安全性差、产量低而终止该法。后又与 科研单位合作进行了综采放顶煤的可行性研究，但终因 目前世界上采用水采技术的国家有中国、俄罗斯、加 煤层条件不适应未能实施。 拿大、新西兰等。如俄罗斯新西伯利亚的库斯尼克煤田 通化矿业集团公司现有生产矿井５座，年产量为４５０ 煤层倾角６０—７０。，百分之七十都采用水采。由于俄罗斯 万ｔ。该矿区煤田由于受燕山运动的影响，含煤地层受到 国产设备压力低，落煤困难，２００７年引进我国高压污水 极大破坏，断层多、褶曲发育、火成岩侵入十分严重、煤层 泵、液动阀门和液控水等水采设备，使落煤压力升至 倾角和厚度变化大。在１９８４年原煤炭部对当时９６个统 １６ＭＰａ。新西兰南岛的强人矿采用水采技术后，经济效益 配矿务局的地质情况排查时，通化矿务局被列为第９３ 十分显著，产量比水采前提高了２倍。与该矿相邻的大 位，属极不稳定煤田。为了探索适合本矿区的采煤方法 卫山矿正在由日本进行水采设计。目前，许多国家都在 和提高机械化开采水平，于八十年代中期就在煤层条件 关注水采，如越南、俄罗斯、新西兰来我国水采矿井参观 较好的矿井开始试验长壁综采和高档普采，如松树镇等 积和空间较小，采后顶板不垮落而形成的全空区，这时， ｔ／ａ的矿井开采１００年的储量，可增加现有矿井的服务年 均采用木垛过空。在施工过程中，工人需要进入空区作 限，节约资源，增加就业机会，具有很好的社会效益。 业，从而对生产和安全构成威胁。另外，在回采过程中， 开采残留煤成本按２５０元／ｔ计算，３号煤售价８００ 老顶周期来压会对巷道支护造成一定程度的冲击作用， 元／ｔ，利润为５５０元／ｔ，开采残留煤利润为６９３亿元，可带 来具大的经济效益。 要特别注意安全。 ４效益分析 作者简介： 王鸿云（１９７３一），男，１９９７年毕业于中国矿业大学采矿工 襄垣县地区的残煤总量约４．２亿ｔ，按照水力复采能 程专业，高级工程师。一直从事水力采煤的设计、研究工作，曾 在有关刊物上发表论文多篇。 够采出残留煤的３０％计算，约为１．２６亿ｔ，相当于１２０万 收稿日期：２０１１—０８—２９ １１ ２０１１年１２月 水力采煤与管道运输 第４期 矿。经过几年的努力，摸索出一套操作、管理、维修经验， 更加显著，巷道布置、采场通风等方面都摸索和积累了丰 使综采在煤层赋存条件较好的块段产量可达到５０—６０ 富的经验。 万ｔ／ａ，充分体现了综采的技术经济优势。但在地质条件 ３．Ｉ水采的适用范围更加明确 复杂的区域难以发挥综采的优势，经常搬家倒面，产量较 我国煤层赋存条件千变万化，任何一种采煤方法都不 低、经济效益较差。有的较复杂块段弃而不采，造成了一 能包打天下，都有各自的技术优势和适用范围。对水采 些资源损失。为了解决通化矿区地质条件复杂煤层的采 而言，也不是旱采机械化开采有困难的煤层都能水采，而 煤方法，重点转向水采，到目前为止，全局有４个矿井采 有它的适用范围，如特硬煤层、顶板极为破碎煤层、倾角 用了水采技术，产量占全局总产量的５０％以上，随着开采 过缓的煤层就不适用水采。水采应当向不稳定煤层、急 的加深、地质条件变差和煤层倾角的增大，适合水力机械 倾斜煤层、边角煤以及块段不规则储量小的煤层发展。 化开采条件的比重将逐渐增大。在扩大水采规模的同 ３．２巷道布置趋于合理 时，技术上也在不断创新。针对目前水采井上下用水循 近几年来，为了解决水采工作面通风问题，通过改变 环圈大、电耗高等问题进行优化设计，使水采工艺系统打 支护方式、巷道布置、采垛参数及落煤顺序等措施，使这 破了原落、运、提、脱的常规工艺模式，取消煤水提升和地 一问题得以解决。 面脱水系统，实现煤水全部在采区内循环复用，煤泥全部 ３．３ 实现水采工作面无人开采技术 在井下回收，彻底解决了煤水井上下缓冲、储存、转排设 水采工作面的水采用液动控制，操作人员在水采工 施的重复建设，极大降低水采电耗、简化了生产环节。 作面以外的巷道操作液控水完成水力落煤，使水采工 北票矿务局是百年老矿，煤层赋存条件大部分为急倾 作面在无人的情况下，将采垛内的煤炭顺利采出。该技 斜中厚煤层，具有煤与瓦斯突出危险。该局从１９５８年试 术已在六道江井进行了工业试验，并获得了成功。目前， 验水采以来，经过多年实践，在急倾斜“双突”煤层条件 已在通化矿业（集团）各水采矿井推广使用，极大提高水 下，对水采的工艺设计、巷道布置、通风管理、“双突”防治 采工作面的安全状况，改善了，乍业环境，并有效地解决了 措施和生产组织等方面总结出了一套行之有效的经验。 水采工作面的“双出口”问题。 在“双突”煤层条件下，对于瓦斯和火灾管理水采比旱采 ３．４煤泥水处理技术已获成功 更简单、更安全。该局自使用水采以来，工作面从未发生 煤泥水处理是水采工艺所伴生的特殊问题，直接影响 突出及重大安全事故。分析其主要原因：①采用无人水 着煤炭产品的质量并对环境产生影响。针对这一特殊环 力掏槽防突技术，较好地解决了掘进过程中突出问题；② 节，经过科研人员多年试验研究，水采煤泥水处理的难题 水采回采巷道多、段高或巷道间距小、密度大，从掘到采 已得到解决。煤泥水处理技术措施是以斜管浅层沉淀技 有一段间隔时间，便于瓦斯释放；③水采工作面靠高压水 术为主，配以高效絮凝剂加速固液分离，使澄清净化的水 射流落煤，没有电气设备，产生电气火花的机率很小，没 质既符合国家环保标准，又能满足水采闭路循环用水的 有引爆源，相对比较安全；④水采靠水射流落煤，湿度大 要求。 浮煤少，不易氧化着火，相对延长了发火期，开采瓦斯含 目前，通化矿业（集团）松树矿、八宝煤矿、永安煤矿、 量高和易自燃的煤层，水采是一项安全措施；⑤水采工作 六道江井水采煤泥水已全部在井下净化处理，处理后的 面及煤仓等卸载点没有煤尘，不能产生煤尘爆炸。 水质完全满足高压供水和排放标准的要求。 目前，一些中小型地方煤矿及不稳定煤层开采的矿井 ３．５解决了井下煤泥脱水与回收 也在采用水采方法。如山西治地区的古韩联营煤矿 为实现采区内回收煤泥、取消煤水提升系统和地面煤 和金星煤矿均已先后建成投产，产量分别达到３０万ｔ／ａ 泥脱水系统，通化矿业（集团）与煤炭科工集团唐山研究 和４５万ｔ／ａ，比水采前产量提高３倍，受到当地和主 院合作，获得成功，水采高耗能的问题得到了解决，为我 管部门的高度评价。山西正在设计及施工的水采矿井还 国水采工艺系统的减化奠定了基础。 有４个。阿克苏地区的博孜墩矿已经完成水采设计 总之，随着水采技术的进步，水采一些根本问题逐渐 和安全审察工作。云南曲靖的篆湾煤矿和福建邵武的涟 得以解决。如通过井下煤泥脱水技术的应用，高耗能问 邵煤矿也在进行水采论证。 题得到解决；水采工作面无人开采技术的应用，“双出口” 近年来，水采技术推广应用有扩大并向地方小煤矿发 问题迎刃而解；通过巷道支护及巷道布置的改进，采空区 展趋势，这正符合国家“十二五”期间发展小煤矿机械化 回风问题也基本得到解决。水采技术已经日臻完善，在 的。 “十二五”期间，能为提高我国小煤矿机械化水平作出应 ３ 目前我国水采技术发展水平 有的贡献。 近几年，我国在不稳定难采煤层方面进行了科研攻 ４发展趋势 关，使水采技术水平有了新的提高，水采的适用范围更加 水采技术由于它以高压水射流为动力进行远距离落 明确，机械装备更加完善，工艺系统更加简单，节能降耗 煤，工作面装备简单，对地质构造变化适应性强。因此， ｌ２ 第４期 水力采煤与管道运输 Ｎｏ．４ ２０１１年１２月 ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＣＯＡＬ ＭＩＮＩＮＧ＆ＰＩＰＥＬＩＮＥ ＴＲＡＮＳＰ０ＲＴＡＴ１０Ｎ Ｄｅｅ．２０１１ 依靠科技进步，有效 防治 矿山动力现象 郑奎全黄宇成 （吉林通化矿化集团公司道清煤矿吉林白山１３４３０９） 摘要：通化矿业（集团）公司道清煤矿现有生产水平曾发生过矿山动力现象，通过与科研单位合作找到了防治 矿山动力现象的有效途径，。采用“四位一体”的防治技术方案，取得明显安全效果，有效地防止了动力现象 的发生，为安全生产夯实基础。 关键词：矿山动力现象 防治预测预报 中图分类号：ＴＤ３２４ ．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００６—０８９８（２０１１）０４—００１３—０３ １ 矿井概况 ３ 防治矿山动力现象 通化矿业（集团）公司道清煤矿１９６７年投产，属于高 ３．１ 与科研单位合作是寻求矿山动力现象防治的有效 瓦斯矿井。地面标高＋４３９ｍ，斜井开拓方式，矿井共划 途径 分３个开采水平：一２００ ｍ水平为一水平，已经开采完毕； ３．１．１与抚顺煤科院合作 一４００ ｍ水平为二水平，是现生产水平，矿井开采深度 ２００６年９月与抚顺煤科分院合作进行了动力现象防 ８３９ ｍ；一６００ ｍ为三水平，矿井开采深度将达到１０３９ ｍ。 治技术方案的研究编制，为防治矿山动力现象提供了有 该井自东向西地质构造逐渐趋于复杂，主采Ⅳ层煤为不 力技术支撑。研究结果给出了防治动力现象的区域：① 对称向斜构造，褶曲多、成煤不均匀、夹石多、且存在着煤 向斜轴部两侧１００ｍ范围内；②井田南部Ｆ２、Ｆ３断层之 层块段尖灭，火成岩侵入严重。现有生产水平已经发生 间及其附近１００ｍ范围内；③孤岛或半孤岛煤柱；④巷道 过矿山动力现象，随着开采深度的增加，地应力增大，煤 交叉点；⑤回采工作面前方５０ｍ范围内。 层瓦斯含量增高，在今后开采过程中地质构造复杂地带 ３．１．２与辽宁工程技术大学合作 的矿山动力现象势必更加严重。 ２００８年与辽宁工程技术大学合作对该矿矿山动力现 ２矿山动力现象的危害 象发生机理、预测和防治技术进行研究，从而为治理矿山 动力找到了治本之策。经调研、分析结论：①突发性，发 在巷道掘进和采煤工作面生产中，发生不同程度的 生前没有明显的宏观征兆；②瞬时性，动力现象过程短 煤炮，破坏支架，巷道维护十分困难，更为严重者，发生局 暂，持续时间几秒到几十秒；③动态破坏性，支架损坏，裸 部冒顶。基本规律是冒顶后压力缓和，经过十几天又出 露煤壁片帮；④频繁性，局部煤炮发生较频繁，最短间隔 现应力升高现象，随之又发生煤炮等现象，给安全生产带 ５ｍｉｎ就发生１次；⑤区域性，煤层厚度变化带、煤层倾角 来极大危害。 变化带和构造带是动力现象多发带。 在开采不稳定煤层推广应用过程中，明显的表现了它的 置、生产系统和回采工艺都具有自身的特点。因此，国家 生命力和优越性。我国中小型煤矿、不稳定煤层和急倾 在制定法律法规、设计规范、安全规程、设计手册等技术 斜煤层的矿井量大面广，均难以推广旱采机械化。据有 文件中对水采都有明确的特殊规定，与旱采长壁工作面 关资料介绍，２００８年底山西省２５９８座煤矿中，有３０７座 有着明显的区别。 煤矿实现了综采，仅占煤矿总数的１１．９％，中、小煤矿综 ５ 结论 采机械化占的比例更小。这类煤矿由于地质条件差、储 随着科学技术的快速发展，制约水采技术发展的难题 量少、块段小、技术装备落后、安全条件差、人员素质低， 已得到解决，对于复杂难开采煤层，更加体现了水采技术 采用旱采机械化困难。而水力机械化采煤工作面设备 的优势，水采技术应用前景将更加广阔。 少、人员少、操作简单、容易掌握。如辽宁、吉林、山西等 一些中、小煤矿使用水采技术就是最好的例证。国家十 作者简介： 二五期间提高小煤矿机械化水平为水采技术的发展 李永海（１９６６一），男，吉林省白山市人，毕业于辽宁工程技 提供了新的契机，水采技术将有着广阔的市场和发展前 术大学采矿系，工程师，现任通化矿业集团公司道清煤矿生产矿 景。 长，在国家级刊物发表论文多篇。 水采产量在全国煤炭产量占的比重很小，但对某一个 地区或某一个矿区来说是举足轻重的。水采无论巷道布 收稿日期：２０ｌ１—０６一Ｏ１ ｌ３
