古韩联营煤矿水力采煤系统.pdf

第 3期 2 0 0 7年 9月 水 力采煤 与管道 运输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG P I P EL I NE TRANS P ORTATI ON NO ． 3 S e p ． 2 0 0 7 古韩 联 营煤矿 水力 采煤 系统 王 鸿 云 煤炭 科学研 究总院唐 山研 究院 河j B唐 山 0 6 3 0 1 2 摘 要 古韩 联 营煤 矿 由短 壁 炮 采 改 造 为 水 力采 煤 ， 介 绍 了改造 原 因 ， 水 力采 煤 工 艺 系统 及 经 济 和 社会 效 益 。 关键词 水力采煤 管道输送 大粒度 小粒度 中图分类号 T D8 2 5文献标识码 A文章编号 l 0 0 6 0 8 9 8 【 2 0 0 7 0 3 0 0 0 6 0 3 1矿 井概 述 古韩联营煤矿原生产能力 l 5万 t ／ a 。矿井采 用一对立 井开拓 ， 主、 付井相 距 l 0 0 m， 主井 井 口 标 高 9 1 9 ． 8 1 1 T I ， 井 深 2 4 0 m， 用 于 提 升 煤 炭 和 材 料。付井 主要用于通风与行人 。6 8 0水平西翼 布置一对暗斜 井到5 8 O水平 。东翼布置两条暗 斜井延伸至十4 9 0水平 。 该矿井地 质条 件复 杂 ， 地质 资 料不 全 ， 据 现 有 开 采 煤 层 揭 露 ， 煤 层 倾 角 6 。 ～ 3 0 。 ， 个 别 块 段 可 能变缓。矿 井 总体 为 向斜 构 造 ， 并 伴 有 小 的 断 层 。开采煤层为单 一煤层 ， 虽然煤层走 向和倾 向 变 化 较 大 ， 但 煤 层 均 为 连 续 ， 煤 层 厚 度 均 在 6 ． O O m 左 右 ， 并 且 夹 矸 少 ， 顶 、 底 板 大部 分 为砂 质 泥岩 、 粉砂岩 、 细粒砂岩 ， 顶板条 件 中等 。矿井 为 低 瓦斯矿井 ， 煤层硬度 小 ， 通 过对煤层采 样测定 ， 普 氏硬度系数为 f 一0 ． 6 ～0 ． 8 。 2水 力采 煤 的 必 要性 古韩联营煤矿为 了提高矿井 产量 ， 做 了很多 工 作 。为 了解 决 提 升 问 题 ， 在 井 田 中 部 打 一 口新 井 ， 但 由于遇到流沙 ， 没能 打成； 在 采煤工艺 和采 煤方 法上也做 了很多工作 ， 由于 煤层倾角变 化较 大 ， 长壁采 煤方法开 采非 常 困难 ， 综 采 和其它 机 械化采煤方法不能适应 ， 矿井一 直采用短壁炮 采 的采煤工艺 。随着矿井开采 的延 深 ， 井下运输距 离越来 越 长 ， 矿 井 产 量 受到 井下 运 输 能 力 的 限 制 ， 达到 l 5万 t ／ a的产量都很困难 。根 据矿井现 有 条件 ， 经过 多方 论 证 ， 采用 水 力 采煤 下 文 称 “ 水采 ” 是解决问题 的最好办法 。 3 水 采对地质条件的适应性 水 采 最 主 要 的 地 质 条 件 之 一 是 煤 层 倾 角 ， 据 6 现有 开采煤层揭露 ， 煤层倾 角在 8 。 ～3 O 。 ， 由于受 向斜构 造 的影 响 ， 个 别块段 可能 变缓外 ， 其余 均 可适 用水 采 。 煤层硬度决定供 水压力 ， 通过 对煤层 采样测 定 ， 普 氏硬 度 系 数 为 f 一0 ． 6 ～ 0 ． 8 ， 且 从 煤 的层 理 和节 理均 比较发育 ， 有利 于水 力破碎 ， 因此 ， 该矿 采用 水采后 ， 用较低 的供水 压力达到较 好的落煤 效果 。 ． 顶 、 底板大部分为砂质 泥岩 、 粉砂 岩 、 细粒砂 岩 ， 顶 板条件不是很好 ， 但水采 采用垛式 回采 ， 工 作面顶板不支护 ， 一般允许顶板暴露面积为 8 O ～ l 0 0 m。左右 ， 采 用 闭式水 力 落煤 方 法 ， 基本 能 够 满足水采 回采工艺 的要求 。 该矿开采煤层 为单一煤 层 ， 虽然 煤层走 向和 倾 向变化 较 大， 但煤 层连 续 ， 煤 层 厚 度 6 ． 0 m 左 右 ， 并且 夹 矸少 ， 这种 煤层是 水采 比较 理想 的条 件 ， 单从 煤层 条件 看 ， 水 采一 套 系统 可 以取得 年 产 6 O ～9 O万 t 的生产能力 。 矿井为低 瓦斯 矿井 ， 通 风管 理 简单 ， 对 水 采 有 利 。 可见 ， 古韩联 营煤 矿煤层 地质条 件属 于水 采 适应条件的第一类 。 4 工 艺 系统 4 ． 1 高压供水系统 根据煤 层硬 度 、 裂 隙 发育 程 度 、 矿 压 显现 等 情 况 ， 并类 比其它 水采矿 井 的条件 ， 确 定 回采落 煤压 力 P一8 ～ l 0 MP a ， 水 枪 流 量 为 Ql 8 O ～ 2 0 0 m。 。水枪喷嘴直径为 2 3 ram 高压供水泵房设 在地面 ， 与 地面煤 泥水脱水 系统联合布置 。回采 和掘进共用 一套系统 ， 交 替 供水 。供水泵的参数 确定主要 是压力确 定 ， 须考 虑 4个 因素 ， 即破煤 能力 、 管路 阻力 、 水 枪 阻力和 维普资讯 第 3期 王鸿 云 古韩联 营煤 矿 水力采 煤 系统 2 0 0 7年 9月 标 高差 。泵的供水压力 H Hl H2 H3 H 4 1 式 中 H 为 供 水 泵 压 力 ， MP a ； H。为 破 煤 压 力 ， MP a ； H 为 水 枪 阻力 ， MP a H。为标 高 差 ， 此 处 为 负值 ， MP a ； H 为管路阻力 ， MP a 。 管路阻力损失 H4 k ∑[ L Vi [ 2 g D ] 2 式 中 k为考虑局部阻力系数 ； 为管 路沿程 阻力 系 数 ， 0 ． 1 l △ ／ D 6 8 [ R 0 ． 2 5 ； A 为 管 路 粗 糙度 ； D 为管 路 内径 ； L 管 路最 大长 度 ； V 为 管 中实 际流速 ， Vi Q ／ n 9 0 0D ； Qi 为流量 ； R 为 雷 诺 数 。 根据式 1 选择 X DM2 8 0 7 0l 2多级 煤水 泵 ， 电机 N8 0 0 k W ， n l 4 8 0 r ／ mi m。 水采供水管路壁 厚根据 水采 多年生产 实践 ， 可按下式计算 一 KP D[ 2 [ 3 式 中 为 管 壁 厚 度 ， mm； K 为 壁 厚 备 用 系 数 ； P ’ 为管路最大工作 压力 ， MP a ； D为管路 内径 ， mm； [ ] 为许用应力 ， MP a 。 经计算 ， 主干管选用 2 l 9 1 l的无 缝钢管 ， 支管选用 l 5 9 8的无缝钢管 ， 回采跟枪 管选用 l 3 3 6的无缝钢管 。 4 ． 2煤 水 系 统 针对 古韩联 营煤矿 开拓 系统现状 ， 水 采在 改 建 中不做大的开 拓布局 调整 ， 仅 在 6 8 0水 平 和 4 9 0水 平增加 一些水采硐 室工程 。在 主井井底 车场东侧布 置一 煤水硐 室 ， 即可 做6 8 0以上水 平 复采 用 ， 又兼 作 4 9 0水平 水采 的转排硐 室使 用 。采 区硐室 布 置在 4 9 0 m水平 ， 由北 二运 输 下山下延 至4 9 0水平 的位置 。 煤水 提 升 采 用 大 小 粒 度 结 合 的提 升 方 案 。 工 作 面 原 煤 浆 经 回采 巷 道 和 流 煤 上 山 自流 至 4 9 0筛 机硐 室 ， 经 2台 刮板 分 级筛 分 级 ， 筛 缝 3 0 m m， 筛上品进入破碎机破碎， 破碎后的煤块再 人来浆溜槽 ， 同工作 面原煤浆 流进筛机硐 室进行 循环分级 破 碎 ； 小 于 3 0 mm 的筛 下 品进 入煤 水 仓 ， 然后通 过螺 旋 给煤机 定量 给人 一级煤 水泵 ， 经过二 、 三级 煤水 泵 遥 串排 至 6 8 0筛 机硐 室 。 6 8 0筛机硐 室 内安装 2台刮板分 级脱水筛 筛 缝 2 “ mm ， 筛上品进入煤仓装车 ； 筛下煤水进入煤 水仓经 多级 煤水 泵排 至地 面 煤水 处 理车 间 。工 艺系统如 图 l所 示 。下 面就 系统 重要 环 节做 一 介 绍 。 图 1 水采 工艺 系统 示意 图 4 ． 2 ． 1 采 区煤浆 溜槽运输 水采工 作 面至 采 区筛 机硐 室 采 用溜 槽 自流 运输 。根 据本 矿煤 层 赋存 特点 ， 采 用 短 帮溜 槽 ， 溜槽形 状 为 梯形 ， 下宽 为 3 0 0 ～3 5 0 mm， 上 宽 为 5 0 0 mm， 高为 2 5 0 mm， 单节长度为 1 0 0 0 mm， 在生 产过程 中可结 合实际进行调 整 。 4 ． 2 ． 2 4 9 0筛 机 硐 室 筛机硐室 内安装 2台刮板分级筛 ， 它 由 S G W 一 4 0 T刮 板 运 输 机 改 制 而 成 ， 配 用 电机 功 率 为 2 2 k W。筛缝 3 0 mm， 筛上 品进 人破 碎机破 碎 ， 破 碎机 型号 为 2 D S KP X 6 5 8 0 ， 人料 粒度 2 0 0 mm， 破 碎 粒 度 3 0 mm， 处 理 量 为 3 0 t ／ h ， 功 率 为 2 2 k W 。 4 ． 2 ． 3大粒度煤水仓 煤水仓采 用斜 坡 式 ， 容 积 为 2 0 0 m。 ， 仓 内用 两层 8 8 mm 钢丝 网将 煤水 仓 分成 煤水 问 和污 水问 ， 煤水 间 内安装 2台 L XG 2 7 3型螺旋定 量给 煤机 ， 为煤 水泵均匀定量 给煤 。给煤 机 的技术 特 征 给煤 量 6 0 ～1 0 0 t ／ h ， 转 速 1 0 0 ～1 5 0 r ／ mi n ， 功 率 5 ． 5 k W 。 4 ． 2 ． 4大粒度煤水泵房 经 计算 ， 确 定 煤 水泵 流 量 为 3 6 0 ～4 0 0 m。 ／ h 7 维普资讯 第 3期 水力采 煤与 管道运输 2 0 0 7年 9月 较为合理 ， 扬 程 H一2 7 0 m。根据 我 国现 有 煤水 泵情 况 ， 单 台煤水 泵不 能满足要 求 ， 同时 考虑 到 大粒度提升设 备的可靠性 ， 故选 t 5 O J B一7 5型单 级 渣 浆 泵 3台 遥 串 运 行 ， 其 安 装 位 置 分 别 为 4 9 0 、 5 3 5和 5 9 5煤 水 泵 房 内。煤 水 泵 参 数 扬程 H一9 0 r n ， 流量 Q一3 6 0 m。 ／ h ， 功 率 N一 2 2 0 k W 。 4 ． 2 ． 5 十6 8 0筛 机硐 室 6 8 0筛机硐 室 内安装 两 台刮 板分 级筛 ， 它 由 S Gw一4 0 T刮 板运 输机 改装 而 成 ， 配用 电机 功率为 2 2 k w。筛缝 2 mm， 筛上 品进 入煤仓装车 外运 ， 根据 对原煤 筛分 资料分析 ， 筛 上煤 量约 占 产量的 8 O 9 ， 6 筛上煤水分为 1 2 ～1 5 。 4 ． 2 ． 6小 粒 度 煤 水仓 6 8 0煤水仓采 用压 吸人式斜 坡煤 水仓 ， 容 积 2 0 0 m 。 4 ． 2 ． 7小 粒 度 煤 水 泵房 经计算 ， 小粒度煤水泵扬程 H一3 0 0 m， 由此 ， 选择 X DM2 8 0 6 0 5多 级 煤 水 泵 ， 其 扬 程 H一 3 0 0 m， 流 量 Q一2 0 0 m。 ／ h ， 功率 N一3 1 5 k w。由 于大粒度煤水泵排量大 ， 单靠 回采水量 难 以满足 要求 ， 因此 ， 需 要 从 6 8 0煤 水 仓 向 4 9 0煤 水 仓 补水 ， 补 水 量 为 6 O ～ 1 0 0 m。 ／ h 。 6 8 O泵 房 内安 装 1台 1 0 O J B 一 3 3补 水 泵 ， 其 扬 程 H一 4 0 m， 流 量 Q一1 0 0 m ／ h ， 功 率 N一3 0 k W 。 4 ． 2 ． 8煤水 管 路设 计 煤水管路设计 首要是选 定管 内的安全 、 经济 流速 ， 流速 高将导 致能 耗增加 和管壁磨 损 ， 低 于 临界流 速容易 造成堵 管事 故， 因此 ， 选定 管道 流 速必须首 先计 算 管道 的临界 流速 。临 界 流速经 化简后可按下式计算． ①大粒度煤水 管路 的临界流速 VJ 一6 ． 9 6 p J ／ p 一 1 门F “D 。 m／ s 4 式 中 为 煤 的 密 度 ， k g ／ m。 ； 为 清 水 密 度 ， k g ／ m ； F 为佛 罗得 数 ， F 一 V J ／ g d 。 ； d 为 输煤最大粒径 ， m； 为输浆体积浓度 ， 。 管道煤浆流速 K V J m／ s 5 式 中 K 为安全 系数 ， 根据经验取 1 ． 2 ～ 1 ． 4 。 经计算机 模拟 计 算， 管路 输送 参 数 管径 D 一 2 4 5 1 0 ； 流 量 Q一 3 6 0 m。 ／ h ； 流 速 V 2 ． 5 m／ s 。 ② 小 粒度 煤 水 管 路 的临 界 流 速 8 VJ 一0 ．8 6D M ／ 。 1 0 。 re s 6 式 中 D为 管径 待 求 ， m； M 为煤浆 质量 浓度 ， k g ／ m ， M一 ／ ／ 1 一 ； 为计算 中 间参数 ； 为指数 。 管道煤 浆流速 VKz V J m／ s 7 式 中 K 为 安 全 系 数 ， 根 据 经 验 取 1 ． 1 5 ～ 1 ． 2 。 经计算 机模 拟 计算 ， 管路 输送 参 数 管径 D P 2 1 9 8 ； 流 量 Q2 O 0 m。 ／ h ， 流 速 V 1 ． 7 m／ s 。 5 效 益 分析 5 ． 1 经济效益 。 改用水采后 ， 古 韩联 营煤矿产 量 由 l 5万 t ／ a 提高到 4 5万 t ／ a 。该项 目总投 资约 1 5 0 0万元 ， 原煤售价 3 3 8元／ t ， 年销 售 收入 1 5 2 1 0万 元 ， 扣 除 原 煤 成 本 约 l l 2元／ t ， 利 润 总 额 为 1 0 1 7 0万 元 ， 比改造前 提 高 6 7 8 0万 元。不到 1年可 全部 收 回投资 。在 该矿 井 ， 水 采 与 其 它 采 煤方 法 相 比， 投资 少 ， 见 效 快 ， 是 提 高 产 量 的一 条 好 的途 径 。 5 ． 2社 会 效 益 水 采 提 高 了矿 井 的机 械 化 程 度 ， 增 强 了安 全 性 。矿 井 薄 弱 环 节 是 井 下 运 输 环 节 ， 运 输 事 故 偶 有发生 ， 水采采 用管道 输送 ， 解决运输安 全问题 。 另 外 ， 人 员 无 需 进 人 工 作 面 ， 也 增 强 了 一 线 工 人 的安全性 。 目前 ， 在 国家 高 度 重 视 安 全 的前 提 下 ， 其社会效 益更加明显 。 6 结 论 古韩联 营煤矿为 山西 省第一 家水采 矿井 ， 而 且 煤 水 提 升 既 有 大 粒 度 提 升 ， 又 有 小 粒 度 提 升 ， 是全 国水 采工 艺最 全 的矿井 。古 韩联 营 煤矿水 采 的改造 成功 ， 开 创 了水 采 的新 天地 ， 为 山西 省 部分煤矿提高生产能力找 到 了一种新 的途径 ， 也 为水采事业在山西的发展迈 出了坚实的第一 步。 作者 简介 王鸿 云 1 9 7 3 一 ， 男． 1 9 9 7年毕业 于 中翻矿业 大学采 矿工程 专业 ， 工程 师。一直从 事 采矿 工程 、 电厂 除 友 等 的设 计、 咨 询 工 作 ． 曾在有 关刊物上发表 论 文多篇。 收稿 日期 2 0 0 6 1 2 1 9 维普资讯