水力采煤与管道(2).pdf

1 9 9 7年 1 2月 水 力采煤与管道运辅 第 4期 一 多 6 国 内 外 水力 运提 工 艺 模 式的 基本 情况 刁乃秋 一 蝶麦科学研究总院唐山旁院 J 1 g a 摘要文中介 绍 j国内外水采矿 井采用的 4种水 力运提I 艺模 式， 以及每种I 艺模 式的特点、 优缺点 ， 选择 的基本方法及选择时应注意的几个问题 。 ⋯ ／堂 绰 一 一厂 一、r 斧 i 水力运提工艺是利用水傲载体实现 明槽 运输和管道运提。水力运提方式用于水采工 艺 ， 也可用于旱采工艺 。 水力运提工艺模式的 排 l J H i 丹掇水 力 遥控】 艺 揽式 仆一 I e 压域 盘 ； l； 脱水的 运枷横式 l ll 精 蓬墒 ．J 艺使式 选择将会直接影响矿井的经济技术指标 。根 据国内外水采矿井所采用的水力运提工艺 ， 归纳为以下 4种工 艺模式。参见附图所示。 H ⋯ H量 H⋯ 来压燃水分缓 特} I 雨室 0 发脱 谢 珥 j l吣l 运输 管进 运墒 早 运 早运 例t f I 盾 墒 H 耳 { l l 一 ⋯ 译 { l 1⋯⋯ I I 一 蝶嵌脱水 与污术匝 佴 i 室 ‘ 。 __ 早 耦 } __ _ _ 【 摊 I， I 椅 翅 精 选 厂 或 管 i 吐 适 } 音 至 J I I r J 脱 术 厂 】 1 }～ 斗 一 F F } 一 ．il ． il 附 l 全水力运提工艺模式 该 模式是水 采发 展初期 阶段 的基 本模 式 ， 其工艺特点是煤水在采 区 井 下 内用明 32 图 槽运输 ， 采区外用管道运提 。 使用该模式的主 要国家有俄罗斯 、 中国、 德国等 。 该模式在管道运提前必须对煤水进行制 备， 制备 内容为清除异物 大块矸石、 木屑 、 金 哪楫运括一 一 哪舯遗临 水 或水 机馘甜堞 维普资讯 国内外水 力运提 工艺模式 的基本情况 第 4期 属等 ， 破碎和浓缩， 以保证破碎机、 煤水泵等 设备正常运转和最佳浓度运提。制备的主要 参 数 是 破 碎 粒度 ， 各 国一 般 选 择 2 5 ～ 1 0 0 mm 前苏联曾作 过煤浆的级配试验 当煤炭 粒度为 O ～1 0 0 mm， 其中 O ～3 mm粒级台量 为 4 0 左右 时 ， 最高 安 全稳定 的 固液 比为 14 ～1 j ； 当煤炭粒度为 0 ～2 j mm， 其中 O ～3 m i r l 粒级含量为 j 0 左右时， 最高安全 稳定的固液 比为 1 2 ～1 3 “ 。因此适 当减 小破碎 粒度 ， 提高运提浓度 ， 同时做到掘进冲 运用采区 井下 循环水， 可以达到节能降耗， 降 低运提 成本 的 日的， 这是全承 力运 提工艺 的发展方 向 主要优点 ①新建矿井投 资少， 见效快 ； ③运提系统环节单一 ， 连续性强 ， 工艺和 装备简单 ， 易于集中管理和实现 自动控制 ； ③ 劳动量少 ， 工效高； ④从运输方面， 可以缩小巷道断面等。 主要缺点 煤水泵、 管道等设备摩损比较 严重 ； 块 煤产率低 f 次生煤泥量大等 该模式适用于开采埋藏较浅， 储量丰富， 瓦斯 含量 较低， 赋存单一的缓倾斜 中厚以上 的煤层 例如， 俄罗斯尤比列依矿是 1 9 6 8 年由旱 采矿井改扩建的水采井。工作面至中央煤水 提升硐 室用明槽运 输， 在 中央煤 水提 升硐室 进行分级破碎， 破碎粒度为 2 5 mm 该矿的破 碎粒度 曾采用 5 0 、 1 0 0 、 7 5 mm 。 破碎设备 一 井用带 固定篦条 筛的锤式破碎机 ； 二 井用固 定筛和锤式破碎机组成的S K Y型分级破碎 装置 。制备后的煤浆用三套提升系统直接排 至地面选煤厂 ， 提 升高度 4 5 0 m， 每套系统均 配备 独立的分级 破碎装置 、 煤 水仓 、 1 2 y B 一6 型煤水泵和输煤管道。该矿的技术经济指标 在俄 罗斯的水采矿井中是比较好 的 。 我 国八 一矿 自 1 9 6 3年投 产以来一直 采 用全水力运提工艺模式。目前南北两翼开采 分 别为--6 0 0 m水平和一5 6 0 i n水平 ， 两翼 各布置煤水提升硐室 工作 面至煤水硐室用 明槽运输， 在煤水硐室进行分级破碎 ， 破碎粒 度为 5 0 f i l m 用两 台 1 2 M6 X 2 A煤水泵串联 将煤 浆汇集到 一3 4 0 m煤 水泵房 ， 再 转提至 地面选煤厂。 管道运提距离分别为 4 5 9 0 m 和 3 2 9 0 m 输煤管装有辉绿岩铸石内衬与偏心 圆 向上偏 心 1 0 mm 白口铁衬里二种类 型。 经测定 ， 其管底每磨 损 1 mm 第一种类 型运 提煤 9 0 ～1 0 0万 t ， 第二 种类型 可运提煤 3 0 ～ 3 5万 t 。 八一煤矿 3 0多年来用管道运提煤 炭 2 0 1 2万 t ， 是我国水采 矿井 中效 益较好的 矿井之一0 。 2 分级水力运提工艺模式 该 模 式是 在新 井建 设 6 0年 代 吕家 坨 矿 ， 特别是在 8 0年代 由旱采矿井改扩建为 水采矿井的实践中逐步 发展起来的 长期的 生产实践表 明， 是一种适 应性 较强的工 艺模 式 其特点是煤水在采区内用明槽运输 ， 采区 外采用分级运提 ， 即块煤用早运早提 ， 细煤浆 经浓缩后用管道运提 。使用该模式的主要国 家有 中国、 日本、 加拿 大等 ， 俄 罗斯 水采 井中 也建有分级运提的系统。该模式的重要参数 是分级粒度 ， 各国一般采用 0 ． 5 ～3 0 mm。分 级粒度的大小直接 影响到井下原煤分级与脱 水 ， 水 、 旱运 比例 ， 污水澄清和洗选等工 艺环 节。从 发展趋势看 ， 分级粒 度 以 0 ． 5 mm 为 好。因为 0 ． 5 mm分级可与选煤 厂浮选工艺 相结合， 同时细粒级分级可减少水提比例， 煤 浆可实现高浓度运提， 生产 甩水可 大部分 在 井下 采区 循环， 以达到节能降耗， 降低吨煤 运提成本的 目的。这是分级水力运提工艺的 发展方向。 分级水 力运提工艺与全水 力运提相 比， 具有以下优点 ①对改扩建矿井 ， 可利 用原旱运旱提设 备 ； 33 维普资讯 水 力采堞 与管道运 输 第 4期 ② 吨煤 运提 电耗小 ， 特别对井深巷 远的 大型矿井更为有利。这是因为细粒级煤浆管 阻小 ， 可实现高浓度管道运提 ， 小粒度煤水泵 效率也高 。如国内某两个水采矿井提升高度 相似 ， 分别 采用全水力运提 与分级运提方式 ， 多年统计结果表 明， 前者吨煤提升 电耗 高于 后者 0 “ ； ③ 细粒级煤浆对设 备磨损小 。据 吕家坨 矿 测定 ， 运 提 1 0 0万 t煤 管 道 磨 蚀 量 仅 1 i T l m“ ，而前苏联不分级水 采矿井运提 4 ～1 O 万 t 煤管道底部即磨损 1 mm“ ； ④深井可一次提升。如德国卡尔 丰克 矿用 3台活塞泵并联运提 0 ～1 i T l r l l ， 容 积浓 度为 4 0 的煤 浆 约占产量 的 3 0 一次 运 提至地 面脱 水车 间， 管道全长 6 2 6 0 m， 其 中 垂 直 距 离 7 6 0 r l l ， 全 系 统运 提 能 力 1 2 0 0 t ／ d 。 目前细粒级离心式煤泥泵单扬程也达 9 00m 。 ⑤块煤 产率高 ， 次生煤泥量小 ， 入洗成本 低。 主要缺 点 采 区外存在水、 旱 两套运提 系 统 ， 将增加 管理难 度} 旱运旱提煤 炭水分 高 ， 而且随分级粒度的 减小而增加； 污水在 井下 澄清处理 ， 增加了工艺的复杂性。 该模式适用于 a ． 旱采井改扩建为水采井 ； b ． 开采埋藏较深 ， 赋存比较复 杂的 主采 煤层为厚及特厚的煤层群； c ． 多采区的大型水采矿井； d ． 开采对煤 炭粒度有要求的动力煤 或煤 的 可粉碎性 严重 ， 对设备和管道磨 损大 的煤 层 。 倒如 ， 日本砂川矿是 1 9 6 4年改建的水采 矿井， 开采一3 6 0 ～一9 6 0 m水平的急倾斜高 瓦斯 中厚煤层群。年生产能力 1 0 0万 t ， 其 中 7 0 8 0 为水采产量。随着工 作面向深水平 发 展 ， 曾采 用全水力 运提工 艺 破碎 粒度 为 3 5 ram 和 分级运提工艺 分级粒度为 3 0 mi l l 3 4 和 0 ． 7 5 ram 。使用时间最 长的是 0 ． 7 5 mi l 1 分级运提工艺。该工艺采用两次分级 和两次 浓缩， 用煤蒙泵将采区0 ～0 ． 7 5 mm煤浆排 到 一3 6 0 m水 平 ， 再用三管式 喂煤 机 提到地 面选煤厂 ， 提 升固液 比为 1 2 。分级设备为 刮板脱水筛 筛缝为 3 ram 和小型振动筛 筛 缝为 0 ． 7 5 ram ； 两次浓缩均用旋流器。 砂 川矿的经验可以说 明， 深井水力运提 ， 分级运 提工艺 比全水力运提工 艺效 果好 ， 且 细粒 级 分级比粗粒级效果好。 德 国汉萨矿也是改建的水 采矿井 ， 提 升 高度 8 5 0m， 日产商 品煤 0 ． 3 5万 t ， 采用全水 力运提工艺运 转了 3 年 1 9 7 7年 l 1月～1 9 8 0 年 1 2月 其停运的主要原 因是矿井经济效 益不佳 ， 吨煤成本过高而致使矿井关 闭。 其 中 吨煤 水 力 运 提 费 用 为 1 8 ． O 8原 西 德 马 克 1 9 7 9年平均值 ， 在吨煤成本中 占了较大 比 重 。 如果在改建 中用分级运提工艺 ， 充分利用 原矿井旱运旱提设备， 可能减 小运提费用 ， 降 低吨煤运提电耗 1 9 7 9年平均 运提 电耗费用 为 4 ． 9 4 原西德马克 ． 又可能降低改建费用 改建费用为 2 ． 5亿原 西德 马克 这 样即可 降低运提成本。德国人在分析汉萨矿的经验 时也认为分级运提工艺是汉萨这样老 矿改建 的最佳工艺模式“ 。这一经验对老矿改建具 有 良好的借鉴作用 。 3 并下 区域 全部脱水的运提模式 该模式是 8 0 年代中国和前苏联水采专 家提 出的一种新型工艺模式， 是分级运提模 式的进一步发展。目前在中国和俄 罗斯部分 水采矿井进行工业性试验 。 其特点 煤水在井 下 区域 用明槽运辖 ， 在硐室内全部脱水， 煤 炭旱运旱提 ， 取消管道水力运提 系统 ， 实现采 掘生产用水井下 区域 闭路循环 该模式的主要优点是投资少， 可节能降 耗 ， 并由于机动灵活 ， 便于旱采矿井在 某个区 段采用该工艺模式进行水力开采， 不干扰早 维普资讯 国内外水 力避提 工 艺模 式的基本情况 第 4期 采矿井的生产环节 。 主要缺点是将 井上部分脱水设备移到井 下 区域 ， 增加 了工艺 与设 备的复杂性 和管 理上的难度 。 考虑到这个因素 ， 目前 只在产量 小的水采区进行生产更容易些 。 该模式适 用条件 井深 巷远的分级运提 矿井 ； 大 、 中型旱采矿井的孤立或边远区域进 行水力开采的煤层 。 该模式的技术关键问题是在井下 区域 进行细粒级分级 ， 污水澄清和细煤泥脱水 。 细粒级分级 ， 我国采用水力分级， 分级粒 度 0 ． 2 ～0 ． 5mm。俄 罗斯用 r H c 卜 7 2型双 层高频振动 筛， 上分层分级粒度 3 mE， 下分 层分级粒度 0 ． 5 mm， 筛上品共人煤仓 ， 旱运 早提 ， 筛 下 品人 污水澄清 系统。该筛机长 3 m， 宽 1 ． 6m， 高 1 ． 5m， 处理能力 2 0 0, ／ h 。 污水澄清 ， 我国采用斜管 沉淀池， 生产用 水的固体含量比较低且 比较稳定。俄罗斯已 投 入使用 的有两种方式 ① 得尔干 矿的“ v” 型巷道沉淀装置和旋流器的组合{ ②伏罗希 洛夫矿 的沉淀池澄清装置 。由于工作面煤水 不稳定 ， 这两种污水澄清方 式中生产 用水的 固体含量将有波动 ， 在 0 ． 4 ～7 g ／ l 之间。 由于 使用高压污水泵 ， 基本可以满足生产要求。 细煤泥脱水难度较大 。俄 罗斯得尔干矿 采用沉淀池底流定期人煤仓或再返回高频振 动筛的办法解决细煤泥问题 。前者使旱运旱 提的原煤水分增加； 后者筛上品可带走一部 分细煤 泥 ． 在生产用水循环过程中脱除一部 分煤泥， 但仍有一部分细煤泥滞溜在循环水 中， 增加脱水难度和生产用水的固体含量。 伏 罗希洛夫矿用两个泄水性好的泄水池， 泄除 大部分水分， 细煤泥每两周用 m1 H 一5 型装 岩机 交替 挖 掘 一次 ， 煤 泥 纳入 旱运 早提 系 统 。 ’ 引进 消化 当代选煤 矿 行业 的先进 设 备 ， 如轻型加压过滤机等， 可以彻底解决细煤 泥脱水问题 。 4 明槽运输工艺模式 该模式的特点 采用平硐开拓， 开采平峒 水平以上的煤层 ， 工作面采落的煤 水用明槽 运输至地面选煤厂或脱水车间； 井下无煤 水 仓、 原煤仓等设施 ， 输煤设备仅为溜槽。其优 点 运输工 艺简单 ； 矿井投资小 ； 吨煤 运输成 本低； 运输效率高 ； 安全可靠 ； 事故率低等。 该模式适用于 开采山谷底 川水平以上的 煤 层。 为了增加明槽运输的储量 ， 平峒应尽量 开低些。 例如， 加拿大巴默尔矿位于山谷， 从谷底 开平峒。 1 9 7 1年投产至 1 9 8 0年上山开采 1 ～ 5采 区， 工作面的煤 水用溜槽直接 流至地面 选煤厂。 分级和脱水、 污水澄清等均在选煤 厂 进行 。 吨煤成本比同矿区的露天矿还低。 1 9 8 0 年后进入下山开采第 6 采区， 改用分级运提 工 艺， 分级粒度为 9 ． 5 mm， 筛下品用煤水泵 排至地面选煤厂。 吨煤成本随之高于 露天矿。 虽吨煤成本的增加不全部因由于管道运输和 皮带运输而上升， 但这是主要因素之一 。 5 选择水力运提工艺模式应注意的几个问 题 ④水力运提系统的装备和规模必须与落 煤能力相匹配。如国 内某水采矿井的水力运 提系统的规模和装备基本与八一矿相似． 但 落煤 能力 为八一矿 的 1 ／ 4 ， 每天水 力运提 系 统只运行 3 ～4 h ， 其经济损失是很大的。 ② 对 中小型矿井， 应在条 件允许的情况 下尽量简化水力运提工艺和装备， 减少转排 层次 。 ③对 井田走 向较 长， 多采 区的大中型矿 井 ， 应采用子母硐 室群的布置方式 ， 可以节约 采 区硐 室工程量和相应的设施 ， 且可降低运 提费用 。 ④煤浆高浓度管道运提和生产水部分或 大部分在井下 采 区 循环是水力运提系统节 3j 维普资讯 1 9 9 7年 1 2月 9 7 ， ～ 弓 6 水力采煤 与管 道运翰 第 4 期 能降耗 ， 降低运提成本的主要措施 。 减小破碎 粒度和分级粒度可达到此 目的 。 例如 俄罗斯 尤 比列 依矿 采用不分级运提 模式 ， 破碎粒度 由7 5mm 改为 2 5t n m， 煤浆浓度提高到 1 3 ～ 1 4 ； 日本砂川矿采用分级运提模式， 分级 粒度 由 3 0 mm 改为 0 ． 7 5 mm， 煤 浆浓度提高 到 1 2 。以上两个矿井的经济指标均 比改变 前好 。 ⑤一个矿井不能一成不变地沿用一种运 提模式 ， 随着采区向纵深发展， 根据情况可 以 转换运提模 式 。例 如 日本砂川矿在一5 6 0 m 水平 以上采 用全水力运提模式 ． 一6 G 0 m 水 平及其以下 则采用分级运提模式 ， 其经济技 术效果 比全水力运提模式好 。 ⑧明槽运输是一种最简单 ， 最经济， 最可 靠的运输方式。其运输距离所占水力运提总 距离的 比例大小直接影响到水力运提系统的 投资费用和运 提成本 ， 所 以在条件具备 的情 况下应尽可能加大其运输距离 。但是根据前 苏联的经验 ， 通常不能超过 4 k m。输送设备 仅为溜槽或溜简。溜 槽一般采用加衬的梯形 或“ u 型溜槽 ， 以降低磨擦系数 ， 增 加服务寿 命， 减少吨煤耗水量。溜槽铺设要平直． 并禁 止大块煤 、 矸进入溜槽。 ⑦井下 涌水应并 入生产用水中， 以便 简 化工艺 ， 降低电耗 。 主要参考文献 C 1 B ． 凡 芏 克别 尔等． 水 采矿 井的水 力连 翰 系j 篼 苏联煤 炭 工 业经 济 和科 学技 术情报 科 学研 究 院 述评煤炭地 下开采 夺册 ． 1 9 8 3 3 [ 2 ] 岳承 璋． 八 一煤矿 管道骑煤 的 实践 经验． 水 力 采煤 与管道运 输． 1 9 9 6 2 0] 孟 祖 龙． 改进 开采 难采煤层 水采矿井设 计的技 术途径． ． 水 力采煤 与 管道运输． 1 9 9 1 4 [ 4 ]丰采德 ． 水 力提升运输工 艺中有关项 目的技 术 经 济分析． 水 力采煤 与营道连 输． 1 9 3 5 1 c 5 J ． 帕扛 斯基． 水 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