水力採煤工藝

水力採煤工藝：是指利用水力來完成礦井生產的採煤、運輸、提升等生產環節的全部或部分工作的開採工藝。

自20世紀30年代，在蘇聯首次試驗成功。50年代中期，中國、波蘭、德國、日本、英國、印度、美國和加拿大等國相繼進行研究、試驗。而達到一定規模的有蘇聯、中國、日本、德國和加拿大。90年代，年產量在8～10.0Mt左右的有中國、俄羅斯。

中國：1956～1957在開灤、萍鄉試用成功，然後在河北峯峯、安徽淮南、遼寧北票、南票、河南鶴壁、山東肥城、棗莊、吉林通化和黑龍江鶴崗十餘個礦區推廣使用。水採工藝是我國開採煤層條件較差地區實現機械化開採的重要技術途徑之一。 ^[1] 

1、全部水力採、運、提的水力化礦井

井下的運輸提升過程均採用水力完成。輔助運輸用旱採方式。

2、分級運提的全部水力化礦井

主要區別為：運輸、提升採用水旱分級方式。

從採區到地面，粒度小的用水力，大的用旱提、旱運方式。

1、水旱兩套生產系統的礦井

因井田內煤層賦存條件相差太大，有適於旱採的，有適於水採的，用兩套生產系統。

2、用水力完成部分生產環節的礦井

水旱結合如用水力落煤和運煤，用旱提方式提煤或用機採炮採落煤，用水運、水提的等。 ^[2] 

由三部分組成：即高壓供水系統、煤水運提系統、脱水系統。

由供水源、高壓供水泵、高壓供水管路、水槍組成。

1、供水源：要充足適用（固體顆粒雜質少，酸度低、取用方便）。有開式供水、閉式供水（循環處理供水）兩種供水方式，目前閉式供水是絕大部分礦區必須採用的一種方式。

2、高壓供水泵：系統的核心，有往復泵、離心泵，我國水採井（區）均採用分段式多級離心泵。供水壓為12～20Mpa，當煤較硬時，需高壓，可多泵串聯，一泵一槍，泵設在地面或井下，一泵安裝多槍，可輪流使用。而掘進面一般用炮掘、水運，低壓（0.6～2Mpa），需要單獨設供水系統。

3、高壓供水管路：分為主幹管、支幹管、支管幾種管路。主幹管為主要管路，鋪設在井筒、井底車場、運輸大巷和石門中，使用期限長，要用較大直徑，內徑250～300mm，壁厚10～15mm；支幹管鋪設在上山、區段運輸巷、分段上山中，服務時間較長，管的內徑為150～200mm，壁厚7～10mm；支管設在回採眼、回採巷中，要經常拆移，用小的管路，一般內徑125～150mm，壁厚7mm。

4、水槍：是水採的最主要採掘設備；可分為手動水槍、液控水槍、自移液控水槍。

手動水槍：結構簡單，維護方便，造價低，操作人員可直接監視破煤情況；但勞動強度大，衝採時易發生返煤傷人情況。

液控：機械化程度高，動力單一，破煤效果好，可離槍操作。

自移液控水槍：在研究中。可以遠距離操作，安全、高效。

可分為明槽自流水力運輸系統、管道運輸系統兩種。

1、明槽自流水力運輸：溜槽或巷道底板。有坡度，2～3m/S以上的速度。採區內部多用此方式。自溜運輸方式。

2、管道運輸：煤水泵提供動力，是水採礦井廣泛採用的運輸方式，不受坡道限制，允許線路曲折變化，表3提供了幾種煤水泵的技術參數。管道運輸最大的問題是泵、管的磨損問題。

將煤、水分離的系統。可以與選煤廠相結合，直接進行煤的洗選。若無洗煤廠，則需要設地面專用脱水車間，或設簡易脱水系統。

當前水採技術所體現的一切優點都是與工作面短壁無支護、大射流衝採和水力運輸密切相關的。它具有系統裝備簡單、機械化程度高、生產連續性強、回採工序單一、體力勞動輕、易於操作和對地質條件適應性強等優點。因此，在當前及今後相當長的一段時間內，預測我國水採發展趨勢主要是：

(1)積極優先發展高產高效型水採。在條件適合或基本適合無支護大射流水採工藝要求的厚及特厚、儲量豐富的煤層中推行水採。

(2)發展經濟型或區域化水採，在難以推行旱採機械化、或旱採機械化效益差的傾斜、急傾斜和不穩定煤層採用經濟型或區域化水採工藝，能夠取得優於旱採的技術經濟指標。 ^[3] 

隨着生產發展的需要，水採在技術上也將要有一個新的進展和突破。綜合分析國內外水採技術發展的動向和趨勢及不同學科間相互交叉、滲透和融合，會出現一系列新的技術創新項目，歸納起來主要有以下幾個方面：

(1)不斷探索水採工藝的新形式和新工藝，以期構成一個完整的水力機械化體系。

(2)深入開展研究高瓦斯含量煤層水採工作面通風新方式，創造完整可靠的迴風通路。

(3)改革工藝流程，簡化生產系統，以適應中小型礦井的發展需要。

(4)走與水選結合的路子，不斷提高水採煤炭質量。

根據需要應在以下幾個方面開展工作：

(1)研製高效遠距離落煤水槍，使其有效射程達25m左右。目前我國水槍有效射程在15～20m，這樣就限制了回採順槽間距的加大，不僅增加了採後掘進巷道，提高了生產成本，同時也導致採掘接續緊張。日本正在研究遠距離落煤水槍，採面漏斗佈置可達30m左右。

(2)研究開發井下煤水固液分離設備，將硐室功能轉變為設備功能，達到一機多用，重複使用之目的。這方面已有方案設想，如果試點落實可進行試驗。

(3)研究新型水力鑽機，為水採工作面打通風孔提供可靠設備。

(4)研製小流量高壓供水泵，以滿足中小型礦井的生產需要。

(5)開展有支護水採專用設備的研究，主要是近距離落煤水槍和液壓支架。

隨着知識經濟的發展和信息社會的進步，我們已經進入了一個物質財富生產和精神財富生產的社會。在這個社會里，無論是生產運營、科學研究、創造發明和娛樂體育活動都離不開科學管理。因此，在日趨激烈的市場競爭中，水採如何進一步提高管理水平，已經成為一項十分重要的工作。過去水採簡單的生產管理模式，已不適應生產發展的要求，甚至有一些管理方式可能會妨礙生產力的發展，所以在水採生產管理方面，要結合實際，勇於改革大膽創新，不斷完善水採管理運行機制，提高水採生產現代化管理水平。 ^[4] 

主要開展以下幾個方面的工作：

(1)水力破煤機理及最佳落煤參數的研究；

(2)固液兩相流水力輸送參數的研究；

(3)短壁無支護水採工作面礦壓顯現規律的研究；

(4)水採工作面採掘過程中沼氣湧出規律的研究。