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水力采煤技術應用
來源: 時間:2022-03-07 瀏覽:9648
俄國于19 14年開始嘗試開采泥煤,1915年進行第一次水射流采煤試驗,限于技術水平,直到1935年水射流僅用于沖落爆破后崩碎的煤塊。商業化水力采煤于1952年在前蘇聯開始,每班可采煤500t,1952年底達到600t,是常規方法生產量的2倍。

 射流仍用千沖落崩碎的煤塊,但壓力可升至4. 2MPa,現場作業表明,壓力只需2MPa即可,每噸煤耗水量3~6m3 。 耗電量從1.24kWh0. 74kWh不等,主要隨噴嘴 直徑變化而不同。 使用32mm直徑噴嘴時耗電量大,使用50mm直徑噴嘴時耗電量小。 通常,噴嘴直徑為50mm,不僅在于其效率高,還在 于其射程遠,距工作面20m處還能保證有效地開采。 前蘇聯最終建成九座水力煤礦,水力采煤產量從1952年的1.5萬噸上升到1979年的 890萬噸。 隨著技術的發展,已不需要預爆破,形成了真正的水力采煤 技術。前蘇聯最早的水力采煤機為固定式底座,手動操作。 由于手動操作使操作者距工作面很近,易被反濺的水中所含的煤塊擊中,因此很快即被遙控方式替代。 使用最廣泛的水力采煤機有兩種。 一種用于開采薄煤層,可在厚僅75cm的煤層中作業,噴槍可繞轉軸上下擺動6 0,水 壓約lOMPa,耗水量150m3 h,采煤量可達50t/h;另一種主要用于開 采厚煤層,壓力為12MPa時,流量400m3/h,產量lOOt/h。 與前者相比,后者重新設計了接頭,噴槍可在垂直和水平兩個方向同時動作。 兩 者均為遙控操作,后者可在50m外操作,噴槍動作均由液壓缸控制。 由于改進了輸水管道的布置,彎角大大減少,因而阻力小,減小了輸送過程中水能量的衰減,從而提高了射流性能【 I)。鑒于采煤耗水量巨大, 在采煤及運煤(水力輸煤方式)過程中水要損失20%30%,因此水需 循環使用。 但由于不可能過濾徹底,系統需要不斷維護,噴嘴壽命300~500h,系統壽命2~4年。 為提高系統的可靠性,液壓介質從早期的 水換成了后來的油基工作液。在美國,水力采煤試驗由美國礦務局主持,采用低壓大流量射流的遙控式機組,切割頭可上下左右擺動。 采用9. 5mm 直徑噴嘴時, 28MPa壓力下流蜇為800L/min,產量可達1.8t/min,在Colorado - 座礦進行的試驗中,13MPa壓力、151L/min流量下,3人小組在61班 作業中采煤2567t,生產率比常規方法提高 35%。 但低壓大流量水采 法容易導致礦井事故。 美國的煤層坡度較小 、較平坦,采用低壓大流量射流采煤,水若不及時抽走,很快就會堆積起來,黏土質礦層受水浸泡后易引起一系列的問題。 有鑒于此,特別是在發生兩起水采礦井塌方引起致命事故后,美國開始了對高壓、超高壓小流量水采法的研究。

                        

最初的試驗在連續采煤機 的切割臂上安裝8個增壓器進行。 壓力可達450MPa 的超高壓水通過兩組噴頭形成射流,用于在煤層中隨著切割臂的上下運動切出深槽。 當切割臂向下移動時主噴頭組工作,向上運動時輔噴頭組工作。 噴頭位置使射流切出的槽之間的煤層寬18 ~22.5cm,這部分煤很易刮落。 整個機組耗電905kW,8個增 壓器每個耗電40kW,效率只有48%。 水流量lOOL/min,壓力受條件限制只 能達到240MPa,整個機組的生產率只有2t/min,只能達到現有采煤機 組的20%25%。 隨后,第二個試驗在另一種采掘機上裝4個增壓器進行,每個流量27.3L/min,壓力330MPa,供應20.6mm直徑噴 嘴。 整個方案與前類似,只是把切割臂移動方向改為水平方向,兩槽之間的煤只需利用射流的打擊力即可剝除下來。 機組耗電880kW,其中增壓器功率746kW。 試驗時,粉塵童比常規方法高得多,達813mg/t,開采量為6t/min,與原采掘機組相近。美國為對鏟煤機加以改進,進行了試驗[ I】。 該機在切煤過程中,先在煤層底部及中間割2個水平槽,然后在兩槽間的煤片后切第三個槽 , 煤片即可破碎下落。 一次切下煤片的最大厚度可達2. Im。3個切槽由射流完成,破碎則靠梩狀框完成。 由于美國的平坦煤層限制了流量 的增大,盡管提高流量比提高壓力更有助于提高射流的切槽深度和效 率,實際流量只能達到200L/min,因為這是煤礦能夠處理的最大流量 (煤礦用這一流量降塵)。 試驗發現,7 ~ lOMPa的壓力用于切槽已足夠了,壓力升到350MPa根本無必要,因此最后壓力選為70MPa,整個 機組的功率不到225kW。為了把槽切得足夠寬以便順利地把噴頭和梩形框的前導向邊伸人槽內,將單噴嘴射流改為共軸式雙噴嘴射流(見圖17 -23)后 , 一次可切出寬5cm的槽,滿足了要求。 機組設計可切的煤層高為0.75m,實際可達1. 3m,一次可切煤層厚0. 5~1. Om,而此時耗用功率即變化不大。

我國是水力采煤技術起步較晚但發展很快的國家。 1956年水力 采煤技術引入中國,經歷了3個發展階段,壓力從2~6MPa逐步升高 到20MPa左右,年采煤量已達到1700萬噸(1977年數字)。 各礦每臺 機組年產量在25~60萬噸之間,生產率一般在200t/h左右,流量250~3oom3 /h。 耗能7~1 Ok Wh/t。 中國在擺振射采煤(見圖17 - 24)和 水炮采煤方面取得了進展。試驗【6】表明,對于射流切割脆性煤層,多路徑、每次切縫較淺比單路徑、一次切縫較深在單位時間內的落煤措要高得多;為提高射流能量的利用率,應提高射流掃過煤層表面的相對速度。為此,在現有的巷道掘進機上安裝了水射流噴桿,它由慢速擺動的搖桿和高頻小幅振動的噴桿共同組成。噴桿的振動方向既可與搖桿運動方向垂直,也可與其平行,從而可以得到垂直與平行擺振射流。早期,兩桿的運動通過機械連桿實現,但由于機械機構慣量大,速度的提高受到限制,故后來均改為液壓驅動。運用該系統進行的試驗顯示出了特殊的性能:(1)射流掃過煤層表面的相對速度有了明顯的增加,平均速度 在0.6~9m/s; (2)連續射流變成了間斷射流,消除了連續射流切割時易產生的水墊效應,從而提高了射流的落煤效率。

采用該技術切割 煤層時,從底部開始切出深槽后向上逐漸移動,底 部的深槽有促進上部 煤層大量坰塌落下的作用。 對結果分析表明,直接被水射流切割 下來的煤占落煤量的7.5%24%,而兩個切槽之間殘余煤的落下量占總量的18%44%,由于射流垂直方向的振動運動分量引起的落煤和兩個切割層面之間的落煤占總量的20%~38%,坰 塌下來的煤占總量的8%42%。 由這些數據可見,射流能量得到了充分利用。 更重要的是,在利用擺振射流水 采法時,煤 是逐漸落下,而不是突然坰塌下來 ,煤層中所含的瓦斯得到逐步釋放,不易引起爆炸 ,提高了安全性。 因此,本技術已在易于發生冒頂和瓦斯爆炸的小煤礦得到了應用。

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