水力采煤技术节能提效途径探讨.pdf

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1、第3期2016年8月水力采煤与管道运输HYDRAULICCOALMINING&PIPELINETRANSPORTATl0NNO．3Aug．2016DOI：10．14187／j．enki．enl3—1185／tn．2016．08．00I蕊耋书水力采煤技术节能提效途径探讨眵驴驴q争、露h国陈玉先(中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北唐山063000)摘要：通过对水力落煤的机理及主要耗能因素进行总结分析，提出了节能降耗的一些途径，期望引起广泛关注，以利于水力采煤技术的日趋完善。关键词：水力采煤技术；水力落煤；供水泵；水力冲运；节能提效中图分类号：TD82文献标志码：B文章编号：1006—

2、0898(2016)03—0001一05水力采煤是供水泵把大功率电能转化为水的压力能，由管路排送至工作面水枪，经水枪的喷嘴喷出，形成水射流的动能冲击煤壁，把煤开采下来，顺下坡(煤层倾角7o以上)冲运到脱水硐室，经过水处理系统使水和煤分离，回水供水泵复用，煤输入煤仓后运走。在系统中，高压供水泵的耗能最大，例如江苏某矿水力采煤系统设备总装机容量约为1550kW，而高压供水泵的电机功率就达1250kW，占总容量的80．7％。因此，应在这一生产环节采取有效的技术措施，如采取辅助落煤措施、改进其中设备和降低供水泵的功率，才能较大程度降低电耗和采煤成本，提高经济效益。1辅助落煤措施1．1炮助落

3、煤水力落煤的机理是割缝、崩落和楔劈，如图1所示。割缝是落煤的开端，其作用是增加煤壁的裂隙和自由面，为崩落创造条件，其特点是破碎下来的煤体粒度小、出煤量少，破碎单位重量煤体耗电量高。显然煤层越硬产生裂隙越难，打击力越大(泵的压力高)越容易形成裂缝；崩落是在射流的总打击力作用下，裂缝逐渐增大，受击打的自由面也不断加大，直到把煤体整块地崩落下来，其特点是破碎下来的煤体粒度大、出煤量大，破碎单位重量煤体耗电量低；楔劈是高速水射流冲进煤体裂隙(包括原生的和刚产生的)，水的动压力变为静压力形成水楔，把煤体劈落下来，其特点是相对的要求水压不是很高，但要有足够的流量。在落煤过程中以上三者不能截然分

4、开，而是互相交叉实现的，对于硬煤前两者是主要的，对于软煤后者是主要的。根据上述理论对于硬煤层，落煤水压1水力采煤与管道运输第3期高能耗高，解决方案是放炮震裂煤层助力水枪落煤，至于炮孔的深度和疏密程度应由实际情况进行工艺设计。通过多孔放炮将煤层煤体震松散而形成丰富的裂缝，当开枪落煤时，实际是缩短或节省了高耗能的割缝阶段，显然是落煤快、耗能少、效率高。过去有的水力采煤矿井已试验过，收到很好的效果，但没有受到重视，也未坚持下来，涉及炮药的消耗和人工的成本增加部分与大功率高压泵的节能相比是微不足道的。图1水力落煤过程的三种机理1．2矿压落煤对于煤层厚顶板稍好矿压显现快的煤层，当水枪落煤使采

5、垛内形成一定面积时，停枪倒换到其他工作面采煤。该采垛内煤体随矿压逐步显现和增大被挤压破裂及裂隙增大，煤的自重也会起到一定作用，当不断积累叠加后可能有部分煤体会自然垮落，这时再返回来开枪采煤，水射流很容易把煤击落下来，采煤效率会大大提高，取得事半功倍的效果。2落煤环节设备改进2．1高压水管2一直以来，工作面高压水管采用20”或25。优质碳素无缝管，外径规格有巾133、巾l59、巾168。管路的阻力损失(即能量损失)与管路的距离和内径有很大关系，距离一般是相对固定的，主要的还是取决于内径，其关系表示为¨J：△日：坐旦≥堑D；式中：△日为管路阻力损失，m；A为管路沿程阻力系数；D。为管路

6、内径，m；L为管路长度，m；Q。为流量，m3／h。管路阻力损失与管路内径的5次方成反比，因此在确定工作面高压管路内径时应尽可能选大些，以减小阻力损失，陈玉先：水力采煤技术节能提效途径探讨第3期但直径增大和管路壁厚增加会带来重量增加，不利于工人搬运和安装。为此，应选择性能好的材料，如27SiMn和20CrMn优质合金钢调质无缝管，以降低壁厚和重量，其抗拉强度瓯分别是980MPa和930MPa，而258只有450MPa。按压力15MPa分别计算27SiMn和25。无缝管，在管径巾l33、巾159、巾168时，壁厚、3m管长的重量及相对阻力损失见表1。由表1可见，27SiMn调质无缝管书

7、168和书159两种，重量轻、阻力损失小，应优先选择。表1每3m重量及阻力损失对比表材料接头盘管外径／ram计算壁厚／ram选用壁厚／mm重量／kg管长3m与27SiMn6168重量／kg管道阻力损失比27SiMn调质无缝管25’无缝管2．2水枪水枪是水力大射流落煤系统的主要设备。为提高水枪效率主要应考虑两方面因素：①增大水枪的管径；②采用新结构的喷嘴。目前使用的LW一5型水枪的枪管为695×6，材质254，为使增大管径时尽量少增加水枪重量，应改用27SiMn调质无缝