浏览次数：53项目概况
成果简介：本项目以陕西正通煤业有限责任公司高家堡煤矿为研究试验场景，针对高家堡煤矿煤层巨厚（平均煤厚10.75m）、埋深大（约990m）、洛河组砂岩巨厚含水层（平均400.35m）、强富水（单位涌水量2.248L/S?m）、含水层与煤层间距较小（平均84.02m）、工作面涌水量大（单面最大达到1200m3/h）的特点，矿井水害已成为制约高家堡煤矿生产和威胁煤矿安全的首要问题，并且涌水量大以及盘区存在的向斜构造，导致大量原煤随涌水进入顺槽及泄水巷，从而造成顺槽皮带拉水炭、泄水巷煤泥淤积，严重时会导致排水系统堵塞瘫痪等问题，通过理论研究、数值模拟、现场改进等手段，提出了“煤流系统脱水，水流系统分煤”的大涌水矿井煤泥水综合治理体系，研究了1）巨厚强富水含水层下特厚煤层开采工作面渗流及涌水量变化规律，2）大涌水工作面煤泥混合物流态变化特征、沉降特性和淤积机理，3）大涌水工作面多环节、多技术相互联合的立体式强排水以及分级分类煤泥水分离工艺与技术模式，4）回采工作面大流量、高浓度悬浮物的煤泥水分级预处理工艺，5）多级沉淀、煤泥水全过滤清淤的机械化、自动化清淤治淤体系。并最终通过对涌水以及煤泥混合物流态变化特征、沉降特性和淤积机理分析，从而充分利用机械化、自动化手段，形成多层级、全方位、整系统的机械化水流系统分煤的清淤治於体系，实现减人提效、减少设备尤其是水泵的磨损，延长了各级设备的使用寿命。
2、主要创新点
1）巨厚强富水含水层下特厚煤层开采工作面渗流及涌水量变化规律
基于高家堡煤矿特厚煤层大采高综放开采工作面顶板存在巨厚洛河组砂岩含水层，研究了工作面顶板含水层渗流及涌水机理，分析了工作面顶板导水裂隙发育及演化特征和工作面涌水量变化规律，分析了导水裂隙带垂向上波及不同含水层段时洛河组地下水流场特征。
2）大涌水工作面煤泥混合物流态变化特征、沉降特性和淤积机理
分析了煤泥混合物的颗粒级配和沉降特性，建立了不同水流速度条件煤泥混合物粒度分布及沉降数学模型，研究了煤泥混合物流态发生改变的临界流速，揭示了不同工作面涌水条件下煤泥淤积物的淤积机理。
3）大涌水工作面多环节、多技术相互联合的立体式强排水以及分级分类煤泥水分离工艺与技术模式
针对高家堡矿井水害防治问题以及盘区内存在的向斜构造，在前期理论分析的基础上，通过模拟分析工作面仰（俯）采角度对顶煤块体大小、水流速度等的影响分析，结合现场实践，通过对工作面装载机槽体进行改造实现大量的煤泥水泄出，提出了工作面“俯采期间涌水集中疏导固液分离+轴底区域泄水孔（泄水巷）组群加强疏排保护加固+仰采期间埋管集中疏导涌水”的多环节、多技术相互联合的立体式强排水综合技术体系。同时在工作面顺槽皮带机上应用专业煤水分离系统即两级煤水脱水装置，实现工作面煤流脱水，并对煤泥水进行集中回收沉淀再次清渣等，实现煤流系统脱水。最终形成了 “煤流系统脱水，水流系统分煤”的大涌水矿井煤泥水的综合治理体系，解决了存在大涌水矿井工作面煤泥水综合治理困难的问题。
4）回采工作面大流量、高浓度悬浮物的煤泥水分级预处理工艺
根据地面水处理系统的进水最低悬浮物浓度标准，通过粗煤砾（2mm～50mm）去除单元、细煤砾（0.2mm～2mm）去除单元，物理去除0.2mm 以上颗粒及杂质，加入聚合氯化铝（PAC）和聚丙酰胺（PAM）并且搅拌均匀，将污水中的细微颗粒形成絮凝体，通过平流沉淀单元将絮凝阶段形成的颗粒物（矾花）沉淀到池底，借助行车式刮泥机刮到污泥斗中，并将上清液流至水仓，通过煤泥处理单元，将平流沉淀池污泥斗中的煤泥压成泥饼，并将粗煤砾去除单元和细煤砾去除单元产生的煤砾一并借助皮带机运输出去。
5）多级沉淀、煤泥水全过滤清淤的机械化、自动化清淤治淤体系
通过对涌水以及煤泥混合物流态变化特征、沉降特性和淤积机理分析，对工作面装载机槽体进行改造实现大量的煤泥水泄出，利用安装于工作面顺槽皮带机上专业两级煤水分离系统实现工作面煤流脱水，分离出的水直接流入到泄水巷，分离之后的原煤经皮带转运到主运系统。将工作面涌水引流到运输顺槽、回风顺槽泄水巷，泄水巷一方面安装煤泥分离装置，分离的煤泥进入皮带转运到主运系统，一方面在经过煤泥分离装置后煤泥水进入采区双泄水巷，一用一备，工作面泄水孔处布置大型清淤刮板机、清渣机等，实现大块煤颗粒的煤水分离，形成一级过滤，其次在双泄水巷实现煤泥水中煤粉二次沉淀清淤，泄水巷布置清淤刮板机、煤泥水分级预处理系统、板链式清渣机等。泄水巷的煤泥水进入井底水仓（主备用），经上述煤泥水分级预处理工艺之后，水仓的水经过井下排水系统（专用水泵）直排井上水处理系统，水仓沉淀煤泥一方面用铲车进行清淤，一面使用高压抽取泵，将煤泥水经过高压抽取进行煤泥水分离，分离的水直接进入水仓，分离的煤泥进入皮带转运到主运系统。从而充分利用机械化、自动化手段，形成多层级、全方位、整系统的机械化水流系统分煤的清淤治於体系，实现减人提效、减少设备尤其是水泵的磨损，延长了各级设备的使用寿命。