水力采煤技术
煤矿开采方法(五)--特殊条件开采03
③设备运转灵活，搬迁快；
④巷道压力小，便于维护，支护简单，可用锚杆支护顶板；由于大部分为 煤层巷道，故矸石量很少；矸石可在井下处理不外运，有利于环境保护； ⑤当地面要保护农田水利设施和和建筑物时，采用房式采煤法有时可使总 的吨煤成本降低； ⑥全员效率较高，特别是中小型矿井更为明显。
主要缺点： ①采区采出率低，一般为50—60%左右，回收煤柱 时可提高到70—75%左右； ②通风条件差，进回风并列布置，通风构筑物多， 漏风大，采房及回收煤柱时，出现多头串联通风。
（1）采准巷道布置 采煤法分为双面冲采和单面冲采两种方式 ① 采 区 准 备 工 作 顺 序 。
② 采区生产能力。采 区生产能力是采区各 生产系统都可满足的 年生产的煤炭量。在 目前条件下，每个采 区一般配备一套水采 生产系统，因此采区 生产能力则等于一套 水采生产系统的生产 能力。在设备配置合 理时，一套水采生产 系统的生产能力视开 采条件而定。
井田内煤层结构复杂，厚度变化大，主采煤5层 的煤层赋存特点简述如下： （1）东区块段煤层条件好，平均厚度35.50m， 倾角6°～9°,面积9.70km2，可采储量317.20 Mt。
一、房式采煤法巷道布置 这种采煤法的特点是只采煤房不回收煤柱, 用房间煤柱支承上覆岩层。 某矿井采用连续采煤机一梭车工艺系统的 房式采煤方法巷道系统。主巷由5条煤房组 成,盘区准备巷为3条煤房,在盘区准备巷两侧 布置回采煤房,形成回采区段。盘区一翼前进, 另一翼后退。采取较大的煤柱（60m）维护 主巷。区段由6个房间同时推进。房宽7m,煤 柱尺寸为8m×8m,区段间煤柱宽为8m,因受 地质构造影响,回采区段长度约220m。
2、“旺格维利”采煤法
“旺格维利”采煤法与传统的房 柱式采煤法的主要区别是：
【采矿课件】14柱式采煤展望水力采煤
【采矿课件】14柱式采煤展望水力采煤柱式，分为房式和房柱式一、柱式采煤法回采工艺不管是房式，依旧柱式，都需要有先进的采煤设备（相当于煤巷掘进设备）。
先开煤房，宽度一样为5～7m，横竖交错，留下的煤柱宽度，可能是数米至二十米不等。
1、连续采煤机——梭车工艺系统图9-1，此种系统用于中厚煤层或1m以上的薄煤层。
连续采煤机有横滚筒和纵螺旋两类，目前我国的煤巷联合掘进机就属于横滚筒。
另外，还有梭车、锚杆机、皮带、转载破裂机。
采煤机滚筒宽2.9～3.2m，机长9～10m，梭车容量7～16吨。
车高0.7～1.6m，长8.0m左右，宽 2.7～3.3m，自重11～18吨。
采煤与打锚杆轮番。
2、连续采煤机——输送机工艺系统此系统克服了梭车间断运输的缺点。
工艺系统如图9-2。
要紧用于薄煤层，在中厚煤层中的使用有上升趋势。
图9-3为鸡西小衡山煤矿的MK—22型采煤机割煤，两个滚筒，一上一下，左右摇摆，摇头晃脑进道。
要紧运输设备：三台万向接长机、一台桥式转载机、一台特低型胶带运输机。
用锚杆支护，一台采煤机配二台顶板锚杆机。
二、采煤方法的特点1、房式采煤：只采煤房，不回收煤柱。
图9-4，图9-5。
图9-4为美国一个矿井，主巷道有5条，盘区巷道3条，盘区两侧布置煤房，形成区段。
一翼前进，一翼后退，由6个房同时推进，房宽7m，煤柱尺寸8 m，房长220 m。
图9-5为西曲矿区房式采煤方法。
煤房宽5m，煤柱15m，为了爱护地面的高压输电线路。
2、房柱式：先开房，后采柱。
开房时，房宽5～6m，煤房中心距为20～30m。
4～5个煤房一组同时掘进。
图9-6。
煤柱的回收方式因工艺不同，围岩条件不同，采纳不同的方式。
1）、切块式。
切块式的煤柱回收有袋翼式、外进式两种。
（1）、袋翼式：适用于煤柱大时。
图9-7，在一个煤柱里打两条到三条5～6m宽的巷道（袋），一个掘进，一个打锚杆，掘一段，停，打锚杆，同时到另一地点掘，掘出后收袋，为回收煤柱作通路，然后，再回两侧煤柱，叫翼。
水力采煤方法及矿井的开拓特点分析
水力采煤方法及矿井的开拓特点分析水利采煤方法最早来源于苏联，我国在上世纪五十年代也开始推广，取得了较好的成效。
当前我国水采技术取得了较快的发展，同时在水采方面也积累了丰富的经验，在地质条件多变的不规则煤层及急倾斜煤层中水采应用较为广泛。
文中分别对水力采煤方法中的倾斜短壁采煤法和走向短壁采煤法进行了分析，并进一步对水力采煤矿井的开拓特点进行了具体的阐述。
标签：水力采煤；倾斜短壁水力采煤法；走向短壁水力采煤法；开拓；特点前言水力采煤法是利用水射流进行落煤运煤，不需要人员进入到工作面中，在采煤过程中不需要进行工作面支护、顶板管理和装运作业工序，采煤作业工序较为简单，提升作业集中。
当前在煤矿中采用的水力采煤法由倾斜短壁水力采煤法和走向短壁水力采煤法两种。
短壁工作面内煤的破落和运输都由水枪射流来完成，不需要作业人员进入到工作面内，作业机械化和生产自动化程序较高，采煤过程具有较好的安全性和可靠性，能够更好的与地质构造情况进行适应，当其与地面洗煤系统配套生产时具有非常好的效果。
利用水力采煤方法时，其采空区主要采用窜风的形式，没有完整的通风系统，这就导致水采产品水分含量较高，需要经过脱水处理后才能使用。
但对于煤矿企业来讲，无论是脱水工作还是废水净化处理工作都具有较大的难度。
水采区内空气潮湿，不利于工人的健康。
而且水采区对煤层顶板条件要求较高，对于一些顶板坚硬的深部煤层，很容易出现冲击地压从而导致顶板出现不同程度的破碎或是中途冒顶事故。
相对于长壁工作面，水采工作面采出率较低，在吨煤开采过程中其电耗量也较大。
而且在水力采煤过程中，需要进行较多的掘巷作业，掘进率较高，这给区内辅助运输工作带来了较大的难度。
1 倾斜短壁水力采煤法在当前有我国缓斜煤层条件下，倾斜短壁水力采煤法应用较为广泛。
在具体应用过程中，需要先准备好采区上山、煤水硐室和区段巷道，然后从区段运输巷开始，尚仰斜方向进行回采巷道至区段回风巷的开掘工作，水枪通常会设置在回采眼中自上而下后退回采巷道两侧或是一侧的煤带，利用这种方法来实现巷道布置、煤水系统及通风系统的设置。
第二十章水力采煤
这种开拓系统取消了三角煤的不利影响，可以使 用电机车运输，解决了辅助运输困难。井田的走 向长度可在2500m以上。
缺点： 增加了运输环节，增加了采区煤水泵及硐室， 工程量及电能消耗增加。 适用条件： 煤层倾角小，井田范围较大，煤炭储量丰富， 地质构造复杂条件下可采用。
三、水采矿井的开拓特点
（ 1 ）井田的划分 由于水采生产能力高、增产 潜力大，而采出率较低 ( 一般约比旱采长壁工 作面低5％—10％)，因此，为保证水采矿井能 有足够的服务年限，井田的开采范围要大，矿 井的可采储量要多。 （2）开采水平的划分 基于上述同样的原 因．又考虑到水采的回采速度快、巷道掘进率 高、易造成采区和水平接续紧张等因素，应适 当加大开采水平(或阶段)垂高。但应注意，在 加大水平垂高时，应使其与煤水泵的扬程、排 量以及矿井的生产能力互相适应。
水力采煤的四大系统：
1．高压供水系统：动力来源,水压12－20Mpa
水排放 开式供水：用后作为废 闭式供水：用后可复用
2．水力运输系统：
7－12%的坡度（钢板、料石、 混凝土等制成） 溜槽水力运输：具有 用 管道水力运输：广泛采
3．水力提升系统：煤水泵
4．地面脱水系统：
§1 水采矿井的开拓
存在主要问题：
回采率低（ 60－74%,比旱采低5－10％）：对顶板冒落规律 掌握不够 电耗大 掘进工作紧张 设备定型配套和耐磨差 通风系统不够完善：采 空区窜风，辅以局扇通 风，风阻大，风量不稳 定
窜风量有限，采空区有 害气体易成隐患，尤其 高瓦斯。
改进方向：
70％ 厚煤层： 1.加强顶板管理，掌握冒 落规律，确定合理采区 参数等，回采率达到 80％ 中厚煤层： 2.研制高效水采机械，加 强用电管理，提高破煤 效率 3.研制机破水运掘进机（ 原始的是爆破落煤低压 水运）
水力采煤技术
• 南票邱皮沟矿
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• ⑥ 水力复采残煤，
• 用水采复采倾角大于7度缓斜和倾斜厚煤层, 这类煤层过去
由于使用如巷柱、落垛等旧的采法,回采率只有20～30%,
采用水力复采可取得较好的经济效益,这对于资源枯竭的
• 目前，许多国家都在关注水采，如越南、俄罗斯、新西兰 、朝鲜先后来我国进行水力采煤技术参观、学习、交流。 • 印度、澳大利亚等国进行信息交流。
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2）国内情况： • 我国自1956年开始先后在河北的开滦、山东枣庄 的八一、肥城的杨庄矿、辽宁的北票、河南的梁 峪等矿区试验水力采煤技术，取得较好的技术经 济效果。 • 近年来，由于技术的进步，选择的条件对口，水 力采煤在不稳定煤层和中小地方煤矿发展较快， 有许多不适合综合机械化开采的矿井采用了水力 机械化采煤技术。 • 如：黑龙江的鹤岗矿区、辽宁的南票矿区、大屯 煤电公司的孔庄矿、吉林的通化矿区等采用了水 采技术后，均取得较好的技术经济效果。
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3）在煤泥脱水与回收方面 • 研究成功了粗、细煤泥分别进行回收的措施。 • 即粗煤泥回收工艺采用了预沉仓浓缩，高频振动 脱水回收粗煤泥。经过生产实践，使粗煤泥水份 约16％左右，完全能够实现旱运旱提的要求。 • 细煤泥回收工艺采用压滤脱水技术，该设备选用 的是小型隔膜压滤机，型号为XMZG200/1250-U 型。为了降低滤饼水份，采用压风反吹措施，使 细煤泥水份均在22～23％之间。完全能够满足井 下运输要求。
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• 中小型地方煤矿 • 目前,一些中小型地方煤矿及不稳定煤层开 采的矿井也在采用水力采煤方法。如山西 襄垣的古韩联营煤矿、金星煤矿、襄矿晋 平煤业、吉林白山市的振东煤业、通明立 井均已先后建成投产，年产分别达30～50 万t/a。比水采前产量提高3倍。
水力采煤法
水力采煤法-水力采煤法水力采煤法-正文在井下用水射流击碎煤体或兼用水力运输提升，简称水采。
1935年苏联穆奇尼克创议试验井下水力采煤。
1939年在顿巴斯矿区建成了世界上第一座工业试验水采矿井。
1952年后，又有一批水采矿井相继投产。
近年苏联水力采煤年总产量达1000万吨以上。
1957年中国在开滦和萍乡试用水采成功，以后逐步推广。
70年代，中国在发展综采（见煤回采工艺）的同时，继续在急倾斜煤层和地质条件多变的不规则煤层中发展水采。
目前，中国已积累了较完整的水采技术经验，并研制了系列设备。
1980年后水力采煤年总产量约为500万吨。
水力采煤法用水射流进行落煤运煤，人员无需进入工作面，从而发展了柱式采煤法的优点，消除了工作面支护、顶板管理和装运作业工序，使采煤作业工序简化。
同时，水力运、提可使矿井装、运、提升作业实现集中化，简化矿井生产环节。
水采方法的主要优点是：机械化程度较高且较易于自动化；空气的含尘量低，生产比较安全可靠，事故率和伤亡率较旱采矿井低；一套生产系统的能力较大，常达30～75万吨／年以上，其成本和效率指标也较旱采为优；一套水采区生产系统的初期投资低于综采采区；对地质构造的适应能力较强，和地面洗煤系统配套生产，效果较好。
缺点是：通风系统不完善；回采率低，只有60％左右；仅适用于中等稳定以上的直接顶板，范围较窄；巷道掘进率高，准备工作量大；吨煤电耗和粉煤率较高、辅助运输的机械化程度较低。
当前水力采煤法的主要适用条件为：煤层厚 1～8m，倾角超过6°～8°、顶底板较好、瓦斯不大的软或中硬煤层。
在大倾角或不规则煤层中水采的效果优于传统采煤方法。
水采同综采一样，受到各国重视。
除中、苏外，日本、联邦德国、加拿大、波兰等国均已试用，美国也正筹划试用。
当前各国主要致力于试验液压遥控式、程序自控式和高压脉冲式等新型自移水枪和大直径水力钻机；试验超高压细射流与综采相结合的采煤工艺；以及研究水采地压规律和改进水力采煤方法（见矿井自动化）。
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
水力压裂提出的背景
4 煤层气开发与瓦斯治理的现状并不乐观
1）煤层气技术现状 对于非突出煤： ◆少数地区实现了局部商业化开发； ◆而支撑整个煤层气行业的是地面垂直井压裂完井工艺； ◆可以实现水力压裂强化增透抽采 对于突出煤： 地面煤层气开发的禁区、井下瓦斯产出的低效率区
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
主要内容
1
2
3
水力压裂提出的背景
水力压裂技术简介
水力压裂技术装备及工艺
水力压裂的应用
4
1《防治煤与瓦斯突出规定 》要求区域消突先行
水力压裂提出的背景
第六条规定：防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。 区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。
渝阳煤矿水力压裂
2
压裂地点定为N3704西瓦斯巷(下)
钻孔布置
为了准确地获取煤层参数，并检验压裂效果及测试抽采半径。本次陆续共布置标准孔2个、压裂孔1个、检验孔15个
压裂过程
压裂的有效时间为10小时30分。分两个阶段，第一阶段压裂第一阶段压裂持续时间为278分钟，第二阶段持续350分钟。煤岩层产生破裂时间为第111分钟，此时压力从45.1MPa突降至36.1MPa，流量从1.2m3/h升至2.6m3/h。
——水力压裂是实现区域消突和局部消突的有效技术
单一突出煤层区域消突困难
水力压裂提出的背景
2 提高预抽瓦斯浓度的需求
抽采瓦斯浓度、抽采量、抽采率抽采时间取决于煤层透气性以及抽采工艺 ——压裂是煤层增透的有效途径、是提高预抽瓦斯浓度抽采的有力保证
水力压裂提出的背景
水力采煤方法
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第一部分 水力采煤方法
概述
一、水力采煤方法 的概念与特点
二、水采采区巷道 布置形式
三、水力采煤方法 的系统生产能力
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一、水力采煤方法的概念和特点
（一）水力采煤概念
水力采煤是指以水为介质利用高压水射流破煤、采用水力 运输、并对煤泥进行脱水与净化的一种采煤方法。它由高压供 水系统、煤水运输系统、原煤脱水和煤水净化系统组成。 • ⑴高压供水系统 • 主要由落煤参数（煤的硬度、水压和流量）和高压供水设 备（高压泵，高压管路，阀门等）组成。目前我国水采高压系 统参数为流量Q=150～300m3/h,压力P=13～20MPa。
二、水采巷道布置方式
水采矿井根据矿井不同瓦斯等级和赋存条件 ，通过实践总结出不同的巷道布置方式。 主要有：
1.小阶段采煤法巷道布置。
2.漏斗采煤法巷道布置
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• 1、小阶段采煤法巷道布置。 • 适应条件：该巷道布置适合于煤层倾角大于20°以上
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• 适应条件：新设计的水采矿井,可以不设主提升井 , 减少初期矿建投资;煤层埋藏较浅的矿井（深度 不超过200米）;主提升能力不足的矿井,可以通过 管道运输弥补旱提能力不足。
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（二）水力采煤工艺系统
1、全水力机械化提升工艺系统 2、分级水力机械化提升工艺系统 3、采区化水采工艺系统
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水力采煤技术
2)深入开展研究高瓦斯含量煤层水采工作面通风新 方式，创造完整可靠的回风通路。因回采工作面多靠采 空区串风或局扇供风，通风不畅，在高瓦斯煤层矿井， 很容易造成工作面瓦斯超限，影响正常生产，甚至会造 成事故。因此，深入研究用新型水力钻机打通风孔，以 改善工作面通风条件是十分必要的，技术上也是切实可 行，应加强该项目的开发力度。 3)改革工艺流程，简化生产系统，以适应中小型矿 Ht 井的发展需要。在这方面，应首先积极开展对高压供水、 落煤技术及装备的研究，研究的核心是如何把供水流量 和装机功率降下来。 4）其次是开展煤水硐室的小型化、多功能化的研 究，实现一机多能、一室多用的使用效果，达到简化系 统，减少投资的目的。在这方面新西兰做的比较突出。
供水压为12～20Mpa，当煤较硬时，需高压，可多泵 串联，一泵一枪，泵设在地面或井下，一泵安装多枪， 可轮流使用。 掘进面用水：一般用炮掘、水运，低压（0.6～2Mpa）， 需要单独设供水系统。可分为以下几种： （1）、污水泵供水（利用煤水仓之水） （2）、排水泵供水（井下向地面排水） （3）、地面静压清水
4、加大水采管理创新工作力度
随着知识经济的发展和信息社会的进步，我们在生产运营、科学研究、 创造发明和娱乐体育活动都离不开科学管理。因此，在日趋激烈的市场竞争 中，水采如何进一步提高管理水平，已经成为一项十分重要的工作。过去水 采简单的生产管理模式，已不适应生产发展的要求，甚至有一些管理方式可 能会妨碍生产力的发展，所以在水采生产管理方面，要结合实际，勇于改革 大胆创新，不断完善水采管理运行机制，提高水采生产现代化管理水平。
水力采煤技术
卢国斌
水力采煤：是指利用水力来完成矿井 生产的采煤、运输、提升等生产环节的全 部或部分工作的开采技术。 一、发展历史
煤矿开采水下采煤技术
对行业的意义
推动行业发展
水下采煤技术的推广和应用，将有助于提高煤矿开采的效 率和安全性，推动煤矿行业的可持续发展。
促进技术创新
水下采煤技术的研发和应用需要解决一系列技术难题，这 将促进相关技术的创新和发展，提高我国在采矿技术领域 的国际竞争力。
保障能源安全
水下采煤技术的推广和应用，将有助于保障我国的能源安 全，为经济发展提供稳定的能源供应。
。
06
结论
技术总结
技术原理
水下采煤技术利用了水体对煤层的压力作用，通过调整煤层与水体 的相对位置，实现了在水中采煤的目标。
技术优势
水下采煤技术具有开采效率高、资源利用率高、对环境影响小等优 点，是未来煤矿开采的重要发展方向。
技术挑战
水下采煤技术需要解决水体对采煤设备的腐蚀、水压对采煤环境的影 响等问题，同时需要加强技术创新和研发，提高采煤效率和安全性。
，成功开采出煤炭资源，同时也采取了生态保护措施，确保海洋生态环
境的可持续发展。
应用效果
提高开采效率
水下采煤技术的应用可以 大幅提高煤炭资源的开采 效率，缩短开采周期，降 低生产成本。
保障生产安全
水下采煤技术可以降低矿 难事故的发生率，提高生 产安全性。
保护生态环境
合理利用水下采煤技术可 以减少对河谷、湖泊、海 洋等生态环境的破坏，实 现绿色开采。
和效率。
解决方案
地下水控制技术
采用地下水控制技术，如帷幕 注浆、排水降压等，以减少地
下水对采煤的影响。
采煤设备改进
研发和采用适用于水下采煤的 设备和技术，提高采煤效率。
矿坑稳定性监测
建立矿坑稳定性监测系统，及 时发现和处理矿坑安全隐患。
浅谈水力采煤法
浅谈水力采煤法我们国家是实验及应用水平比较早的国家之一，于1956—1957年在开滦和萍乡矿区利用水力或水力—机械化开采和运输提升的技术成功之后，连续在峰峰以及淮南，淮北等十余个矿区之中的新老煤矿推广应用水采技术，一直到20世纪90年代后期已经累计超过2亿吨煤炭资源，而且取得了比较好的经济效益。
水采已经成为我们国家实现煤炭机械化开采的主要技术途径之一。
水采矿井的基本类型。
关键字：经济效益水采机械化主要（一）水采矿井的基本类型水采矿井按照它的生产系统的水力程度话水平可以分为全部水平化矿井和水旱结合的部分水利化矿井。
然而全部水利化矿井的绝大多数产量都是依靠水力完成的。
它是采掘运提方式依靠水力完成的水利化矿井。
（二）水采矿井的生产系统水采矿井的声场系统主要包括的有高压供水系统，煤水运提系统以及脱水系统。
充足的适用的水源是水采技术的必要前提之一。
目前水采矿井中，供水压力在12—20MPa。
在开采煤质比较偏硬时则需要较高的供水压力，可以串联使用高压供水泵，高压供水泵可以设立在地面或者在井下，原则上把泵站设立在供水水源的附近比较有利。
高压供水的管路比较复杂，并且经常随着工作面的转移而拆迁，一般采用无缝钢管，接连上水枪，可以形成高压水射流和控制射流冲击方向而进行破煤。
LW型水枪则是最常用的水力落煤工具之一，水枪是由高压泵供水。
水枪喷出高速射流冲击并且破碎煤体。
碎落煤体与水混合成的煤浆将会回流入溜槽，并汇集于在或矿井的煤水仓。
煤浆则用煤水泵或着其他的方式输送地面的脱水车间或着洗煤厂，经过理之后,煤外运,水澄清后复用。
水枪则靠人力或着液控系统操纵，枪筒可以垂直和水平旋转，使它的射流冲击到指定地点。
它的运煤方式也通过借助于水力来实现。
水力采煤利用高压的水射流破落煤体，并且是利用水力来实现运煤和提煤的采煤方法。
水力采煤早期是用中压（大于6MPa）的水射流破落软煤，而中硬以上的煤体就难破落。
为了破落中硬度以上的煤体时，世界上大多数水采国发展并采用了高压力的大射流完成水力落煤运煤。
综采工作面水力压裂采煤技术分析
当代化工研究Modem Chemical Research81 2021•07技术应用与研究综采工作面水力压裂采煤技术分析*武勇龙(西山煤电官地煤矿山西030022)摘耍：官地煤矿8#煤层28418工作面的顶板整体较为坚硬，根据探测发现，存在上下两层硬度较高的石灰岩层，完整性也相对较好，这就导致工作面在开采时，出现了较为明显的初次垮落的步距非常大，若不采取强制放顶措施，根据测算表明，步距能够超过40m,带来的 后果较为严重.同时，本矿井属于瓦斯相对较高的矿井，选择使用传统的深孔爆破的方式，危险性相对较高，因此，可选择使用高效水力压裂顶板餉方式，提升工作面的安全效果”关键词：综采工作面；水力压裂；采煤技术；分析中图分类号：TD文献标识码：AAnalysis of Hydraulic Fracturing Mining Technology in Fully Mechanized CoalMining FaceWu Yonglong(Guandi Coal Mine of Xishan Coal and Electricity,Shanxi,030022)Abstracts The roof o f28418working f ace in8#coal seam of Guandi Coal Mine is relatively hard as a whole.According to the detection, there are two limestone layers with higher hardness,and the integrity is relatively good,which leads to the obvious initial caving step in the working face during mining.If the forced caving measures are not taken,the calculation shows that the step distance can exceed40m,resulting in serious consequences.At the same time,this mine is a mine with relatively high gas content.If t raditional deep-hole blasting is used,the risk is relatively high. Therefore,high-efficiency hydraulic f racturing can be used to improve the safety effect of t he working f ace.Key words：fitlly mechanized coal mining f ace^hydraulic f racturings coal mining technology\analysis仁工程概况28418工作面井下位于官地煤矿中四、南四、南五采区之间，煤层倾角1-14°,平均8。
保水采煤的原理
保水采煤的原理
保水采煤是一种利用水力压裂和水力运输技术来采煤的方法。
其原理是通过高压水将矿体内的岩石和煤层破碎，然后将破碎的物料和水一起通过管道输送到地面，实现采煤和输送的一体化操作。
具体来说，保水采煤的原理包括以下几个步骤：
1. 水力压裂：在地面上的水泵站产生高压水，将高压水通过水管输送到井下，然后通过喷嘴将高压水喷射到矿体内部。
高压水的喷射会产生强大的冲击和剪切力，使煤层和矿体内的岩石破碎和解体。
2. 破碎和混合：煤层和岩石被高压水破碎后，形成的煤矸石和水混合物会被冲击和搅拌，从而进一步将破碎的物料形成均匀的混合状态，便于输送。
3. 水力输送：破碎和混合后的煤矸石和水混合物通过井下的管道系统输送到地面。
在管道中，高压水的力量推动物料的运动，使得煤矸石和水混合物能够快速、高效地输送到目的地。
4. 回收和处理：地面上的设备对煤矸石和水混合物进行过滤和分离，将水分离并回收利用，将煤矸石进行处理，以减少环境污染。
回收利用的水可以再次被用于保水采煤过程中的高压水泵站。
总之，保水采煤利用高压水力压裂和水力输送的工艺原理，将
煤矸石和水混合物直接输送到地面，实现了煤炭的采煤和输送的高效、安全和环保一体化操作。
高考物理水力采煤知识点
高考物理水力采煤知识点随着科技的进步和对环境保护的要求越来越高，水力采煤作为一种新型的采煤方式备受关注。
它以高压水射流来破碎煤层、冲刷煤体，从而实现采煤的目的。
本文将介绍高考物理中与水力采煤相关的几个知识点。
一、液体压强和德尔塔定律在水力采煤中，液体的压强是一个重要的参数。
液体压强可以通过公式P = F/A来计算，其中P表示压强，F表示作用在液体上的力，A表示液体所受力的面积。
在水力采煤中，高压水射流产生的压力能够破碎煤层，将煤体冲刷出来。
液体的压强与液体所在的深度有关，在重力场中，液体的压强与液体所在的深度成正比。
这是由德尔塔定律得出的结论，德尔塔定律表明，对于处于静水中的液体，压强的增加率与液体所在深度的增加率相等。
二、水的压缩性和流体力学公式在水力采煤过程中，水在高压状态下被喷射到煤层中，因此需要了解水的压缩性。
水的压缩系数非常小，所以在水力采煤中可以忽略不计。
水的流体力学公式可以帮助我们理解水在射流中的行为。
其中最基本的就是连续方程和伯努利定理。
连续方程表明，流体在流动过程中，质量的守恒原则成立。
伯努利定理则说明了流体在运动过程中的能量守恒。
三、水力喷煤机的工作原理水力喷煤机是水力采煤的关键设备之一，它通过高压水射流来破碎煤层和冲刷煤体。
水力喷煤机主要由进水管道、高压泵、水管、喷嘴等组成。
水力喷煤机的工作原理是利用高压水射流对煤层进行破碎。
高压泵将水从水源中抽取，经过滤波和增压后送至喷嘴。
喷嘴通过喷孔将高压水射流喷射到煤层上，形成高速流动的水射流。
水射流对煤层进行冲击和冲刷，将煤块破碎和冲刷出来。
四、水力采煤的优点和局限性水力采煤相比传统的机械采煤方式具有一些独特的优点。
首先，水力采煤能够有效地减少煤层开采过程中的露天开挖和爆破，从而减少土地破坏和环境污染。
其次，水力采煤可以实现对煤体的高效冲击和冲刷，提高煤的采收率和产量。
然而，水力采煤也存在一些局限性。
首先，水力采煤设备投资成本较高，需要大量的水资源。
注水开采技术
注水开采技术注水开采技术是一种煤矿采煤的新型技术。
该技术利用水的重力作用，将水注入到矿井底部的煤层中，从而使煤层自然破坏裂解，并且随着水的流动将煤渣带出矿井，最终达到采煤目的。
该技术节省了传统采煤方式需要的人力和机械设备，且煤矿采煤过程中不产生粉尘和噪音污染，对环境造成的影响较小。
本文将介绍注水开采技术的原理、优势和应用前景。
注水开采技术是利用水的压力，将水注入到煤层中，使煤层自然破裂裂解，并随着水的流动将煤渣带出矿井以达到采煤的目的。
通过水压的作用，使原本紧密排列的煤块分离，煤层破碎，煤渣带出，从而达到采煤的目的。
注水开采技术的优势主要体现在以下几个方面：（1）节省人力和机械设备。
传统的采煤方式需要大量的人力和机械设备，而注水开采技术只需要将水注入煤层中，不需要对煤层进行特殊的处理，从而节省了人力和机械设备成本。
（2）不产生粉尘和噪音污染。
传统的采煤方式会产生大量的煤尘和噪音，对于采煤工人的身体健康和城市环境都造成了污染，而注水开采技术采用水压破坏煤层，不会造成粉尘和噪音污染。
（3）环保节能。
注水开采技术采用水作为动力源，不使用燃油等化石燃料，不产生排放物和温室气体，对环境造成的影响较小。
（4）减少事故风险。
传统的采煤方式需要对整个煤层进行切面处理，不可避免地会造成煤层内部的跑硐，导致事故发生。
而注水开采技术只需要将水注入到煤层中，不需要对煤层进行切面处理，从根本上减少了事故发生的风险。
3. 注水开采技术的应用前景注水开采技术在煤炭开采中具有广泛的应用前景。
目前，注水开采技术已经在国内外许多矿区得到广泛应用。
在中国，注水开采技术在新疆大巴扎煤矿、山西露天煤矿、内蒙古科尔沁煤田、贵州竹山煤矿等地都得到了应用。
在国外，注水开采技术已经成功应用在美国加里福尼亚州的多个煤层气井中，取得了良好的经济效益。
随着科技的不断发展，注水开采技术将越来越成熟，能够更好地解决传统采煤方式带来的环境和人力成本问题。
注水采煤技术将成为未来煤矿采煤的重要方向之一。
水力采煤第二十五章煤炭地下气化
四、水采开拓特点
井田划分：开采范围要大，矿井可采储量要 多，因为回采率低。 开采水平，适当加大开采水平垂高，与水泵 的扬程、排量和生产能力相适应。 水平大巷：运输方式上有坡度。若用溜槽自 溜，需要5-7%以上的坡度。 井巷断面：比旱采要小，取决于风量的大小， 没有设备运输的要求。
11
五、射流的破煤作用与破煤能力
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九、我国水采技术发展趋势及攻关重点
•3、加强技术装备研究 （1）研制高效远距离落煤水枪，使有效射 程达到25米。 （2）研制开发井下煤水固液分离设备，将 硐室功能转变为设备功能。 （3）研究新型水力钻机。 （4）研制小流量高压供水泵。 （5）开展有支护水采专用设备的研究，主 要是近距离落煤水枪和液压支架等。
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三、水采生产系统
（二）煤水运提系统 可分为明槽自流水力运输（无压水力运输）和管路水 力运输（有压水力运输）。 明槽自流水力运输：溜槽或巷道底板有坡度，煤水 具有2-3m/s的速度，采区内多用，自溜运输。 管道运输：煤水泵提供动力，限制条件少，允许线 路曲折变化。 （三）脱水系统 将煤、水分离的系统，分为：与选煤厂结合、地面专 用脱水车间和简易脱水系统。
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七、水力采煤的适用条件
•1、煤层倾角：不小于7°，对于倾斜、急倾斜 煤层，与旱采相比，水采更具优势。 •2、底板：<35°时，顶板比较稳定时效果较 好。 •3、底板：遇水不泥化，不底鼓的。 •4、厚度：大于1.5m最好 •5、硬度：中硬以下，裂隙较发育 •6、瓦斯：低瓦斯最好，高瓦斯则需采取适当 措施。
2
二、水采矿井的基本类型
（一）全部水力化矿井
1-清水池；2-高压供水泵； 3-高压供水管路；4-采煤 工作面水枪；5-溜槽；6脱水筛；7-胶带输送机； 8-破碎机；9-采区煤水仓； 10-煤水泵；11-煤水管 路；12-井底煤水仓； 13-选煤厂；14-铁路煤 仓；15-补给循环水； 16-掘进工水泵；17-掘 进供水管路；18-掘进水 枪
水力采煤技术
如南、北票以及山西襄垣矿区8个水采矿使用该模式。
• 2.2 系统流程：回采或掘进工作面的煤炭通过溜槽无压
水力运输至采区下部煤水硐室中的分级筛硐室,筛下煤进
入煤水仓，经煤水泵排至地面选煤厂或 脱水车间；筛上 煤进入块煤仓，通过矿井旱运旱提系统提升至地面，其生 产工艺系统流程如下图所示。
• 2.3 适应条件：旱采改水采矿井，有一定 旱运旱提能力的矿井，以及旱采矿井某一 区域适合水采的块段。
效率 (%)
72 72 72 72 72
9
10 11
300
300 300
720
800 880
1480
1480 1480
840
934 1027
1050
1050 1250
72
72 72
12
300
960
1480
1120
1250
72
• 3. 煤水提升泵 •
目前主要使用DN300-60（360-75）型煤水泵, 该泵为
水采专用泵, 单台最大扬程900米,可提升高度800米，该
泵设计流量为300～360m3/h，具体参数见下表：
DN型煤水泵技术参数表
泵型
级数 流量 m3/h
DN300-60×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%) 流量 m3/h
DN360-75×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%)
• ③.顶板稳定和中等稳定,煤层倾角大于7度,赋存条件
比较复杂的倾斜、缓倾斜煤层，煤厚2米以上,产状不
规则,走向、厚度、倾角变化大,地质破坏严重，不适 合长壁开采的矿井或块段。
•
如江苏大屯煤电公司孔庄矿，山西晋平煤 业、山西襄垣七一煤矿等，都是综采和水采共 存的矿井,台枪年产量45～60万t/a，回采率大 于75%,由于发挥了两种采法各自的优势,形成 了优势互补，稳定了矿井产量,提高了矿井的资 源回收率。
钻孔水力采煤新技术
11 12 7 10 13 21 20 18 16 17 14 15 19 6 8 5 1 9 1 8 9 19 2010 11 17 18 21 16 15 14 13 12 2 3 4 5 6 7 图1 钻孔水力开采原理示意 1—高压；2—矿浆；3—吊钩；4—矿浆管道；5—回转装置；6—压盖；7—套管；8—输水管道；9,10—管道接箍；11—密封圈；12—水枪；13—水枪调节阀；14—水枪整流罩；15—矿层；16—混合室；17—喷嘴；18—钻具开关；19—硐室；20—矿浆进入孔；21—钻头 钻孔水力采煤新技术一、钻孔水采的发展及提出的必要性1、钻孔水采的发展随着世界各国经济的飞速发展，普遍面临地下浅部富矿的日趋枯竭，开采深部矿产和浅部贫矿势必造成开采成本增加。
开采劳动生产率低，开采成本高以及环境保护等问题，都对传统的地下坑道和露天开采提出挑战。
所以,人类迫切需要技术含量高、低耗、高效的采矿方法来缓解这一危机。
新一代的开采方法就是利用热传递、质量交换及化学和水力学过程，把固体矿物在地下转化为液态或气态，然后再经过钻孔抽出地表，经过分选处理之后加以应用。
钻孔水力开采技术就是这类最有前景的开采技术之一，它是基于钻孔技术和水力学原理之上的一种矿产开采新方法。
钻孔水力开采固体有用矿物的基本原理分别于1932年由美国埃·克拉伊托尔和1936年由前苏联普·姆·图皮岑提出，后因战争没有进行研究和试验。
到50年代末，德国、前苏联、日本和美国等国对钻孔水力采煤进行了研究、试验和工业性应用，如1964年苏联国立矿山化学原料科学研究所进行了钻孔水力采矿的初步试验，从20世纪60年代以来，除苏联以外，美国、匈牙利、波兰、印度、澳大利亚、南斯拉夫等国家先后应用钻孔水力开采技术进行开采低强度的磷矿石、煤、建筑砂砾、铝、铀、砂金、锡砂等矿的试验。
但在煤矿中，由于工作面单产较低，到70年代末这些国家在煤矿基本停止了使用。
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水力采煤技术水力采煤：是指利用水力来完成矿井生产的采煤、运输、提升等生产环节的全部或部分工作的开采技术。
一、发展历史自20世纪30年代，在苏联首次试验成功。
50年代中期，中国、波兰、德国、日本、英国、印度、美国和加拿大等国相继进行研究、试验。
而达到一定规模的有苏联、中国、日本、德国和加拿大。
90年代，年产量在8～10.0Mt 左右的有中国、俄罗斯。
中国：1956～1957在开滦、萍乡试用成功，然后在河北峰峰、安徽淮南、辽宁北票、南票、河南鹤壁、山东肥城、枣庄、吉林通化和黑龙江鹤岗十余个矿区推广使用。
水采是我国开采煤层条件较差地区实现机械化开采的重要技术途径之一。
二、水力采煤的生产系统1、全部水力化矿井（枣庄八一矿）1）、全部水力采、运、提的水力化矿井如图1所示，井下的运输提升过程均采用水力完成。
辅助运输用旱采方式。
2）、分级运提的全部水力化矿井如图2所示。
主要区别为：运输、提升采用水旱分级方式。
从采区到地面，粒度小的用水力，大的用旱提、旱运方式。
2、水旱结合的部分水力矿井1）、水旱两套生产系统的矿井因井田内煤层赋存条件相差太大，有适于旱采的，有适于水采的，用两套生产系统。
2）、用水力完成部分生产环节的矿井水旱结合如用水力落煤和运煤，用旱提方式提煤或用机采炮采落煤，用水运、水提的等。
三、水采生产系统由三部分组成：即高压供水系统、煤水运提系统、脱水系统。
1、高压供水系统由供水源、高压供水泵、高压供水管路、水枪组成。
1）、供水源：要充足适用（固体颗粒杂质少，酸度低、取用方便）。
有开式供水、闭式供水（循环处理供水）两种供水方式，目前闭式供水是绝大部分矿区必须采用的一种方式。
2）、高压供水泵：系统的核心，有往复泵、离心泵，我国水采井（区）均采用分段式多级离心泵。
常见的高压供水泵及其技术参数见表1。
泵串联，一泵一枪，泵设在地面或井下，一泵安装多枪，可轮流使用。
而掘进面一般用炮掘、水运，低压（0.6～2Mpa），需要单独设供水系统。
可分为以下几种：（1）、污水泵供水（利用煤水仓之水）（2）、排水泵供水（井下向地面排水）（3）、地面静压清水3）、高压供水管路分为主干管、支干管、支管几种管路。
主干管为主要管路，铺设在井筒、井底车场、运输大巷和石门中，使用期限长，要用较大直径，内径250～300mm，壁厚10～15mm；支干管铺设在上山、区段运输巷、分段上山中，服务时间较长，管的内径为150～200mm，壁厚7～10mm；支管设在回采眼、回采巷中，要经常拆移，用小的管路，一般内径125～150mm，壁厚7mm。
4）、水枪见图3，是水采的最主要采掘设备；可分为手动水枪、液控水枪、自移液控水枪。
手动水枪：结构简单，维护方便，造价低，操作人员可直接监视破煤情况；但劳动强度大，冲采时易发生返煤伤人情况。
液控：机械化程度高，动力单一，破煤效果好，可离枪操作。
自移液控水枪：在研究中。
可以远距离操作，安全、高效。
几种水枪的技术参数如表2所示。
表2 水枪的技术参数2、煤水运提系统，可分为明槽自流水力运输系统、管道运输系统两种。
1）、明槽自流水力运输：溜槽或巷道底板。
有坡度，2～3m/S以上的速度。
采区内部多用此方式。
自溜运输方式。
2）、管道运输：煤水泵提供动力，是水采矿井广泛采用的运输方式，不受坡道限制，允许线路曲折变化，表3提供了几种煤水泵的技术参数。
管道运输最大的问题是泵、管的磨损问题。
3、脱水系统将煤、水分离的系统。
可以与选煤厂相结合，直接进行煤的洗选。
若无洗煤厂，则需要设地面专用脱水车间，或设简易脱水系统；四、与旱采矿井相比水采矿井的开拓特点1、井田划分上：要大一些，使储量多一些，其原因是：生产能力高，增产潜力大，采出率相对偏低；2、水平划分：加大垂高（因掘进率高，还应考虑煤水泵扬程、排量因素，适当）3、大巷布置：运输方式上的坡度。
若用溜槽自溜运输，则需要5～7%的以上坡度。
4、井巷断面：比旱采要小，这要看与通风的关系，风量的大小，没有设备运输的要求。
水力落煤与水力采煤方法五、射流的破煤作用与破煤能力1、水枪射流：分为低、中、高压和超高压射流。
当前基本用3～8Mpa（中），8～20 Mpa（高）两种。
2、射流破煤：分二步1）、掏槽：在煤体中切割出具有一定面积和深度的裂隙或空间；2）、落煤：破落洞隙周围的煤体；3、破煤能力：射流在单位时间内的破煤量称破煤能力；4、影响破煤能力的因素：1）、煤的力学特性：煤体的强度、裂隙性、抗压、抗剪、抗拉、扭。
2）、射流的力学性能：射流的工作压力、射程、流量。
他们成正比，即射流的工作压力大，则射程和流量也大；但射流的工作压力太大，经济上就不合理，应有一个合适的匹配。
3）、射程：在射流的工作压力为一定值时，射程越大，破煤的能力就越小，存在一个有效射程，一般为15～20m；4）、流量：一般情况下，流量越大，能力越大，即射流的工作压力大，但太大，就不合理，当射流的工作压力为一定值时，可能会出现水量供应不足现象。
六、水力采煤方法1、常用方法：短壁无支护水力采煤法1）、倾斜短壁式（漏斗式），见图4所示。
2）、走向短壁式，见图6所示。
2、特点：1）、水射流实现落煤和运输两个主要生产环节成单一连续式；2）、回采空间不支护，人员不进入工作面。
3）、短壁式布置，机动性、灵活性强。
4、巷道布置1）、漏斗式（水枪位置）（图4）（1）、参数：①能力：一套的能力。
②采区斜长：阶段斜长。
③采区走向长：不宜过大（过大则三角煤多，因有水力坡度问题）；也不宜过小（太小，则服务年限短，造成采区接替紧张），一般，缓倾斜煤层为：单翼采区为500～800m。
急倾斜：200～500m；目前，设备好，长度可适当增加，缓倾斜煤层达到1000m以上，即使是急倾斜煤层也达到600m 以上；④区段斜长，一般为120～150m；（2）、生产系统①运煤；②高压供水；③运料（单轨吊、简易吊挂），④通风（3）、采煤工艺：水力落煤、拆移水枪、管道及溜槽、支设护枪、支架重新安装水枪。
图4 漏斗式采煤法采准巷道布置1—煤水上山；2—轨道上山；3—上山联络巷；4—区段运输巷；5—回采眼；6—回采眼联络巷；7—区段回风巷；8—煤水硐室；9—局扇落煤时，采用的方式有两种：开式和闭式。
如图5所示。
2）、走向短壁式 如图6所示（1）、参数： 能力：。
采区斜长：阶段斜长。
采区走向长：不宜过大（过大则三角煤多，因有水力坡度问题）；也不宜过小（太小，则服务年限短，造成采区接替紧张），一般，缓倾斜煤层为：单翼采区为500～800m 。
急倾斜：200～500m ；目前，设备好，长度可适当增加，缓倾斜煤层达到1000m 以上，即使是急倾斜煤层也达到600m 以上； 区段斜长，一般为120～150m ； （2）、生产系统 ①运煤；②高压供水；③运料（单轨吊、简易吊挂）， ④通风 （3）、采煤工艺：水力落煤、拆移水枪、管道及溜槽、支设护枪、支架重新安装水枪。
落煤时，采用的方式有两种：开式和闭式。
如图7所示。
3）、两者比较 （1）、漏斗式：两侧冲采，掘进率低，拆移量小，效率高；当倾角大时，矸石易窜入工作面；用于倾角较小的煤层条件，一般用于煤层倾角为7～15°的条件 ； （2）、走向短壁式：不受倾角影响，对地质条件适应性较强；但冲采范围小，掘进率高，当 >12°～15° 均可；七、与旱采比较对水力采煤的评价 1、优点 1）、生产能力较高，增产潜力大，一套水采，年生产能力可达60～80万t ，条件好的，100万t ；如表4。
2）、工艺简单，效率高，工作面无人； 3）、设备简单，材料消耗少，成本低； 4）、安全条件好；表4 一套水采生产系统在不同煤层条件下的生产能力板稳定或中等稳定的倾斜、缓倾斜厚及特厚煤层。
(2)顶板稳定或中等稳定，倾角在30°以上的倾斜、急倾斜煤层。
(3)顶板稳定或中等稳定，倾角大于7°，产状不规则，煤层厚度变化大或地质破坏较多，稳定性较差的中厚以上的煤层。
这些条件的煤层，一般旱采不会取得好的经济效益的。
而水采却可以采用，并能达到好的生产水平及取得好的经济效益。
5、有待改进的问题及途径1）、采出率较低：冲采过程中，垛内顶板提前垮落或窜矸，挡住水枪冲采，使冲采提前结束；解决的办法：（1）、提高水枪供水压力和流量，加快冲采速度；（2）、合理确定煤垛参数，冲采顺序（开式、闭式、半闭式）（3）、提高巷道支护质量，如U型钢，可缩支架；可减少煤垛的破坏；2）、巷道掘进率高发展掘进机械化，推广采用快速、高效的破煤水运掘进机，我国已有EMS1—30型，开吕—1型，EMS—75型。
3）、通风系统不够完善采空区窜风，局部风机通风，风阻大，风量小，不稳定。
改进巷道布置，完善现有方法，高瓦斯煤层先预抽放，建立监测预警系统。
4）、电耗较大高压水，水力运提。
一般吨煤炭40kw· ，应改进现有水采设备的效率，研制新型高效水采设备加强用电管理等。
八、水力采煤的适用条件1、煤层倾角：不小于7°，对于倾斜、急倾斜煤层，与旱采相比，水采更具优势；2、顶板： <35°时，顶板比较稳定时效果较好；3、底板：遇水不泥化，不底鼓的；4、厚度： >1.5m较好；5、硬度：中硬以下，裂隙较发育；6、瓦斯；低瓦斯最好，高瓦斯则需采取适当措施。
九、我国水采发展趋势1、在不稳定、倾斜、急倾斜煤层中，利用水采开采，优势明显；2、其发展目标是紧密结合生产需要，提高单产，单进，实现高产、高效、节能、低耗；3、开发新工艺，研制新设备，使技术进一步发展。
十、新世纪我国水采技术发展趋势及今后攻关重点1、我国现有水采技术的发展趋势当前水采技术所体现的一切优点都是与工作面短壁无支护、大射流冲采和水力运输密切相关的。
它具有系统装备简单、机械化程度高、生产连续性强、回采工序单一、体力劳动轻、易于操作和对地质条件适应性强等优点。
因此，在当前及今后相当长的一段时间内，预测我国水采发展趋势主要是：(1)积极优先发展高产高效型水采。
在条件适合或基本适合无支护大射流水采工艺要求的厚及特厚、储量丰富的煤层中推行水采，肯定能取得好的效益，这类煤层基本条件是：①煤层厚度在5m以上；②煤层赋存稳定或比较稳定；③顶板中等稳定；④瓦斯含量小；⑤煤质中硬以下；⑥煤层倾角在10°～30°左右。
山东省枣庄矿业集团八一矿、高庄矿，煤层厚度4～6m，2000年单枪能力达到90万t/a以上。
国外水采的发展经验也证明了这一点。
(2)发展经济型或区域化水采，在难以推行旱采机械化、或旱采机械化效益差的倾斜、急倾斜和不稳定煤层采用经济型或区域化水采工艺，能够取得优于旱采的技术经济指标。
2、积极开展技术创新工程随着生产发展的需要，水采在技术上也将要有一个新的进展和突破。