Технология подземного обогащения угля ставит своей целью полностью замкнуть под землей процесс переработки угля и выдачу на-гора товарного малозольного угля-концентрата, а шахтным водоотливом - воды без излишних взвесей. При этом особая роль уделяется подземному гидротранспорту, роль которого становится многофункциональной:
1. Перенесение горной массы из забоя до обезвоживающей камеры; 2. Осаждение в призабойном пространстве крупных классов породы; 3. Растворение с поверхности раздробленного угля компонент породных включений (глин и карбонатов); 4. Полное связывание угольной пыли.
Процесс переработки угля дифференцируется на три различных типа воздействия: измельчение горной массы; смешивание компонент; разделение компонент и фракций. Процесс подземной переработки содержит шесть этапов.
1 этап. Измельчение горного массива в забое до кусковых размеров в диапазоне от 1 микрона до 150 мм. Функция распределения гранулометрического состава в пределах диапазона зависит от многих факторов и задается (определяется) аналитической зависимостью или таблицей в каждом конкретном случае, при этом указывается распределение зольности по классам.
2 этап. Смешивание раздробленной горной массы с водой и образование пульпы, способной перемещаться по уклону выработки на необходимые расстояния. Процесс смешивания характеризуется объемной долей твердого в пульпе. Смешивание, наряду другими условиями, от которых зависит критическая скорость смыва частиц, должно создать предпосылку для движения пульпы.
3 этап. Разделение крупных классов породы от остальной горной массы в пульпе, которое осуществляется при гидротранспорте пульпы по почве в призабойной зоне. Главными факторами, характеризующими начало процесса обогащения, являются критическая скорость и ее зависимость от плотности пород и величины затопления кусков в потоке пульпы.
4 этап. Измельчение горной массы в ходе гидротранспорта по желобам, которое включает стирание острых граней твердых кусков и размокание глинистых компонент типа MgJ. Этот процесс характеризуется изменением функции распределения гранулометрического состава и зольности классов. Происходит сдвиг их величин в сторону шламов. Величина сдвига зависит от многих факторов, в том числе, от расстояния транспортирования.
5 этап. Разделение горной массы и шламовой воды на обезвоживающих аппаратах, при котором обезвоженная масса представляет собой концентрат (товарный уголь), отмытый от породы. Зольность выходного продукта - не более 10 %, влажность -9-12%. Этот уголь поднимают на поверхность, где он в конусе на первичном складе теряет излишек влажности: летом - выветриванием, зимой - вымораживанием.
6 этап. Разделение (осветление) шламовой воды на осветленную воду (количество взвесей не более 20 г/дм3) и высокозольные шламы, которые оставляют в выработанном пространстве шахты. При необходимости в конкретных случаях крупнозернистый угольный шлам осаждают предварительно отдельно и этот осадок (влажностью 18-20 %) выдают вместе с товарным углем.
Основой для расчетной оценки обогащения служат геологические данные по участку поля угольного пласта. Это - средняя зольность угля, в большинстве случаев составляет 12-18 %. Второй фактор, который берут во внимание - минеральный состав зольности угля, как правило, он представляется таблицей с четырьмя компонентами, показанными в табл. 1 (уточняется для каждого конкретного пласта).
Первый этап - измельчение горного массива и получение горной массы характеризуется функцией распределения по классам. В каждом конкретном случае ее уточняют по справочнику на количество шламового угля по данным о склонности угля к пылеобразованию. При этом величина удельного пылеобразования определяет процент содержания классов -50 мкм. Классы +50 пополняются обрушениями непосредственной кровли, что и определяет их высокую зольность при анализах, взятых из очистного забоя. С их учетом средняя зольность горной массы на 1,5-2,5 % выше средней зольности, полученной при расчетах по геологическим данным. Для успешного воплощения важным фактором является селективная обработка забоя, что и осуществляется при механогидравлической технологии.
Второй этап - смешивание горной массы с водой и образование пульпы. Главные его характеристики - получение оптимального отношения твердого компонента к жидкому Т:Ж. Эта величина должна находиться в оптимальном соотношении 1 : (3,5-7). В ходе гидротранспорта угля по почве и желобам на среднее расстояние 500 м (от 40 до 960 м) следует ожидать увеличения мелких фракций в 2 раза. Для гидроучастка с годовой производительностью 600 тыс. т в год колебания расхода пульпы в нормальных режимах работы фактически составляет 500 - 1000 м3/ ч.
Третий этап - выделение крупных классов породы из пульпы. Объем пульпы при проведении выработок на комбайн КПА–3 (ГПКГ) составляет; при очистных работах. При транспортировании пульпы в призабойной зоне (20-50 м) ширина потока составляет половину ширины выработки у почвы, т.е. 0,5 * 4 м = 2 м. При уклоне I= 0,06 и скорости пульпы ~ 1 м/с высота пульпопотока составляет в подготовительном забое hп. под.= 39 мм; в очистном забое hп. оч.= 42 мм. Следовательно, полностью затопленными будут частицы горной массы меньше 40 мм. Критическая скорость частиц - многоаргументная функция, которая зависит от свойств транспортируемого вещества и условий трассы транспорта, , где dmax - максимальный размер частицы, м; q- ускорение гравитации, 9,81 м/с2; сл- коэффициент обтекаемости частицы, среднее значение для горной частицы 0,35; т- плотность твердой частицы, кг/м3; в - плотность воды, кг/м3 (=1000 кг/м3); 0 - коэффициент трения покоя частицы о поверхность скольжения; i - уклон трассы транспортирования (тангенс угла наклона); r - величина существенного влияния сил адгезии, которые создают вокруг частицы "граничный" слой воды, которая движется со скоростью частицы, м. Величина r - толщина "граничного" слоя увеличивает эффективное сечение частицы, создавая так называемый парашютный эффект, который усиливает транспортную способность потока, снижая критическую скорость. Особенно ярко он проявляется для мелких частиц (рассчитывается по отдельной методике). При одном и том же уклоне трассы критическая скорость частиц при гидротранспорте по почве заметно выше критической скорости при гидротранспорте по стальным желобам U-образной формы.
При неполном затоплении частицы критическая скорость возрастает за счет увеличения силы трения (выталкивающая сила Архимеда действует только в объеме затопленной части частицы). Средний уровень потока колеблется не менее чем на 10 %, поэтому частицы более 35 мм периодически, а более 45 мм всегда, не полностью затоплены, что ведет к увеличению их критической скорости и для породных частиц – к их торможению и оседанию на почву. Чем больше частица, тем выше влияние незатопленности на ее критическую скорость. Частицы породы при гидротранспорте по почве "выталкиваются" на берега потока пульпы, а следующая далее пульпа оказывается обогащенной за счет сброса на почву крупных классов пород.
Четвертый этап – гидротранспорт, дополнительное измельчение горной массы и размокание минералов глины и карбонатов. Доля последних в общей зольности берется по геологическим данным. В нашем примере она составляет
0,55+0,28=0,83.
В ходе транспортирования непосредственно с водой соприкасается только поверхность частиц. Уголь в пульпе пребывает от 5 до 15 минут, в зависимости от удаления забоя от камеры обезвоживания, за это время поверхностные слои размокаемых и растворимых минералов вымываются на глубину от 0,5 до 1,8 мм.
Следует отметить, что класс 13-25 - самый труднообогатимый: он не сбрасывает породу на почву и вымываемость минералов в связи с небольшой раскрытостью поверхности не высокая, всего около 10 %. Вымытые минералы переходят в классы –50 мкм и утилизируются при осветлении воды. Таким образом, в ходе гидротранспорта идет изменение функции распределения горной массы по классам и изменение зольности классов в сторону уменьшения для +25 и в сторону увеличения для –0,05. Классы 0,05-0,25, хотя подвержены тем же изменениям, но на них действуют оба вида изменений – увеличение зольности за счет вымытых из более крупных классов, и уменьшение зольности за счет собственного вымывания. Результирующее воздействие фактически оставляют их зольность не измененной.
Пятый этап – обезвоживание угля на аппаратах АПО, созданных на базе транспортеров СР-70, с наклонными шпальтовыми ситами. Уголь на обезвоживание идет без сортировки. Это позволяет создавать на ситах временные "фильтры" из классов угля +0,5 мм, в которых улавливается большая часть угля классов 0,05-0,5 мм, задерживаются и обезвоживаются на более крупных частицах.
Технология подземного обогащения угля прошла успешно проверку в условиях добычи коксующихся марок угля на гидроучастках в Кузбассе.
начало
Перейти к следующему источнику
|| Перейти к предыдущему источнику