Авторы: Заика Т.И., Заика А.И., Матлак Е.С.

Источник: Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях. – К.: Техника, 1991. – 136 стр.

Экологические факторы в настоящее время становятся одними из основных, учитываемых при рассмотрении результатов работ предприятий.

Новой идеологией природопользования, которая предполагает смену приоритетов при решении эколого-экономических задач, является концепция устойчивого развития. Речь идет о переходе от применения прямых природоохранных мероприятий к использованию альтернативных вариантов решения экологических задач, развитию мало- и безотходных, а также ресурсосберегающих технологий. Изложенные теоретические концепции могут реализовываться на различных уровнях, в любых отраслях народного хозяйства, в том числе, горнодобывающей. Последняя является источником большого количества техногенных отходов, среди которых превалируют шахтные воды. При подземной разработке угольных месторождений на поверхность откачиваются в огромном количестве попутно-добываемые шахтные воды, общий приток которых, например, в Донбассе составляет около 900 млн. м³/год. Из этого объема лишь 13-15 % используются на собственные нужды горных предприятий. Остальное количество недостаточно очищенных шахтных вод безвозвратно сбрасывается в гидрографическую сеть региона, дестабилизируя ее равновесие.

Проблема очистки шахтных вод имеет дав аспекта: осветление и деминерализация.

На первый взгляд задача осветления шахтных вод решена. Получены положительные результаты, однако, на современном этапе требуется совершенствование методов очистки в связи с возросшими требованиями водного законодательства. Необходим поиск нетрадиционных подходов к снижению загрязненности шахтных вод взвешенными веществами.
Рекомендуется реализовывать такой подход непосредственно в подземных горных выработках, сочетая при этом два направления решения задачи, а именно профилактического и очистного.

Профилактическое направление заключается в том, чтоб не допускать загрязнения больших объемов (от 70 до 90%) условно-чистых вод, стекающих из отработанных выработанных пространств.

Сущность очистного направления в осветлении малых объемов (от 10 до 30%) загрязненных шахтных вод, которые стекают из окрестности действующих забоев и призабойного пространства. Для реализации предложенного подхода имеются определенные специфические предпосылки, характерные для условий большинства действующих шахт в Донбассе: стабильное соотношение между водопритоками в разные системы горных выработок; существенное снижение объемов очищаемых шахтных вод; наличие на каждой шахте обширного водоотливного хозяйства; уменьшение гидроабразивного износа оборудования; возможность использования условно-чистых и осветленных вод на технологические нужды. Важным преимуществом изложенного подхода является то, что снижение загрязненности шахтных вол в подземных условиях можно рассматривать как комплексное решение вопросов нормальной работы водоотлива, охраны окружающей природной среды от отходов предприятий угольной промышленности и возможности использования очищенных вод на технологические нужды шахты иди близлежащих предприятий.

В ДонНТУ разрабатывается комплексная технологическая схема очистки шахтных вод от взвешенных веществ в подземных условиях. Целесообразность переноса операций по осветлению вод в подземные горные выработки определяется различными факторами, среди которых два являются наиболее значимыми: повышенная (на порядок) крупность взвесей, что увеличивает эффективность осаждения, и уменьшенное количество осветляемой воды в окрестности действующих забоев (улучшается экологическая составляющая).

Для осветления загрязненных вод на первой стадии, то есть перед фильтрованием, широко используется гравитационное отстаивание, как наиболее простой и наименее энергоемкий способ. Однако он имеет три крупных недостатка: во-первых, требует капитальных затрат на строительство огромных отстойников, занимающих большие площади рабочих пространств, во-вторых создает трудность при чистке служащегося в отстойниках осадка; в-третьих не позволяет зачастую выйти на нормативный уровень содержания взвешенных веществ в осветленной воде.
Нами рекомендуется применить в технологической схеме очистки шахтных вод вместо отстаивания метод гидросепарации с помощью компактных напорных гидроциклонных установок. Этот метод отличается простотой, его аппаратура не имеет движущихся частей; его легко можно изготовить в шахтных мастерских на поверхности земли, а затем доставить в горную выработку. Таким образом, имеют место незначительные капитальные затраты. Экономия энергии в составе текущих затрат имеет место за счет уменьшенного объема осветления воды в подземных условиях.

По сравнению с отстаиванием способ гидросепарации является более энергоемким. Для уменьшения энергетических потерь нами рекомендуется обеспечивать напор за счет гидростатического давления жидкости, образующегося в результате перепада высот при расположении горных выработок в подземных условиях (например, гидроциклон устанавливается в нижней части уклона).

С помощью больших гидроциклонов можно отделять частицы до 20 Мкм, средних до 10Мкм. Для увеличения производительности средних гидроциклонов их соединяют параллельно по несколько штук, создавая общую камеру для слива и выхода. Такие аппараты называют мультигидроциклонами. Наконец для осаждения суспензий с частицами диаметром меньше 0.5-2Мкм применяются мультициклоны малых размеров (от 2 до 20мм), так называемые микромультигидроциклоны.
Аппараты всех ступеней работают под давлением, создаваемым одной насосной установкой (или перепадом высот) перед первой ступенью.

Проблемой практического использования гидроциклонов является абразивный износ металлических частей самого циклона, а также насоса, создающего напор подаваемой жидкости (суспензии).

Дня предотвращения абразивного износа насоса и направленной транспортировки шлама из сливного патрубка гидроциклона целесообразно рассмотреть также вариант расположения аппарата на всасывающей линии насоса. Чтобы обеспечить рабочее состояние насоса монтируется центральная трубка от напорной линии насоса через сливной патрубок в направлении песковой насадки. В этом случае в одной и той же камере одновременно создаются разряжение и давление. По сливному патрубку насос откачивает жидкость из камеры; при этом под действием разряжения вода всасывается в гидроциклон по входному патрубку, закручиваясь как обычно. А по центральной трубке вода от насоса подается под напором в нижнюю (конусную) часть циклона, где оседает осадок. Направленная струя воды непрерывно удаляет последний через песковую насадку и эжектор.

Список литературы:

1. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях. – К.: Техника, 1991. – 136 стр.
2. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживание шахтных вод: Монография/[Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С., и др.]; под общ. ред. Костенко В.К. – Донецк: «ВИК, 2009.- 438с.