Кузьмич И.А., Панченко В.П. Оценка факторов, влияющих на выбор способов и средств очистки шахтных водосборников. / Уголь Украины. -1986. -№1. -с.32...33.
Оценка факторов, влияющих на выбор способов и средств очистки шахтных водосборников.
Изучение опыта механизированной очистки шахтных водосборников позволило выделить факторы, влияющие на выбор способов и средств очистки. К объективным факторам относятся приток и агрессивность шахтных вод, литологический и гранулометрический состав шламов; к субъективным — концентрация твердых взвесей в шахтной воде, состояние водосборников ( отклонение от проектных размеров площади сечения, профиля рельсовой колеи ), наличие предварительных отстойников, плотность очищаемого шлама.
По данным Минуглепрома, для шахт Донбасса преобладающими являются притоки до 200 м3/ч, в том числе до 50 м3/ч — 11%, 50…100 м3/ч — 28%, І00...200 м3/ч — 31%, 200…500 м3/ч - 27% и 500…1000 м3/ч — 3%.
Шахтные воды преимущественно щелочные — 83% шахт.
В зависимости от производительности предприятия, способов разработки и управления кровлей, горно-геологических условий, средств добычи и транспортирования угля воды содержат механические примеси. ВНИИГМ им. М. М. Федорова установлено, что из 2362 массивов проб, взятых перед водосборником, на 268 шахтах Донбасса концентрация в 6 пробах превышала 10-4 мг/л, в остальных была в среднем 206 мг/л.
Гранулометрические и литологические характеристики шламов определяют требования к средствам их обезвоживания и разрушения ( размыв, рыхление ). В результате ситового анализа выявлено, что максимальная крупность шламов в водосборниках главного водоотлива 3 мм, основная масса представлена, частицами крупностью менее 0,06 мм и составляет в основном массиве 75,6%. Для участковых водосборников характерны частицы более крупные — преимущественно 3…25 мм
Анализ литологического состава шламов водосборников, произведенный по 18 шахтам Донбасса, показал, что преобладающими компонентами являются уголь — 58%, глинистое вещество — 24, песчаники — 6, прочие примеси—12%. Только в двух водосборниках содержание угля в шламах ниже 40%, в одном менее 10, в остальных от 50 до 90%; в трех водосборниках преимущественно глинистое вещество ( от 40 до 60% ).
Влияние факторов на выбор способов и средств механизированной очистки рассмотрим с точки зрения применяемых способов — механического и гидравлического. При очистке участковых водосборников с притоком до 50 м3/ч и частицами 0,1…25 мм, которые выпадают в осадок через 1…2 ч, рациональнее применять багер-зумпф. Очистка носит непрерывный характер, что позволяет предохранить основную часть водосборника от загрязнения. Для водосборников главного водоотлива с таким же притоком целесообразно использовать скреперную установку, так как для выпадания частиц в осадок и накопления в отстойнике необходимого количества шлама требуется несколько суток. С увеличением притока нужно интенсивнее извлекать шлам; при притоке 100…500 м3/ч рациональнее гидравлический способ очистки — шламовыми насосами с подачей до 50 м3/ч или гидроэлеваторными установками. В целях механизации этих работ и предохранения от загрязнения всего водосборника следует строить осветляющие резервуары ила перед водосборниками или непосредственно в них. Для притоков 500…1000 м3/ч может быть рекомендована очистка как породопогрузочными машинами ( если позволяет площадь сечения и состояние рельсовой колеи ), так и шламовыми насосами с подачей более 50 м3/ч или гидроэлеваторами. При наличии сжатого воздуха и сооружении в предварительном отстойнике бункера глубиной более 3 м возможно применение эрлифта. При этом 7% шахт Минуглепрома требует создания средств очистки в кислотоупорном исполнении.
Наиболее нежелательным компонентом в шламе является глинистое вещество с содержанием до 35% частиц менее 0,005 мм и до 50% частиц 0,05…0,005 мм, так как очень трудно размывается. Легко размываются шламы, имеющие средний диаметр частиц более 0,2…0,3 мм. Потери напора на отрыв частиц от забоя для песчаных грунтов равняются ( 1,3...18,4 ) 10-2 м, а глинистых 2,5 м. Для гидравлического рыхления песчанистых и угольных шламов расход воды через насадки составляет 10…20% подачи гидротранспортного агрегата при давлении 0,1…0,3 МПа, для глинистых шламов 0,6 МПа.
Наряду с приведенными факторами на выбор средств очистки существенно влияет плотность шламов в водосборнике, связанная с периодичностью их очистки. Согласно существующим правилам заполнение шламами водосборников не должно превышать 30% их объема, но при этом не учитывается, что с увеличением глубины залегания шламов плотность и трудность их разработки повышаются.
На 20 шахтах объединений Ворошиловградутоль и Краснодонуголь исследовалось изменение плотности шламов в водосборнике в зависимости от глубины их залегания ( рис. 1 ). Легко разрабатываемые шламы ( разжиженные ) плотностью 1,1…1,2 г/м3 расположены не глубже 100 мм, считая от поверхностного слоя; ниже размещены уплотненные шламы, для рыхления которых требуются дополнительные источники давления при гидравлическом способе очистки или мощные установки при механическом.
Рисунок 1 Зависимость плотности шламов от глубины их залегания.
Анализ и учет совокупности приведенных факторов позволяют не только правильно выбирать существующие средства очистки, но и сформулировать требования к создаваемым: водосборник или его осветляющий резервуар должны очищаться установкой по типу подвесного земснаряда в автоматическом или дистанционном режиме управления; транспортировка пульпы гидравлическая в целях исключения операций по обмену вагонеток; средства очистки должны быть с самостоятельным приводом, не связанным с рельсовой колеей, которая во многих водосборниках находится в плохом состоянии; обезвоживание пульпы должно производиться или в имеющейся выработке или на средствах, обеспечивающих обезвоживание до 35…40% частиц менее 0,1 мм; энергозатраты на очистку должны быть минимальными вследствие разработки неслежавшихся шламов.
Поставленным требованиям отвечает шламоочистительная установка УВ, разработанная НПО Углемеханизация. Установка состоит из таких функциональных групп: передвижного шламоочистителя, расположенного в верхней части водосборника на подвесном пути; гидротранспортной системы, включающей гибкий рукав и агрегат, в качестве которого может использоваться гидроэлеватор или погружной насос; натяжного устройства, предназначенного для натяжения гибкого рукава при передвижении шламоочистителя; аппаратуры автоматизации.
Работает установка следующим образом. При накоплении шлама в зоне улавливания ( до перемычки ) шламоочиститель вводят в очищаемую ветвь водосборника и устанавливают начальную величину погружения всасывающего наконечника. С пульта управления подают команду на включение. Шламоочистнтель совершает возвратно-поступательные движения до перемычки и обратно, стрела его вместе с всасывающим наконечником осуществляет качательные движения в горизонтальной плоскости по всей ширине водосборника. При достижении одного из крайних положений стрела автоматически опускается на заданную величину. Пульпа подается или в имеющуюся выработку для обезвоживания или в обезвоживающую установку. В качестве такой установки при стендовых испытаниях был применен экспериментальный образец малогабаритной центрифуги, обезвоживающей шлам до 32%. Использование ее в составе установки УВ дает возможность комплексно решить вопрос очистки водосборников.
Выводы. С учетом влияния рассмотренных факторов можно более обоснованно выбрать способ и средства очистки водосборников, установить периодичность очистки шламов, снизить затраты тяжелого и ручного труда. Преобладающая масса шламов водосборников представлена углем ( 50…90% ) и может служить энергетическим сырьем. Основную массу шлама составляют частицы крупностью менее 0,06 мм; ее следует обезвоживать на центрифуге. Рациональнее разрабатывать неслежавшиеся шламы плотностью 1,1…1,22 г/м3.