Источник: тезисы статьи из журнала "Уголь Украины", декабрь,2005
При эксплуатации угольных месторождений одной из сложных технических проблем является защита горных выработок от подземных шахтных вод. Обводненность месторождений определяется отношением количества выкачиваемой на поверхность воды к объему добытого угля в единицу времени (час, мин и т. д.). На некоторых шахтах коэффициент водообильности достигает 100 и более.
Для нормальных условий эксплуатации шахт необходимо обеспечить функционирование водоотливного хозяйства. Поэтому шахты добывают не только уголь, или метан, но и воду, причем в огромных количествах расходуется электроэнергия и безвозвратно теряется водный и тепловой потенциалы шахтной воды.
На угольных шахтах Украины эксплуатируется около 750 главных и 2300 участковых водоотливных установок. Парк водоотливных насосов различных типов превосходит 8000 единиц, из них не менее 3000 - на главном водоотливе. Годовой объем откачиваемой на поверхность воды составляет около 1 млрд. м3, на что расходуется почти 2 млрд. кВт*ч электроэнергии, а на отдельных предприятиях до 25-30% общего объема энергопотребления.
В последние годы наблюдается тенденция существенного увеличения мощности водоотливных насосов до 1,6 МВт, а суммарная мощность приводов достигает 12 МВт, что влияет на себестоимость добываемого угля. Поэтому вопрос снижения затрат на водоотливные комплексы на шахтах является актуальным.
Начиная с 2002 г. компанией “Фитикон” (г. Киев) и ОКТБ Института технической теплофизики НАН Украины проводятся исследования водного и теплового потенциалов шахтных вод и перспектив их применения. По данным отчетности предприятий, только в Донецкой области, для технического водоснабжения может быть использовано 70% сбрасываемых шахтных вод, и не менее 50% их можно очистить до стандартов хозяйственного и питьевого водоснабжения.
Шахтные воды разнообразны по химическому составу, т. е. содержат различные минеральные и органические вещества, находящиеся в ионно-молекулярном и коллоидном состояниях. Количество растворенных солей в подземных водах изменяется в пределах (от 20 до 5000 мг/л и более). Основным технологическим процессом подготовки шахтной воды до требуемых стандартов является деминерализация, которой предшествуют коагуляция, флокуляция, обеззараживание, фильтрация, микрофильтрация и т.д.
Трудность очистки шахтных вод заключается в выборе технологии под каждый их тип. Именно это - главное препятствие к практической реализации идеи очистки воды до питьевой.
После того, как в Украине компания “Фитикон” представила водоочистные технологии всемирного лидера в этой области — компанию “Cilligan” — стала возможной разработка реального проекта очистки шахтных вод. К концу 2004 г. был подготовлен проект строительства по очистке шахтных вод шахт “Центральная” и № 7/7-бис для водоснабжения г. Антрацит Луганской области стоимостью 93 млн. грн. Проект прошел все согласования и имеет положительные заключения Гостинвестэкспертизы. По проекту проходит очистку 1050 м3/ч шахтной воды, питьевой кондиции достигает 847 м3/ч. Себестоимость очистки 1 м3 составляет 1,24 грн. Про реализации проекта практически разрешается проблема водоснабжения г. Антрацит и частично г. Красный Луч.
Более узкий вопрос- это водоснабжение самих шахт. При выделении санитарной зоны водозабора видна очень заманчивая перспектива. Покажем это на примере шахты им. Засядько, где объем сбрасываемых вод 442 м3/ч, суточное водопотребление 750— 31 м3/ч. Следовательно, чтобы снабдить шахту водой нужно очистить всего 7% сбрасываемого ее количества.
Предлагаемая технология фильтрации, умягчения, микрофильтрации, обессоливания, обеззараживания шахтной воды требует около 1,26 млн. грн. затрат. При стоимости воды согласно расценкам Горводоканала 2,7 грн. за 1 т срок окупаемости водоочистного оборудования составляет 1,6 года с последующей экономией 739 тыс. грн. ежегодно.
Еще одно перспективное направление применения шахтной воды – ее использование в качестве источника тепла. С помощью тепловых насосов можно решить данную задачу и закрыть угольные котельные или перевести их в резервные.
Тепловой насос — устройство, извлекающее накопленную энергию из различных источников (грунтовых, артезианских и термальных вод; вод рек, озер, морей; очищенных промышленных и бытовых стоков; вентиляционных выбросов и дымовых газов; грунта и земных недр), переносящие и превращающие ее в энергию более высоких температур. По принципу действия тепловые насосы выпускают трех типов: термоэлектрические тепловой мощностью до 10 кВт, парокомпрессионные до 500 кВт и абсорбционные тепловой мощностью до 4000 кВт.
Для угольного производства наиболее перспективны абсорбционные тепловые насосы (АБТН) со следующими преимуществами: экологическая безопасность; пожаро- и взрывобезопасность; отсутствие динамических нагрузок на фундамент; автоматизированы; не требуют постоянного обслуживания; имеют длительный срок службы (свыше 15 лет). Преимущества перед парокомпрессионными тепловыми насосами: большая единичная мощность, незначительное потребление электроэнергии, отсутствие экологически опасных рабочих веществ.
Для угольного производства наиболее перспективны абсорбционные тепловые насосы (АБТН) со следующими преимуществами: экологическая безопасность; пожаро- и взрывобезопасность; отсутствие динамических нагрузок на фундамент; автоматизированы; не требуют постоянного обслуживания; имеют длительный срок службы (свыше 15 лет). Преимущества перед парокомпрессионными тепловыми насосами: большая единичная мощность, незначительное потребление электроэнергии, отсутствие экологически опасных рабочих веществ.
В качестве источников энергии в АБТН совместно используются:
-теплота греющего пара давлением 0,3—06 МПа или сжигаемого топлива (природного газа, дизельного топлива или мазута);
-низкопотенциальная сбросная или природная теплота различных источников температурой 15—40°С (сточные воды, системы водооборотного охлаждения, водоемы и подземные источники тепловой воды);
-электрическая энергия.