Способ подземного сгущения гидросмеси и осветления воды и комплекс для его осуществления

 

Изобретение относится к угольной промышленности. Сущность изобретения: гидросмесь самотеком заливается в наклонные выработки. Сгущение производится под действием сил гравитации вследствие ее пропускания по восходящим и нисходящим участкам в нижней части наклонных выработок. Откачивание гидросмеси на нижней части наклонных выработок производят одновременно с ее сгущением. Комплекс включает наклонные параллельные выработки, нижние части которых соединены выработкой, имеющей участки с переменным углом наклона. Эта выработка имеет перегородки на концах и между отдельными участками. Наклонные выработки делятся на рабочие шламовые, оборотные воды и аварийные. Напорный патрубок углесоса, всасывающий патрубок которого гидравлически сообщен с нижней частью шламовой выработки, сообщен с нижней частью первой, по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку наклонной выработки. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при подземной разработке полезного ископаемого, для переработки угля с выделением технологической воды при добычных процессах с гидротранспортом.

Известен способ подземной переработки угля, включающий транспортирование горной массы от очистного забоя до классификатора, разделение пульпы на воду и уголь, классификацию угля на два продукта, формирование подвижного фильтрующего слоя из второго продукта переработки и гранулированного материала плотностью, превышающей плотность угля. В качестве гранулированного материала в способе используются металлические шарики. Технологическую (осветленную) воду отделяют поэтапно на подготовительном участке в зоне приема пульпы и на рабочем участке в зоне обезвоживания. Воду, полученную с подготовительного участка, возвращают на фильтрующий слой, а полученную с рабочего участка направляют в очистные забои [1] Использование данного способа не получило широкого распространения из-за его сложности, многоэтапности. Необходимость использования металлических шариков приводит к необходимости применения автономной системы по их отделению, системы осушения. Способ использует дополнительный энергоноситель. Производительность способа ограничивается его многоэтапностью: пульпу пропускают через грохоты, через фильтрующие устройства. Большое количество оборудования, грохоты, пневмоустановки, фильтрующие устройства, устройства для отделения металлических шариков и т.д. снижают надежность способа, делают его энергоемким и трудоемким.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подземной переработки угля, включающий безнапорную транспортировку гидросмеси, сбор и заполнение угля в объемы, выполненные в виде наклонных выработок, вытеснение воды из объемов и сбор ее в объемы для оборотной воды, сгущение угля под действием сил гравитации, транспортирование угля на поверхность. Воду отделяют от угля не только вытеснением ее из заливаемого объема в следующий свободный, но и после заполнения путем слива ее через окно в нижнем торце объема. Объемы в нижней части выполняют глухими, а в нижней их части выполняют перепускные окна для слива воды. Слив воды и выемку угля из объема производят раздельными операциями: сначала сливают через окно в нижней части объема отстоявшуюся и слившуюся туда воду, затем принудительно из этих объемов выгружают уголь. Воду накапливают в объемах для слива воды, где из нее выпадает в осадок шлам, и подают ее в забой, шлам периодически вычищают из объемов [2] Область применения известного способа ограничивается это цикличностью: гидросмесь заливается в объем, затем сливается вода, потом выгружается уголь, после этого объем вновь заливается гидромесью и т.д. Уголь из объема выгружается принудительно, для этого в способе используются ворошители, точнее шнековые транспортеры, выталкивающие уголь через окно в днище объема. Насыщение технологии техникой, ее обслуживание, футеровка выработок, принудительные операции по осветлению воды, ее транспортировке, выгрузке угля делают способ энергоемким, а значит дорогостоящим, снижают его надежность и производительность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому комплексу для подземного сгущения гидросмеси и осветления воды является комплекс подземной переработки угля, включающий параллельные наклонные выработки, верхние части которых соединены аккумулирующим штреком, выполненным с уклоном, а нижние выполнены с окном и запорным устройством для порционного выпуска гидросмеси в промежуточный бункер. Комплекс имеет установленные в наклонных выработках ворошителя, предупреждающие слеживаемость угля и облегчающие его выгрузку, камеру с углесосами и камеру с пульповодами для транспортирования гидросмеси на поверхность. Часть наклонных выработок комплекса, расположенных по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку ниже предназначенных для сбора гидросмеси рабочих выработок, служат для сбора вытесненной из рабочих выработок воды. Комплекс содержит также камеру приготовления гидросмеси.

Известный комплекс имеет недостаточную надежность, поскольку использует механизмы для ворошения угля, и в случае выхода их из строя затруднена выгрузка угля из наклонных выработок. Предусматривает промежуточные выработки для осуществления операций. Управление и обслуживание механизмов вращения, запорных устройств, аппаратуры контроля увеличивает трудозатраты и снижает производительность комплекса.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности и надежности гидравлического транспортирования и гидравлического способа добычи полезных ископаемых в целом, за счет упрощения комплекса технологического оборудования, снижения затрат на переработку и транспортирование, уменьшение количества операций, повышение удобства управления, что приведет к снижению себестоимости полезного ископаемого и повышению производительности его добычи.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе подземного сгущения гидросмеси и осветления воды, включающем безнапорную транспортировку гидросмеси из забоя, самотечное заливание ее из аккумулирующего штрека в объемы, выполненные в виде наклонных выработок, которые по ходу течения гидросмеси по аккумулирующему штреку разделяют на рабочий и шламовый, вытеснение воды из рабочего объема в шламовый, сбор воды в объем для оборотной воды и подачу ее в забой, сгущение гидросмеси в нижней части наклонных выработок путем осаждения твердой составляющей из смеси под действием сил гравитации и транспортирование ее на поверхность, откачивание гидросмеси из нижней части наклонных выработок производят одновременно с ее сгущением, а вытеснение воды производят путем пропускания ее по восходящим и нисходящим участкам в нижней части наклонных выработок.

Одновременное со сгущением откачивание гидросмеси из объемов позволяет уйти от цикличности и создать непрерывный цикл добычи, транспортирования гидросмеси в объемы, сгущения, транспортирования сгущенной гидросмеси на поверхность, а осветленной воды в забои. Позволяет уйти от необходимости операций осаждения угля, слива воды, ворошения угля и его выгрузки из объема перед транспортированием, что снижает затраты на обогащение угля, на его транспортировку, повышает производительность технологической цепи.

Вытеснение воды по восходящим и нисходящим участкам в нижней части наклонной выработки дает основной эффект изобретения. Заливаемая в наклонные выработки гидросмесь ударяется о стенки в нижней части этих выработок. За счет резкого торможения и остановки движения взвешенные в воде твердые компоненты под действием сил гравитации тут же оседают. Вытесняемая вверх вода с оставшимися в ней взвешенными частичками начинает двигаться по восходящему наклонному участку. Движение по восходящему участку взвешенной в жидкости твердой частицы сопровождается действием на нее результирующей всех сил, которая направлена противоположно направлению движения. Происходит эффективное осаждение из взвеси твердых частиц, которые, осев на почву выработки, под действием сил гравитации начнут сползать по ней к днищу наклонной выработки, т. е. движение осевшей массы частиц твердого составляющего будет противоположно движению вытесняемой от днища воды. Под действием сил трения и соударения частиц эффект осветления увеличивается.

Для увеличения эффекта осветления воды вытесняемую из рабочего объема воду целесообразно подавать в нижнюю часть последующего объема для уменьшения эффекта смешивания и выбрасывания в верхнюю часть жидкости уже осевших частиц. При этом пропускание вытесненной из первого объема жидкости по нисходящему участку также работает на повышение эффективности осветления, создаются условия ламинарного течения, продолжается оседание частиц, начатое на восходящем участке, поэтому для получения наибольшего эффекта вытесняемую жидкость необходимо пропускать сначала по восходящему, а затем по нисходящему участку.

Для повышения эффекта осветления в верхней части восходящего участка отбор жидкости необходимо производить из верхней части потока, поскольку ближе к поверхности воды концентрация твердых взвешенных частиц уменьшается. С этой же целью необходимо процесс отбора воды в верхней части потока регулировать по объему отбираемой жидкости.

Эффективность способа подземного осветления воды может быть значительно повышена в случае подачи жидкости в шламовый объем в нижнюю его часть по нисходящему участку, а отбор воды из него в объем оборотной воды из верхней части. При этом жидкость имеет время отстояться, "грязная" жидкость, с наибольшей концентрацией "твердого", подается под слой уже выпавшего в осадок шлама и не "мутит" верхние чистые слои жидкости, которые и переливаются в объем оборотной воды. Объем для оборотной воды целесообразно не отдельно выполнять, а использовать для этого одну из наклонных параллельных выработок, расположенных ниже по аккумулирующему штреку.

Для уменьшения времени очистки шламового объема от осадка, более точного определения времени окончания операции откачки шлама, а также исключения размешивания отстоянной жидкости, отбор шлама производят путем откачивания его из нижней части шламовой наклонной выработки и подачей в нижнюю часть наклонной выработки рабочего объема.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что в комплексе для подземного сгущения гидросмеси и осветления воды, включающем параллельные наклонные выработки, верхние части которых соединены аккумулирующим штреком, имеющим уклон для безнадпорного транспортирования по нему гидросмеси, камеру приготовления гидросмеси, камеру с углесосами и камеру с пульповодами, нижние частиц наклонных выработок соединены дополнительной выработкой, имеющей участки с переменным углом наклона.

Соединение нижних участков дополнительной выработки вместо выполнения их с окнами для выпуска воды и угля в известном решении позволяет реализовать главное преимущество: отказаться от целого ряда дополнительных устройств (ворошителей, выпускных механизмов, систем их управления и контроля, обслуживающего их персонала и т.д.), упростить комплекс сгущения, повысить его надежность, снизить кап. затраты на его обслуживание, избежать остановок технологического процесса из-за поломок оборудования, закупорки окон для выгрузки и т.д. Наличие данного признака позволяет осуществлять процесс сгущения, откачивания и транспортирования сгущенной гидросмеси непрерывно, все процессы при этом совмещены во времени и работают друг на друга, так процесс сгущения интенсифицирует процесс откачивания, процесс откачивания интенсифицирует процесс транспортирования и наоборот. Простота процесса сгущения и его эффективность снижает непроизводительные затраты на перекачивание лишних объемов воды, уменьшает нагрузку на обогатительные фабрики, повышает производительность технологического цикла и снижает себестоимость конечного продукта.

Выполнение участков дополнительной выработки с переменным углом наклона позволяет повысить эффективность процесса сгущения гидросмеси и осветления воды, что было описано выше, а также в ограниченном объеме увеличить длину (путь) прохождения гидросмеси, потому что на большей длине пути из этого же объема гидросмеси выпадает и большее количество осадков. Выполнение участков дополнительной выработки с переменным углом наклона позволяет, таким образом, сделать более компактным околоствольный двор шахты, снизить капитальные затраты за счет уменьшения длины производимых выработок.

Концевые участки дополнительной выработки с целью снижения капитальных затрат при этом могут быть выполнены горизонтальными.

В дополнительной выработке могут быть выполнены несколько участков с переменным углом наклона, но как минимум наличие одного участка, расположенного между первыми двумя по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку наклонными выработками необходимо для реализации предлагаемого способа сгущения гидросмеси и осветления воды с описанным выше эффектом.

Участок с переменным углом наклона, расположенный между наклонными выработками, может быть выполнен как минимум с одним восходящим и одним нисходящим участками, т.е. представлять собой ломаную линию, вершина которой может быть расположена в центре. Это может быть сделано с целью упрощения, для снижения затрат по проведению такого участка.

Оптимальным вариантом расположения вершины является такое, при котором она расположена выше уровня почвы нижних участков наклонных выработок, такая схема наиболее проста и эффективнее схемы, при которой вершина расположена ниже уровня почвы нижних участков наклонных выработок, хотя такая схема также может применяться в каких-либо условиях.

Для ограждения выработок околоствольного двора от потоков гидросмеси на концевых участках дополнительной выработки устанавливают перегородки, а для контроля и визуального осмотра, а также слива части жидкости в случае необходимости в перегородках выполняют перепускные окна с шиберами.

Участки дополнительной выработки, прилегающие к наклонным выработкам, также имеют перегородки, причем перегородки, выполненные на границе участков, смежных с наклонными выработками, за исключением участков с переменным углом наклона, выполнены глухими, а перегородки, установленные на вершинах участков с переменным углом наклона, выполнены в виде шиберов. Это позволяет регулировать расход отбираемой жидкости из верхней части восходящего потока гидросмеси и увеличивать эффект осветления и сгущения.

Для эффективной работы комплекса всасывающие патрубки углесосов гидравлически сообщены с нижней частью наклонных выработок, т.е. откачивание гидросмеси осуществляется непосредственно в зоне сгущения, этим обеспечивается необходимая консистенция гидросмеси и в трубопроводе и у днища наклонной выработки, чтобы избежать разделения твердой и жидкой фракций в гидросмеси. Данное разделение чревато тем, что может произойти закупорка всасывающей системы.

Для безопасного и эффективного функционирования комплекс должен содержать как минимум одну рабочую, в которую из аккумулирующего штрека заливается гидросмесь, одну шламовую, в которую после сгущения через участок с переменным углом наклона подается жидкость, одну для оборотной воды и одну аварийную наклонную выработку.

Для повышения эффективности процесса путем уменьшения смешивания напорный патрубок углесоса, всасывающий патрубок которого гидравлически сообщен с нижней частью шламовой наклонной выработки, гидравлически сообщен с нижней частью первой по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку, наклонной выработкой.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез дополнительной выработки; на фиг. 2 вид в плане, этой выработки с прилегающими к ней наклонными выработками, камеры углесосов и камеры трубопроводов; на фиг.3 принципиальная технологическая схема комплекса.

На чертеже показаны параллельные наклонные выработки в виде рабочих 1 и 2, шламового 3, для оборотной воды 4 и аварийного 5 объемов. Нижние части наклонных выработок соединены дополнительной выработкой 6, имеющей концевые горизонтальные участки 7 и участки с переменным углом наклона, выполненные в виде ломаной линии, которые, в свою очередь, имеют восходящие 8 и 9 и нисходящие 10 и 11 участки. На вершинах ломаной линии границе пересечения восходящих и нисходящих участков установлены перегородки 12 и 13, которые могут быть выполнены регулируемыми в виде шиберов. Дополнительную выработку 6 отгораживают от других выработок околоствольного двора установленными на ее концевых участках 7 перегородками 14 и 15, в верхней части которых выполняют перепускные окна 16 с шиберами. Перегородки в дополнительной выработке 6 устанавливают также между шламовым объемом 3, объемом оборотной воды 4 и аварийным объемом 5. Ниже дополнительной выработки 6 пройдены камера 17 с установленными в ней углесосами 18 и камера пульповодов 19. Выкачивание сгущенной гидросмеси из рабочего объема 1 производят углесосами рабочими 20 и 21, 22 и 23 и резервными 24 и 25, 26 и 27, которые работают парами, один углесос в паре выполняет функцию подпорного, а другой напорного. Всасывающие патрубки углесосов гидравлически сообщены с нижней частью наклонной выработки 1. Из рабочего объема 2 выкачивание сгущенной гидросмеси ведут углесосами рабочими 28 и 29 и резервными 30 и 31, всасывающие патрубки которых гидравлически сообщены с нижней частью наклонной выработки 2, а также 3, поскольку этими же углесосами откачивают по мере накопления шлам, а напорные патрубки углесосов 28 и 29 и 30 и 31 гидравлически сообщены с нижней часть наклонной выработки 1. Выкачивание осветленной воды из наклонной выработки 4 производят углесосами: рабочим 32 и резервными 33 и 34.

Способ осуществляют следующим образом.

Смесь полезного ископаемого и жидкость (гидросмесь) поступает из забоев и камеры пульпоприготовления в аккумулирующий штрек (не изображен) и заливается в рабочий объем 1. По почве выработки 1 гидросмесь поступает в нижнюю часть наклонной выработки, где происходит резкое ее торможение, в результате чего частицы твердого составляющего (куски) в гидросмеси выпадают в осадок. Накапливаясь у днища, куски вытесняют жидкость наверх. Идет накопление гидросмеси, которая с одной стороны упирается в перегородку 14, с другой стороны начинает подниматься по восходящему участку 8. Под действием результирующих сил, направленных против направления движения гидросмеси по восходящему участку 8, твердые частицы интенсивно выпадают в осадок и опускаютcя на почву восходящего участка, создавая противоток вытесняемой жидкости и увеличивая эффект осаждения. Дойдя до перегородки 12, гидросмесь опять претерпевает торможение, что является очередным интенсификатором осаждения твердого из гидросмеси. Дойдя до верхнего края перегородки 12, жидкость начинает переливаться на почву нисходящего участка 10 выработки 6. Перетекая и накапливаясь в нижней части наклонной выработки 2, продолжается осаждение шлама (мелких частиц) из гидросмеси и вытеснение жидкости по восходящему участку 9. Потерявшая значительную часть взвешенных в ней частиц, жидкость, дойдя до верхнего края перегородки 13, переливается на почву нисходящего участка 11 и, стекая, накапливается в наклонной выработке 3. Перелив отстоявшейся в выработке 3 воды в выработку 4 осуществляется через верхние участки выработок 3 и 4.

Сгущенная гидросмесь из нижней части наклонной выработки 1, с днищем которой гидравлически сообщены всасывающие патрубки рабочих 20 и 21, 22 и 23 и резервных 24 и 25 и 26 и 27 углесосов, подается на поверхность. Наклонная выработка 2 также может служить рабочим объемом в случае поступления из забоев большого количества гидросмеси. В этом случае сгущенную гидросмесь на поверхность будут откачивать углесосы 28 и 29 и резервные 30 и 31. Углесосы применяются серийно выпускаемые типа 12У-10 в качестве подпорного и 14УВ-6 в качестве напорного. Накопившийся в шламовом объеме 3 шлам перекачивается углесосами 28 и 29 в нижнюю часть наклонной выработки 1 под слой выпавшего в осадок из гидросмеси полезного ископаемого.

Осветленная вода из объема оборотной воды 4 углесосами: рабочим 32 или резервными 33 и 34 подается в забой.

Формула изобретения

1. Способ подземного сгущения гидросмеси и осветления воды, включающий безнапорную транспортировку гидросмеси из забоя, самотечное заливание ее из аккумулирующего штрека в объемы, выполненные в виде наклонных выработок, которые по ходу течения гидросмеси по аккумулирующему штреку разделяют на рабочий и шламовый, вытеснение воды из рабочего объема в шламовый, сбор воды в объем для оборотной воды и подачу ее в забой, сгущение гидросмеси в нижней части наклонных выработок путем осаждения твердой составляющей из смеси под действием сил гравитации и транспортирование ее на поверхность, отличающийся тем, что откачивание гидросмеси из нижней части наклонных выработок производят одновременно с ее сгущением, а вытеснение воды производят путем пропускания ее по восходящим и нисходящим участкам, соединяющим нижние части наклонных выработок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вытесненную из рабочего объема жидкость подабт в нижнюю часть последующего объема.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вытесняемую жидкость пропускают сначала по восходящему, а затем по нисходящему участкам.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в конце восходящего участка отбор жидкости производят в верхней части потока.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что количество отбираемой жидкости регулируют.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор воды из шламового объема в объем оборотной воды производят в верхней части шламового объема путем ее вытеснения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор шлама из шламового объема производят путем откачивания его из нижней части наклонной выработки и подачей в нижнюю часть наклонной выработки рабочего объема.

8. Комплекс для подземного сгущения гидросмеси и осветления воды, включающий параллельные наклонные выработки, верхние части которых соединены аккумулирующим штреком, имеющим уклон для безнапорного транспортирования по нему гидросмеси, камеру приготовления сгущенной гидросмеси, камеру с углесосами и камеру с пульповодами, отличающийся тем, что нижние части наклонных выработок соединены дополнительной выработкой, имеющей участки с переменным углом наклона.

9. Комплекс по п. 8, отличающийся тем, что концевые участки дополнительной выработки выполнены горизонтальными.

10. Комплекс по п.8, отличающийся тем, что участок с переменным углом наклона расположен как минимум между первыми двумя по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку наклонными выработками.

11. Комплекс по п.8, отличающийся тем, что участок с переменным углом наклона выполнен в виде ломаной линии с вершиной в ее центре.

12. Комплекс по пп. 8 и 11, отличающийся тем, что вершина расположена выше уровня почвы нижних участков наклонных выработок.

13. Комплекс по пп. 8 и 9, отличающийся тем, что на концевых участках дополнительной выработки выполнены перегородки.

14. Комплекс по пп. 8,9 и 13, отличающийся тем, что в верхней части перегородок выполнены перепускные окна с шиберами.

15. Комплекс по п.8, отличающийся тем, что в дополнительной выработке на границе участков, смежных с наклонными выработками, установлены перегородки.

16. Комплекс по пп.8,11,12 и 15, отличающийся тем, что перегородки, разделяющие участки дополнительной выработки с переменным углом наклона, установлены на вершинах.

17. Комплекс по пп.8,11,12,15 и 16, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде шиберов.

18. Комплекс по п.8, отличающийся тем, что всасывающие патрубки углесосов гидравлически сообщены с нижней частью наклонных выработок.

19. Комплекс по п.8, отличающийся тем, что он состоит как минимум из одной рабочей, одной шламовой, одной для оборотной воды и одной аварийной наклонных выработок.

20. Комплекс по пп.8 и 18, отличающийся тем, что напорный патрубок углесоса, всасывающий патрубок которого гидравлически сообщен с нижней частью шламовой выработки, сообщен с нижней частью первой по ходу движения гидросмеси по аккумулирующему штреку наклонной выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3