Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза

Авторы патента:

СУН, Тяньци (CN)

ВАН, Фэнвань (CN)

ЧЖАН, Цзисюн (CN)

ЛИ, Цзюньмэн (CN)

ДУН, Цзихун (CN)

E21F15/00 - Способы и устройства для закладки выработанного пространства (перемычки E21F 17/103)

C02F1/48 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

Владельцы патента RU 2712982:

ЧАЙНА ЮНИВЕРСИТИ ОФ МАЙНИНГ ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ (CN)

Изобретение относится к системам контроля миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт и, в частности, к системе для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза. Система содержит источник постоянного тока, токопроводящие пластины, решетчатые трубы, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос. В выработанном пространстве параллельно угольному забою на определенном расстоянии друг от друга размещены токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, при этом длина каждого ряда равна длине угольного забоя; два соседних ряда токопроводящих пластин соединены с разными полюсами источника постоянного тока, при этом решетчатые трубы уложены под токопроводящими пластинами, соединенными с отрицательным полюсом источника тока. Ионы тяжелых металлов под действием электрического поля могут концентрироваться вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника тока; затем откачивающий насос приводится в действие, чтобы по решетчатым трубам и сборному трубопроводу отводить в резервуар для воды грязную воду, которая после этого посредством дренажного насоса выводится на поверхность для обработки. Благодаря настоящему изобретению можно эффективно регулировать миграцию ионов тяжелых металлов во вмещающей породе в выработанном пространстве и снижать уровень загрязнения проходящих рядом подземных вод ионами тяжелых металлов в материале для заполнения выработанного пространства в виде пустой угольной породы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к системам контроля миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт и, в частности, к системе для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза.

Уровень техники

[0002] В результате применения и развития технологии добычи угля с закладкой пустой породы пустая угольная порода после закладки в выработанное пространство подвергается длительному вымыванию и пропитыванию шахтными водами, при этом ионы содержащихся в них тяжелых металлов выделяются из пустой угольной породы, и миграция большого количества ионов тяжелых металлов во вмещающей породе в выработанном пространстве будет оказывать определенное влияние на проходящие рядом подземные воды. Из известного уровня техники пока не известно эффективного способа контроля миграции ионов.

Суть изобретения

[0003] Цель настоящего изобретения заключается в компенсации недостатков контроля над загрязнением окружающей среды элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт, и согласно изобретению предложена система регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт на основе принципов электрофореза, которая собирает и удаляет ионы тяжелых металлов в выработанном пространстве и защищает подземные воды, проходящие в области месторождения.

[0004] Согласно настоящему изобретению система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза содержит источник постоянного тока, несколько рядов токопроводящих пластин, несколько решетчатых труб, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос.

[0005] Все указанные решетчатые трубы уложены на дне выработанного пространства, от места открытия забоя расположены друг от друга на определенном расстоянии L параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина указанных решетчатых труб равна длине угольного забоя; решетчатые трубы снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и снаружи обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси.

[0006] Указанный сборный трубопровод размещен в штреке; все решетчатые трубы соединены со сборным трубопроводом; указанный откачивающий насос установлен на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды; отверстие для выпуска воды откачивающего насоса выполнено сообщающимся с указанным резервуаром для воды; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса.

[0007] Указанный резервуар для воды снабжен датчиками уровня воды и дренажным насосом.

[0008] Указанные токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, от места открытия забоя в выработанном пространстве расположены друг от друга на расстоянии L/2 параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя; токопроводящие пластины установлены вертикально; ряды токопроводящих пластин, расположенные на решетчатых трубах, соединены с отрицательным полюсом указанного источника постоянного тока; остальные ряды токопроводящих пластин соединены с положительным полюсом источника постоянного тока.

[0009] Предпочтительно указанные токопроводящие пластины выполнены высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см.

[0010] Предпочтительно расстояние L между указанными трубами для грязной воды составляет 10-40 м.

[0011] Технические принципы и принцип работы системы для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза согласно настоящему изобретению следующие: элементы тяжелых металлов в виде положительных ионов, выделяемые материалом для закладки выработанного пространства угольных шахт, находятся в воде, скапливающейся в выработанном пространстве; под действием силы электрического поля между двумя рядами токопроводящих пластин, соединенными с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного тока, положительные ионы тяжелых металлов в воде перемещаются в направлении токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока; на токопроводящих пластинах, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; под токопроводящими пластинами размещены решетчатые трубы. Когда концентрация ионов тяжелых металлов вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, повышается до предварительно установленной величины, датчики на токопроводящих пластинах немедленно приводят откачивающий насос в работу; когда концентрация ионов тяжелых металлов в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса понижается до предварительно установленной величины, датчики в области отверстия для выпуска воды немедленно останавливают работу откачивающего насоса. В резервуаре для воды установлены датчики уровня воды; когда в резервуаре для воды уровень воды повышается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно приводят дренажный насос в работу; когда в резервуаре для воды уровень воды понижается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно останавливают работу дренажного насоса.

[0012] Благодаря настоящему изобретению компенсируются недостатки контроля над загрязнением окружающей среды элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт; способ получения простой и технически возможный; в отношении ионов тяжелых металлов, выделяемых материалом для закладки выработанного пространства угольных шахт, может осуществляться эффективный сбор и удаление, и, таким образом, регулируется уровень загрязнения проходящих рядом подземных вод элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт; кроме того, то, что система работает на электрической энергии, является экономически целесообразным.

Описание прилагаемых графических материалов

[0013] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение размещения системы для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза согласно настоящему изобретению в выработанном пространстве.

[0014] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение сверху размещения токопроводящих пластин согласно настоящему изобретению в выработанном

пространстве.

[0015] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение соединения токопроводящих пластин с зажимами согласно настоящему изобретению.

[0016] На фигурах: 1 - источник постоянного тока; 2 - токопроводящая пластина; 3 - решетчатая труба; 4 - сборный трубопровод; 5 - откачивающий насос; 6 -резервуар для воды, 7 - дренажный насос; 8 - зажим.

Конкретные способы осуществления

[0017] Ниже настоящее изобретение описано более подробно на основании варианта осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы:

Как показано на фиг. 1, от места открытия забоя и по мере подвигания угольного забоя через каждые 10-40 м параллельно угольному забою на дне выработанного пространства последовательно уложены решетчатые трубы 3 с длиной, равной длине угольного забоя. Решетчатые трубы 3 снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы 3 по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси.

[0018] Как показано на фиг. 1 и 2, от места открытия забоя через каждые 5-20 м параллельно угольному забою в выработанном пространстве расположены токопроводящие пластины 2, последовательно соединенные друг с другом в ряд, при этом длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя. Каждая токопроводящая пластина выполнена с высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см; как показано на фиг. 3, эти токопроводящие пластины опираются на несколько зажимов 8, закрепленных на дне, для сохранения вертикального положения и обеспечения соединения в электрическую цепь; промежуток между двумя соседними зажимами в одном ряду составляет 2 м; кроме первого и последнего, которые фиксируют только по одной токопроводящей пластине снаружи, зажимы в каждом ряду фиксируют по две токопроводящие пластины, установленные друг за другом. С рядами токопроводящих пластин, расположенных на решетчатых трубах 3, соединен отрицательный полюс источника 1 постоянного тока, а с остальными рядами токопроводящих пластин соединен положительный полюс источника 1 постоянного тока.

[0019] Все решетчатые трубы 3 открываются в сборный трубопровод 4, размещенный в штреке; сборный трубопровод 4 открывается в предварительно построенный резервуар 6 для воды; на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды, установлен откачивающий насос 5; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса 5.

[0020] Резервуар 6 для воды со всех сторон и в нижней части подвергается обработке для обеспечения герметичности; в резервуаре для воды установлены датчики уровня воды; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка дренажного насоса 7.

[0021] Под действием силы электрического поля между двумя рядами токопроводящих пластин, соединенными с положительным и отрицательным полюсами источника 1 постоянного тока, положительные ионы тяжелых металлов в воде перемещаются в направлении токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока; на токопроводящих пластинах, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; под токопроводящими пластинами размещены решетчатые трубы 3. Когда концентрация ионов тяжелых металлов вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, повышается до предварительно установленной величины, датчики на токопроводящих пластинах немедленно приводят откачивающий насос 5 в работу; когда концентрация ионов тяжелых металлов в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса понижается до предварительно установленной величины, датчики в области отверстия для выпуска воды немедленно останавливают работу откачивающего насоса 5. В резервуаре 6 для воды установлены датчики уровня воды; когда в резервуаре для воды уровень воды повышается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно приводят дренажный насос 7 в работу; когда в резервуаре для воды уровень воды понижается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно останавливают работу дренажного насоса 7.

1. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза, содержащая источник постоянного тока, несколько рядов токопроводящих пластин, несколько решетчатых труб, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос, отличающаяся тем, что все указанные решетчатые трубы уложены на дне выработанного пространства, от места открытия забоя расположены друг от друга на определенном расстоянии L параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина указанных решетчатых труб равна длине угольного забоя; решетчатые трубы снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и снаружи обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси;

указанный сборный трубопровод размещен в штреке; все решетчатые трубы соединены со сборным трубопроводом; указанный откачивающий насос установлен на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды; отверстие для выпуска воды откачивающего насоса выполнено сообщающимся с указанным резервуаром для воды; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса;

указанный резервуар для воды снабжен датчиками уровня воды и дренажным насосом;

указанные токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, от места открытия забоя в выработанном пространстве расположены друг от друга на расстоянии L/2 параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя; токопроводящие пластины установлены вертикально; ряды токопроводящих пластин, расположенные на решетчатых трубах, соединены с отрицательным полюсом указанного источника постоянного тока; остальные ряды токопроводящих пластин соединены с положительным полюсом источника постоянного тока.

2. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза по п. 1, отличающаяся тем, что указанные токопроводящие пластины выполнены высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см.

3. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние L между указанными решетчатыми трубами составляет 10-40 м.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной добыче руд, и может быть использовано при разработке наклонных рудных тел малой мощности. В способе отработки наклонных рудных тел малой мощности верхнюю и нижнюю поверхности отбиваемого слоя руды располагают несогласно с горизонтальной поверхностью навала закладки под углом к висячему боку, равным или меньшим 110°, а рабочее пространство в зависимости от мощности рудного тела в поперечном сечении формируют в виде треугольника или многоугольника с шатровой формой кровли.

Способ разработки месторождений полезных ископаемых // 2685009

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке рудных месторождений. Одновременно с отработкой добычных блоков кондиционной без вредных примесей руды осуществляют отработку и сортировку по кондиционности рудной массы добычных блоков кондиционных труднообогатимых с вредными примесями руд.

Способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород // 2684647

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых при камерной и камерно-столбовой системах разработки с закладкой выработанного пространства.

Способ определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна // 2676770

Изобретение относится к способу определения длины заполняемой секции полностью механизированного угледобывающего заполняющего смешивающего шахтного комбайна. Техническим результатом является обеспечение простого безопасного надежного и высокопроизводительного способа.

Способ упрочнения гидрозакладочного массива // 2675118

Изобретение относится к способу упрочнения гидрозакладочного массива и может быть использовано при добыче минерального сырья при отработке устойчивых руд камерными системами с гидрозакладкой выработанного пространства.

Способ создания техногенных месторождений нефти в литосфере // 2672902

Изобретение относится к области производства вторичных видов топлива и может быть использовано для утилизации жидких биологических отходов с одновременным производством биотоплива, сходного по составу с сырой природной нефтью.

Устройство для защиты пространств, являющихся объектами природных и техногенных образований, и способ его возведения // 2660949

Изобретение относится к области строительства и может использоваться в горной промышленности, транспортных и гидротехнических системах, для защиты надземных и подземных пространств, являющихся объектами природных и техногенных образований, при ликвидации оползней и провалов, а также может быть использовано при создании объектов на других земных и внеземных пространствах.

Способ подземной разработки наклонных рудных залежей // 2651727

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке наклонных рудных месторождений полезных ископаемых на больших глубинах в условиях повышенного горного давления.

Способ разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд // 2648371

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки крутопадающих месторождений неустойчивых руд. Способ включает проходку буродоставочных ортов, выемку полезного ископаемого ориентированными вкрест протирания горизонтальными или слабонаклонными камерами полигональной формы, со смещением камер смежных этажей на половину их ширины, с выемкой руды отбойкой взрывом скважин и закладкой выработанного пространства.

Способ раздельной разработки и транспортировки мощных угольных пластов с пустой породой и закладки выработанного пространства пустой породой // 2645694

Изобретение относится к области горного дела. Способ раздельной разработки и транспортировки мощных угольных пластов с пустой породой и засыпки выработанного пространства пустой породой включает прокладку транспортного штрека (1) и дорожного полотна (2), расположенных параллельно в шахте.

Антисептическое средство для обработки сточных вод // 2712911

Изобретение может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве. В качестве антисептического средства для обработки сточных вод применяют измельченный ячеистый бетон плотностью 800 кг/м3, пропитанный в течение 48 часов одномолярным раствором нитрата свинца.

Устройство для обработки водопроводной воды // 2712909

Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано на объектах АПК, ЖКХ, пищевой, медицинской, фармацевтической, электронной и радиотехнической промышленности.

Устройство для очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и маслонефтепродуктов // 2712908

Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано для локальной очистки ливневых и талых стоков с территорий промышленных и автотранспортных предприятий, автозаправочных станций и станций технического обслуживания автомобилей.

Способ модифицирования целлюлозосодержащих сорбентов для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // 2712907

Изобретение относится к способам модифицирования природных целлюлозосодержащих сорбентов. Способ предусматривает двухстадийную обработку материала, выбранного из хлопковой или древесной целлюлозы, короткого льняного волокна, древесных опилок или стеблей топинамбура.

Устройство утилизации очищенных сточных вод // 2712700

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для утилизации очищенных сточных вод. Устройство утилизации очищенных сточных вод включает накопитель очищенных сточных вод 2 и корпус 1, выполненный в виде обечайки, закрытой с торцевых сторон передней и задней крышками, при этом внутри корпуса последовательно установлены сначала побудитель расхода наружного воздуха 6, а затем сопло Лаваля 7, в передней крышке корпуса выполнено отверстие, к которому подсоединена труба подвода потока наружного воздуха 5 в суживающуюся часть сопла Лаваля, в задней крышке корпуса выполнено отверстие, к которому подсоединена труба отвода паровоздушного потока 11 из расширяющейся части сопла Лаваля, кроме того, в самом узком поперечном сечении сопла Лаваля 7, расположенном в месте сопряжения его частей, установлены с равномерным шагом по всей окружности упомянутого сечения форсунки туманообразования, входы которых подключены к раздающему коллектору, соединенному с накопителем очищенных сточных вод 2 посредством трубопровода подачи очищенных сточных вод 3, снабженного водяным насосом 4 и проходящего через отверстие в корпусе 1.

Способ очистки грунтовых вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов // 2712692

Изобретение относится к очистке грунтовых вод в районах интенсивной добычи и переработки нефти. Способ очистки грунтовых вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов включает фильтрование грунтовых вод в геохимическом барьере, заполненном минеральным зернистым материалом - силицированным кальцитом фракции 20-40 мм.

Способ получения католитов-антиоксидантов электроактивированных водных растворов солей и их хранение // 2712614

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, медицине. Способ получения католитов-антиоксидантов включает обработку постоянным электрическим током исходных растворов в катодной и анодной камере установки с непроточным диафрагменным электролизером.

Электробаромембранный аппарат комбинированного типа // 2712599

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, микробиологической, медицинской, пищевой и других областях промышленности.

Дегазирующее устройство для анаэробного очистного устройства // 2712581

Изобретение относится к дегазирующему устройству для анаэробного очистного устройства. Устройство (30) разделения газа и жидкости для анаэробного очистного устройства, предназначенного для очистки сточных вод, содержит восходящую трубу (32) для газа и жидкости; разделительную трубу (34), соединенную с восходящей трубой (32) для газа и жидкости, при этом разделительная труба образует угол с плоскостью, перпендикулярной восходящей трубе для газа и жидкости, от -45 градусов до +45 градусов, и разделительная труба (34) выполнена с возможностью, в ходе работы, приема текучей среды из восходящей трубы (32) для газа и жидкости; по меньшей мере один выпуск (35) газа из трубы, расположенный, в ходе работы, на поверхности разделительной трубы (34), обращенной от земли, при этом по меньшей мере один выпуск (35) газа из трубы выполнен с возможностью, в ходе работы, отведения по меньшей мере части газа из разделительной трубы (34) вовне устройства разделения газа и жидкости; гидроциклон (36), соединенный с разделительной трубой (34), при этом гидроциклон выполнен с возможностью, в ходе работы, приема текучей среды из разделительной трубы; по меньшей мере один выпуск (37) газа из гидроциклона, выполненный с возможностью, в ходе работы, отведения газа, поступающего в гидроциклон (36), вовне гидроциклона; и выпуск жидкости (38), выполненный с возможностью, в ходе работы, отведения дегазированной текучей среды из гидроциклона.

Автоматизированная система водоподготовки // 2712573

Изобретение может быть использовано в водоочистке. Автоматизированная система водоподготовки включает контур циркуляции воды, в который входят сообщающиеся между собой посредством трубопроводов комплект очистительного оборудования и водозаполняемый резервуар 13, управляемый программно-логическим устройством 1 (ПЛУ), соединенным через разъемы интерфейса управления с измерительно-управляющими контроллерами 2, соединенными с датчиками 6, 7, 8 и исполнительными механизмами.