ГИДРОУЧАСТОК ДЛЯ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПОДЗЕМНЫМ ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
HYDRAULIC SITE FOR COAL SEAM MINING WITH UNDERGROUND CLOSED-CYCLE WATER SUPPLY

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной гидравлической технологии добычи угля.
Известна гидрошахта [1], которая включает основные звенья: подземные горные выработки и установки; поверхностный комплекс обогащения и обезвоживания гидросмеси; комплекс осветления воды системы замкнутого водоснабжения. Источником воды является шахтный водоотлив, обеспечивающий в период пуска накопление воды в отстойниках и резервуарах, а в процессе эксплуатации восполняет ее потери.
При выемке и транспортировке горной массы используется высоконапорное, низконапорное и смешанное водоснабжение гидрошахт.
Высоконапорное водоснабжение обеспечивает напоры воды от 8,0 до 16,0 МПа, позволяющие вести гидроотбойку угля.
Низконапорное водоснабжение используется для систем гидравлического транспортирования горной массы, отбитой с помощью механогидравлических комбайнов и для пылеподавления. Смешанное водоснабжение применяется при совместной гидравлической и механогидравлической отбойке.
Общая технологическая схема работы гидрошахт с комплексной гидромеханизацией основных процессов включает: подачу технологической воды в очистные и подготовительные забои к гидромониторам высоконапорными насосами, установленными на поверхности; выдачу гидросмеси самотеком из забоев по желобам в зумпф углесосной камеры, откуда передается по пульповоду на дуговое сито; обработку крупных фракций угля и шлама на обезвоживающем грохоте и вертикальной центрифуге и выдачу их в железнодорожные бункера; отвод воды из центрифуги в поверхностные шламовые отстойники для окончательного осветления; выделение мелких фракций угля, отделяемых ситом, в сгустительных воронках, горизонтальных центрифугах и транспортирование их в железнодорожные бункера.
Очистная выемка угля в гидрошахтах ведется в коротких без крепления очистного пространства (гидромониторами, механогидравлическими комбайнами) и длинных лавах (механизированными комплексами с гидротранспортом угля).
Подготовительные горные выработки проходят по углю, смешанным забоем с присечкой боковых пород или по породе.
Основными недостатками гидрошахты являются высокая энергоемкость, необходимость больших капитальных затрат, большие потери угля.
Известен гидроучасток (гидрокомплекс) [2], как часть шахты или участок, на котором технологические процессы осуществляются с применением гидромеханизации.
Недостатком является отсутствие ограничений в пространстве горных работ.
Известен гидромодуль подземной добычи с замкнутым циклом водоснабжения [3], который включает оборудование по водоснабжению и созданию высокого рабочего напора воды, установленные по ходу технологической схемы забойное оборудование по гидроотбойке угля, дробилку, грохот, бункер для большей крупности, осветитель оборотной воды для сгущения пульпы и очистки воды. Он снабжен мельницей для тонкого помола угольных частиц в сгущенном угольном шламе, дополнительным бункером с дозатором для подачи в мельницу присаживаемого пластификатора и перемешивания его с угольным шламом. Осветитель выполнен в виде суспензионного сепаратора, расположенного с возможностью поступления в него самотеком подрешетного продукта из камеры грохотов и дальнейшего перетекания из него угольного шлама на мельницу, а осветленной воды - в двухступенчатый зумпф, первичное отделение которого содержит осветленную воду с большей концентрацией твердых частиц, чем во вторичном, и снабжено углесосом для направления этой воды в подготовительный забой к проходческому комбайну, а вторичное отделение снабжено последовательно установленными насосами для повышения давления воды и направления ее в очистной забой к гидромонитору. Грохот расположен в камере, сооруженной вблизи скипового ствола, а бункер для угля большей крупности выполнен в виде бункера опрокида.
Недостатком гидромодуля является сложность и наличие электрооборудования, которое снижает уровень безопасности шахты.
Известен способ разработки наклонных и крутых угольных пластов [4], который заключается в проведении на основном и вентиляционном горизонтах аккумулирующего и вентиляционного штреков, соединенных между собой диагональными выемочными выработками, оконтуривающими выемочные блоки угля. Подготовку очистных забоев и выемку угля ведут механогидравлическими, а для транспортировки отбитой горной массы используют самотечный гидротранспорт по почве выработок и желобам.
Недостатком способа является отсутствие замкнутого цикла водоснабжения.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ механогидравлической добычи угля [5], который включает отбойку угля, его гидротранспортирование, обогащение, грохочение, обезвоживание и водоснабжение потребителей, причем комплексно совмещают оптимизированные технологические звенья. Отбойку осуществляют путем избирательного разрушения угольного массива заходки с заданной крупностью скола. Эвакуацию отбитого угля из заходки потоком воды совмещают с одновременным его обогащением в заходке за счет оптимизированного угла ее наклона, крупности скола и дозированного объема подачи воды. Обезвоживание угля осуществляют на скребковом конвейере со шпальтовыми ситами, очищаемыми эластичными элементами, прикрепленными к скребкам конвейера. Сортировку угля производят с помощью дробильно-сортировочного комплекса, выполненного в виде гравитационно-скалывающей дробилки избирательного действия и скребково-щелевых классификаторов. Механическое разрушение угля могут производить стреловидным рабочим органом с дисковыми скалывающими фрезами.
Недостатком способа является отсутствие очистки воды для повторного применения в подземных условиях.
Задачей изобретения является разработка пологих, наклонных и крутых угольных пластов со сложными горно-геологическими условиями их залегания, имеющих нарушения, где традиционные способы добычи угля имеют низкие показатели.
Решение поставленной задачи достигаются тем, что вскрывающие и подготавливающие выработки проходят сдвоенными и/или одиночными забоями, которые оконтуривают выемочные блоки, барьерные и охранные целики, а подачу воды в забои осуществляют насосными станциями после ее очистки на обезвоживающих комплексах, в механизированных отстойниках и/или водосборниках, которые располагают в связанных между собой камерах, находящихся в нижних точках выемочного блока гидроучастка и имеющих выход в аккумулирующие выработки, по которым осуществляют гидротранспорт и отгрузку горной массы.
Обезвоживание горной массы и очистку воды производят в два этапа: на первом отделяют горную массу крупностью более 5 мм, а на втором - шлам крупностью + 0,03-5 мм.
Оставленные целики погашают после отработки запасов выемочного блока обратным ходом двухсторонними или односторонними заходками.
Очистку воды производят в механизированных отстойниках и/или водосборниках с применением комбинации технических средств и способов очистки технологической воды, например водонепроницаемые перегородки с перепуском воды у дна, тонкослойные осветлители типа «жалюзи и продольные», флотация, коагуляция, электрообработка воды постоянным пульсирующим током и др.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена технологическая схема гидроучастка.
На фиг. 2 представлена общая схема обезвоживания горной массы и очистки воды.
На чертежах приняты следующие условные обозначения: Выемочный блок 1 гидроучастка, барьерные и охранные целики 2 оконтуриваются спаренными со сбойками 3 вскрывающими 4, подготавливающими 5 и одиночными 6 выработками.
Подача воды в забои осуществляют насосными станциями 7, 8 после ее очистки на обезвоживающих комплексах 8, 9, которые располагают в связанных между собой сбойкой 11, служащей для перепуска воды, камерах, находящихся в нижних точках выемочного блока гидроучастка, имеющих выход в аккумулирующую вскрывающую выработку 4, по которой осуществляют гидротранспорт и отгрузку горной массы в вагонетки 12 или ленточный конвейер.
Обезвоживание горной массы и очистку воды производят в два этапа: на первом отделяют горную массу крупностью более 5 мм на обезвоживающем комплексе 9, а на втором - шлам крупностью + 0,03-5 мм обезвоживают на комплексе 10, при этом пульпа из обезвоживающего комплекса 9 поступает самотеком по диагональной сбойке 11 в головную часть обезвоживающего комплекса 10.
Очистку воды производят на втором этапе в обезвоживающем комплексе 9 шлама, в который устанавливают модули очистных устройств, реализующих способы очистки технологической воды, например водонепроницаемые перегородки с перепуском воды у дна, тонкослойные осветлители типа «жалюзи и продольные», флотация, коагуляция, электрообработка воды постоянным пульсирующим током и др.
Насосные станции 7 и 8 располагают в камере рядом с комплексом обезвоживания второго этапа или шахтным водосборником 13 и обеспечивают водоснабжение подготовительных 14 и гидромониторных забоев 15.
Реализация гидроучастков с подземным замкнутым циклом водоснабжения позволяет локально отрабатывать на пологих пластах запасы со сложными горно-геологическими условиями залегания пластов, а на крутых и крутонаклонных пластах практически все запасы, т.к. в настоящее время альтернативных вариантов более эффективной технологии, чем гидравлическая добыча угля с широкой областью применения и малыми приведенными затратами, не существует.
Источники информации
1. Кузьмич И.А. Гидрошахта // Горная энциклопедия. Т. 2. - М.: Советская энциклопедия, 1986. - 575 с. - С.65-66.
2. Тезаурус для гидрошахт / Составители Б.А. Теодорович, П.И. Юрин, С.П. Коставецкий и др. - Новокузнецк: ВНИИгидроуголь, 1977. - 56 с.
3. Патент РФ №2209966. Гидромодуль подземной добычи с замкнутым циклом водоснабжения. МПК Е21С 25/60. Заявит.: ООО Научно-производственное объединение "Прокопьевскуголь". Авторы: Даунгли А.П., Шахурдин С.А., Троян Н.П., и др. Заявл. 25.08.1998. Опубл. 10.08.2003.
4. Патент РФ №2133827. Способ разработки наклонных и крутых угольных пластов. МПК Е21С 45/00, Патентообл. Атрушкевич А.А. Заявит. Атрушкевич А.А., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. и др. Авторы: Атрушкевич А.А., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А., Приставка А.Г. и др. Заявл. 06.01.1998. Опубл. 27.12.1999.
5. Патент РФ №2143559. Способ механогидравлической добычи угля. МПК Е21С 45/00, патентообл. Атрушкевич А.А. Заявит. Атрушкевич А.А., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. и др. Авторы: Атрушкевич А.А., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А., Приставка А.Г. и др. Заявл. 06.01.1998. Опубл. 27.12.1999.