СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МАТЕРИАЛЕ ДЛЯ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА
SYSTEM FOR CONTROLLING MIGRATION OF ELEMENTS OF HEAVY METALS IN MATERIAL FOR FILLING OF MINED SPACE BASED ON PRINCIPLES OF ELECTROPHORESIS

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.