Гидравлическая добыча угля

Гидравлическая выемка угля осуществляется струёй воды, выбрасываемой под большим давлением через насадку из ствола гидромонитора. Уголь в результате сильного удара струи разрушается и отделяется от массива. Растекаясь с большой скоростью по массиву, вода подхватывает отбитый уголь и уносит его от забоя.

Параметры струи. Струей называется поток жидкости (воды), не ограниченный твёрдыми стенками или руслом и движущийся компактно в пределах некоторого расстояния.

В зависимости от условий формирования и физико-механических свойств струи воды могут быть гидромониторные, пульсирующие, импульсные и тонкие высоконапорные.

Гидромониторные струи с давлением воды на выходе из насадки 40-100кгс/см² являются основными исполнительными органами для разрушения угля при гидродобыче.

Производительность гидроотбойки во многом зависит от компактности и дальнобойности гидромониторной струи. Компактность и дальнобойность зависит от характера потока воды на подходе к насадке, формы насадки и качества обработки её внутренней поверхности.

Поток воды подаваемый по трубам к забою, при подводе к гидромонитору характеризуется значительной турбулентностью. Из-за наличия поворотов и изменений сечений в самом канале гидромонитора возникают дополнительные возмущения потока воды, которые отрицательно влияют на качество струи. Для гашения суммарного возмущения в шахтных мониторах применяют успокоители сотового типа.

Гидромониторная струя выбрасывается через насадку с большой скоростью. Пролетая до забоя и проходя через воздушную среду, она преодолевает сопротивление воздуха, смешиваясь с ним, расслаивается и рассеивается. На гидрошахтах применяются струи среднего и высокого давлений (до 120 кгс/см²).

Критерием оценки эффективности гидроотбойки является производительность гидромонитора - весовое количество угля, отбиваемого в единицу времени (обычно т/ч).

Основным механизмом для гидроотбойки угля является гидромонитор. Он служит для формирования струи воды и управления ею при выемке угля.

Подземные гидромониторы можно подразделить: по назначению - для очистных работ, для работ в подготовительных выработках, для подгонки пульпы по желобам (гидромониторы - бустеры), гидромониторы комбинированного использования; по роду управления – с ручным, мониторным, с управлением с места, дистанционным (рис 1.1), программным и от самонастраивающихся кибернетических систем; по характеру перемещения за забоем – переносные, самоходные (на гусеницах, на колёсах), передвигаемые гидропередвижчиками, подвесные.

Для изготовления подземных гидромониторов применяют высококачественные и высокопрочные материалы – нержавеющие кислотоупорные нержавеющие стали.

Рис. 1.1.Гидромонитор ГМДЦ-3М:

1-пульт дистанционного управления; 2-маслостанциясистемы дистанционного управления; 3-подводящий патрубок; 4-ствол; 5-насадка; 6-опорная рама.

Технические характеристики гидромонитора ГМДЦ-3М

Рабочее давление, кгс/см²……….До 120

Расход воды, м³/ч………………...До 180

Диаметр насадки, мм.....…………15-25(35)

Угол поворота ствола, градус:

в горизонтальной плоскости…..210

в вертикальной плоскости……..20(верх), 15(низ)

Масса с пультом и маслостанцией, кг….367.

Гидравлическая выемку в ряде случаев применять технически не целесообразно и экономически не выгодно. Это прежде всего относится к разрушению крепких слаботрещиноватых углей и горных пород. В этих условиях применяется механогидравлическая выемка. Имеются две схемы механогидравлической выемки: уголь или порода отделяются от массива и горная масса удаляется из забоя механическими средствами, а по выработкам транспортируется с помощью низконапорной (до 40 кгс/см²) воды; уголь или порода от массива отделяются исполнительным органом механического типа с последующей навалкой и транспортированием отбитой горной массы гидравлическим способом.

При применении данного способа сохраняются основные преимущества гидравлической выемки – поточность и непрерывность всех производственных операций, безопасность работ.

Для механогидравлической выемки угля в очистных и нарезных забоях применяют механогидравлические комбайны К-56МГ производительностью 2, 25 т/мин (рабочее давление 0, 5—2, 5 МПа и расход воды 0, 04— 0, 08 м³/с) и «Урал—38» с производительностью до 2 т/мин (рас­ход воды 0, 04—0, 08 м³/с и рабочее давление 0, 5—2, 5 МПа соответ­ственно для мощности пластов более 1, 5 и 0, 9 м), (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Механогидравлический комбайн К-56МГ 1 — исполнительный орган стрело­видного типа избирательного дей­ствия, 2 — ходовая часть, 3 — гид­росистема с домкратами переме­щения рабочего органа, 4 — пово­ротная платформа, 5 — шланг для подачи воды к рабочему органу.

К гидромониторам и механогидравлическим комбайнам по трубопроводам поступает вода под давлением, созданным на поверхности гидрошахты в насосной станции высоконапорными насосами (Рис 1.3);

насосы типа МСГ-7 (центробежный многоступенчатый секцион­ный насос), предназначенные для подачи к гидромониторам высо­конапорной воды с расходом до 0, 22 м³/с при давлении до 10 МПа.

Рис. 1.3. Насос 12МСГ-7

1-многосекционный насос, 2-соединительные муфты, 3-электродвигатель.

Отбитый в забоях уголь, смешиваясь с водой, образует гидросмесь определенной концентрации, которая транспортируется вдоль забоя по почве до выработок, где смонтированы металлические желоба для пе­ремещения гидросмеси по всем горным выработкам гидрошахты. Все выработки должны быть проведены с необходимым для без­напорного (самотечного) гидротранспортирования уклоном в сто­рону околоствольного двора шахты до центральной камеры гидро­подъема.

Рис. 1.4.Схема углесосного гидроподъёма:

1-гидромонитор; 2-высоконапорный водовод; 3-желоба; 4-дробилка; 5-зумпф углесосной станции гидроподъёма; 6-углесосы; 7-пульповод; 8- обезвоживающий комплекс; 9-резервуар осветлённой воды; 10-высоконапорный насос; 11-обогатительная фабрика.

Наибольшее распростронение на гидрошахтах в настоящее время получил углесосный подъём, при котором на рабочем горизонте вблизи ствола устраивают центральную гидроподъёмную (углесосную станцию). Размеры углесосной камеры гидроподъёма должны быть достаточными для размещения рабочих и резервных углесосных установок. Непосредственно к углесосной камере примыкают выработки аварийного пульпосборника, который может выполнять функции водосборника.

Углесос забирает вместе с водой уголь из пульпосборника и выдает его по напорному трубопроводу (Рис.1.4) на поверхность.

Все вспомогательные операции (спуск и подъём людей, спуск и выдачаоборудования и материалов) выполняет вспомогательный подъём, оборудованный клетевой подъёмной установкой.

В последние годы созданы углесосы для выдачи пульпы из шахт глубиной до 200 м, а при последовательном включении углесосов или при передаче через промежуточные подъёмные горизонты – 400м. и более.

углесосы типа 12УВ-6 с расходом 0, 25 м³/с и давлением 3, 2 МПа (рис. 1.5);

Рис. 1.5. Углесос 12УВ-6

электродвигатель, 2 — предохранительный кожух, 3 — соединительные муфты,

4-двухсекционный углесос.

С помощью углесосов, эрлифтов или трубчатых питателей смесь подается по трубам на поверхность, затем по­ступает на обогатительно-обезвоживающий комплекс или в перекачную углесосную станцию и подается по трубам непосредственно крупным потребителям — металлургическим заводам или электро­станциям. Предварительно на обогатительно-обезвоживающем комплексе уголь обогащается, обезвоживается и сушится, т. е. до­водится до установленных потребителем кондиций. По ленточному конвейеру уголь подается в технологическую цепь потребителям. Осветленная вода возвращается на гидрошахту, замыкая таким образом технологическую цепь.

Такой способ добычи и транспортирования угля наиболее полно отвечает основной тенденции развития технологии подземной угле­добычи. Она заключается в переходе от многооперационных меха­низированных процессов к малооперационным, непрерывнопоточным и полностью автоматизированным, выполнение которых не требует постоянного присутствия людей в забое. В этом преиму­щество способа, так как он обеспечивает высокоэффективную и безопасную работу в сложных, горно-геологических условиях.

Опыт эксплуатации гидравлической технологии в разнообраз­ных условиях уже имеется. Накоплены данные, на основе которых можно судить о наиболее эффективных областях внедрения нового способа добычи и предсказывать по горно-геологическим характе­ристикам месторождения основные результаты применения этой технологии.

Со времени промышленного освоения гидродобычи значительно выросли показатели среднесуточной нагрузки на одну техни­ческую единицу, увеличилась доля добычи угля с преимуществен­ным применением систем с короткими очистными забоями.

Рост мощности гидрошахт, применение прогрессив­ных систем разработок и способов отбойки угля, совершенствова­ние средств гидравлической технологии добычи угля, повышение квалификации рабочих и инженерно-технических кадров позволили в значительной степени улучшить основные технико-экономические показатели новой технологии.

1.2 Технологическая схемы гидрошахты «Инская».

На шахте «Инская» применяется характерная схема добычи, использующаяся и на других шахтах (Рис 1.6).

Уголь, отбитый в забоях 3, доставляет­ся в центральную камеру гидроподъема 5 по системам самотёчного гидротранспорта 4. К забою по высоконапорным водоводам 2 подаётся вода от высоконапорной насосной станции 1.

Рис 1.6. Схема гидрошахты «Инская».

1 — высоконапорная насосная станция, 2 — высоконапорные водоводы, 3 — забои гидрошах­ты, 4 — система самотечного гидротранспорта, 5 — центральная камера гидроподъема, 6 — пульпопроводы, 7 —перекачная станция на поверхности, 8 — магистральные пульпопрово­ды, 9 — обезвоживающая фабрика, 10 — станция возврата технической воды, 11 — резерву­ары технической воды.

Далее с помощью центрального гидроподъёма (Рис 1.7) смесь попадает в пульпоперекачную станцию на поверхности, оттуда по магистральному гидротранспорту поступает от шахты до потребителя – Беловской тепловой электростанции. В связи с тем, что для нужд электростанции не требуется обога­щения угля, используется только обезвоживающий комплекс для отделения угля и его сушки.

Рис. 1.7.Принципиальная технологическая схема гидравлической добычи угля: А — внутришахтный транспорт; Б — внешний транспорт.

Ниже рассмотрены наиболее типичные примеры гидрошахт.

Гидрошахта « Юбилейная ». Особенностями технологической схемы гидрошахты «Юбилейная» являются (рис. 1.8):

1-наличие двух самостоятельных блоков шахты с объединенным общим поверхностным комплексом, состоящим из центральной на­сосной и пульпоперекачной станций, ЦОФ и комплекса осветления и возврата оборотной технической воды,

2-разработка шахтопластов угля с марками Ж и Г, что обуслов­ливает необходимость создания раздельной отработки, гидротранс­порта и передачи на ЦОФ одновременно двух шахтовыдач,

3-доставка отбитого угля к центральной камере гидроподъема безнапорным гидротранспортом, а также с двух уклонных полей перекачными углесосами,

4-транспортирование добытого угля по магистральному трубо­проводу протяженностью 11 км на Западно-Сибирский металлур­гический завод.

Рис 1.8. Схема гидрошахты «Юбилейная».

1 — высоконапорная насосная станция, 2, 3 — высоконапорные водоводы на блоки № 1 и 2 соответственно, 4, 5 — камеры гидроподъема в уклонных полях, 6 — система самотечного гидротранспорта, 7 — центральная камера гидроподъема, 8 — пульпопроводы, 9 — перекачная станция на поверхности,! 0 — магистральные пульпопроводы на ЦОФ Западно Си­бирского металлургического завода, 11 — ЦОФ, 12 — водоводы возврата технической воды.

Гидрошахта « Тырганская ». Особенностями технологической схе­мы гидрошахты «Тырганская» (рис 1.9) являются разделение угля с выделением крупных сортов из пульпы, обезвоживание их и выдача на поверхность обычными видами транспорта. Мелкий уголь с водой выдается углесосами по пульпопроводам на обезво­живающий комплекс.

Рис 1.9. Схема гидрошахты «Тырганская».

1 — высоконапорная насосная станция на поверхности; 2— высоконапорные водоводы; 3 — подземная высоконапорная станция; 4— насос подземного замкнутого водоснабжения; 5 — углесос гидроподъема; 6— зумпф готовой гидросмеси; 7 — высоконапорная технологическая вода (Р—10—16 МПа); 8 — технологическая вода среднего и низкого напора (Р=1—4 МПа); 9 — пульпопроводы; 10 — обезвоживающий комплекс; 11 — возврат технологической воды; 12 — забой гидрошахты; 13 — сито типа СДО; 14 — скребковый конвейер; 15 — бункер угля класса +3 мм; 16 — питатель; 17 — подземная отгрузка обезвоженного угля.

На основе анализа показателей технологических схем на этих гидрошахтах установлено, что диапазон горно-геологических и горнотехнических условий, где эффективно применяется гидравли­ческая технология, довольно широк и качество угля обеспечивает­ся в соответствии с требованиями потребителей.

Многообразие горно-геологических условий, возможность при­менения различных технических и технологических решений в за­висимости от потребительских требований на добываемый уголь создают ряд возможных сочетаний средств отбойки, транспортиро­вания и подъема угля при гидравлической технологии добычи.