Создание высоко рентабельных угледобывающих предприятий на основе механогидравлической технологии
Технология гидравлической добычи угля всегда имела высокие технико-экономические показатели в сравнении с традиционной "сухой" угледобычей. Однако широкому внедрению гидродобычи в угольную промышленность препятствовали высокие капиталоемкость и энергоемкость этой технологии, значительные эксплуатационные потери, необходимость строительства специальных обогатительных (обезвоживающих) фабрик и отстойников, усугубляющих экологическую обстановку, высокая трудоемкость и стоимость обезвоживания угля и осветления технологической воды. Устранить указанные выше недостатки позволяет созданная МГГУ и НПО "Гидроуголь" высокоэффективная, экологически чистая механогидравлическая технология добычи угля, упрощающая процесс угледобычи. При этом исключается использование дорогостоящих механизированных комплексов, присущих традиционной технологии.
Технологическая структура и техническое обеспечение новой технологии гидродобычи, обеспечившей высокие технико-экономические показатели, характеризуются наличием ограниченного числа технологических процессов, что определяет ее простоту, низкую капиталоемкость и экологическую чистоту.
Новая технология гидравлической добычи включает следующие процессы:
механогидравлическое проведение подготовительных выработок и выемочных печей;
механогидравлическая выемка угля в коротких очистных забоях;
подземный замкнутый комплекс обезвоживания и обогащения угля, осветления технологической воды и ее подачи в забой;
выдача обезвоженного угля и его складирование на технологическом комплексе промплощадки;
дополнительное обогащение угля (если оно требуется) на поверхности и погрузка концентрата в железнодорожные вагоны.
Следует отметить, что механогидравлический способ проведения подготовительных выработок может применяться для шахт с традиционной технологией добычи с отдельной локальной схемой обезвоживания угля.
Для крепления горных выработок применяются анкеры типа АГА разных модификаций с закреплением их на всю длину твердеющими составами (полимерные, фосфогипсовые, фосфополимербетонные, бетонные составы и др.) Рецепты скрепляющих составов на основе полимерных смол, фосфогипса, цемента и др., разработанные в НПО "Гидроуголь" и защищенные патентами, позволяют регулировать продолжительность процесса закрепления анкеров в шпурах от 1 мин. до 24 часов. Созданы и опробованы составы для различных условий закрепления анкеров (обводненность, различная прочность пород, кислотность среды, расслоение, трещиноватость и др.).
Для установки анкерной крепи применяются гидравлические бурильные установки, позволяющие бурить шпуры в любом направлении по углю и породам крепостью до 8 по шкале проф. Протодъяконова. Мощность бурильной установки с гидравлической подачей варьирует в пределах от 1, 2 до 14 кВт.
Разработанные технические средства (дозаторы, нагнетатели, инъекторы, смесители для закрепляющих составов на основе полимерных смол, фосфогипса, цемента и др.) позволяют устанавливать анкеры в течение 1-2 мин.
В качестве временной крепи используются инвентарные шарико-винтовые стойки ИСА конструкции НПО "Гидроуголь", обеспечивающие параллельность процессов проведения выработки и возведения постоянной крепи, что способствует высоким темпам проходки и повышению безопасности работ.
Особенностью гидравлической технологии является отсутствие сдерживающих и ограничивающих факторов по горно-геологическим условиям, кроме пластов с углом падения менее 4-5ш, где применение гидродобычи затруднено по условиям обеспечения безнапорного гидротранспорта.
В условиях залегания пластов от 4-5ш до 90ш освоены способы подготовки и отработки пластов с высокой эффективностью, где использованы новейшие разработки, позволяющие отказаться от проведения дорогостоящих скатов и применить гидромеханизированный способ подготовки крутых пластов диагональными выработками и спиральными спусками, исключающий значительный объем ручного труда.
Выемка угля в очистных забоях осуществляется механогидравлическим способом. Особо эффективно работают опорно-шагающие комбайны КПА-3М, позволяющие упростить процесс разворота и заезда комбайна в заходку за счет его параллельного смещения. При этом сопряжение выработок значительно уменьшается по длине и не превышает 2, 5 м, что обеспечивает безопасность очистных работ.
Схема замкнутого подземного комплекса обезвоживания угля и осветления технологической воды включает в себя агрегаты и устройства, позволяющие осуществлять следующие технологические операции:
обезвоживание и обогащение угля;
осветление технологической воды;
подача воды в забой;
гидротранспортирование пульпы от забоя до камеры обезвоживания.
Обезвоживание угля осуществляется на специальных обезвоживающих агрегатах с размером шпальтовых щелей 0, 25-0, 3 мм. При этом фракции размером менее 0, 25-0, 5 мм в количестве 100% обезвоживаются совместно с крупной фракцией, как на подстилающем фильтре.
Подрешетная вода самотеком поступает в систему вторичного осветления, которая оборудуется двумя обезвоживателями, выключаемыми по мере накопления мелких фракций. В оперативной емкости вторичного обезвоживания оборудованы насадки (перегородки), которые обеспечивают определенное направление движению воды. При этом интенсивность осаждения мелких фракций увеличивается в 3-5 раз. Осветленная вода с содержанием твердого 15-20 г/л перетекает в водосборник, откуда углесосами подается в подготовительные и очистные забои.
Отбитый уголь безнапорным гидротранспортом по почве выработок (при уклоне > 0, 05) или по желобам (при уклоне < 0, 05) поступает в камеру обезвоживания (при Т: Ж = 1: 3-5).
Гидротранспортная система работает по схеме полного замкнутого цикла. Избыток воды подается в выработанное пространство для осветления, а затем выдается на поверхность вместе с общешахтным притоком. Снижение зольности добываемого угля достигается за счет селективной выемки, а также за счет обогащения в процессе безнапорного гидротранспорта пульпы по подземным выработкам при проведении выработок с присечкой боковых пород. Дополнительное обогащение угля происходит за счет отмыва глинистых частиц и оставления их в выработанном пространстве.
Выдача обезвоженного угля осуществляется скребковыми конвейерами на эстакадный конвейер, который перемещает уголь на склад. Технологический комплекс на промплощадке включает в себя сооружения из легких утепленных металлических конструкций.
Уголь со склада автомобильным транспортом доставляется на участок погрузки в железнодорожные вагоны и отправляется потребителю.
Практика строительства и эксплуатации пяти угледобывающих предприятий с использованием предлагаемой технологии позволяют отметить, кроме экономических преимуществ, следующие дополнительные ее достоинства:
отсутствие пыли в шахтной атмосфере, т.к. она локализуется непосредственно в местах образования; снижение до минимума вредных выбросов в окружающую среду горнодобывающими предприятиями;
отсутствие негативных воздействий на окружающий ландшафт, из-за масштабного ведения открытых горных работ, вследствие чего минимизируются затраты на рекультивацию;
более полная выемка полезного ископаемого за счет возможности локальной отработки запасов и шахтных полей неправильной конфигурации;
высокое качество полезного ископаемого, не требующее его обогащения, в результате чего отсутствует загрязнение окружающей среды отходами обогащения, пустыми породами и ликвидируется потребность их утилизации;
снижение загрязненности шахтных вод в результате замкнутого цикла водопользования.
В настоящее время научно-производственным объединением "Гидроуголь" ведутся переговоры с заинтересованными фирмами и организациями о строительстве и эксплуатации в различных регионах угледобывающих предприятий на основе представленного технологического и технического обеспечения.