Гидромеханизация добычи угля

§ 1. Гидродобыча угля в СССР

Впервые в Советском Союзе подземный гидравлический способ добычи угля был разработан и осуществлен группой советских инженеров под руководством В. С. Мучника, работавших во Все­союзном угольном институте (теперь Институт горного дела им А. А. Скочинского). Опытные работы по разрушению угля напорной струей из гидромонитора и транспортированию уголь­ной пульпы проводились в 1936 и 1937 гг. на Урале на шахте «Комсомолец» и в 1939 г. — в Донбассе на опытной гидрошахте треста Орджоникидзеуголь.

В настоящее время в эксплуатации находится 15 гидрошахт и гидроучастков, из которых ежегодно добывается около 15 млн. т угля. Предусматривается дальнейшее развитие гидравлического способа добычи угля.

К преимуществам этого способа следует отнести: простоту, поточность и малооперационность технологического процесса, так как струя воды под давлением осуществляет разрушение угля, его транспортирование по горным выработкам, гидроподъем на поверхность и обогащение; отсутствие пылеобразования; выемку угля камерами или заходками без крепления очистного забоя и присутствия в нем людей; высокий уровень механизации и авто­матизации производственных процессов; повышение безопасности работ; высокую производительность труда, которая примерно в 1,5 раза выше, чем на шахтах с обычной технологией в сопоста­вимых условиях.

Недостатками гидравлического способа являются: большой удельный расход электроэнергии, который в 6—10 раз выше, чем на шахтах с обычной технологией; большие общие потери угля в недрах; большой расход воды и трудность удаления влаги из конечного продукта; повышенная влажность шахтного воздуха;

 

загрязненность горных выработок; значительное измельчение угля.

Гидравлический способ добычи угля совершенствуется и раз­вивается. Научно-исследовательские работы в этом направлении ведет институт ВНИИГидроуголь в Кузбассе.

Для гидравлической добычи угля применяются следующие спо­собы.

Гидравлический (гидромониторный) способ состоит в разруше­нии угля гидромонитором. Из его ствола через насадку выбрасы­вается струя воды под большим давлением (12 МПа и более), кото­рая разрушает некрепкий уголь. Образовавшаяся при этом пульпа (смесь разрушенного угля с водой) транспортируется самотеком по желобам, проложенным по выработкам с уклоном не менее 0,05. Соотношение твердого Т (угля) к жидкому Ж (воде) в пульпе по объему колеблется от 1/4 до 1/10.

При этом способе струи могут быть непрерывные, пульсирую­щие и импульсные. Широкое распространение в промышленности получили непрерывные струи. Применение пульсирующих и им­пульсных струй находится в стадии экспериментальных исследо­ваний и опытных работ.

Механогидравлический способ предусматривает разрушение угля или некрепкой породы механическим способом (исполнитель­ным органом механогидравлического комбайна), а погрузку — гидравлическим (смывом водой, подводимой к комбайну, при сравнительно низком давлении, около 5 МПа). Этот способ полу­чил широкое промышленное применение при крепких углях, когда использовать гидромониторы невозможно или нецелесообразно.

Гидромеханический способ заключается в разрушении угля гидравлическим способом — высоконапорными струями, проре­зывающими в массиве угля узкие щели. Межщелевые целики угля скалываются и затем производится погрузка механическим спо­собом с помощью комбайна, как при обычной технологии. Способ обеспечивает полное пылеподавление. Применение гидромехани­ческого способа находится в стадии опытных работ.

Взрывогидравлический способ предусматривает разрушение угля или породы с применением буровзрывных работ, а транспор­тирование разрушенной горной массы — смывом водой под дав­лением.

Этот способ сопряжен с большими организационными затруд­нениями и в настоящее время почти не применяется.

§ 2. Технологическая схема гидрошахты

В связи с различными горно-геологическими условиями, при­меняемыми технологией и горным оборудованием, а также другими факторами, технологические схемы гидрошахт отличаются зна­чительным разнообразием.

Выемка угля в очистных забоях при некрепких углях осущест­вляется гидравлическим способом, при крепких — механогидра-

 

влическим с помощью комбайнов. Транспортирование пульпы по горным выработкам с уклоном 0,05—0,07 в сторону ствола осущест­вляется самотечным транспортом по металлическим желобам. При таком уклоне горной выработки рельсовый транспорт не приме­няется. Поэтому материалы доставляются подвесными канатными или монорельсовыми дорогами. В некоторых случаях наряду с самотечным гидротранспортом применяют напорный гидротранс­порт по пульпопроводу посредством углесоса (например, в преде­лах панели — самотечный гидротранспорт, по остальным выработ­кам шахты — напорный).

Гидроподъем из неглубоких шахт производится углесосами, из глубоких (более 400 м) — эрлифтами (например, гидрошахты «Красноармейская» и им. 50-летия СССР в Донбассе), а также пи­тателями (гидрошахта «Новодонецкая»). В зависимости от способа гидроподъема различаются и технологические схемы шахт.

На рис. 30.1 показана технологическая схема гидрошахты «Красноармейская» п Донбассе с глубиной разработки 380 м — первой в мире гидрошахты, оборудованной гидроподъемом с по­мощью эрлифта. Из резер'вуара технической воды 1 высоконапор­ные насосы 2 забирают осветленную воду и по трубопроводу 3 нагнетают ее в шахту к гидромониторам 4, расположенным в очист­ных и подготовительных забоях. Разрушенный гидромонитором уголь смывается потоком отработанной воды. Образовавшаяся пульпа по металлическим желобам 5, уло/кенным по выработкам с 37S

 

 

уклоном в сторону ствола, поступает самотеком в участковую угле-сосную станцию. Здесь пульпа пропускается через грохот 6, на котором отбираются негабаритные куски угля крупностью более 100 мм в поперечнике. Негабаритные куски, пройдя дробилку 7, поступают в пульпосборник 8. Процесс пульпообразования регу­лируется специальным всасывающим устройством, которое обес­печивает заданную консистенцию (состав) пульпы, обычно Т: Ж = = 1:5.

Из участковой углесосной станции пульпа перекачивается углесосом 9 по напорному пульпопроводу 10, проложенному по выработкам, в расположенный в нижней части ствола зумпф // глубиной 90 м. Отсюда посредством эрлифта производительностью до 2000 м³/ч пульпа поднимается на поверхность. Сначала пульпа из зумпфа 11 через трубу 12 поступает в смеситель 13, вмонтиро­ванный непосредственно в пульпопровод. В этот же смеситель по трубе 14 подается сжатый воздух от турбокомпрессорной станции 17, установленной на поверхности. Пузырьки воздуха, поднимаясь из смесителя вверх по пульпопроводу 15, увлекают за собой пульпу и выносят ее непрерывным потоком на поверхность в воздухо­отделитель 16, установленный на копре. Отсюда пульпа по двум наклонным трубопроводам 18 поступает самотеком на обогати­тельную фабрику 19. Отработанная вода из обогатительной фа­брики сливается в систему отстойников, а из них — в резервуар осветленной технической воды /. Таким образом вода исполь­зуется многократно в замкнутом цикле. Потери воды периодически компенсируются из шахтного водопровода.

В зависимости от высоты гидроподъема пульпопровод 15 эр­лифта может состоять не из одного става (см. рис. 30.3), а из не­скольких, последовательно расположенных с камерами смесителя. Так, на гидрошахте им. 50-летия СССР при высоте гидроподъема 820 м применен пятиступенчатый эрлифт.

Преимуществами эрлифта являются простота конструкции, возможность гидроподъема с больших глубин и регулирования производительности, отсутствие измельчения угля.

К недостаткам эрлифта относятся большая энергоемкость (при­мерно в 1,5 раза большая, чем при углесосах), низкий к. п. д. (М),4), необходимость дополнительной углубки ствола для раз­мещения петли эрлифта, если он* применяется без комбинации с углесосом, и большие капитальные затраты.

§ 3. Классификация гидромониторов

Гидромонитор обеспечивает формирование напорной струи и управление ею при разрушении угля. По ряду характерных признаков гидромониторы можно классифицировать следующим образом:

по области применения — для открытых и подземных работ. Гидромониторы для открытых работ имеют значительные размеры, массу и производительность, работают при сравнительно низком

 

давлении струи и при большом расходе воды. Подземные гидро­мониторы имеют сравнительно небольшие размеры и массу (80— 300 кг), компактны и работают при давлении воды 3—10 МПа и бо­лее;

по назначению — для подготовительных, очистных работ, для подгонки пульпы по желобам универсального назначения;

по способу перемещения — передвигаемые вручную, посред­ством гидропередвижчиков; самоходные на гусеничном ходу; под­весные, укрепляемые на передвижных механизированных крепях или другим способом;

по способу управления — с ручным; дистанционным (с рас­стояния 10—12 м); программным (автоматическое управление по заданной программе); с помощью самонастраивающихся киберне­тических систем, при которых гидромонитор автоматически выби­рает рациональный режим работы.

Гидромониторы с ручным управлением на гидрошахтах почти не применяются, так как в соответствии с правилами безопас­ности их можно применять при давлении воды не свыше 3 МПа, а на гидрошахтах рабочее давление воды составляет 6—12 МПа и в дальнейшем в целях разрушения более крепких углей будет еще повышаться.

При высоком давлении воды ручное управление гидромонито­ром (поворот ствола в горизонтальной и вертикальных плоскостях с помощью водила) становится физически тяжелой и небезопасной операцией, так как рабочий находится около гидромонитора и под­вергается действию отраженных струй воды. Поэтому во избежа­ние травмирования кусочками угля, которые содержатся в отра­женных струях, при давлении воды свыше 3 МПа обязателен пере­ход на дистанционное управление.

К гидромониторам современной конструкции поставляются специальные приставки для программного управления.