Способ подземной переработки угля

 

Использование изобретения: способ позволяет повысить качество продуктов разделения угля и воды и снизить затраты и энергозатраты на добычу угля. Сущность изобретения: для этого в способе переработки угля, включающем гидротранспорт, классификацию угля по крупности, сушку, вывод выделенных продуктов, надрешетный продукт классификации подвергают дроблению, а подрешетный продукт классифицируют на два класса с повторной переочисткой продукта мелкого класса, который сгущают по тонкозернистому шламу и направляют на фильтрацию, после чего его смешивают с осушенным подрешетным продуктом. 1 ил.

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к способам подземной переработки пульпы для разделения угля и воды на участке для замкнутого подземного водоснабжения и добычи угля с наименьшими затратами.

Известен способ подземной переработки угля, в котором уголь из забоя транспортируется водой в открытых желобах до квершлага, где производят отделение угля крупностью +10 мм и его погрузку в вагонетки, а уголь крупностью -10 мм подают на грохот, где осуществляют классификацию по классу 0,5 мм и предварительное обезвоживание класса 0,5-10 мм, который направляют в центрифугу. Обезвоженный осадок после центрифуги смешивают с углем класса +10 мм и выдают на поверхность механическим способом. Подрешетный продукт грохота вместе с фугатом центрифуги направляют в гидроциклон, сгущенный продукт которого с содержанием твердого до 500 г/л углесосами выдают на поверхность, осветленную воду с содержанием твердого до 10 г/л направляют в очистной забой [1].

Однако данный способ сложен и требует применения центрифуг для обезвоживания угля класса -10 мм, причем центрифуги дают влажность более 10% при загрузке менее 50%, создание равномерного потока требует промежуточное звено в виде бункера, кроме того, для обработки угольной пульпы с содержанием твердого 300-500 г/л необходима ее выдача на поверхность и переработка, что помимо дополнительных затрат по выдаче пульпы на поверхность и ее переработки на поверхности не исключает возможности загрязнения поверхности в аварийных ситуациях. Не решен вопрос замкнутого подземного водоснабжения забоев водой, исключающего загрязнение поверхности и необходимость перекачивания воды в шахту.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ подземного разделения угля, воды, включающий гидротранспорт, классификацию угля по крупности на три продукта, формирование подвижного слоя из среднего продукта, вывод выделенных продуктов [2].

По этому способу угольная пульпа из забоя транспортируется водой в открытых желобах до классификационно-обезвоживающей установки, где уголь класса +13 мм отделяют на грохоте с влажностью 8% и направляют в бункер. Уголь крупностью -13 мм направляют на дуговое сито, где осуществляют классификацию по классу +1 мм и обезвоживание угля класса 1-13 мм. Из угля класса 1-13 мм формируют на движущейся перфорированной поверхности слой фильтрации. Подрешетная вода с углем класса -1 мм равномерным потоком поступает на движущийся фильтрующий слой. При прохождении через сформированный слой угля основная масса твердых частиц задерживается в слое, в результате в технологической воде содержание твердых не превышает 10 г/л. Полученный при фильтрации осадок с влажностью 25-30% направляется в бункер, откуда подается в аэродинамическую трубу на сушку. Для сушки используется исходящая вентиляционная струя воздуха. Влажность после сушки до 8%. Технологическая вода собирается в зумпфе и откачивается на поверхность, либо частично замыкается в шахте.

Однако данный способ не обеспечивает надежности формирования равномерного слоя угля на перфорированной поверхности из-за изменения консистенции поступающей пульпы. Не обеспечивается синхронность движения перфорированной поверхности объемам поступающих воды и угля. Консистенция пульпы по классу угля -1 мм при гиброотбойке 70 т угля в час и расходе 500 м³/ч составляет 1: 54,7, при гидроотбойке 35 т/ч - 1:109,4, а объем фильтра из угля класса 1-13 мм соответственно равен 21,23 и 10,64 т/ч. Надежность работы фильтра из угля, учитывая такое соотношение, не обеспечивается. Невозможно дуговым ситом распределить большой поток пульпы на значительной площади для снижения скорости потока пульпы с классом угля 0-1 мм. Средняя скорость поступления угля класса 1-13 мм составляет 0,00455 м³/ч, а воды на фильтрацию с углем класса -1 мм - около 0,1435 м³/ч, что во много раз превосходит скорость поступления угля класса 1-13 мм. Все это осложняется еще неравномерностью поступления соотношения угля и воды в пульпе. Поэтому эффект фильтрации довольно низок. Поэтому частично предусматривается осветление воды на поверхности шахты, что увеличивает энергоемкость добычи угля, требует содержания технологии осветления воды на поверхности, которая к тому же ухудшает экологическую обстановку поверхности шахт и окружающей среды.

Целью изобретения является повышение качества продуктов разделения угля и воды и снижение затрат и энергозатрат добычи угля.

Достигается это тем, что в способе подземной переработки угля, включающем гидротранспорт, классификацию угля по крупности, сушку, вывод выделенных продуктов, надрешетный продукт первой классификации подвергают дроблению, а подрешетный продукт классифицируют на два класса с повторной переочисткой мелкого класса, который сгущают по тонкозернистому шламу и направляют на фильтрацию, после чего его смешивают с осушенным надрешетным продуктом первой классификации и более сухим углем из других забоев.

Сущность способа заключается в том, что уголь разделяют по граничной крупности +50 мм и 0,5 мм. Уголь класса +50 мм обезвоживают на пластинчатом питателе со щелью 50 мм и направляют в дробилку. При дроблении обезвоженного угля класса +50 мм испарение влаги происходит за счет дробления пленки воды, который затем смешивают с углем класса -0,5 мм фильтра-пресса. Влажность смешанного угля составляет 11,82%. Класс угля 0,5-50 мм идет в отгрузку с влажностью 16,2% и смешивается с сухим углем класса +50 мм из лав после его дробления.

Класс угля -0,5 мм выводят через циклоны и фильтр-пресс. Вместо сушки уголь после фильтра-пресса с влажностью до 25% смешивают с сухим углем, добываемым в лавах шахты и с углем класса +50 мм после дробления на гидроучастке.

Для разделения угля по граничной крупности 0,05 мм уголь класса +0,5 мм подают на гидроциклоны. В слив гидроциклонов идет вода с содержанием твердого 3-4 г/л при поступлении класса -0,05 мм в слив в объеме 80% от исходного. При выводе циклонами 60% угля класса -0,05 мм в слив будет уходить 40% класса -0,05 мм, тогда содержание твердого в воде, поступающей в очистные забои, составит 1,5-2 г/л. Учитывая накопление класса -0,05 мм в оборотной воде, в первом случае содержание твердого в воде не превышает 15-20 г/л, во втором - не более 3-4 г/л.

На чертеже представлена технологическая схема осуществления предлагаемого способа разделения угля и воды.

Способ осуществляется следующим образом. Угольная пульпа по желобам поступает на классификационно-обезвоживающий комплекс, где уголь класса +50 мм обезвоживается на пластинчатом питателе 1 в объеме 11,75 т/ч (выход 16,8% по ситовому анализу) и направляется в дробилку 2, где производится дробление этого угля. При дроблении обезвоженного угля класса +50 мм происходит испарение влаги за счет дробления пленки воды в период дробления кусков угля и распределение воды пленки по вновь образованной поверхности угля. При смешивании угля с фильтра-пресса с влажностью до 25% в объеме 5,05 т/ч с дробленным углем класса +50 мм с влажностью 6% влага угля составит 11,82% . Дробление угля класса +50 мм выгодно производить, так как самая высокая оптовая цена на уголь марки Г6 17,6 руб. за 1 т составляет для класса 13-50 мм. Уголь класса 0-50 мм реализуется по оптовой цене 10,8 руб/т, класса 13-25 мм - по 13,4 руб/т. Поэтому дроблением угля повышается выход угля класса 13-50 мм на 4,94 т/ч (на 7,05%), остальные классы в объеме 6,81 т/ч реализуются по цене 10,8 руб/т.

Уголь класса 0,5-50 мм обезвоживается на грохоте 3. При выходе с грохота угля класса 13-50 мм в объеме 25,07 т/ч (36,8%) с влажностью 6-12% и угля класса 0,5-13 мм в объеме 25,67 т/ч (38,1%) с влажностью 10-20% в среднем влажность угля составит 12,1% максимальная - 16,2%. Уголь такой влажности после смешивания с сухим углем из лав направляется в отгрузку. На грохоте 3 нижнее сито также устанавливается со щелью 0,5 мм для повторной очистки шлама от класса угля +0,5 мм, т.к. практикой работы фильтров-прессов установлено, что при содержании в питании зерен крупнее 0,5 мм более 5-7% появляется необходимость ручной очистки плит от осадка.

Подрешетный продукт класса 0-0,5 мм с водой поступает в шламосборник 4, где частично пульпа сгущается переливом воды, используемой для проходки выработок со смывом угля из забоя, затем забирается горизонтальным всасывающим устройством при всасывании пульпы насосом 5, который подает пульпу на гидроциклоны 6 для сгущения с граничной крупностью разделения 0,05 мм до 700 г/л. Сгущенный шлам класса 0-0,5 мм с 20% класса 0,05 мм поступает в накопитель шлама 7, откуда подается шламовым насосом 8 на фильтр-пресс 9, после чего уголь класса 0-0,5 мм в количестве 5,05 т/ч с влажностью до 25% идет в присадку к сухому углю после дробления на дробилке 2 и дробленному углю из лав, либо на воздушную сушку. Вода с гидроциклонов с классом угля -0,05 мм поступает в водосборник 10 с содержанием твердого в воде 3-4 г/л, откуда поступает в забой. При установке для сгущения шламов последовательно нескольких гидроциклонов ГЦ-500, ГЦ-350 и ГЦ-100 можно вывести в слив гидроциклонов не более 50% класса зерен -0,05 мм, что обеспечит содержание твердого в воде 3-4 г/л.

П р и м е р. Из забоя поступает пульпа в объеме 500 м³/ч воды и 70 т/ч угля. Рассмотрено на примере ситового анализа угля, взятого при проходке штрека на ВВ, с пласта 34 Тагарышского участка Казанковский 1 ш. им. С.Орджоникидзе концерна "Кузнецкуголь". Уголь класса +50 мм обезвоживается на пластинчатом питателе ПЛ-8 в объеме 11,75 т/ч при выходе по ситовому анализу 16,8% и направляется в дробилку ДКУ 2. Выход классов угля после дробилки ДКУ составит: +50 мм - 6% (0,705 т/ч), 13-50 мм - 42% (4,94 т/ч), 0,5-13 мм - 47% (5,52 т/ч) и 0-0,5 мм - 5% (0,585 т/ч). Учитывая, что самая высокая оптовая цена на уголь марки Г₆ 17,6 руб. за 1 т для класса 13-50 мм а для класса 0-50 мм - 10,8 руб. за 1 т, то увеличение выхода угля класса 13-50 мм на 4,94 т/ч дает прибыль 4,94 т/ч (17,6--10,3)=33,59 руб/ч. При дроблении обезвоженного угля класса +50 мм пленка воды на поверхности угля разрушается и, кроме того, вода пленки распределяется по образуемой вновь поверхности угля, что приводит к быстрому испарению влаги за счет разрыва пленки и распределения воды на значительную площадь. Так, изменение размеров частиц только с 0,5-1 мм до 0,1-0,25 мм увеличивает удельную поверхность угля с 9550 м до 32000 м²/т. Уголь после дробилки смешивается с углем с фильтр-пресса в объеме 5,05 т/ч с влажностью до 25%. Влага угля класса +50 мм после дробления 6%, после смешивания с углем фильтра-пресса влага составит 11,82%. Для дальнейшего снижения влаги уголь смешивается с сухим углем, полученным при добыче из механизированных лав на шахте.

Угол класса 0,5-50 мм обезвоживается на грохоте 3 ГСЛ (ГИСЛ-72) со щелью верхнего и нижнего сита 0,5 мм. Двойное отделение класса +0,5 мм предусматривается с целью исключить попадание угля класса +0,5 на фильтр-пресс, при содержании в питании которого частиц более 0,5 мм в объеме более 5-7% требуется ручная очистка плит фильтра-пресса. С грохота шлам класса -0,5 мм с водой поступает в шламосборник 4 в объеме 6,51 т/ч (выход 9,3%). Сгущение шлама производится переливом воды в водосборник для нарезных забоев. Перед подачей пульпы на гидроциклоны из шламосборника пульпа забирается горизонтальным всасывающим устройством и с помощью шламового насоса 5 подается на два параллельно работающих гидроциклона ГЦ-500 6 с граничной крупностью разделения угля 0,05 мм. Сгущенная пульпа в гидроциклонах до 700 г/л класса 0-0,5 мм в объеме 5,05 т/ч поступает в накопитель шлама 7, причем содержание класса 0-0,5 мм в том числе составляет 0,364 т/ч, т.е. 20% от общего содержания ситового анализа класса 0-0,05 мм. А 80% от ситового анализа класса 0-0,05 мм идет в слив гидроциклонов и поступает в водосборник 10, что составляет содержание твердого в воде 4,18 г/л. Из водосборника 10 вода насосами подается в очистные забои. Из накопителя шлам подается насосом 8 с содержанием твердого до 500 г/л на пресс-фильтр ФОВ-600-1М 9, производительностью 6-9 т/ч. Пресс-фильтр работает при содержании твердого в питании не менее 400-500 г/л, причем содержание класса +0,5 мм должно быть не более 5-7% , иначе необходима ручная зачистка плит пресс-фильтра. Сброс шлама при заполнении пресс-фильтра производится в шламосборник, фильтрат пресс-фильтра содержит твердого 1 кг/м³. Уголь после пресс-фильтра в объеме около 5,05 т с влажностью до 25% идет в присадку к сухому углю из лав и к углю, поступающему из дробилки 2.

Для снижения содержания твердого в оборотной воде подземного замкнутого цикла водоснабжения в схеме предусматривается установка гидроциклонов ГЦ-500, ГЦ-350 и ГЦ-100 мм. Последовательная работа обеспечивает вывод угля класса -0,05 мм в сгущенный продукт до 60%, в слив будет поступать 40%. При поступлении в слив 50% класса угля -0,05 мм содержание твердого в воде составит 1,5-2 г/л. Накопление частиц этого класса в воде не превысит 3-4 г/л, в то время как при работе только гидроциклонов ГЦ-500 накопление частиц в оборотной воде произойдет до 15-20 г/л. Учитывая, что на гидрошахтах в оборотной воде содержится твердого 60-80 г/л и более, то снижение содержания твердого в воде увеличит моторесурс насосов с 700 до 1500-2000 ч. Дробление угля класса +50 мм не только улучшает сортность угля, но и снижает влагосодержание в угле. Поэтому уголь гидроучастка предусматривается для снижения влажности смешивать с дробленным углем из лав класса +50 мм.

Обезвоживание угля на участке позволяет применять гидродобычу угля на шахтах с обычной технологией добычи угля. Гидроотбойка при размерах заходок от 4х5 до 6х15 м² позволяет производить выемку угля без крепления очистного пространства самых нарушенных запасов угля, в том числе списанных, где невозможно или невыгодно применить комплексную механизацию, а отработка лавами на ВВ дает очень низкие технико-экономические показатели. При этом обеспечивается добыча 1000 т/сут, потери угля на уровне 20-30%. Для доставки угля из забоя используется самый дешевый транспорт - самотечный. Отсутствие дробления угля для напорного гидротранспорта и измельчения угля в углесосах позволяет сохранять классы угля на уровне отбойки на ВВ. Для доставки обезвоженного угля на поверхность используется транспортная система обычной шахты, причем уклон выработок до гидроучастка позволяет применять электровозную откатку по доставке материалов и оборудования. Снижение содержания твердого в оборотной воде увеличивает моторесурс насосов. Применение последовательной работы насосов позволяет обеспечивать в зависимости от изменения крепости угля подачу воды в очистные забои трех ступеней давления 480, 840 и 1320 м вод.ст. и более. Энергоемкость гидрокомплекса составляет около 40-60 квт. -ч на 1 т угля. Данная технология обеспечивает экологически чистую технологию гидродобычи без выдачи пульпы на поверхность. Отпадает необходимость в сооружении обезвоживающего комплекса на поверхности, а некоторые горные выработки можно использовать для размещения оборудования комплекса обезвоживания. Накопление илов можно использовать для заиловки выработанного пространства на пожароопасных пластах, либо производить захоронение в выработанном пространстве или старых выработках. На пожароопасных пластах наличие воды и оборудования обеспечивает непрерывную или периодическую подачу воды в выработанное пространство для постоянного поддержания влажности, а при необходимости и целенаправленной подачи воды в очаг пожара. Механогидравлическое проведение выработок и самотечный гидротранспорт обеспечивают в 1,5-2 раза выше темпы проведения выработок по сравнению с обычной технологией. Комплексы такого типа окупаются за 1-2 года при отработке запасов 0,5-1 млн. т, кроме того, в дальнейшем позволяют производить выемку запасов угля в любых местах шахты, даже ниже гидравлического уклона для гидротранспорта. Крупные классы угля отделяются на участке, шламы класса -0,5 мм перекачиваются на обезвоживающий комплекс. Применяется простое, серийно изготавливаемое оборудование стоимостью 200-400 тыс.руб. совместно с оборудованием для очистных и нарезных работ. Затраты на гидрокомплекс совместно с гидроучастком составляют до 1-1,5 млн.т.руб., себестоимость 1 т угля в целом по гидрокомплексу 3-6 рублей. В целом экономия по шахте составляет на крутых пластах до 10-20 руб. на 1 т угля, на пологих - 3-5 руб. на 1 т. Экономический эффект за 1 год достигает 0,5-1,5 млн.руб.

Гидрокомплекс обезвоживания угля и осветления воды с подземным замкнутым циклом водоснабжения позволяет автоматизировать процесс.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет комбинацией серийно изготовляемого оборудования снизить энергоемкость гидродобычи до 40-60 квт-ч/т, сохранить классы угля на уровне отбойки на ВВ за счет отказа от использования дробилок, углесосов и напорного гидротранспорта. Замкнутый подземный цикл водоснабжения обеспечивает возможность расположения обезвоживающего комплекса на гидроучастке в шахте, тем самым исключается загрязнение поверхности продуктами обезвоживающей фабрики. Исключение выдачи пульпы на поверхность снижает энергоемкость гидродобычи.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ, включающий гидротранспорт, классификацию угля по крупности, сушку, вывод выделенных надрешетного и подрешетного продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продуктов разделения и снижения энергозатрат, надрешетный продукт подвергают дроблению, а подрешетный продукт классифицируют на два класса с повторной переочисткой продукта мелкого класса, который затем сгущают по тонкозернистому шламу и направляют на фильтрацию, после чего его смешивают с осушенным надрешетным продуктом.

РИСУНКИ

Рисунок 1