книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

Не останавливаясь на первых двух технических факторах, влияющих на вскрытие при любом способе угледобычи, в том числе

ипри гидравлическом, рассмотрим два последних.

I. Гидравлический подъем угля из шахты может быть принят: углесосный; эрлифтный; с помощью загрузочно-обменных аппара­ тов (питателей). В отдельных случаях возможны комбинации этих

способов гидроподъема (например, углесосно-эрлифтный подъем и др.).

Наибольшее распространение на гидрошахтах в настоящее время получил углесосный подъем, при котором на рабочем гори­ зонте вблизи ствола устраивают центральную гидроподъемную (углесосную) станцию. Размеры углесосной камеры гидроподъема должны быть достаточными для размещения рабочих и резервных углесосных установок. Непосредственно к углесосной камере при­ мыкают выработки аварийного пульпосборника, который может выполнять функции водосборника.

Углесос забирает вместе с водой уголь из пульпосборника и выдает его по напорному трубопроводу (рис. 12) на поверхность.

Все вспомогательные операции (спуск и подъем людей, спуск и выдача оборудования и материалов) выполняет вспомогательный подъем, оборудованный клетевой подъемной установкой.

20

В последние годы созданы углесосы для выдачи пульпы из шахт глубиной до 200 м, а при последовательном включении углесосов

и надежная работа системы гидроподъема; возможность совмеще­ ния гидроподъема с шахт­

специального воздушного подъемника — эрлифта. Во время работы эрлифта гидросмесь из зумпфа 1 (рис. 13) через трубу 2 поступает в смеситель 3, в который по трубе 4 от

росмесь направляется на обогатительную фабрику 8 или в зумпф

перекачной углесосной станции.

Для применения отдельного эрлифтного подъема необходимо углублять ствол (ниже рабочего горизонта шахты) на 20—50% всей высоты подъема одной ступени эрлифта. Поэтому смеситель 3 находится ниже верхнего рабочего уровня воды в стволе на 50—100 м.

При высоте подъема более 300 м для снижения непроизводи­ тельного расхода воздуха и в тех случаях, когда углубить ствол невозможно, применяют углесосно-эрлифтный или ступенчатый (эрлифтный) гидроподъем.

21

При ступенчатоэрлифтном подъеме пульпа из первой ступени под действием сжатого воздуха в виде трехкомпонентной смеси (воздух—вода—уголь) поднимается на определенную высоту (высоту одной ступени). В конце трубопровода каждой ступени

Смесители всех ступеней располагают на глубине, которая опре­ деляется величиной давления сжатого воздуха у компрессора.

Эрлифтный гидроподъем может быть рекомендован для подъема пульпы по вертикальным или наклонным (с углом наклона не менее 55°) стволам при расположении приемника пульпы в не­ посредственной близости от ствола.

Достоинства эрлифтного подъема: надежность в работе и про­ стота осуществления автоматизации; малое количество тяжелого транспортного оборудования и механизмов в шахте, возможность осуществления гидроподъема из глубоких шахт. Недостатки: низ­ кий к. п. д. установки; необходимость увеличивать сечение и допол- нительно-углублять ствол, а также монтировать воздухоотделители при применении многоступенчатых эрлифтов; высокие капитальные

иэксплуатационные затраты (значительный расход электроэнергии

иобсрудование мощной компрессорной).

Гидроподъем с помощью питателей (загрузочно-обменных ап­ паратов) может быть осуществлен при глубине ствола 600—1200 м.

Всистеме гидроподъема с питателями насосные станции подают

втранспортную (выданную) магистраль необходимое количество воды с требуемым напором. Транспортируемый материал загружа­ ется в трубопровод питателем, который устанавливается (в цепи аппаратов) после насосов.

порода) загружается в трубопровод в сухом виде (питатели АЗВ, ПСГ, польские ГИГ и др.), во втором — в виде угольной или породной пульпы (камерные питатели ДонУГИ, углесосно-трубча- тые и др.).

Транспортируемый материал в случае надобности измельчают дробилкой до необходимой крупности.

По конструкции питатели делятся на камерные, трубчатые, поршневые, барабанные и др. На гидрошахтах находят применение трубчатые и камерные питатели. Питатели устанавливаются в спе­ циально сооруженных вертикальных выработках (камерные) или монтируются непосредственно в выработках (трубчатые).

Основные достоинства гидроподъема с питателями: небольшая энергоемкость, а следовательно, и небольшие эксплуатационные расходы; непрерывность выдачи угольной пуль.пы на поверхность; возможность транспортирования более крупного материала, чем углесосами; значительно меньшее измельчение материала. Недо­

22

статки: значительный объем трудоемких и сложных работ по обо* рудованию крупногабаритных установок в подземных условиях;, многоцикличный режим работы; сложность управления системой гидроподъема; несколько более низкий, чем у углесосов, к. п. д.. гидротранспортной установки.

В последнее время при проектировании и строительстве новых гидрошахт на энергетических углях получает распространение комбинированный способ подъема угля.

Рис. 14. Комбинированный способ выдачи угля из гидро­ шахты:

/ — гидромонитор в забое; 2 — желоба; 3 — напорный водовод;

фабрика; 13 — высоконапорный насос; 14 — подъемная машина

При комбинированном способе (рис. 14) осуществляется гидрав­

уголь обезвоживают в шахте на грохоте (в околоствольном дворе или на панельном бремсберге), после чего выдают по стволу меха­ ническим подъемом на обогатительную фабрику либо сортировку.

Мелкий уголь и шлам с водой выдают на поверхность в отстой­ ники, где они оседают и выгружаются. Осветленную воду снова подают в шахту. Обезвоживание шлама может быть также меха­ ническим или мокрым.

23

Комбинированный способ подъема угля внедрен на антрацито­ вых гидрошахтах. Основное достоинство комбинированного подъема — сохранение крупных классов угля — имеет большое зна­ чение при добыче сортовых углей. Недостаток — необходимость иметь, наряду с гидравлическим, механический (скиповой или клетевой) подъем угля и дополнительные сооружения в шахте.

Таким образом, при проектировании гидрошахт и выборе спосо­ бов вскрытия шахтных полей необходимо учитывать следующие специфические особенности гидравлической технологии угледобычи.

1. Схема вскрытия шахтного поля должна быть выбрана с уче­

в конечном счете выбор способа гидроподъема при прочих равных условиях определяется минимальной суммой капитальных затрат, необходимых для устройства различных типов гидроподъемных установок.

2 . Наибольшее влияние на выбор способа вскрытия оказывает подъем с использованием питателей, так как при этом виде гидро­ подъема очень велик объем горных и монтажных работ (стоимость строительства основных сооружений на одном горизонте в 2—2,5 раза выше, чем при подъеме углесосами, и в четыре раза дороже, чем при эрлифтном подъеме).

3. Углесосный гидроподъем является наиболее универсальным и освоенным промышленностью, однако его применение в настоя­ щее время ограничивается (по техническим возможностям) глубиной разработки 400—500 м.

4. Эрлифтный гидроподъем может быть рекомендован для гидрошахт, разрабатывающих крутые и наклонные пласты, вскры­ ваемые, как правило, вертикальными стволами и этажными квер­ шлагами. Для гидроподъема из глубоких (1000 м и более) шахт целесообразно применять ступенчатый эрлифтный и комбинирован­ ные виды гидроподъема (углесосно-эрлифтный и др.).

II. Подземное транспортирование пульпы (угольной и породной) на гидрошахте по магистральным выработкам (квершлагам, глав­ ным штрекам и др.) до околоствольного двора может быть: само­ течным (безнапорным); напорным; самотечно-напорным или напорно-самотечным; комбинированным (крупные классы частично обезвоженного угля транспортируются конвейером или в вагонет­ ках, а угольная мелочь — гидравлическим способом по желобам или трубопроводам).

От способа транспортирования угля и породы по магистраль­ ным выработкам зависит выбор угла наклона выработок и способа доставки материалов в забой.

Самотечный (безнапорный) гидротранспорт может быть осуще­ ствлен в выработках с уклоном 0,05, при котором не применим рельсовый транспорт. По таким выработкам материалы доставля­ ются подвесными канатными или монорельсовыми дорожками.

24

Достоинства самотечного гидротранспорта: простота схемы; поточность транспортирования угля; высокая надежность работы. Основные недостатки: большая протяженность выработок и необ­ ходимость проведения основных вскрывающих выработок (квер­ шлагов, коренных штреков и др.) с повышенным уклоном, не по­ зволяющим применять рельсовые средства доставки оборудования и материалов в забои.

При напорном гидротранспорте в выработках с нормальным (0,005 или немного большим) подъемом пульпу транспортируют по трубам с помощью углесосов (питателей).

При разработке свиты пластов (вскрытых вертикальными ство­ лами и капитальными квершлагами), больших размерах поля по восстанию и значительной разнице в отметках околоствольного двора и очистных забоев в бремсберговом поле может оказаться целесообразным применить самотечно-напорный гидротранспорт. Трубы, прокладываемые в ходке для транспортирования пульпы самотеком, соединяют с трубами, уложенными в горизонтальных выработках. По наклонным трубам пульпа перемещается за счет

При проектировании гидрошахт необходимо стремиться приме­ нить безнапорный гидротранспорт как наиболее простой и наи­ менее трудоемкий на возможно большей части шахтного поля.

Гидродобыча с применением безнапорного гидротранспорта наиболее рациональна при разработке выемочных полей небольших размеров (примерно 2—4 км по простиранию).

Схема вскрытия с точки зрения рациональных способа гидро­ подъема и схемы гидротранспортирования по основным вскрываю­ щим выработкам должна выбираться с учетом конечной глубины разработки шахтного поля, размеров его по простиранию, требуе­ мой крупности угля, обеспечения максимальной производительно­ сти труда при минимальной себестоимости продукции.

Для выбора того или иного способа вскрытия обычно прибегают к технико-экономическому сравнению вариантов.

При выборе способа вскрытия гидрошахт руководствуются Нормами технологического проектирования угольных шахт, карье­ ров и обогатительных фабрик.

Рассматриваемые ниже способы вскрытия угольных пластов при гидродобыче даны применительно к углесосному гидроподъему угольной пульпы из гидрошахт.

§ 2. ВСКРЫТИЕ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ

Вскрытие наклонными стволами, проходимыми по пласту угля (с подрывкой и без подрывки боковых пород), применяют при не­ большой мощности наносов, спокойном залегании пласта и длине шахтного поля по падению не более 1,5—2,5 км. Типичным

25

примером указанного способа может служить схема вскрытия пласта гидрошахты «Одесская-Комсомольская» № 2 (Донбасс).

Один ствол 1 (рис. 15) служит для выполнения вспомогатель­ ных операций и подачи свежего воздуха в шахту. Его обычно оборудуют одноконцевым канатным рельсовым подъемом для до­ ставки материалов и спуска-подъема людей. В другом стволе 2 укладывают трубопровод для подачи высоконапорной воды в шахту

наклонные стволы углубляют и на новом горизонте оборудуют

рис. 15) с подъемом, обеспечивающим самотечный гидротранс­ порт угля и породы. От указанных штреков проводят нарезные выработки.

Свежая струя воздуха поступает в очистные забои из путевого наклонного ствола по одному или обоим ярусным штрекам, рас­ положенным на нижней границе яруса, а исходящая струя отводится по параллельному штреку, соединенному с вентиляцион­ ным стволом.

Иногда параллельный штрек (просек) не проводят. В качестве вентиляционного штрека используют аккумулирующий штрек выше­

26

лежащего отработанного яруса или (при одновременной разработке двух ярусов) специально пройденный штрек.

При' одновременной разработке свиты, состоящей из двух-трех пластов, на практике может применяться вскрытие наклонными стволами и этажными квершлагами с последовательной разработ­ кой этажей в нисходящем порядке.

Основные достоинства вскрытия полей гидрошахт наклонными стволами: простота вскрытия и сравнительно небольшая стоимость проходки стволов; меньшая трудоемкость (по сравнению с верти­ кальными стволами) работ по креплению и армированию стволов; меньший объем работ по проведению горизонтальных вскрываю­ щих выработок; возможность быстрого ввода шахты в эксплуата­ цию благодаря сокращению сроков подготовки первых выемочных участков; возможность дополнительной разведки пласта в процессе проведения стволов по углю и получения попутной добычи угля.

Вскрытие наклонными стволами имеет также существенные не­ достатки: значительные расходы на поддержание наклонных ство­ лов (вследствие их большей длины по сравнению с вертикаль­ ными); большая, чем при вертикальных стволах, трудоемкость работ по доставке грузов в шахту; возрастание затрат на про­ ветривание шахты; больший износ стенок труб.

Вскрытие вертикальными стволами применяют при разработке угольных пластов, залегающих на любой глубине.

Одиночный пологий или наклонный пласт вскрывают обычно вертикальными стволами, закладываемыми примерно в середине шахтного поля по падению.

На рис. 16 приведена схема вскрытия поля гидрошахты «Энер­ гетическая» (№ 3/4 «Грамотеинская») в Кузбассе. Здесь свита пологих пластов вскрыта вертикальными стволами и этажными квершлагами, которые проведены с уклоном 0,05 для обеспечения самотечного гидротранспорта.

Свиту пологих пластов наиболее просто вскрывать вертикаль­

На нижнем пласте сооружают центральную околоствольную станцию гидроподъема. При последующей разработке нижележа­ щей группы пластов, вскрываемой тем же стволом, вторая стан­ ция гидроподъема может выдавать уголь непосредственно на по­ верхность или с использованием первой станции в качестве второй ступени гидроподъема. Часть поля гидрошахты, расположенная по восстанию относительно вертикального ствола и ограниченная по падению нижними аккумулирующими штреками, проводимыми

ствольного двора, целесообразно вскрывать не уклонами, а брем­ сбергами, проводимыми от второго ствола, который располагается

27

Рис. 17. Схема вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами с капитальными бремсбергами и шурфом:

1 — клетевой ствол; 2 — вентиляционный ствол

отработанная струя со второго бремсбергового поля).

При вскрытии без квершлагов снижается объем горных работ, улучшаются условия проветривания благодаря сокращению пути движения воздуха до добычных участков и сокращается стоимость доставки угля к подъемному стволу. Однако при этом усложня­ ется доставка материалов, оборудования и рабочих к очистным забоям.

Бесквершлажный способ вскрытия может с успехом использо­ ваться в комбинации с квершлажным при наклонном падении пластов для вскрытия обособленной группы пластов, залегающих в пределах поля гидрошахты. Группа сближенных пластов обычно вскрывается квершлагами.

На действующих в Донецком бассейне и строящихся в других бассейнах страны гидрошахтах при разработке свиты пологих пластов широкое применение нашел способ вскрытия вертикаль­ ными стволами и капитальными квершлагами. Типичными при­ мерами являются схемы вскрытия донецкой шахты Д-2 гидроруд­ ника «Пионер» (рис. 18) и гидрошахты шахтоуправления «Юби­ лейное» (Кузбасс).

Гидрошахта Д-2 производственной мощностью 450 тыс. т в год

разрабатывает пласты /1, ІІ и /5 (см. рис. 18) с углами падения от 8 до 15° и мощностью от 0,6 до 0,97 м. Шахтное поле вскрыто двумя вертикальными центрально-сдвоенными стволами и капи­ тальным квершлагом на откаточном горизонте. Квершлаг делит поле шахты на две части — бремсберговую и уклонную.

Транспортирование угольной пульпы, поступающей из забоев в участковые углесосные станции, самотечное по желобам, а по магистральным штрекам — напорное в трубах.

29