автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров технологических схем шахт с подземным обогащением угля

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи ПАЦУК Владимир Евгеньевич

УДК 622.272.001.14:622.7(043.3)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТ С ПОДЗЕМНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМ УГЛЯ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ШАРОВАР И. И.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КОВАЛЬЧУК А. Б., канд. техн. наук, в. н. с. КИЛИМНИК В. Г.

Ведущее предприятие — ПО «Тулауголь».

Защита диссертации состоится « г'Р. » 1994 г.

в час. на заседании специализированного совета К-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу. 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » . <¿2г. 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В 1991 году в Российской Федерации добыто 353297 тыс.т. угля. При добыче каждой тысячи тонн угля на поверхность шахт выдавалось в среднем 195 т породы, в Донецком угольном бассейне - 335 т породы, в Печерском - 198 т, в Кузнецком - 156 т. Доминирующая з настоящее время концепция механизации добычи угля затрудняет возможность осуществления селективной выемки из пластов сплошного строения чистых угольных пачек и прослойков породы и приводит к возрастанию зольности добываемого сырья. На обогатительные фабрики некоторых шахт страны поступает горная масса, в которой зольность угля крупностью 10-200 мм в ряде случаев составляет около 65-68%, что приводит к необходимости дополнительной транспортировки и переработки значительных объемов породы. Особенно остро эта проблема встает в настоящее время в связи с увеличением глубины ведения очистных работ в условиях освоенных районов.

Важный фактор влияния горнодобывающей промышленности на окружающую среду - отходы предприятий ( порода и хвосты обогащения ), собираемые в отвалы. Так в Донбассе насчитывается более 1000 шахтных отвалов, и они вместе с площадями, отведенными под санитарные зоны, занимают до 50 тыс.га земель. Кроме того, что отвалы требуют больших площадей земельных отводов, изымаемых из сельскохозяйственного оборота, интенсивность выделения газов из терриконов и отвалов, где они образуются в основном в результате окислительных процессов, довольно высока. так из горящих терриконов Львовско-Волынского угольного бассейна с 1 м2 площади выделяется в сутки: 10,8 кг окиси углерода, 6,5 кг сернистого газа, 0,6 кг сероводорода и окислов азота.

Лучшим средством утилизации пустой породы и отходов обогащения представляется закладка выработанного пространства, что не только исключает возможность загрязнения поверхности, но и сохраняет ее от проседаний и провалов.

Обеспечить захоронение пустой породы, ;получаемой от обогатительных фабрик, расположенных на поверхности, сложно в техническом отношении, а увеличение глубины ведения очистных работ приводит к увеличению затрат на эти работы.

Решение этих глобальных проблем может быть существенно упрощено в результате подземного обогащения угля и оставления

- 1 -

породы и отходов обогащения в шахте, так как может быть сэкономлена часть средств, затрачиваемая на выдачу из шахты , складирование и хранение пустой породы на поверхности. Поэтому разработка технологических схем подземного обогащения является актуальной научно-технической проблемой.

Целью работы является установление зависимости зольности обогащенного угля, эксплуатационных и приведенных затрат от горно-геологических и горнотехнических факторов для обоснования перспективных технологических схем подземного обогащения, позволяющих повысить технико-экономические показатели работы шахт и улучшить экологическую ситуацию.

Идея работы заключается в использовании малооперационнос-ти и малогабаритности обогатительного оборудования и производственных процессов, в которых совмещены добыча и обогащение горной массы.

Научные положения, разработаннво личио автором, и новизна:

классификация технологических схем шахт с подземным обогащением угля, позволяющая синтезировать новые технологические схемы;

пространственно-планировочные решения по размещению обогатительного оборудования в горных выработках действующих и проектируемых шахт, отличающиеся использованием малооперационного и малогабаритного обогатительного оборудования, позволяющие определить места привязки и объемы камер для'его размещения;

. экономию- математическая модель технологической схемы шахты с подземным обогащением угля, позволяющая исследовать взаимосвязи технологических параметров технологии подземного углеобогащения и влияющих факторов;

зависимость приведенных затрат от длины лавы и размеров шахтного поля по простиранию, отличающаяся учетом затрат на формируемые обогатительные комплексы и наличие встречных потоков горной массы, обогащенного угля и пустой породы, позволяющие оптимизировать эти параметры для конкретных горно-геологических условий;

зависимости зольности обогащенного угля, эксплуатационных и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков отрабатываемого пласта, отличающиеся учетом специфических условий подземного углеобогащения и • позволяющие производить

- г -

оценку различных вариантов технологических схем.

Обоснованность и достоверность научкыж положений, н рекомендаций подгверддиотся:

результатами лабораторных и натурных наблюдений процессов обогащения угля на экспериментальной установке;

значительным объемом вычислительного эксперимента на ЭВМ, включающим более 10000 вариантов;

удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с производственна опытом, накопленным в области подземного углеобогащения, и результатами лабораторных исследований ( расхождение до 15% ).

Зпачкияз работы. Научное значение диссертационной работы заключается в разработке на основании классификации структурных схем подземного обогащения угля и увязке обогатительных процессов с процессами непосредственно горного производства, разработке требований, предъявляемых к технологии подземного обогащения, а также в установлении зависимости их параметров от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов по результатам реализации математической модели технологии.

Практическая ценность работы зашночается в разработке пространственно-планировочных решений по размещению обогатительного оборудования для наиболее типичных схем подготовки иахтных полей и схем околоствольных дворов", а также в установлении рациональных количественных параметров технологической схемы подземного- обогащения для групп горно-геологических условий, характерных для угольных шахт России.

Реализация бызодоз н рзиоиендзцкй. Результаты работы были приняты при формировании программы работ по созданию экологически чистой шахты, выполняемых Московским государственным горным университетом ( МГГУ ) по заданию Государственного комитета по высшему образованию, а также отдельные решения по горной части были использованы Институтом обогащения твердого топлива ( ИОГТ ) при проектировании экспериментальной установки для подземного обогащения угля.

Апробацяз работа. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры "Технология, механизация и организация подземной разработки угля" ( 1990-1993 гг. ),.на Международной научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства", проведенной в Московском государственном горном университете ( 1993г. ), где были одобрены и рекомендованы для проведения проектно-конструкторских работ по созданию устано-. - з -

вок для подземного обогащения угля.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 научных статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на ¿Зц страницах машинописного текста, содержит '21 рисунков. 17 таблиц, список использованной литературы из наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЕЛННЕ РАБОТЫ

Обеспечение народного хозяйства высококачественным сырьем для металлургической промышленности и энергетики продолжает оставаться основной задачей угольной промышленности.

Ухудшение качества добываемых углей, их разубоживание балластными, а иногда и вредными примесями приводит к значительным внутриотраслевым народнохозяйственным потерям. Это в равной мере относится к подземному и открытому способам добычи.

Работы по улучшению качества угля и снижен® его потерь, уменьшению количества выдаваемой на поверхность породы ведутся в направлениях изыскания более совершенной горной технологии, применения процессов обогащения горной массы под землей и оставления породы в шахте.

Использование на щахтах простейших установок для механизированной породовыборки позволяет использовать забалансовые и некондиционные угли в некоторых угольных бассейнах. Однако улучшение качества добываемого угля только за счет его сортировки с применением . ручной породовыборки оказывается тем не менее нецелесообразным в большинства случаев, так как при существующей технологий отбойки угля основной обьем добычи составляют мелкие классы угля по крупности.

. В практике мировой угледобычи накоплен определенный опыт подземного обогащения угля и оставления породы в шахте.

Над различными аспектами проблемы подземного обогащения и связанной с ней проблемой размещения пустой породы в выработанном пространстве в разные годы работали и продолжают работать многие ученые в странах с развитой горнодобывающей промышленностью: А.М.Терпигорев, И.Н.Дыгалов, С.Д.Сонин, В.Л.Ко-сович, Н.К.Гринько, А.Р.Малявко, Г.М.Золотарев, А.Г.Фролов, В.Л.Шкуренко, М.В.Жигалов, А.С.Бурчаков, М.И.Шаровар, А.С.Бродт, В.А.Кинариевский, В.Г.Лурий, О.В.Михеев и др.

Однако все эти-исследователи занимались только отдельными аспектами проблемы: разработка конструкции оборудования, формирование общих подходов к проблеме, создание новых обога-

- г,

тительных методов и т.п. Общей работы по технико-экономической оценке технологии подземного углеобогащения до настоящего времени нет.

В пятидесятых годах для шахт "Константин Великий" и "Мон-Сени" С ФРГ ) были разработаны и частично реализованы варианты подземной породовыборки из угля вручную и с частичной механизацией в аппаратах с тяжелыми суспензиями. В настоящее время в ФРГ на пахте. "Эмиль Майриш" были проведены опыты по использования в подземных условиях колосниковой двухпродукто-вой отсадочной машины с подвижным решетом фирмы "Гумбольт Бе-дат" для обогащения рядового угля.

В Польше накоплен опыт подземного обогащения горной массы трудной обогатимости крупностью 30-80 мм в моечных желобах с водной разделительной средой.

В ИОТТ в г.Люберцы ведутся работы по применению для подземного обогащения крутонаклонных сепараторов.

Однако наиболее перспективными представляются методы обогащения, которые совмещены с производственными процессами собственно горного производства: выемка угля, его транспортирование по горным выработкам, выдача на поверхность. Так, в МТУ предложена технология выемки угля в тяжелых средах на крутопадающих пластах, которая позволяет "получать из очистного забоя обогащенный уголь, т.е. совмещается процессы очистных работ и обогащения. Бри этом тяжелая жидкость выполняет функции крепления кровли очистного забоя, доставки угля и размещения закладочного материала в выработанном пространстве. Также в МГГУ А.С.Бурчаковым, Л.А.Пучковым, И.И.Юароваром и А.С.Брод-том разработаны многочисленные технологические схемы гидростатического подъема угля в тяжелых средах, позволяющие совместить процесс выдачи угля на поверхность и его обогащение. Сама идея гидростатического подъема не нова. Она была предложена еще в 1936 году. Однако в то время не удалось подобрать среду, в которой бы производилось обогащение,и разработать технологию так, чтобы процесс обогащения был экономически эффективным.

В МГГУ произведен анализ тяжелых сред и для подземного обогащения выделены низкокипящие органические жидкости типа фторалканов. Отличительной их особенностью является низкая вязкость, что позволяет осуществлять обогащение мелких классов углей, достаточная плотность, низкая температура кипения, .что позволяет выдавать уголь в сухом виде, химическая и физическая устойчивость, безопасность для применения в подземных условиях. .

Накопленный опыт применения предварительного подземного обогащения подтверждает его технологическую, экономическую и экологическую эффективность, особенно на фоне развернувшейся борьбы за сохранение окружающей среды.

Применение подземного обогащения позволяет исключить •вредное воздействие обогатительных фабрик на окружающую среду, ликвидировать породные отвалы и хвостохранилища, снизить затраты на транспортировку угля на т у.т. от очистного забоя до поверхности и повысить за счет этого производственные мощности действующих шахт, перейти на управление кровлей закладкой, что позволит существенно снизить проявление горного давления, вызывающее сдвижения земной поверхности и понижение уровня грунтовых вод, уменьшить размеры земельных отводов под объекты промышленного комплекса на поверхности и снизить степень деформации природных ландшафтов.

Негативными сторонами подземного обогащения являются некоторое удорожание эксплуатационных затрат за счет более высокой оплаты труда на подземных горных работах и применение более дорогих методов, средств и аппаратуры, допустимых для подземных условий.

Однако очевидно, что поставленная цель является актуальной научно-технической проблемой, призванной существенно улучшить экологическую ситуацию в районах добычи угля подземным способом.

Именно оценке наиболее перспективных с технической, социальной и экономической точек зрения технологии подземного обогащения угля и посвящена настоящая работа. ,

Отсюда, в соответствии с целью исследования,в диссертационной работе резались следующие основные задачи:

анализ проблема подземного обогащения угля с технической, экологической и экономической точек зрения;

разработка требований к технологическим схемам подземного' обогащения угля;

. разработка перспективных структурных . схем подземного обогащения;

разработка пространственно-планировочных решений по разведению обогатительного оборудования в горных выработках;

разработка зкономико-математической модели наиболее перспективных технологических схем подземного обогащения;

исследование влияния различных• факторов на параметры технологии подземного обогащения угля; - . оптимизация основных параметров технологии применительно

- б -

к типичным горно-геологическим и горнотехническим условиям;

оценка технико-экономической эффективности предложенных решений.

В диссертационной работе использовался комплексный метод исследования, включающий в себя анализ и обобщение научно-технической информации, обобщение результатов промышленной деятельности предприятий, лабораторные исследования отдельных процессов, натурные наблюдения, обобщение проектно-сметной документации по выполненным проектам, экономика-математическое моделирование сложных технологических систем.

При обогащении угля в подземных условиях наряду с общими требованиями, предъявляемыми к обогатительным установкам, работающим на поверхности, необходимо учитывать ряд специфических особенностей: аппараты углеобогащения: должны быть малогабаритными; . процесс обогащения должен быть поточным; широкий диапазон разделения по крупности; высокая чувствительность метода обогащения; низкая энергоемкость; небольшие объемы используемых материалов; замкнутое снабжение используемых материалов; нетоксичность используемых материалов; пожаро- и взрывобезо-пасность материалов; обеспечение требуемых санитарно-гигиенических условий.

Для обеспечения системного подхода к оценке существующих и созданию новых технологических схем подземного углеобогащения в работе впервые предложена классификация технологических схем подземного обогащения угля, представленная на рис.1.

Предложенная классификация основана на следующих классификационных признаках: наличие обогатительной фабрики на поверхности; : наличие стадии предварительного обогащения; связь предварительного обогащения с процессами угледобычи; процессы предварительного обогащения; связь основной стадии обогащения с процессами угледобычи; методы и процессы обогащения; порядок размещения породы; направления использования угля под землей; направления использования угля на поверхности.

Структура классификации позволяет не только систематизировать известные технологические схемы подземного углеобогащения, но и синтезировать' новые. Из множества возможных технологических схем отбираются предпочтительные, удовлетворяющие системе требований, предъявляемых к даннсму производственному процессу.

На основании классификации были отобраны технологические схемы подземного обогащения, в наибольшей степени удовлетворяющие изложенным требованиям.

iHgsSgsg gSSS feg

IP f Ш I I

§1 gëjigpçpsi àlgn s

Основные технологические характеристики этих схем приведены в табл.1.

Таблица 1

Качественные характеристики перспективных схем подземного обогащения угля

¡Номер ¡схемы

Место осуществления обогащения на первой стадии

Метел обогащения на первой стадии

Связь с про-извод-ствеины-ми процессами угледобычи

Место осуществления обогащения иа второй стадии

Метод обогащения на второй стадии

Связь с производственны-ми процессами угледобычи

2

4

5

б

1 1.1

1.1.1

1.1.2

1.2 1.2.1

1.2.

ОдностздйЫш сге;ш подзамкего оОог&донкя

Схемы, в которых процессы обогащения не связаны с процессами угледобычи Специ-

У забоя или в магистральных выработках Около-ствольный двор или магистральные выработки

Схемы, Забой

Ствол

альные методы обогащения

Гравитационный

в которых процессы обогащения связаны с процессами угледобычи

Гравитационный

Гравитационный,

С очист ними работами С подъемом

2 ДвухстэдиЛию схемы вдззешого обегжчвикя

2.1 Схемы, в которых обе стадии обогащения не связаны с процессами угледобычи

2.1.1 У забоя Специ- Около- Гравита-

или в альные стволь- ционный

магис- ный двор

тральных или ма-

выработ- гис-

ках тральные выработки

2.1.2 Магис- Гравита- Около- Гравита-

тральные ционный стволь- ционный

выработ- ный двор

ки

1

Продолжение таблицы 1.

1 2 3 4 ' 5 6 ? 1

2.2 Схемы, в которых процессы первой стадии обогащения

связаны с процессами угледобычи, а второй - не связаны

2.2.1 Забой Гравита- С очис- Около- Гравита-

ционный тными стволь- ционный

работами ный двор

или ма-

гис-

тральные

выработ-

ки

2.3 Схемы, в которых процессы первой стадии обогащения не

2.3.1 связаны с процессами угледобычи, а второй - связаны

У забоя Специ- Ствол Гравита- С подъ-

или в альные ционный емом

магис-

тральных

выработ-

ках

2.3.2 Около- Гравита- Ствол Гравита- С подъ-

стволь- ционный ционный емом

ный двор

или ма-

гис-

тральные

выработ-

ки

2.4 Схемы, в которых обе стадии обогащения связаны

с процессами угледобычи

2.4.1 Забой Гравита- С. очис- Ствол Гравита- С подъ-

ционный тный» ционный емом

работами . ]

На основе анализа характеристик перспективных схем под-эемного обогащения угля были выделены одностадийные и двухста-дийные схемы, приведенные, соответственно, на рис.2 и 3. Наи-

более перспективным!! на современном этапе развития горной техники и технологии являются схемы, приведенные на рис.2,6 и рис.3,6.

• Технологическая схема на ркс.2,6 представляет собой одностадийное обогащение на стационарном ( общешахтном ) обогатительном пункте. При этом возможны различные варианты размещения обогатительного пункта и его укомплектования оборудованием.

Технологическая схема на рис.3,6 представляет собой двух-стадийное обогащение на полустационарноы ( участковом ) обогатительном пункте и в гидростатическом подъеме.

- 10 -

Обозначении:

I-1 - технологическое звено обязательно присутствует в

'-1 схеме;

и 1 а - технологическое звено может отсутствовать в схеме. I ■ .....л

Рис.2. Перспективные одностадийные технологические схемы подземного углеобогащения:

а) обогащение на полустационарном (участковом) обогатительном пункте,

б) раздельное обогащение на стационарном (общешахтном) обогатительном пункте, в': обогащение в гидростатическом подъеме

выемка угЛл

Итра! гэга мае!

ансиорз '■ной сы

грохочение сепарация

закладка

порода

тэан-с.орт угля

грохочение

крупные крутонаклонны!!

- сепаратор

мелкие -—---

классы |гидроциклон _порода

угольйтран-5

--"спорт!-1

угля Д

подъ-|уголь

!

угля |

I выемка ¡транспорт ! угля —3 горной ' •_ дмассы

грохочение и сепарация |транспорт |_ вьц ве| ПУ! ;ача угля на по-Зхность с полным обогащением уголь

|порода порода

|ьчемка[_] транспорт Мгрохочение 1 |'г| ] ма8сыК П крупные крутонаклонный сепаратор Г уголь транспорт

мелкие

~ . классы | гидроциклон 1 М

выдача угля на поверхность с попутным обогащением

|порода

| закладка|-;-

Обозначения .-

--1 - технологическое звено обязательно присутствует в схеме;

порода

-5 - технологическое звено может отсутствовать в схеме,

-с

уголь

Рис.. 3. Перспективные двухстагиййые технологические схемы подземного углеобогащения: а' обогащение на полустационарном (участковом) и стационарном (общешахтном) обогатительных пунктах,

01 обогащение на полустационарном (участковом) обогатительном пункте ив гидростатическом подъеме, ы обогащение на стационарном (обшешахтном) обогатительном пункте и в гидростатическом подъеме

Расположение обогатительных пунктов рассматривается в каждом случае в соответствии с конкретной технологической схемой шахты. Однако все схемы имеют некоторые типичные для них узлы, такие, как схемы околоствольных дворов, схемы вскрытия шахтных полей, схемы подготовки шахтных полей. Очевидно, что стационарные обогатительные пункты должны быть расположены в местах, куда поступает уголь если не со всех, то с большинства участков, и где схема транспорта остается неизменной в течение всего срока службы шахты. Гак, например, при погоризонтной схеме подготовки шахтного поля пункт располагается вблизи пересечения главного конвейерного штрека и конвейерного бремсберга. Горная масса с конвейерного бремсберга подается на обогащение, а по главному откаточному штреку транспортируется уже обогащенный уголь. Отсортированная порода транспортируется для закладки в выработанное пространство лавы.

Отдельное место в выборе технологических схем подземного обогащения угля играют схемы с использованием шахтных технологических процессов горного производства для целей обогащения. Это, как уже упоминалось, добыча угля в тяжелых средах и гидростатический подъем угля. При использовании способа обогащения угля в тяжелых средах, совмещенного с добычей угля, место обогащения сопряжено с выработанным пространством, а при обогащении в гидростатическом подъемнике - определяется схемой вскрытия. При этом могут широко использоваться гезенки, проходимые методом бурения, и скважины большого диаметра. Конкретное размещение и привязка к сети горных выработок решается в каждом конкретном случае отдельно, с учетом следующих факторов: величины грузопотока; схемы вскрытия; способа подготовки¡фракционного и марочного состава и др.

Для исследования влияния различных факторов на показатели технологических схем шахт с подземным обогащением угля и определения их оптимальных значений была разработана экономико-математическая модель шахты с подземным обогащением угля. Модель предусматривает расчет зольности горной массы и обогащенного угля, мощности шахты по горной массе и обогащенному углю, себестоимости обогащенного угля, капитальных и приведенных затрат в зависимости от количества стадий обогащения, места расположения обогатительных пунктов, видов транспорта горной массы и породы.

Варьируемыми параметрами модели являются: размер шахтного поля по простиранию; длина лавы; мощность породных прослойков;

- 13 -

материнская зольность угля; зольность породных прослойков.

При расчете экономических показателей учитывались затраты .на проходку выработок, стволов и камер, их поддержание, эксплуатационные расходы в очистном забое, транспорт, подъем, обогащение, размещение породы в выработанном пространстве.

В процессе моделирования используется большое число исходных данных, характеризующих горно-геологические, горнотехнические и экономические условия работы предприятий. При формировании базы исходных данных использовались нормативы, тарифы и цены, действовавшие до 1 января 1991 г.

Анализ алгоритма математической модели показывает, что хотя в вычислительном процессе задействовано большое число исходных данных, практически на параметры технологии подземного углеобогащения оказывают влияние только следующие горно-геологические факторы: мощность угольного пласта; суммарная мощность породных прослойков; зольность угольных пачек; зольность породных прослойков.

Очевидно, что мощность угольного пласта определяет, в основном, технико-экономическую эффективность собственно горного производства (нагрузка на очистной забой, производительность труда рабочего по добыче, удельные капиталовложения и т.п.). Ее влияние достаточно подробно отражено в крупных научных исследованиях таких ученых как А.С.Бурчаков, В.А.Харченко, В.М.Зыков, С.С.Квон, Л.А.Кафорин, М.И.Устинов. На основании анализа перечисленных фундаментальных работ можно сделать вывод о том, что. наиболее эффективней является мощность пласта 3...4 м. Очевидно, что для широкого распространения достигаемых при таких значениях мощности пласта результатов необходимо, чтобы пласт залегал в благоприятных горно-геологических условиях, что встречается крайне редко. Обычно такие пласты имеют сложное строение и отличаются довольно высокой пластовой зольностью.

В ходе моделирования было исследовано влияние мощности породных прослойков при фиксированной мощности пласта т-2,2 м. При этом суммарная мощность прослойков изменялась от 0.1 до 1,2 м. Были получены зависимости зольности готовой продукции, эксплуатационных расходов по учитываемым видам затрат и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков.

На рис.4,а приведена зависимость вольности горной массы и обогащенного угля для различных технологических схем подземного обогащения от суммарной мощности породных прослойков.

Как видно из приведенных графиков,с ростом суммарной мощ-- 14 -

! Г

45

30

—— öti педн - ofoie«(M ----о5сгащп пион [¿мощения ut 1 одну стаЗищ */f ( ¡le стадии

г ^^ ^ к,» К,-.0,3

__—

0,25

0.T5

1.0

1.25

Суммарная мощность породных'прослойка!, »

а)

1.5

12 17 1С

го ole

- dmsuituur о еднч cmaluto

___о1шщи*л i Bit tmsluu

ГЦ - гаёроциклон t К НС- иритонаммныи таратор ГП - гисростатишхиа пойпн ГШ - шыьтй Ьгмс!;р)_

гш - тбный штрех „ ■ оно»ост1г>.1ьный Slop

ОД •

I Л5кад ^KHtí (1ИГЦ

КНС I ГЦ и од

/^ KÜC в ГШ и сд

О.Н S.5S B.7Í t.l US 1.50

Суммарная мощность поридчш npouoúxoS, м б)

Рис. 4. Зависимость зольности угля (а) и приведенных ¿.-1трат(б) от суммарной мощности породных прослойков

- 15 -

ности прослойков прямо пропорционально возрастает и вольность горной массы. Зольность обогащенного угля также возрастает с ростом суммарной мощности породных прослойков, однако зависимость теряет линейный характер и темпы роста зольности возрастают.

Графики, характеризующие различные технологические схемы подземного углеобогащения, показывают, что порода прослойков может практически полностью выводиться из горной массы как при двух-, так и при одностадийном обогащении при практически достигнутом на практике коэффициенте извлечения к-0,9. Однако в большинстве случаев нет необходимости извлекать всю породу из горной массы. Так при ki-0,9 и суммарной мощности прослойков Мп-0,5 м, что часто встречается на практике, при материнской зольности угольных пачек 9£ зольность обогащенного угля составляет 117., а при двухстадийном обогащении - 9,57.. Очевидно, что нет смысла использовать вторую стадию обогащения, из чего следует важное на наш взгляд технологическое решение: при высоком коэффициенте извлечения подземное обогащение формируется в одну стадию. В то же время при малом значении коэффициента извлечения ki-0,3 зольность угля изменяется незначительно. Так при тех же значениях при одностадийном обогащении зольность угля составит 22,57., а при двухстадийном - 19%.

На рис.4,6 приведены зависимости приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков для различных технологических схем подземного обогащения.

Как видно из графиков, практически все двухстадийные технологические схемы невыгодны. Исключение составляет только технологическая схема с крутонаклонним сепаратором и гидроциклоном, расположенными в околостволыюм дворе. Эта схема становится экономически целесообразной при суммарной мощности породных прослойков более 0,75 м. Это объясняется тем, что в околоствольном дворе формируется по сути дела один комплекс выработок для размещения обогатительного оборудования, по объему практически равный оборудованию одной стадии.

Эффективность одностадийных схем зависит от стой схемы и суммарной мощности породных прослойков. Так схема с размещением обогатительных комплексов в панельном бремсберге неэкономична во всем диапазоне значений суммарной мощности прослойков. Схема с размещением крутонаклонного сепаратора в главном откаточном штреке экономична только при суммарной мощности прослойков более 0,6 м, а в околоствольном дворе - более 0,3м. Гидростатический подъем экономически оправдан как средство

- 16 -

обогащения угля при суммарной мощности породных прослойков более 0,2 м.

Таким образом, полученные графики позволяют определить область экономически оправданного применения различных технологических схем подземного обогащения угля.

Также было исследовано влияние зольности породных прослойков и угольных пачек на зольность горной массы и обогащенного угля, а тагосе на приведенные затраты. В результате анализа был сделан вывод о высокой эффективности технологии подземного обогащения для пластов, содержащих прослойки породы высокой зольности. В то же время была.доказана нецелесообразность применения подземного углеобогащения при высокой зольности угольных пачек.

Анализ результатов реализации математической модели при исследовании влияния горно-геологических факторов позволил наметить основные технические решения:

глубина обогащения должна быть достаточно высокой, хотя бы коэффициент извлечения породы на стадии достигал 0,6;

при высоких значениях коэффициента извл* ¡ения породы (около 0,9) достаточно одностадийного обогащения горной массы;

при значениях коэффициента извлечения около 0,6 необходимо на основании технико-экономического сравнения определять одно- или двухстадийное подземное обогащение будет применяться;

особенно предпочтительно подземное углеобогащение при породных прослойках высокой зольности;

применение подземного углеобогащения экономически нецелесообразно при высокой материнской зольности;

для всех одностадийных технологических схем подземного углеобогащения существует область рационального их использования по суммарной мощности породных прослойков.

Структура математической модели позволяет исследовать зависимости приведенных затрат от количественных и качественных параметров технологической схемы шахты с подземным обогащением угля.

К количественным факторам относятся длина лавы и размеры шахтного поля по простиранию. Другие факторы, на наш взгляд, не сказывают влияния на уровень приведенных затрат, обусловленных наличием подземного обогащения угля.

С ростом длины лавы приведенные затраты снюхаются, асимптотически приближаясь к какому-то постоянному для данной технологии значению. Полученные зависимости полностью повторяют аналогичные зависимости, полученные другими исследователями

- 17 -

для шахт с традиционной технологией. Как уже отмечалось ранее, наиболее перспективные технологические схемы подземного обогащения - крутонаклонный сепаратор в околоствольном дворе и гидростатический подъем - имеют приведенные затраты меньшие, чем при традиционных схемах. Так как графики, отражающие зависимость приведенных затрат от длины лавы для этих 'технологических схем, параллельны друг другу, можно сделать вывод, что длина лавы не оказывает непосредственного влияния на величину приведенных затрат при различных технологических схемах подземного обогащения.

Исключение составляет технологическая схема подземного обогащения угля при размещении обогатительного пункта в панельном бремсберге на пересечении с ярусными штреками. Хотя с ростом длины лавы приведенные затраты по этой схеме тоже уменьшаются, но темпы этого уменьшения значительно выше, чем при других технологических схемах. Причиной более резкого снижения затрат и более высокого абсолютного их уровня является необходимость сооружения камер для размещения обогатительного оборудования в каждом ярусе панели, число которых непосредственно зависит от длины лавы.

С увеличением размера шахтного поля по простиранию снижаются приведенные затраты, особенно резкое снижение наблюдается при его увеличении до 5000 м, а в дальнейшем, в диапазоне 5000-10000, темпы снижения уменьшаются, асимптотически приближаясь к постоянному значению на уровне около 10 руб/т.

При этом эффективность подземного углеобогащения достигается при размере шахтного поля по простиранию не менее 2000 м.

Это говорит о том, что при отработке шахтных полей блок-стволами подземное углеобогащение неэффективно.

Более высокий уровень затрат при схеме с размещением обогатительного кошлекса в главном откаточном штреке на пересечении с панельным бремсбергом объясняется необходимостью сооружения обогатительных пунктов для каждой панели.

К качественным факторам, учитываемым в математической модели, относятся технологическая схема подземного обогащения, вид транспорта горной массы и обогащенного угля, вид транспорта пустой породы до места ее размещения в выработанном пространстве.

Сравнительная оценка различных технологических схем подземного углеобогащения может быть проведена по графикам, приведенным на рис. 4,6.

Наиболее экономичным методом подземного обогащения явля-- 18 -

ется использование гидростатического подъема. Однако из-за недостаточной промышленной апробации данного метода он на нынешнем уровне развития не может рекомендоваться для широкого внедрения.

Наиболее перспективной следует считать технологическую схему подземного углеобогащения с использованием крутонаклонного сепаратора, размещенного в околоствольном дворе. Данный метод промышленной апробации в подземных условиях не прошел, но на поверхности конструкция крутонаклонного сепаратора была испытана и были получены обнадеживающие результаты. Другие технологические схемы подземного углеобогащения неэффективны, так как приведенные затраты при их использовании оказались выше, чем при традиционной технологии.

Для относительной оценки различных технологических схем подземного углеобогащения по результатам реализации математической модели была составлена табл.2, в которой приведены параметры наиболее перспективных технологических схем. Приведенные в табл. 2 параметры получены при следующих значениях исходных данных:

мощность пласта - 2,2 м;

суммарная мощность прослойков - 0,5 м;

коэффициент извлечения породы - 0,9;

зольность породных прослойков - 8,9%;

зольность угольных пачек - 9%;

размер шахтного поля по простиран!® - 600 м;

длина лавы - 180 м;

транспорт горной массы и обогащенного угля - ленточными конвейерами;

транспорт пустой породы и хвостов обогащения до места размещения в выработанном пространстве - нижняя ветвь ленточного конвейера.

Как видно из приведенных в табл.2 данных, наиболее экономична технологическая схема с гидростатическим подъемом, причем эта схема имеет и минимальные затраты на собственно обогащение. За ней следует технологическая схема с крутонгк-лонным сепаратором, размещенным в околоствольном дворе.

Необходимо отметить, что технологические схемы подземного углеобогащения с оборудованием, расположенным в околоствольном дворе, имеют меньшие эксплуатационные расходы и большие капитальные затраты. Рост капитальных затрат обусловлен ростом капитальных затрат на транспорт пустой породы до места ее размещения в выработанном пространстве.

- 19 -

Таблица 2

Параметры технологических схем подземного углеобогащения

N п/п Показатели Технологические схемы подземного углеобогащения

одностадийные двухстадийные

КНС в панельном бремсберге КНС в главном штреке КНС В околоствольном дворе гидростатический подъем КНС и гидроциклон в околоствольном дворе

1 Приведенные затраты,руб. 11,8 11,5 11,2 11,1 11,6

2 Суммарные капитальные затраты, тыс.руб, . 53100 53600 55000 55000 55000

3 Эксплуатационные расходы, р.уб/т 4,66 . 4,28 3,84 3,65 . 4,26

4 Затраты на подземное углеобогащение удельные, руб'/т 1,44 0,97 0,48 0,34 0,89

капитальные, тыс.руб. 2580 2580 . 2440 1540 4700

Результаты сравнения различных технологических схем подземного углеобогащения при различных способах транспортировки горной массы и хвостов углеобогащения для рассматриваемых условий показали, что наиболее экономичен рельсовый транспорт, т.к. он является более универсальным и обеспечивает транспортировку как горной массы и обогащенного угля, так и пустой породы.

Вторым по экономичности является вариант сочетания транспорта угля ленточными конвейерами и породы рельсовым транспортом.

Несомненный интерес представляет калькуляция эксплуатационных затрат по производственным процессам для наиболее перспективных технологических схем подземного углеобогащения: с крутонаклонным сепаратором в околоствольном дворе и гидростатическим подъемом. На рис.5 приведены графики, иллюстрирующие структуру эксплуатационных затрат.

Как видно из графиков, наиболее существенными из учитываемых затрат являются затраты на обогащение, транспорт горной массы и размещения породы в выработанном пространстве.

Расчет экономической эффективности был произведен для технологической схемы подземного углеобогащения с использованием крутонаклонного сепаратора, расположенного в околоствольном дворе, по методике ЦНИЭИуголь, действовавшей на 01.01.91 г. Годовой экономический эффект для шахт, работающих в условиях близких к ПО "Антрацит", составил 1,5 млн.руб. в год по сравнению с традиционной схемой с поверхностным обогащением и складированием породы на поверхности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной для угольной промышленности задачи разработки и обоснования параметров технологических схем шахт с подземным обогащением угля.

Основные научные выводы, практические результаты и рекомендации заключаются в следующем:

1. Анализ существующих методов обогащения позволил выделить для применения в подземных условиях гравитационный метод.

2. Определены требования, которга должны удовлетворять аппараты подземного углеобогащения: аппараты должны Сыть малогабаритными; процесс обогащения долкен быть поточным; широкий диапазон разделения по крупности; низкая энергоемкость; небольшие объемы используемых материалов; обеспечение необходимых санитарно-гигиенических условий.

- 21 -

го го I

0.2£ 0.50 0.75 , „

суммарная мощность породных прослойков, м

а)

суммарная мощность породных прослойков, м

«

1^-ой»гв««ИИе ШШ-рпчщет тро*ы *¿ырайтанном пространстве

• транспорт горюй массы Шй-про^а Ш^'шппуататыв расходы

оо$хём Е23-поддержание ^2-водоотлиб Шстиом »

п. СтРУктУРа эксплуатационных затрат по

технологическим схемам подземного углеобогащения

транспорт породы

СЩ-

3. В работе впервые предложена классификация технологических схем подземного обогащения угля, позволяющая не только систематизировать известные технологические схемы, но и синтезировать новые.

4. Анализ технологических характеристик схем, выделенных на основе классификации, позволил определить группу наиболее перспективных одно- и двухстадийных схем, использующих аппараты, отвечающие разработанным требованиям, и отобрать из них схемы, наиболее приемлемые на современном уровне развития горной техники. Это схемы с применением для обогащения в подземных условиях крутонаклонных сепараторов, гидроциклонов-и гидростатического подъема.

5. На основании анализа технологических схем угольных шахт, номенклатуры и габаритов серийных и опытно-промышленных образцов обогатительного оборудования разработаны пространственно- планировочные решения по размещению, привязке и габаритам камер для формирования подземных обогатительных пунктов при различных вариантах систем подготовки шахтных полей.

6. Разработана экономик»-математическая модель шахты с подземным обогащением угля, позволяющая исследовать влияние различных горно-геологических ( мощность пласта и породных прослойков, материнская зольность угля, зольность породы ), горнотехнических ( длина лавы, размер шахтного поля по простиранию, коэффициент извлечения породы из породных прослойков ) и экономических факторов на показатели технологии - зольность обогащенного угля, его себестоимость, капитальные и приведенные затраты, стадийность обогащения и место расположения обогатительных пунктов.

7. Установлены зависимости зольности обогащенного угля эксплуатационных и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков, зольности угольных пачек и породы, позволившие установить, что применение подземного углеобогащения экономически нецелесообразно при высокой ( более 15...202 ) материнской зольности угольных пачек; особенно предпочтительно подземное углеобогащение при высокой зольности породных прослойков; цодземное обогащение должно обеспечивать извлечение на стадии хотя бы 60* породы из породных прослойков; при высоком извлечении породы ( порядка 907. ) достаточно одной стадии обогащения горной массы.

8. Сравнительная Оценка результатов экономике-математической модели показала, что наиболее экономичным методом подземного углеобогащения является .использование гидростатическо-

- 23 -

го подъема. Но из-за недостаточной технической апробации он не может быть рекомендован ко внедрению. Более перспективной является технологическая схема с использованием крутонаклонного сепаратора в околоствольном дворе.

9. Для типичных горно-геологических и горнотехнических условий шахт результаты сравнения технологических схем шахт с подземным углеобогащением при различных способах транспортировки горной массы и хвостов углеобогащения показали, что наиболее экономичен рельсовый транспорт.

10. Технико-экономическая эффективность, рассчитанная применительно к шахтам, работающим в условиях близких к ПО "Антрацит", составила в ценах на 1 января 1991 года 2,5 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в сяедукщкх работах:

1. Шаровар И.И., Пацук В.Е. Состояние и перспективы развития методов подземного обогащения угля ( N27/9-44 ог 29.10.92 ) - М.: МГИ, ГИАБ, 1992. 4с.

2. Пацук В.Е. Перспективы развития методов подземного обогащения угля/ Научно-техническая конференция "Экологические проблемы горного производства" (Тезисы докладов).- М.: ИАЦГН, 1993, с.35.

■№0$, Зкъ

Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Заказ N S'it

Подписано в печать Объем 1 печ.л.

Типография МГГУ. Ленинский проспект 6 - 24 -

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ И ОСТАВЛЕНИЯ ПОРОДЫ В ШАХТЕ.

1.1. Современное состояние обогащения угля.

1.2. Экологические проблемы обогащения угля.

1.3. Концепция экологически замкнутого процесса обогащения угля.

1.4. Цель, задачи и методы исследования.

Выводы.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ.

2.1. Требования, предъявляемые к технологическим схемам подземного обогащения.

2.2. Структурные схемы технологии подземного обогащения.

2.3. Пространственно-планировочные решения при конструировании сети горных выработок шахты с подземным углеобогащением.

Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТ

С ПОДЗЕМНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМ УГЛЯ.

3.1. Основные принципы моделирования технологических схем шахт с подземным обогащением угля.

3.2. Разработка алгоритма математической модели технологической схемы шахты с подземным обогащением угля.

3.3. Разработка машинной программы для реализации математической модели.

Выеоды.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТ С

ПОДЗЕМНЫМ ОБОГАЩЕНИЕМ УГЛЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

4.1. Исследование влияния различных горно-геологических факторов на параметры технологии подземного углеобогащения.

4.2. Оптимизация основных параметров технологической схемы шахты с подземным обогащением угля.

4.3. Технико-экономическая .эффективность технологии подземного углеобогащения.

Выводы.

Обеспечение народного хозяйства высококачественным сырьем для металлургической промышленности и энергетики продолжает оставаться основной задачей угольной промышленности.

Доминирующая в настоящее время концепция механизации добычи угля затрудняет возможность осуществления селективной выемки из пластов сплошного строения чистых угольных пачек и прослойков породы и приводит к возрастанию зольности добываемого сырья. На обогатительные фабрики некоторых шахт страны поступает горная масса в которой зольность угля крупностью 10-200 мм в ряде случаев составляет около 65-68% [11, что приводит к необходимости дополнительной транспортировки и переработки значительных объемов породы.

В связи с увеличением глубины ведения очистных работ на тонких пластах в условиях освоенных районов затраты на транспорт пустой породы от места добычи полезного ископаемого до обогатительной фабрики и складирования сильно возрастают. Они ео много раз превышают стоимость самого обогащения. Обеспечить захоронение пустой породы, получаемой от обогатительных фабрик на поверхности, сложно в техническом отношении, а увеличение глубины ведения очистных работ приводит к увеличению затрат на эти работы, и они приближаются к затратам на добычу угля.

Работы по улучшению качества угля и снижению его потерь, уменьшению количества выдаваемой на поверхность породы ведутся в направлениях изыскания более совершенной горной технологии, применения процессов обогащения горной массы под землей и оставления породы в шахте. В каждом отдельном случае задача должна решаться путем отыскания наиболее рационального сочетания добычи угля и его обогащения с целью обеспечения максимального выпуска товарного угля при минимальных затратах.Более перспективным представляется использование многофункциональных производственных процессов собственно горных работ, в ходе выполнения которых осуществляется попутное обогащение угля.

Использование на шахтах простейших установок для механизированной породовыборки позволяет использовать забалансовые и некондиционные угли на некоторых угольных бассейнах, повышая тем самым эффективность использования недр. Это относится прежде всего к тем бассейнам, в которых изменение горно-геологических условий не всегда сопровождалось существенным изменением технологии производства. Улучшение качества добываемого угля только за счет его сортировки с применением ручной поро-довыборки оказывается тем не менее нецелесообразным в большинстве случаев, так как при существующей технологии отбойки угля основной объем добычи составляют мелкие классы угля.

Механизированные породовыборные установки в схемах обогатительных фабрик наиболее широко использовались в Германии [2]. Для большинства угледобывающих предприятий стран СНГ наиболее характерным решением является размещение породовыборной установки в пределах шахтного наземного комплекса.

Большой интерес применение подземных породоЕыборных установок представляет на гидрошахтах, т.к. появляется возможность улучшить не только качество выдаваемого на поверхность угля, но и добывать уголь без оставления значительных целиков угля с гидравлической закладкой выработанного пространства [3].

Преимущества подземного обогащения угля по сравнению с традиционными схемами заключаются в следующем: породу можно использовать для закладки выработанного пространства, укладки бутовых полос без дополнительных затрат на транспортировку, что позволяет перейти к способу управления кровлей закладкой; возрастает производительность шахтного подьема по углю, что позволяет при тех же параметрах существенно повысить производственную мощность шахты и улучшить ее технике-экономические показатели; упрощается, а иногда и исключается, отвальное хозяйство на поверхности, что позволяет кардинально улучшить экологическую обстановку в районе добычи.

Однако внедрение подземных установок для обогащения угля встречает большие экономические трудности, связанные с существующей системой угледобычи и внуришахтного транспорта, с выбором оборудования для подземного обогащения и другими факторами.

Развитие гидравлического способа добычи и транспортирования угля позволяет искать пути использования имеющихся технических средств для мокрой обработки угля с целью извлечения породы и последующего ее транспортирования для захоронения.

Сочетание гидравлической технологии добычи угля с гидроудалением породы в подземных условиях особенно успешно может быть использовано для разработки мощных пластов с большим количеством твердых минеральных включений, что позволит свести к минимуму объем списываемых запасов и перевести некондиционные угли в категорию балансовых.

В разработанной Московским горным институтом (МГЙ), Институтом горного дела (ИГД) им. А.А.Скочинского и Донбасс?ипро-шахтом Целостной концепции создания высокопроизводительной, экологически чистой, автоматизированной угольной шахты глубокого заложения [4] основным элементом является идея подземного обогащения угля. Однако в силу концептуальности данной работы е ней не содержатся сведения о техническом решении данной проблемы. Указывается только принцип обогащения - в тяжелых сжиженных газах - фторалканах.

Более подробно процессы подземного обогащения угля рассмотрены в концепциях МГИ [5,61.

Однако в силу концептуального характера перечисленных работ, многие поставленные в них задачи должны быть обоснованы с научной стороны. В первую очередь это относится к теоретическому обоснованию основных параметров технологии подземного обогащения: структура процесса, число стадий, технологическая увязка с процессами собственно горного производства, режим работы и т.п.

Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа, которая выполнялась в рамках научно-исследовательской работы "Разработать научные основы формирования экологически чистых горно-энергетических комплексов, обеспечивающих повышение полноты использования знергоресурсов недр", выполняемой Московским государственным горным университетом по плану Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.

Целью работы является установление зависимости зольности обогащенного угля, эксплуатационных и приведенных затрат от горно-геологических и горнотехнических факторов для обоснования перспективных технологических схем подземного обогащения, позволяющих повысить технике-экономические показатели работы шахт и улучшить зрю логическую ситуацию.

Идея работы заключается в использовании малооперационнос-ти и малогабаритности обогатительного оборудования и производственных процессов, е которых совмещены добыча и обогащение горной массы.

Научите положения, разработанные лично автором, и новизна: классификация технологических схем шахт с подземным обогащением угля, позволяющая синтезировать новые технологические схемы;, пространственно-планировочные решения по размещению обогатительного оборудования в горных выработках действующих и проектируемых шахт, отличающиеся использованием малооперационного и малогабаритного обогатительного оборудования, позволяющие определить места привязки и объемы камер для его размещения; экономико-математическая модель технологической схемы шахты с подземным обогащением угля, позволяющая исследовать взаимосвязи технологических параметров технологии подземного углеобогащения и влияющих факторов; зависимость приведенных затрат от длины лавы и размеров шахтного поля по простиранию, отличающаяся учетом затрат на формируемые обогатительные комплексы и наличие встречных потоков горной массы, обогащенного угля и пустой породы, позволяющие оптимизировать эти параметры для конкретных горно-геологических условий; зависимости зольности обогащенного угля, эксплуатационных и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков отрабатываемого пласта, отличающиеся учетом специфических условий подземного углеобогащения и позволяющие производить оценку различных вариантов технологических схем.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: результатами лабораторных и натурных наблюдений процессов обогащения угля на экспериментальной установке; значительным объемом вычислительного эксперимента на ЭВМ, включающим более 10000 вариантов; удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с производственным опытом, накопленным в области подземного углеобогащения, и результатами лабораторных исследований ( расхождение до 15% ).

Значение работы. Научное значение диссертационной работы заключается в разработке на основании классификации структурных схем подземного обогащения угля и увязке обогатительных процессов с процессами непосредственно горного производства, разработке требований, предъявляемых к технологии подземного обогащения, а также в установлении зависимости их параметров от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов по результатам реализации математической модели технологии.

Практическая ценность работы заключается в разработке пространственно-планировочных решений по размещению обогатительного оборудования для наиболее типичных схем подготовки шахтных полей и схем околоствольных дворов, а также в установлении рациональных количественных параметров технологической схемы подземного обогащения для групп горно-геологических условий, характерных для угольных шахт России.

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты работы были приняты при формировании программы работ по созданию экологически чистой шахты, выполняемых Московским государственным горным университетом ( МГГУ ) по заданию Государственного комитета по высшему/ образованию, а также отдельные решения по горной части были использованы Институтом обогащения твердого топлива ( ИОТТ ) при проектировании экспериментальной установки для подземного обогащения угля.

- 9

Выводы.

1. Установлены зависимости зольности горной массы и обогащенного угля от суммарной мощности породных прослойков, позволившие установить, что подземное обогащение становится эффективным при извлечении на стадии хотя бы 60% породы прослойков; при использовании методов обогащения с извлечением породы на уровне 90% обогатительный комплекс должен состоять из одной стадии; двухстадийное обогащение оправдано при извлечении породы на стадии в пределах 50-70%.

2. Анализ зависимости эксплуатационных расходов и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков позволил сделать вывод, что одностадийные схемы ( за исключением когда обогатительный комплекс находится на панельном бремсберге ) экономичнее по сравнению с традиционными технологиями; двухстадийные технологические схемы экономически неоправданы, за исключением схемы, когда в околоствольном дворе размещаются две стадии обогащения: крутонаклонный сепаратор и гидроциклон.

3. Зависимости зольности обогащенного угля и приведенных затрат от материнской зольности угля и зольности породных прослойков показывают, что применение подземного обогащения

- 126 экономически нецелесообразно при высокой материнской зольности угля и особенно эффективно при высокой зольности породных прослойков.

4. Длина лавы не оказывает непосредственного влияния на величину приведенных затрат при различных технологических схемах подземного обогащения.

5. Анализ зависимости приведенных затрат от размеров шахтного поля по простиранию показывает особенно резкое их снижение при увеличении размеров с 1000 м до 5000 м; в дальнейшем темпы снижения уменьшаются, ассимптотически приближаясь к постоянному значению на уровне 10 руб/т.

6. Оценка результатов экономика-математической модели показала, что наиболее экономичным методом подземного обогащения является гидростатический подъем, но из-за недостаточной технологической апробации он не рекомендуется для внедрения. Более перспективна технологическая схема с крутонаклонным сепаратором в околоствольном дворе. Промышленные испытания крутонаклонных сепараторов на поверхности даяи хорошие результаты.

7. Результаты сравнения технологических схем подземного обогащения при различных способах транспортировки горной массы и хвостов углеобогащения показали, что наиболее экономичен для принятых условий рельсовый транспорт.

8. Годовой экономический эффект для шахт с производственной мощностью 1,2 млн.т рядового угля применительно к условиям ПО "Антрацит" составляет 2,5 млн.т.

- 127 -3 А К Л Ю Ч Е Н И Е

В диссертационной работе дано решение актуальной для угольной промышленности задачи разработки и обоснования параметров технологических схем шахт с подземным обогащением угля.

Основные научные выводы, практические результаты и рекомендации заключаются в следующем:

1. Анализ существующих методов обогащения позволил выделить для применения в подземных условиях гравитационный метод.

2. Определены требования, которым должны удовлетворять аппараты подземного углеобогащения: аппараты должны быть малогабаритными; процесс обогащения должен быть поточным; широкий диапазон разделения по крупности; низкая энергоемкость; небольшие объемы используемых материалов; обеспечение необходимых санитарно-гигиенических условий.

3. В работе впервые предложена классификация технологических схем подземного обогащения угля, позволяющая не только систематизировать известные технологические схемы, но и синтезировать новые.

4. Анализ технологических характеристик схем, выделенных на основе классификации, позволил определить группу наиболее перспективных одно- и двухстадийных схем, использующих аппараты, отвечающие разработанным требованиям, и отобрать из них схемы, наиболее приемлемые на современном уровне развития горной техники. Это схемы с применением для обогащения в подземных условиях крутонаклонных сепараторов, гидроциклонов и гидростатического подъема.

5. На основании анализа технологических схем угольных шахт, номенклатуры и габаритов серийных и опытно-промышленных образцов обогатительного оборудования разработаны пространственно-планировочные решения по размещению, привязке и габаритам камер для формирования подземных обогатительных пунктов при различных вариантах систем подготовки шахтных полей.

6. Разработана экономико-математическая модель шахты с подземным обогащением угля, позволяющая исследовать влияние различных горно-геологических ( мощность пласта и породных прослойков, материнская зольность угля, зольность породы ), горнотехнических ( длина лавы, размер шахтного поля по простиранию, коэффициент извлечения породы из породных прослойков ) и экономических факторов на показатели технологии - зольность обогащенного угля, его себестоимость, капитальные и приведенные затраты, стадийность обогащения и место расположения обогатительных пунктов.

7. Установлены зависимости зольности обогащенного угля эксплуатационных и приведенных затрат от суммарной мощности породных прослойков, зольности угольных пачек и породы, позволившие установить, что применение подземного углеобогащения экономически нецелесообразно при высокой ( более 15.20% ) материнской зольности угольных пачек; особенно предпочтительно подземное углеобогащение при высокой зольности породных прослойков; подземное обогащение должно обеспечивать извлечение на стадии хотя бы 60% породы из породных прослойков; при высоком извлечении породы ( порядка 90% ) достаточно одной стадии обогащения горной массы.

8. Сравнительная оценка результатов экономико-математической модели показала, что наиболее экономичным методом подземного углеобогащения является использование гидростатического подъема. Но из-за недостаточной технической апробации он не может быть рекомендован ко внедрению. Более перспективной является технологическая схема с использованием крутонаклонного сепаратора в околоствольном дворе.

9. Для типичных горно-теологических и горнотехнических условий шахт результаты сравнения технологических схем шахт с подземным углеобогащением при различных способах транспортировки горной массы и хвостов углеобогащения показали, что наиболее экономичен рельсовый транспорт.

10. Технико-экономическая эффективность, рассчитанная применительно к шахтам, работающим в условиях близких к ПО "Антрацит", составила в ценах на 1 января 1991 года 2,5 млн. руб. в год.

1. Состояние и перспективы развития предварительного обогащения угля.// Добыча и переработка угля: Зарубежный опыт: Экспресс-информ./ ЦНИЭИуголь.-1987.-Вып.1. с.1-16.

2. Размещение обогатительного оборудования в подземных условиях (ФРГ). М. ЦИТИ угольной промышленности, 1959, 27 с.

3. Лурий В.Г. Разработка локальных гидрокомплексов для добычи угля в сложных условиях. Спец.05.15.02. Дисс. на соиск. уч. степ. д.т.н. в форме научного доклада.- М.:МГИ, 1990.-48с.

4. Целостная концепция создания высокопроизводительной, экологически чистой, автоматизированной угольной шахты глубокого заложения.- Люберцы: ИГД им. А.А.Скочинского, 1990,-69с.: ил.

5. Концепция создания высокопроизводительной, экологически чистой, автоматизированной угольной шахты глубокого заложения. М.: МГИ, 1990. - 29 С.

6. Концепция создания нетрадиционных технологий разработки угольных месторождений, основанных на экологически чистых методах воздействия на угольный пласт или вмещающие его горные породы. М.: МГИ, 1991. - 43 с.

7. Угольная промышленность Российской Федерации./ Минтопэнерго Р.Ф. ЦНИЭИуголь.- М.,1992, т.1. 146с.

8. Угольная промышленность Российской Федерации./ Минтопэнерго Р.Ф. ЦНИЭИуголь." М.,1992, т.2. 146с.

9. Угольная промышленность США и ее место в топливно-энергетическом кмплексе страны. Обзор.- М.: ЦНИЭИуголь, 1993.- вып.10.- 86с.- 131

10. А.Р.Молявко, В.А.Кинариевский. Обогащение угля в про-тивоточных сепараторах КНС. Обзор ЦНИЭИуголь, серия обогащение и брикетирование угля. Вып.5, 1987.

11. A.c. 676730 СССР, МКИ3 е 21 с 41/04 Способ разработки крутых пластов полезных ископаемых.\ А.С.Бурчаков, И.И.Шаровар, Б.Я.Экбер (СССР).- 3 стр.: ил.

12. Теоретическое исследование производственных процессов, характерных для технологии безлюдной выемки в тяжелых средах. Отчет о НИР (том 1), М.: МГИ, N ГР 81047355.- 1981.-102с.

13. Бродт A.C. Особенности проектирования шахт при разработке пластовых месторождений блок-стволами с гидростатическим подъемом. Дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н.- М.: МГИ, 1991.185 с.

14. Шкуренко Е.П. Гидравлический подъем полезных ископаемых и массовых грузов в тяжелых жидкостях// Уголь.-1936.-N 128.- с. 73-79.

15. Установление основных закономерностей регенерации рабочей среды при подземном обогащении угля. Отчет о НИР, М.: МГИ, N ГР 01890031196.- 1989.- 86 с.

16. Саранчук В.И., Сирий Н.П., Маринич В.П. Профилактика самовозгорания и тушения породных отвалов во Львовско-Волынском бассейне.- // Уголь Украины, 1976, N 1, с. 33-34.

17. Мосинец В.Н., Грязнов М.В. Горные работы и окружающая среда.- М.: Недра, 1978.

18. Тарасенко В.В. Основные направления решения проблемы оставления породы в шахтах Донбасса.// Уголь Украины.- 1984.-N4.- 132

19. Шаровар И. И. Структура энергоресурсов угольных месторождений// Комплексное освоение угольных месторождений: Сб. научн. тр. МГИ.- М.,1989, с. 96-99.

20. А.С.Бурчаков, И.И.Шаровар. Концепция создания экологически чистого горно-энергетического комплекса.// Проблемы будущего горной науки Росси/ АЕН Российской Федерации.- М. : ИАЦ ГН, 1992.- 251 с. (с. 110-128).

21. Montreal Protocol on Substances that deplete the Ozone Layer. Final. Act // UNEP, 1987.- 23 p.p.

22. С.Г.Евсиович. Обогащение руд в тяжелых суспензиях.-М.: Госгортехиздат, 1959, с. 3-8, 41-44.

23. Каминский B.C. Центробежное обогащение углей и сланцев." М., Недра, 1967.

24. Вредные вещества в промышленности. Органические вещества. Под ред. Э.Н.Левиной и И.Д.Гадаскиной.- Л.: Химия, 1985, 461 с.

25. Вредные вещества в промышленности. Органические вещества. Под ред. Н.В.Лазарева и Э.Н.Левиной.- Л.: Химия, 1976, 1976, 1821 с.

26. Вредные вещества в промышленности. Неорганические соединения элементов. Под ред. В.А.Филова.-Л.: Химия, 1988 С I— IV группы), 1989 (V-VIII группы), 1104.

27. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. В двух частях. Под ред. Калверха С. и Инглунда Г.М.- М.: Металлургия, 1988, 1472 с.

28. Баниэль А., Минцмагер А.- В кн. Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых.- М.: Госгортехиздат, 1962., с. 382-389.

29. Шаровар И.И., Пацук В.Е. Состояние и перспективы развития методов подземного обогащения угля (N27/9-44 от 29.10.92) М.: МГИ, ГИАБ, 1992, 4с.

30. Н.Г.Бедрань. Обогащение углей: Учебник для вузов.2.е издание, перераб. и доп.- М.: Недра, 1988,- 206 е.: ил.

31. Кузнецов В.Н. Исследование и разработка технологических схем выемки угля без постоянного присутствия людей в очистном забое и оптимизация их параметров. Дисс. на соиск.уч. степ, к.т.н.- М.: МГИ, 1982.- 148 с.

32. Технология подземной разработки месторождений полезных ископаемых. Учебник для вузов / Под общ. ред. А.С.Бурчакова.3.е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983. 487 с.

33. Бурчаков A.C., Шаровар И.И., Кузнецов В.Н., Казаков В.Б. Практикум по дисциплине "Технология и комплексная механизация подземных работ".- М.: МГИ, 1987, 167 с.

34. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. Учебн. пособие для вузов / Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., Зборпдак М.П., Андрушко В.Ф.- 4-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1981. 311 с.- 134

35. Бурчаков A.C., Харченко В.А., Кафорин Л.Г. Выбор технологических схем угольных шахт. М.: Недра, 1975.- 274 с.

36. Бурчаков A.C., Зыков В.М. Оптимизация систем разр-вботки на на угольных шахтах. М.: Недра, 1977.- 198 с.

37. Устинов М.И. Выбор технологических решений при подготовке новых горизонтов и реконструкции шахт. М.: Недра, 1985.192 с.

38. Сочинов A.C., Квон С.С., Адилов К.Н. Методы анализа и оптимизации технологических схем угольных шахт. М.: Недра, 1974.- 296 с.

39. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. Под.ред. Б.Ф.Радченко.-М.: Недра, 1985.- 296 с.

40. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в различных выбросах.- Л.: Гидрометеоиздат, 1987,- 270 с.

41. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля. Пермь: ВНИИОСуголь, 1989, 42с.

42. Руководство по контролю параметров пылегазовых потоков на предприятиях угольной прмышленности.- Пермь: ВНИИОСуголь, 1981, 123 с.

43. Гордиенко В.Н. Обоснование параметров технологии размещения породы от проведения подготовительных выработок. Спец. 05.15.02 Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н. М., 1994. - 21 с.

44. Временные методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий научно-технического прогресса в угольной промышленности. М.: ЦНИЭИуголь, 1990, 327 с.