автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологических решений по повышению эффективности функционирования шахты с брикетным производством

од

На правах рукописи

ТЕРЕНТЬЕВ Юрий Иванович

УДК 622.33: 622.7

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ШАХТЫ С БРИКЕТНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. КУЗНЕЦОВ Ю. Н.

Научный консультант докт. техн. наук, проф. ЛУРИИ В. Г.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ХАРЧЕНКО В. Л., канд. техн. наук ТУЧКОВ Е. Н.

Ведущее предприятие — ОАО «Тулауголь» (г. Тула).

Защита состоится « » «**лс?. . . 1997 г.

в час. на заседании диссертационного 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 « » . 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц. КОРОЛЕВА В. Н.

СЕЦДЛ ХАГАКХтетККА РАБОТЫ

Лгтуахь::осп> работа. В условиях прежней экономики для шахт главным результирующим показателем было количество выданной горной массы. Теперь когда пахты сани стали субъектами рынка, кото-, рый диктует очевидную закономерность, что чем короче путь от производителя до потребителя, тем меньше затраты на производство и сбыт продукции; чем ниже цена и более высокое качество продукции, тем выше спрос на нее. Следовательно, представляется весьма перспективным, с указанных позиций обоснованно включить в структуру шахты звенья, позволяюяие достичь указанные пели и рассматривать добычу, сортировку, брикетирование угольной мелочи, влача и сбыт товарной продукции ¡сак единый технологический комплекс, в то время как ранее они реализовывались на обособленных производственных объектах.

Необходимо отметить, что согласно потребительским стандартам население и коммунально-битовой сектор должны снабжаться только высококалорийным, сортовым топливом, но, как показыь-от практика это происходит далеко не в полном объеме. В 1995 г. дефицит сортового топлива по России составил 29,6 млн.т. Этот дефицит покрывается использованием рядового угля с большим содержанием мелочи в"нем (0-13мм) - 60-80%. При сжигании рядовых энергетических углей в бытовых топках КПД их использования остается на уровне 30-40%. При сжигании сортовых углей и брикетов из тех же марок КПД сжигания поднимается до 60-70% и до 75-80% соответственно. Низ1шй КПД сжигания в топке угля с большим содержанием мелочи происходит в основном от неполного его сгорания, в результате чего происходит химический, физический, механический недожег, что приводит кроме энергетических потерь к загрязнении территории и окружающей среды.

Немаловажным является то обстоятельство, что в настоящее время при зшсрытии шахт и сокращении объемов производства на действующих шахтах освобоадаются пригодные для дальнейшего использования подземные горные выработки, которые можно эффективно использовать размещая в них технологическое оборудование для повышения ценности угля и продуктов его переработки.

Таким образом, вышеизложенное позволяет считать задачу раз-рзботга технологических решений по повыкекию эффективности функ-

- г -

цианирования шахты о брикетным производством угля в направлении повьшения потребительской ценности конечной продукции достаточно актуальной.

Целью работ является разработка методических принципов формирования и непосредственно самих прогрессивных технологических решений по повышению эффективности функционирования шахт посредством увеличения ценности конечной продукции при использовании в их составе брикетных производств, с учетом требований снижения экологического воздействия на окружающую среду, комплексности использования ресурсов угольных месторождений и создания новых рабочих мест.

Идея работа заключается в формировании рентабельной структуры и технологической цепи добычи и повышения ценности добытого угля, базирующихся на учете требований рынка к топливу, технического оснащения производства, гранулометрического .состава, физико-механических свойств исходного сыр..:, параметров и режимов производства угольных брикетов.

Ваучвиа пояоюсиия, разработанные лично соискателем, и их новизна: шахта являет собой открытую технологическую систему с динамической увязкой комплекса производств по добыче и переработке угля, обеспечивающей требуемую ценность конечной продугаг ^ и пол-ногу использования ресурсов месторождений;

алгоритм поиска эффективных путей повышения, ценности добываемого угля и продуктов его переработки основанный на использовании функционально-стоимостного совокупного анализа производственных процессов добычи и переработки угля;

прогрессивные технологические схемы брикетирования мелких классов угля и шлама'базируются на использовании эффективных, экологически безопасных связующих веществ, режимов и параметров брикетирования в зависимости от .свойств окусковываемого материала и требований рынка к конечному'продукту;

рациональное размещение установок по брикетировании мелкого класса угля определяются комплексом технологических, экологических и экономических факторов.

Обоспонаппоазь и доаюяериоапь ааушгшс [юлоя21&1й, ¡шъодэя « рекоыеадаций подаверздашея;

значительным объемом результатов экспериментальных исследований углей и шламов из 16 различных источников (проведено более

300 экспериментов по исследовании свойств, режимов и параметров технологии брикетирования характеристик исходного сырья и брикетов) ;

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований с результатами, полученными при практи--ческой реализации новых технологий брикетирования на опытных и пилотных установках (расхождение не более 8-14%). получением фактического экономического эффекта только у производителя на одной пилотной установке более 75 млн.руб за б месяцев ее работы.

Научное зпзиспио рабогг! в разработке требова-

ний, адаптирующих брикетное производство в структуре шзхтц и методических принципов формирования прогрессивных технологических решений по повышению ценности конечной продуюдаи шахты с брикетным производством на базе установленных связей между свойствами угля и шлама, режимами, параметрами технологии брикетирования и основными потребительскими-характеристиками брикетов, разработке метода комплексной оценки эффективности производства " использования брикетов, в разработке классификаций связующ,--, веществ ¡1 технологий брикетирования угля, методологии и комплексной оцешеи производства и использования брикетов.

П&изяпескоа з:тчстс ра5о~и сосгсих: в разработке технологических 'схем брикетирования мелких классов углей и шлаыов базирующихся на использовании физико-механических свойств исходного сырья, найденных экодогичесга безопасных связующих веществ, параметрах и режимах процесса брикетирования и отечественного оборудования, обеспечивающих повстанце аффектнвности функционирования шахт с брикетным производство!,!.

Рсатзтщл г.исодоз и раю^сп-уилй. Найденные эффективные связующие вецества и разработанные технологические схемы брикетирования угля и шлама реализованы в опытны и пилотных установках, в проектах брикетных установок. Разработанные рехиш и параметры брикетирования, а также пай-енние эффективные связующие вещества использованы г^ак основа для проектирования брикетных установок в ОАО "Тулауголь", АО УК "Кузнецкуголь", АО УК,,Про!шп.ьевскуголь", АО'Туковуголь", ГП"Якутугодь".

/.прсбзция раЗат. Основное содержание, отдельные положения и выводы диссертации были доложены и получили одобрение на конференции "Уголь на кошгурентном рынке" (Моасвз. 1995), на 1 Международной колфероишш "Нетрадиционные п интенсивные технологии

разработки месторождений полезных ископаемых"(Новокузнецк,1996), на научно-технических советах ОАО "Тулауголь", АО УК"Прокопьевск-уголь", АО'Туковуголь", ПГЯкутуголь", на заседании кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" Московского государственного горного университета (1995-1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано, 1 монография, 2 научные статьи, подучены 1 патент и 9 решений о выдачи патента на изобретение.

Сяруюура и объса рзбосл. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на страницах машинописного текста, содер.тат 4 таблиц, 39 рисунков, список литературы из 33 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ причин, вызывающих изм.-лление угля е технологической цепи шахты показывает, что наибольшее измельчение угля при его механизированной выемке происходит, как правило, в очистном забое. При отделении угля от массива, погрузке его на конвейер и доставке по лаве образуется 45-60% мелочи класса 0-13 мм. При не-ыеханизировапной выемке выход мелких классов на 8-10% ы тьие. В процессе доставки угля от забоя до потребителя, в зависимости от длины транспортного пути, уголь дополнительно измельчается на 20-40%. Уменьшение выхода мелких классов возможно за счет применения прогрессивных конструкций исполнительных органов комбайнов, струговых установок, средств гидроотбойки, сокращения числа ступеней и длины транспортных путей угля, рационализации технологии складирования, погрузки и разгрузки угля и др.' В этом направлении постоянно ведется ряд исследований, но их результативность пока оставляет желать лучшего, выход мелких классов угля на шахтах Кузбасса остается высоким. Напримёр выход угля марки "Т" класса О-13мм на шахте "Аларда" составляет 55,8%, на шахте "Шуштадепс-кая"- 60,6%, угля марки "Ж" на шахте "Капитальная" - 85,4%.

Проведенный функционально-стоимостной анализ, алгоритм которого приведен на рис.1, показал, что в технологической цепи добычи и доставки угля ' потребителю одиим из наиболее экономически эффективных путей повышения ценности угля является его сортировка и брикетирование получаемой при этом мелочи.

В настоящее время вопросами брикетирования угольной мелочи и

1 Анализ производства и Еибор объекта SCA

2 Установление целей и , _дач ФСА выбранного технологического процесса (ГП)

3 Сбор и изучение информации об объекте SCA

4 Построение структурной модели ТП

5 Выявление формируемых свойств функций ТП и требований к нш на основе информации по качеству продукции

6 Обработка информации по затратам ТП и его структурным компонентов

7 Формирование полного состава функций ГП и его структурных компонентов

В Определение степени весомости функций ТП и построение функциональной модели

9 Определение затрат на осуществление 1-й функции ТП

10 Построение диагралащ весомости функций и затрат на па их осуществление

И Выявление зон несоответствия затрат и весомости функций

12 Оценка затрат и уровня качества исполнения функций

13 Выбор оптимального варианта исполнения ТП методом сопоставления значений удельных относительных затрат на 1 балл весомости для рассматриваемых функций

Рис.1 Содержание функционально-стоимостного анализа (ФСА) добычи и переработки угля для повышения его ценности

¡лама занимаются такие организации как ИОТГ, ИГИ, МХТИ, ВУХИН, НПЦ "Брикет". На Украине в ДоиУГИ, ДШ1 и пр., однако внедрены были только три технологии брикетирования на Сазе нефтебитумов и угольных пеков и окускования молодых бурых углей без сеязующих.

Имеются производства и проводятся исследования брикетирования углей в Англии, Германии, Франции, Польше, Венгрии, Бельгии, Китае, Индии, Японии, Австралии, Таиланде, Пакистане, Южной Корее, ЮАР, США, Канаде.

Исподьзусше в мире в настоящее время технологии брикетирования можно разделить по следующие 5 групп.

Производство брикетов без ободочки, без связующего, с сушкой исходного угля без термообработки получаеыыу посредством прессования молодых бурых углей при Р=80-120 МПа. По такой технологии работают в настоящее время брикетные фабрики в Башкирии (г.Кумер-тау),\на Украине- (г.Александрия), в Германии и др.

Брикеты без оболочки и без ев тощих веществ с термообработкой угольной шихты до пластического состояния в настоящее' время выпускаются на единственной установке в Англии.

Производство брикетов без оболочки, со связующим веществом при предварительной термообработке брикеткрумой шихты. В качестве связующего используется в основном нефтебитум, каменнсгольная смола или пек. По данной технологии работает фабрика в Средней Азии на "Шаргуньских" углях марки "СС" и строится фабрика в г. Красноярске-45 на углях марта "В" разреза "Бородинекий". Производство брикетов на этих связующих веществах является экологически опасным. По этой причине ряд фабрик во многих странах были закрыты или переоборудованы под другие технологии.

Производство брикетов без оболочки со связующим веществом с последующей термообработкой при температурах более 100°С. Эта технология имеет название "горячий способ" и наиболее широко в настоящее время распространена в мире. В качестве связующих веществ в основном используются нефтебитумы, каменноугольные пеки и смолы, меласса, крахмал и др., а также композитные. По этой технологии работают брикетные фабрики в Англии, Франции, Германии, Голандии, Бельгии, Австралии и др.

Технология производства брикетов без оболочки со связующим веществом и без последующей термообработки известна как технология "холодного" брикетирования. По этой технологии работает одна брикетная установка в Англии. Недостатком технологии является

бодьасй расход свазутаего, шюгокомпонектность I! высекая да. стоимость .

Из указанных пр'.мсиг.с!г:- технологий ш! одна но адаптирована к структура дсСываэдей уголь ¡¿-хте.

В настоящее ьрекя в России восбае пет на едкой фзбргас? по бр:п-:етировапга ¡со-чснних углей, несмотря на нат.чле дсфшцгга сортового топлива.

В сьзси с излеченным, а роботе был: соскшлскн задачи' по р.?.з-ГгЛоткс и реалиггцкя требований к брккстясму производству пезео-

ляож:о:

1 - адаптировать их в структуре сзхты;

- попеку зкалогкчсаи безопасных сЕязукзлх вен,естЕ отечественного производства;

- выявлению закономерностей ашинш основных факторов ка свойства брикетов, на базе котегых предусматривается разработка рентабельных, экологически безопаагых технологий брикетирования юлю; классов угля ка лрекгмедадке сакты, у потг"5ятсля или непосредственно в пахте.

Для ресения постамент« задач был прсведел анализ параметров- и характеристик сусествуездх брикогак производств, которая показал, что в таггом виде они не могут бить гклтеш, за кашме-пкем азмянистрат:5шюго ггаагаенпя, в состав пахт. 0-го обуслогдглю гем, что вгстиость брикетных производств лолзнз Сытй не менее 1 »¿ли. тонн брикетов в год, иначе ош: не о-'йекгивни. Пркиевясъг:« СВЯЗУ/ОЭДО ЗКОЛОГИЧССКИ вредны И ДОрОИ;. СШ.5-.ТР!ПГ1 уровень производства очень низок. Редки, параметры и шшараа>р{оо офорихашч сг/йвствугкзэс Российских бриксяшх фабрчк обуслои-швзт виохсм кглитогьлыг и етюплутошогшыо ааграта к штююгкл лих вро;гз~ в од с тв тсебуог бошенх стрэитольшх оСхекоа.

Для того, ттсбы адаптпропать Орккеть - производство к структуре ваглп, гооокодккз:

- разработать Српкстгп ~ молу.-:; ссхраня;";;т?с эфф'ктнипсст;. зкеалуотзди в гхрокэм диапазоне прогойеязтвенной ¡адлс/п':: (5000-1000000 т.бржотов/год).

- исключить га провеводег* л крг .эидою йкажгдакли оа?ш>;:, гояезчних а ксшвдогсяшк вееэветг:;

- сОесптч-.-от-А сгтет.*р з/й урс.чеяь пг-оия -

г

- сС-;-с!к-!;лт: ::о лга с су;;

тадышх и эксплуатационных затрат;

- обеспечить снижение строительных объемов брикетных модулей за счет рациональной компоновки агрегатов;

- обеспечить специфические требования к подземному производству.

Для решения поставленных задач были проведены исследования влияния различных фазсторов на свойства брикетов,. релшш и параметры брикетирования.

Для снижения затрат на поиск наиболее эффективная связувдах веществ для брикетирования была разработана их классификация, с помощью которой бшш найдены простые и комбинированные связующие вещества ПСК-1, ПСК-2, ГНК, ОКС. Эти связующие и их составляюдие достаточно кироко распространены в России, сравнительно дешевы и являются экологически безопаашаси веществами, с высокими адгезионными и термомеханическими свойствами.

При разработке технологии проь.:' одства брикетов были проведены исследования влияния свойств сырья на технологию брикетирования.

Исследование бурых углей разрезов "Бородинский" и "Кангаласс-кий" показало, что высокое содержание летучих, высокая влагоеы-кость и низкая механическая прочность их являются серьезс-ад препятствиями для брикетирования буроугольной мелочи. Брикеты без предварительной сушси исходного угля получаются с очень низкой термомеханической прочностью. Однако разработанная автором технология "холодного" брикетирования позволила на базе бурых углей получить брикеты высокого качества. *

Исследованы длинноплаченаые угли Черемховского и Черногорского месторождений (Хакассия), разреза "Новоказанский" Прошпьевс-ко-Киселевского месторождения, ш. "Глубокая" Печорского месторождения. Эти угли имеют также высокое содержание летучих, немногим меньшую влагоемкоеть и большую механическую прочность и позволяет получить термопрочше и водостойкие брикеты на основе найденных связуэдих веществ и режимов, параметров брикетирования.

Автором били выполнены тага«: исследования углей марок "Г", •та*' шахт "Новокузнецкая" и "Абашевская" АО УК "Кузнецкуголь". В результате исследований установлено, что брикеты, полученные на базе модифицированного связ,.лцего ПСК и ОКС имеют хорошую термопрочность и водостойкость.

В результате исследования углей марки "СС" и марта "К" Не-

рюнгринского месторождения ¡Окно-Якутского бассейна была выявлена низкая механическая прочность этих углей. Для повкиения механической прочности брикетов прсг^ился поиск оптимального ситового состава брикетируемой мелочи, а также вида и количества связующего. В результате получены брикеты нз базе связующего ОКС "холодным способом" с достаточно хорошими качественными характеристиками.

Автором выполнены исследования углей «арки "Т", шахт "Бун-гурсгая". "Лияерская" кузнецкого бассейна, "Моспинская" Донешсого бассейна. При этом было подтверждено, что из углей Кузбасса полу-чаатся па базе ПСК брикеты высокого качества.

Исследования антрацитов АОТибантрацит", ОФ"Обуховская" АО'Туковуголь и СФ"Постниковская" ПО"Шзхтерскуголь" показали, что их вышая механическая прочность и хорошая адгезия ПСК на поверхности частиц антрацита позволяют получать брикеты высогаго качества.

В значительном объеме были проведены исследован"ч уголышх пламов 05 "Макеевского КТО". Ц05 "Кураховская", ЯОЬ Россия", 02 АО "Обуховская", иахты "Ростовская", ГОФ "Судхенская", пахты "Абапевская" и др.. Было выявлено, что пиемы, содеркгиие в золе определенное соотношение компонентов, могут быть окусксвашшми без испод.')сования связукшх веществ за счет правильно подобранных технологических параметров. Такс били определены параметры обетования планов со связухжкга веиестагш.

Кроме того, были кзучепи в ¡:.тюсп.& сырья для брикетирования смеси углей различных марок со саамами, б результате установлено, что с помоцьв рационального смешения плача с углем при брикетировании но.тло значительно повысить энергетическую ценность шлама, то есть -¿то один из реальных способов широкомасштабного использования зламов в энергетически;; целях. Пол ¿емая зола при сжигании этих "р'.ткстов является хсропим сырьем для строительного ¡галлек-сл. что позволяет повысит: чсшле.'ссность использования ресурсов ыесторсэдения.

При разработке технологии производства брикетов из отсевов углей на базе сзясуети ПСК-1, ПСК-С, ОКС и ГНК были исследованы следуете: ее параде три':

-вл.ггность пехотного угля, кокса, плзма и брикетируемой пихты;

rrair«0M-J7Piriccir.rt состгг. брикетируемой шихты;

. -1П .

-поверхностные свойства брикетируемой пихты; -вид, количество и свойства связующего вещества; -температура связующего к брикетируемой смеси; -длительность и интенсивность перемешвания исходного материала со связующим;

-давление прессования смеси;

-длительность фазы сжатия смеси при прессовашм;

-объем и форма брикета;

-условия, температура и длительность термообработки брикетов; -условия, температура и длительность охлавденля брикетов; В зависимости от свойств угля и мша, а такяе от требуемых свойств брикетов, эти параметры могут существенно изменяться.

Влажность исходного материала и брикетируемой пихты существенно влияют на качество получаемого брикета.

Анализировался гранулометрический состав углей различных марок и ыестороэдоний крупностью 0-1 .:м. При о том установлено, что для получеша механически прочных брикетов необходимо подбирать оптимальный гралсостав пихты для конкретной марки угля и месторождения, так как угли сильно разнятся по своим прочностным характеристикам.

Определено, что тип связующего чаще всего обуслс-зивается маркой'угля, из которого изготавливается брикет, и требованиями к брикету. Количество связующего в основном зависит от грансостава угольнык зерен и свойств их поверхности. Длительность переменпва-ния угля со связующим влияет в конечном итоге на прочность брикета и изменяется в зависимости от количества в вихте угля класса 0-1мм. Давление при формовании брикетов в диапазоне от 10 до 35 МПа в первую очередь сказывается на конечной 'прочности и пористости брикетов. Время снижения влажности и набора прочности брикетов всех типов уменьшается с повышением температуры обработки. Время охлаждения брикетов зависит от их размеров и условий охлаждения. Для исключения растрескивания бршеетоь при их охдаядеиии разработан специальный агрегат, позволяющий обеспечивать "мягкий" режим охлаждения с одновременной передачей тепла от брикетов к исходном/ углю при одновременной подсушке последнего и позволяющий реализовать рациональную компоновку брикетного »¡одуля.

На рис 2. представлен1» даиболее ватаые из найденных зависимостей режимов и параметров окускования угольной мелочи и шлама.

При разработке технологических схем производства брикетов.

рпнгринского месторождения Ккно-Якутского бассейна была выявлена низкая механическая прочность этих углей. Для повышения механической прочности б р тсс тез прс -" гтился поиск оптимального ситового состава брикетируемой мелочи, а также вида и количества связующего. В результате получены брикеты на базе связующего ОКС "холодным способом" с достаточно хорошими качественными характеристиками.

Автором выполнены исследования углей марки "Т", шахт "Бун-гурская", "Лпхерская" Кузнецкого бассейна, "Моспинская" Донецдаго бассейна. При этом было подтверждено, что из углей Кузбасса получаются на базе ПСК брикеты высокого качества.

Исследования антрацитов АО"Сибантрацит", 05"0буховская" АО'Туковуголь и 01*"ПостнгаюЕС1:а.<Г ПО'ЧПахтерскуголь" показали. что их висо:сая механическая прочность и хоровая адгезия ПСК на поверхности частиц антрацита позволяют получать брикеты высокого качества.

В значительном объеме били проведены исследоваг'-ч угольных шламов 05 "Макеевского КХЗ", Ц05 "Кураховская", ПОй Россия". 02 АО "Обуховская", шахты "Ростовская", ГСв> "Суданская", сачты "Абааевская" и др.. Выло выявлено, что шлемы, содержание в золе определенное соотношение гсэмпонентев. могут быть окусксванными без использования связукцих веществ за счет правильно подобрал -них технолопиеских параметров. Taime были определены параметры о:г/с:кзвання планов со связуокк-ги веаестзаии.

Креме того, были нзучелн и кл-геси;-:- сырья для бр:зсетирования смеси углей различных марок со плампуи. в результате установлено, что с попаяно рационального смешения гслата с углем при брикетировании можно значительно повысить энергетическую ценность шлама, то есть jto один из реалытих способов широкомасштабного использования лламов в энергетически:; целях. Пол 1?нзя зола прл стиганин этих брикетов является хороши сырьем для строительного комплекса, что позволяет поеысит: компле:ссность использования ресурсов месторождения.

При разработке технологи! производства бржетов из отсевов углей на Сазе езлпукетх ПСК-í, ПСК-П, ОКС и ГИК были исследовали следуо'лис се параметр)::

-вдляюсть исходного угля, кокса, вдача и брикетируемой пихты;

гргаг/локоттчпссквЗ состав брикетируемой пихт»;

4 П .

-поверхностные свойства брикетируемой шихты; -вид, количество и свойства связующего вещества; -температура связующего и брикетируемой смеси; -длительность и интенсивность перемешивания исходного материала со связующим;

-давление прессования смеси;

-длительность фазы сжатия смеси при прессовании;

-объем и форма брикета;

-условия, температура и длительность термообреботга брикетов; -условия, температура и длительность охлаждения брикетов; В зависимости от свойств угля и шлама, a vaкие от требуемых свойств брикетов, эти параметры могут существенно изменяться.

Влажность исходного материала и брикетируемой шиты существенно влияют на качество получаемого брикета.

Анализировался гранулометрический состав углей различных марок и месторождений крупностью О-i ,:м. При этом установлено, что для получения механически прочных брикетов необходимо подбирать оптимальный грансостав пихты для конкретной марки угля к месторождения, raie кзк угли сильно разнятся по споим прочностным характеристикам.

Определено, что тип связующего чаще всего обуслс-лизается маркой'угля, из которого изготавливается брикет, и требованиями к брикету. Количество связующего в основном зависит от грансосгава угольных зерен и свойств их поверхности. Длительность перемешивания угля со связующа) влияет в конечном итоге на прочность брикета и изменяется в зависимости от количества в вихте угля класса О-1мм. Давление при формовании брикетов в диапазоне от 10 до 35 Ша в первую очередь сказывается на конечной ' прочности и пористости брикетов. Время снижения влажности и набора прочности брикетов всех типов уменьшается с повышением температуры обработки. Время охлаждения брикетов зависит от их размеров и условий охлаждения. Для исключения растрескивания брикетов при их охлаждении разработан специальный агрегат, позволяющий обеспечивать "мягкий" режим охлаждения с одновременной передачей тепла от брикетов к исходному углю при одновременной подсушке последнего и позволяющий реализовать рациональную компоновку брикетного »¡одуля.

На рис 2. представлены лаиболее важные из найденных зависимостей режимов и параметров о){ускования угольной мелочи и шлама.

При разработке технологических схем производства брикетов,

отвечающих требованиям, которые адаптируют их к структуре пахты, были намечены к разработка четыре типа брикетов для разлитых сегментов ртищ. .

Для населения, кошунально-быгового сектора и промышленного производства был предложен первый тип брикетов, который доллен соответствовать предъявляемым требованиям, а именно десевым, механически прочным, обеспечивать полнее выгорание угля без просып;! его под колосник и уноса с дымовыми газами, быть термопрочным и зкологичеаси безопасным. Для производства таких брикетов разработано две технологические схемы с применением связующ ПСК-1, ПСК-2 и ГНК. При реализации первой технологической схемы брикеты получаются не водостойкими и требуют залита от осадков при хранении и транспортировке. По второй технологической схеме производят водостойкие брикеты, при хранении и транспорте которых не требуется закгга от атмосферного воздействия.

Для использования в топках котельных с иодвижи-ч реглетом и в кипяцем слое, на цементных заводах, при производстве кирпича был разработай второй тип брикета - из плзисв. При этом в первую очередь принимались во внимание возмозшоегь использования брике-тсв из шламсв в энергетике, строительном комплексе и других отраслях, а также снижения зколопгаеского ущерба от храпения и вовлечения в производство все более накашгаваоаихся объемов шлама.

Гили разработаны две технологические схему для производства брикетов третьего типа посредством окусковашга шгамов. Шлама практический не обладает сыпучестью, не требуют дробления. Поэтому на усреднении и подаче шлама используется серийное оборудование гафпичных заводов (бегуны, шнексвые смесители и пр). а операцию прессозания пригодны для использования инековые зкетрудеры, вибропрессы и кольцевые прессы.

Для широких слоев населения, коммунально-бытового сектора и про!,моленного производства был разработан третий тип брикетов из углей различных марок "холодным" способом (без термообработки), для производства которых предложена технологическая схема с применением связующего ОКС. По этой технологии получают атмосфе-ростойкие брикеты с высотами !сачественными показателя!,«.

Для использования в бытовых топках был разработан четвертый тип элитных брикетов, которые не долгам пачкать сопрюкюаемых поверхностей и отвечать самым высоким требованиям, предъявляемым к топливу. По данной технологии каждый брикет упаковывается в бу-

ыахпуи оболочку. внутри которой находится спрессованная смесь вы-ссглкачестветюго угля или смесь нескольких марок углей со связу-кщает на Сазе ПСК-1, ПСК-2, ГИК и ÛKC.

Последние две технологии Сили разработаны с учетом условий размецондя их непосредственно в шахте, . Необходимо отметить, что оборудование для их реализации макет бить применено из калообъем-ного серийно выпускаемого для других отраслей промышленности. В целом технодогич гае схемы достаточно "гибкие" по условиям применения. по комплектуемому оборудованию, по варианта« взаиморасположения их элементов, а такие по использования топлива, теплоносителе й, к такие по их производственой шшю "и.

Немаловатныы фжгорсм для обеспечения должной эффективности строительства к эксплуатации брикетных установок является их местоположение. На рис.3 представлены местоположения 'брикетного модуля в стуетуре функш.-нальных связей и материальных пото-коес единого производства по добыче и переработке угольной продукции, где показаны еозмокныс варианты размене кия производств переработки угля.

В настсяцео время при закрытии сачт, к сокращении объемоз производства на действующи вахтах освобождаются подземные горные выработки, которые практически ис используются в последующей. Основная часть вскрывающих и подготовительных выработок после исключения их по технологической цепи добычи полезного ископаемого пригодна для дальнейшего ксисльзогакия. Стабильность температуры с!;:.ру.!х.«сдей среды п влажности б подземных выработках, наличие подъемно- тразедорткого оборудования, энергетических шздт.икаций и ¿¡лай евпзй, а тгаже удобство охраны позволяют ргзмевдть в подземных ссорухеникх разлшше объекты народного хозяйства, в том члеле к ссргйровочно-брикетные установки. зясокуатация подзе\яш соср.етний сводится главиш образом к поддергшип в них необходимого liUKpciuama, обссасчгпк» искусственного освещения и экер-госиаЗаешвь Температурный регшц подземных сооружений создастся. кач правшго, толы», за счет отопления (рем охлатаенил), та: как конвективны;! теплообмен в горнем массиве практически отсутствует.

В таблд праведовы условия размещения сортировочных и брикетная усталою: в вахте.

При размеазшш бркьзяюй тстаьоьпи в са^ге и иекагьооепнве ь технологическом цикле ь качество связуюккх ИСК или ГНК ьтоцссс

в) размещение произоодства переработки угля на промплощадко шпхть,

шглм

6) размещение производства переработки угля в шахто

ПРИГОТОВЛЕНИЕ СВЯЗУЮЩЕГО | ИЗ УГЛЯ _

ПОТРЕБИТЕЛЮ

УГОЛЬ ИЗ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

в^ размещение производства переработки угля о шахте

Рис.3 Структура функциональных связей и материальных пототев едино го производства по добыче и переработке угольной продукции в зависимости от местоположения брикетных установок

подгстоеки брикетируемой шихты гармонично увязывается с процессом добычи угля. При предварительной пропитке угольного масси-

ТаЗлица 1

НАЛМ-НОЕЛЧ1 па О&ЬГТ* лзогиРОйдн ьосль ЗА»И1ДЛЕМЫЙ1Е.№ПЕРА ОБЪЕМ ГУРД. С' i 1РОНЛЦАЕМО СТЬ ПОРОД. KiACC'.л'«"') СПОСОБ проветривАн ия ЯЗРЮЧЕСТЬ КРЕПИ ВИД КГЕПИ СРОК СЛУЖБЫ КРЕПИ

БРИКЕТНАЯ УСТАНОВКА Mi?0<-,0 0-2« 5-6 (1 ■ 0 11 .Чодящая стрyi Y ~ (ПО ^ » 'V .V""1 [ ейормэя. i на 8.10[*е>

ССРТЯР05КА <q HjOn^pCiVïKM.W W-200 0 -26 5-6 ¡1-0 1) Гисдншая 'Сьехэ 1 Илслли^ал обосо^оэнмач {по i>Ч | сГ.^оная, е - ю rwi

ва сгл:'.угг;.:: ПСК или ГНК или при непосредственной подаче его в «оста пылесбрагозакия ре зга «окно снизить выход пили при выемке к транспортиров! угля. Более .-ого связущее ГНК производится из сиветрошш, ожеденных углей которые, являясь вабадансозшш запасами, проккпоски но используйте л. Данная разработка, a тают возможное воглечение в производство шахтного газа, воды, ааакоз C03ECUSST 2СЕКСКТГ КОЙШККСВОСХЬ использования месторождения угля.

На оспою патентного поиска, изучгнкя отечественного и зарубежного и собственного ошга окусковзния углеродосодердацих ве~ кс-ств, каш*. 6îi» разребогсша югассифиваша технологий бри/.етиро-ьааая угольной ыелзчп а яяска, которая прсдстагленкз на рис. -1. Ххогз ;cckss4kîkk;î8 стобранлст такие основные признаки, как на»-ггли: или марку углег>эзссодер.гл.:;«гс вещества, вие&кий вид брикета, ï. \î:r-;:;c в нем связуэдего, термообработку брикета, ыесгополо.у.енпе ycxsr'otjoj брикетирования и осповкие сто процессы и позволяем ко-лсйрйтй шз&алее рарюкалькуэ технология бржетировалня по данной !.:з»:со угля нет шиша с учете;.: коккрегаой структуры пазсти ■;рсбовга8й котрс-Оотел? брикетов.

На сазе нзйдекяш емзушлх веществ к вцлвлошшх закономерностей влипш:" оскозпих факторам па свойства брикетов розрабстош; и сссрузйш 4 пклоть^е устгаэБйй. Та::, шглотнал уста«Ю2К& ис яро-и^еодсгеу иегодосгоШск Спясмов Т!роиз;зод;::е.лькосп,а 1 т/ч из ГО? "Сул.::онс;та" була cnpooirr;:çoii.uïa и пусона а зкегслуатз-. та.! в Ю05г. на клршггео:.: заходе "КемсроЕо^ахтострой" в г.Лс;;ерэ-суда::ско К^:>о5ской обх^о::::. Брикета кзгота-.лквглигл на пкот-прссс-езте:™.то, vîeœiK• Д-~я исгс/с^.-лп'.г. клргте:'! « •'ел-

беле;;;;!. Ор:.китов ïCUxrO\5") '¡г-., '¿¡-гггус: ли;:.':

данной установки позволила определить оптимальный ситовый состав прессования, влатлюсти брикегируемой смеси и установить параметры суики. Для придания водостойкости на брикеты наносилась водома-зутная эмульсия. Брикеты укладывались на поддоны и отправлялись потребителям.

Пилотная установи по производству невсдостойкил цилиндрических брикетов производительностью ICO кг/ч из угольной мелочи была смонтирована на промплощадке OS "Прокопьевская". по индивидуальному проекту. Эксплуатация установки позволила уточнить параметры процесса брикетирования. Для придания водостойкости на брикеты тагсг.е наносили водсмазутную эму льет. Брикеты упаковывались в полиэтиленовые или бумажные мешки и отправлялись потребителям.

Пилотная установка по производству водостойких брикетов производительностью 1 т/ч из антрацитовой мелочи проектируется на промплощадке шахты "Бугуруста-2" ОАО'Туговуголь" которую намечено сдать в 4 кв. 1907 г.

Пилотная установка по производству элитных брикетов "OKSOL" в буматлгой оболочке с производительностью 0,5т/ч была спроектирована и сооружена на ПГЗавод км. Я. М. Свердлова" в г. Дзержинске Нижегородской области. Установка была пудена в эксплуатация в сентябре 1995 г. и работает в настоящее Бреда. Упаковка брикетов "0KS0L" осуществлялась в гофрокартотше коробта по 22-24 кг.

Эксплуатация пилотных установок позволили выявить и устранить "узкие места" в технологиях брикетирования цепи, уточнить параметры и надежность функционирования ее отдельных агрегатов, определить наилучший состав оборудования.

Автором были проведены сравнительные опытные сжигания топливных брикетов "0K50L" , сортового угля и угольной мелочи в топках битового юттла и камина . Результаты исследований показали, что брикеты "0KS0L" дают энергетический эффект в 1.6 раза больший, чем при сжигании дата сортового угля.

Методика оценки эффективности сортировки и окускования мелкого угля и шлама, разработанная автором, предусматривает необходимость рассмотрения эффекта в целом у хозяйства страны в пяти сферах - эффект у производителя, у пользователя брикетами, экологический, социальный и бюджетный эффекты.

Эффет у производителя брикетов (Эпр) в условиях рыночной

экономики е наибольшей степени определяется рентабельностью производства и ее можно выразить через прибыль:

Эпр = Цц (Дар - Сст.бр),

где иа - объем производства и 'продажи брикетов;

Ц6р- иена единицы брикетов; -

Сет.ор- з . раты иа производство и реализацию единицы брикетов;

Эффект у поярсбшясля брикетов определяется ¡ижением приведенных затрат от использования брикетов по сравнению с использованием альтернативной продукции.

пот = (Са + -Ка)1.01Уа " (С6р + ЕКбр)Убр,

где Се-зксплуатационные затраты на использование альтернативного продукта;

С6р - эксплуатационные затраты на использование брикетов;

Ка - капитальные затраты на единицу продукции связанные с использованием альтернативного продукта;

Кор - капитальные затраты на единицу продукции связанные с использованием брикетов;

Уа - объем использования альтернативного продукта для получения одинакового энергетического эффекта; (например, для получения одного мегзджоуля тепла в одной и той же тепловой установке).

1.01 - эмпирический параметр отражающий потерн альтернативного продукта (несортированного угля) при транспортировании;

'>'оР - объем использования брикетов для получения одинакового энергетического эффекта;

£ - коэффициент нормативной эффективности кзпиталышх затрат

(Е=0.15).

Эксплуатационные затраты можно выразить следующими зависимостями:

Сх » АТр + Ахр + Ац + Аобсл! Сг = Бтр + Бхр + Бц + Бабсл»

где лТр и БТр - затраты соответственно на транспорт альтернативного продукта и брикетов;

Лхр и Бхр - затраты соответственно на хранение альтернативно-

го продукта и Срикетов;

Ац и Бц - цепа соответственно альтернативного продукта и брикетов, от которых будет получен равный энергетический эффект-,

Аобсл и Бобсл - затраты соответственно на обслуживание при сжигании альтернативного продугаа и брикетов.

Эффект у потребителя брикетов можно выразить как:

Эпот а(Атр + Ахр + Ац + Аобсл + 0,15Ка )1,01У£1 - (Бтр + Бхр + Бц + Аобсл + ОДБКбрЖпрУбр;

Экологический эффект определяется из выражения:

Ээкол* Эпар + Эхим "* Эфиэ + Эмвх + Ззол + Эсл,

где, ЭПер- эффект от компенсации экологического ущерба вследствие уноса угольных частиц с поверхности ж/д вагонов при перевозках (ежегодно унос угольных частиц составляет 1% от общего объема перевозимого угля);

Зхим - эффект от компенсации экологического ущерба и потерь тепла вследствие химического недожога горших компонентов в топливе (содержание в дымовых газах СО и Н).

Эфиэ - эффект от компенсации ущерба вследствие физических потерь тепла уходящими с топочными газами;

Э«ех - эффект от компенсации экологического ущерба и потерь тепла вследствие механической неполноты горения, (уноса частиц топлива топочными газами и провала сквозь колосниковую решетку);

Эзол - эффект от компенсации экологического ущерба от складирования зольного остатка (в зольных отвалах содержится до 40Ж горюши веществ);

Эсл - эффект от компенсации экологического ущерба вследствие использования веществ применяемых в качестве связующих веществ;

Социальный эффект определяется из эффекта от создания новых рабочих мест.

Эрм - С'П.

где С - 50 -100 млн.руб на 1 рабочее место;

п - количество новых рабочих мест.

Ееджсилй зфрокт складывается из налогов поступающих п бюджет региона.

Эб - Нь

где Н1 - налоги.

ОбциЯ эффект для козлИсша страны от производства и исполь-. зоваккй брикетов будет определяться суммой указанных эффектов:

Эооа = ЭПр + ЭцоТ' + Зкод + Эры + За; сжкекас.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение задачи разработки технологических решений по повыг Ч1ш зФФекшадс ти функционирования шахт с .брикетный производством, имеющей существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные выводы и практические результаты заклпчаэт-ся в.следующем:

1. Осуществлен анализ причин ухудшения гранулометрического состава угля в технологической цепи шахты.

Установлено, что при очистных работах образуется 45-60Х угольной мелочи классы О-13мм. В процессе транспортирования угля от забоя до потребителя, в зависимости от длины транспортного пути, уголь дополнительно измельчается на 20-40%.

2. Определены аффективные технико-экономические рекения, реализация ¡сотсрых позволяет снизить выход мелких классов угля.

3. Разработаны и реализованы требования к технологиям брикетирования, адаятирувдии брикетные модули к структуре действующей вахты.

<1. Разработаны методические принципы н реализован алгоритм поиска эффективных путей поьышения ценности добываемого угля и продуктов его переработки на базе функцконадька-стош-юстного анализа процессов единой технологии добыла: к переработки полезного ископаемого на брикетном производстве.

5. Выявлены закономерности влгания свойств углей на рецепту- . ру брикетируемой шихты, ремаы и пугиотри производства брикетов.

6. Установлены связи потребительских свойств угольных брикетов с ситовым составом, вла'дюстыэ угля в пихте, типом и массой

связующего, давлением и параметрами термообработки брикетов.

7. Разработаны технологические схемы брикетирования угольной мелочи и плама с учетом рыночных требований к конечной продукции шахты.

8. Разработаны классификации технологических cx'-i брикетирования и связующих веществ.

9. Опытная эксплуатация предложенных брикетных установок подтвердила их работоспособность и позволила уточнить параметры технологии брикетирования. В процессе эксплуатации пилотной установки получен экономический эффект только при переработке 130 т отсева угля 75,712 млн.руб. в действующих ценах.

10. Разработана методика оценки эффективности технологий брикетирования с учетом интересов производителя, потребителя и государства.

11. Обоснованы принципиальные технологические решения по производству брикетов в подземных горных выработках действующих и. закрываемых угольных шахт, а также на промпдощздке шахты.

12. Разработали бизнес-планы и программа развития брикетного производства в угольной промышленности России.

Освоите положения дисссрглцци опубтяоваяы з евдугда paßo-

ках;

1. Евтушенко А/Е..Лурий В.Г., Михеев О.В., Коваль В.Т., Те-рентьев Ю.И.. Основы оптимизации технологических систем производственно- территориальных комплексов в условиях перехода к рыночным отношениям (монография).- М. ,МГГУ, 1995. 420/lbü.

2. Терентьев Ю.И. Повышение ценности каменного угля и шлама. -М.МГГУ, ГИАБ, 1995, N4,с.44-50.

' 3. Лурий В.Г., Кузнецов Ю.Н., Терентьев Ю.И., Результаты исследований окускования каменноугольной, коксовой мелочи и иламов.' М.МГГУ, ГИАВ, 1995, N4,с.96-97.

4. Лурий В.Г., Евтушенко А.Е., Терентьев Ю.И. и др. Способ получения угольных брикетов.. Патент на изобретение N2059690 от 10.05.96г.

5. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И.' Способ брикетирования спекающихся, слайоспекающихся и неспекахшихся шгамов и мелких классов угля., решение о выдаче патента на изобретение по заявке N94034400/04(033920) от 16.09.94г.

- со -

6. Лурий В.Г.. Терентьев Ю.И. Топливный брикет и способ его получения., решение о выдаче патента на изобретение по заявке N34043321/04(043338) ОТ 7.12.94Г.

7. Лурий В.Г.. Терентьев Ю.И. и др. Осветлитель шламовой води. , ревение о выдаче патента на изобретение по ваявке N35104604/26(003590) от 29.03.95г..

8. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И. Способ получения угольных брикетов. , решение ' выдаче патента на изобретение по заявке N05115706/04(026750) ОТ 6.09.95г.

9. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И. Способ получения коксовых брикетов "КСК2ВК1С'\, решение о выдаче патента на к" "Сретение по заявке НЭ5117552/04(030673) от 17.10.95г.

10. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И. Топливный брикет и способ его получеши.. решение о выдаче патента на изобретение по заявке N95102216/0 >0391-9) от 13. 2.95г.

П. Лурий В.Г.. Терентьев Ю.И. Топливный брикет "ОКБОЬ" и установка для его получения., решение о выдаче патента на изобретение по заявке N96112033/25(018084) от 14.06.96г.

12. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И. Установка для получения угле-родосодервдих брикетов., решение о выдаче патента на изобретение по заявке N95102234/25(003954) от 14.06.96г.

13. Лурий В.Г., Терентьев Ю.И. Способ получения углеродосо-дерасэних брикетов.. решение о выдаче патента на изобретение по заявке N95117551/04(030672) о? 17.10.95г.

Подписано в печать ¿£.3.19Э7 г. Сормят 60x90/16

Объём I деч.л. Тирах 100 экз. Заказ № /33

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект, 6

•п rv-n Г ТГ* nnTrST-TtTTT ТЙ- t.T;\ ЛТ,ТТГ7Т ПГиПЛТ^ГЙ-.-П^Г-^ даттттгго 1 ТТЛ1*

i ubj^fifwldtnnffi'i mjiviiiiili ruuoi'ii'luriui'i. wt^ili ащ'ш

ттг\ пт 1птгл к т npn л г-. /-vd я цт/пп

¿¿и ошишоуь)' ubrrtouortmipj

Hn.riirr\nmj-T/ti% "ПГ\ЛТГТГД ППТП(ТГ-Т ТТ ТТ rfi nnninrft ТГТТТ/ГГ5Т7Г-5Г-ГГ|ГТ,Г7ГГ

lauurvucuruiii i ииатднгихш^ппшА j. urnaii гшшьгишы

На правах рукописи

ТЕРЕНТЬЕВ Юрий Иванович

-сгтгу cijn пи. гу

J jLiji S. ^JiCil-W Д '-J"—' * Ulwlw Л f

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕН!® ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ШАХТЫ С БРИКЕТНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка месторождении полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

t .»—. » ЛГГЧ ГП ,-МГТТ ▼ Т Т rt№ Ml I Г-\ 1/* ТГ. ТТ Л Т Tf""l 7 Т

XtJAil. rtctyn,, ииищ. г.у С5ИеЦиВ iu. п.

миилаВ i"

оглавление

ВВЕДЕНИЕ. .................................................. 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ,. . . . 8 1.1.Анализ современных подходов к опенке качества функционирования горных предприятий............................. 8

1.В.Анализ состоянии вопроса брикетирования угля...... 13

1.3.Постановка задач исследований.......................... 22

ВЫВОДЫ..................................................... 26

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЦЕННОСТИ ПРОДУКЦИЙ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ.......................... 27

В.1.Количественная характеристика продукции предприятия на

базе угольного топлива................................. 27

В.2.Требования предъявляемые к качеству и ценности конечной продукции угольного предприятия..................... 29

2.3.Обоснование рациональнго варианта технологии переработки угля.........................................................35

ВЫВОДЫ...................................................... 43

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ В ЕДМННОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ ШАХТЫ...................... 44

3.1.Поиск экологически безопасных связующих для окускования угольной мелочи и шлама.................................... 44

3.2.Факторы, влияющие на качественные характеристики углей..54 0.3.Исследование исходного сырья для брикетирования.........57

3.4.Режимы и параметры окускования угольной мелочи и шлама

на базе ИСК................................................. 59

4. КОМПЛЕКСНАЯ УВЯЗКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ШАХТЫ С ПРОИЗВОДСТВОМ Пи ПЕРЕРАБОТКЕ ПРОДУКЦИИ УГЛЕДОБЫЧИ............... 74

4.1.Технологические решения по повышению эффективности шун-

~ А

кипсппрсвапил шахты посредством брикетирования угольной

4.Обоснование местоположения ввела переработки угля в тайной технологической системе шахты....................... 83

оысидьх.................................................... У1

о. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И т^иШ-Шй^ЮШШКШ ОПЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ................................... 93

5Л.Предложения по промышленному использованию результатов

исследований,.............................................. 92

S.3.Испытание брикетов но угольной мелочи и шлама.......... SS

3.3.Маркетингсвые исследования по выявлению сегментов рынка

брикетов "0K30LA.......................................... 114

3.4.Опенка ошфехтпвпости сортирсврш и отсускоЕания мелких

........................................... 118

........................................... 136

исключение................................................ 1£>*

Литература................................................ 129

i i ¿.ii- .

ВВЕДЕНИЕ

В условиях прежней экономики для шахт главным результирующим показателем было количество выданной горной массы. Теперь когда шахты сами стали субъектами рынка, который диктует очевидную закономерность, что чем короче путь от производителя до потребителя., тем меньше затраты на производство и сбыт продукции; чем ниже цена и более высокое качество продукции, тем выше спрос на нее» Следовательно, представляется весьма перспективным, о указанных позиций обоснованно включить в структуру шахты звенья, позволяющие достичь указанные цели и рассматривать добычу, сортировку, брикетирование угольной мелочи, шлама и сбыт товарной продукции как единый технологический комплекс, в то время как ранее они реализовывались на обособленных производственных объектах.

Необходимо отметить, что согласно потребительским стандартам население и коммунально-бытовой сектор должны снабжаться только высококалорийным, сортовым топливом, но, как показывает практика это происходит далеко не в полном объеме. В 1995 г, дефицит сортового топлива по России составил £3,6 млн.т, Этот дефицит покрывается использованием рядового угля о большим содержанием мелочи в нем (0-13мм) - 60-80%. При сжигании рядовых энергетических углей в бытовых топках КПД их использования остается на уровне 30-40%. При сжигании сортовых углей и брикетов из тех же марок КПД сжигания поднимается до 60-70% и до 75-80% соответственно. Низкий КПД сжигания в топке угля с большим содержанием мелочи происходит в основном от неполного его сгорания. б результате чего происходит химический, физический, механический недожег, что приводит кроме энергетических потерь к загрязнению территории и окружающей среды.

Немаловажным является то обстоятельство, что в настоящее время при закрытии шахт и сокращении объемов производства на действующих шахтах освобождаются пригодные для дальнейшего использования подземные горные выработки, которые можно эффективно использовать размещая в них технологическое оборудование для повышения ценности угля и продуктов его переработки.

Таким образом, вышеизложенное позволяет считать задачу разработки технологических решений по повышению эффективности функционирования шахты с брикетным производством угля в направлении повышения потребительской ценности конечной продукции достаточно актуальной,

Идея работы заключается в формировании рентабельной структуры и технологической цепи добычи и повышения ценности добытого угля, базирующихся на учете требований рынка к топливу, технического оснащения производства, гранулометрического состава, фивикомехзнических свойств исходного сырья, параметров и режимов производства угольных брикетов.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: шахта являет собой открытую технологическую систему о динамической увязкой комплекса производств по добыче и переработке угля, обеспечивающей требуемую ценность конечной продукции и полноту использования ресурсов месторождений;

алгоритм поиска эффективных путей повышения ценности добываемого угля и продуктов его переработки основанный на использовании функционально-стоимостного совокупного анализа производственных процессов добычи и переработки угля;

прогрессивные технологические схемы брикетирования мелких классов угля и шлама базируются на использовании эффективных, экологически безопасных связующих веществ, режимов и параметров

брикетирования в зависимости от свойств окускоЕываемого материала и требований рынка к конечному продукту;

рациональное размещение установок по брикетированию мелкого класса угля определяются комплексам технологических, экологических и экономических факторов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

значительным объемом результатов экспериментальных исследований углей и шламов из 16 различных источников (проведено более 300 экспериментов по исследованию свойств, режимов и параметров технологии брикетирования характеристик исходного сырья и брикетов);

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований с результатами, полученными при практической реализации новых технологий брикетирования на опытных и пилотных установках (расхождение не более 8-141). получением фактического экономического эффекта только у производителя на одной пилотной установке более 75 млн.руб за б месяцев ее работы.

Научное значение работы заключается: в разработке требований, адаптирующих брикетное производство в структуре шахты и методических принципов формирования прогрессивных технологических решений по повышению ценности конечной продукции шахты с брикетным производством на базе установленных связей между свойствами угля и шлама, режимами, параметрами технологии брикетирования и основными потребительскими характеристиками брикетов. разработке метода комплексной оценки эффективности производства и использования брикетов, в разработке классификаций связующих веществ и технологий брикетирования угля, методологии

и комплексной оценки производства и использования брикетов.

Практическое значение работы состоит: в разработке технологических схем брикетирования мелких классов углей и шламов базирующихся на использовании физика-механических свойсте исходного сырья, найденных экологически безопасных связующих веществ, параметрах и режимах процесса брикетирования и отечественного оборудования, обеспечивающих повышение эффективности Функционирования шахт с брикетным производством.

Реализация выводов и рекомендаций. Найденные эффективные связующие вещества и разработанные технологические схемы брикетирования угля и шлама реализованы в опытных и пилотных установках, б проектах брикетных установок. Разработанные режимы и параметры брикетирования, а также найденные эффективные связующие вещества использованы как основа для проектирования брикетных установок в ОАО "Тулауголь", АО УК "Кузнецкуголь", АО УК"Прокопьевскуголь ", АО'Туковуголь", ЛГ'Якутуголь".

Апробация работы. Основное содержание, отдельные положения и выводы диссертации были доложены и получили одобрение на конференции "Уголь на конкурентном рынке" (Москва, 1995), на 1 Международной конференции "Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых"(Новокузнецк, 1996), на научно-технических советах ОАО "Тулауголь". АО УК"Прокопьевскутоль", АО'Туковуголь", ИГ'Якутугодь", на заседании кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" Московского государственного горного университета (1995-1997),

Публикации. По материалам диссертации опубликовано, 1 монография, 2 научные статьи, получены 1 патент и 9 решений о выдачи патента на изобретение.

i ; СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ современных подходов к комплексной оценке качества функционирования горных предприятий.

Применяемые в настоящее время угледобывающие машины в значительной мере измельчают уголь, что приводит к снижению выхода крупнокускового угля, значительному пылеобразованию и увеличению энергозатрат, Кроме того, повышенный выход угольной мелочи в известной мере обесценивает добываемое топливо, предназначенное для энергетических целей и коммунально-бытовых нужд населения. Осложняется также обогащение угля.

В настоящее время на шахтах отрасли наблюдается увеличение выхода угольной мелочи, основными причинами этого являются: несовершенство исполнительных органов выемочных машин и схем транспортирования угля от забоя до поверхности шахты, организация складского хозяйства и др.

Штыб и отсевы крупностью 0-6 мм измельченных энергетических углей и антрацитов могут эффективно ожигаться в пылевидном состоянии (с к.п.д. более 801) лишь на электростанциях и промышленных предприятиях, оборудованных специальными топками. Вследствии недостаточного потребления топлива мелких классов предприятиями, приспособленными к его сжиганию, избыточные ресурсы этого топлива скапливаются на складах шахт и обогатительных фабрик и не находит достаточно рентабельного сбыта.

Согласно потребительским стандартам угольное топливо для потребителей со слоевой системой сжигания ( коммунально-бытовой сектор и население) должно иметь высокую теплоту сгорания и размер кусков не менее 13 мм.

На Рис.1 представлены необходимые объемы производства сор-

Рис. 1 Производство сортового топлива и потребление его населением

чо -

тового топлива и потребление его населением, Б 1994г дефицит (разница между необходимым и поставляемым сортовым топливом) составил 8.4 млн.т, в прошедшем году дефицит увеличился до 5.5 млн.т. В сложившейся ситуации население вынуждено брать рядовой уголь с большим содержанием мелочи.

В России в жилищно-коммунальном секторе используется 15-20*4 общегодовой добычи угля. Потребность в кусковом топливе в настоящее время достигает 75-77 млн.т/год, в период 1995-2005 гг. эта потребность, по данным угольной компании "Россуголь", составит 55-60 млн.т/гол, в т.ч. для населения - до 40 млн.т.. При этом существующий в настоящее время дефицит в кусковом топливе сохранится в перспективе и по прогнозам на 2000-2005 гг. составит примерно 10 млн.т/год, если не будут приняты меры по его снижению (Табл.1.1).

Таблица 1.1 Баланс сортового угольного топлива России (по данным угольной компании "Росу-голь")

) 1 год ...... ! Потребность | Ресурсы 1 Дефицит 1

млн.т \ | млн, т млн.т 1

! 1995 ! 59,8 [ 30,2 29,6 1

! 2000 1 55,3 | ( 38,5 16,8 |

! 2005 1 . 1 Р ! , и •; ! 42,3 10,2 1 . . !

я

Этот дефицит покрывался использованием жилищно-коммунальным сектором большого количества рядового (несортированного) угля.

При использовании рядового угля крупностью 0-50 мм в топках о колосниковой решеткой и слоевом его сжиганиичто в подавляющем большинстве и имеет меото в коммунально-бытовом секторе, КЩ сжигания угля остается на уровне 80-401, при использовании сортового каменного угля в этих условиях КЩ его сжигания поднимается до 50-70%,, а применение брикетов в этих условиях увеличивает КЩ сжигания до 75-82%. По другим данным, для получения полезного энергетического эффекта, соответствующего 1т. условного топлива, требуется примерно Зт рядовых энергетических углей (А,Т,С0), около 2 т. рядовых газовых углей, 1,3 т. сортовых каменных углей и 1,1 т. каменноугольных брикетов, при прочих равных показателях.

Таким образом применение сортового угля и брикетов в слоевых топках значительно увеличивает энергетический эффект по сравнению с применением рядового угля и если поставлять населению и комунально-бытовому сектору Еместо несортированного угля только оортоЕой и брикеты, то можно сберегая энергоресурсы, снизить потребность в угле для слоевого сжигания на 10-15 млн.т/год, что очень сложно в условиях реструктуризации экономики.

Кроме того применение сортового топлива и брикетов в слоевых топках исключает попадание частиц угля в золу, что влечет к уменьшению содержания золы. Присутствие угольных частиц в золе, делает ее непригодной для использования в строительном комплексе, увеличиваются объемы ее отвалов и вредное воздействие на окружающую среду. Кроме того при сжигании рядового угля имеет место увеличенный вынос несгоревших угольных частиц с дымовыми

газами, и загрязнение воздуха и территории, что влечет за собой высокие издержки компенсирующие экологический ущерб. При транспорте рядового угля и угольной мелочи, в окружающую среду также выделяется много пыли, чего нет при транспортировке брикетов.

Ранее, когда цены на, уголь, и железнодорожные тарифы по его перевозке были низкими, а на экологический ущерб мало обращали внимания, так как компенсационные издержки были незначительными, то мирились с применением рядового угля в топках со слоевым сжиганием. Это привело к тому, что сортировочных установок в России в настоящий период мало, установок по брикетированию отсевов и шламов каменного угля в стране нет ни одной, имеется лишь одна установка по брикетированию бурого угля (г.Кумертау), производимые на ней брикеты весьма дороги и имеют низкое качество.

При переходе к рыночным отношениям, когда значительно повысились пены на уголь и затраты на железнодорожные перевозки его, а за экологический ущерб взыскиваются достаточно серьезные компенсации, то технологическая ценность, качество и экологическая безопасность продукта для покупателя становятся определяющими факторами.

Б России уголь потребляется во всех 80-ти ее регионах, а добывается только в 24-х. Это обусловливает значительные объемы железнодорожных перевозок угля, при средней дальности внутри-республиканских перевозок в 1000 км. (при минимальной дальности 50 км и максимальной5500 км). Это обстоятельство также требует увеличения технологической ценности топлива и за счет этого снижения объема перевозимого топлива и уменьшения загрязнения окружающей среды при его перевозках. Замена при слоевом сжигании рядового угля и мелочи сортовым углем позволит сэкономить

только на транспорте не менее 1% от общего объекта перевозимого угля.

Особое место занимают угольные шламы, которые в виде хвостов обогатительных фабрик или продуктов очистки шахтных и карьерных водосборников из-за мелких размеров составляющих частиц, повышенной зольности и влажности, практически не используются, за редким исключением, когда их подмешивают к топливу подаваемому на ТЭЦ» Поэтому они накапливаются в огромных количествах, например, только в Кузбассе накоплено более 20 млн.т. шламов. Шламоототойники занимают значительные территории и загрязняют водные объекты, воздух и поверхность прилегающей плодородной земли, Однако ценность шламов, как топлива, можно повысить за счет их окусковадия.

Кроме того, со снижением объема агломерационно