гэп практика. ГпЭ практическая. Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
Рис. 3. Схема использования обрушенных пород выработанных пространств для фильтрации воды: 1 — отработанное пространство; 2 — трубопровод по коренному штреку; 3— водосборники главного водоотлива; 4— трубопровод для от- качки шлама из водосборника главного водоотлива; 5 — шламовые воды; 6— обрушенные породы выработанного пространства; 7 — водосборник уклона №13; 8-— водосборник уклона №15; 9— трубопровод шахтных вод Разность отметок между вентиляционным штреком №8 и коренным штреком №4 составила 42 м. Экспериментальный уча- сток лавы был отработан 10 лет назад. За это время обрушенные породы максимально уплотни- лись, произошли дополнительные разрушения крупных глыб. Получить точную количественную оценку гранулометрического состава обрушенных пород не представляется возможным из-за большой трудоемкости, стоимости и опасности выполнения этих работ. Подача воды в выработанное пространство производилась на двадцатиметровом участке штрека. На этом участке водосточ- ная канавка с двух сторон была перекрыта, в результате перепол- нения ее вода переливалась по каналам в выработанное про- странство. Целик угля над коренным штреком №4 разрезан печами, за- ложенными каменными перемычками. Перед подачей воды в вы- работанное пространство в перемычках на высоте 0,7 м от почвы были проделаны окна, через которые вода свободно поступала на коренной штрек №4, где она собиралась в водосточную канавку и по ней в водосборник-отстойник главного водоотлива. Для оценки изменения концентрации взвешенных частиц в воде и ее солевого состава отбирались пробы в месте сброса воды 65 в выработанное пространство и на выходе из него. Одновременно с этим на коренном штреке №4 была смонтирована замерная станция для регистрации объема воды, подаваемой в выработан- ное пространство. Химический состав воды и содержание взве- шенных частиц определялись по общепринятым методикам. При химическом анализе определялись водородный показатель, со- держание К + , Na + , Са 2+ , Мg 2+ , СI , 2 4 SO и сухой остаток. Содер- жание других ионов не определялось в связи с тем, что они в шахтной воде содержатся в малых количествах и относятся к микроэлементам. Содержание взвешенных частиц в воде, откачиваемой из уклона №15, колеблется от 38 до 961 мг/л, а в воде, прошедшей через обрушенные породы, от 1 до 14 мг/л, средние показатели по 20 пробам в исходной воде — 331 мг/л, в очищенной - 6,3 мг/л. После начала подачи воды в выработанное пространство, на коренной штрек она поступила через 2 ч и объем ее составлял 2-3 м 3 /ч, а равенство поступающего и выходящего из выработанного пространства объемов воды наступило только через 24 ч. Ско- рость движения воды через обрушенные породы составляет 90 м/ч, а объем воды, находящийся в пустотах, составил 600 м 3 Из полученных данных следует, что, если профильтровать воду через обрушенные породы всех участковых водоотливов шахты (на шахте их три) и недопустить ее загрязнения при дви- жении к водосборнику-отстойнику главного водоотлива, то та- кую воду можно сбрасывать в водоемы без дополнительной фильтрации на фильтрационной станции. Норма содержания взвешенных частиц при сбросе шахтных вод Шахтинского райо- на в водоемы — 40 мг/л. Эффективная очистка воды от взвешенных частиц в обру- шенных породах выработанных пространств происходит за счет: 1) фильтрации через скопления мелкораздробленной породы и угля; 2) отстаивания во множестве небольших углублений, кото- рые образованы при беспорядочном обрушении пород кровли на почву пласта; 3) многократного резкого изменения направлений движения воды, обеспечивающего инерционное выделение взве- шенных частиц. 66 Таблица 1 Данные химических анализов воды рН Содержание ионов, мг/л Сухой остаток, мг/л К + +Na + Са + Mg 2+ СI 2 4 SO Вода, откачиваемая из уклона №1 5 7,9 2205 152 116 3166 782 7011 Вода после фильтрации через обрушенные породы 7,2 1651 164 137 2386 1037 6086 Вода, поступающая из отработанных пространств. (выше откаточного горизонта) 8.0 1158 69 66 1056 981 3889 Результаты химических анализов исследуемой воды (табл. 1.) показали, что после пропуска воды через обрушенные породы солевой состав ее изменился незначительно, а средняя сумма рас- творенных солей несколько уменьшилась. Уменьшение содержа- ния солей связано с разбавлением исследуемой воды водой, по- ступающей в количестве 15 м 3 /ч с вышележащих горизонтов и проходящей через обрушенные породы, которая содержит рас- творенных солей меньше, чем вода, откачиваемая из уклона №15. Следует отметить, что применение высокопроизводитель- ной техники в шахтах связано с использованием больших коли- честв минеральных масел для смазки и приготовления эмульсий для гидросистем механизированных комплексов. Часть этих ма- сел неизбежно попадает в шахтные воды, загрязняя их вредными примесями. Фильтрация же вод через обрушенные породы выра- ботанных пространств, обладающие хорошей сорбционной спо- собностью к маслам, способствует их очистке. Исследования показали, что даже при очень большой за- грязненности шламовых вод взвешенными частицами происхо- дит их эффективная очистка. В связи с тем, что водосборники-отстойники главного водо- отлива являются одной из главных составных частей технологи- ческой схемы очистки воды и заменяют отстойники на поверхно- сти, необходимо было провести исследования по установлению эффективности их работы при различных режимах эксплуатации. Исследования проводились в 3-х режимах: при работе очищен- 67 ных от шлама двух ветвей водосборника-отстойника; при работе очищенной от шлама одной ветви водосборника-отстойника; при работе одной ветви водосборника-отстойника, недопустимо за- иленной шламом (как это было принято ранее на шахте). Двухсуточный непрерывный отбор проб через час в каждом режиме работы водосборников-отстойников позволил установить значения загрязненности воды механическими примесями при откачке ее на фильтровальную станцию. В первом режиме среднее содержание взвешенных веществ составило 19 мг/л, во втором - 39 и в третьем - 176 мг/л. Полученные результаты показали, что нормальная эксплуа- тация водосборников-отстойников главного водоотлива позволит использовать их в качестве первой ступени очистки шахтной во- ды без строительства дополнительных отстойников на поверхно- сти перед фильтровальной станцией. До начала исследований эффективности работы фильтров в различных режимах работы была произведена проверка их дре- нажного устройства, количества и качества песка. Высота фильтрующего слоя песка была принята равной 1 м. Фракционный состав песка был следующий: фракции 1,6-1,0 мм - 33 %; 1,0-0,63 мм - 42 %; 0,63- 0,35 мм — 25 %. Эквивалентный диаметр — 0,8 мм. Расход воды, поступающей на фильтровальную станцию для промывки контрольного фильтра, устанавливался с помощью во- досливов с тонкой стенкой, установленных на магистралях чи- стой воды и после промывки фильтров. Замер высоты слоя воды над ребром водослива производился с помощью датчика уровня. Исследования очистки воды проводились при скоростях фильтрации от 6 до 23 м/ч (табл. 2.). Из полученных данных видно, что скорость фильтрации шахтных вод на напорных фильтрах, так же как и других про- мышленных сточных вод, не должна превышать 12 м/ч. Промывка фильтров по проекту производится через 6—8 ч, путем подачи обратного тока воды с объемной скоростью 0,012 м 3 /с на 1 м 2 фильтрующей поверхности. Продолжительность промывки фильтра 15—20 мин. Однако, через 1,5—2 месяца пе- сок фильтров необходимо заменять, так как происходит его це- ментация осаждающимися из воды частицами и солями. 68 Увеличенная подача воды и сжатого воздуха на промывку фильтров приводит к частичному выносу песка (мелких фрак- ций), который необходимо периодически добавлять в фильтры. Таблица 2 Эффективность улавливания взвешенных частиц фильтроваль- ной станцией при различных скоростях фильтрации Скорость фильтрации, м/ч Содержание взвешенных частиц в воде, мг/л Эффектив- ность очистки, % исходное после фильтров 6,0 7,3 9,0 12,0 17,5 23,0 180 146 160 149 139 100 5,4 7,4 11,5 7,9 29,8 77,6 96,8 94,9 92,8 94,6 78,9 22,4 Приведенные данные показывают, что в течение 56 ч или семи смен фильтр удовлетворительно улавливает взвешенные ча- стицы из воды. Средние показатели загрязненности очищенной воды находятся в пределах 10 мг/л, а процент улавливания взве- шенных частиц составляет 91—96 %. Учитывая положительный опыт эксплуатации очистных со- оружений, построенных на шахтах "Южная" и "Юбилейная" по технологической схеме "Дон-3", Управление охраны природы Минуглепрома СССР рекомендовало ее для угольной отрасли как типовую. Однако для сооружения таких очистных станций требуется строительство специальных зданий для размещения фильтров, иловых площадок для обезвоживания шлама от промывки филь- тров и значительное количество металла для корпусов фильтров (порядка 80—100 тонн на одну установку) Отчет по работе должен содержать: - титульный лист; - цель работы; 69 - содержание работы; - необходимые чертежи и схемы; - задания и выводы; - список использованной литературы. Контрольные вопросы 1. Назовите время, регламентируемое ПБ откачки суточного притока воды на шахте. 2. При каком накоплении толщины слоя ила должна производиться чистка водосборника? 3. В чем заключается сущность работы поплавково- го всаса? 4. Способы очистки отстойников-водосборников их достоинства и недостатки. 5. Основные элементы подземной части технологи- ческой схемы очистки шахтной воды "Дон-3" 6. Основные составляющие технологической схемы очистки шахтной воды "Дон-3" на поверхности шахты. 7. Параметры движения шахтной воды через обру- шенные породы 8. Параметры напорных фильтров их работа и очистка. 70 Практическая работа №5. ВЛИЯНИЕ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ШАХТ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Цель работы: изучить основные типы породных отвалов угольных шахт, технические средства и технологические схемы по снижению их негативного воздействия на окружающую сре- ду. 1.Краткие теоретические сведения Угольные шахты и обогатительные фабрики имеют пород- ные отвалы следующих типов: конические (терриконы), хребто- видные и плоские, принимающие породу от отдельной шахты или группы шахт и обогатительных фабрик. Статистический учет породных отвалов ведется только по двум формам — конические и плоские породные отвалы. В последние годы общее количество горящих отвалов в от- расли снизилось до 676, в том числе плоских до 115 и конических до 561. Из этого количества действующих плоских горящих отва- лов было 68 и конических 251. Наблюдениями установлено, что отвалы после окончания отсыпки горят еще от 7 до 12 лет. Такой длительный срок горения отвалов обусловлен тем, что в них за- складировано большое количество горючих материалов. Иссле- дованием состава отвальной массы по 25 шахтам антрацитового района Ростовской области установлено, что содержание в ней угля составляет от 5 до 20 %, а общее количество угля, поступа- ющего в породные отвалы всех шахт области, составляет 560 тыс. т в год. В действующие и вновь организуемые породные отвалы по угольной отрасли ежегодно складируется 53,8 млн. м 3 породы от подземной добычи угля и сланца и 39 млн. м 3 после обогащения. При отсыпке породы в конические, хребтовидные, а также плоские отвалы, формируемые отсыпкой под откос, происходит сегрегация ее по крупности и по составу. Для определения закономерностей изменения вещественно- го и гранулометрического состава, связанного с сегрегацией, по склону хребтовидного отвала №3 шахты им. Ленина производ- 71 ственного объединения "Ростовуголь" были проведены грануло- метрические и фракционные анализы породы. Отвал отсыпался канатной дорогой и имел характерную для канатных дорог вытянутую форму треугольного поперечного се- чения. Длина отвала по основанию 400 м, длина по гребню 305 м, высота 27-38 м, средняя ширина по основанию 96 м, объем 520 000 м 3 , угол откоса 33° . Гранулометрическому и фракционному анализу подвергался материал, направляемый в отвал, и материал, взятый непосред- ственно из отвала. В первом случае пробы для анализа отбира- лись из вагонеток канатной дороги, во втором для изучения из- менений в строении отвала в направлении от подошвы к вершине пробы отбирались по склону отвала на разных высотах (0-6, 6-14, 14-22, 22-30, 30-38 м). В результате анализа породы, поступающей в отвал, было установлено, что 9,3 % составляет уголь, сростки и колчедан, а остальные 90,7 % — углистые породы и породы, не содержащие горючих. По высоте отвала содержание различных компонентов не остается постоянным. Если в первом поясе от подошвы отвала угля содержится 3,47 %, то на вершине — 13,4 %. Большое раз- личие наблюдается и в общем содержании горючих. Так, во вто- ром поясе, отстоящем от подошвы отвала на расстоянии 6—14 м, горючие составляют 24 %, а в четвертом, расположенном на вы- соте 22-30 м, - 48,8 %. Средневзвешенный размер кусков породы по поясам снизу до верха соответственно получился равным 170, 105, 50, 30, 27 мм. Для получения объемного представления о структуре раз- личного типа породных отвалов с учетом сегрегации было прове- дено физическое моделирование, в результате которого были вы- яснены условия, необходимые для воспроизведения на модели процесса сегрегации. Физическая сущность этого процесса со- стоит в следующем. Кусок породы движется по наклонной плос- кости, образованной другими кусками породы. Эта плоскость не ровная, а имеет углубления и выступы, размеры которых зависят от размеров кусков, слагающих эту плоскость. При своем движе- нии катящийся кусок многократно сталкивается с этими неровно- стями, теряя часть своей энергии. Вероятность того, что кусок за- 72 держится в какой-либо точке плоскости, зависит от соотношения его размеров с размерами неровностей наклонной плоскости, а также от кинетической энергии, которой он обладает. Это приво- дит к тому, что крупные куски катятся дальше мелких, скаплива- ясь в нижней части отвала. Величинами, играющими существенную роль в процессе се- грегации, являются: d 0 — средний диаметр куска исходного ма- териала; I 0 — длина склона; v 0 — первоначальная скорость дви- жения материала; G — масса куска породы; — плотность поро- ды; g — ускорение свободного падения. Из этих величин можно составить следующие безразмерные комбинации: 0 0 2 0 0 0 ; ; d G gI I d v Равенство этих соотношений для модели и натуры является необходимым условием подобия. Первые из этих соотношений выражают требование, чтобы отношение геометрических размеров отвала к гранулометриче- скому составу исходного материала было одинаковым у модели и натуры. Равенство комплекса 0 G d для модели и натуры требует определенного соотношения между массой, плотностью и гео- метрическими размерами куска. Если модель отвала выполняется из того же материала, что и сам отвал, то геометрическая форма частиц у модели и натуры должна быть подобной. Комплекс 0 2 0 gI v представляет собой критерий Фруда. Полученные комплексы позволяют установить следующие соотношения между величинами, относящимися к модели и натуре: ; ом oм он он I d d I ; ом oм он он I v v I м он м н н ом G d G d 73 Индексы "м" и "н" показывают, что величина относится со- ответственно к модели или к натуре. При н м получим 3 3 , м ом н он G d G d что возможно только при оди- наковой геометрической форме частиц модели и натуры. Линей- ный масштаб моделирования, т. е. соотношение линейных разме- ров модели и натуры, был принят равным 1:50. Масштаб крупных частиц oм он d d также равен 1:50. Материалом для моделирования служила дробленая порода, выдаваемая из шахты, гранулометрический состав которой соот- ветствовал гранулометрическому составу породы, поступающей в отвал с учетом масштаба моделирования. Необходимые разрезы отвалов при моделировании получа- лись за счет установки прозрачной стенки. Моделировались ко- нические (рис. 1, а), хребтовидные (рис. 1, б) и плоские отвалы (рис. 1, в). Плоский отвал моделировался для случая отсыпки по- роды под откос. На разрезах всех отвалов выделяются три зоны, первая (1), состоящая из крупных кусков породы, вторая (2) из кусков поро- ды средних размеров; третья (3) — из мелочи. На моделях отвалов всех форм четко видны области сполза- ния мелкой породы из третьей (верхней) зоны во вторую, а в не- которых случаях и в первую. Результаты моделирования отвалов различной формы, гра- нулометрических и фракционных анализов породы, поступаю- щей в отвалы и отбираемой с их склонов, а также натурные наблюдения при отсыпке породы показывают, что каждая техно- логическая схема складирования пород обусловливает присущую ей структуру отвала, которая должна учитываться при тушении и профилактике самовозгорания породных отвалов, а также при технической и биологической рекультивации. 74 Рис. 1. Схематические разрезы моделей отвалов 2. Отрицательное воздействие породных отвалов Пылевыми лабораториями ВГСЧ были проведены анализы запыленности воздуха по 95 воздухоподающим стволам, распо- ложенным вблизи породных отвалов (табл. 1). Анализы показали, что чистый воздух поступает в шахты только по 31 стволу, по 28 — с запыленностью до 10 мг/м 3 . Через остальные 36 стволов (38 % обследованных) воздух поступает с запыленностью выше са- нитарной нормы. По некоторым стволам воздух поступает с за- пыленностью до 90 мг/м 3 Следует отметить, что большую роль в загрязнении воздуха, поступающего в шахты, играют породные комплексы, основная часть технологической цепочки которых находится на пути дви- жения свежего воздуха, а также породные отвалы, расположен- ные вблизи воздухоподающих стволов. При разгрузке вагонеток 75 на вершине породного отвала образуются облака пыли, которые при ветре, направленном в сторону всасывающих стволов, попа- дают в свежую вентиляционную струю. Загрязнение воздуха на промплощадке шахты еще больше увеличивается, если отвал го- рит. Воздействие на поверхность породных отвалов изменяю- щейся температуры окружающей атмосферы, осадков, ветра, тепла, получаемого в результате окисления угля и углистых по- род, приводит к разрушению части крупных кусков до размеров пыли. В сухую погоду эта пыль ветром сдувается с отвалов и уносится на значительные расстояния, загрязняя атмосферу. На расстоянии 150 м от породных отвалов с подветренной стороны шахты "Нежданная" выполненными анализами запыленности воздуха установлено, что концентрация пыли при скорости ветра 3—3,5 м/с и влажности воздуха 90 % составляет 10—15 мг/м 3 Таблица 1 |