Файл: Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.04.2024
Просмотров: 48
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
61
Рис. 2. Схема очистки шахтной воды "Дон-3"
Технология очистки шахтной воды следующая. Из участко- вых водосборников 7 частично отстоявшаяся вода насосами по- дается на один горизонт выше коренного откаточного штрека и сбрасывается в выработанное пространство 2. В выработанном пространстве вода фильтруется через обрушенные породы и со- бирается в водоотливную канавку 3 коренного штрека, по кото- рой поступает в отстойник главного водоотлива 4, регулярно очищаемый от осевшего шлама гидроэлеватором 5. Из отстойни- ка вода через перегородку 6 поступает в водосборник 7, в кото- ром происходит дополнительное осветление воды. Осветленная вода через поплавковый всас 8 направляется в водозаборные ко- лодцы 9 насосов главного водоотлива 10. Насосами главного во- доотлива откачиваемая из шахты вода подается на семь напорных фильтров 11, установленных на поверхности. Эти фильтры се- рийно выпускаются Таганрогским заводом "Красный котель-
62 щик". Диаметр фильтра 3,2 м, номинальная производительность
90 м
3
/ч, фильтрующий материал — песок.
Очищенная от механических примесей вода поступает в хлораторную 12 и далее на сброс.
Загрузка песка в фильтры производится из дозирующей ем- кости 13 гидроэлеватором 14. В дозирующую емкость песок по- дается со склада 15 также с помощью гидроэлеватора.
Давление воды на фильтрах, равное 39,24-10 4 __
49,05-10 4
Па, создается насосами главного водоотлива. Для защиты фильтров и трубопроводов от разрыва на станции установлен предохрани- тельный клапан. На случай аварийного состояния станции преду- смотрен сброс неочищенной воды в отстойники с учетом после- дующего возврата ее на станцию для фильтрации.
Промывка фильтров производится поочередно фильтратом с остальных действующих фильтров за счет избыточного давления насосов главного водоотлива.
Все задвижки и краны на трубопроводах станции оборудо- ваны гидравлическими приводами, которые работают от масло- станции.
Насосная станция главного водоотлива оборудована насоса- ми производительностью 300 м
3
/ч. При нормальном притоке во- ды в сутки 20 ч работает один насос со средней производитель- ностью 280-290 м
3
/ч и 4 ч работают два насоса, каждый на свой трубопровод со средней производительностью 560-580 м
3
/ч. Та- ким образом, на очистные сооружения в сутки поступает 8000 м
3
воды. По проекту очистные сооружения рассчитывались на очистку 15 тыс. м
3
/сут. С учетом того, что 20—25 % оборотной воды используется на нужды фильтровальной станции, суточная производительность очистных сооружений составляет 10000 м
3
Вода от промывки фильтров на фильтровальную станцию не воз- вращалась в связи с тем, что она использовалась для тушения по- родного отвала, расположенного рядом с фильтровальной стан- цией. После окончания тушения отвала часть воды от промывки фильтров будет идти на пополнение запаса воды обогатительной фабрики, а часть будет возвращаться на фильтровальную стан- цию.
Хлорирование очищенной воды производится хлорной изве- стью или гипохлоритом натрия, получаемым с помощью элек- тролизера.
63
Для определения оптимальных параметров работы постро- енных по технологической схеме "Дон-3" очистных сооружений были проведены исследования по установлению эффективности очистки воды от взвешенных частиц за счет: фильтрации через обрушенные породы выработанного пространства; отстаивания в водосборнике-отстойнике главного водоотлива; фильтрации на песчаных фильтрах. В процессе исследования определялось из- менение солевого состава воды за счет возможного выщелачива- ния растворимых солей из пород и качество очистки шламовых вод при фильтрации в обрушенных породах.
Эффективность очистки шахтной воды от механических примесей и возможное изменение солевого состава ее при филь- трации через обрушенные породы в выработанном пространстве определялись на воде, откачиваемой из уклона №15 (рис. 3.). Во- да из участкового водосборника подавалась насосом ЦНС-175 по трубопроводу, проложенному в восточном ходке на коренной штрек №4, далее по трубопроводу на вентиляционный штрек №8 отработанной лавы №10. Производительность насоса при этом не превышала 50 м
3
/ч. В вентиляционном штреке вода сбрасывалась в отработанное пространство лавы №10.
Вмещающие породы пласта на участке лавы №10 имеют следующую характеристику. Почва — песчаник, на контакте с пластом слой пирита мощностью до 3 см. Породы кровли пред- ставлены песчано-глинистым и песчанистым сланцем.
Участок лавы №10, на который подавалась вода с трех сто- рон, ограничен целиками и имеет размер по простиранию 75 м, по падению - 175 м. Угол падения пласта 15—16°. Общая пло- щадь, занятая обрушенными породами, на экспериментальном участке составляла более 13 тыс. м
2
Объем пустот обрушенных массивов горных пород состав- лял от 10 до 30 % извлеченной из недр горной массы. Этого объ- ема достаточно для размещения выделяемых из воды взвешенных частиц в течение всего срока отработки запасов уклона №15.
64
1 2 3 4 5 6 7 8
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-
