Раздел 4. Современные технологические процессы в ТЭК (стр. 5 )

Подготовка пласта к очистной выемке заключается в проведении аккумулирующего штрека с уклоном 0,05 м и параллельного штрека (просека). От аккумулирующего штрека до вентиляционного через 15-20 м по простиранию проводятся восстающие разрезные печи, которые через каждые 30-50 м соединяются сбойками. Аккумулирующие штреки проводятся с помощью проходческих комбайнов. Печи и остальные подготовительные выработки –взрывогидравлическим способом. При этом способе проведения подготовительных выработок в забое пробуривается 6-8 шпуров на глубину 2,5-3 м, в которых взрывается небольшой заряд ВВ, что дает возможность разрыхлить массив на глубину 3-3,5 м. Вслед за разрыхлением проводится гидроотбойка, которая начинается от вруба глубиной 0,3-0,5 м у почвы выработки и ведется затем полосами угля толщиной 0,25-0,3 м на всю ширину забоя в направлении к кровле.

       По мере  выемки угля производится крепление выработки. Обычно работы ведутся по многозабойному методу, при котором за проходческой бригадой закрепляется 3-4 выработки. Работа организуется по скользящему графику, при котором в одной выработке отбивают уголь, в другой возводят крепь, в третьей переносят гидромонитор, наращивают трубы и желоба, по которым транспортируется пульпа.

Очистные работы начинаются от разрезных печей заходками размером 6-8 метров по простиранию и 5-6 м по падению. Гидромонитор устанавливают в печи с таким расчетом, чтобы он мог работать в обе стороны от печи. Затем вынимают первичную заходку размером 4-5 м по падению и 2-3 м по простиранию. При этом со стороны выработанного пространства оставляется временный целик угля размером 1-1,5 м по восстанию и 6-8 м по простиранию для создания безопасных условий труда.

После выемки первичной заходки производится рыхление массива угля по ходу заходки буровзрывными работами, для чего в забое пробуривается 6-8 шпуров глубиной 3,5-4 м, в каждом из которых взрывается 1,4-1,6 кг ВВ.

После проведения взрывных работ заходка расширяется на 6-8 м по простиранию и до 6 м по восстанию, т. е. производится выемка вторичной заходки. В последнюю очередь отрабатывается целик угля, оставляемый со стороны выработанного пространства.

По мере отработки целика происходит произвольное обрушение кровли в заходке. Временная (призабойная) крепь, устанавливаемая при выемке первичной заходки, выбивается струей гидромонитора. Опережение очистных забоев-заходок, проводимых из одной печи, по отношению к забоям соседней параллельной печи 20-25 метров.

Подъем угля из гидрошахты может осуществляться углесосами, гидроэлеваторами, эрлифтами и насосами с загрузочно-обменными аппаратами (питателями). В отдельных случаях возможны комбинации этих способов.

Наибольшее распространение получил углесосный подъем, при котором на рабочем горизонте вблизи ствола устраивают центральную гидроподъемную станцию. Углесос, представляющий собой обычный центробежный насос с малым количеством лопаток (3-5), забирает вместе с водой уголь из пульпосборника и по напорному трубопроводу выдает его на поверхность. Углесосный гидроподъем прост и надежен в работе, по сравнению с другими видами гидроподъема имеет больший коэффициент полезного действия (к. п.д.), но в связи с наличием вращающихся деталей происходит преждевременный износ его и дробление кусков.

Эти недостатки устранены в гидроэлеваторах и эрлифтах (рис. 25, 26). Первый представляет собой 3 трубы: питательную, всасывающую и подъемную. При выходе воды из нижней трубы создается вакуум, благодаря чему по всасывающей трубе будет засасываться вода, а затем и уголь. При эрлифтном подъеме компрессор, стоящий на поверхности по трубе подает воздух к смесителю подъемной трубы, где образуется водо-воздушная смесь, плотность которой меньше плотности воды и она пойдет вверх создавая вакуум в подъемной трубе.

На поверхности уголь подвергается обезвоживанию, т. е. удалению воды из него в соответствии с допустимыми нормами. Допустимая влажность угля летом 8-8,5%, зимой 5-5,5%.

Существуют следующие виды обезвоживания:

Естественный дренаж, при котором вода отделяется под действием силы тяжести. Применяется для обезвоживания крупного угля;

Рис.25 Гидроэлеватор

Рис. 26 Эрлифтный подъем

Механическое обезвоживание, при котором отделение воды интенсифицируется за счет дополнительных физических факторов – встряхивания, действия центробежных сил, давления. Применяется для обезвоживания мелкого угля; Термическая сушка при которой вода удаляется путем испарения. Примется также для обезвоживания мелкого угля. При этом влажность может быть снижена до 3-4%.

Гидравлический способ подземной добычи угля является относительно новым способом и постоянно совершенствуется. Имеющийся опыт применения этого способа показал, что он отличается:

Высокой производительностью труда; Относительно низкой себестоимостью добычи угля по сравнению с добычей обычным способом; Небольшим расходом крепежного леса; Простотой организации работ; Непрерывностью технологического процесса добычи угля.

Но помимо достоинств гидравлический способ добычи угля имеет ряд существенных недостатков:

Большие потери угля 20-30%; Небольшой объем добычи угля из очистного забоя (15-20 т/час); Большое число нарезных работ; Значительное измельчение угля; Необходимость применения предварительного разрыхления пласта; Повышенная влажность воздуха в гидрошахтах.

Все эти недостатки ограничивают применение гидравлического способа добычи угля.

4.2.3. Переработка твердого топлива. Совершенствование технологий в угледобывающей отрасли.

       Коксование — это способ термической переработки топлив, преиму­щественно углей, при их нагревании до 1000° С без доступа воздуха. Оно сопро­вождается множеством реакций, кинетику которых изучают по динамике образо­вания и выходу газообразных и жидких продуктов. Условно процесс коксования угля делят на пять последовательно идущих стадий:

1. Сушка шихты (до 120°С). Испаряется свободная влага.

2. Предпластическое состояние (до 320=C). Выделяются азот, вода и оксиды углерода.

3. Пластическое состояние (до 550°С) — следствие образования веществ с меньшей молекулярной массой. Выделяются легкие углеводороды.

4. Спекание (до 850°С). Выделяются жидкие углеводороды и каменноуголь­ная смола, образуется полукокс.

5. Образование кускового кокса (до 1000°С). Разлагаются тяжелые углеводороды, выделяется водород. Углеродистые вещества, конденсируясь, кристаллизуются с уменьшением объема. В результате кристаллизации происходит упрочнение, а в результате усадки — растрескивание спекшейся массы и образование кусков кокса.

Угольная шихта должна содержать не более 5—9% влаги, 7% золы и 2% серы. Ее периодически загружают в коксовые камеры 4 через люки 2 (рис. 27.). Низкая теплопроводность шихты затрудняет равномерное нагревание ее в большом объеме, что отражается на конструкции коксовой печи. Она представляет собой батареи 1, состоящие из ряда очень узких (до 0,5 м) параллельных камер 4 в общей кладке. Между камерами расположены вертикалы 5 и 9, в которых сжигают газообразное топливо, предварительно нагретое до 600—650°С в регенераторах теплоты 10. Печи различаются между собой в основном системами обогрева. Например, в печах типа ПК (перекидные каналы) дымовые газы перебрасывают из вертикала 5 через канал 3 на противоположную сторону печи в вертикал 9. В печах типа ПВР (парные вертикалы рекуперации) это происходит вдоль одной и той же стенки камеры коксования. Температура пламени около 1400°С, а дымо­вых газов — 700—750°С. Такой температуры недостаточно для протекания процесса коксования шихты, поэтому периодически (через 15—20 мин) пламя 6 перебрасывается в противоположные вертикалы автоматическим переключением клапанов подачи топлива и воздуха (например, открывают и закрывают горелку 7). Так достигается равномерный нагрев стенок камеры и ход процесса коксования, длящийся 10—15 ч. Летучие вещества по стоякам 3, 6 (рис. 28) и газосборникам 2, 7 отводятся в химический цех на разде­ление и вторичную переработку. По трубопроводам 13, 14 газы поступают к горелкам, пройдя предварительно регенераторы теплоты 16. Дымовые газы через каналы 5, пройдя регенераторы, отводятся по боровам 15, 17 в дымовую трубу.

Рис. 27 Схема коксовой печи типа ПК

К концу процесса коксовый «пирог» 19 вследствие усадки несколько отходит от стенок камеры 8, что облегчает его выдачу штангой 11 по направляющей раме1 в вагон 18. Тушение кокса производят водой в башне, после чего вагоны разгружают на рампу (наклонную площадку), где кокс окончательно охлаждается в течение примерно получаса и подается на сортировку. Торцовые стенки камеры 8 после выгрузки кокса герметично закрывают съемными дверцами. Через люки 4 камеру заполняют очередной порцией шихты, которая разравнивается планиром 9. Процесс выгрузки кокса и загрузки шихты длится 3— 10 мин. Затем коксовыталкивапо рельсовому пути 12 следует к очередной камере, где процесс коксования закончился.

Рис. 28. Схема выгрузки кокса из камеры в вагон

1-направляющая  рама, 2,7-газосборники, 3, 6-стояки, 4 - люки, 5 - каналы, 8-камера, 9-планир,  10-коксовыталкиватель, 11-штанга, 12-рельсовый путь, 13, 14-трубопроводы, 15, 17-борова, 16-регенераторы теплоты, 18-вагон, 19-коксовый пирог

Производительность современных коксовых печей, имеющих камеры увеличенного объема (36 м3 и выше при средних размерах 15х5х0,5 м), достигает 3 тыс т кокса в сутки (1 млн т в год). Однако дальнейший рост производительности ограничен, поскольку расширение камер более 0,5 м невозможно. Поэтому основ­ным направлением технического прогресса считают переход на непрерывный процесс коксования, опытные установки которого действуют в России, США и Японии, который включает четыре последовательные стадии: перевод шихты в пластическое состояние на установках КС; формование из расплавленной массы сферических брикетов; коксование в брикетах; охлаждение кокса потоком инертных газов. Длительность коксования сокращается до 3 ч, себестоимость продукции снижается на 30%, а производительность труда возрастает втрое. Для лучшего использования теплоты современные коксовые печи оборудуют системами охлаждения кокса инертными газами. Одновременно реконструируются химические цехи по переработке летучих веществ с целью максимальной утилиза­ции ценных побочных продуктов коксования. Особенно эффективно улавливание сероводорода для производства серной кислоты способом мокрого катализа. Частичным решением проблемы капиталовложений и высоких эксплуатационных затрат на добычу угля является внедрение, там где это возможно, открытой разработки месторождений, значительно менее капиталоемкой и требующей меньших издержек производства по сравнению с шахтной добычей. Однако имеется большое число причин, ограничивающих развитие открытой добычи угля. Это отсутствие запасов угля, пригодных для внедрения этого метода, и проблемы окружающей среды, связанные с нарушением природных ландшафтов и необходимостью рекультивации отработанных угольных карьеров. Широкая механизация  и автоматизация процессов добычи, возможные при работе в открытых угольных карьерах, обеспечивают низкие издержки производства и снижают опасность для рабочих. Аналогичные улучшения возможны также и при шахтной добыче, где они могут привести к значительной экономии.