Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Открытая геотехнология добычи угля земснарядами из обводненных месторождений

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Дьячук, Олег Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ДОБЫЧИ И ТЕНДЕНЦИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА.

1.1. Горнотехнические условия угольных месторождений Дальнего Востока.

1.2. Разработка обводненных месторождений землесосными снарядами без осушения.

1.3. Перспективы углепроводных систем и сжигания водоугольного топлива.

1.4. Цель, задачи и методы исследований.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗЕМЛЕСОСНОЙ ОТРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

2.1. Технологические схемы применения землесосных снарядов для добычи угля из обводненных месторождений.

2.2. Гранулометрический состав угля и расчет параметров фрез при добыче угля земснарядами.

2.3. Энергетические параметры фрезерования

2.4. Расчет энергетических параметров рыхления по условию грансостава угля.:.

Выводы.г.

3. ПРОГНОЗ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ УГЛЯ ПРИ ГИДРОТРАНСПОРТЕ

3.1. Процесс измельчения угля при гидротранспортировании, исходные данные для расчета.

3.2. Прогнозная оценка измельчения угля в процессе гидротранспортирования.

Выводы.

4. ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КРУГЛОГОДОВОЙ

РАБОТЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ.

4.1. Варианты технических решений по обеспечению круглогодовой гидромеханизированной добычи угля.

4.2. Расчет технологических параметров незамерзающего водного акватория земснаряда (майны).

4.3. Ледотермический режим трубопроводов.

Выводы.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ.

5.1. Укрупненный расчет затрат на добычу угля при применении земснарядов.

5.2. Затраты на гидромеханизированную добычу при круглогодовой поставке угля на терминал подготовки ВУС.

5.3. Укрупненный расчет затрат на добычу угля гидрокомплексами 162 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Открытая геотехнология добычи угля земснарядами из обводненных месторождений"

Актуальность работы. В Постановлении Правительства Российской Федерации «Об утверждении Федеральной целевой программы экономического и социального развития Дальнего Востока и Забайкалья на 19962005 годы» в связи с отработкой Райчихинского месторождения и дефицитом твердого топлива в Хабаровском крае и Амурской области поставлена задача по снижению зависимости региона от поставок угля из других районов России.

Эта задача может быть решена только на основе ввода в отработку имеющихся в резерве разведанных месторождений: Свободненского, Сергеевского, Огоджинского, Тыгдинского, а также уже частично введенного в эксплуатацию Ерковецкого месторождения с суммарными промышленными запасами свыше 2,5 млрд.т, что позволит обеспечить добычу открытым способом в регионе 50 млн.т угля в год. Отличительной особенностью этих месторождений является их сильная обводненность.

Осушение месторождений из-за образования депрессионной воронки приводит к потере урожайности окружающих земель, где выращиваются соевые и гречиха. При применении водоотлива токсичность вод из забоя не позволит производить их сброс без дополнительной очистки, так как реки региона являются притоками р. Амур.

Выемка угля без осушения пластов может быть осуществлена с применением средств гидромеханизации, в частности, при использовании землесосных снарядов. Такая технология коренным образом может изменить не только добычу, но и доставку топлива к потребителю и его сжигание.

Гидромеханизированная добыча угля хорошо вписывается в комплекс перспективного направления получения водо-угольной суспензии и транспортировки ее по трубопроводу для сжигания на ТЭЦ. Поэтому тема исследования, направленная на разработку технологических схем и обоснование параметров открытой гидромеханизированной технологии добычи угля из обводненных месторождений, актуальна и результаты исследований будут способствовать решению топливной проблемы Дальнего Востока.

Цель работы - разработка гидромеханизированных схем добычи угля из обводненных месторождений и обоснование их параметров.

Идея работы - добыча угля из обводненных месторождений без осушения может быть достигнута при применении средств гидромеханизации, при этом возможно сформировать гидросмесь для последующего приготовления водо-угольной суспензии.

Объект исследования - разведанные, перспективные, сильно обводненные угольные месторождения Дальнего Востока.

Основными методами исследований являются: анализ научно-исследовательских работ и существующего опыта при постановке цели и задач исследований; аналитический и графоаналитический методы при установлении параметров технологических схем; математическое и физическое моделирование при разработке зависимостей для расчета параметров фрез земснарядов и грансостава угля; технико-экономический анализ и экономико-математическое моделирование при сравнении вариантов технологических схем.

Научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично соискателем и их новизна:

1. Установлено, что современные землесосные снаряды способны добывать уголь из обводненных месторождений без осушения и формировать при этом грансостав угля, пригодный для последующей переработки в водо-угольную суспензию (ВУС).

2. Качество гидросмеси угля определяется гранулометрическим составом угля, извлекаемого из забоя. Производительность землесосного снаряда существенно зависит от величины средневзвешенного размера кусков угля, которая определяет энергетические параметры фрезерования.

3. Производительность землесосного снаряда обратно пропорциональна величине средневзвешенного размера кусков угля и прямо пропорциональна мощности привода фрезы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются обобщением материала по большому количеству исследований и опыта ведения добычных работ земснарядами, сходимостью полученных результатов с данными отечественной и зарубежной практики, незначительной величиной коэффициента вариации (2-7%) при оценке достоверности установленных зависимостей и многовариантным технико-экономическим обоснованием параметров технологических схем.

Научное значение диссертационной работы состоит в установлении зависимостей для расчета параметров технологических схем гидромеханизированной добычи угля и рациональных условий их применения, а также зависимостей для расчета гранулометрического состава угля при его добыче с помощью фрез землесосного снаряда.

Практическое значение имеют разработанные технологические схемы гидромеханизированной добычи угля из обводненных месторождений и методика расчета параметров работы землесосных снарядов, включая расчет параметров фрез землесосных снарядов для различных значений кусковатости добываемого угля.

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты выполненных исследований используются институтом ДальвостНИИПроектуголь для разработки проекта опытного участка по добыче угля земснарядом на Ер-ковецком разрезе.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на совещаниях Угольного комитета Минтопэнерго РФ, Института горного дела им. А.А.Скочинского, на научном симпозиуме «Неделя горняка-1999-2001гг.» в Московском государственном горном университете и на кафедре Технологии, механизации и организации открытых горных работ МГГУ в 2001 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные работы.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Дьячук, Олег Владимирович

Основные выводы и рекомендации:

1. Разработаны структуры комплексной механизации гидрокомплексов, которые позволяет осуществить выбор технологической схемы и основного оборудования для добычи угля в зависимости от степени обводненности месторождения. Определены основные параметры (ширина заходки, высота уступа, количество передвижек оборудования гидромеханизации) технологических схем при применении экскаваторов и карьерных погрузчиков для добычи угля и предложены зависимости для расчета их годовой производительности.

2. Разработка обводненных угольных месторождений без осушения может осуществляться землесосными снарядами. Параметры фрезерования при добыче угля определяют гранулометрический состав твердого в гидросмеси, от которого зависит производительность землесосного снаряда. Грансостав угля, в свою очередь, определяет мощность, расходуемую на фрезерование угля. В работе установлены зависимости для расчета мощности, расходуемой на фрезерование, и производительности земснаряда при различной величине средневзвешенного размера кусков угля. Предложенная комплексная методика расчета параметров фрез при ее проектировании для конкретных горнотехнических условий с учетом формирования определенного гранулометрического состава добываемого угля и произведен расчет характеристик параметров рыхления для землесосных снарядов 8ПЗУ-ЗМ, ЗГМ-1-350 А, 350-50Л и ЗРС-Г.

3. Установлена зависимость прироста мелких (-2мм) фракций от расстояния гидротранспортирования, которая показывает, что наиболее интенсивно измельчение угля происходит на первых трех километрах. Следовательно, терминал по приготовлению ВУС целесообразно строить в пределах 3-5 км от карьера, т.к. известно, что гидротранспорт гидросмеси дороже, чем водо-угольной суспензии. Содержание фракции - 2 мм определяет энергоемкость гидротранспортирования. Установлено, что при возрастании содержания мелких классов с 4,9 до 16,1% величина удельных затрат энергии уменьшается на 6,5% с 1,7 до 1,6 кВт-ч/ т • км'

4. Разработана классификация способов и средств зимней работы земснаряда. Расчеты технологических параметров незамерзающего водного акватория земснаряда (майны) и теплотехнические расчеты позволили определить число и мощность потокообразователей необходимых для работы земснарядов в зимний период.

5. При применении землесосных снарядов возможно организовать круглогодовую добычу угля, однако, для исключения аварийных ситуаций из-за промерзания трубопровода надежнее работать 10 месяцев. Работа экскаваторных гидрокомплексов целесообразна только в летний период (сезон 6 месяцев).

Работа землесосных снарядов на продленном сезоне потребует дополнительных затрат на обеспечение работы склада, что выражается в увеличении капитальных вложений и эксплуатационных издержек на 2-7%.

6. Технико-экономическое сравнение вариантов технологических схем добычи угля из обводненных месторождений показало:

179

- наименьшие удельные эксплуатационные затраты (издержки) достигаются при применении земснаряда «400-70», однако разница по сравнению с земснарядом «180-60» не превышает 10%;

- удельные капитальные вложения при применении земснаряда «18060» меньше на 25-30%.

7. Для опытно-промышленной проверки предлагаемой технологии целесообразно использовать на экспериментальном участке земснаряд «180-60». Он позволяет обеспечить наименьшие издержки и требует минимальных капитальных вложений. Институтом ДальвостНИИпро-ект приняты рекомендации данной работы для проектирования опытного участка на разрезе «Ерковецкий».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований дано новое решение актуальной научной задачи разработки экологически щадящей технологии добычи угля из обводненных месторождений с применением гидромеханизированных комплексов и землесосных снарядов, позволяющей осуществить ввод в эксплуатацию разведанных и находящихся в резерве месторождений Дальнего Востока и снизить его зависимость от поставок топлива из других регионов России.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Дьячук, Олег Владимирович, Москва

1. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1966.

2. Арбузов А.П. Исследование износа рабочих органов роторных дробилок с целью определения и повышения их срока службы: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1972. - 19 с.

3. Артюшин С.П. Проектирование углеобогатительных фабрик. М.: Мос-гортехиздат, 1962.

4. Баланин В.В. и др. Использование тепла глубинных вод водоемов. М.: Транспорт, 1964. - 274 с.

5. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. М.: Госгортехиз-дат, 1963.

6. Бауман В.Н., Стрельцов В.А., Косарев А.И., Слуцкер A.C. Роторные дробилки. М.: Машиностроение, 1973.

7. Булычев В.В., Болдырев В.Е. Новое оборудование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1967.

8. Демидов Ю.В. Разработка способов и технических средств обеспечения фазовых преобразований бурых углей для их комплексного использования: Автореферат дисс. докт. техн. наук. М., 1996.

9. Дмитрук М. Дайте стране уголька // Трибуна. 2000, №111 от 21.06.

10. Дробильно-сортировочное оборудование. Части I и И: Каталог-справочник / А.И.Косарев, Д.С.Силенок, А.И.Загудаев и др. М.: Объединение «Машмир», 1992.

11. Дробильно-сортировочное оборудование: Отраслевой каталог / А.Д.Тараканов, М.М.Харчевников, Н.В.Урюжникова. М.: ЦНИИТЭст-роймаш, 1989.

12. Друкованный М.Ф., Тартаковский Б.Н. и др. Влияние дробления пород на эффективность технологических процессов открытых разработок. Киев, 1974.

13. Дьячук О.В. Эффективность земснарядной добычи угля из обводненных месторождений // Социально-экономические и организационные проблемы стабилизации и развития угольной промышленности: научные труды ФГУП ЦНИЭИуголь, №6. М.: ЦНИЭИуголь, 2000, с. 197-202.

14. Животовский JI.C., Смойловская JI.A. Лопастные насосы для абразивных гидросмесей. М.: Машиностроение, 1978. - 220 с.

15. Иванов A.C. Исследование процесса выемки полускальных пород при их гидравлической разработке земснарядами: Дис. . канд. техн. наук. М.: НГИ, 1979. - 192 с.

16. Инструкция по определению экономической эффективности создания новых машин и оборудования для производства строительных материалов. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1979.

17. Кашпар Л.И. Процессы открытых горных работ в примерах и задачах. -М., УДН, 1987.

18. Койбаш В.А., Король В.Я. Проектирование углеобогатительных фабрик. -М.: Госгортехиздат, 1962.

19. Кононенко Е.А. Добыча угля земснарядами // Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 4. -МГГУ, 1997, С. 51-52.

20. Кононенко Е.А. Исследование и разработка технологии подготовки полускальных пород при применении гидрокомплексов на карьерах: Дис. . канд. техн. наук. М., 1982. - 174 с.

21. Кононенко Е.А., Дьячук О.В. Добыча угля землесосными снарядами для трубопроводного транспортирования // Уголь. 2000, №11, с. 60-62.

22. Кононенко Е.А., Дьячук О.В. Формирование гранулометрического состава угля при земснарядной добыче // Горный журнал. 2001, №8.

23. Краховский И.И Суда технического флота. JL: Судостроение, 1968.

24. Лукьянов H.A. Режимы работы и методика расчета зернового состава продукта дробления однороторных дробилок среднего и мелкого дробления. М.: МИСИ, 1976.

25. Макаров В.И., Соколов В.П. Машины для дробления и сортировки материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1966.

26. Машины и оборудование для производства керамических и силикатных изделий / А.Н.Полодов, В.П.Минеев // Отраслевой каталог. М.: ЦНИИ-ТЭстроймаш, 1990.

27. Медников H.H. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ. -М.: МГГУ, 1996, 156 с.

28. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым работам. 3-е изд., пе-рераб. и доп. - М.: Недра, 1974. - 424 с.

29. Нормы технологического проектирования угольных шахт, карьеров и обогатительных фабрик. М.: Госгортехиздат, 1962.

30. Нормы технологического проектирования. Гипронеруд, Проектгидроме-ханизация. Л.: Стройиздат, 1968.

31. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1979. - 549 с.

32. Нурок Г.А., Богатырев В.П., Чаплин Б.Н., Медников H.H. Эффективность гидротранспорта полу скальных пород на разрезах. М.: ЦНИИЭИуголь, 1967.-38 с.

33. Нурок Г.А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород: Учебное пособие. М.: МГИ, 1974. - 168 с.

34. Нурок Г.А., Ялтанец И.М., Гитис Л.Х. Технико-экономический анализ гидровскрышных работ на карьерах с применением ЭВМ «Минск-22». -М.: МГИ, 1974. 38 с.

35. Огородников С.О., Слодков В.Б. Расчет и моделирование параметров процесса подводной разработки грунтов и грунтозаборных устройств зем-леснарядов: Метод, указ. Калинин: изд-во КПИ, 1976. - 65 с.

36. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. М.: Стройиз-дат, 1986.

37. Огородников С.П., Сладков В.П., Михеев И.И. Фрезерные рыхлители землесосных снарядов для подводной разработки тяжелых грунтов // Гидротехническое и промышленное строительство. Калинин: КПИ, 1975.

38. Огородников С.П., Чесноков В.И. Основы расчета и проектирования фрез с зубьями землесосных снарядов // Гидротехническое и промышленное строительство. Вып. 1. - Калинин: КПИ, 1975. - С. 56-64.

39. Открытые горные работы. Справочник. М.: Горное бюро, 1994, 590 с.

40. Папулов В.И., Меньшиков В.И., Иванов A.C. Разработка подводных месторождений полезных ископаемых ЦП НТГО. М.: Изд. МГИ, 1983. -97 с.

41. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчет теплового режима твердых тел. JI.: Энергия, 1976. - 351 с.

42. Плаксин И.Н. и др. Технологическое оборудование обогатительных фабрик. М.: Углетехиздат, 1955.

43. Попов Ю.А. Гидромеханизация в северной строительно-климатической зоне. Л.: Стройиздат, 1982. - 222 с.

44. Прейгерзон Г.И. Обогащение угля. М.: Недра, 1964.

45. Разработка технологии и технических средств подводной добычи мираби-лита-стеклецо Кучук: Отчет (тема МД-1-30, ГР № 80003560-М) / А.С.Иванов, Панулов. М.: МГИ, 1979. - 129 с.

46. Разумов К.А. Проектирование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1970.

47. Рекомендации по образованию и поддержанию майн в условиях работы земснарядов на продленном сезоне. М.: ЦНИИС, 1973.

48. Реструктуризация угольной промышленности (Теория. Опыт. Программы. Прогноз) Ред. Малышев Ю.Н. М.: Компания «Росуголь», 1996, 533 с.

49. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1978. - 390 с.

50. Саламатин А.Г. О состоянии и перспективах использования водоугольно-го топлива в России // Уголь. 2000, №3, С. 10-15.

51. Силин H.A. Исследование напорного гидротранспорта мелких фракций угля в трубопроводах: Доклад на научном совещании по гидромеханизации земляных и горных работ. М., 1959.

52. Справочник по обогащению полезных ископаемых / Под ред. А.Ф.Таггарта. Т. I, II, III. - М.: Металлургиздат, 1952.

53. Таблицы основных технических данных оборудования. М.: ВНИПИИст-ромсырье, 1985. - 47 с.

54. Технико-экономический анализ гидровскрышных работ на карьерах с применением ЭВМ ЕС-1033: Приложение к методическим указаниям по курсу дипломного проектирования для студентов специальности 0209. -М.: МГИ, 1980. 55 с.

55. Технико-экономическое сравнение видов карьерного транспорта. М.: ЦНИЭИУголь, 1967. - 89 с.

56. Томаков П.И., Коваленко B.C., Михайлов А.М, Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ, 1994. -417 с.

57. Трубецкой К.Н. Современное состояние минерально-сырьевой базы и горнодобывающей промышленности России // Горный журнал, №1, 1995, С. 3-7.

58. Укрупненные показатели для расчета капитальных затрат, численности трудящихся и себестоимости по шахтам, разрезам и О.Ф. М.: Центрги-прошахт, 1972. - Том II. - 353 с.

59. Харин А.И. Технология подводной разработки грунтов в строительстве. -М.: Стройиздат, 1980.

60. Шелоганов В.И. К расчету характеристик трубопроводов грунтовых насосов. М., Сб. научных трудов МГИ, 1983.

61. Шелоганов В.И. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Стационарные машины и комплексы». М.: МГИ, 1985.- 52 с.

62. Шелоганов В.И. Насосные установки для гидротранспорта: Методические указания по выполнению курсового проекта. М.: МГИ, 1985. - 52 с.

63. Шкундин Б.Н. Землесосные снаряды. М.: Энергия, 1973.

64. Щадов М.И., Кононенко Е.А., Щадов В.М., Дьячук О.В. Обоснование способов добычи и переработки углей обводненных месторождений Дальнего Востока // Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 11.-МГГУ, 2000.

65. Ялтанец И.М. Проектирование открытых гидромеханизированных и дражных разработок месторождений. М.: Недра, 1984. - 230 с.

66. Ялтанец И.М. Решение задач производственных процессов и технологии открытых горных работ с применением ЭВМ. М.: МГГУ, 1993. - 342 с.

67. Ялтанец И.М., Бессонов Е.А. Технология разработки обводненных песчаных месторождений в условиях Крайнего Севера. М.: ВСНТГО, 1989. -87 с.188

68. Simposium on New Coal Technologies.-Dipoli Congress Center. 1993,-May.

69. Fiftten Biennial Low Rank Fuels. Simposium, Minnesota,-1989, 22-25 May.

70. C.N.Fletcher. K.A.Brame. Design of Coal water slurry preparation sys terns.Pipeline - 1981. -N7.- pp 14,18,20,23.

71. S.T.Davenport. Forecast of major international pipeline projects for the 1986 -2000 period. Pipes & pipelines international, 1986.- N1, p 9-14.