Результат интеллектуальной деятельности: ШАХТНЫЙ ВОДООТЛИВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЛОГИХ И КРУТЫХ ПЛАСТОВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пологих и крутых пластов угольных месторождений комбинированным способом.

Известен способ осушения месторождения полезных ископаемых [1], который включает сбор подземных вод в коллектор вокруг зоны разработки месторождения руды с образованием депрессионной воронки за счет работы вееров восстающих водосбросных скважин, пробуренных с дренажной кольцевой выработки. Из коллектора выработки приток подают самотеком по трубопроводу подготовительной выработки в зумпф шахтного ствола для очистки и аккумуляции. Затем подают часть аккумулируемого притока с помощью насоса шахтного водоотлива по трубопроводу на поверхность в замкнутый трубопровод, а из него - в водоносный горизонт через предварительно пробуренные с поверхности в пределах депрессионной воронки закачные скважины, обеспечивая такой режим закачки, чтобы дебит закачки Q₃ был меньше дебита откачки Q₀, а напоры H₃ подземных вод в области распространения закачиваемых вод были меньше напоров, но вне этой области, т.е. обеспечивают соблюдение условий Q₃<Q₀ и H₃<H₀.

Недостатками способа сложность системы регулирования осушения.

Известен способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых [2], который включает отработку карьерного поля до экономически целесообразной глубины с внешним отвалообразованием вскрышных пород и карьерным водоотливом, проходку подземных вскрывающих выработок, постепенное заполнение отработанного карьера породами и отработку запасов полезного ископаемого ниже предельного положения дна карьера. Новым в способе является то, что на дне отработанного карьера перед отсыпкой пород сооружают дренирующие элементы шахтного водоотлива, отсыпают крепкие породы ниже подошвы основного водоносного коллектора, сверху укладывают слабофильтрующий материал и затем существенно глинистые породы, перекрывая ими кровлю основного водоносного коллектора, поддерживают работу карьерного водоотлива на период проходки подземных вскрывших выработок и отсыпки пород, проводят дренирование крепких скальных пород, а отработку подкарьерных запасов ведут под защитой отсыпанных пород с закладкой. Дренирующие элементы шахтного водоотлива включают горизонтальные фильтровые колонны и наклонные скважины, соединяющие фильтровые колонны с подземными горными выработками. В качестве слабофильтрующего материала может быть использован тканевый природный или искусственный материал, причем при дренировании крепких скальных пород производительность шахтного водоотлива должна превышать величину проскока дренажных вод через глинистые породы.

Недостатками способа являются сложность и затратность реализации, а также ограниченная область применения.

Известен способ сбора и очистки шахтной воды, в котором производят сбор шахтной воды из горной выработки, очищаемого зумпфа скипового ствола, клетевого и скипового стволов. Подают собранную воду в осветляющие резервуары и очищают ее с последующим водоотводом. Перед сбором шахтной воды сооружают временную обойму между клетевым и скиповым стволами на горизонте очищения зумпфа скипового ствола. Во временной сбойке выполняют камеру главного водоотлива и осветляющие резервуары. Водоотвод производят в водосборники главного водоотлива.

Недостатками способа являются дополнительные капитальные вложения после строительства, затруднительная работа технологической работы скипового ствола.

Известны шахтные водоотливы различного назначения стационарный (главный, участковый), при проведении подготовительных выработок и проходке вертикальных и наклонных стволов [4], одно или многоступенчатые [5] для шахт и разрезов, принятые за прототип, включающие сточные и дренажные канавы, водосборники, насосные установки на нижних и промежуточных горизонтах шахт и разрезов, подэтажные перекачные насосные установки с водосборниками или без них на верхних горизонтах шахт, водосборники и систему очистки и обеззараживания шахтных вод на поверхности, связанные в единый комплекс сетью трубопроводов с запорной арматурой.

Недостатками шахтных водоотливов являются многоступенчатость, большие капитальные затраты и износ оборудования, высокая энергоемкость, низкая степень очистки шахтных вод.

Задачами изобретения являются устранение многоступенчатости, снижение капитальных затрат, энергоемкости и повышения степени очистки шахтных вод и износостойкости оборудования.

Решение поставленных задач достигается тем, что в подземные водосборники, размещенные на нижних горизонтах горных выработок, самотеком поступают притоки подземных шахтных вод из сточных канав подземных горных выработок через подземные комплексы предварительной очистки воды, которые служат для отделения крупных и взвешенных частиц размером до 0,15 мм и несмешиваемых жидкостей и плавающих предметов с плотностью ниже воды механическими и электрофизическими способами, а затем насосными установками выдаются в водосборник, расположенный на нижнем горизонте разреза, где они смешиваются с шахтным притоком открытых горных выработок и насосными установками, расположенными на бортах разреза или плавающем понтоне выдается в комплекс глубокий очистки воды на поверхности, откуда она после очистки и обеззараживания с использованием механических, физических химических способов стекает в поверхностный водосборник и, после отстоя, сбрасывается на рельеф местности или внешние водоемы.

Подземный комплекс предварительной очистки воды, имеющий обезвоживающий конвейер и набор устройств очистки воды, отличается тем, что располагается перед подземным водосборником, который разбит на четыре секции водонепроницаемыми перемычками, первая из которых позволяет перепускать воду у дна комплекса, а все последующие - переливом и служат разделителями секций, где располагаются последовательно устройства очистки воды: тонкослойный осветлитель воды типа «жалюзи» для интенсификации осаждения взвешенных частиц, продольные тонкослойные осветлители воды для осаждения тонкодисперсных частиц и устройство электрофизической обработки, один электрод которого (катод) выполнен из пластины нержавеющей стали, второй - алюминия (анод). Подземный водосборник отличается тем, что имеет уклон дна более 0,03 в сторону всасывающих колекторов и футерованное скользящим в воде материалом: резина, пластик и др.

Работа шахтного водоотлива при разработке пологих и крутых пластов угольных месторождений комбинированным способом поясняется чертежом, где представлен комбинированный способ разработки пологих и крутых пластов в разрезе.

На фиг.1 приняты следующие условные обозначения: 1 - разрез (открытые работы), 2 - шахта (подземные работы), 3 - подземный водосборник, 4 - комплекс предварительной очистки воды, 5 - водосборник разреза, 6 - насосные установки шахты, 7 - насосные установки разреза, 8 - трубопровод, 9 - комплекс глубокой очистки воды, 10 - водосборник на поверхности.

Работы шахтного водоотлива заключается в следующем.

Для обеспечения откачки подземных вод при разработке пологих и крутых пластов месторождения угля вскрытого открытыми работами разреза 1 и пологих и крутых пластов вскрытых и подготовленных подземными горными выработками шахты 2 на нижних горизонтах обустраиваются водосборники 3 для приема подземных вод, при этом поземные водосборники 3 имеют комплексы предварительной очистки воды 4, обеспечивающие отделение крупных и взвешенных частиц размером до 0,15 мм и несмешиваемых жидкостей, а также плавающих предметов с плотностью ниже воды механическими способами, что позволяет использовать насосные установки 6 с высоким напором.

В водосборник разреза 5 подаются насосными установками шахты 6 подземные воды, где они смешиваются с дренажными и подземными водами открытых горных работ и подаются насосной установкой разреза 7 по трубопроводу 8 на комплекс глубокой очистки воды 9, где производится очистка и обеззараживания воды с использованием механических, физических и химических способов и сброс ее в водосборник на поверхности 10, откуда она после отстоя сбрасывается на рельеф местности или внешние водоемы.

Технический результат достигается тем, что пульпа из подземных водосборников выдается шламовыми насосами и углесосами, которые имеют подачу 100-200 м из-за больших размеров выпускных окон, а многократная предварительная очистка шахтных притоков воды от взвешенных частиц размером до 0,15 мм и ее разбавление в местах сбора позволяет использовать насосы с подачей 600-800 м, что устраняет многоступенчатость водоотлива, снижает износ оборудования, повышает степень очистки воды. Использование предварительной очистки воды при подземной добыче угля не позволяет заиливаться подземным водосборникам, что снижает трудоемкость их очистки, а также дает возможность дорабатывать целики гидравлическим способом, тем самым снижает потери запасов и уровень загрязнения окружающей среды.

Использованные источники

1. Патент РФ №2448216. Способ осушения месторождения полезных ископаемых. МПК E02D 19/00. Патентообл. ООО «научно-технический и экспертный центр». Авторы: Гезель Г.Н., Косогор В.И., Писарев О.И., Якушенко М.В. Заявл. 20.01.2010. Опубл. 20.04.2012.

2. Патент РФ №2165018. Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых. МПК E21C 41/00. Патентообл. АК «АЛРОСА» ЗАО. Авторы: Зильберг А.С. Крамсков Н.П. Лобанов В.В. Заявл. 14.07.1999. Опубл. 10.04.2001.

3. Патент РФ №2165018. Споб сбора и очистки шахтной воды. МПК E02D 19/00. Патентообл. Терешкин Ф.Н. Авторы: Эдерман М.А., Штомпель А.И., Терешкин Ф.Н. и др. Заявл. 09.07.1991. Опубл. 15.12.1994.

4. Краткий справочник горного инженера. / Под общей ред. А.А. Бойко. - М.: Недра, 1971. - 520 с.

5. Справочник горного инженера. / Под. Общ. Ред. В.К. Бугарева. - М.: Гос. научно-технич. издат. литерат.по горному делу. 1960. - 670 с.