CC BY
47
ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
и Н.И. Абрамкин, 2000
УДК 622.272:658.567.1:622.747.6
Н.И. Абрамкин
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ В ПОДЗЕМНОМ
Н
еобходимость более полного использования подземного пространства закрываемых шахт осознается в последнее время все более остро. Стоимость основных фондов, в первую очередь подземных горных выработок, оценивается в 8-10 млн. долларов, а при закрытии шахты они безвозвратно теряются.
В МГГУ проработаны варианты использования подземного пространства шахт для размещения мелкофракционных шлаков от термического обезвреживания на поверхности шахты твердых бытовых отходов, накапливаемых в радиусе до 30 км от закрываемой шахты. Предложены параметры данной технологической схемы, позволяющей размещать в подземном пространстве продукты переработки 30100 т ТБО в течение не менее 30 лет с получением устойчивого дохода [1].
В то же время этот вариант требует сооружения мусоросжигательной установки на промплощадке шахты, и выбор рационального типа МСУ еще не получил окончательного решения.
Поэтому мы считаем целесообразным проработать вариант с доставкой в шахту непереработанных затаренных твердых бытовых отходов (ТБО) с размещением их в специально пройденных полостях в технологических целиках типа камер и последующим подземным сжиганием ТБО совместно с междукамерными целиками и утилизацией тепловой энергии.
В качестве объекта принята шахта «Смирновская» («Тула-уголь»), для условий которой ранее был прорабо-
тан вариант с размещением шлаков от термического обезвреживания ТБО. В условиях закрытой шахты «Киреевская» МГГУ проводилась опытная проверка подземного сжигания угля (ПСУ). Кроме того, условия закрываемых шахт Подмосковного бассейна являются наиболее сложными как по гидрогеологическим условиям, так и по длительной устойчивости подземных горных выработок. Получение технологически оправданных решений, обеспечивающих эколого-экономи-ческую эффективность варианта совместного подземного сжигания ТБО и угля, для условий Подмосковного бассейна позволит распространить их на другие регионы России.
Шахта «Смирновская» входила как техническая единица №6 в состав шахты «Бородинская» ПО «Тула-уголь». Шахта, построенная на юговосточной части Липковского месторождения в 1955 г., отработала основные запасы. Оставшиеся запасы сосредоточены в труднодоступных для выемки участках со сложными горно-геологичес-кими условиями отработки, в целиках у штреков главных направлений и не могут считаться целесообразными для отработки с технико-экономической точки зрения.
По данным Тульского филиала «Гипрошахта», общая величина балансовых запасов угля на шахте составляет 5736 тыс. т, из них 1064 тыс. т - в целиках у магистральных штреков. При Ки= 0,6 за счет их извлечения образуется дополнительно еще около 500 тыс. м3 полостей в подземном пространстве.
Для сопоставления с ранее выполненными вариантами технологии размещения отходов в подземном пространстве следует сохранить тот же, что и в этих вариантах, диапазон мощности предприятия по ТБО - от 29 до 100 т/сут. При такой производительности достаточно извлекать от 12 до 43 т/сут. угля из целиков. Срок службы шахты как коммунально-бытового предприятия -- от 10 до 35 лет, что достаточно для отработки параметров способа и окупаемости первоначальных затрат.
Выполненными исследованиями доказано, что применительно к условиям шахты «Смирновская» предельный пролет камеры по фактору устойчивости составляет 3,5-4,5 м в зависимости от мощности оставляемой подкровельной угольной пачки (0,4-0,5 м), а минимальная ширина междукамерного целика - от 4 до 6 м. Отличительной особенностью шахты «Смирновская» является также преимущественное расположение по площади почвы угольного пласта выше базиса дренажа - уровня воды в упинском водоносном горизонте. Показано также, что в процессе восстановления уровневого режима в водоносных горизонтах после закрытия шахты и остановки водоотлива вероятность загрязнения вод упин-ского горизонта можно считать весьма низкой. Для контроля за процессом требуется сооружение гидронаблюдательных скважин.
После закрытия шахты проходятся камеры в технологических целиках у парных выработок, объединяемые в блоки сжигания. Одновременно на блок бурятся продуктивные вентиляционные скважины, по которым тягодутьевым оборудованием типа дымососов будут выдаваться продукты подземного сжигания ТБО и угля. После подготовки очередного блока начинают прием ТБО на поверхности, их затаривание и спуск по стволу. Затаренные отходы конвейерами доставляются до камер, разгружаются и закладываются в камеры, а после их заполнения - в примыкающие к ним участки горных выработок. После розжига начинается процесс подземного сжигания ТБО и междукамер-ных целиков в пределах блока. Свежая струя подается за счет разрежения по одной из парных выработок к очагу горения, исходящая струя выдается по блоковой продуктивной скважине с установленным на ней тягодутьевым оборудованием. Здесь же
Горный информационно-аналитический бюллетень № 3, 2000
устанавливается передвижной теплоэнергетический комплекс для утилизации тепловой энергии.
Во время сжигания очередного блока готовится соседний блок, отделенный от первого камерой, не заполненной ТБО, или другими изоляторами. По мере сжигания ТБО и угля, в пределах блока процесс повторяется.
Важнейшим процессом является сжигание ТБО совместно с углем, параметры которого определяют по сути параметры всех прочих шахтных процессов и организацию работ.
Параметры определяются для схемы, при которой производится совместное сжигание отходов, размещенных в камерах (дополнительных полостях), и угля в междукамерных целиках [2, 3].
Ширину каждой из сооружаемых камер принимаем равной 4 м, а длина определяется размерами угольных целиков по линии расположения камер и составляет до 50 м.
При таком способе фронт горения угля и ТБО наиболее рационально ориентировать перпендикулярно длинной оси камер и междукамерных угольных целиков шириной 4 м. Такая ориентировка фронта горения га-
рантирует относительно стабильные поперечные размеры канала горения по всей его длине, а также наиболее полное выгорание угля и ТБО. В последнем случае достигается наиболее полная экологическая безопасность остатков ТБО, получаемых в результате их сжигания в смеси с бурым углем.
Бурый уголь шахты «Смирновская» является типичным для бурых углей Подмосковного бассейна. Марка угля - Б2, состав угля на рабочую массу - Wt = 33 %, Е = 23 %, 5 = 2,9 %, С = 29,1 %, Н = 2,2 %, N = 0,6%, О = 8,7 %, теплота сгорания угля на рабочую массу Q = 10500 кДж/кг. Средняя теплота сгорания ТБО на рабочую массу составляет Qi = 6300 кДж/кг. Состав ТБО на рабочую массу вариабелен, поэтому их влажность примем равной влажности на рабочую массу угля (33 %).
По расчету низшая теплота сгорания - 8900 кДж/кг. Принимая во внимание, что на 1 кг ТБО при данной схеме приходится 1,625 кг угля, при минимальной годовой производительности участка (10585 т ТБО) в год сжигается 17200 т угля, при максимальной (36500 т ТБО) - 59312 т
угля. При этом будет выделяться от 6,75 до 23,25 Гкал/ч тепловой энергии.
Из расчета теплового и материального баланса скорость сжигания угля составит соответственно 0,881 и 3,038 кг/с, а температура продуктов полного сгорания ТБО и угля на выходе из канала горения - от 400 до 700 К в зависимости от величины теплоемкости и др. факторов.
Высоту угольного канала рекомендуется принимать в пределах 45 % от мощности пласта; длине канала горения в рассматриваемом диапазоне Gсм - 80-100 м, что достигается одновременным сжиганием нескольких блоков (камер).
Существующие на шахте транспортные средства позволяют доставить проектное количество отходов за одну смену, схема вентиляции дополняется выдачей продуктов ПСУ по газоотводящим скважинам. Ориентировочные расчеты показывают, что при указанных параметрах может быть создано бездотационное предприятие по размещению отходов в закрываемой шахте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Якунин С.А. Перспективы рационального использования 2. Янченко Г.А. Тепловой баланс процесса подземной газифи-
подземного пространства закрываемых угольных шахт. —Уголь, кации угля. - М., МГИ, 1987.
1999, №1. 3. Янченко Г.А. Материальный баланс процесса газификации
угля. - М., МГИ, 1988.
Абрамкин Николай Иванович асіїирані, Московский государственный і орный университет.
