ДОБЫЧА И ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЯ (ИТС 37-2023)

Продолжение таблицы 11

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики ²²⁾

Транспортировка

горной массы

Производительность: 100-

(перемещение

5250 м³/ч

Конвейер

карьерных грузов)

Мощность: 40-1250 кВт

конвейерным

Скорость ленты: 1,0-4,7 м/с

транспортом

Водоотвод, осушка

Напор (высота подъема): до

скважин для

125 м

Насосная установка

буровзрывных работ,

Производительность: 300-3000

гидравлическое

м³/ч

разрушение

Отгрузка угля в

железнодорожные

Производительность: около

составы, в том числе с

Погрузочный комплекс

4000 т/ч

предварительной

Емкость бункеров: около 60 т

сортировкой и

дроблением

Кабелеемкость барабана:

Перемещение кабелей

главного 1200 м,

Кабелепередвижчик

на участках открытых

вспомогательного 150-250 м

горных работ

(по данным тех. литературы)

Ремонт оборудования

Измерение состава и

параметров проб углей

Транспортировка

оборудования

Автомобиль

Транспортировка

специального

строительных

назначения

материалов

Транспортировка

топлива и заправка

оборудования

Откачка и

транспортировка ила

Обеспечение

Компрессорное

пневматического

оборудование

привода оборудования

Контроль параметров

Система аэрогазового

воздуха на участках

контроля

открытых горных работ

²²⁾ По умолчанию - по данным анкет.

101

Окончание таблицы 11

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики ²³⁾

Подготовка

Максимальная крупность кусков

Машина

лабораторных проб

угля: 300 мм (по данным тех.

проборазделочная

углей

литературы)

Лабораторный

комплекс с приборами

Измерение состава и

для измерения состава

параметров проб углей

вещества

Подогрев воздуха,

Калориферы

поступающего в

помещения

Таблица 12 - Природоохранное оборудование для добычи угля открытым

способом

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики²⁴⁾

Орошение (в том

Стационарные

числе предварительн

оросительные,

ое) экскаваторных

Эффективность

распылительные,

забоев, участков

пылеподавления: до 50 % -

оросительно-

буровзрывных работ и

100 %

вентиляционные

других пылящих

установки

поверхностей

Орошение и

обработка автодорог

Емкость бака с водой: от 40

и других пылящих

до 130 м³

Поливооросительная

поверхностей.

Эффективность

машина

Орошение

пылеподавления: до 50 % -

экскаваторных

100 % [54]

забоев.

Тушение возгораний

Улавливание пыли

при проведении

Эффективность

буровых, выемочно-

Пылеулавливающая

пылеулавливания: до 99,9 %

погрузочных работ и

установка

Улавливаются частицы

транспортировке угля

размером от 0,05 мкм

конвейерным

способом

²³⁾ По умолчанию - по данным анкет.

²⁴ По умолчанию - по данным тех. литературы

102

Продолжение таблицы 12

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики²⁵⁾

Предварительное

осветление воды

Зумпф

(удаление

взвешенных частиц)

Пруд-отстойник и

Степень очистки воды после

аналогичные устройства

Осветление воды

первичного осветления по

(отстойник, осветлитель

(удаление тяжелых

взвешенным веществам: от

со взвешенным слоем

взвешенных частиц)

50 до >99 %

осадка)

Нефтеловушка и

аналогичные устройства

Очистка сточных вод

(боновое заграждение,

от нефтепродуктов

боновый фильтр)

Очистка сточных вод

от взвешенных

веществ (крупных и

Флотационная машина

мелкодисперсных),

нефтепродуктов,

железа, масел и ПАВ

Установка для

Обеззараживание

обеззараживания воды

сточных вод

хлорированием

(удаление бактерий)

Степень очистки воды по

Установка окисления

Биологическая

органическим загрязнениям:

активным илом

очистка сточных вод

около 90 %

Обеззараживание

Установка озонирования

сточных вод,

удаление железа

Установка

Обеззараживание

Уровень инактивации: до 99,9

обеззараживания

сточных вод

УФ-излучением

Засыпной сорбционный

Доочистка сточных

фильтр

вод

Установка аэрации воды

Очистка сточных вод

(аэратор)

от железа

Установка флотации,

Комплексная очистка

Производительность: 30 и

фильтрации и

сточных вод

более м³/ч

обеззараживания

²⁵ По умолчанию - по данным тех. литературы

103

Окончание таблицы 12

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики²⁶⁾

Производительность:

соответствует

Отвалообразователь

Формирование

производительности

непрерывного действия

отвалов

многоковшового экскаватора

(от 1250 до 5250 м³/ч)

2.2.1 Подготовка горных пород к выемке

При подготовке угля к выемке из крепких (например, скальных) пород

применяются буровзрывные работы, при подготовке к выемке из полускальных

пород может применяться механическое рыхление, а при выемке из мягких пород -

гидравлическое разрушение.

2.2.1.1 Буровзрывные работы

Буровзрывные работы применяются при подготовке к выемке крепких пород,

когда применение механического рыхления и гидравлического разрушения

неэффективно. Буровзрывные работы включают в себя два этапа:

- буровые работы;

- взрывные работы.

Буровые работы подразделяются на следующие этапы:

- подготовка блока к производству буровых работ;

- бурение.

Подготовка блока к производству буровых работ

Предварительным этапом буровых работ является подготовка блока на

уступе. Представляет собой совокупность операций по выравниванию площадки

под бурение, уборке предохранительного вала у верхней бровки, формированию

предохранительного вала либо траншеи (при необходимости) у нижней бровки

уступа и зачистке блока. Обычно осуществляется бульдозерами или другой

вспомогательной техникой.

Бурение

Чтобы обеспечить отделение породы от массива, взрывчатое вещество

должно быть помещено в специальную искусственную полость, образование

которой осуществляется в процессе буровых работ.

По типам действия буровые станки для буровзрывных работ на разрезах

подразделяются на [35]:

- станки вращательного действия;

- станки

ударно-вращательного действия, главным

образом с

использованием погружных пневмоударников.

²⁶ По умолчанию - по данным тех. литературы

104

Ряд станков имеет возможность осуществлять как вращательное, так и

ударно-вращательное бурение (Atlas Copco PV271, PV275, DM-М2, DML 1200

и т. п.).

По типу рабочих органов буровые станки вращательного действия

подразделяются на:

- станки шнекового (режущего) бурения (серия СБР);

- станки шарошечного бурения, которые предназначены для бурения

твердых пород с помощью так называемых шарошек с зубьями из твердого сплава

(серии СБШ, БАШ).

Некоторые станки (например, БТС-150 и т. п.) имеют возможность

осуществлять как шнековое, так и шарошечное бурение.

По массе буровые станки подразделяются на легкие (до 40 т), средние (40-

60 т) и тяжелые (60-130 т). В большинстве своем буровые станки устанавливаются

на гусеничное шасси. Электрическая мощность буровых станков составляет от 2 до

120 кВт, а усилие подачи - от 5 до 600 кН. Буровые станки могут оснащаться как

электрическим, так и дизельным двигателем. Все буровые станки оснащаются

циклонной системой пылеулавливания.

При проведении буровзрывных работ на угольных разрезах бурят скважины

глубиной до 64 м и диаметром до 400 мм.

Взрывные работы подразделяются на следующие этапы:

- заряжание, монтаж взрывной сети и забойка;

- взрывание.

В процессе взрывных работ могут применяться такие перспективные

технологии, как применение систем высокоточного позиционирования бурового

станка и использование электронных систем взрывания. Первая технология

предполагает установку на буровой станок дополнительного оборудования,

обеспечивающего высокую точность наведения. Это дает возможность управлять

параметрами взрыва для достижения допустимого уровня негативного воздействия

взрыва. Использование электронных систем взрывания позволяет задавать каждой

скважине на взрываемом блоке любое время замедления из представленного

диапазона. Точность срабатывания не превышает 1 мс от присвоенного времени.

Имеется возможность тестирования детонаторов.

Заряжание, монтаж взрывной сети и забойка

Перевозка взрывчатых веществ (материалов) осуществляется с помощью

специальных автомобилей на грузовом шасси. Доставка взрывчатых веществ и

заряжание скважин осуществляются с помощью зарядных и смесительно-зарядных

машин вместимостью от 5 до 30 т.

Забойка скважин производится с помощью забоечных машин-бункеров,

производительность которых составляет до 150-200 скважин за смену.

Взрывание

Для проведения взрывных работ на угольных разрезах применяют

гранулированные (гранулит, игданит, алюмотол и т. д.) и водонаполненные

(эмульсионные) взрывчатые вещества (акватол, ифзанит, порэмит, нитронит,

сибирит, эмульсолит А-20 и т. д), которые отличаются наличием в своем составе

воды и загустителя, что облегчает механизацию зарядки, обеспечивает высокую

плотность заряжания и позволяет заряжать обводненные скважины.

105

Порошкообразные вещества (аммонит, аммонал, детонит и др.) обычно

используются для вторичного дробления горной массы и в качестве патронов-

боевиков. Также возможно применение пластичных взрывчатых веществ

(например, порэмит). Для ограничения выбросов газов в атмосферу целесообразно

применять взрывчатые вещества с нулевым или близким к нему кислородным

балансом.

Взрывание высоких уступов (высотой 20-30 м и более) позволяет уменьшить

высоту подъема пылегазового облака в 1,2 раза по сравнению с взрыванием

обычных уступов [55]. Для обеспечения рассеивания пылегазового облака взрыв

приурочивают ко времени максимальной ветровой активности.

Размеры максимально допустимого куска во взорванной массе

ограничиваются параметрами экскаваторов, транспортных средств (самосвалов,

вагонов, конвейеров) и дробилок. Куски, имеющие размеры больше допустимых,

подвергают дополнительному вторичному дроблению с применением накладных

зарядов либо дроблению механическим способом.

Взрыв зарядов может осуществляться двумя способами [35]:

- мгновенный;

- короткозамедленный (взрывание группы зарядов в определенной

последовательности через заданные промежутки времени).

По взрыванию зарядов выделяются порядковая (порядная), диагональная и

волновая (врубовая) схемы.

2.2.1.2 Механическое рыхление

Полускальные породы могут разрушаться на куски, удобные для выемки, с

помощью навесных рыхлителей, установленных на тяжелые тракторы [35]. Для

этой задачи применяются рыхлительные агрегаты на базе тяжелых

бульдозеров [56] российского и импортного производства.

Также для рыхления горных пород могут применяться фрезерные и

стреловые комбайны, а также гидравлические экскаваторы.

2.2.1.3 Гидравлическое разрушение

Гидравлический способ может применяться только для разрушения мягких

горных пород. Применение гидравлического разрушения позволяет снизить объем

выделения пыли в атмосферу.

В качестве вспомогательного оборудования на разрезах также применяются

насосы и землесосы. Для вторичного дробления горной породы на разрезах

применяются гидравлические бутобои.

В большинстве способов в массиве, подвергающемуся гидравлическому

разрушению, по определенной сетке бурятся скважины, в которые затем

нагнетается вода. Вода, нагнетаемая в угольный пласт под давлением, проникает

в массив по плоскостям напластования, кливажным и другим трещинам и

увлажняет уголь. При таком увлажнении происходит разупрочнение массива за

счет расширения микро- и макротрещин, растворения и вымывания минеральных

частиц.

106

Для нагнетания жидкости используются скважины диаметром 100-160 мм.

На угольных разрезах расход воды на нагнетание составляет

50-100 л/мин,

давление воды - 1,5-6 МПа, а расстояние между скважинами - 5-15 м. Для

герметизации скважин при предварительном увлажнении применяют

герметизаторы. Для предварительного увлажнения угольного массива через

скважины могут применяться серийные насосные установки (2УГН, УНВ, ГР-16/40).

Кроме того, гидравлическое разрушение может осуществляться на основе

использования

кинетической

энергии

струи

воды,

выбрасываемой

гидромонитором. На угольных разрезах Кузбасса применяются гидромониторы

ГМД-250, ГМД-250М, ГД-300.

2.2.2 Выемочно-погрузочные работы (экскавация)

Выемочно-погрузочные работы представляют собой отделение от массива

мягкой или предварительно разрыхленной крепкой породы с последующей

погрузкой в транспортные средства или непосредственно в отвал.

Системы разработки месторождений открытым способом можно

классифицировать следующим образом. Системы разработки по направлению

подвигания фронта горных работ разделяются на:

- продольные, при которых однобортовой или двухбортовой фронт

вскрышных и добычных работ перемещается параллельно длинной оси карьерного

поля;

- поперечные, при которых однобортовой или двухбортовой фронт

вскрышных и добычных работ перемещается параллельно короткой оси карьерного

поля;

- веерные, при которых фронт вскрышных и добычных работ перемещается

по вееру с центральным (общим) или рассредоточенными (два и более)

поворотными пунктами;

- кольцевые, при которых рабочая зона охватывает все борта по периметру

карьера и разработка производится кольцевыми полосами от центра к границам

карьерного поля или от границ к центру.

По способу перемещения вскрышных пород системы разработки

месторождений открытым способом делятся на транспортные и бестранспортные.

При использовании транспортных систем разработки вскрышные породы

перемещаются к пункту назначения с помощью специализированных транспортных

средств. В том числе могут применяться следующие виды транспорта:

автомобильный,

железнодорожный,

гравитационный,

конвейерный,

автомобильные и скиповые и подъёмники, подвесные дороги и их сочетания в

разных вариантах. Бестранспортные системы разработки предполагают

использование экскаваторов (с механической лопатой и драглайнов) для

перемещения вскрышных пород.

При разработке горизонтальных или пологих залежей по окончании горно-

подготовительных работ создается первичный фронт вскрышных и добычных

разреза; возобновление горно-подготовительных работ возможно при

реконструкции карьера. Такие системы разработки называются сплошными. При

разработке наклонных и крутых залежей горно-подготовительные работы ведутся

107

как в период строительства, так и при эксплуатации разреза для создания фронта

добычных и вскрышных работ. Такие системы разработки могут быть названы

углубочными.

Направление выемки в плане может быть: однобортовым, двухбортовым,

центральным, периферийным и рассредоточенным [57].

Большинство угольных разрезов Кузбасса разрабатываются по углубочной

продольной одно- или двухбортовой системе, что влечет за собой размещение

вскрышных пород во внешних отвалах. Анализ работы угольных разрезов в ряде

зарубежных стран (Австралия, Великобритания, Канада, Колумбия, США)

показывает, что применение поперечной системы разработки с применением

внутренних отвалов обеспечивает более низкую землеемкость (отношение

площади нарушенных земель к добыче полезного ископаемого за период), чем

углубочная продольная система. Теоретически переход от применения внешнего

отвала к использованию внутреннего может привести к снижению землеемкости

разреза в 1,5-2 раза [58].

Основным средством для проведения выемочно-погрузочных работ

являются экскаваторы, иногда применяется и другая техника (скреперы,

бульдозеры, погрузчики и т. д.).

Экскаваторы могут быть одноковшовыми и многоковшовыми. Одноковшовые

экскаваторы характеризуются цикличным действием - они последовательно

выполняют операции копания и перемещения горной массы в ковше,

поворачиваясь вокруг своей оси. Многоковшовые экскаваторы характеризуются

непрерывным действием - они производят выемку и погрузку горной массы в

процессе перемещения ковшей по круговой траектории [35].

Экскаваторные забои могут быть торцовыми (используются для

одноковшовых и роторных экскаваторов), фронтальными (используются для

цепных экскаваторов на рельсовом ходу и фронтальных погрузчиков) и тупиковыми

(для проходки траншей).

По взаимному расположению экскаватора и транспортного средства выемка

может быть организована: верхним черпанием и верхней погрузкой, нижним

черпанием и нижней погрузкой, смешанным черпанием и погрузкой. По характеру

движения транспортных средств под погрузку различают две схемы движения:

тупиковую и сквозную.

Для

экскаваторов

механической

лопатой

максимальная

производительность достигается при работе в торцевых забоях, поскольку в таких

случаях угол поворота стрелы составляет до 90°, и возможно организовать

сквозную схему движения транспорта. При работе экскаваторов с механической

лопатой в тупиковом забое необходимо увеличить угол поворота стрелы, а

самосвалы вынуждены двигаться по тупиковой схеме. При работе экскаваторов с

механической лопатой во фронтальном тупиковом забое также высок угол поворота

стрелы, а сами экскаваторы вынуждены часто перемещаться.

2.2.2.1 Экскавация одноковшовыми экскаваторами

По принципу передачи энергии от двигателя к ковшу одноковшовые

экскаваторы разделяют на механические и гидравлические. В механических

108

экскаваторах используется система валов, шестеренок и разных передач, а в

гидравлических - гидронасосы и гидродвигатели. Гидравлические экскаваторы

обладают высокой подвижностью стрелы, рукояти и ковша, а также большим

усилием копания.

По видам используемых двигателей одноковшовые экскаваторы

подразделяют на электрические и дизельные. Электрические экскаваторы

характеризуются большей грузоподъемностью и меньшими эксплуатационными

расходами, но меньшей мобильностью и требуют подключения к электросети.

По типу ходового оборудования одноковшовые экскаваторы подразделяются

на гусеничные, шагающие, реже распространены пневмоколесные и рельсовые

экскаваторы.

По конструктивной схеме одноковшовые экскаваторы подразделяются на

механическую лопату (с жесткой связью между ковшом и рукоятью) и экскаваторы

с канатной связью (драглайны). Экскаваторы типа механической лопаты

подразделяются на машины с прямой лопатой и с обратной лопатой. Также они

могут различаться по типу используемых передаточных устройств (канатные,

реечные).

По эксплуатационному назначению и роду выполняемой работы

существующие типы экскаваторов классифицируют на карьерные, вскрышные,

добычные, строительные и т. д.

В угольной отрасли широко распространены одноковшовые экскаваторы с

механической лопатой и электрическим приводом серии ЭКГ (экскаваторы

карьерные гусеничные), также применяются экскаваторы ЭГ (экскаваторы

гидравлические). Экскаваторы этих типов имеют ковши вместимостью 1-40 м³. Для

вспомогательных работ используются строительные (универсальные) экскаваторы

с ковшами малой емкости (0,5-2 м³).

Для вскрышных работ применяются драглайны серий ЭВГ (экскаваторы

вскрышные гусеничные) и ЭШ (экскаваторы шагающие: ЭШ-40/85, ЭШ-20/90,

ЭШ-11/70, ЭШ-10/70, ЭШ-15/90). Экскаваторы обеих серий снабжены длинной

стрелой (до 90 м) и большими ковшами (вместимостью до 40 м³). Они способны

перегружать вскрышную породу сразу в отвал или в выработанное пространство.

2.2.2.2 Экскавация многоковшовыми экскаваторами

Основными типами многоковшовых экскаваторов являются цепные и

роторные. Рабочим органом цепных экскаваторов является ковшовая рама, у

которой один конец шарнирно закреплен на корпусе, а другой подвешен на укосине

и полиспастах. Выемка породы в забое производится ковшами, которые

прижимаются к забою весом рамы. Цепные экскаваторы могут передвигаться как

собственным ходом (гусеничным или шагающим), так и железнодорожным

транспортом. Емкость ковшей цепных экскаваторов составляет от 2,5 до 45 м³.

Производительность цепных экскаваторов составляет от 800 до 10 000 м³/ч.

Рабочим органом роторных экскаваторов (ЭР) является роторное колесо

диаметром от

2,5 до

18 м, расположенное на конце стрелы и снабженное

множеством ковшей (обычно от 6 до 24). Емкость ковшей цепных экскаваторов

109

составляет от 3 до 80 м³. Производительность большинства роторных экскаваторов

составляет от 630 до 5000 м³/ч и более [35].

Роторные экскаваторы являются частью роторных комплексов, в которые

также входит конвейер или отвалообразователь. Связь между ними обеспечивают

специальные устройства - перегружатели.

2.2.2.3 Экскавация прочей техникой

За исключением экскаваторов при выемочно-погрузочных работах, могут

применяться: скреперы, погрузчики, бульдозеры и землеройно-транспортные

машины. Преимущественно они используются на вспомогательных работах

(строительство дорог, подготовка рабочих и отвальных площадок), но иногда могут

применяться и для погрузки угля и вскрышных пород.

Скреперы могут использоваться для выемки мягких пород с

транспортировкой их на небольшое расстояние. В большинстве своем скреперы

представляют собой колесные буксируемые машины, которым требуется тягач.

Вместимость ковша скрепера составляет 6-40 м³. Производительность скрепера с

ковшом 15 м³ может составить 250-400 м³/ч.

Погрузчики могут применяться для планировки поверхностей и погрузки

взорванной горной массы. На угольных разрезах могут применяться погрузчики

грузоподъемностью ковша от 2 до 36 т и объемом ковша 6-14 м³. Сменная

производительность погрузчиков может достигать 4000 т. Погрузчики могут иметь

как гусеничное, так и колесное шасси. При открытой добыче обычно применяют

неповоротные (фронтальные) погрузчики, которые, как правило, характеризуются

большей грузоподъемностью по сравнению с полуповоротными и

полноповоротными. Использование погрузчиков на угольных разрезах ограничено,

поскольку их применение требует низкой высоты забоя и относительно малых

размеров кусков взорванной породы. Кроме того, погрузчики отличаются низким

напорным усилием при внедрении ковша в горную массу. В большинстве своем

погрузчики работают по челночной схеме движения.

Обычно погрузчики и скреперы применяются для выемки пород на

небольших разрезах с годовым объемом работ до

3 млн т и расстоянием

транспортировки 0,3-0,5 км [35].

2.2.3 Транспортировка горной массы (перемещение карьерных грузов)

Перемещение горной массы (вскрышной породы и угля) от забоя до пунктов

разгрузки может осуществляться с применением трех основных видов транспорта:

автомобильного, железнодорожного и конвейерного. В редких случаях также могут

использоваться скипы или канатные дороги.

Автомобильный и железнодорожный транспорт характеризуется цикличным

действием, а конвейерный - непрерывным.

Принципиальными особенностями карьерного транспорта являются:

быстрая оборачиваемость и интенсивность движения, значительный уклон

транспортных путей, большая ударная нагрузка при погрузке.

На ряде месторождений применяется комбинированная транспортировка,

которая предполагает последовательное использование для перемещения

110

карьерных грузов различных видов транспорта. Существует несколько вариантов

комбинирования транспорта [35].

Широкое распространение получила комбинация автомобильного и

железнодорожного транспорта, при которой горная масса доставляется

автотранспортом из забоев до перегрузочных пунктов, а оттуда -

железнодорожным транспортом на поверхность земли. Данная комбинация

целесообразна при средней глубине разреза (120-150 м) и большом расстоянии

транспортировки.

Возможна комбинация автотранспорта с конвейерными или скиповыми

подъемниками, которая эффективна при больших глубинах (более 120-150 м).

На высокогорных разрезах, где спуск горной массы при перепаде высот 200-

800 м затруднен, применяется комбинация автотранспорта с углеспусками или

подвесными канатными дорогами.

2.2.3.1 Автомобильный транспорт

Автомобильный транспорт распространен на угольных разрезах достаточно

широко, особенно на тех из них, что ограничены в плане и обладают средней

производительностью (до

15 млн т/год). Автомобильный транспорт может

использоваться на путях с крутым подъемом (до 8 % - 12 %) и малым радиусом

поворота

(20-24 м). С другой стороны, автотранспорт отличается рядом

недостатков:

- меньшая грузоподъемность в сравнении с железнодорожными составами;

- необходимость создания гаражной службы с большим количеством

соответствующего персонала;

- относительно частый ремонт техники и ограниченный срок службы (5-

6 лет);

- более высокие удельные затраты на транспортировку одной тонны горной

породы;

- зависимость от погодных условий.

Подвижной состав автомобильного транспорта в разрезах представлен

автосамосвалами и полуприцепами. Автосамосвалы обычно оснащаются ДВС на

дизельном топливе (расход топлива повышается в плохих дорожных условиях, при

низкой температуре), тип трансмиссии может быть гидромеханический или

электромеханический. Эффективность использования автотранспорта зависит от

схемы движения автосамосвалов в забое. В определенных случаях возможно

осуществить спаренную установку самосвалов под погрузку, что обеспечивает

более высокую производительность.

При транспортировке угля автомобильным транспортом требуется

проведение работ по ремонту автодорог. Для этой задачи применяются

бульдозеры, грейдеры, скреперы и щебнеразбрасывающие машины (с

лепестковым или барабанным разбрасывателем щебня)

2.2.3.2 Железнодорожный транспорт

Железнодорожный транспорт, как правило, применяется на неглубоких (до

300-350 м), но больших в плане угольных разрезах (с протяженностью фронта на

111

уступах от 300-500 м) с высокой производительностью (от 25 млн т/год) и большим

расстоянием транспортировки грузов (3-4 км и более). Преимуществами этого вида

транспорта являются:

- длительные сроки эксплуатации;

- надежность при работе в любом климате;

- возможность использования различных видов энергии (электроэнергии или

дизельного топлива).

Применение железнодорожного транспорта ограничивается рядом

недостатков:

- высокие затраты на строительство и ремонт рельсовых путей;

- необходимость большого радиуса закругления путей (120-150 м);

- ограниченный уклон путей (обычно до 2 % - 3 %).

Рельсовые пути на разрезах могут быть как стационарными, так и

временными (временные пути периодически перемещаются вслед за фронтом

работ). Стационарные пути обеспечивают скорость движения до

30-40 км/ч,

временные - до

15-20 км/ч. Для перемещения рельсошпальной решетки

применяются бульдозеры. Для обслуживания железнодорожных путей

используются различные путевые машины: думпкары-дозаторы, универсальные

шпалоподбоечные и ремонтные машины, краны на железнодорожном ходу.

В качестве локомотивов чаще используются тепловозы, поскольку для их

эксплуатации не требуется сооружение контактной сети. Таким образом, при

эксплуатации тепловозов можно эффективно осуществлять перемещение

рельсовых путей. Также применяются тяговые агрегаты (сцепленные секции

локомотивов и думпкаров, оборудованных тяговыми электродвигателями),

маневровые устройства, способные передвигать железнодорожные вагоны в обоих

направлениях, и толкатели, предназначенные для привода механизмов

автоматики.

Для

карьерного

транспорта

могут

применяться

три

типа

саморазгружающихся вагонов: думпкары, хопперы и гондолы. Думпкары

представляют собой вагон с низкими бортами, один из которых может откидываться

при наклоне кузова. Грузоподъемность думпкаров может составлять 60-180 т.

Хопперы оснащены кузовами в форме воронки с люками в нижней части.

Грузоподъемность хопперов составляет

50-70 т. Вагон-гондола представляет

собой полувагон с горизонтальным полом и люками в днище. Грузоподъемность

гондол составляет 60-100 т.

2.2.3.3 Конвейерный транспорт

Конвейерный транспорт целесообразен на высокопроизводительных

разрезах (20-30 млн т/год), где используются экскаваторы непрерывного действия,

а также на разрезах с большой глубиной (от

150-200 м), с пересеченной

местностью и для транспортировки грузов на относительно большие расстояния (от

3 до 20 км).

112

Конвейер характеризуется наименьшими трудозатратами среди всех видов

карьерного транспорта. Однако его применение характеризуется рядом

ограничений:

- перемещаемые грузы должны быть однородны, отличаться невысокой

абразивностью и малой крупностью (до 500 мм);

- ограниченный угол подъема (до 22°);

- быстрый износ транспортерной ленты.

Длина става конвейера с одним приводом может составлять 400-1500 м,

ширина транспортерной ленты - от 0,9 до 3,6 м. Скорость движения конвейеров

составляет 2-6 м/с. Производительность конвейеров может составлять от 500 до

5000 м³/ч.

По назначению конвейеры могут быть забойными, подъемными,

магистральными и отвальными. Крупнейшие в России магистральные конвейеры

длиной 15 км действуют на Березовском разрезе (Красноярский край).

2.2.3.4 Прочие виды транспорта

В редких случаях для транспортировки угля и вскрышных пород могут

использоваться скипы (опрокидывающие вагонетки) или канатные дороги.

2.2.4 Складирование и отгрузка угля

2.2.4.1 Складирование угля

Общие положения

Складирование угля на складах в большинстве своем осуществляется в

открытых штабелях (реже - в бункерах и закрытых складах). На складе должно

осуществляться раздельное хранение углей по сортомаркам, состоянию и срокам

хранения. Контроль качества угля осуществляется с помощью лабораторного

комплекса, который проводит анализ изменения состава и параметров угля и

продуктов обогащения.

При строительстве и эксплуатации штабелей должны быть учтены все

условия, обеспечивающие сохранение качества угля и максимальное снижение

потерь. Для сооружения склада следует выбирать сухую незаболоченную

площадку, по возможности вблизи железнодорожных путей и защищенную от

ветров естественными или искусственными заслонами (кроме того, штабеля на

складах следует располагать вдоль направления господствующих ветров).

Выбранная для склада площадка должна быть очищена от шлаков, мусора,

металлолома, древесных отходов, растительности и других посторонних

предметов и хорошо выровнена.

Площадка для складирования угля должна быть спланирована таким

образом, чтобы исключить ее затопление дождевыми, талыми или грунтовыми

водами (площадка под складом должна иметь уклон в 3-5° для стока воды за

пределы склада, могут также устраиваться специальные подштабельные

основания). Также площадка должна быть снабжена дренажными устройствами

для отвода грунтовых, дождевых и талых вод.

113

Для складирования устойчивых к окислению углей рекомендуется устройство

прочных забетонированных оснований, исключающих потери угля в грунт и

обеспечивающих хороший отвод тепла. Для малоустойчивых к окислению углей

площадки под штабеля рекомендуются в виде естественного грунта,

обеспечивающего хорошую теплоотдачу от угля в почву, относительно быстрое

удаление атмосферных осадков, а также хороший контакт угля с основанием, что

затрудняет свободный подсос воздуха в штабель.

Наиболее рациональной является форма штабеля в виде правильной

усеченной пирамиды с основанием в виде вытянутого прямоугольника. Также

возможно формирование штабелей удлиненной или округлой формы. Размеры

штабеля зависят от применяемых способов укладки (для рядовых углей - с

послойным и поверхностным уплотнением, для сортовых - без уплотнения), а

также от свойств и сроков хранения угля. По мере роста склонности углей к

окислению и самовозгоранию максимальная допустимая высота штабелей

сокращается до 2,5 м. Ширина штабеля должна быть не более 20 м.

В процессе хранения угля происходит его окисление, нагревание и

изменение технологических свойств. Предельные сроки хранения угля в штабелях

составляют от 6 до 24 мес. При закладке рядового угля на длительное хранение

необходимо производить уплотнение горизонтальных поверхностей штабеля и

откосов, в особенности в их нижней части.

Противодействие нагреву и самовозгоранию

Для предупреждения нагревания и самовозгорания при хранении наиболее

склонных к окислению углей (помимо послойного и поверхностного уплотнения их

в штабеле для рядовых углей) рекомендуется:

- внесение ингибиторов (антиокислителей в виде растворов, водных

эмульсий, суспензий или сухих реагентов) в процессе формирования штабелей с

послойным и поверхностным уплотнением угля или с помощью специальной

насосной установки через трубы с отверстиями, погружаемые в штабель;

- покрытие поверхности штабеля специальными составами;

- покрытие поверхности штабеля суспензией гашеной извести в целях

уменьшения перегревания штабеля (для южных регионов).

Не допускается:

- устраивать в штабелях вентиляционные каналы или вытяжные трубы с

целью охлаждения;

- складировать уголь свежей добычи на старые отвалы угля, пролежавшего

более одного месяца;

- располагать штабели угля над источниками тепла (паропроводы,

трубопроводы горячей воды, каналы нагретого воздуха), а также над

проложенными электрокабелями и нефтегазопроводами;

- смешивать в одном штабеле угли разных марок [59].

При хранении склонных к самовозгоранию углей необходимо периодически

проверять его температуру внутри штабеля (для чего штабель должен быть

снабжен металлическими трубами) и проводить мониторинг внешних признаков.

При хранении устойчивых к окислению углей и антрацитов определение

температуры угля может производиться термощупом.

114

При самонагревании угля в штабеле могут приниматься следующие меры:

- уплотнение угля в местах очагов нагрева;

- удаление нагретого угля из штабеля и направление его для использования;

- удаление загоревшегося угля, перенос его на отдельную площадку тонким

слоем, интенсивная поливка его водой до полного тушения, отгрузка потушенного

угля;

- при невозможности удаления угля из штабеля или его отгрузки применяется

тушение очагов загоревшегося угля путем уплотнения пораженных мест и

заливания очагов водной суспензией гашеной извести или глинистым раствором (в

необходимых случаях поверхность штабеля покрывается слоем глиняной обмазки)

и другими антипирогенами.

Противодействие смерзанию

Угли с содержанием влаги более 6 % - 7 % и при содержании мелочи более

20 % независимо от марки подвержены промерзанию в штабеле на глубину 0,5-2 м

в зависимости от климатических условий.

Для предотвращения смерзания углей осуществляют:

- взрыхление верхнего слоя штабеля с помощью машин-рыхлителей или

других приспособлений до наступления заморозков или после заморозков, если

толщина промерзания не превысила 100-150 мм;

- обработку верхнего слоя угля до заморозков поверхностно-активными

веществами

(нефтепродуктами,

отходами

коксохимического

нефтеперерабатывающего производств) на глубину промерзания.

В зависимости от емкости склады должны быть оборудованы необходимым

количеством механизмов соответствующей производительности, в том числе

кранами, скреперами, катками, весами, наружным освещением, противопожарными

водопроводами, прочими противопожарными средствами. Вентиляция закрытых

помещений при необходимости в холодное время года может осуществляться с

применением калориферов.

2.2.4.2 Отгрузка угля

Отгрузка угля с открытых складов может производиться как универсальным

оборудованием (экскаваторами, погрузчиками), так и специализированным -

погрузочными комплексами. Погрузочные комплексы характеризуются высокой

производительностью (до 2 млн т/год, или 500 т/ч) и потому часто применяются для

погрузки угля в железнодорожные вагоны [60].

Погрузочные комплексы могут включать в свой состав дробильные и

сортировочные установки (см. 2.3.2). Обычно оборудование комплексов позволяет

выполнить следующие операции:

- загрузку рядового угля экскаваторами с открытого склада в приемный

бункер;

- сортировку угля на грохоте;

- дробление угля;

- доставку угля наклонным конвейером;

- погрузку в железнодорожные вагоны.

115

Кроме того, при отгрузке угля в железнодорожные вагоны могут применяться

машины для обдувки вагонов от снега и обработки вагонов от примерзания.

2.2.5 Контроль качества угля

Данный вопрос рассмотрен в соответствующем пункте при рассмотрении

добычи угля подземным способом (см. 2.1.5).

2.2.6 Осушение, водоотлив, водоотведение и водоснабжение

При открытой разработке полезных ископаемых система водоотлива состоит

из устройства для регулирования внутрикарьерного стока, водосборников,

насосных станций с водоотливными установками и нагнетательными

трубопроводами. Устройства для регулирования внутрикарьерного стока включают

пригрузки для предотвращения деформаций рыхлых пород на участках

просачивания подземных вод на откосах, водоотводные канавы или трубы для

сбора воды на всех уступах и в выработанном пространстве и отвода воды вначале

к участковым, а затем к главным водосборникам.

В зависимости от местоположения главных водосборников карьерный

водоотлив разделяется на открытый, подземный и комбинированный, включающий

элементы открытого и подземного.

При открытом водоотливе водосборники с насосными станциями

располагают на самых низких отметках карьера. Водосборники главных

водоотливов сооружаются при притоках воды более 50 м³/ч и рассчитываются на

прием не менее

3-часового нормального притока воды. Насосные станции

сооружают у водосборников и оборудуют водоотливными установками;

дополнительно предусматриваются резервные насосы. В районах, где притоки

ливневых вод могут в несколько раз превышать нормальные, насосы главных

водоотливов выполняют плавучими. При открытом водоотливе на обводненных

карьерах применяют в основном высокопроизводительные низконапорные насосы.

Нагнетательные трубопроводы прокладываются на нерабочих бортах карьеров.

В зимнее время водоотливные установки, нагнетательные трубопроводы, а также

водоотводные канавы защищаются от промерзания [37].

Для водоотвода применяются насосные установки с дизельными или

электрическими двигателями, обычно оснащаемые центробежными насосами.

Подача воды центробежными насосами может превышать 1 тыс. м³/ч.

Водоснабжение в угольных разрезах осуществляется для обеспечения

орошения и иных методов предотвращения загрязнения атмосферного воздуха, а

также для обеспечения противопожарной защиты.

116

2.2.7 Природоохранные технологии

2.2.7.1 Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха

Основным загрязняющим веществом, выбрасываемым в воздух при

открытой добыче угля, является неорганическая пыль.

Суммарные выбросы неорганической пыли в атмосферу по массе

многократно превышают выбросы иных загрязняющих веществ при открытой

добыче угля (кроме оксида углерода). При этом именно неорганическая пыль

является продуктом, эмиссия которого непосредственно обусловлена

технологическими процессами добычи угля. Эмиссия других загрязняющих

веществ (оксидов азота, диоксида серы, сажи и т. д.) обусловлена сгоранием

топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и котельных агрегатах, т. е.

связана с деятельностью универсального оборудования, которое широко

применяется за рамками угольной отрасли. Следовательно, в контексте

определения НДТ в угольной отрасли целесообразно рассматривать лишь

выбросы неорганической пыли и абстрагироваться от выбросов продуктов сгорания

топлива.

Выделение неорганической пыли осуществляется на всех стадиях

производственного процесса при открытой добыче угля - от буровзрывных работ

до отгрузки товарного угля.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха от вредных выбросов при

открытой добыче угля подразделяются на предупреждение загрязнения и

устранение последствий загрязнения. Мероприятия по устранению последствий

загрязнения менее эффективны, более трудоемки и дорогостоящи. Более того, во

многих случаях они оказываются вообще невыполнимыми, поскольку открытая

добыча угля осуществляется на обширных разрезах, которые не могут быть

изолированы от атмосферы.

Положительным образом на охрану воздушного бассейна влияют

мероприятия общего характера, в первую очередь связанные с утилизацией

отходов (см. 2.2.7.3). В частности, к таким мероприятиям относятся: рекультивация

нарушенных земель, ликвидация горных выработок, использование вскрышных

пород в качестве строительных материалов. Также улучшению состояния

воздушного бассейна способствуют заблаговременная ориентация угольных

разрезов с учетом природно-климатических условий местности (прежде всего, розы

ветров) и обустройство закрытых угольных складов.

Среди специальных мероприятий, непосредственно направленных на

предотвращение загрязнения атмосферного воздуха, выделяются:

- мероприятия, предупреждающие образование пыли при буровзрывных

работах (кроме орошения);

- орошение;

- обеспыливающее проветривание;

- обработка дорожного полотна;

- пылеулавливание;

- предотвращение эрозии.

117

2.2.7.1.1 Мероприятия, предупреждающие образование пыли при

буровзрывных работах

Использование забоечного материала с минимальным удельным

пылеобразованием

Использование забоечного материала с минимальным удельным

пылеобразованием (например, пеногелевой забойки) способствует сокращению

пылевыделения при взрывных работах [61].

Гидрозабойка и гидрогелевая забойка

Внутренняя гидрозабойка шпуров и скважин осуществляется помещением в

них специальных ампул, наполненных водой (или гелем), либо полиэтиленового

рукава, диаметр которого на 15 мм больше, чем диаметр скважины.

Внешняя гидрозабойка производится путем установки над скважинами

полиэтиленовых емкостей (рукавов) с водой (или гелем), взрываемых на доли

секунд раньше скважинных зарядов. Образующаяся водяная завеса позволяет

уменьшить количество пыли в 1,5-2 раза.

Наполнение рукавов водой осуществляется с помощью поливочной машины.

При расходе воды 1,0-1,5 кг/м³ горной массы концентрация пыли в пылегазовом

облаке сокращается на 20 % - 30 %, а количество образующихся окислов азота

уменьшается в 1,5-2 раза. На каждую из взрываемых скважин помещается до трех

полиэтиленовых мешков с водой емкостью до 150 л каждый.

Эффективна комбинированная водяная забойка, которая представляет

собой объединение как внешней, так и внутренней забойки скважин. В зимний

период возможно применять в качестве материала для забойки водные растворы

солей NаCl и СаCl2 или снежно-ледяную смесь.

Для уменьшения пылевыделения при массовых взрывах используется

забойка скважин гидрогелем (состоит из аммиачной селитры, жидкого стекла и

воды). С целью повышения эффективности пылегазоподавления в состав

гидрогеля вводятся добавки минеральных солей, смыленных синтетических

жирных кислот и парафина. Гидрогель изготовляют на специальном заправочном

пункте или непосредственно в баках машины, предназначенной для заполнения

скважин гидрогелем.

Данный вид мероприятий является весьма затратным, поскольку требует

значительного расхода воды или использования гидрогеля, а также применения

специальной техники и оборудования.

Применение веществ-нейтрализаторов

Для уменьшения количества образующихся при взрывах токсичных газов

необходимо применять взрываемое вещество с нулевым или близким к нему

кислородным балансом. При применении взрываемых веществ с отрицательным

балансом для снижения загрязнения атмосферы рекомендуется в забоечный

материал добавлять различные нейтрализаторы, например, известь-пушонку.

Однако применение веществ-нейтрализаторов приводит к существенному

удорожанию забоечного материала.

118

2.2.7.1.2 Орошение

Предварительное орошение рабочего участка

Прилегающая к взрывному блоку или экскаваторному забою зона может

предварительно орошаться водой для предотвращения взметывания пыли. Эта

зона захватывает территорию на ширину 50-60 м от границы взрываемого блока.

Предварительное орошение следует производить из расчета 8-10 л воды на 1 м²

площади орошения. Для зимних условий вместо воды могут использоваться

растворы хлористого магния, хлористого натрия, хлористого кальция, которые не

замерзают при температурах до -50 °С, в зависимости от концентраций соли в

воде.

Предварительное увлажнение массива для экскавации обеспечивает

эффективность пылегазоподавления до 80 % - 85 % [54].

Для предварительного орошения (а также для транспортировки горной

массы ленточными конвейерами) может использоваться пена [62], но ее

применение для данной задачи является гораздо более дорогостоящим по

сравнению с водой (см. 2.1.8.1.3). С другой стороны, применение пены для

пылеподавления позволяет снизить расход воды [63].

Предварительное орошение буровых скважин

Буровые скважины могут подвергаться орошению воздушно-водяной

смесью. Смоченная водой пыль вместе с буровой мелочью выносится из скважины

и вентилятором местного проветривания отбрасывается от устья скважины.

Системами орошения воздушно-водяной смесью оснащается ряд буровых станков.

Для снижения пылеобразования применяют воздушно-эмульсионные смеси, при

которых эффективность пылеподавления выше, чем при воздушно-водяных.

Воздушно-эмульсионные смеси образуют на основе водорастворимых присадок.

Орошение угля и пустой породы

Орошение применяется в следующих случаях:

- при буровзрывных работах;

- при выемочно-погрузочных работах;

- при транспортировке угля автомобильным транспортом (орошаются

дороги);

- при транспортировке угля конвейерным транспортом;

- при отвалообразовании (орошаются дороги).

Эффективными инструментами для орошения являются:

- гидромониторно-насосные установки;

- оросительные, распылительные, дождевальные установки;

- оросительно-вентиляционные установки.

Гидромониторно-насосные установки создают поток воды. Они включают

гидромонитор и насос. Вместо гидромонитора могут использоваться водометные

стволы различной конструкции (в том числе пожарные). В различных условиях

используются гидропоезда, специальные поливочные машины, стационарные и

полустационарные гидромониторные установки. Гидропоезд состоит из

локомотива, железнодорожных цистерн и платформы. На платформе

смонтированы оросительные установки или гидромониторы. Специальные

119

поливочные машины представляют собой оросительные установки, поставленные

на шасси автосамосвала.

Оросительные, распылительные, дождевальные установки разбрызгивают

воду на определенную территорию. Системами орошения, основанными на этих

установках, оснащаются роторные экскаваторы.

Воздушно-водяные струи могут быть созданы с помощью оросительно-

вентиляционных установок или турбореактивных двигателей, смонтированных на

железнодорожной платформе или автомобильном шасси. При использовании

турбореактивных двигателей вода подается по трубам, расположенным по

периметру сопла двигателя. Основными недостатками использования

турбореактивных двигателей являются: большой расход горючего, выделение

большого количество оксида углерода за счет неполного сгорания топлива,

наличие шума высоких уровней.

Гидромониторно-насосные установки применяются для орошения

взорванной горной массы в экскаваторных забоях.

Оросительно-вентиляционные установки применяются для:

- подавления пылегазового облака после проведения взрыва;

- орошения взорванной горной массы в экскаваторных забоях.

Оросительные, распылительные, дождевальные и гидромониторно-

насосные установки применяются для:

- орошения взорванной горной массы в экскаваторных забоях;

- орошения автодорог (см. 2.2.7.1.4);

- орошения угля на ленточных конвейерах, а также при разгрузке

автосамосвалов и железнодорожных вагонов;

- орошения пустой породы при отвалообразовании (см. 2.2.7.1.6).

Повысить эффективность орошения и увлажнения можно за счет

применения растворов поверхностно-активных веществ, но их применение для

данной задачи является гораздо более дорогостоящим по сравнению с водой.

В процессе добычи угля открытым способом эффективность

пылеподавления данным способом достигает [54]:

- 0,85-0,9 при взрывных работах;

- 0,8-0,85 при выемочно-погрузочных работах;

- 0,5-1,0 при гидрообеспыливании автодорог

(0,5-0,7 для нежесткого

покрытия, 0,95-1,0 для твердого покрытия);

- 0,85-0,9 при гидрообеспыливании конвейеров, узлов погрузки угля и

поверхности отвалов.

2.2.7.1.3 Обеспыливающее проветривание

Обеспыливающее

проветривание

производится

вентиляционными

установками местного проветривания или вентиляторно-оросительными

установками при выемочно-погрузочных работах. Для проветривания могут

применяться установки ПВУ-6, УМП-1А, УВУ как в стационарном исполнении, так и

на шасси автосамосвалов.

120

2.2.7.1.4 Обработка дорожного полотна

Для предупреждения пылевыделения на автодорогах и подавления пыли

применяют следующие способы:

- орошение дорог водой;

- орошение растворами и материалами, связывающими пылевые частицы.

Для снижения запыленности от автомобильной дороги обычно используют

воду. Орошение дорог водой может осуществляться поливочными машинами или

из специальных водопроводов. Поливочные машины комплектуются обычно на

базе тракторов или автосамосвалов. Поливка автодорог может осуществляться и с

помощью форсунок от стационарных водоводов, проложенных вдоль дороги. Такой

способ увлажнения целесообразен на дорогах в зонах карьера, не подверженных

влиянию взрывов.

Эффективность использования воды ограничена из-за быстрого высыхания

дороги: защитное действие при температуре 15° С - 27° С составляет менее часа.

Поливка автомобильной дороги водой связана со значительными затратами.

Частая поливка разрушает полотно дороги и уменьшает срок его службы, что

приводит к преждевременному износу материальной части автомобилей,

увеличению тормозного пути и значительному снижению скорости движения

автомобилей.

Для борьбы с ветровой эрозией также применяется утрамбовывание и

орошение используемых карьерным транспортом дорог. Кроме того, во время

сильных порывов ветра транспортировка вскрышных пород и продуктов

обогащения может приостанавливаться [64].

2.2.7.1.5 Пылеулавливание

Пылеулавливание применяется на стадиях:

- буровзрывных работ;

- выемочно-погрузочных работ;

- при транспортировке угля конвейерным способом.

Пылеулавливающими установками оснащаются буровые станки, роторные

экскаваторы и ленточные конвейеры.

В технике пылеулавливания применяется большое число аппаратов

различного принципа действия, в основу классификации которых положены силы,

действующие на пылинки и отделяющие их от потока-носителя. По принципу

действия они разделяются на следующие виды:

- механические обеспыливающие устройства, в которых пыль отделяется

под силой тяжести (осадительные камеры);

- устройства, в которых отделение пыли происходит за счет сил инерции и

центробежных сил (инерционные, жалюзийные пылеуловители, циклоны);

- мокрые пылеуловители, в которых твердые частицы в газообразной среде

улавливаются жидкостью (трубы Вентури, ротоклоны, промывные камеры,

скрубберы);

- пенные аппараты;

121

- обеспыливающие устройства с фильтрующим материалом (тканевые

фильтры);

- электрические обеспыливающие устройства (электрофильтры).

В осадительных камерах пыль выпадает под действием силы тяжести при

существенном уменьшении скорости пылевого потока. В таких аппаратах тонкие

фракции пыли не задерживаются, поэтому они характеризуются низкой

эффективностью пылеудаления (в среднем 30 % - 40 %, реже - до 60 % [65]).

Кроме того, они громоздки и сложны для очистки. Поэтому пылеосадительные

камеры применяются только в качестве аппаратов предварительной очистки,

особенно при высокой начальной концентрации пыли (поскольку не имеют

ограничений по запыленности газа).

Инерционные пылеуловители основаны на резком изменении направления

движения пылевого потока, в результате чего частицы пыли соприкасаются с

поверхностями осаждения, теряют скорость и выпадают из газового потока.

Их используют для очистки газа от крупных частиц пыли и устанавливают перед

аппаратами тонкой очистки.

Жалюзийные пылеуловители обычно применяют для улавливания частиц

пыли крупнее 100 мкм. Несмотря на простоту конструкции и сравнительно с

другими аппаратами небольшую стоимость этим пылеуловителям необходима

дополнительная ступень очистки, как правило циклон. Кроме того, они

характеризуются интенсивным износом пластин и цементацией пылевых частиц на

пластинах.

Центробежные обеспыливающие устройства (циклоны) основаны на

действии центробежной силы на частицу. Сущность циклонного способа

пылеулавливания заключается в том, что запыленный газ вводят в направляющее

(закручивающее) устройство, в котором он приобретает вращательное или

вихревое движение и перемещается по нисходящей спирали. Твердые частицы,

взвешенные в потоке, под действием центробежной силы движутся к стенке

корпуса циклона, спускаются по ней вниз и выводятся из аппарата через

разгрузочное устройство (шлюз), не пропускающее газ. Движение очищенного

потока преобразуется внутри циклона во внутренний восходящий вихрь, который

выводится через выхлопной патрубок. Преимуществом циклонного способа

является устойчивость работы циклона при относительно высокой концентрации

пыли и приемлемой эффективности пылеудаления (до

% - 95 % [66]).

Циклонный способ пылеудаления является одним из самых распространенных.

Однако частицы размером меньше 5 мкм улавливаются циклоном плохо.

В целом эффективность пылеподавления мокрыми пылеуловителями

составляет 85 % - 95 % [65] (реже - до 99 % [66]). К числу аппаратов мокрого

пылеудаления относятся ротоклоны и трубы (скрубберы) Вентури. Ротоклон -

устройство, в котором пылеуловитель скомпонован в одном блоке с центробежным

вентилятором. В этом аппарате газ проходит через щелевые каналы (импеллеры),

образованные изогнутыми лопатками, нижняя часть которых опущена в жидкость.

При этом создается завеса из капель разбрызгиваемой жидкости. В этой завесе газ

охлаждается и очищается от пыли.

Из мокрых аппаратов относительно эффективным является скоростной

турбулентный промыватель - труба Вентури. В горловину трубы подается

122

тонкораспыленная вода. Высокие скорости газа в этой части трубы способствуют

тонкому измельчению воды, мелкие капельки которой движутся со скоростями,

очень близкими к скоростям пылевых частиц. Это обеспечивает высокий эффект

захвата и смачивания пылевых частиц. В диффузоре происходит адиабатическое

расширение смеси, за счет чего температура ее резко падает, происходит

конденсация паров влаги на поверхности частиц, которые объединяются в агрегаты

и выпадают из потока под действием силы тяжести в центробежном циклоне.

Скруббер Вентури может работать на оборотной воде, он малочувствителен к

колебаниям параметров газов.

Достаточно высокой эффективностью очистки газов от пыли обладают

пенные аппараты (их эффективность достигает 92 % - 99 % [65]). Принцип работы

пенных аппаратов заключается в следующем: если через слой воды, поступающей

на дырчатую или щелевую решетку, будет проходить газ в направлении снизу-

вверх, из слоя воды будет образовываться пена, состоящая из пузырьков газа и

капелек воды. В такой пене газ интенсивно перемешивается с капельками

жидкости. Охлаждение газа, очистка его от пыли и капельных примесей, а также

поглощение газообразных компонентов происходят более эффективно, чем в

аппаратах с использованием жидкости. Пенные аппараты являются более

дорогостоящими по сравнению с альтернативными способами пылеулавливания.

Высокой эффективностью очистки от промышленной пыли на сегодняшний

день обладают фильтры сухой очистки (рукавные, карманные, картриджные) на

основе тканевых материалов (в основном, синтетических - полиэстера, полиэфира,

полиамида и пр.). Фильтры сухой очистки работают на использовании сил инерции,

адгезии и броуновской диффузии. Газовый поток, двигаясь сквозь фильтрованную

ткань, огибает волокна, а крупные частицы по инерции движутся прямо,

сталкиваются с волокном и остаются на нем. Более мелкие частицы при проходке

через фильтрованную поверхность зацепляются, прилипая к волокнам ткани и

другим частицам, осевшим на них. При наличии электрических зарядов на

поверхности частиц действуют электрические силы. В тканевых фильтрах

образуется слой осевшей пыли на поверхности фильтровального материала, что

приводит к непрерывному увеличению аэродинамического сопротивления, снижая

пропускную способность фильтра. Для очистки фильтрующей ткани от пыли

предусмотрена ее регенерация путем механического встряхивания или продувки

материала противотоком сжатого воздуха. Главным достоинством этих фильтров

является высокая степень (99 % и более [65]) очистки, с остаточной концентрацией

не более

20 мг/м³. Промышленные тканевые пылеуловители могут иметь

различную форму, габариты, а также различное применение фильтровальных

рукавов, карманов или картриджей, работающих параллельно. Фильтрующую роль

могут выполнять различного вида фильтровальные материалы (хлопок, дакрон,

нитрон,

стекловолокно,

металлоткань,

полиэстер,

полиамид,

полифениленсульфид, мета-арамид и многие др.). Фильтры сухой очистки могут

работать при отрицательных температурах и со взрывоопасными материалами.

Большим плюсом данного оборудования является возможность возврата

уловленного материала обратно в технологический процесс без дополнительных

манипуляций по осушке (и прочее), а также уход от шламового хозяйства.

123

Процесс электростатического осаждения взвешенных заряженных частиц в

электрофильтре заключается в их перемещении в электрическом поле и осаждении

на электроде. Преимуществом электрофильтров является возможность получения

любой степени очистки (до 99 % и более [66]), но они характеризуются высокой

стоимостью и большими размерами. Кроме того, они непригодны для улавливания

взрывчатой пыли.

Таблица 13 - Усредненные показатели работы пылеулавливающих

аппаратов [65]

Размер

Запыленность газов

Эффективность

Пылеуловители

осаждаемых

на входе, г/м³

пылеулавливания, %

частиц, мкм

Осадительные камеры

Не ограничена

Более 100

30-40

Циклоны

До 400

Более 10

70-95

Мокрые

До 50

Более 2

85-95

пылеуловители

Пенные аппараты

До 300

Более 0,5

95-99

Фильтры рукавные

До 50-100

Более 0,1

98-99,99

Электрофильтры

До 50

Более 0,05

До 99,9

Пылеулавливание происходит обычно в несколько стадий: на первой

улавливается крупная буровая мелочь; на второй - грубодисперсная пыль, а на

третьей - тонкодисперсная пыль (менее 10 мкм).

Например, пылеулавливающее устройство бурового станка СБШ-200

включает пылеосадительную камеру, циклоны, рукавный фильтр. На буровых

станках СБШ-2М в качестве третьей ступени используется труба Вентури и

циклоны. В станках шарошечного и пневмоударного бурения используются

установки с высокоэффективным тканевым фильтром.

Для

станков

пневмоударного

бурения

типа БМК

разработана

пылеулавливающая установка УПП-5. Установка имеет 4 ступени очистки и состоит

из пылеприемника, бункера для отдельных крупных фракций, группового циклона,

гидравлического осадителя для улавливания тонкодисперсной пыли и вентилятора

высокого давления. При начальной концентрации пыли около

400 г/м³

коэффициент пылеочистки составляет 99,9 %.

Фильтровентиляционные установки роторных экскаваторов включают

фильтры, кондиционеры и циклоны. Система сухого пылеулавливания ленточного

конвейера может включать циклоны и фильтровальные установки сухой очистки

(карманные фильтры).

2.2.7.1.6 Предотвращение эрозии

Пылящими поверхностями на угольных разрезах, наряду с рабочими

площадками и автодорогами, являются поверхности отвалов и склады. Для

снижения пыления, а также для борьбы с эрозией этих поверхностей применяют

химические и биологические методы.

124

Химические методы

В целях пылеподавления на отвалах, хвостохранилищах и складах

необходимо поддерживать влажность верхнего слоя пылящих поверхностей, при

которой уровень пылевыделения будет несущественным. Для решения этой задачи

применяют те же методы, что и при обработке автодорог:

- орошение водой;

- обработка пылесвязующими веществами.

Орошение водой оказывает на процесс пылевыделения кратковременное

действие.

В качестве пылесвязующих веществ могут использоваться отходы

производства органических веществ, полимерные материалы (например,

лигносульфат), сульфитно-спиртовая барда, латексы, реагенты в твердом виде или

в виде жидкостей (хлористый натрий и кальций, полиакриламид, жидкое стекло).

Однако эти вещества применяются крайне редко, поскольку они являются

более дорогостоящими по сравнению с водой. Кроме того, их применение

способствует коррозии металла и приводит к вторичному загрязнению -

формированию загрязненных сточных вод и выделению вредных паров.

Биологические методы

Перспективным способом предотвращения пылеобразования является

озеленение нерабочих площадей (в том числе дамб хвостохранилищ, шламовых

отстойников). Несмотря на значительную трудоемкость этого метода, он

обеспечивает высокую эффективность и продолжительность пылезащиты.

Наиболее эффективным, быстрым и дешевым способом защиты отвалов от

пыления является гидропосев трав с помощью смеси, служащей одновременно и

питательной средой для семян и защитной пленкой, препятствующей

пылеобразованию. Смесь наносится при помощи поливочной машины,

переоборудованной для гидропосева. При решении данной задачи гидропосев

может дополняться мульчированием (так называемое гидромульчивание).

Срок действия противоэрозионных комплексов обычно составляет

6 мес. [67], но иногда может достигать 36 мес.

2.2.7.2 Очистка сточных вод

При добыче угля открытым способом образуются следующие виды сточных

вод:

- карьерные (формируются непосредственно в процессе производственного

процесса);

- хозяйственно-бытовые (формируются в административно-бытовых

корпусах);

- ливневые и производственные (формируются на территории

производственной площадки).

Способы очистки зависят от состава сточных вод и требований на сброс в

водный объект или передачу на использование. Очищенная вода частично

используется для технологических нужд предприятия (на обеспыливание),

неиспользованная отводится в реки или иные водные объекты.

125

Схемы очистки карьерных вод

Для очистки карьерных вод, как правило, используется механическая очистка

сточных вод на участках открытых горных работ (разрезы). Данная схема

аналогична схеме, используемой для очистки шахтных вод (см. 2.1.8.2.3), за тем

исключением, что на стадии предварительного отстаивания применяются

не шахтные водосборники, а зумпфы. Также отличием является то, что при

открытой добыче угля пруды-отстойники можно устраивать непосредственно в

пространстве угольного разреза при наличии соответствующего разрешения.

В ряде случаев, когда ассимилирующая способность водных объектов

исчерпывается предприятиями, расположенными выше и ниже по течению, а также

если это позволяет экономика предприятий или имеются дополнительные меры

государственной поддержки, то может быть реализована физико-химическая

доочистка сточных вод (см. 2.1.8.2.3).

Тонкая очистка сточных вод, основанная на использовании ионообменных

или мембранных технологий, крайне редко применяется на предприятиях по

добыче угля открытым способом из-за жестких требований к качеству исходной

воды, высокой стоимости применения кислот и щелочей для промывки и

значительных объемов образования сточных вод.

Исполнение очистных сооружений может быть стационарным (в здании) или

передвижным (в контейнерах). При производительности более

50-100 м³/ч

целесообразно возводить очистные сооружения в здании.

Схемы очистки хозяйственно-бытовых вод

Состав хозяйственно-бытовых сточных вод при добыче угля схож со

сточными водами, принимаемыми в централизованные системы водоотведения

населенных пунктов (ЦСВ). В этой связи, как правило, предусматривается

выгребная яма с передачей хозяйственно-бытовых стоков в систему ЦСВ.

В отдельных регионах, расположенных на значительном удалении от крупных

населенных пунктов, целесообразно предусматривать строительство локальных

очистных сооружений, включающих системы механической и биологической

очистки (см. 2.1.8.2.3).

Схемы очистки ливневых и производственных вод

Как правило, ливневые сточные воды с территории промплощадки,

производственные воды с базы автотранспорта, дизелевозного депо и складов

горюче-смазочных материалов поступают в ЦСВ. Стоки на участках открытых

горных работ после механической очистки от взвешенных веществ и удаления

нефтепродуктов на локальных очистных сооружениях используются на

технологические нужды (оборотная или бессточная схема водоснабжения) либо

для полива зеленых насаждений или передаются в ЦСВ.

Схема очистки данного вида сточных вод состоит из следующих стадий:

- усреднение различных видов поступающих сточных вод (применяется

усреднитель);

- механическая очистка (см. выше), совмещаемая с фильтрующими

массивами и удалением нефтепродуктов (например, с помощью нефтеловушки или

боновых фильтров);

- фильтрация (применяются засыпные фильтры);

- обеззараживание (осуществляется УФ-обработка);

126

- накопление очищенных вод в специальной емкости.

В отдельных случаях очистные сооружения дополнительно оборудуются

установками типа:

- «ШЕМФ-20», «ШЕМФ-40», в которых отделяются нефтепродукты и

взвешенные вещества, затем вода проходит через блок фильтров и

обеззараживается бактерицидными установками;

- «Свирь-10У», в состав которой входит пескоотделитель, отстойники и

фильтры из гранул пенополистирола.

2.2.7.3 Обращение с отходами недропользования и отходами

производства ²⁷⁾

В процессе открытой добычи угля формируются значительные объемы

отходов. Если отсортировать все виды отходов угольных разрезов по массе, то

первые места с большим отрывом будут заняты вскрышными породами: на них

приходится около 99,99 % всей массы отходов. При этом вскрышные породы

являются наименее опасным видом отходов: они относятся к V классу опасности

(практически неопасные отходы). В подземной добыче угля доминируют

вмещающие породы (в среднем более 90 % массы), которые также относятся к V

классу опасности.

К остальным видам отходов, формирующихся на угольных разрезах и

шахтах, относятся: золошлаковая смесь, лом черных металлов, отработанные

покрышки, твердые бытовые (коммунальные) отходы, отработанные масла и т. д.

Эти отходы являются более опасными. В частности, ртутные, ртутно-кварцевые и

люминесцентные лампы относятся к I (наивысшему) классу опасности. Однако их

утилизация практически во всех случаях не осуществляется угледобывающими

предприятиями, они передаются для утилизации специализированным

организациям. Кроме того, эти виды отходов не являются специфичными для

угольной отрасли: они формируются и во многих других отраслях промышленности

и экономической деятельности.

Следовательно, в контексте определения НДТ целесообразно

рассматривать лишь специфичные отходы, представленные вскрышными и

вмещающими породами.

В соответствии с российским законодательством вскрышные и вмещающие

породы попадают под регулирование двух федеральных законов: Закона

Российской Федерации от 21 февраля 1992 г. N 2395-I «О недрах» (далее - Закон

о недрах) и Федерального закона от 24 июня 1998 г. N 89-ФЗ «Об отходах

производства и потребления» (далее - Закон об отходах) в редакции Федерального

закона от 14 июля 2022 г. № 343-ФЗ «О внесении изменений в Закон Российской

Федерации «О недрах» и отдельные законодательные акты Российской

Федерации». В зависимости от порядка и сроков использования вскрышных и

вмещающих пород в производственном процессе они могут рассматриваться как

отходы недропользования и как отходы производства и потребления. Правовой

²⁷⁾ Данный пункт является общим для подразделов «Добыча подземным способом» и «Добыча от-

крытым способом».

127

статус вскрышных и вмещающих пород подробно рассмотрен в ИТС-16

«Горнодобывающая промышленность. Общие процессы и методы».

2.2.7.3.1 Обращение с отходами недропользования

В соответствии с Законом о недрах отходы недропользования делятся на две

группы:

- отходы недропользования, не включающие вскрышные и вмещающие

породы (шламы, хвосты обогащения полезных ископаемых и иные отходы

геологического изучения, разведки, добычи и первичной переработки

минерального сырья, содержащие полезные ископаемые и полезные компоненты

или не содержащие их), использование которых регулируется статьей 23.4 Закона

о недрах;

- вскрышные и вмещающие породы, использование которых регулируется

статьей 23.5 Закона о недрах.

Особенности обращения с отходами недропользования, которые не

включают вскрышные и вмещающие породы (для угольной промышленности это в

первую очередь хвосты обогащения), подробно описаны ниже в разделе 2.3.10.3.

Согласно статье 23.5 Закона о недрах вскрышные и вмещающие породы не

являются отходами производства и потребления (вне зависимости от факта их

включения в федеральный классификационный каталог отходов), за исключением

случаев, указанных в разделе 2.2.7.3.2. Вскрышные и вмещающие породы могут

быть использованы недропользователем следующим образом:

1) для добычи полезных ископаемых и полезных компонентов;

2) для собственных производственных и технологических нужд;

3) для ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных с

пользованием недрами;

4) для рекультивации земель;

5) для ведения горных работ;

6) для передачи иному пользователю недр в целях использования таким

пользователем передаваемых вскрышных и вмещающих горных пород для

собственных производственных и технологических нужд, ликвидации горных

выработок и иных сооружений, связанных с пользованием недрами, рекультивации

земель в объеме, предусмотренном для выполнения соответствующих работ в

технических проектах или иной проектной документации на выполнение таких

работ;

7) для передачи иному лицу в целях использования таким лицом

передаваемых вскрышных и вмещающих горных пород для собственных

производственных и технологических нужд, не связанных с осуществлением

пользования недрами.

Порядок и сроки использования вскрышных и вмещающих пород

недропользователем, устанавливаются утверждёнными техническими проектами.

Вскрышные и вмещающие породы угольных месторождений могут

использоваться различными способами. В частности, породы с низким

содержанием воды могут направляться на закладку пространств, выработанных в

процессе добычи угля и на рекультивацию земельных участков. Закладка и

128

рекультивация могут проводиться только после того, как на определенном участке

разреза добычные работы были окончательно завершены.

Также вскрышные и вмещающие породы могут направляться на

производство строительных материалов. Строительные материалы из отходов

недропользования могут быть использованы прямо на предприятии (например, для

возведения дамб хвостохранилищ) либо могут быть направлены на продажу.

Однако этот способ использования отходов характеризуется двумя важными

недостатками. Во-первых, объемы образования вскрышных и вмещающих пород

крайне велики: в России на угольных разрезах за год формируется несколько сотен

миллионов тонн в год. Это значительно превышает потребности внутреннего рынка

в стройматериалах, которые можно произвести из этих пород. Во-вторых,

вскрышные и вмещающие породы являются низкокачественным строительным

сырьем - в частности, они не характеризуются гомогенным составом. В связи с

этим из этих пород можно произвести лишь достаточно низкокачественные

стройматериалы, область применения которых достаточно ограничена.

Отходы добычи и обогащения угля содержат определенное количество

гуминовых веществ, которые являются основой гуминовых препаратов и могут

служить для производства гуминовых удобрений. Эти препараты и удобрения

улучшают физические свойства почв и способствуют накоплению гумуса. Однако

извлечение гуминовых веществ требует определенной химической переработки.

В частности, для извлечения гуминовых кислот из бурого угля необходимо

провести центрифугирование, осаждение, экстракцию и ряд промежуточных

этапов [68]. При этом значительная часть угля остается в виде отходов. Кроме того,

гуминовые удобрения и препараты не являются незаменимыми: они вполне

заменимы определенными видами минеральных и органических веществ.

В соответствии со статьей 23.5 Закона о недрах, вскрышные и вмещающие

породы размещаются в специальных отвалах, не имеющих статус объектов

размещения отходов. Влажные породы перед размещением в отвалах могут

подвергаться предварительному обезвоживанию. Отвалы в процессе эксплуатации

требуют осуществления мер по защите от ветровой эрозии.

2.2.7.3.2 Обращение с отходами производства

В соответствии со статьей 23.5 Закона о недрах, в ряде случаев вскрышные

и вмещающие породы могут быть признаны отходами производства, в том числе:

1) в случае их неиспользования в целях, перечисленных выше в разделе

2.2.7.3.1

- со дня истечения срока их использования, установленного

утвержденными техническими проектами, иной предусмотренной Законом о недрах

проектной документацией и (или) проектом рекультивации земель;

2) в случае, если лицо, право пользования недрами которого было досрочно

прекращено в соответствии со статьей 20 Закона о недрах, не приступило к их

использованию для ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных

с пользованием недрами, рекультивации земель (за исключением случая

предоставления участка недр, право пользования которым было досрочно

прекращено, в пользование иному лицу по основаниям, предусмотренным статьей

Закона о недрах) - со дня истечения одного года со дня досрочного прекращения

129

прав пользования недрами, при осуществлении пользования которыми были

образованы вскрышные и вмещающие породы;

3) в случае, если лицо, право пользования недрами которого было досрочно

прекращено в соответствии со статьей 20 Закона о недрах, не использовало весь

накопленный объем вскрышных и вмещающих горных пород (за исключением

случая предоставления участка недр, право пользования которым было досрочно

прекращено, в пользование иному лицу по основаниям, предусмотренным статьей

10.1 Закона о недрах) - со дня истечения пяти лет со дня досрочного прекращения

прав пользования недрами, при осуществлении пользования которыми они были

образованы.

В вышеперечисленных случаях, вскрышные и вмещающие породы,

образуемые при разработке месторождений угля, подлежат утилизации как отходы

производства и должны размещаться в отвалах, имеющих статус объектов

размещения отходов. Использование таких отходов для ликвидации горных

выработок, рекультивации земель и иными способами не предусматривается.

2.2.7.3.3 Предварительная обработка размещаемых пород

Предварительная сортировка отходов производства и отходов

недропользования позволяет отделить потенциально полезную продукцию от

отходов, подлежащих окончательному захоронению. Это также позволяет

сократить объем окончательно захораниваемых отходов. Кроме того, отделение

инертных отходов от опасных (например, размещение которых может привести к

формированию кислотных стоков) позволяет сократить объем работ, связанных с

утилизацией опасных отходов.

Обезвоживание может применяться для подготовки пастообразной смеси,

размещаемой в выработанных пространствах.

Физико-химические меры могут применяться для снижения опасности

определенных видов отходов. Например, десульфуризация позволяет снизить

опасность формирования кислотных стоков [69].

2.2.7.3.4 Отвалообразование

Отвалообразование - это технологический процесс размещения вскрышных

пород, удаляемых при разработке месторождений полезных ископаемых открытым

способом. Удаляемые пустые породы размещаются на отвалах - специально

отведенных площадках. Совокупность отвалов и сопутствующих технических

устройств, средств механизации представляет собой отвальное хозяйство.

Отвалы могут быть сформированы как на ровной площадке, так и на склонах,

а также в искусственных или естественных (оврагах) выемках. По месту

расположения отвалы подразделяются на внутренние (располагаются в

выработанном пространстве разреза), внешние (располагаются за пределами

контура карьера (горного отвода)) и комбинированные.

Внутренние отвалы можно создавать только на месторождениях с углом

падения пластов менее 12°. Для формирования подобных отвалов применяют

драглайны с вместимостью ковша 25-80 м³ и длиной стрелы до 100 м, а также

механические лопаты с вместимостью ковша 35 м³ и длиной стрелы до 65 м.

130

Внешние отвалы организуются на наклонных и крутонаклонных

месторождениях. Для складирования пород на них используются механические

лопаты, драглайны, отвальные плуги, абзетцеры и бульдозеры.

Для осуществления отвальных работ могут применяться различные

средства механизации: отвальные плуги, одноковшовые экскаваторы, бульдозеры,

скипы, скреперы, абзетцеры, консольные отвалообразователи, транспортно-

отвальные мосты.

Отвалообразование с помощью плуга состоит в сбрасывании вниз с

отвального откоса породы, разгруженной из думпкаров, с последующей

планировкой поверхности отвала. Данный вид отвальных работ отличается

использованием простого оборудования невысокой стоимости. Однако он

позволяет создавать лишь невысокие отвалы небольшой емкости, что требует

регулярной передвижки рельсовых путей. Кроме того, он пригоден только для

складирования скальных и полускальных пород.

Отвалообразование с помощью одноковшового экскаватора обычно

заключается в формировании уступа высотой 10-40 м, разделенного на два

подуступа. Экскаватор размещается на кровле верхнего подуступа, на которой

расположен железнодорожный (или автомобильный) путь. Порода разгружается из

думпкаров в приемную яму (вместимостью 200-300 м³). Экскаватор переваливает

породу из ямы вперед по ходу, в сторону под откос и назад, создавая при этом

заходку. Подобный метод отвалообразования обеспечивает высокую приемную

способность отвального тупика и требует достаточно ограниченного масштаба

путевых работ. С другой стороны, он требует закупки относительно дорогостоящего

оборудования (экскаваторов) и обеспечивает небольшой фронт разгрузки вагонов.

Формирование внутренних отвалов с помощью экскаваторов может

осуществляться в рамках бестранспортной системы разработки.

При

транспортировке

породы

автомобильным

транспортом

отвалообразование обычно осуществляется бульдозерами. При использовании

данного метода самосвалы разгружаются в 3-5 м от бровки отвальной площадки

(оптимальная длина которой составляет 45-50 м), а бульдозеры перемещают

породу к самой бровке. Также бульдозеры осуществляют профилирование

автодорог. Высота бульдозерного отвала составляет от 10-15 м для глин и

суглинков до 25-30 м для скальных пород. Бульдозерное отвалообразование

отличается низкой капиталоемкостью.

Для формирования отвалов может применяться оборудование

непрерывного действия: абзетцеры, консольные отвалообразователи и

транспортно-отвальные мосты.

Абзетцер представляет собой специализированный для образования

отвалов многоковшовый экскаватор. Отвалообразование с помощью абзетцера

включает разгрузку думпкаров в приемную траншею, копание породы из траншеи и

перемещение ее в отвал, планировку отвала и передвижку транспортных путей.

При транспортировке породы конвейерным транспортом отвалообразование

может осуществляться консольными отвалообразователями. Подобные

механизмы представляют собой транспортерную ленту, пригодную для установки

на различных шасси.

131

Транспортно-отвальный мост представляет собой массивный механизм,

способный напрямую перемещать породу от экскаваторов в отвалы по

кратчайшему пути. Мост состоит из забойной и отвальной металлических ферм с

ленточным конвейером. Длина моста может достигать 500 м.

Во избежание размыва и формирования кислотных стоков отвалы должны

быть снабжены системами водоотвода. Собранная вода может быть направлена

либо в хвостохранилища, либо на иные технические нужды предприятия, либо

может быть сброшена в водоемы (возможно, после определенной очистки) [69].

В настоящее время в России действует приказ Ростехнадзора от 27.11.2020

№ Пр-469 «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной

безопасности «Инструкция по предупреждению экзогенной и эндогенной

пожароопасности на объектах ведения горных работ угольной промышленности».

Согласно данной инструкции предупреждение самовозгорания должно

обеспечиваться следующим образом:

- формирование породных отвалов без выступов в угловых частях, придание

породным отвалам округлой формы (создание плавного перехода между

сторонами породного отвала, между откосами и горизонтальными частями);

- выполаживание откосов породных отвалов (угол откоса не должен

превышать 20°-25°);

- уплотнение отвальной массы специальными или транспортными

средствами, высота уплотняемого слоя не должна превышать 0,5-1,0 м;

- создание

плотных

воздухонепроницаемых

породных

отвалов,

формируемых послойным складированием пород и их последующее уплотнение,

заиливание или перекрытие слоев складированной породы негорючими

(изолирующими) материалами;

- формирование противопожарного барьера на сопряжении горящего и не

горящего породных отвалов - отрезной траншеи до почвы породного отвала

шириной не менее 5 м и заполнение ее изолирующими материалами;

- снижение при добыче и обогащении полезного ископаемого содержания

горючих веществ в горной массе, направляемой на складирование в породные

отвалы.

При отсыпке плоских породных отвалов толщина слоя пород не должна

превышать:

- 1,0 м - на породном отвале разреза, шахты;

- 0,75 м - на породном отвале, общем для разреза, шахты или фабрики;

- 0,5 м - на породном отвале обогатительной фабрики.

Первый ярус породного отвала должен формироваться от границы

породного отвала к центру. Высота первого яруса породного отвала не должна

превышать 10 м, угол внешнего откоса - 20-25°. Внешний откос породного отвала

и бермы на

5-8 м должны быть уплотнены и перекрыты изолирующими

материалами слоем толщиной не менее 0,3 м. Изоляция откосов и берм должна

производиться глиной, суглинком, песком, инертной пылью, охлажденной золой

котельных установок, перегоревшей охлажденной породой отвалов, отходами

камнедробильных производств.

Верхняя отметка породного отвала должна быть на 0,5-1,0 м ниже земной

поверхности окружающего рельефа. Поверхность породного отвала планируют,

132

уплотняют и перекрывают изолирующими материалами слоем мощностью не

менее 1,0 м.

2.2.7.3.5 Ликвидация горных выработок и рекультивация земельных

участков

Вскрышные породы (как и вмещающие, пустые породы и сухие продукты

обогащения) могут быть размещены в выработанных пространствах

угледобывающих предприятий, на участках, где прекращена добыча угля. Кроме

того, в этих же пространствах в некоторых случаях размещаются отходы прочих

производств (например, металлургических заводов) или горные породы с низким

содержанием полезного компонента [64]. Кроме того, вскрышные породы (как и их

аналоги) могут использоваться для рекультивации земельных участков.

Ликвидация горных выработок (закладка выработанного пространства)

производится в целях:

- облегчения рекультивации (по сравнению с возведением отвалов);

- снижения риска разрушения отвала.

Существует пять типов закладки выработанного пространства:

- сухая (dry backfill);

- твердеющая (cemented backfill);

- гидравлическая (hydraulic backfill);

- пастообразная (paste backfill);

- пневматическая (pneumatic backfill).

Сухая закладка предполагает размещение неотсортированных вскрышных

пород, продуктов обогащения и прочей продукции с естественной влажностью.

Обычно она осуществляется автомобильным или конвейерным транспортом.

Твердеющая закладка обычно состоит из отсортированных или

неотсортированных вскрышных пород (или продуктов обогащения), смешанных с

цементом или угольной золой. Подобное смешивание обеспечивает повышение

сцементированности закладываемой массы. Данный способ закладки может

предполагать, как предварительное смешивание исходных продуктов в

специальных бункерах, так и заливку размещенной породы цементирующим

веществом.

Гидравлическая закладка требовательна к структуре используемых

материалов. Она может состоять или из частично обезвоженной пульпы (с долей

твердого вещества

% - 70 %), или из естественных песчаных пород.

Обезвоженная пульпа должна пройти через гидроциклоны, где осаждается

мелкодисперсная фракция, непригодная для закладки по причине низкой

дренирующей способности. Песчаные породы должны пройти сортировку для

удаления негабаритных частиц, которые могут нарушить структуру закладки,

сформировать в ней полости. Подготовленная смесь подается с помощью насосов

и труб в выработанное пространство. Гидравлическая закладка может

подвергаться последующему цементированию.

Пастообразная закладка состоит из мелкодисперсного материала с

содержанием твердых частиц более 70 %. Частицы с диаметром менее 20 мкм

должны составлять не менее 15 % массы закладываемого материала. Плунжерные

133

насосы, пригодные для перекачки бетонной смеси, способны транспортировать

пастообразную смесь для закладки.

Пневматическая закладка применяется в случаях, например, когда

применение гидравлической закладки может привести к развитию водной эрозии.

2.3 Обогащение угля

Важным показателем, определяющим приоритетную схему обогащения угля,

является его обогатимость, которая характеризует способность добытого угля к

разделению на продукты различного качества. Показатель обогатимости

рассчитывают, как отношение выхода фракций промежуточного продукта

(промпродукта) к выходу беспородной массы (концентрата) по результату процесса

обогащения. К промпродукту относят фракции плотностью от

1400-1500 до

1800 кг/м³ для каменного угля и 1800-2000 кг/м³ для антрацитов. В зависимости от

значения показателя обогатимости каменные угли и антрациты относят к четырем

категориям: от легкой (показатель обогатимости

%) до очень трудной

(показатель обогатимости >15 %) [71].

В зависимости от обогатимости угля, добытого на определенном

месторождении, применяют различные методы обогащения (Таблица 14).

Гравитационное обогащение сухим способом применяется в редких случаях,

поскольку он пригоден лишь при обогащении легкообогатимого угля с крупностью

кусков не более 80 мм, при этом образуются большие объемы пыли, которую

необходимо улавливать. Применение сухого обогащения целесообразно лишь по

отношению к углю с содержанием внешней влаги 3 % - 5 %, иначе потребуется

подсушка. Даже в таких условиях при сухом обогащении наблюдается низкая

эффективность по сравнению с мокрым процессом.

Мокрое гравитационное обогащение является наиболее универсальным и

широко распространенным способом. Отсадка применяется преимущественно для

легкообогатимого угля, а обогащение в тяжелых средах - для труднообогатимого.

Флотация применяется исключительно для обогащения угольных шламов

(например, подрешеточного продукта) - мелкодисперсных частиц с крупностью

обычно менее 0,5 мм. Электрическая сепарация и прочие методы применяются

крайне редко.

Таблица 14 - Основные способы обогащения угля и их применимость

Способ обогащения

Применимость способа

Гравитационное обогащение

Легкообогатимый уголь с малой крупностью

сухим способом

кусков (до 80 мм) и 3 % - 5 % внешней влаги

Гравитационное обогащение

Все виды угля

мокрым способом

Отсадка

Легкообогатимый уголь

Обогащение в тяжелых средах

Труднообогатимый уголь

Флотация

Угольный шлам (<0,5 мм)

134

Подготовка товарной

Приём и углеподготовка

Обогащение угля (по методам)

продукции

2. Подготовительные

6. Обезвоживание

1. Приём угля

3. Гравитационное обогащение

процессы

3.1. Обогащение в тяжелых

6.1. Дренирование

Разгрузка ж/д

2.1. Дробление и

средах

п/вагонов

измельчение

6.2. Центрифугирование

3.2. Обогащение отсадкой

2.2. Сортировка сырья по

6.3. Сгущение

Разгрузка грузовых

3.3. Обогащение в струе воды

крупности

автомашин

- Грохочение

6.4. Фильтрация

3.4 Противоточная сепарация

- Классификация

- Обесшламливание угля

6.5. Сушка

Разгрузка прочих

3.5. Обогащение шламов в

транспортных

гидросайзерах

средств

3.6. Сухое (пневматическое)

4. Флотация

5. Специальные методы

обогащения

9. Контроль качества угля

10. Природоохранные технологии

10.1 Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха

10.2. Очистка оборотных и сточных вод

10.3. Обращение с отходами производства

Условные обозначения

Углеподготовка

Описание этапа (подэтапов) техпроцесса

Этап технологического процесса

6. Обезвоживание

1.2 Сортировка сырья по крупности

Подэтап технологического процесса

- Грохочение

- Классификация

Классификация подэтапов техпроцессов

- Обесшламливание угля

Направление производственного процесса

Рисунок 6 - Общая схема технологического процесса обогащения угля

Таблица 15 - Основные этапы обогащения угля

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Пыль

Устройства для передвижки

неорганическая

вагонов,

Выбросы от ДВС

Горная масса,

вагоноопрокидыватели,

(углерода оксид,

моторное топливо,

Прием угля

Горная масса

рыхлители,

азота диоксид,

электроэнергия

железоотделители,

азота оксид, серы

погрузчики

диоксид, сажа

и т. д.)

Питатели, дробилки,

Пыль

Горная масса,

Подготовительны

Классифицированный

классификаторы, грохоты,

неорганическая

электроэнергия, вода

е процессы

уголь, шлам

гидроциклоны

Сточные воды

Горная масса

Рядовой уголь,

Пыль

2.1

Дробление

(раздробленная или

Питатели, дробилки

электроэнергия

неорганическая

измельченная)

Сортировка

Пыль

Рядовой уголь,

Классифицированный

Классификаторы, грохоты,

2.2

сырья по

неорганическая

электроэнергия, вода

уголь, шлам

гидроциклоны

крупности

Сточные воды

Классифицированный

2.2.1

То же

Грохочение ²⁸⁾

Грохоты

То же

уголь, шлам

Классификаторы,

2.2.2

То же

Классификация

То же

гидроциклоны

Обесшламливани

2.2.3

То же

е угля

²⁸⁾ Грохочение также применяется на последующих этапах технологического процесса для обезвоживания и подготовки угольного концентрата к отгрузке.

Продолжение таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Классифицированный

Угольный концентрат

Пыль

уголь, электроэнергия,

(влажный продукт),

Сепараторы, отсадочные

неорганическая

вода ²⁹⁾,

Гравитационное

промпродукт (влажный

машины, концентрационные

Сточные воды

вспомогательные

обогащение

продукт),

столы, шлюзы, желоба,

Отходы

продукты (магнетит),

вспомогательные

насосы, гидроциклоны

обогащения

вода

продукты (магнетит)

Классифицированный

Тяжелосредные сепараторы,

Сточные воды

уголь, электроэнергия,

Обогащение в

3.1

То же

тяжелосредные гидроциклоны

Отходы

суспензия (магнетит,

тяжелых средах

насосы

обогащения

вода, воздух), вода

Обогащение

Угольный концентрат

Классифицированный

Сточные воды

отсадкой

(влажный продукт),

3.2

уголь, электроэнергия,

Отсадочные машины, насосы

Отходы

(не применяется

промпродукт (влажный

вода

обогащения

для шламов)

продукт)

Концентрационные столы,

Обогащение в

шлюзы, желоба, винтовые

3.3

То же

наклонно

То же

сепараторы, насосы,

текущем потоке

сепараторы противоточные

Пыль

Сухой

Сухое

Угольный концентрат,

Сепараторы, отсадочные

неорганическая

3.4

классифицированный

обогащение

промпродукт, порода

машины

Отходы

уголь, электроэнергия

обогащения

²⁹⁾ Здесь и далее, если не уточняется, имеется в виду смесь оборотной воды и добавочной (свежей) воды по ГОСТ 17321-2015 «Уголь. Обогащение.

Термины и определения» [25].

Продолжение таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Сточные воды

Шлам,

Угольный концентрат

(включая

электроэнергия, вода,

(пульпа), промпродукт

Флотационные машины,

Флотация (только

флокулянты и

воздух, реагенты

(влажный продукт),

насосы, станция

для шламов)

прочие реагенты)

(в том числе

порода (влажный

приготовления флокулянтов

Отходы

флокулянты)

продукт)

обогащения

Амальгаматоры, сита,

магнитные и термомагнитные

сепараторы,

аэросуспензионные,

электростатические,

Классифицированный

Пыль

Специальные

коронные, диэлектрические,

уголь, шлам,

Угольный концентрат,

неорганическая

методы

трибоадгезионные,

электроэнергия,

промпродукт, порода

Отходы

обогащения

комбинированные,

масляные реагенты

обогащения

рентгенометрические

сепараторы, сепараторы

обогащения по форме,

трению и объемной прочности

и т. д.

Угольный концентрат

(влажный продукт),

Грохоты, элеваторы,

Пыль

промпродукт (влажный

Обезвоживание,

Обезвоженный

центрифуги, отстойники,

неорганическая

продукт), порода

сгущение, сушка

угольный концентрат

фильтры, сушильные

Сточные воды

(влажный продукт),

аппараты, насосы

электроэнергия

Продолжение таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Угольный концентрат

(влажный продукт),

Угольный концентрат,

6.1

порода (влажный

Дренирование

Грохоты, элеваторы

Сточные воды

промпродукт, порода

продукт),

электроэнергия

Угольный концентрат

(влажный продукт),

Центрифугирова

Угольный концентрат,

6.2

промпродукт (влажный

Центрифуги

Сточные воды

ние

промпродукт

продукт),

электроэнергия

Угольный концентрат

6.3

(пульпа),

Сгущение

Угольный концентрат

Отстойники

Сточные воды

электроэнергия

Угольный концентрат,

промпродукт,

Фильтр-прессы, вакуум-

6.4

Фильтрация

промпродукт,

Сточные воды

сгущенная пульпа,

фильтры, гипербарфильтры

сгущенная пульпа

электроэнергия

Угольный концентрат,

Пыль

Угольный концентрат,

Барабанные сушилки, трубы-

6.5

промпродукт, шлам,

Сушка

неорганическая

промпродукт, шлам

сушилки, прочие сушилки

электроэнергия

Сточные воды

Продолжение таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Прессы (ударные, валковые,

Угольный концентрат,

вальцовые, шнековые),

промпродукт, шлам,

Угольные брикеты,

экструдеры, гомогенизаторы,

Пыль

продукты сгущения,

Брикетирование

промпродукт, шлам,

конвейеры, дозаторы,

неорганическая

электроэнергия, тепло,

продукты сгущения

мешалки, сушильные

Сточные воды

пар, связующие

аппараты, бункеры, грохоты,

вещества

питатели, насосы

Пыль

неорганическая

Угольный концентрат,

Товарный уголь

Штабелеукладчики, дробилки,

Выбросы от ДВС

промпродукт,

Складирование и

(отсортированный по

погрузчики, грохоты,

(углерода оксид,

моторное топливо,

отгрузка угля

классам крупности и

экструдеры, конвейеры,

азота диоксид,

электроэнергия

иным параметрам)

толкатели, питатели, весы

серы диоксид,

сажа, азота оксид

и т. д.)

Пыль

Проборазделочные машины,

неорганическая

Угольный концентрат,

Товарный уголь

калориметры, влагомеры,

Выбросы от ДВС

промпродукт,

Контроль

(отсортированный по

анализаторы зольности, серы

(углерода оксид,

моторное топливо,

качества угля

классам крупности и

и углерода, анализаторы

азота диоксид,

электроэнергия

иным параметрам)

термогравиметрические,

серы диоксид,

пластометрические аппараты

сажа, азота оксид

и т. д.)

Продолжение таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Пылеулавливающие

Воздух с пониженной

установки, водно-шламовое

концентрацией пыли,

хозяйство, отстойники,

Пыль, оборотные и

осветленная оборотная

установки для хлорирования

Пыль

сточные воды, хвосты

Природоохранны

вода, шлам, очищенные

воды, биоокислительные

неорганическая

обогащения,

е технологии

сточные воды, хвосты

каналы, нефтеловушки,

Сточные воды

электроэнергия, вода

обогащения в

отвалообразователи,

гидроотвалах и отвалах

автосамосвалы, бульдозеры,

погрузчики, конвейеры

Предотвращение

Пыль

Пыль, электроэнергия,

загрязнения

Воздух с пониженной

Пылеулавливающие

10.1

неорганическая

вода

атмосферного

концентрацией пыли

установки

Сточные воды

воздуха

Оборотные воды,

Осветление

Осветленная оборотная

10.2.1

Водно-шламовое хозяйство

электроэнергия

оборотных вод

вода, шлам

Отстойники, установки для

Сточные воды,

Очистка сточных

Очищенные сточные

хлорирования воды,

10.2.2

Сточные воды

электроэнергия

вод

воды

биоокислительные каналы,

нефтеловушки

Окончание таблицы 15

Этап процесса

Основное технологическое

№

Входной поток

Выходной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Пыль

неорганическая

Выбросы от ДВС

(углерода оксид,

Обращение с

Хвосты обогащения,

Отвалообразователи,

азота диоксид,

отходами

Хвосты обогащения в

10.3

электроэнергия,

автосамосвалы, бульдозеры,

серы диоксид,

недропользовани

гидроотвалах и отвалах

моторное топливо

погрузчики, конвейеры

сажа, азота оксид

и т. д.)

Сточные воды

Отходы

обогащения

Примечание: ТО/ТР - техническое обслуживание и ремонт

Таблица 16 - Основное оборудование, используемое при обогащении угля

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³⁰⁾

Устройства для передвижения

Маневровые операции при

Максимальное тяговое усилие (мощность

вагонов (локомотив, толкатель,

разгрузке и погрузке

дизельных двигателей): около 2 тыс. л. с. (по

устройство маневровое)

железнодорожных полувагонов

данным тех. литературы)

Разгрузка железнодорожных

Грузоподьемность: до 110 т

Вагоноопрокидыватель

полувагонов

Производительность: 1000-1860 т/ч

Рыхление слежавшихся или

Производительность: 60-240 т/ч (по данным тех.

Рыхлитель

смерзшихся грузов

литературы)

³⁰⁾ По умолчанию - по данным анкет.

Продолжение таблицы 16

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³¹⁾

Глубина зоны извлечения: до 270 мм (по данным

Удаление ферромагнитных

Железоотделитель

анкет), до 700 мм (по данным тех. литературы)

предметов из разгруженного угля

Масса извлекаемых предметов: до 40 кг

Производительность сепаратора для

Барабанный магнитный

Регенерация суспензии

регенерации суспензии по исходному материалу:

(электромагнитный) сепаратор

270-400 м³/ч

Подготовительная классификация

углей (подготовительное

Производительность: 16-1600 т/ч

грохочение)

Размер загружаемого материала: до 250 мм

Отмывка от магнетитовой суспензии

Грохот (сортировочная установка)

Размеры рабочей поверхности: до 36 м²

и обезвоживание крупного

Эффективность: 70 % - 98 % (по данным тех.

концентрата, промпродукта, породы

литературы)

Обесшламливание и разделение

товарных классов углей

Отделение негабаритов и крупных

Барабанный грохот-дробилка

посторонних предметов

Производительность по питанию: до 1000 т/ч

(предварительное грохочение)

Производительность: 10-1000 т/ч (по данным

Установка дробильно-

Дробление и сортировка углей по

тех. литературы)

сортировочная

крупности

Мощность: 15-2600 кВт (по данным тех.

литературы)

Классификация углей (сортировка

Крупность поступающего угля: до 3 мм (по

Классификатор

по крупности)

данным тех. литературы)

³¹⁾ По умолчанию - по данным анкет.

Продолжение таблицы 16

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³²⁾

Крупность поступающих кусков угля: до 600 мм

Дробление угля

Дробилка

Крупность дробленного продукта: 100-150 мм

Получение товарных классов углей

Производительность: до 400 т/ч

Перегрузка угля из бункеров на

Перегружатель

конвейеры

Равномерная подача горной массы

Производительность: 275-1100 м³/ч

Питатель

из бункера в основное

Крупность загружаемого материала: до 1200 мм

оборудование.

Ширина полотна: до 2400 мм

Перемещение рядовых углей в

корпус обогащения

Производительность: до 1920 т/ч

Конвейер

Перемещение товарных классов

Ширина ленты: до 2000 мм

углей и отходов

Производительность: до 750 т/ч

Сепаратор тяжелосредный

Обогащение

Крупность материала: до 300 мм

Обогащение угля.

Классификация угольного шлама.

Производительность: до 11200 м³/ч

Гидроциклон

Сгущение отходов магнитной

Диаметр: до 380 мм

сепарации

Отсадочная машина

Обогащение

Производительность: до 800 т/ч

Концентрационный стол, шлюз,

Обогащение

желоб, винтовой сепаратор

Сепаратор противоточный

Обогащение

Производительность: до 480 т/ч (по данным тех.

Установка сухого обогащения

Обогащение

литературы)

³²⁾ По умолчанию - по данным анкет.

Продолжение таблицы 16

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³³⁾

Крупность исходного шлама: 0-0,2 (0,5) мм

Флотомашина

Обогащение угольного шлама

Производительность: до 1000 м³/ч по пульпе; до

120 т/ч по сухому веществу

Вакуум-фильтр, гипербарфильтр

Обезвоживание флотоконцентрата

Производительность: 50-90 т/ч

Труба-сушилка, барабанная

Термическая сушка

Производительность: до 250 т/ч

сушилка

флотоконцентрата

Крупность исходного шлама: 0,1-3 мм

Спиральный сепаратор

Обогащение угольного шлама

Производительность: до 350 м³/ч по пульпе

Гидросайзер (гидроклассификатор)

Классификация угольного шлама

Производительность: 30-120 т/ч

Обесшламливание

Дуговое сито

Отмывка и обезвоживание мелкой

Производительность: до 144,5 м³/ч

породы

Перекачка воды, угольных и

Насос

Производительность: до 1800 м³/ч

магнетитовых суспензий

Мощность: до 55 кВт

Элеватор обезвоживающий

Обезвоживание угля

Производительность: до 455 т/ч

Производительность: до 1425 т/ч

Диаметр: до 30 м

Сгуститель (радиальный,

Осветление шламовых вод

Производительность пластинчатого сгустителя:

пластинчатый)

Сгущение шлама

на единицу занимаемой площади в 5-10 раз

больше по сравнению с радиальным

сгустителем

Производительность: до 250 т/ч по исходному

Обезвоживание мелкого

Центрифуга

продукту

концентрата

Крупность материала: 0,15-50 мм

³³⁾ По умолчанию - по данным анкет.

Продолжение таблицы 16

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³⁴⁾

Фильтры (фильтр-прессы, гипербар-

Обезвоживание угольного шлама

Производительность: до 100 т/ч

фильтры)

Производительность: до 50 т/ч по сухим

Установка брикетирования угля

Брикетирование

брикетам (по данным тех. литературы)

Транспортировка разгруженного

Объем ковша: 6-14 м³ (по данным тех.

Погрузчик

угля

литературы)

Складирование угля

Емкость ковша: до 40 м³ (по данным тех.

Экскаватор

Складирование и погрузка угля

литературы)

Штабелеукладчик

Укладка угля в штабели

Обеспечение пневматического

Компрессорное оборудование

Производительность: до 60 м³/мин

привода оборудования

Контрольно-измерительное

Учет массы транспортируемого угля

оборудование

Контроль расхода ресурсов

Грузоподъемное оборудование:

- кран (козловой, мостовой,

кран-балка);

Подъемно-транспортные и

- лебедка;

монтажные работы

- лифт;

- таль;

- тельфер

Подготовка лабораторных проб

Машина проборазделочная

Максимальная крупность кусков угля: 300 мм

углей и продуктов обогащения

³⁴⁾ По умолчанию - по данным анкет.

Окончание таблицы 16

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Технологические характеристики ³⁵⁾

Лабораторный комплекс с

Измерение состава и параметров

приборами для измерения состава

проб углей и продуктов обогащения

вещества

Подогрев воздуха, поступающего в

Калориферы

Производительность: 2000-25000 м³/ч

шахту или помещения

Таблица 17 - Природоохранное оборудование

Технологические характеристики³⁶⁾

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Производительность:

фильтры циклонного типа:

- ПБЦ (12-175 тыс. м³/ч);

- ПБЦГ (15-180 тыс. м³/ч);

Улавливание пыли технологических газов

тканевые фильтры:

и воздуха на сушильных установках, в

Пылеуловитель

- карманные, картриджные фильтры (1-

системах промышленной вентиляции и

150 тыс. м³/ч);

аспирации УОФ

- рукавные фильтры (15-2 000 тыс. м³/ч).

Эффективность пылеулавливания:

фильтры циклонного типа - 70-95 %

тканевые фильтры - до 98-99,9 %

Окончательная очистка запыленных газов

Производительность: 12-175 тыс. м³/ч

Аппарат мокрой газоочистки

мокрым способом в системах аспирации и

Эффективность: до 97 %

промышленной вентиляции УОФ

³⁵⁾ По умолчанию - по данным анкет.

³⁶ По умолчанию - по данным тех. литературы

Окончание таблицы 17

Технологические характеристики³⁷⁾

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Предварительное осветление воды

Зумпф

(удаление взвешенных частиц)

Пруд-отстойник и аналогичные

Степень очистки воды после первичного

Осветление воды (удаление тяжелых

устройства (отстойник, осветлитель

осветления по взвешенным веществам: от

взвешенных частиц)

со взвешенным слоем осадка)

50 % до >99 %

Нефтеловушка и аналогичные

устройства (боновое заграждение,

Очистка сточных вод от нефтепродуктов

боновый фильтр)

Очистка сточных вод от взвешенных

Флотационная машина

веществ (крупных и мелкодисперсных),

Эффективность флотации: до 95 % - 98 %

нефтепродуктов, железа, масел и ПАВ

Установка для обеззараживания

Обеззараживание сточных вод (удаление

воды хлорированием

бактерий)

Установка окисления активным

Степень очистки воды органическим

Биологическая очистка сточных вод

илом

загрязнениям: около 90 %

Обеззараживание сточных вод, удаление

Установка озонирования

железа

Установка обеззараживания

Обеззараживание сточных вод

Уровень инактивации: до 99,9 %

УФ-излучением

Засыпной сорбционный фильтр

Доочистка сточных вод

Установка аэрации воды (аэратор)

Очистка сточных вод от железа

Установка флотации, фильтрации и

Комплексная очистка сточных вод

Производительность: 30 м³/ч и более

обеззараживания

³⁷ По умолчанию - по данным тех. литературы

2.3.1 Прием угля

В зависимости от места расположения и типа углеобогатительной фабрики

(центральная, групповая, индивидуальная) рядовой уголь доставляется

различными видами транспорта - ленточными конвейерами, автотранспортом,

скипами и железнодорожными вагонами. Наиболее распространенным является

железнодорожный транспорт.

Для разгрузки железнодорожного транспорта применяются устройства для

передвижения

вагонов

вагоноопрокидыватели.

При

отсутствии

вагоноопрокидывателей используют ручную разгрузку с помощью вибраторов. При

необходимости применяются рыхлители и дробильно-фрезерные машины.

Устройства для передвижения вагонов (УПВ) предназначены для

периодического передвижения в обоих направлениях железнодорожных составов

на разгрузочных пунктах обогатительных фабрик. УПВ включают: отводки путевого

выключателя, толкатель, разводку кабелей. Металлоконструкция толкателя

портального типа охватывает состав сверху и с боков.

Толкатель установлен на свой рельсовый путь и имеет возможность

передвигаться вдоль состава. На верхней площадке толкателя смонтированы два

привода: для перемещения толкателя и для подъема балки, соединяющей

толкатель со сцепными устройствами вагонов (автосцепками). Работа толкателя

происходит следующим образом: состав выставляется под разгрузку (загрузку);

толкатель с поднятой балкой подводится к определённому полувагону, опускается

балка, происходит соединение толкателя и состава; толкатель вместе с составом

продвигается в сторону загрузки (разгрузки). Затем процесс повторяется.

Устройство УПВ-25 предназначено для передвижения железнодорожных

составов, сформированных из полувагонов общей массой до 2000 т (состав до 20-

24 полувагонов в зависимости от состояния пути). Привод передвижения имеет

плавное регулирование скорости. Управление устройством - дистанционное с

пульта управления.

Для передвижения железнодорожных вагонов на разгрузочных пунктах также

применяются маневровые устройства (например, МУ-12-М2А), оснащенные

лебедками.

Вагоноопрокидыватели осуществляют непосредственную разгрузку вагонов.

Они представлены двумя типами: роторными и боковыми. Производительность

вагоноопрокидывателей достигает 1760 т/ч, обслуживаемые вагоны могут иметь

массу до 134 т.

Рыхлители предназначены для восстановления сыпучести смерзшегося или

слежавшегося угля при выгрузке его из железнодорожных полувагонов. Рыхлители

могут осуществлять действие вибрацией, бурением, фрезерованием. Для

установки и перестановки рыхлителей на полувагоне необходимы краны,

обеспечивающие грузоподъемность не менее

7-10 т. Исполнительный орган

рыхлителя выполнен из высокопрочной морозостойкой стали, а электродвигатель -

в виброзащитном исполнении.

151

В разгруженном угле могут встречаться посторонние предметы: дерево,

электродетонаторы, металл и т. д. Для предотвращения поломок оборудования эти

предметы из угольного потока необходимо удалить.

Дерево и большие куски видимой породы выбираются с помощью

барабанного грохота или породовыборщиками вручную. Ферромагнитные

предметы удаляются из угля при помощи железоотделителей и

металлодетекторов. Глубина зоны извлечения железоотделителями составляет до

700 мм, масса извлекаемых предметов - до 40 кг [72].

Автосамосвалы разгружаются самостоятельно. Для перемещения

разгруженного ими угля применяются, как правило, погрузчики и бульдозеры.

Внутри обогатительной фабрики продукция (концентрат, полупродукт, шлам,

отходы обогащения) транспортируются с помощью конвейеров. Учет массы

транспортируемой продукции и расхода ресурсов осуществляется с применением

контрольно-измерительного оборудования (весов, расходомеров и т. д.). Монтаж

оборудования осуществляется с помощью грузоподъемного оборудования

(главным образом, кранов). Подогрев воздуха в помещениях осуществляется с

применением калориферов.

Для контроля качества отгружаемой продукции из партий концентрата

осуществляется отбор проб с помощью пробоотборников.

2.3.2 Подготовительные процессы

2.3.2.1 Дробление

Дробление - процесс разрушения угля под действием внешних сил до

требуемой крупности и гранулометрического состава. Принято считать дроблением

процесс, в результате которого получаются продукты крупностью более 5 мм.

Дробление осуществляется в дробилках [35].

В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта

стадии дробления имеют особые названия: первая стадия - крупное дробление (до

200-300 мм); вторая стадия - среднее дробление (до 25-100 мм); третья стадия -

мелкое дробление (до 3-10 мм).

Способы дробления, на которых основана работа дробилок:

- раздавливание - для крупного и среднего дробления твердого угля и пород;

- раскалывание - в большинстве случаев для крупного дробления хрупких

углей;

- удар - для мелкого дробления угля и промежуточного продукта [33].

Основными типами применяемых дробящих аппаратов являются:

- щековые;

- валковые;

- молотковые (роторные).

Щековые дробилки

Щековые дробилки применяют для дробления горной массы, содержащей

крупнокусковую породу средней и большой прочности. Дробящими органами

являются неподвижная щека (плита), закрепленная в корпусе, и подвижная щека,

152

совершающая качание вокруг оси. Существуют щековые дробилки с простым (по

дугам окружностей) и сложным (по замкнутым кривым) движением подвижной щеки.

Валковые дробилки

Валковые дробилки используют принцип раздавливания и раскалывания

материала, находящегося в рабочем пространстве между движущимися гладкими,

рифлеными или зубчатыми цилиндрическими поверхностями.

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения применяют

валковые дробилки следующих типов:

- одновалковые;

- двухвалковые;

- двухвалковые с зубчатыми валками;

- четырехвалковые с гладкими валками.

Наибольшее распространение получили двухвалковые дробилки.

В зубчатых дробилках каждый валок состоит из вала и прикрепленного к нему

многогранника, к которому болтами крепятся сменные зубчатые сегменты

(бандажи) в виде отливок из марганцовистой стали.

Для крупного и среднего дробления рядовых углей, антрацита и сланцев,

содержащих крупнокусковую породу с коэффициентом крепости до 4, широкое

применение имеют двухвалковые зубчатые дробилки типа ДДЗ, работающие по

принципу раскалывания. Наличие зубьев на валках способствует не только

уменьшению выхода мелочи и расхода энергии на дробление, но и уменьшению

диаметра валка.

Молотковые и роторные дробилки

Молотковые и роторные дробилки пригодны для крупного, среднего и

мелкого дробления угля. Достоинства этих дробилок заключаются в простоте их

конструкции, компактности, надежности и относительно высокой степени

дробления (10-20 и более).

В редких случаях используют дробилки конусные; отбойные центробежные,

барабанные грохоты-дробилки.

Конусные дробилки

По назначению различают конусные дробилки для крупного, среднего и

мелкого дробления. В конусных дробилках уголь дробится в кольцевом

пространстве, образованном наружной неподвижной конической чашей (верхней

частью станины дробилки), и расположенным внутри этой чаши подвижным

дробящим конусом. У дробилок для крупного дробления вал подвешивается к

верхней траверсе, а у дробилок для среднего и мелкого дробления - на

сферический подпятник, на который опирается дробящий конус, жестко

закрепленный на валу. Основное дробящее действие конусных дробилок -

раздавливание, но имеет место и разлом кусков при изгибе, возникающем, когда

кусок зажат между вогнутой поверхностью чаши и выпуклой поверхностью

дробящего конуса.

На обогатительных фабриках дробильные установки обычно совмещаются с

сортировочными. Примерами являются дробильно-сортировочные установки, а

также барабанные грохоты-дробилки, которые также осуществляют отделение

посторонних предметов.

153

2.3.2.2 Сортировка сырья по крупности

2.3.2.2.1 Грохочение

Грохочение - процесс разделения зернистых материалов по крупности на

просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями.

Зерна (куски) угля, размер которых больше размера отверстий сита,

остаются при просеивании на сите, а зерна меньших размеров проваливаются

через отверстия.

Материал, поступающий на грохочение, называется исходным, а материал,

остающийся на сите, - надрешетным (верхним) продуктом, проваливающийся

через отверстия сита - подрешетным (нижним) продуктом.

На обогатительных фабриках используются следующие виды грохочения:

- предварительное, предусматривающее отделение из основной массы

исходного материала крупных кусков для последующей их обработки, например

дробления;

- подготовительное, при котором исходный материал разделяют на

несколько классов крупности, предназначенных для последующей раздельной

обработки в различных обогатительных машинах; продукты подготовительного

грохочения называют машинными классами;

- окончательное, при котором исходный материал разделяют на классы

крупности, размеры и зольность которых регламентируют; полученные классы

являются готовой продукцией;

- обезвоживающее, предусматривающее удаление содержащейся в

продукте мокрого обогащения основной массы воды [33].

Эффективность грохочения определяется следующими факторами:

гранулометрическим составом исходного материала, его влажностью, углом

наклона грохота, амплитудой и частотой колебания грохота.

По крупности выделяют три вида зерен:

- легкие, размер которых меньше, чем отверстие грохота; такие зерна легко

отгрохачиваются и не снижают эффективность;

- трудные, размер которых близок размеру отверстия грохота; такие зерна

могут застревать в отверстиях, резко снижая эффективность;

- затрудняющие, размер которых чуть больше отверстия грохота, такие

зерна скапливаются на поверхности решета грохота, снижая эффективность

грохочения. Таким образом, чем больше в материале трудных и затрудняющих

зерен, тем ниже эффективность грохочения при прочих равных условиях.

Рабочими поверхностями грохотов могут быть колосниковые решетки,

набранные из параллельных брусьев (круглые, квадратные, ромбические, в виде

рельсов и т. д.), стальные решета со штампованными или сверлеными

отверстиями, плетеные сетки из стальной или латунной проволоки, резиновые

маты со штампованными отверстиями, сита из синтетических материалов

(полиуретан, капролакс и др.).

Основными типами промышленных грохотов являются:

- колосниковые;

- валковые;

154

- дуговые;

- барабанные;

- вибрационные.

Колосниковые грохоты

Колосниковые грохоты, устанавливаемые под углом к горизонту,

представляют собой решетки, собранные из колосников. Материал, загружаемый

на верхний конец решетки, движется по ней под действием силы тяжести. При этом

мелочь проваливается через щели решетки, а крупный класс сходит в нижнем

конце. Размер щели между колосниками - не меньше 50 мм, в редких случаях - 25-

30 мм. Угол наклона решетки для углей составляет 30-35°. При переработке

влажных материалов угол наклона грохота увеличивают на 5-10°. Эффективность

грохочения колосниковых грохотов невысокая, она составляет около

Колосниковые грохоты применяют для предварительного отделения крупных

кусков угля, выделения крупных посторонних примесей (дерева, металла).

Валковые грохоты

Валковый грохот представляет собой наклонную площадку, набранную из

горизонтальных параллельных осей, которые свободно вращаются в подшипниках.

На каждую ось надет ряд металлических дисков, которые располагаются в

шахматном порядке. На верхний край грохота подается исходный материал, при

этом мелкий уголь проваливается сквозь промежутки между валками. Такие

грохоты применяют для крупного грохочения углей. Эффективность их грохочения

несколько выше, чем у колосниковых, и составляет около 75 %.

Дуговые грохоты

В дуговых грохотах исходный материал самотеком или насосом подают на

решетку в виде пульпы с содержанием твердого от 7 % до 70 %. Так как при этом

обеспечивается высокая подвижность тонких частиц, эффективность грохочения

достигает 70 % - 80 %, даже несмотря на малый размер отверстий грохота.

Дуговые грохоты предназначены для предварительного обезвоживания и

обесшламливания (отделения класса -

0,5 мм) мелкого угля перед его

обогащением гравитационными методами, выделения крупнозернистой части из

угольной пульпы перед ее обогащением методом флотации [33].

Барабанные грохоты

Барабанные грохоты в зависимости от формы барабана могут быть

цилиндрическими или коническими. Боковая поверхность барабана, образованная

перфорированными стальными листами или сеткой, служит просеивающей

поверхностью грохота. Ось цилиндрического барабана наклонена к горизонту под

углом 4-7°, а ось конического барабана горизонтальна. Уголь загружают внутрь

барабана на верхнем конце, и вследствие вращения и наклона он продвигается

вдоль оси барабана. Мелкий материал проваливается через отверстия, крупный -

удаляется из барабана на нижнем конце. Эффективность грохочения при

использовании данного оборудования составляет 60 % - 70 %.

Вибрационные грохоты

Главной особенностью вибрационных грохотов является наличие

вибрационного устройства, которое сообщает грохоту вибрации, необходимые для

155

процесса грохочения. По характеру колебаний все вибрационные грохоты можно

разбить на две большие группы:

- с прямолинейными качаниями короба;

- с круговыми качаниями.

В первой группе наибольшее распространение получили самобалансные

грохоты.

Самобалансные грохоты имеют приводной механизм в виде двухвального

вибровозбудителя. Прямолинейные вибрации короба грохота генерируются силой

инерции двух противоположно вращающихся дебалансовых грузов. Короб с ситом,

закрепленный на вертикальных упругих опорах, под действием вибровозбудителя

совершает прямолинейные колебания под углом к плоскости сита.

Ко второй группе относятся, например, инерционные грохоты, которые

изготавливаются в подвесном или в опорном исполнении. Предпочтение отдается

опорным грохотам как более надежным в работе. Вибрационные грохоты

характеризуются высокой производительностью и значительной эффективностью

(75 % - 85 %) грохочения, поэтому являются распространенными.

2.3.2.2.2 Классификация

Классификация - это процесс разделения материала по крупности в

жидкости (или газе), основанный на различии скоростей падения в полях

гравитационной силы (гравитационная классификация) или центробежной силы

(центробежная классификация) зерен различной крупности. В соответствии с

используемой средой (вода или воздух) классификация может быть

гидравлической или пневматической, наибольшее распространение получила

гидравлическая классификация.

Скорость осаждения зерна в жидкости определяется плотностью, размером

и формой зерна, а также плотностью и вязкостью жидкости.

Обычно при обогащении углей классификации подвергается продукт,

содержащий частицы меньше 13 мм. Гидравлическую классификацию применяют

для разделения по граничной крупности 40 мкм и более.

Основными классифицирующими аппаратами являются:

- конусные классификаторы;

- спиральные классификаторы;

- гидроциклоны.

Конусные классификаторы

Простейшими

гидравлическими

классификаторами

являются

автоматические конусы. На обогатительных фабриках их используют для

отделения мелкого угля от шламов. В конусный классификатор исходную пульпу

подают в центр воронки через трубу, опущенную значительно ниже уровня слива,

чтобы обеспечивался ее восходящий поток. Тонкие частицы с водой сливаются

через порог, а крупные осаждаются вниз и периодически разгружаются.

Спиральные классификаторы

У спирального классификатора исходный материал подается в нижнюю

треть ванны. Мелкие частицы, у которых скорость падения низкая, удаляются со

сливом через порог. Крупные частицы, чья скорость падения выше, оседают на дно

156

и спиралью транспортируются в верхнюю часть ванны, где разгружаются через

специальное отверстие. На дне аппарата образуется постель из осевших частиц,

которая предохраняет ванну от износа. Спиральные классификаторы бывают одно-

и двухспиральные.

Гидроциклоны

Гидроциклоны - аппараты для классификации тонкоизмельченных

материалов по гидравлической крупности в центробежном поле, создаваемом в

результате вращения пульпы. Их применяют также для обогащения мелко- и

среднезернистого сырья в тяжелых суспензиях. Исходная пульпа подается в

гидроциклон под давлением через питающую насадку, установленную

тангенциально непосредственно под крышкой аппарата. Пески разгружаются через

песковую насадку, а слив - через сливной патрубок, расположенный в центре

крышки и соединенный со сливной трубой непосредственно или через сливную

коробку. Движущихся деталей в гидроциклоне нет. Главной действующей в

гидроциклоне силой является центробежная сила инерции, возникающая при

вращении пульпы благодаря тангенциальной подаче питания. Под действием

центробежной силы более крупные и более тяжелые частицы твердого

отбрасываются к стенке корпуса гидроциклона, опускаются под действием силы

тяжести вниз и разгружаются через песковую насадку. Более тонкие и легкие

частицы вытесняются к центру гидроциклона и выносятся в слив. Гидроциклоны

применяют в настоящее время в качестве классифицирующих аппаратов на

подавляющем большинстве обогатительных фабрик.

Гидросайзеры

Для классификации зернистых шламов путем разделения исходного

материала по плотности и крупности восходящими потоками воды в стесненных

условиях применяют гидросайзеры. Данный вид оборудования пригоден только для

шламов легкой обогатимости. Его использование характеризуется большим

расходом чистой свежей воды (до 400 т/ч). В аппаратах типа Stokes и Floatex

реализуется принцип стесненного осаждения в восходящем потоке воды,

создаваемом в рабочей камере.

2.3.2.2.3 Обесшламливание угля

Обесшламливание угля - это процесс удаления наиболее мелких частей

измельченного угля (шламов) из пульпы для повышения качества концентрата [37].

Обесшламливание угля может как предшествовать основному процессу

обогащения, так и производиться на промежуточном или конечном этапе

обогащения.

Предварительное

обесшламливание

угля

применяется

перед

флотационным обогащением или перед применением гравитационных методов

обогащения, а также перед электрической сепарацией.

Обесшламливание угля основано на разнице в скоростях движения частиц

различной крупности под действием силы тяжести или центробежной силы в

водной или воздушной средах.

Для обесшламливания угля применяют воздушные, гидравлические и

спиральные классификаторы, а также гидроциклоны. Для улучшения процесса

157

обесшламливания в водной среде используются механические (колебания

различной частоты и амплитуды), физико-химические (реагенты-диспергаторы,

например едкий натр, сода, технические лигносульфонаты и др.) и физические

(магнитное поле) воздействия.

2.3.3 Гравитационное обогащение

Гравитационные методы обогащения заключаются в разделении частиц под

действием собственного веса и сопротивления среды и основаны на различии в

плотности минеральных зерен.

Гравитация является основным методом обогащения угля, что определяется

большой разницей в удельных весах: уголь - 0,8-1,5; глина - 1,8-2,2; углистый

сланец -

1,7-2,2; сланцы -

2-2,8; песчаник -

2,2-2,6; пирит -

5 г/см³.

Разделяющими средами при гравитационном обогащении могут быть водные

суспензии, вода и воздух.

Гравитационные процессы отличаются большой скоростью разделения,

высокой эффективностью и производительностью, дешевизной.

При

обогащении

угля

применяются

мокрые

(гидравлические)

гравитационные процессы и сухие (пневматические). Преимуществом мокрых

процессов является высокая эффективность, они применяются для сравнительно

крупных углей. Показатели обогащения бывают выше, чем при сухих процессах

обогащения. Недостатком мокрого обогащения является большое содержание

влаги, а также необходимость использования воды для обогащения и связанные с

этим затруднения при обогащении в районах с засушливым климатом.

Преимуществом сухого обогащения является отсутствие увеличения

влажности угля.

К недостаткам сухого обогащения можно отнести ограничение по размеру

углей (не крупнее 80 мм), значительное образование пыли, которую необходимо

улавливать, а также возможность применения только к легкообогатимым углям, при

этом наблюдаются низкие показатели обогащения по сравнению с мокрым

процессом.

Применение сухого обогащения возможно лишь к углю с содержанием

внешней влаги 3 % - 5 %, иначе потребуется подсушка, а, следовательно,

дополнительные затраты.

Выбор применения гидравлического или пневматического обогащения

зависит от обогатимости обрабатываемого угля, от климатических условий,

экономических факторов.

Гравитационные методы включают:

- обогащение в тяжелых средах (жидкостях и суспензиях);

- отсадку;

- обогащение в наклонно текущем потоке;

- сухие методы обогащения.

2.3.3.1 Обогащение углей в тяжелых средах

Обогащение в тяжелых средах может осуществляться в жидкой (водно-

утяжеленной) среде или в воздушных взвесях (аэросуспензиях). В качестве

158

тяжелых сред применяют однородные органические жидкости и их растворы,

водные растворы солей и суспензии.

К органическим тяжелым жидкостям относятся: трихлорэтан (δ = 1460 кг/м³),

четыреххлористый углерод (δ = 1600 кг/м³), пятихлорэтан (δ = 1680 кг/м³),

дибромэтан (δ = 2170 кг/м³), бромоформ (δ = 2810 кг/м³) и др. Органические

тяжелые жидкости в производственных условиях имеют ограниченное применение.

Их используют в основном для разделения углей по плотности при выполнении

фракционных анализов и оперативном контроле качества продуктов обогащения.

Применение этих жидкостей сдерживается их высокой стоимостью, токсичностью,

сложностью регенерации.

Водные растворы неорганических солей (хлористого кальция (δ = 1654 кг/м³),

хлористого цинка (δ = 2070 кг/м³), йодистой ртути и йодистого калия (δ = 3196 кг/м³)

и др.) применяются (в основном первые два раствора) для исследования углей на

обогатимость и на этапе экспресс-контроля работы обогатительных машин.

Наиболее широкое применение в качестве тяжелой среды для разделения

углей получили суспензии минеральных порошков высокой плотности. В качестве

утяжелителя используют измельченные до крупности менее 0,1 мм различные

минералы (иногда смесь минералов): магнетит, пирит, барит, кварцевый песок,

глину и др. Утяжелитель должен обеспечивать приготовление суспензии заданной

плотности при объемной концентрации, не превышающей определенного предела.

Механическая прочность утяжелителя должна быть достаточно высокой, чтобы при

длительной циркуляции, не происходило его существенное измельчение. В то же

время утяжелитель не должен быть абразивным. Гранулометрический состав

утяжелителя выбирается таким образом, чтобы он обеспечивал образование

относительно устойчивой к расслоению в поле силы тяжести суспензии.

Технология обогащения как крупных, так и мелких кусков угля в магнетитовой

суспензии включает ряд технологических операций. К ним относятся:

- подготовка (классификация и обесшламливание) углей;

- приготовление рабочей суспензии;

- обогащение;

- отделение суспензии, промывка и обезвоживание продуктов обогащения;

- регенерация разбавленной суспензии;

- автоматическое регулирование плотности;

- циркуляция и распределение потоков рабочей суспензии.

2.3.3.1.1 Сепараторы для обогащения в тяжелых средах

Из многочисленных типов тяжелосредных аппаратов в углеобогащении

широкое применение нашли сепараторы:

- колесные;

- барабанные;

- тяжелосредные гидроциклоны.

Колесные сепараторы

Принцип работы колесных сепараторов состоит в разделении в ванне с

суспензией материала по плотности, при этом всплывший продукт выгружается

гребковым механизмом, потонувший - элеваторным колесом. Колесные

159

сепараторы типа СКВ с элеваторной выгрузкой осевшей фракции получили

наибольшее распространение. Область их применения - разделение крупных

классов углей (13(6) - 300) мм на два продукта.

Барабанный сепаратор

Барабанный сепаратор сочетает в себе высокую эффективность разделения

с уникальной особенностью конструкции - все механические движущие части

расположены снаружи барабанов, т. е. внутри самой установки нет ковшей, цепей,

прочих движущихся элементов. Барабанные сепараторы успешно обогащают

крупные классы 25-200 мм и работают с магнетитовой суспензией.

Тяжелосредные гидроциклоны

Преимущества тяжелосредных гидроциклонов перед аппаратами, в которых

разделение происходит только под действием сил тяжести (сепараторы типа СК),

заключается в наличии центробежного поля, которое приводит к значительному (в

десятки раз) увеличению скорости разделения материала по плотности. Кроме

того, в гидроциклонах образуется турбулентный гидродинамический поток,

разрушающий структуру суспензии, благодаря чему в них можно обогащать тонкие

классы угля до крупности 0,15 мм. Тяжелосредные гидроциклоны применяют для

обогащения углей любого класса крупности в пределах

0,5-40 мм и

переобогащения промпродуктов отсадки аналогичной крупности.

2.3.3.2 Обогащение углей отсадкой

Отсадкой называется процесс разделения угольной смеси (угля, сростков и

породы) по плотности в восходящей и нисходящей струях воды (мокрая отсадка)

или воздуха (пневматическая отсадка), движущихся с переменной скоростью.

В процессе отсадки материал, помещенный на решете отсадочной машины,

периодически разрыхляется и уплотняется. Зерна обогащаемого материала под

влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким

образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной

плотности, а в верхней - минимальной [33].

Мокрая отсадка применяется как для крупных (100-12 мм), так и для мелких

классов (12-0,5 мм). Отсадка осуществляется для угля крупностью от 0,5 мм [33],

поэтому перед обогащением на отсадочных машинах уголь должен подвергаться

подготовке (грохочению).

В зависимости от размера зерен обогащаемых углей различают:

- отсадку крупных углей (крупность >10 (13) мм, реже >25 мм);

- отсадку мелких углей (крупность <10 (13) мм или <25 мм);

- отсадку ширококлассифицированных углей - совместное обогащение в

отсадочной машине крупных и мелких классов угля, обычно 0,5-80 мм или 0,5-

100 мм с предварительной классификацией рядового угля по верхней и нижней

крупности;

- отсадку неклассифицированных углей - совместное обогащение в

отсадочной машине крупных и мелких классов угля без предварительной

классификации рядового угля по верхней и нижней крупности.

Различают основную (обогащение рядового угля) и контрольную

(переобогащение промежуточного продукта) отсадку. Преимущества отсадки по

160

сравнению с другими процессами гравитационного обогащения заключаются в

универсальности, производственной простоте, технологической эффективности и

экономичности.

Параметры отсадки или факторы, влияющие на процесс разделения

материала по плотности, делятся на гидродинамические и технологические.

К гидродинамическим относятся параметры, обусловливающие создание

колебательного режима среды и взвешивание постели. К технологическим

параметрам относятся факторы, определяемые качеством и количеством

обогащаемых углей, т. е. их фракционным, гранулометрическим составами и

удельными производительностями по исходному углю, отходам и промпродукту.

Гранулометрический состав угля оказывает существенное влияние на

технологические результаты обогащения отсадкой. Значительные колебания

гранулометрического состава затрудняют регулировку отсадочных машин,

ухудшают показатели. С уменьшением размера частиц точность разделения угля

по плотности снижается, а показатели погрешности разделения возрастают.

Фракционный состав питания и диапазон плотностей разделения

необходимо учитывать при выборе режима работы отсадочных машин. Для

уменьшения влияния фракционного состава угля на результаты отсадки

необходимо усреднение рядовых углей перед обогащением. Уменьшение

контрастности, т. е. если граница разделения не явно выражена, влечет за собой

снижение эффективности разделения, так как увеличивается взаимозасоряемость

фракций.

Оптимальные условия для успешного разделения углей по плотности

достигаются путем регулировки подачи сжатого воздуха и подрешетной воды в

отсадочную машину, при этом важную роль играют исходные параметры сжатого

воздуха, его давление и характер подачи в отсадочную машину, т. е. воздушный

цикл пульсаций.

2.3.3.2.1 Отсадочные машины

Показатели обогащения пневматических машин (сепаратор СПБ-100 (уголь

30-100 мм и 13-100 мм), УМ-3, СПК-4, СПБВ, СП-75) несколько хуже, чем у

отсадочных машин мокрого обогащения, так как содержание золы в концентрате у

них на

% - 2 % выше. Кроме того, пневматические машины гораздо

чувствительнее к колебаниям состава питания. При обогащении угля используется

преимущественно отсадка мокрым способом.

Современные обогатительные фабрики оснащены в основном

беспоршневыми отсадочными машинами, у которых процесс отсадки идет за счет

создания колебательного движения постели сжатым воздухом в водной среде.

Выпускаются отсадочные машины с площадью отсадки от 8 до 24 м² и больше,

состоящие из отдельных унифицированных секций. Новые отсадочные машины

серии МО комплектуются вместе со специальными загрузочными устройствами,

автоматическими

устройствами

для

разгрузки

тяжелых

продуктов,

обезвоживающими элеваторами, а иногда - воздуходувками.

В настоящее время на обогатительных фабриках применяются отсадочные

машины с подрешетным расположением воздушных камер. В указанных машинах

161

воздушные камеры дуговой формы находятся под решетом, занимая пространство

по всей ширине корпуса. Это позволяет создать равномерную пульсацию воды и

воздуха на всей площади машины, уменьшить ее габаритные размеры и массу.

Отсадочная машина серии ОМ выполнена из трех унифицированных отделений.

Корпус каждого отделения состоит из двух секций с водовоздушными камерами.

В конце корпуса каждого отделения имеется разгрузочная камера со специальными

шиберами, которыми регулируются ширина разгрузочной щели и высота порога

перед последующим отделением. Внизу камеры находится разгрузочная воронка с

разгрузочным устройством, состоящим из вращающегося ротора и качающихся

колосников, исполняющих роль предохранителя от попадания в ротор крупных

кусков отходов и других предметов. К разгрузочным воронкам подсоединяются

элеваторы, выгружающие и обезвоживающие породные и промпродуктовые

фракции, плотность выгружаемых фракций снижается от первого отделения к

третьему.

2.3.3.3 Обогащение в наклонно текущем потоке

Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится:

- на концентрационных столах;

- в шлюзах;

- в желобах;

- в винтовых сепараторах.

Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности

под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной

аппарата) толщине потока.

2.3.3.3.1 Концентрационные столы

Концентрация (обогащение) на столах - это процесс разделения по

плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке),

совершающей

асимметричные

возвратно-поступательные

движения

горизонтальной

плоскости перпендикулярно направлению движения воды.

Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов 6 (12) + 0,5 мм

углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол состоит из деки

(плоскости) с узкими рейками (рифлями), опорного устройства и приводного

механизма. Угол наклона деки - 4-10°. Для легких частиц преобладающими

являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие

частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении. Частицы

промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.

2.3.3.3.2 Шлюзы

Шлюзы представляют собой слабонаклонные желоба, по которым движется

поток воды со взвешенными и катящимися минеральными зернами, и кусками. При

этом тяжелые частицы отлагаются на дне желоба, а легкие катятся по дну. Самые

мелкие частицы движутся с водой во взвешенном состоянии и сносятся в конце

шлюза. Улавливанию и удержанию тяжелых частиц помогают шероховатые

162

покровы и трафареты, укладываемые на дно шлюза. Осевшие частицы на дне

шлюза не остаются неподвижными. Вихревыми потоками осадок все время

промывается, легкие частицы выносятся из осадка в поток, а их место занимают

тяжелые частицы. Постепенно осадок уплотняется. После этого подача материала

на шлюзы прекращается и осадок смывается (споласкивается) в отдельный

приемник. Осадок (шлих) обычно представляет собой грубый концентрат,

направляемый на дальнейшую доводку.

Для крупнозернистого материала применяют шлюзы с глубоким

наполнением. Ширина шлюзов составляет 700-1800 мм, глубина - 750-900 мм,

длина - до 150 м, угол наклона - 2-3°. На дно укладывают трафареты из разных

материалов и разной формы. Трафареты изготовляют из дерева, рельсов,

булыжника. По форме чаще всего это бруски, устанавливаемые поперек желоба.

Под трафарет подстилают иногда плетеные циновки - маты или листы рифленой

резины. При сполоске постепенно снимают трафареты, осадок собирают и

смывают.

Для обогащения тонкозернистого материала применяют шлюзы с малым

наполнением (до

10 мм). Дно устилают мягкими покрытиями - ворсисто-

шероховатыми покровами. В качестве мягких покрытий применяют специальные

ворсистые технические ткани и войлок, а также резиновые листы с ячеистым

рифлением. Длина ворсистых шлюзов - 2-6 м [73].

2.3.3.3.3 Винтовые сепараторы

Обогащение угольных шламов в сепараторах с винтовыми желобами

Принцип обогащения на винтовых сепараторах заключается во

взаимодействии сил, возникающих при прохождении пульпы по днищу винтового

желоба. На частицы обогащаемого угля, движущиеся в виде двухфазной смеси,

одновременно действуют силы тяжести и трения, центробежная и

гидродинамические силы потока. В результате сочетания этих сил частицы

перемещаются не только по винтовой линии, но и циркулируют перпендикулярно

потоку с различными скоростями, благодаря чему и достигается возможность

разделения обогащаемого материала по плотности, крупности и форме. Более

плотные частицы располагаются в нижних, а менее плотные - в верхних слоях

потока. Тяжелые частицы (зерна породы), находящиеся в нижних слоях потока

непосредственно на поверхности желоба, испытывают большое влияние сил

трения. Путем подбора угла наклона для днища желоба и радиуса закругления его

витков создаются условия, при которых более плотные частицы сползают в сторону

внутреннего борта. Тогда равнодействующая сил тяжести и центробежной,

действующих на породные частицы, направлена в сторону внутреннего борта.

В то же время легкие угольные частицы подвергаются более сильному

воздействию гидродинамической силы потока, и равнодействующая указанных сил

на эти частицы направлена в сторону внешнего борта.

Рабочим элементом сепаратора является винтовой желоб, который укреплен

в металлическом каркасе. В сепараторе, как правило, два-три желоба, в некоторых

конструкциях - пять, в одном желобе - не более пяти витков.

163

Отходы и промпродукт выводятся из процесса с помощью отсекателей,

устанавливаемых на дне желоба. Исходный обогащаемый продукт после

гидравлической классификации в гидроциклонах поступает на верхний виток

желоба, двигаясь по которому он описывает несколько полных оборотов. Для

улучшения разделения угля на внутренний борт желоба сепаратора подается вода

в нескольких точках.

Обогащение угольных шламов на винтовых шлюзах

Опыт обогащения угольных шламов на винтовых сепараторах показывает,

что для частиц крупностью <0,2 мм нужно снижать высоту центров расположения

их в потоке, что может быть выполнено за счет уменьшения толщины потока. Один

из способов простейшей реализации этого требования - применение сепараторов

с более пологим и даже плоским профилем поперечного сечения, что реализовано

в конструкциях винтовых шлюзов.

Результаты обогащения угольных шламов на винтовых сепараторах и

шлюзах свидетельствуют, что обогащение на чрезвычайно простых аппаратах с

винтовой рабочей поверхностью позволяет значительно улучшить технологические

показатели работы фабрики за счет снижения зольности выпускаемой продукции

или дополнительного получения продуктов обогащения из мелкозернистых

отходов.

2.3.3.3.4 Противоточные сепараторы

Противоточные сепараторы могут применяться для обогащения

энергетических углей, антрацитов, удаления породы из горной массы на шахтах и

разрезах. Основное оборудование для противоточной сепарации - сепараторы

типа СШ, СВШ и крутонаклонные КНС.

Принцип обогащения угля в противоточных сепараторах заключается в

разделении материала на легкую и тяжелую фракции под действием сил,

направленных под углом друг к другу. Поле силы тяжести и гидродинамическое

воздействие потока разделительной среды обеспечивают не только их расслоение,

но и направленное транспортирование продуктов обогащения.

Шнековые и крутонаклонные сепараторы отличаются друг от друга

воздействием потока среды на обогащаемый материал, методами

транспортирования продуктов обогащения и способами регулирования рабочего

режима. Получаемые продукты обогащения в рабочей зоне сепараторов движутся

в противоположных направлениях: легкие фракции - по движению потока

разделительной среды, тяжелые - навстречу им.

В горизонтальном шнековом сепараторе типа СШ исходный уголь поступает

в сепаратор через центральную часть цилиндрического корпуса, снабженного

шнеком. Поток разделительной среды подается в сепаратор навстречу движению

шнека и транспортирует легкие фракции к месту их разгрузки. Тяжелые частицы

навстречу потоку транспортируются шнеком.

В горизонтальных сепараторах шнек используют не только как транспортный

орган, но и как устройство, способствующее разделению материала. Его вращение

обеспечивает необходимый массообмен между двумя потоками, своевременное

164

удаление тяжелых фракций, поддержание равномерного распределения

материала и ликвидацию «застойных зон».

Вертикальный шнековый сепаратор типа СВШ устроен иначе. У него другая

форма шнека, и загрузка осуществляется через полый вал, но принцип работы, по

существу, тот же, что и в горизонтальном шнековом сепараторе. Легкие фракции

транспортируются спиральным восходящим потоком разделительной среды,

образованным шнеком и цилиндрическим корпусом, а тяжелые фракции под

действием центробежной и гравитационной сил движутся по наклонной спирали

шнека вниз. Основные параметры регулирования разделения в сепараторах

типа СШ и СВШ - расход воды и частота вращения шнека.

Крутонаклонный сепаратор представляет собой короб прямоугольного

сечения, наклоненный под углом 46-54 к горизонту. В средней части корпуса

имеется загрузочный желоб для подачи в аппарат исходного угля. На верхней

крышке каждого из отделений сепаратора укреплены винтовые регуляторы,

поддерживающие внутри рабочего канала две специальные деки, снабженные

зигзагообразными поперечными перегородками.

Угол наклона корпуса сепаратора определяет степень разрыхления

материала в рабочей зоне. При обогащении крупных классов и углей,

классифицированных по узкой шкале, угол наклона должен быть больше, чем при

обогащении неклассифицированных и необесшламленных углей.

Крутонаклонные сепараторы КНС применяются для обогащения

разубоженных углей, крупнозернистых шламов и механизации выборки породы

крупностью до 150 мм.

2.3.3.4 Сухие методы обогащения

Гравитационное обогащение сухим способом осуществляется в воздушной,

а не в водной среде, и потому иногда называется пневматическим обогащением.

Главными достоинствами пневматического обогащения являются простота

технологических схем, отсутствие водно-шламового хозяйства. Как следствие,

установки обогащения сухим способом отличаются относительно низкими

капитальными и эксплуатационными затратами.

Недостатком данного способа является его ограниченная применимость: он

пригоден лишь при обогащении сухого легкообогатимого угля с крупностью кусков

не более 80 мм (но и не менее определенного предела). При этом образуются

большие объемы пыли, которую необходимо улавливать.

Сухое обогащение угля осуществляется по тем же принципам, что и мокрое

обогащение, для него применяются схожие виды оборудования. Для сухого

обогащения угля применяют отечественные отсадочные машины (типа ПОМ),

сепараторы (типов УША, СП, УПВС), а также аналогичное импортное оборудование

(в том числе сепараторы FGX китайского производства).

2.3.4 Флотация

Флотационный метод основан на использовании различий в естественной

или создаваемой реагентами смачиваемости минералов. На основании этой

165

особенности частицы угля прилипают к поверхности раздела фаз, частицы другой

породы - не прилипают.

Флотация предполагает разделение тонкоизмельченных горных пород и тем

самым обеспечивает снижение зольности угля. Поэтому флотация - наиболее

эффективный и практически единственный метод обогащения угля, содержащего

мелкие частицы пирита, гипса, песчаника, сланца, серы, а также каменноугольных

шламов. На большинстве обогатительных фабрик угольный шлам формируется в

результате сгущения шламовых вод, накапливающихся в процессе обезвоживания

продуктов грохочения.

Объем угольных шламов, подвергающихся флотационному обогащению на

углеобогатительных фабриках, постоянно увеличивается и на некоторых достигает

20 % - 25 % от перерабатываемого угля.

По принципу действия различают флотацию:

- масляную;

- пленочную;

- пенную.

Масляная и пленочная флотация при обогащении углей не получили

распространения

из-за

недостаточной

эффективности

малой

производительности оборудования.

Пенная флотация получила всеобщее признание и промышленное

распространение. Она заключается в том, что в аэрированной, насыщенной

пузырьками воздуха пульпе при непрерывном подъеме вверх воздушных пузырьков

происходит избирательное прилипание к ним относительно чистых угольных

частиц, характеризующихся гидрофобными свойствами. Прилипшие частицы

выносятся на поверхность, где снимаются специальными устройствами. Частицы

пустой породы (характеризующиеся гидрофильными свойствами) смачиваются

водой, к воздушным пузырькам не прилипают и остаются в пульпе, образуя так

называемый камерный продукт. В пену иногда поднимаются глинистые частицы,

увлекаемые пузырьками воздуха или более крупными частицами угля, но они

имеют более слабые связи с пузырьками воздуха и легко вымываются из пены

водой, движущейся между пузырьками. Описанный способ называется прямой

флотацией - полезный компонент (уголь) накапливается в пене, а отходы (пустая

порода) остаются в пульпе. Пенная флотация применяется для обогащения частиц

шлама размером менее 0,5 мм.

Для интенсификации пенной флотации в пульпу добавляются специальные

реагенты. В зависимости от назначения выделяют следующие группы реагентов:

собиратели (коллекторы), пенообразователи (вспениватели), активаторы,

депрессоры (депрессанты, подавители) и регуляторы среды [33]:

- собиратели повышают гидрофобность извлекаемой породы. Это

органические вещества. Собиратели могут быть аполярными или

гетерополярными. Аполярные собиратели содержат в своей молекуле

углеводородную цепочку. Гетерополярные собиратели состоят из двух частей,

отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и

активной группы. Для флотации угля (за исключением окисленного угля) обычно

применяют аполярные собиратели, в том числе продукты переработки угля, нефти

и газа (масла, фенол, бензол, керосин, печное топливо и т. д.);

166

- пенообразователи способствуют созданию устойчивой минерализованной

пены. Это органические соединения, в основном из класса спиртов;

- депрессоры повышают гидрофильность неизвлекаемого минерала. Это

различные минеральные соли, кислоты и основания;

- активаторы усиливают действие собирателя на извлекаемый минерал.

Это различные минеральные соли, кислоты и основания;

- регуляторы среды поддерживают pH пульпы в требуемых пределах.

Обычно флотация угольных шламов протекает в нейтральной среде. Если

необходимо сдвигать pH в кислую область, то чаще используют серную кислоту;

если в щелочную, то щелочи (CaO, Na2CO3, NaOH).

Различные свойства угля оказывают влияние на его пригодность для

флотации [26]:

- степень метаморфизма. Лучше флотируются угли средней стадии

метаморфизма (К, Ж и ОС);

- петрографический состав. Блестящие ингредиенты углей (ветрен и

кларен) флотируются лучше матовых (дюрен и фюзен);

- степень окисленности. Окисленные угли флотируются хуже

неокисленных. При небольшом окислении поверхности углей положительное

действие оказывает применение реагентов, содержащих молекулы типа спиртов.

Окисленный шлам требует большого времени флотации;

- характер вкрапления пустой породы. В настоящее время на флотацию

поступает большое количество труднообогатимых шламов, т. е. сростков угля с

породой, что значительно усложняет технологию флотации. Наличие тонкой

вкрапленности неорганических минералов определяет трудность флотационного

обогащения;

- гранулометрический состав. Оптимальной крупностью зерен угля в

питании флотации считается размер до

0,5 мм, причем наилучшей

флотируемостью обладают частицы класса 0,08-0,3 мм. С уменьшением крупности

шлама увеличивается вероятность механического уноса породных частиц в пенный

продукт. При наличии избыточного количества крупных частиц увеличиваются

потери низкозольного угля с отходами флотации. Крупность шлама также влияет

на расход реагентов: с уменьшением размеров твердых частиц увеличивается

общая площадь их поверхности и соответственно количество реагента-собирателя,

а также увеличиваются время флотации и объем пенного продукта;

- форма частиц. Форма, а также положение частицы в момент

соприкосновения ее с пузырьком воздуха играют большую роль. Так, плоские

частицы при соприкосновении с пузырьком плоскостью наибольшего сечения

должны закрепиться лучше, чем шарообразные зерна или частицы другой формы,

соприкоснувшиеся с пузырьком небольшим участком своей поверхности. Плоские

частицы угля, хорошо закрепившиеся на воздушных пузырьках, способствуют

стабилизации пены;

- наличие размокаемых глинистых включений. Глинистое вещество

представлено различными минералами. Они очень часто заполняют мельчайшие

трещины, образуя в них агрегаты тончайших чешуек. Глинистые минералы легко

размокают в воде, образуя огромное число тончайших глинистых шламов, которые

нарушают процесс флотации;

167

- фракционный состав. По данным фракционного состава можно судить о

теоретически возможных показателях флотации. В угольных шламах содержится

от 3 % до 30 % промежуточных (по плотности) фракций. При высоком содержании

этих фракций и их высокой зольности практически невозможно получить два

конечных продукта обогащения - концентрат и отходы. Промежуточные фракции,

как правило, выделяются в последних камерах флотомашин. Высокозольные

промежуточные фракции выделяют в отдельный конечный продукт крайне редко,

т. к. это связано с усложнением технологической схемы;

- содержание твердого компонента в пульпе. Для получения

качественных продуктов флотации следует применять разбавленную пульпу

(менее 100 г/л), хотя при этом общее извлечение уменьшается. Максимальный

выход концентрата достигается при более высокой плотности пульпы, но при этом

повышается ее вязкость и качество концентрата резко ухудшается.

Флотация осуществляется в специальных флотационных машинах. Они

должны обеспечивать:

- непрерывную равномерную подачу пульпы и разгрузку продукции;

- интенсивное перемешивание пульпы для поддержания частиц во

взвешенном состоянии и контактирования их с воздушными пузырьками;

- оптимальную аэрированность пульпы;

- создание спокойной зоны пенообразования.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости

от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины

разделяют на несколько типов. Наиболее широко среди них распространены

механические, пневматические и пневмомеханические [35]:

- механические

машины

осуществляют

перемешивание

пульпы,

засасывание и диспергирование воздуха импеллером;

- пневматические машины осуществляют перемешивание и аэрацию пульпы

подачей сжатого воздуха через патрубки или пористые перегородки;

- пневмомеханические машины подают воздух от воздуходувки, но

перемешивание пульпы и диспергирование воздуха осуществляют импеллером.

Существуют пневмогидравлические машины с самоаэрацией или

использованием для диспергирования принудительно подаваемого воздуха от

различных гидравлических устройств.

Электрофлотационные машины осуществляют аэрацию пузырьками

воздуха, выделяющимися при электролизе.

В машинах с изменяемым давлением аэрация обеспечивается выделением

растворенных в пульпе газов.

Комбинированные машины осуществляют аэрацию несколькими способами.

Оптимальное содержание твердой компоненты в питании флотации

составляет 80-120 кг/м³. Положительно сказывается на результатах флотации

подогрев пульпы до 27 °С - 30 °С. Реагентный режим флотации предусматривает

состав реагентов, их количество и способ загрузки. Характерный расход

собирателя составляет

600-1500 г/т, пенообразователя -

20-200 г/т. Для

повышения эффективности флотации применяют дробную загрузку реагентов -

часть реагентов подают в пульпу перед флотацией, а часть - непосредственно в

камеры флотационной машины. Оптимальное время флотации, т. е. необходимая

168

продолжительность пребывания пульпы в машине, зависит от свойств

флотируемого угля и условий флотации и составляет 5-9 мин [33].

Для удаления воздуха из пенного продукта применяют пеногасительные

устройства. Разрушение пены необходимо для улучшения транспортирования ее

по желобам, работы вакуум-фильтров и насосов, перекачивающих пенные

продукты флотации. По принципу действия их делят на механические, вакуумные,

вакуум-механические и центробежные.

2.3.5 Специальные методы обогащения

2.3.5.1 Электрическая сепарация

Электрическая сепарация (электрический способ обогащения) основана на

различиях в электрических свойствах разделяемых минералов и осуществляется

под влиянием электрического поля. Минеральные частицы пыли и многозольный

фюзен обладают большой электропроводностью (проводимостью) и способны

быстро заряжаться электричеством, тогда как угольные зерна или малозольный

витрен этими свойствами не обладают.

Электрическая сепарация в настоящее время для обогащения углей

практически не используется из-за малой области ее применения по классам и

влаге, а также из-за опасности процесса из-за токов высокого напряжения и

большой вероятности воспламенения (взрыва) угольной пыли.

Условия, необходимые для успешного проведения электростатической

сепарации, следующие [74]:

- максимальная крупность угля - не более 2 мм;

- влажность - не более 1 % - 1,5 %;

- содержание золы - более 10 % (содержание серы и других примесей во

внимание не принимается);

- ток напряжением 20-25 кВ.

Сущность электрического способа обогащения состоит в том, что на частицы,

имеющие различный заряд, в электрическом поле действует разная по значению

сила, поэтому они движутся по различным траекториям. Процесс электрической

сепарации можно условно разделить на три стадии:

1) подготовка материала к сепарации;

2) зарядка частиц, которая может осуществляться разными способами:

а) контактная электризация (осуществляется непосредственным

соприкосновением частиц полезного ископаемого с заряженным электродом);

б) зарядка ионизацией (осуществляется воздействием на частицы

подвижными ионами; наиболее распространенный источник ионов - коронный

разряд);

в) зарядка частиц за счет трибоэлектрического эффекта (возникновение

электрического заряда на поверхности частицы при ее соударении с другой

частицей или со стенками аппарата);

3) разделение заряженных частиц, для чего применяют электростатические

сепараторы, коронные сепараторы, коронно-электростатические сепараторы.

169

2.3.5.2 Масляная агломерация (грануляция)

Одним из альтернативных флотации вариантов обогащения шламов

является технология селективной масляной агломерации, основанная на

различном смачивании угольных и породных частиц масляными реагентами в

водной среде. Сущность процесса заключается в селективном образовании

углемасляных агрегатов при перемешивании пульпы в присутствии

углеводородного связующего. В результате турбулизации пульпы образовавшиеся

агрегаты уплотняются, структурно преобразуясь в прочные гранулы сферической

формы. При этом в зависимости от концентрации связующего, образование

агрегатов может происходить либо путем слипания омасленных угольных частиц

через тонкую пленку связующего, либо в результате избирательного наполнения

капелек масла гидрофобными угольными частицами.

К достоинствам процесса масляной агломерации можно отнести высокую

селективность при разделении частиц менее 100 мкм, широкий диапазон зольности

обогащаемого угля, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л,

дополнительное обезвоживание концентрата за счет вытеснения воды маслом при

образовании углемасляных гранул, практически полное извлечение (>90 %) в

угольный концентрат органической части угля и углеводородного связующего, что

обеспечивает снижение зольности конечного продукта и повышение его

теплотворной способности. К недостаткам способа относится сравнительно

высокий расход масляных реагентов.

Основным недостатком, сдерживающим широкое внедрение масляной

селекции в производство, является высокий расход масляного агента,

обусловленный необходимостью получения крупных агрегатов, чтобы при

разделении агрегированного продукта и минерализованной суспензии на сите

не происходило засорение подрешетного продукта мелкими угольными агрегатами.

Разработка новых «низкорасходных» по маслу технологий масляной

агломерации, развитие вспомогательных процессов, в частности обезмасливания

концентрата, а также выявление областей применения процесса, не выдвигающих

жестких требований к расходу связующего вещества (подготовка угля к

брикетированию, облагораживание угля перед ожижением, утилизация

маслосодержащих отходов и др.) дают новый стимул для развития данной

технологии.

Перспективы технологии масляной агломерации открываются при

применении его на ТЭС и котельных, потребляющих жидкое топливо. В этом случае

низкозольные гранулы могут служить высококалорийным наполнителем

водоуглемазутной суспензии, сжигаемой с помощью мазутных форсунок.

2.3.5.3 Магнитное и электромагнитное обогащение

Угольное вещество является диамагнитным. Удельная магнитная

восприимчивость диамагнитных тел отрицательная. Минеральные примеси в углях

характеризуются парамагнитными свойствами. Различия в магнитных свойствах

угольного вещества и минеральных примесей позволяют в принципе использовать

170

магнитный метод для обогащения угля. Данный метод включает процессы

магнитной сепарации и магнитной флотации.

В первую очередь магнитное обогащение перспективно для удаления

примесей, содержащих соединения железа (оксиды, пирит).

Магнитная (или электромагнитная) сепарация может применяться для

регенерации суспензии в рамках гравитационного обогащения мокрым способом.

Технологические операции, входящие в схему подобной регенерации, включают:

сбор и подачу в магнитные сепараторы промывных вод, дренажных вод и

случайных переливов, содержащих магнетит, а также части рабочей суспензии;

магнитное обогащение с целью выделения из разбавленной суспензии

магнетитового концентрата; подачу регенерированной суспензии в систему

циркуляции рабочей суспензии; вывод сгущенного немагнитного шлама с отходами

регенерации; подачу слива магнитных сепараторов на ополаскивание продуктов

обогащения [75].

Принцип действия данного метода обогащения связан с тем, что чем выше

удельная магнитная восприимчивость минерального зерна, тем с большей силой

магнитное поле воздействует на него (при прочих равных условиях). Минеральные

зерна, для которых магнитная сила больше суммы противодействующих

механических сил (тяжести, инерции, центробежной, сопротивления среды и т. д.),

будут притягиваться к полюсам магнитной системы сепаратора и извлекаться в

магнитный продукт. Минеральные зерна с низкой магнитной восприимчивостью

практически не меняют намагниченности, не взаимодействуют с внешним

магнитным полем и движутся в магнитном поле по траектории, зависящей от

воздействия только механических сил. Эти минеральные зерна выделяются в

немагнитный продукт.

Сепараторы могут иметь в своей основе электромагнит (электросепараторы)

или постоянный магнит (магнитные сепараторы) [35]. В зависимости от типа

устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия

магнитной силы различают барабанные, валковые, роликовые, дисковые,

ленточные, шкивные и другие сепараторы. В свою очередь барабанные, валковые,

роликовые и ленточные сепараторы бывают с верхней и нижней подачей

обогащаемого материала.

2.3.5.4 Прочие специальные методы обогащения

Обогащение по форме и коэффициенту трения возможно на неподвижных

или подвижных гладких, рифленых и перфорированных поверхностях.

Магнитогидродинамическое (МГД) обогащение состоит в том, что при

пропускании электрического тока через проводящую (электропроводную) жидкость,

помещенную в магнитное поле, в ней возникает, кроме силы Архимеда, сила

электромагнитной природы. Эта сила выталкивает из жидкости частицы с отличной

от жидкости проводимостью. Поэтому разделение частиц осуществляется

одновременно по плотности и проводимости. Для эффективности процесса

необходимо, чтобы проводимость жидкости была выше проводимости угля.

Применяют растворы NaOH, NaCl и др.

171

Магнитогидростатическая сепарация аналогична МГД-обогащению, но

разделяющей средой в ней является не электролит, а ферромагнитная жидкость.

При взаимодействии с внешним полем в ней появляется выталкивающая сила,

которая постоянна во всем объеме жидкости и зависит от ее плотности,

регулируемой силой тока в обмотке возбуждения электромагнита. В качестве

ферромагнитной жидкости можно использовать водный или керосиновый

коллоидный раствор ферромагнетика Fe3O4.

Селективная коагуляция и флокуляция применяются для обогащения

угольных шламов. Она основана на различии коллоидно-химических свойств

компонентов. Этот метод известен давно, но развитие получил в последние годы

вследствие синтеза и промышленного производства ряда высокомолекулярных

соединений, принадлежащих классу защитных коллоидов. С помощью этих

соединений создаются такие условия, что глинистые частицы находятся во

взвешенном состоянии, а угольные - седиментируют (селективная коагуляция) или

образуют флокулы, которые затем удаляют (селективная флокуляция). Для

селективной коагуляции перспективно применение сочетания различных

полимеров типа полиакриламида, для селективной флокуляции угольных шламов -

полимеров типа латексов.

Каскадно-адгезионное обогащение объединяет в себе особенности

пенной, масляной, вакуумной, пленочной флотации и может быть использовано

для очистки сточных вод углеобогатительных фабрик, а также других

промышленных предприятий. Опытно-промышленные испытания каскадно-

адгезионного обогащения шламов оборотной воды углеобогатительной фабрики

Череповецкого металлургического комбината позволили получить концентрат

зольностью 3,6 % и влажностью 3 % - 5 % в виде гранул крупностью 6-8 мм,

зольность отходов составила 69 % - 70 % [74].

2.3.6 Обезвоживание

В большинстве случаев получаемые продукты обогащения содержат

значительное количество воды и непригодны для транспортирования. Для

удаления воды (влаги) из продуктов обогащения применяют ряд операций,

называемых в общем случае обезвоживанием.

Получаемые на обогатительных фабриках промежуточные продукты, как

правило, представлены жидкими пульпами. Присутствующую в угле внешнюю ³⁸⁾

влагу подразделяют на гравитационную, капиллярную, пленочную и

гигроскопическую:

- свободная (гравитационная) удаляется под действием сил тяжести;

продукты обогащения представляют собой суспензии;

- капиллярная удерживается силами капиллярного давления и удаляется с

помощью внешних сил; продукты называются влажными (мокрыми);

³⁸⁾ Внутренней влагой называют влагу, содержащуюся в кристаллической решетке минерала, в угле

она не встречается.

172

- пленочная удерживается на поверхности частиц силами молекулярного

притяжения между молекулами воды и частиц; продукты называют воздушно-

сухими;

- гигроскопическая содержится в сухих продуктах и удерживается на

поверхности частиц адсорбционными силами в виде мономолекулярных пленок.

В зависимости от характеристик материала (главным образом, начальной

влажности, гранулометрического и минералогического составов) используют

различные методы обезвоживания. Для сравнительно крупных частиц -

дренирование, центрифугирование; для мелких частиц - сгущение и фильтрацию

(фильтрование). Часто необходимой конечной влажности трудно достичь за одну

стадию, поэтому на практике для некоторых продуктов обогащения используют

операции обезвоживания разными способами в несколько стадий. Последней

операцией обезвоживания является сушка.

Дренирование - наиболее простой способ удаления влаги, применяемый в

основном к крупно- и среднезернистым продуктам (конечная влажность 5 % - 10

%). Дренирование заключается в естественной фильтрации жидкости через слой

материала и пористую перегородку под действием сил тяжести [65]. Дренирование

осуществляется грохотами (для крупного концентрата) и элеваторами

(в том числе багер-элеваторами

багер-сборниками)

(для

мелкого

концентрата) [76].

Центрифугирование -

разделение

неоднородных

суспензий

относительно крупными частицами при помощи центробежных сил.

Центрифугирование

осуществляется

различными

видами

центрифуг

(фильтрующими, отсаживающими, комбинированными). После центрифугирования

получают продукты с содержанием влаги 10 % - 15 %.

Сгущение - повышение концентрации твердой фазы в сгущенном продукте

по сравнению с исходной пульпой или суспензией. Сгущение осуществляется под

действием силы тяжести или центробежной силы [65]. После сгущения получают

продукты с содержанием влаги 40 % - 60 %. Сгущение продуктов производят в

одно- и многоярусных цилиндрических (радиальных) сгустителях диаметром 2,5-

30 м, гидросепараторах (небольшие сгустители с центральным приводом для

сгущения пульп, содержащих быстрооседающую твердую фазу), гидроциклонах

(если при сгущении не требуется получения чистого слива). Также могут

применяться отстойники-гидроклассификаторы.

Фильтрация - разделение суспензий с относительно мелкими частицами в

специальных аппаратах (фильтрах), снабженных пористыми фильтровальными

перегородками, которые пропускают жидкость, но задерживают твердую фазу.

После фильтрации получают продукты с содержанием влаги 10

% - 15 %.

Фильтрование осуществляют на барабанных, дисковых, карусельных, камерных и

ленточных вакуум-фильтрах (для шламов крупностью 0,5-3 мм), а также на

фильтр-прессах (для шламов крупностью менее

0,5 мм). Сгущение и

фильтрование можно интенсифицировать обработкой жидких пульп с помощью

флокулянтов (полиакриламида и т. д.).

173

Сушку (термическое обезвоживание) продуктов обогащения осуществляют

следующим образом:

- флотоконцентрат - в прямоточных барабанных сушилках с цепными

насадками;

- отходы флотации - в противоточных или прямоточных барабанных

сушилках с цепными насадками;

- мелкий концентрат и его смесь с флотоконцентратом и шламом - в

барабанных сушилках с комбинированными насадками, в сушилках кипящего слоя,

в трубах-сушилках и пневмосопловых сушилках;

- антрациты - в сушилках кипящего слоя, в пневмосопловых сушилках,

в трубах-сушилках.

Для обезвоживания продуктов отсадки применяют грохоты

(инерционные и конические), элеваторы (в том числе багер-элеваторы) и

центрифуги. Грохоты и элеваторы предназначены для первичного обезвоживания

концентрата, промпродукта и породы. Грохоты могут также использоваться для

вторичного обезвоживания промпродукта ширококлассифицированной отсадки.

Центрифуги осуществляют вторичное обезвоживание промпродукта и мелкого

концентрата. Для предварительного сброса воды перед обезвоживающими

аппаратами устанавливаются щелевидные неподвижные сита [76].

Для обезвоживания продуктов обогащения в тяжелых средах

применяют грохоты. Кроме того, в процессе регенерации суспензия подвергается

сгущению [77].

Для обезвоживания флотоконцентрата принимаются, как правило,

дисковые вакуум-фильтры. При напорной подаче флотоконцентрата на

фильтрацию предусматриваются мероприятия по пеногашению. Наиболее

труднофильтруемые флотоконцентраты обезвоживаются с использованием

флокулянтов, для чего предусматривают комплектование вакуум-фильтров

загрузочными устройствами. Обезвоживание флотоконцентрата также может

производиться в центрифугах с последующим сгущением концентрата в

сгустителе [74].

Для обезвоживания наиболее высокодисперсных взвесей крупностью менее

0,5 мм применяются фильтр-прессы [26].

В результате сортировки угля (например, грохочения) образуются шламовые

воды. Эти шламовые воды подвергаются обесшламливанию. Для

обесшламливания применяются классификаторы, а также вспомогательные

устройства (грохоты, дуговые сита, загрузочные устройства, багер-зумпфы).

Эффективность обесшламливания в классификаторах составляет 70 % - 90 % [77].

При проектировании водно-шламового хозяйства следует предусматривать:

- замкнутый цикл водно-шламового хозяйства в пределах промплощадки

фабрики;

- исключение сброса загрязненных вод за пределы объектов фабрики.

Во всех водно-шламовых схемах следует предусматривать подачу части

пульпы (слива гидроциклонов контроля крупности) на флотацию, части - в оборот

(на мокрую классификацию). Размещение сооружений и устройств водно-

шламового хозяйства должно, как правило, обеспечивать самотечный транспорт

загрязненных вод и более плотных пульп.

174

2.3.7 Брикетирование угля

Получаемые в результате обогащения угольные концентраты зачастую

представляют собой совокупность мелкодисперсных частиц, которые часто бывают

непригодными для транспортировки и прямого использования. Поэтому для их

применения осуществляют операцию окускования. Процесс окускования

мелкозернистых материалов за счет прессования под давлением в стандартные

куски называют брикетированием. Брикетирование угля может осуществляться с

добавлением связующих веществ или без них [35].

Из бурых углей брикетированию подвергают молодые, так как они обладают

высокой влажностью и низкой механической прочностью, что приводит к

образованию большого количества мелочи при их перевозке и хранении, а в

дальнейшем к значительным потерям при сжигании в топках (провалы через

колосники и унос с дымовыми газами). Молодые бурые угли брикетируют без

связующих материалов (так как они содержат значительное количество битумов -

до 20 %) на прессах при давлении 100-120 МПа.

Принципиальная технологическая схема производства энергетических

буроугольных брикетов включает следующие операции:

- дробление рядового угля (с контрольным грохочением) до крупности 6 мм;

- сушка до влажности 15 % - 20 %;

- охлаждение до 40 °С - 50 °С;

- прессование;

- охлаждение брикетов;

- складирование готовой продукции.

Схема получения технологических брикетов (для полукоксования и

коксования) включает дополнительную операцию измельчения исходного

материала до крупности 1 мм (после сушки).

Каменный уголь и антрацит характеризуются менее плотной структурой,

меньшей пластичностью и меньшим содержанием битумов (<3 %). Поэтому мелочь

каменных углей (марок Д, Т), антрацитов, коксовой шихты с повышенным

содержанием слабоспекающихся углей брикетируется при давлении 20-80 МПа с

различными связующими веществами (пек, нефтебитумы) или без них, но при

предварительном нагреве до температуры пластического состояния (400 °С -

500 °С). При этом зольность углей не должна превышать 25 %.

Принципиальная схема брикетирования каменноугольных и антрацитных

брикетов включает следующие операции:

- сушка рядового угля;

- дробление до крупности 3 мм (с предварительным грохочением);

- смешивание с подогретым до 120 °С - 180 °С связующим веществом (при

этом вся шихта нагревается до температуры 75 °С - 80 °С);

- прессование;

- охлаждение брикетов;

- складирование [33].

175

2.3.8 Складирование угля и отходов недропользования

Данные вопросы рассмотрены в соответствующих пунктах настоящего

справочника НДТ при описании добычи угля открытым способом (см. 2.2.4, 2.2.7.3).

2.3.9 Контроль качества угля

Данный вопрос рассмотрен в соответствующем пункте настоящего

справочника НДТ при рассмотрении добычи угля подземным способом (см. 2.1.5).

2.3.10 Природоохранные технологии (направление на ограничение

воздействия на окружающую среду)

2.3.10.1 Предотвращение загрязнения атмосферного воздуха

Пылеулавливание - это процесс очистки газов от взвешенных в них

мелкодисперсных твердых частиц пыли. Эффективность пылеулавливания

определяется отношением массы частиц пыли уловленных (осажденных) в

пылеуловителе к массе частиц пыли на его входе. Также на сегодняшний день

эффективность пылеулавливаемого оборудования оценивается остаточной

эмиссией, которая определяется как ПДВ или ПДК и не должна превышать

установленные экологические нормативы.

Пылеулавливание необходимо для предотвращения загрязнения

окружающей среды и соблюдения санитарно-гигиенических нормативов в

производственных помещениях углеобогатительных фабрик. Пыль образуется

практически на каждом этапе обогащения угля: в процессе сушки, при дроблении,

сухом измельчении, сухом обогащении, при перегрузке продуктов и т. д.

Как правило, при обогащении угля места пылеобразования изолируют и

применяют отсос запыленного воздуха с последующей его очисткой. Для этой цели

применяются различные типы пылеулавливающих аппаратов. Тип используемых

аппаратов обусловлен количеством очищаемого газа, необходимым качеством

очистки, начальной концентрацией пыли в газе, перспективой утилизации пыли и

другими факторами. Пылеулавливающие аппараты чаще всего устанавливают

последовательно по два и более. В первом аппарате (первая стадия) отделяется

основная масса пыли, более крупные по составу частицы, во втором (вторая

стадия) - менее крупные частицы, и в последнем производится очистка от

тончайших частиц. По способу отделения взвешенных частиц от потока газа

пылеуловители обычно подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой)

и электрической очистки. Сухой метод применяется чаще всего в первой стадии,

мокрый и электрический - на последних стадиях.

Среди пылеуловителей, основанных на сухом методе очистки от взвешенных

частиц пыли, наибольшее распространение на углеобогатительных фабриках

получили батарейные циклоны (например, ПБЦ и ПБЦГ), как первая ступень

очистки при большой концентрации от крупных частиц, которые технологически

могут быть выполнены как с нижним (ПКН), так и с верхним (ПКВ) подводом газа.

Пылеконцентраторы и батарейные циклоны применяют на сушильных установках,

в системах промышленной вентиляции и аспирации для предварительной очистки

176

воздуха от взвешенных частиц. Второй ступенью сухой очистки до установленных

экологических нормативов являются высокоэффективные рукавные, карманные,

картриджные фильтры, с возможной степенью очистки до

99,99

%. К

преимуществам можно также отнести компактность оборудования, возможность

его размещения практически в любых климатических условиях, возможность

работы с взрывоопасными продуктами. К недостаткам можно отнести

невозможность работы с сильно влажными материалами (свыше

%) и

высокотемпературными процессами (свыше 250°C).

Окончательная очистка запыленных газов может осуществляться мокрым

способом аппаратами мокрой газоочистки (например, МПРГ). Их эффективность

достигает 90-97 %. Мокрые пылеуловители просты в изготовлении, надежны в

работе и достаточно эффективны, но имеют свои недостатки. К недостаткам можно

отнести относительно высокие энергозатраты и необходимость интеграции в

водно-шламовое хозяйство углеобогатительной фабрики для очистки оборотной

воды, невозможность работы при отрицательных температурах, а также с

высокотемпературными процессами.

Преимущества электрических фильтров: достаточная степень очистки (до 99

%), относительно небольшой расход электроэнергии, возможность работы при

высоких температурах и в химически агрессивных средах. К недостаткам

электрических пылеуловителей можно отнести высокую стоимость, большие

размеры, взрывную опасность при улавливании взрывчатой пыли, значительное

выделение оксидов азота и озона, снижение эффективности улавливания пыли с

малым электрическим сопротивлением.

Более подробная информация о пылеулавливании представлена в

пункте 2.2.7.1 настоящего справочника.

2.3.10.2 Очистка оборотных и сточных вод

2.3.10.2.1 Очистка оборотных вод

На углеобогатительных фабриках, где применяется обогащение в водной

среде, всегда имеет место шламообразование, то есть насыщение технической

воды угольными частицами крупностью менее 1 мм за счет их присутствия в

рядовом угле и дополнительного вторичного измельчения при процессах

обогащения. На практике в ряде случаев в результате износа сит сброса и других

просеивающих поверхностей, смыва просыпей угля и продуктов обогащения при

инцидентах в шламовые воды попадают и более крупные зерна (крупнозернистый

шлам). Для эффективной работы отсадочных машин и других аппаратов крайне

важно, чтобы в оборотной (технологической) воде содержание твердых частиц

было минимальным, в противном случае оборотная вода будет являться в

определенной степени вязкой средой, что отрицательно влияет на все

разделительные процессы. Процессы сгущения шламов и осветления воды

взаимосвязаны между собой и одновременно протекают в одном и том же

аппарате. Эти аппараты по принципу действия делятся на отстойные, где

осаждение частиц происходит под действием силы тяжести (отстойники, сгустители

и т. д.), и центробежные - с использованием действия центробежных сил

177

(гидроциклоны, осадительные центрифуги). Процесс гравитационного сгущения

шламов заключается в их осаждении в жидкости и уплотнении в осевшем осадке.

В результате образуется осветленный слой и осадок твердого. Для

интенсификации процесса в питание аппарата обычно добавляют специальные

реагенты - флокулянты, под действием которых возрастает скорость осаждения.

Для сгущения крупнозернистых шламов и осветления оборотной воды наибольшее

распространение получили гидроциклоны [72].

2.3.10.2.2 Очистка сточных вод

Большинство обогатительных фабрик в настоящий момент применяют

технологию замыкания водно-шламовых схем. Это позволяет не сбрасывать смесь

воды и угольного шлама в пруды-отстойники, а с использованием фильтр-прессов

запускать воду в повторный цикл. Потребности обогатительной фабрики в воде

примерно до 50 м³ на тонну выпущенной продукции. При этом требования к

качеству технической воды, используемой на обогатительных фабриках,

значительно мягче требований на сброс в водные объекты. Соответственно, вода,

которая образуется после фильтр-прессов, без дополнительной обработки

запускается повторно в оборот.

В случае отсутствия технологии замыкания водно-шламовых вод на

предприятии очистка сточных производственных вод, формирующихся в процессе

обогащения угля, осуществляется с помощью тех же технологий, что и очистка

сточных вод, формирующихся в процессе добычи угля (см. 2.1.8.2). При этом

очистные сооружения обычно проектируются по схеме, предполагающей

механическую и биологическую очистку сточных вод. В особых случаях может быть

организована физико-химическая очистка сточных вод. Тонкая очистка сточных вод

практически не применяется на очистных сооружениях обогатительных фабрик.

2.3.10.3 Обращение с отходами недропользования

2.3.10.3.1 Утилизация хвостов обогащения

В результате обогащения угля формируются три продукта: угольный

концентрат, промпродукт и хвосты. Угольный концентрат и промпродукт являются

товарной продукцией, которая отгружается энергетическим и металлургическим

предприятиям. Хвосты представляют собой отходы недропользования, в которых

содержание полезного компонента (угля) ниже, чем в исходном сырье,

поступающем на обогатительную фабрику.

Хвосты обогащения могут представлять собой сухую совокупность горных

пород (например, после применения сухих гравитационных способов обогащения),

но чаще они формируются в виде пульпы (например, после применения флотации)

или отходов радиального сгустителя (кека), образующегося при восстановлении

оборотной воды. Пульпа (гидросмесь) представляет собой смесь твердых частиц

диаметром от долей микрона до 3 мм и жидкости, в которой они взвешены.

По крупности частиц различают несколько видов пульпы: грубые суспензии, тонкие

суспензии, шламы (илы), коллоидные растворы.

178

В соответствии со статьей 23.4 Закона о недрах хвосты обогащения (как

отходы недропользования, не являющиеся вскрышными и вмещающими

породами) могут быть использованы недропользователем в следующих целях:

1) для собственных производственных и технологических нужд;

2) для ликвидации горных выработок и иных сооружений, связанных с

пользованием недрами;

3) для рекультивации земель.

Сухие хвосты обогащения могут быть использованы непосредственно на

предприятиях угольной промышленности (в вышеперечисленных целях). В ином

случае, сухие хвосты размещают в отвалах подобно пустым породам (см. 2.2.7.3),

а пульпа требует специального обезвоживания.

Обезвоживание пульпы. Для сокращения объемов размещаемой пульпы

может применяться обезвоживание. Для обезвоживания могут применяться

следующие средства:

- рамные фильтр-прессы;

- осадочные центрифуги и гидроциклоны;

- хвостохранилища (гидроотвалы).

Осадочные центрифуги обеспечивают более высокое содержание воды в

обезвоженной пульпе, чем рамные фильтр-прессы.

Возможно комбинирование средств для обезвоживания пульпы. Существуют

три варианта размещения пульпы [69]:

1) прямой сброс пульпы в хвостохранилища;

2) предварительное обезвоживание пульпы в гидроциклонах с последующим

размещением в хвостохранилище. Это позволяет повысить содержание твердой

компоненты пульпы до 50 % - 70 % [64], что обеспечивает повышение емкости

хвостохранилища при сохранении объема строительных работ;

3) обезвоживание пульпы в фильтр-прессах. Это позволяет снизить

влажность отходов до 10 % - 15 %. Таким образом, отходы принимают вид

обезвоженного шлама, который может размещаться в отвалах.

Первый вариант характеризуется низкими инвестиционными и

операционными издержками, но требует проведения значительных работ по

рекультивации хвостохранилища. Второй вариант отличается относительно

высокими инвестиционными и операционными издержками, при этом требуется

проведение значительных работ по рекультивации хвостохранилища. Третий

вариант характеризуется высокими инвестиционными и операционными

издержками, при этом практически не требуется проведение работ по

рекультивации.

В рабочей версии актуализируемого европейского сборника НДТ

Management of Waste from the Extractive Industries упоминается такой вариант

размещения отходов горнодобывающих производств, как подводное захоронение

хвостов обогащения (subaqueous tailings disposal) [69]. Данные технологии

не рассматриваются в настоящем сборнике по двум причинам. Во-первых, в России

подобные технологии запрещены законодательством [70]. Во-вторых, их

потенциальное применение ограничено географией российской угледобычи:

практически все предприятия этой отрасли размещены вдали от океанского

побережья, а озера и реки характеризуются ограниченной емкостью.

179

2.3.10.3.2 Хвостохранилища (гидроотвалы)

Общая информация

Хвостохранилище представляет собой гидротехническое сооружение.

Хвостохранилища располагаются в границах земель, малопригодных для

сельскохозяйственных целей: на заболоченных участках, в балках, оврагах,

выработанных пространствах карьеров. В зависимости от рельефа основания

различают хвостохранилища [37]:

- котлованные и котловинные, расположенные соответственно в

выработанных пространствах карьеров и в естественных понижениях (не требуют

строительства дамб);

- овражные и балочные (требуют строительства одной насыпной или

намывной дамбы (плотины), перегораживающей овраг или балку);

- косогорные (требуют строительства дамб с двух или трех сторон);

- равнинные, расположенные на ровной местности или с небольшим

уклоном, в пойме реки (требуют строительства дамб с четырех или трех сторон).

В зависимости от состава складируемой породы и способов обвалования

хвостохранилища подразделяют на три типа:

- в хвостохранилища первого типа подаются пылевато-глинистые породы,

а дамба обвалования возводится из привозного грунта на всю высоту;

- в хвостохранилища второго типа намывают песчаные или песчано-

глинистые породы, при этом дамбы обвалования сооружают из намытого грунта;

- хвостохранилища третьего типа отличает складирование пород,

содержащих песчаные и большей частью пылевато-глинистые частицы; дамбы

обвалования поярусно отсыпают из привозного грунта.

Приемная способность хвостохранилищ может достигать

100 млн м³,

высота - 50 м и более.

Дамбы

Для формирования хвостохранилищ (за исключением котлованных и

котловинных) необходимо создание ограждающих дамб, внутри которых

образуется пруд-отстойник.

При строительстве первой очереди хвостохранилища строят дамбу

первичного обвалования (первичную дамбу). При возведении второй и

последующих очередей хвостохранилища (поверх первой) устанавливают дамбу

вторичного обвалования (вторичную дамбу).

При строительстве ограждающих дамб максимально используют местные

строительные материалы (включая вскрышные породы и твердые отходы

обогащения). Карьеры для добычи строительных материалов для строительства

дамб целесообразно размещать в чаше проектируемого хвостохранилища и

впоследствии использовать их.

Дамбы могут возводиться с применением механического уплотнения грунта

или без такового, с отсыпкой насухо или в воду, намывным и взрывным способом.

Основные требования к ограждающим дамбам сводятся к обеспечению

устойчивости их откосов от оползания и оплывания под действием

выклинивающихся на откосе фильтрационных вод и закрепленных намытых

отходов от распыления (например, с помощью каменной наброски). Особое

180

внимание обоснованию устойчивости откосов ограждающих дамб должно

уделяться при большой интенсивности намыва грунтов и отходов, а также при

устройстве хранилищ в сейсмических районах.

По своей конструкции дамбы подразделяются на [78]:

- однородные (состоят из гомогенной смеси строительных материалов);

- неоднородные (состоят из тела плотины и противофильтрационного

устройства).

Функция тела дамбы состоит в обеспечении устойчивости дамбы и в защите

противофильтрационных устройств от эрозии.

Противофильтрационные устройства (ПФУ) представляют собой

водонепроницаемые объекты, предназначенные для борьбы с выносом жидких и

твердых компонентов пульпы из хвостохранилища. К ПФУ относятся: призма,

экран, диафрагма, ядро, понур, шпунт, зуб, стенка, завеса. ПФУ могут быть

возведены как из уплотненных грунтов (например, глинистых), так и из негрунтовых

материалов (полимерных пленок, битумных покрытий, глинобетона) [43].

Днище хвостохранилища также должно быть непроницаемым для жидкой

компоненты пульпы. Непроницаемость может быть обеспечена как естественным

грунтом, так и сочетанием естественного грунта с геосинтетическими материалами.

Неоднородные плотины могут снабжаться ПФУ из грунтовых и негрунтовых

материалов. Плотины с грунтовыми ПФУ в свою очередь делятся на плотины:

- с центральным ядром, когда ПФУ из мелкозернистого грунта располагается

строго по оси плотины;

- с наклонным ядром, когда низовая грань ПФУ наклонена к горизонту под

острым углом, но угол наклона больше угла естественного откоса крупнозернистого

грунта;

- с экраном, когда угол наклона низовой грани ПФУ меньше или равен углу

естественного откоса крупнозернистого грунта.

Если ПФУ выполняется из негрунтового материала (бетон, асфальтобетон,

сталь, дерево и т. д.), то по его положению в теле плотины различают экран,

расположенный со стороны верхового откоса, и диафрагму, расположенную по оси

плотины.

В европейском сборнике НДТ выделяют три слоя дамбы, которые в

некоторых случаях могут разделяться негрунтовыми ПФУ (например, из

геотекстиля) [69]:

- передний слой (upstream section), не подвергающийся эрозии со стороны

пульпы (например, утрамбованный песок, каменная наброска);

- средний слой или ядро (middle section / core), обеспечивающий дренаж

дамбы (например, из скального материала);

- задний слой (downstream section), обеспечивающий устойчивость дамбы

(например, плотно утрамбованный песок).

По своей конструкции в европейском сборнике НДТ выделяют следующие

типы дамб:

- водонепроницаемые (impermeable, water-retention type):

- обычные (conventional);

- надстраиваемые (staged);

- надстраиваемые дамбы с передним ядром (staged with upstream core);

181

- водопроницаемые (permeable):

- дамбы с малопроницаемым слоем из хвостов (dam with tailings low

permeability core);

- дамбы хвостов (dams with tailings in structural zone).

Обычные дамбы состоят исключительно из первичной дамбы и

не надстраиваются по мере заполнения хвостохранилища.

Надстраиваемые дамбы состоят как из первичных, так и вторичных дамб.

Для возведения вторичных дамб могут применяться прежде обезвоженные хвосты.

Как правило, удельная стоимость надстраиваемых дамб (в расчете на единицу

объема) ниже, чем для обычных дамб.

Если отстоявшиеся в хранилище хвосты лежат выше уровня воды

(т. е. сформирован пляж), то они могут защитить малопроницаемое ядро от эрозии,

которое на вторичной дамбе может быть вынесено в переднюю часть дамбы.

Кроме того, если в хвостохранилище формируется пляж, он сам по себе

может служить малопроницаемым слоем во вторичной дамбе.

Наконец, хвосты сами по себе могут служить строительным материалом для

тела вторичных дамб.

Надстройка вторичных дамб над первичной может осуществляться как в

направлении к центру пруда-отстойника (upstream method), так и в направлении от

него (downstream method), а также точно над первичной дамбой (centerline

method) [64]. Первый способ (upstream) требует минимальных капитальных затрат,

но обеспечивает низкую надежность дамбы относительно других способов.

Дренажные устройства

Для противодействия фильтрации жидкой компоненты пульпы и для защиты

хвостохранилища от подтопления и заболачивания необходимо строительство

дренажных устройств в дамбах. Дренажные устройства в дамбах обычно состоят

из отводящего устройства и фильтра (многослойный фильтр обычно носит

название обратного фильтра). Отводящие устройства могут быть выполнены в

форме трубок, упорных призм, лент и т. д. [78] Обычно хвостохранилища

снабжаются бортовыми канавами, в которые поступает сточная жидкость.

Водосбросные устройства

В хвостохранилище необходимо не допускать чрезмерного повышения

уровня воды, чтобы не допускать превышения уровня дамбы, повышения давления

на дамбу и ее размыва [64]. С другой стороны, нельзя допускать и понижения этого

уровня ниже определенной отметки, чтобы не допускать пыления. Для

поддержания определенного уровня воды, для отвода из хранилищ поверхностного

стока, для частичного или полного опорожнения пруда хранилища, а также для

отвода осветленной и предварительно очищенной от химических компонентов

воды за пределы хранилища возводятся водосбросные сооружения.

Конструкция водосбросных сооружений должна обеспечить отвод вод с

различных отметок горизонта воды в прудке хранилища в связи с непрерывным

подъемом гребня плотины или дамб обвалования в процессе эксплуатации.

182

Отвод поверхностных вод (кроме осадков, выпадающих непосредственно в

чащу хранилища) может быть осуществлен следующими способами:

- аккумулированием поверхностного стока в хранилище с последующим

сбросом его в ближайшие водоемы (или водотоки) или использованием его в

системе оборотного водоснабжения;

- пропуском поверхностного стока в обход хранилища с устройством плотин

с обводных и нагорных каналов.

К водосбросным устройствам относятся: коллекторы, тоннели, каналы и

водосбросные колодцы.

Наиболее характерны следующие схемы водосбросных устройств на

хвостохранилищах:

- вертикальный колодец в центре хвостохранилища, от которого по дну

отходит горизонтальный тоннель;

- лотковый водосброс на краю хвостохранилища;

- насос с отводящей трубой, плавающий по поверхности хвостохранилища.

Защита от наводнений

В европейском справочнике по НДТ «Management of Tailings and Waste-Rock

in Mining Activities» особое внимание уделяется защите от наводнений. Согласно

положениям данного справочника, водосбросные устройства хвостохранилища

должны быть рассчитаны на высоту максимального вероятного наводнения.

Данная высота обычно определяется как отметка воды при максимальном

наводнении за период 10 000 лет или как отметка воды, которая получается

умножением в 2-3 раза изменения уровня воды при максимальном наводнении за

период

200 лет. В качестве грубой эмпирической оценки предлагается для

подобного наводнения использовать расход воды, в

2,5 раза превышающий

условия половодья [64].

Утилизация воды

Если обогащение угля производится гравитационным способом, пульпа в

большинстве случаев не загрязняется химическими соединениями и поэтому

осветленная вода из хранилищ может быть возвращена в технологический процесс

или сброшена в естественные водоемы.

Если обогащение угля производится с использованием флотации, а также

при применении коагулянтов и флокулянтов для оседания твердой фазы в пульпе

остаются высокие концентрации загрязняющих веществ. Следовательно,

осветленная вода должна пройти химическую очистку. Для этого необходимо

возведение водозаборов осветленной воды, насосных станций, водоводов и

очистных сооружений.

Эксплуатация хвостохранилищ

Заполнение хвостохранилища предполагает сброс пульпы, которая обычно

транспортируется с помощью специальных трубопроводов (пульповодов), в пруд-

отстойник. При строительстве хранилищ необходимо предусмотреть

одновременное строительство запасных пульповодов, которые включаются на

случай ремонта или аварии основного. В редких случаях для транспортировки

могут использоваться открытые каналы или автотранспорт [64]. Заполнение по

односторонней схеме предполагает сброс пульпы от дамбы к берегам, по

кольцевой схеме (данный способ является более предпочтительным [69]) - от

183

периметра дамбы. При сооружении хвостохранилища в основном производят

безэстакадный, эстакадный, пионерно-торцевой намывы и их различные

разновидности. Пионерно-торцевой намыв используется для складирования

породы в воду, овраги, выемки, а также для создания узкопрофильных сооружений.

Пульпа выливается из торца трубопровода, который по мере намыва площадки

удлиняется. В зависимости от состава грунта трубопровод располагают на

эстакадах или непосредственно на намытом грунте (при подаче песчаного или

глинистого грунта в виде кусков и комьев).

Содержание твердых компонентов в хвостохранилищах обычно колеблется

в диапазоне от 15 % до 50 %. В процессе сброса пульпы наиболее крупные и

тяжелые частицы осаждаются у места выпуска, а в пруд попадают самые мелкие и

легкие частицы. Пульпа осаждается в пруде в течение определенного срока.

Иногда процесс осаждения ускоряют с помощью специально добавленных

реагентов - коагулянтов и флокулянтов.

Обезвоживание пульпы осуществляется за счет дренажа жидкой

компоненты, а также за счет испарения. В связи с этим целесообразным является

формирование пляжей намыва - участков хвостохранилища, на которых

размещается пульпа с низкой влажностью. В некоторых случаях, когда существует

риск формирования кислотного стока или пыления, создание пляжей

нецелесообразно: вся твердая фракция пульпы должна находиться под слоем

воды [64].

Обезвоженные хвосты обогащения могут быть удалены из пруда, после чего

они либо захораниваются в отвалах, либо используются как строительный

материал. Цикл использования осадочных прудов составляет от одного года до

трех лет.

2.3.10.3.3 Отвалы сухих продуктов обогащения

Сухие и обезвоженные продукты обогащения захораниваются в отвалах

наподобие тех, что используются для размещения вскрышных пород. Отвалы

продуктов обогащения формируются из относительно тонких слоев, их толщина

составляет

0,5-4 м. Для транспортировки продуктов обогащения обычно

применяется автомобильный или конвейерный транспорт [64]. Каждый слой

утрамбовывается как непосредственно автомобильным транспортом, так и

специальными катками. Утрамбовывание производится в целях ограничения

проникновения атмосферных осадков и кислорода в глубину отвала.

Проникновение кислорода грозит возгоранием отвалов, а проникновение осадков -

формированием кислотных стоков. Кроме того, избежать кислотных стоков

позволяет создание кольцевой дренажной системы вдоль подошвы отвала,

которая отводит стоки в специальные пруды.

2.3.10.3.4 Защита от ветровой эрозии отвалов и хранилищ хвостов

обогащения [79]

Отвалы и хвостохранилища при высыхании подвержены ветровой эрозии, в

результате чего возрастает разрушение откосов и пляжей хвостохранилищ, а также

запыленность прилегающей к хранилищу или отвалу территории.

184

Для предотвращения пыления намыв отходов в хранилище должен

производиться ровными слоями по всей площади хранилища с таким расчетом,

чтобы обеспечить постоянное смачивание всей намытой площади.

Мероприятия по защите от ветровой эрозии разрабатываются для каждого

конкретного хранилища и должны включать в себя ряд основных положений. Для

предохранения от эрозии верхового откоса плотины или дамбы хвостохранилища

необходимо:

- поддерживать максимальный уровень воды в отстойном пруде при

обеспечении одновременно максимальной ширины пляжа, назначенной проектом;

- осуществлять увлажнение пляжа путем дождевания (поливом);

- осуществлять химическое закрепление отходов;

- осуществлять намораживание льда толщиной 3-6 см;

- осуществлять снегоудержание;

- и т. д.

Для предохранения от эрозии низового откоса плотины или дамбы

хвостохранилища необходимо:

- покрытие поверхности откоса гравийно-галечниковой смесью, шлаком;

- обеспечивать толщину защитного слоя не менее 0,1 м;

- покрытие поверхности откоса растительным грунтом (слоем не менее

0,1 м), на котором производится посев многолетних трав, посадка кустарников;

- и т. д.

Создание защитного покрытия откоса требует учета особенностей

конкретного сооружения (климат района, химико-минералогический состав

намытых отходов): осуществляется обработка поверхностного слоя откоса

различными химическими соединениями (эмульсии на основе битумов,

синтетических полимеров, силикатрастворов), укрытие пленками. Толщина

закрепленного слоя поверхности откоса должна составлять

0,5-3,0 см, срок

службы - до 2 лет. В отдельных случаях при небольшом объеме крепления

возможно применить сплошную одерновку.

Во избежание пыления целесообразно не допускать формирования

открытых пляжей на хвостохранилищах.

Для борьбы с ветровой эрозией на отвалах сухих горных пород применяется

утрамбовывание и орошение используемых карьерным транспортом дорог. Кроме

того, во время сильных порывов ветра транспортировка вскрышных пород и

продуктов обогащения может приостанавливаться [64].

185

Раздел 3. Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в

окружающую среду

3.1 Добыча угля подземным способом

3.1.1 Материальный и энергетический баланс

При подготовке справочника НДТ были получены заполненные анкеты от

27 предприятий угольной промышленности, осуществляющих добычу угля

подземным способом.

При добыче угля подземным способом необходимы материальные ресурсы

(вода) и энергоресурсы (электроэнергия, нефтепродукты и т. д.). В зависимости от

технологии производства и используемого оборудования различаются удельные

показатели потребления материальных и энергетических ресурсов.

В таблице 18 представлены максимальные удельные расходные показатели

по предприятиям угольной промышленности, которые указали сведения о

потреблении ресурсов в заполненных анкетах. В расчет не включены данные

анкет, в которых не были указаны объемы производства и/или в которых

отсутствуют данные о потреблении материальных и энергетических ресурсов,

необходимых для расчета удельных показателей. При расчете показателей

ресурсной эффективности учитывались данные референтного года (год

максимальной добычи за период с 2018 по 2022 год).

Таблица 18 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов

Расход на 1 т горной массы

Наименование

Единица измерений

Электроэнергия

кВт∙ч/т

101,2

Свежая вода

м³/т

0,3

Топливо

т усл. т./т

0,03

3.1.2 Характеристика эмиссий

Для определения маркерных веществ в сфере добычи угля были выделены

следующие критерии:

- вещество оказывает негативное воздействие на окружающую среду;

- вещество

характерно

исключительно

для

рассматриваемого

технологического процесса;

- вещество присутствует в эмиссиях в значительном количестве и на

подавляющем большинстве рассматриваемых предприятий.

Технологические показатели определяются для маркерных веществ на

основе анализа данных, полученных в результате сбора данных с предприятий

рассматриваемой отрасли промышленности, относящихся к области применения

ИТС НДТ.

186

При определении технологических показателей было проведено

дополнительное уточнение полученных по результатам анкетирования данных в

первую очередь для максимальных и минимальных значений с целью устранения

ошибок и неточностей при заполнении анкет. Минимальные и максимальные

показатели, существенно выпадающие из общей выборки, были исключены.

3.1.2.1 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

В таблице 19 представлены данные о выбросах загрязняющих веществ в

атмосферу по предприятиям угольной промышленности, которые указали

соответствующие сведения в заполненных анкетах в целом по технологическому

этапу. Различие показателей удельных выбросов загрязняющих веществ связано с

особенностями горно-геологических условий месторождений, а также с

используемыми технологиями производства.

Таблица 19 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при добыче угля

подземным способом

Масса

выбросов

загрязняющих

Единицы

Метод очистки, повторного

веществ

Наименование

измерен

Источники выброса

использования

после очистки

ий

в расчете на

добываемую

горную массу

Мероприятия,

предупреждающие

Пыль

образование пыли при

неорганическая с

Все этапы

буровзрывных работах

содержанием

технологического

Орошение

кремния менее 20

г/т

процесса (без

Обеспыливающее

10,7-70,4

%, 20-70 %,

учета пыления от

проветривание

а также более 70

отвалов)

Обработка дорожного

%, пыль каменного

полотна

угля (суммарно)

Пылеулавливание

Предотвращение эрозии

Мероприятия,

предупреждающие

Пыль

образование пыли при

неорганическая с

Все этапы

буровзрывных работах

содержанием

технологического

Орошение

кремния менее 20

г/т

процесса (с учетом

Обеспыливающее

33,0-103,3

%, 20-70 %,

пыления от

проветривание

а также более 70

отвалов)

Обработка дорожного

%, пыль каменного

полотна

угля (суммарно)

Пылеулавливание

Предотвращение эрозии

По результатам анализа данных, полученных в рамках анкетирования

предприятий отрасли в

2023 году, выделен перечень маркерных веществ,

характерный для добычи угля подземным способом:

187

- пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20-70, а также

более 70 процентов;

- пыль каменного угля.

По данным маркерным веществам установлен суммарный технологический

показатель, так как процентное распределение данных маркерных веществ в

составе выбросов предприятий отрасли различно, при этом оба вещества являются

характерными.

В связи с возможными существенными различиями доли добытого угля в

общем объеме добываемой горной массы в зависимости от этапа разработки,

технологический показатель выбросов маркерных веществ установлен как

удельный показатель выбросов, отнесенный к объему добываемой горной массы

(включающей добытый уголь, вскрышные и вмещающие породы, г/т добываемой

горной массы).

При установлении технологических показателей выбросов маркерных

веществ в атмосферный воздух были учтены источники выбросов в границах

следующих технологических процессов:

- проведение горных выработок (выемка, погрузка, транспортировка горной

массы, возведение крепи, наращивание транспортных устройств и коммуникаций);

- буровзрывные работы (бурение, заряжание, взрывание);

- выемка угля из очистного забоя, подъемно-транспортные работы (в забое и

на поверхности);

- складирование и отгрузка угля;

- пыление отвалов.

Стоит отметить, что предприятия, технологическая схема добычи угля

которых предполагает наличие отвалов, характеризуются значительно более

высокими удельными показателями выбросами пыли, преимущественно за счет

большей площади пыления. По этой причине для данных предприятий установлен

отдельный технологический показатель.

Процесс добычи угля подземным способом сопровождается работой

двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и котельного оборудования.

С применением этого оборудования связана эмиссия ряда загрязняющих веществ

(оксидов азота, диоксида серы, сажи и т. д.). Однако эти вещества не учитываются

при определении НДТ по ряду причин. Во-первых, эмиссии этих веществ

многократно уступают по объемам выбросам пыли, и их концентрация в

атмосферном воздухе не превышает ПДК. Во-вторых, ДВС и котельные агрегаты

являются универсальным оборудованием, которое широко применяется за

рамками угольной отрасли и не характеризует производственный процесс.

Напротив, неорганическая пыль является продуктом, эмиссия которого

непосредственно обусловлена технологическими процессами добычи угля.

В-третьих, в большинстве случаев ДВС и котельные агрегаты устанавливаются в

наземных сооружениях, а не непосредственно в шахтах.

Контроль содержания маркерных веществ в выбросах на соответствие ПДК

осуществляется с периодичностью, определенной условиями комплексных

экологических разрешений (далее - КЭР). Рекомендуется проводить замеры

выбросов неорганической пыли в контрольных точках на границе санитарно-

188

защитных зон (определяются проектом) в автоматическом режиме по усредненной

за сутки пробе.

3.1.2.2 Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

При добыче угля подземным способом сточные воды подразделяются на

попутно-забираемые (шахтные, дренажные), технологические (формируются

непосредственно в процессе производственного процесса) и хозяйственно-

бытовые (формируются в административно-бытовых корпусах). Формирование

загрязненных сточных вод осуществляется практически на всех этапах

технологического процесса добычи угля подземным способом.

В таблице 20 представлены данные о сбросах загрязняющих веществ в

водные объекты по предприятиям угольной промышленности, которые указали

соответствующие сведения в заполненных анкетах. Различие удельных

показателей сбросов загрязняющих веществ обусловлено различиями в

используемых технологиях производства и горно-геологическими условиями

месторождений и подлежит подтверждению научными исследованиями.

Полный химический состав сточных вод угледобывающих предприятий

обусловлен их контактом с горными породами, при этом на различных горизонтах

концентрации веществ варьируются и зависят от глубины ведения горных работ и

состава горных пород так, по мере углубки и перехода на добычные (угольные)

горизонты, концентрации имеют особенность снижаться и связанно это с

разбавлением воды с низ лежащих подземных горизонтов, где минеральные

породы сменяются угольными пластами. Соответственно присутствие в сточных

водах растворенных минеральных веществ, вымываемых из горных пород,

явление цикличное, не подающееся оценке, прогнозу и привнесу и не

коррелируется с объемом добычи.

Таблица 20 - Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты при добыче

угля подземным способом

Направление

Среднегодовая

сбросов (в водный

Метод

концентрация

Единицы

объект, в системы

очистки,

Наименован

Источники

сбросов

измерен

канализации,

повторного

ие

сброса

загрязняющих

ий

закачка в

использован

веществ после

подземные

ия

очистки

горизонты)

Осветление,

предварител

ьное

Все этапы

Взвешенные

отстаивание,

мг/дм³

технологическо

В водный объект

0,95-23,7

вещества

флотация,

го процесса

биологическа

я очистка,

фильтрация

Все этапы

Озонировани

Железо

мг/дм³

технологическо

В водный объект

е, аэрация,

0,01-0,4

го процесса

сорбция

189

Окончание таблицы 20

Направление

Среднегодовая

сбросов (в водный

Метод

концентрация

Единицы

объект, в системы

очистки,

Наименован

Источники

сбросов

измерен

канализации,

повторного

ие

сброса

загрязняющих

ий

закачка в

использован

веществ после

подземные

ия

очистки

горизонты)

Все этапы

Осветление,

Нефтепродук

мг/дм³

технологическо

В водный объект

флотация,

0,01-0,08

ты (нефть)

го процесса

фильтрация

Все этапы

Озонировани

Марганец

мг/дм³

технологическо

В водный объект

е, аэрация,

0,006-0,25

го процесса

сорбция

Все этапы

Озонировани

Медь

мг/дм³

технологическо

В водный объект

0,0004-0,006

е, сорбция

го процесса

При выборе маркерных веществ в сбросах в водные объекты были

использованы следующие критерии:

- характеризуют технологию;

- содержатся в сбросах большинства предприятий отрасли;

- привносят наибольший объем приведенной массы загрязняющего

вещества.

Приведенная масса загрязняющего вещества рассчитана как произведение

фактического объема загрязняющего вещества, поступающего в водные объекты

со сточными водами за отчетный период, и коэффициента относительной эколого-

экономической опасности данного загрязняющего вещества.

В качестве основы для расчетов приведенной массы загрязнений были

использованы утвержденные значения предельно-допустимых концентраций (ПДК)

загрязняющих веществ в воде водоемов рыбохозяйственного значения (как

наиболее жесткие). С помощью ПДК определяются коэффициенты эколого-

экономической опасности загрязняющих веществ (рассчитываются как величина

обратная

ПДК: = 1/ПДК).

В результате анализа анкет предприятий угольной отрасли на основании

данных критериев были определены маркерные вещества, содержащиеся в

сбросах большинства предприятий отрасли, имеющие значительный объем

приведенной массы загрязняющего вещества, а также привносимые в результате

технологического процесса добычи угля. К ним относятся:

- взвешенные вещества;

- железо;

- нефтепродукты (нефть).

При анализе целесообразности расширения перечня маркерных веществ с

учетом более полного охвата предприятий угольной отрасли по результатам

анкетирования, а также наличия дополнительных источников данных об эмиссиях

загрязняющих веществ предприятиями угольной отрасли был сформирован

190

перечень загрязняющих веществ, соответствующих основным критериям выбора

маркерных веществ. К ним относятся:

- марганец;

- медь.

Высокая частота встречаемости марганца и меди в сбросах предприятий

угольной отрасли связана с распространенностью данных элементов как в составе

горных пород, так и в составе подземных вод. Учитывая значительную

приведенную массу марганца и меди, целесообразно включение данных веществ в

перечень маркерных веществ на основании соответствия двум критериям.

Фактически марганец и медь не привносятся извне деятельностью угольных

предприятий, однако, могут вымываться из горных пород или поступать на

поверхность с подземными водами, что подлежит подтверждению научными

исследованиями по каждому предприятию.

Рассматривать в качестве маркерных веществ остальные вещества,

присутствующие в сбросах угольной отрасли нецелесообразно, так как наличие

отдельных веществ (например, фосфаты, ряд металлов) обусловлено горно-

геологическими условиями и характерно только для отдельных предприятий или

оказывает незначительное влияние по сравнению с другими загрязняющими

веществами. При этом связи эмиссий прочих рассмотренных веществ с

применяемыми технологиями добычи угля не выявлено, соответственно,

включение данных веществ не будет способствовать внедрению НДТ и не

соответствует цели ИТС.

В связи с отсутствием прямой связи объемов и массы сбросов с объемом

продукции (объемами добычи) и, как следствие, невозможностью корректного

соотнесения массы сброса загрязняющих веществ с объемом продукции,

технологические показатели маркерных веществ были установлены в виде

среднегодовой концентрации (с целью минимизации влияния на показатель

сезонных колебаний концентраций загрязняющих веществ), мг/дм³.

Контроль маркерных веществ может производиться в автоматическом

режиме или с привлечением лаборатории.

Замеры в автоматическом режиме производятся по усредненной за сутки

использования пробоотборных шкафов пробе воды.

Контроль соответствия содержания маркерных веществ в сточных водах ПДК

в лабораторных условиях осуществляется с периодичностью, определенной

условиями КЭР. Используется для маркерных веществ, замеры которых не могут

осуществляться в автоматическом режиме в связи с особенностями проведения

измерений и отсутствием необходимого оборудования, в соответствии с

программой автоматического контроля.

3.1.2.3 Отходы

недропользования

отходы

производства,

образующиеся при добыче угля подземным способом

При подземной добыче угля наибольшие удельные показатели образования

отходов приходятся на отходы недропользования. При этом данные отходы

являются наименее опасными видами отходов: они относятся к V классу опасности

(практически неопасные отходы).

191

К остальным видам отходов, формирующихся на угольных шахтах,

относятся: лампы ртутные, ртутно-кварцевые, люминесцентные (относятся к I

(наивысшему) классу опасности), аккумуляторы и кислота аккумуляторная (II класс

опасности), отходы масел и нефтепродуктов (III класс опасности), а также

оргтехника, зола и шлак (образуются при сжигании угля в котельных и при

электросварке), отходы систем водоснабжения и водоочистки, резина и

пластмассы, коммунальные отходы, металлолом, которые относятся к

малоопасным и наименее опасным классам отходов.

Утилизация

опасных

отходов

практически

во

всех

случаях

угледобывающими предприятиями не осуществляется, эти отходы передаются для

утилизации и захоронения специализированным организациям. Кроме того, эти

виды отходов не являются специфичными для угольной отрасли: они формируются

во многих других отраслях промышленности и экономической деятельности.

Отходы малоопасного и наименее опасного классов также в большинстве

своем не являются специфичными для угольной отрасли. Например, зола и шлак

образуются в процессе сжигания твердого топлива в котельных, металлолом - в

процессе ремонта оборудования и т. д. В качестве специфичных отходов

рассматриваются отходы недропользования.

В Таблица 21 представлены данные об образовании отходов по

предприятиям угольной промышленности, которые указали соответствующие

сведения в заполненных анкетах. Объемы образования отходов загрязняющих

веществ на тонну угля различаются в несколько раз, а нередко на 2-3 порядка, что

обусловлено как используемыми технологиями производства, так и горно-

геологическими условиями месторождений. В силу этого выбор каких-либо видов

отходов для установления технологических показателей невозможен.

Таблица 21 - Отходы недропользования и отходы производства, образующиеся

при добыче угля подземным способом

Объем и/или

масса

Единиц

образования

Класс

Метод очистки,

Наименован

отходов до

Источники

опаснос

повторного

ие

измере

очистки

образования

ти

использования

ний

в расчете на

тонну

продукции

Самостоятельная

утилизация или

Различные

Отходы

передача на

этапы

недропольз

кг/т

28,4-124,7

утилизацию другой

технологическог

ования

организации (для

о процесса

вторичного

использования)

192

Окончание таблицы 21

Объем и/или

масса

Единиц

образования

Класс

Метод очистки,

Наименован

отходов до

Источники

опаснос

повторного

ие

измере

очистки

образования

ти

использования

ний

в расчете на

тонну

продукции

Отходы

Передача на

систем

утилизацию другой

водоснабже

Очистка

г/т

20,0-202,6

организации для

ния и

сточных вод

вторичного

водоочистк

использования

Сжигание угля в

Передача на

Зола и

котельных

IV-V

г/т

64,9-2384,3

утилизацию другой

шлак

агрегатах,

организации

электросварка

Передача на

Различные

утилизацию другой

вспомогательны

Металлоло

организации

IV-V

г/т

0,4-43,2

е этапы

(главным образом,

технологическог

для вторичной

о процесса

выплавки металлов)

Все этапы

Передача на

Резина и

IV-V

г/т

1,1-5283,1

технологическог

утилизацию другой

пластмассы

о процесса

организации

Замена масел

при

Отходы

Передача сторонней

эксплуатации

масел и

организации для

III

г/т

0,1-2,8

оборудования,

нефтепрод

вторичного

транспорта и

уктов

использования

горно-шахтного

оборудования

3.1.2.4 Прочие факторы воздействия

Физические факторы воздействия

Физическими факторами негативного воздействия на окружающую среду от

добычи угля подземным способом являются шум и вибрация. В Таблица 22

представлены данные о шумовом и вибрационном воздействии по предприятиям

угольной промышленности, которые указали соответствующие сведения в

заполненных анкетах³⁹. В данной таблице не указаны средние значения уровня

³⁹ Использованы данные, полученные при подготовке ИТС НДТ 37-2017

193

воздействия, поскольку разные предприятия предоставили сведения о шумовом и

вибрационном воздействии с разной степенью детализации.

Шумовое воздействие осуществляется многочисленными видами

оборудования: буровыми установками, выемочно-погрузочной техникой,

транспортными средствами и т. д. Вибрационное воздействие связано с работой

комбайнов, буровых установок и другого горношахтного оборудования. Снижение

шумового воздействия обеспечивается применением глушителей шума,

шумоизоляции, беруш и противошумных наушников, а также путем ограничения

времени пребывания в условиях высокого шума. Снижение вибрационного

воздействия обеспечивается средствами виброзащиты.

Таблица 22 - Физические факторы воздействия

Уровень

воздействия

Единиц

до снижения в

Наименова

Метод снижения

расчете на

Источник воздействия

ние

измере

уровня воздействия

тонну продукции

ний

(или постоянный

уровень)

Очистной комбайн,

главный конвейер,

электропоезд, ленточный

Применение средств

конвейер, насосное

индивидуальной

Шум

дБ

0-102

оборудование,

защиты, защитных

перегружатели,

средств для органов

вентиляционные

слуха

установки, дробилки,

сварочное оборудование

Использование

противовибрационны

Проходческий комбайн,

х защитных средств,

Вибрация

дБ

0-135

буровые станки

средств

индивидуальной

защиты

Климатическое воздействие

Добыча угля подземным способом характеризуется выделением в

атмосферу парниковых газов, оказывающих негативный эффект на изменение

климата. К основным парниковым газам, эмиссия которых осуществляется в

процессе добычи угля подземным способом, относится метан и углекислый газ.

Эмиссия метана (СН4) происходит от угольных пластов и прилегающих

пустот. При этом уровень концентрации метана в угольных пластах - это горно-

геологический фактор, который характеризует степень газоносности угольных

месторождений. Концентрация метана в шахтах строго контролируется

требованиями промышленной безопасности. В связи с этим, при установлении

индикативных показателей выбросов парниковых газов для процессов добычи и

обогащения угля, выбросы СН4 не учитываются.

194

3.2 Добыча угля открытым способом

3.2.1 Материальный и энергетический баланс

При подготовке справочника НДТ были получены заполненные анкеты от

67 предприятий угольной промышленности, осуществляющих добычу угля

открытым способом.

При добыче угля открытым способом широко используются материальные

ресурсы (вода) и энергоресурсы (электроэнергия, нефтепродукты и т. д.). Расход

материалов и энергоресурсов на тонну горной массы и, как следствие, количество

выбросов, сбросов и образующихся отходов, зависит как от принятой технологии

производства, так и от горно-геологических условий месторождения.

В связи с этим удельные расходные показатели по материалам и

энергоресурсам (на тонну угля), потребляемым при добыче угля открытым

способом, могут различаться на несколько порядков. В Таблица 23 представлены

максимальные удельные расходные показатели о потреблении ресурсов по

предприятиям угольной промышленности, которые указали сведения о

потреблении ресурсов в заполненных анкетах. В расчет не включены данные

анкет, в которых не были указаны объемы производства и/или в которых

отсутствуют данные о потреблении материальных и энергетических ресурсов,

необходимых для расчета удельных показателей. При расчете показателей

ресурсной эффективности учитывались данные референтного года (год

максимальной добычи за период с 2018 по 2022 год).

Таблица 23 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов

Расход на 1 т горной массы

Наименование

Единица измерений

Электроэнергия

кВт∙ч/т

10,4

Свежая вода

м³/т

0,008

Топливо

т усл. т./т

0,002

3.2.2 Характеристика эмиссий

Критерии определения маркерных веществ в сфере добычи угля, а также

методология расчета технологического показателя подробно описаны в разделе

3.1.2.

3.2.2.1 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

В таблице 24 представлены данные о выбросах загрязняющих веществ в

атмосферу по предприятиям угольной промышленности, которые указали

соответствующие сведения в заполненных анкетах в целом по технологическому

этапу. Различие показателей удельных выбросов загрязняющих веществ связано с

особенностями горно-геологических условий месторождений, а также с

используемыми технологиями производства. Так, например, применение

196

гидравлического разрушения горной массы позволяет снизить выбросы на этапе

подготовки горных пород, применение железнодорожного транспорта - на этапе

транспортировки горной массы и т. д. Однако применение технологий,

обеспечивающих низкие выбросы в атмосферу, ограничивается рядом причин:

ростом сбросов загрязненных сточных вод (в отношении гидравлического

разрушения горной массы), высокими капитальными затратами (в отношении

железнодорожного транспорта).

Таблица 24 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при добыче угля

открытым способом

Масса

выбросов

загрязняющих

Метод очистки,

Единицы

Источники

веществ после

Наименование

повторного

измерений

выброса

очистки

использования

в расчете на

добытую горную

массу

Мероприятия,

Пыль

предупреждающие

неорганическая с

образование пыли при

содержанием

буровзрывных работах:

Все этапы

кремния менее

Орошение;

технологиче

20 %, 20 % - 70

г/т

Обеспыливающее

2,4-62,9

ского

%, а также более

проветривание;

процесса

70 %, пыль

Обработка дорожного

каменного угля

полотна;

(суммарно)

Пылеулавливание;

Предотвращение эрозии

По результатам анализа данных, полученных в рамках анкетирования

предприятий отрасли в 2023 году, на основании критериев определения маркерных

веществ (см. раздел 3.2.1) выделен перечень маркерных веществ, характерный

для добычи угля открытым способом:

- пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также

более 70 процентов;

- пыль каменного угля.

По данным маркерным веществам установлен суммарный технологический

показатель, так как процентное распределение данных маркерных веществ в

составе выбросов предприятий отрасли различно, при этом оба вещества являются

характерными.

В связи с возможными существенными различиями доли добытого угля в

общем объеме добываемой горной массы в зависимости от этапа разработки,

технологический показатель выбросов маркерных веществ установлен как

удельный показатель выбросов, отнесенный к объему добываемой горной массы

(включающей добытый уголь, вскрышные и вмещающие породы, г/т добываемой

горной массы).

197

При установлении технологических показателей выбросов маркерных

веществ в атмосферный воздух были учтены источники выбросов в границах

следующих технологических процессов:

- буровзрывные работы (механическое рыхление, гидравлическое

разрушение);

- выемочно-погрузочные работы (экскавация);

- транспортировка горной массы (перемещение карьерных грузов);

- складирование и отгрузка угля;

- пыление отвалов.

Контроль содержания маркерных веществ в выбросах на соответствие ПДК

осуществляется с периодичностью, определенной условиями КЭР. Рекомендуется

проводить замеры выбросов неорганической пыли в контрольных точках на границе

санитарно-защитных зон (определяются проектом) в автоматическом режиме по

усредненной за сутки пробе.

3.2.2.2 Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

В процессе добычи угля открытым способом, формируются два типа сточных

вод: карьерные (формируются непосредственно на этапах производственного

процесса) и хозяйственно-бытовые (формируются в административно-бытовых

корпусах).

Формирование загрязненных сточных вод осуществляется практически на

всех этапах технологического процесса добычи угля открытым способом. Очистка

загрязненных сточных вод осуществляется на центральных очистных сооружениях

(см. 2.2.7.2).

В Таблица 25 представлены данные о сбросах загрязняющих веществ в