Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.1. Классификационные схемы очистки водосборных емкостей горных производств от шламов
Горные производства, в состав которых входят карьеры, шахты, обогатительные фабрики, склады привозных руд и т. д., в период своей работы имеют прямой или косвенный контакт с водой в различных её проявлениях.
Эксплуатация водоотливных установок, откачивающих загрязненную воду из карьеров, угольных разрезов, шахт, подземных рудников, обогатительных фабрик и других горных предприятий, сопровождается гидроабразивным износом центробежных насосов, запорной арматуры, а также всасывающих и нагнетательных трубопроводов. Поэтому решение вопросов снижения абразивного износа насосного оборудования способствует повышению его производительности, увеличению срока эксплуатации, неизбежно повышает его КПД, снижает электропотребление и, как следствие, является одним из источников экономии средств горнодобывающих предприятий [4, 12, 14, 16, 23, 27, 31, 38-67].
При эксплуатации насосного оборудования приходится встречаться главным образом с абразивным изнашиванием, так как при откачивании вод в них всегда содержатся во взвешенном состоянии нерастворимые твердые частицы минерального происхождения (песок, глина, частицы горных пород, полезного ископаемого и т. д.), проходящие через проточную часть насоса.
В этой связи снижение гидроабразивного изнашивания насосов и уменьшение затрат, связанных с эксплуатацией водоотливного оборудования, имеют важное народнохозяйственное значение.
В литературных источниках по вопросам водоотлива горных производств рекомендуют борьбу с гидроабразивным изнашиванием насосного оборудования производить следующим образом [53, 110]:
1) приспосабливать центробежные насосы для водоотлива не осветленной от твердой составляющей воды;
2) выполнять предварительное осветление вод от твердого с последующим откачиванием осветленных вод насосами.
Интенсивное гидроабразивное изнашивание насосов, эксплуатирующихся на горных производствах, обусловлено следующими факторами:
- работа насосного оборудования на неосветленной воде (несоответствие плановых и фактических условий эксплуатации насосного оборудования);
- несовершенство технологии очистки водосборников от шлама.
Для обеспечения эффективности эксплуатации насосного оборудования горных производств требуется научно обоснованная классификация способов очистки шламовых емкостей от твердого.
Эта классификация предназначена:
- для обоснованного выбора способа очистки водосборника от шлама при соответствующих условиях эксплуатации насосов;
- для обеспечения степени осветления перекачиваемых вод от механических примесей до величин, соответствующих инструкциям заводов-изготовителей насосного оборудования;
- для принятия эффективной схемы сбора и транспортировки шламов из водосборника при условии минимума капитальных и эксплуатационных затрат;
- для выбора способа очистки водосборника от твердого, обеспечивающего данную процедуру в автоматическом режиме.
Классификация позволяет четко определить тот способ очистки шламовых емкостей от твердого, который наиболее приемлем для соответствующего типа насосной установки, а также дает основания для выбора оптимального способа очистки на стадии разработки конструкторской документации для использования соответствующего типа насосной установки того или иного горного предприятия либо выполнения необходимой реконструкции ранее принятых способов очистки с целью получения необходимого эффекта от принятого способа очистки вод [47, 52, 61, 67].
При разработке классификационной схемы способов очистки накопителей шламов и емкостей горных производств от твердого использован принцип минимума затрат. На рис. 3.1 представлена разработанная авторами [47, 52, 61, 67] классификация способов очистки водосборников главного водоотлива от шламовых смесей.
Рис. 3.1. Классификация способов очистки шламовых емкостей
Ввиду того, что вода является непрерывной составляющей любого горного предприятия при ведении открытых и подземных горных работ, всегда есть подземные воды, непрерывно прибывающие в карьер или систему подземных горных выработок, а их объем зависит от: количества атмосферных осадков в данном районе, горно-геологических характеристик месторождения, рельефа местности и т. д. [39]. Обогатительным фабрикам вода в значительном объеме необходима для эффективного обогащения полезных ископаемых. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что все необходимые технологические операции по добыче и переработке полезных ископаемых на каждом из вышеперечисленных предприятий сопровождаются появлением мельчайших частиц твердого (шлама), который попадает в воду и далее в насосы, что, безусловно, вызывает повышенный их абразивный износ.
Поэтому для снижения абразивного износа насосного оборудования применяют два способа:
- предварительное осветление воды до ее откачивания насосом;
- применение насосного оборудования, способного эффективно эксплуатироваться в данных условиях.
Очистка от шлама водосборников – сложный, почти не решенный вопрос [124], хотя разработан и предложен ряд схем и средств, обеспечивающих механизацию работ по очистке водосборников и снижение трудоемкости их очистки. Так, очистку водосборников Узельгинского подземного рудника производят 2 раза в год, при этом длительность очистки составляет до 90 смен, а объем вывозимых шламов – до 9000 м3 [111].
Из вышеизложенного следует, что вопросы выбора технологической схемы и оборудования рудничного водоотлива, способов и средств очистки водосборников при отработке медноколчеданных месторождений Южного Урала являются актуальными и в настоящее время.
В свою очередь, осветление вод, содержащих шламовые смеси, возможно осуществить в горизонтальном, вертикальном отстойнике либо гидроциклоне. Использование соответствующего типа отстойника целесообразно для определенных горных предприятий. Так, для эксплуатирующихся шахт, подземных рудников и карьеров наиболее предпочтительны горизонтальные отстойники ввиду минимума капитальных затрат на их строительство и удобства дальнейшего обслуживания, а для обогатительных фабрик предпочтительным является применение вертикальных отстойников либо гидроциклонов, которые, обладая достаточной компактностью, прекрасно вписываются в соответствующие корпуса фабрик.
При использовании горизонтальных отстойников способы очистки шламовых емкостей подразделяют на механические и гидравлические.
Характерным недостатком механических способов очистки шламовых емкостей является их периодичность и низкая эффективность, что, в свою очередь, приводит к недостаточному осветлению откачиваемых насосами вод и, как следствие, повышенному абразивному их износу. Так, для очистки водосборников на рудниках в настоящее время практически не применяют скреперы [124]. На рудниках Учалинского и Гайского ГОКов очистку водосборников и шламоотстойников производят погрузочно-доставочными машинами, подземными автосамосвалами и вагонетками рудничного транспорта. Отвлечение этих машин на очистку водосборников приводит к снижению производительности рудника и соответственно к увеличению парка технологических машин.
Гидравлические способы очистки шламовых емкостей с горизонтальными отстойниками способствуют непрерывности удаления шламовых смесей, что, несомненно, является показателем эффективности осветления откачиваемых вод, обеспечивающих минимальный гидроабразивный износ насосного оборудования. При достижении одинакового эффекта осветления вод от твердого гидравлическими способами мы наблюдаем различные затраты на обеспечение каждого конкретного способа очистки. Так, например, использование для этих целей поршневых насосов высокого давления, обладающих высокой стоимостью [87, 88], и гидроэлеватора, обладающего минимальной стоимостью, так как он может быть изготовлен собственными силами в ремонтно-механической мастерской, имеющейся в составе любого горного предприятия.
Степень осветления откачиваемых насосами вод в вертикальных отстойниках и гидроэлеваторах является традиционно очень высокой, но капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с использованием этих способов, значительны.
На горных предприятиях находят применение способы очистки шламовых емкостей без предварительного осветления, но с предварительным взмучиванием выпавшего осадка перфорированным скрепером или сжатым воздухом, подаваемым из пневмосети, для чего применяют поршневые насосы высокого давления [87, 88], гидроэлеваторы, шламовые насосы [6-8, 141, 151, 156], эрлифты либо насосы главного водоотлива, предназначенные на капитальный ремонт.
Следующим этапом вышеперечисленных способов осветления вод и очистки шламовых емкостей является транспортировка твердого к месту разгрузки. В данной классификации рассматриваются два способа транспорта шламов – цикличный и непрерывный.
Так как после предварительного осветления вод, содержащих механические примеси различной крупности, в отстойниках шлам находится в обводненном состоянии (разжиженном), следовательно, его транспортировка в таком состоянии (вагонетка, автосамосвал, ковш погрузочно-доставочной машины и т.д.) является неэффективной, так как происходит его расплескивание во время движения транспорта. Это приводит к длительному задалживанию как обслуживающего персонала, так и соответствующего способу транспорта технологического оборудования, что, в свою очередь, ведет к повышенным расходам на очистку шламовых емкостей. При данных способах очистки задействован обслуживающий и вспомогательный персонал для выполнения организационных работ в период чистки. Данный способ очистки и транспорта шламов является неэффективным ввиду его периодичности, высокой трудоемкости и опасности в виду использования ручного труда, но, самое главное, из-за несвоевременности очистки шламовых емкостей эффект осветления откачиваемых вод значительно уменьшается, что, в свою очередь, обусловливает интенсивный абразивный износ насосного оборудования со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.
Непрерывная очистка шламовых емкостей от твердого – наиболее актуальная задача, так как рациональным способом повышения эффективности эксплуатации рудничных водоотливных установок медно-колчеданных месторождений является применение в технологических схемах главного водоотлива рудников высоконапорных гидроэлеваторных установок, периодически откачивающих шламовые смеси из отстойников водосборников на дневную поверхность (или на промежуточные горизонты при многоступенчатом водоотливе).
Таким образом, можно сделать вывод, что в результате анализа существующих способов очистки вод от шлама установлено, что требованиям, предъявляемым к ним, наиболее полно удовлетворяет водоструйный насос – гидроэлеватор, основным достоинством которого является надежность и возможность полной откачки шлама из водосборника при простоте обслуживания. При этом обеспечивается работа насоса главного водоотлива на осветленной воде, а также полное удаление шламов из водосборника, что позволит повысить технико-экономические показатели водоотливных установок, увеличить срок их службы, существенно снизить затраты на очистку водосборников от шлама.