Вакуумная техника в угледобывающей и горнорудной промышленности

Вакуумная техника в угледобывающей и горнорудной промышленности в основном применяется при откачке и фильтрации агрессивных, токсичных, запыленных и загазованных сред, для транспортировки сыпучих и взвешенных в жидкости металлов.

Наибольшее распространение из вакуумных установок получили вакуум-фильтры при обезвоживании и сушке в водно-шламовом хозяйстве.

Вакуум-фильтр — это аппарат для разделения суспензий, т.е. жидкостей, содержащих твердые частицы во взвешенном состоянии. Разделение происходит в результате разности давлений, создаваемых вакуум-насосом, над фильтрующей перегородкой и под ней. Известны вакуум-фильтры периодического и непрерывного действия. Последний представляет собой горизонтальный вращающийся барабан, который изнутри разделен радиальными герметичными перегородками на отдельные ячейки, соединенные трубками с распределительной головкой. По мере вращения барабана в ячейках создается вакуум или избыточное давление. При вращении барабан проходит зону фильтрации, где жидкость засасывается в барабан, а твердые частицы оседают на фильтрующей ткани. После промывания осадка водой барабан входит в зону сушки, где через осадок просасывается воздух, затем в зону удаления осадка. Здесь изнутри барабана подается сжатый воздух, а осадок с поверхности барабана срезается ножом. Известны также дисковые, ленточные, тарельчатые, карусельные и другие типы вакуум-фильтров непрерывного действия.

Широкое применение комплексной механизации при добыче предопределяет непрерывное увеличение выхода мелких классов угля и шламов на углеобогатительных фабриках. Однако обработка и обезвоживание различных шламов является сложным вопросом .

Выведение из циркуляции крупнозернистых шламов, сокращение сброса шламовых вод в наружные очистные сооружения, выделение товарной продукции из сбросовых илов возможно при использовании ленточных вакуум-фильтров. Ленточные вакуум-фильтры традиционно относятся к химическому оборудованию и выпускаются предприятиями химического машиностроения. Они выпускались с 1979 г. на заводе «Прогресс», Бердичев.

Выбор вакуумного насоса по производительности осуществляется из условия удельного расхода воздуха на фильтрование и обезвоживание осадка на ленте фильтра, равного примерно 5 м³/м² -ч.

Фирма О К Aufbereitungstechnik (Германия) поставляет различные типоразмеры ленточных вакуум-фильтров, которые применяются для обезвоживания кварцевых песков, углей, руд, химических реактивов . На этих фильтрах осуществляют противоточную промывку осадка в многостадийном и одностадийном режиме. Для них характерна высокая точность регулировки параметров эксплуатации, разность давлений в пределах 9 кПа.

Фирма Krupp Fordertechnik (Германия) начала производство нового ленточного вакуум-фильтра непрерывного действия типа СН модульной конструкции, что позволяет наиболее эффективно использовать его в конкретных технологических условиях [3, 4]. Фильтр имеет горизонтальную схему расположения. Пульпа поступает на ленту фильтра с расположенным равномерно по ширине вакуумным поддоном, смонтированным на катках. При перемещении поддона в крайнее конечное положение вакуум отключают и поддон переходит в начальное положение. Данный тип фильтра обеспечивает высокую производительность и низкую влажность осадка. Фильтр оборудован системой многостадийной промывки трека, что препятствует забивке фильтроткани.

На предприятиях по добыче угля и песка применяются мокрые процессы их приготовления. В промывочной воде постепенно увеличивается содержание загрязнений, для удаления которых предварительно применяются гидроциклоны, а затем вода направляется в пруды-отстойники, где оставшиеся частицы оседают на дно под действием силы тяжести и добавок коагулянта. Образующиеся на их дне шламы требуют обезвоживания для снижения потерь воды. Для этих операций применяется целый набор вакуумных фильтров и центрифуг . Фильтры могут быть ленточными (расход воздуха 200-1000м³/м-ч, площадь до 65 м², удельная производительность 1- 20 т/м²-ч), вакуумно-ленточными (100-800м³/м²-ч, 145м², 200-2000 кг/м²-ч), барабанными (100-500 м³/м²-ч, 90м², 100-800 кг/м²-ч).

Наряду с ленточными в горно-рудной промышленности используются барабанные и дисковые вакуум-фильтры. В работе установлено, что при обезвоживании железно-рудных концентратов на дисковых вакуум-фильтрах существует экономически выгодная величина их влажности, отличная от наименьшей влажности этих концентратов, полученных при максимальном вакууме. Показано влияние различных схем компоновки вакуум-фильтров и вакуумных насосов на энергоемкость процесса обезвоживания.

Для получения низкой влажности концентрата требуется максимальное значение вакуума на головках вакуум-фильтров . В настоящее время на горно-добывающих предприятиях достигнута величина давления 79,8 — 82,5 кПа.

Для представления о масштабах использования дисковых вакуум-фильтров отметим, что к 1987 г. на Ингулецком горнообогатительном комбинате, например, находилось в постоянной эксплуатации 36 вакуум-фильтров типа ДШ68-2,5, подключенных ваку-ум-проводом параллельно к 12 вакуум-насосам типа ВВН-300, что позволяло поддерживать на головках фильтров давление, равное 74,3 кПа. Производительность вакуум-фильтра ДШ68-2,5 составляла 23,7 т/ч. В 1990 г. для обезвоживания железорудного концентрата были применены вновь созданные высокопроизводительные вакуум-фильтры ДШ160-3,2У (производительность — 96,7 т/ч) .

В последние годы разрабатываются вакуум-фильтры, в которых в качестве фильтрующего средства используется микрокерамика (размер пор около 1 мкм) . Это позволяет десятикратно снизить энергозатраты на поддержание вакуума по сравнению с обычными фильтрами. Недостатком микропористого вакуум-фильтра является его низкая производительность. Для устранения этого недостатка фильтры целесообразно устанавливать на второй стадии обезвоживания. Для увеличения движущей силы процесса используется сочетание в одном аппарате фильтра под давлением и вакуумного. Подача избыточного давления в объем вакуум-фильтра позволяет удвоить производительность.

Для улавливания пыли и других механических примесей из воздуха в системах вентиляции и в промышленных установках очистки газов в угледобывающей и горно-рудной промышленности применяются пылеулавливатели. Пылеулавливатели фирмы Debus Druckluft — Vakuumtechnik GmbH представляют собой промышленный пылесос с трехмоторным приводом, производящий всасывание со скоростью 9000 л/мин, при давлении 2200 мм вод. ст. . Пылесос оснащен системой защиты электропитания от перегрузок. Фильтр состоит из элементов в форме патронов с общей поверхностью фильтрации 15 м². Для очистки пылесоса от пыли служит специальный компрессор, создающий давление воздуха до 7-10^-1Па и очищающий фильтры с помощью магнитных вентилей. Был разработан всасывающий пылеприемный насадок для использования в металлургической, горной и других видах промышленности, применяющих вакуумную пылеуборку.

Вакуумные насосы в угольной промышленности используются также для дегазации шахт . Отсос, сбор и вывод из подземных горных выработок на поверхность рудничного газа производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью. Дегазационное оборудование располагается на поверхности шахт и состоит из вакуум-насосов или ротационных воздуходувок с неискрящимися лопатками, обеспечивающими движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры, регулирующей и контролирующей работу машин и приводов.

Применение дегазации шахт привело к созданию новой технологии разработки газоносных угольных пластов с учетом попутной добычи метана. При предварительной дегазации шахт проводится бурение параллельных скважин глубиной по 100 — 200 м и диаметром 80 — 120 мм с интервалом 10 — 25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель присоединяется к шахтной сети газопроводов. Отсос газа из угольного пласта производится под давлением 1 — 2 Па в течение длительного периода времени (свыше 100 — 150 суток).

Еще одной областью применения вакуума в горно-рудной промышленности является пневмотранспорт. Пневмотранспортные установки могут использоваться для транспорта мелкокусковых и пылевидных горных пород и руд на внутрифабричных транспортных коммуникациях [12]. Различают всасывающие и нагнетательные пневмотранс-портные установки. В зависимости от условий эксплуатации пнев-мотранспортные установки выполняют стационарными и передвижными. Производительность стационарных установок достигает 125м³/ч дробленых пород при длине транспортирования до 1500 м. Производительность передвижных установок до 40 м³/ч при длине транспортирования до 400 м. Для создания разности давления в трубопроводе в установках низкого давления (до 3-10⁵ Па) нагнетательного типа или разрежения (до 0,5-10⁵ Па) в установках всасывающего типа применяют воздуходувки.

На обогатительных фабриках пневматический транспорт нашел широкое применение для перемещения концентратов руд различных металлов в виде аэросмесей, погрузки и разгрузки сыпучих и пылевидных материалов, удаления пыли. В зависимости от протяженности пневмопривода для работы установок всасывающего типа необходимо разрежение до 0,05 МПа [13]. Под действием разрежения, создаваемого вакуум-насосом (вентилятором, воздуходувкой), атмосферный воздух засасывается через сопло, увлекая транспортируемый материал.

Фирма Bio-Tech Ltd (США) специализируется в области производства оборудования для нагнетательных и вакуумных пневмотранс-портных установок, включая колена для транспортного трубопровода, муфтовые соединения и арматуру [14].

Возможно использование выпускаемого оборудования и арматуры в установках для транспортировки абразивных и мелкозернистых грузов. Фирма J.Schmel GmbH (Германия) предлагает регулятор степени вакуума в пневмотранспортных установках типа VR3-8, благодаря которому обеспечивается заданная степень вакуума независимо от колебаний в системе [15].

В Германии предложен сепаратор, предназначенный для установки на входе емкости-сборника, используемый в установках вакуумного типа для пневмотранспорта зернистых грузов.

В США запатентован вакуумный транспортер со специальным тангенциальным сепаратором для эффективного удаления, сбора, сепарирования и размещения влажных, сухих и волокнистых материалов, включая жидкости и пульпы, преимущественно на горных предприятиях.

В Германии запатентована пневмотранспортная установка вакуумного типа, осуществляющая дозированную подачу нескольких видов сыпучего материала нескольким потребителям, а также вакуумный насос. Установка соединяет несколько емкостей, в каждую из которых поступает вещество, освобожденное от несущего воздуха, дозируется и направляется потребителю. Между емкостями и сепараторами располагается распределитель, в который сходятся пневмопроводы от емкостей и сепараторов.

Для горных предприятий особую роль играют системы электроснабжения, их надежность и безопасность. В отечественной и зарубежной практике широкое применение получили вакуумные коммутационные аппараты (ВКА) — контакторы и выключатели, позволяющие существенно повысить надежность электроснабжения и снизить эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание [17]. Преимущества ВКА в наибольшей степени проявляются в электроустановках с частыми коммутациями и тяжелым режимом работы.

В вакуумных аппаратах контактная система помещается в специальную камеру, в которой поддерживается вакуум порядка 10^-3 — 10^-5Па. Электропрочность межэлектродного промежутка в вакууме во много раз выше, чем в воздухе при атмосферном давлении и поэтому дугу между контактами можно погасить при небольшом ходе контактов.