способ укрепления поверхности угольных штабелей в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха

Формула изобретения

Способ укрепления поверхности угольных штабелей в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха, отличающийся тем, что на поверхности угольного штабеля создают защитный слой, а в качестве исходного компонента в создании защитного слоя применяют пар, нагнетаемый в тело штабеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при складировании угля штабелем на промежуточных складах и складах с длительным хранением пылящего материала.

Общеизвестно, что хранение и переработка угольных штабелей на промежуточных складах, особенно, в суровых климатических условиях Севера, характеризующихся длительным холодным периодом года и сильными ветрами, сопряжено с высоким уровнем пылеобразования и загрязнением окружающей природной среды твердыми аэрозолями вследствие взметывания и уноса пыли воздушными потоками с боковой поверхности штабелей при их хранении и переработке с целью погрузки угля для доставки потребителю. Образующееся пылевое облако уносится на большие расстояния, увеличивая радиус вредного влияния угольных складов. Помимо того, что антропогенное влияние данных объектов отрицательно отражается на здоровье людей, попадающих в зону пылевой нагрузки и природных комплексах, сдувание и унос пыли приводит к безвозвратной потере готовой продукции.

В этой связи изыскание способов снижения потерь угля при хранении на складах и антропогенной нагрузки на окружающую среду природную среду при этом является важной научной и практической задачей, особенно, для условий северных районов страны, где длительные холодные периоды года не позволяют применить традиционные средства пылеподавления.

Известен способ защиты материалов на открытых складах путем покрытия штабелей сыпучих материалов специальной полиэтиленовой пленкой [1]

Несмотря на свою простоту, данный способ не технологичен в суровых климатических условиях Сибири и Севера страны, отличающихся низкими температурными и сильными ветрами, под воздействием которых пленка разрушается.

Кроме того, покрытие штабеля пленкой в пурговые периоды, когда скорость ветра достигает нескольких десятков метров в секунду, весьма проблематично и практически неосуществимо. Поэтому этот метод не находит широкого применения.

Известен способ упрочнения пылящих поверхностей путем нанесения на них различных химических растворов [2] связывающих и укрепляющих пылевые частицы, предотвращая этим их взметывание воздушными потоками.

Данный способ, связанный с применением тех или иных, как правило, многокомпонентных растворов, является дорогостоящим. Кроме того, их химические составы не всегда инертны для окружающей природной среды. Способ, как правило, применяется на плоских поверхностях /автодорогах, плоских отвалах, хвостохранилищах/, применительно к угольным штабелям, имеющих крутые склоны, равные углу естественного откоса. Указанный способ не может дать необходимого эффекта ввиду неизбежного стока растворов по штабелю и его подошве и их потерям.

Таким образом, в указанных условиях необходима многократная обработка штабеля и неизбежен повышенный расход реагентов, что приводит к удорожанию технологии. Этому способствует и гидрофобность угля и угольной пыли. Трудности ее смачивания также отрицательно отражаются на качестве обработки штабелей.

Осложнения в укреплении поверхности угольных штабелей вызывают отрицательные температуры атмосферного воздуха, достигающие минус 40-60^o C, причем холодный период года в северных районах сохраняется до 200 дней в году. В данных условиях невозможен не только процесс схватывания /отвердевания/ растворов, но и нанесение их на укрепляемую поверхность вследствие замерзания. Поскольку промежуточные склады предназначены для кратковременного хранения угля /на время отсутствия подвижного состава или других транспортных средств/, то реализация указанного способа со всеми отмеченными сложностями и стоимостью с учетом низкой эффективности, считается нерациональной и не находит применения.

Кроме того, известные способы укрепления пылящих поверхностей не решают в комплексе вопросы обеспыливания угольных складов, связанных не только с хранением, но и с переработкой угля.

Техническим результатом данного изобретения является разработка способа укрепления поверхности угольных штабелей для предотвращения сдувания пыли в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха с комплексным охватом вопросов обеспыливания при переработке складированного угля.

Поставленная цель достигается тем, что в основание штабеля подается пар, который, фильтруясь в скоплении угля, поднимается к откосам штабеля и выходит на поверхность, создавая на своем пути прогретые, увлажненные зоны, которые с прекращением подачи пара вновь промерзают с боковой поверхности штабеля, создавая упрочненный слой с хорошей адгезией, обусловленной заглублением промороженного слоя в тело штабеля на глубину промерзания.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что упрочненный слой на поверхности угольных штабелей создается путем конденсации на ней влаги, поступающей из штабеля при подаче в него пара с последующим формированием защитного слоя на глубину промерзания под действием внешних отрицательных температур.

Отличительными признаками предлагаемого способа укрепления поверхности угольных штабелей в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха является то, что защитный слой на боковой поверхности угольных штабелей создается экологически чистым методом без применения химических реагентов, формирование слоя осуществляется конденсированием влаги внутри штабеля и на его поверхности без организации водоподводящих коммуникаций на дневной поверхности, адгезионные свойства слоя усиливаются его проникновением в тело штабеля на глубину промерзания, способ одновременно с упрочнением поверхности штабелей обеспечивает снижение пылевыделения при их переработке за счет увлажнения угля и промерзания его в защитном слое.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного своей сущностью и изложенными выше отличительными признаками, позволяет избежать недостатков аналога и прототипа, что дает основание сделать вывод о соответствии предлагаемого способа укрепления поверхности угольных штабелей для предотвращения сдувания пыли в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха критерию изобретения "новизна".

Технология реализации предлагаемого способа поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана общая схема укрепления боковой поверхности угольных штабелей; на фиг. 2 приведена схема укладки трубопроводов для подачи пара в основание штабеля.

Укладка угольных штабелей на территории промежуточных складов производится на стационарных площадках, обеспеченных средствами погрузки и транспортировки и поэтому места расположения штабелей определенны.

Перед укладкой штабеля 1, на площадке, где он будет сформирован, укладываются перфорированные трубы 2 диаметром 25-30 мм /диаметр строго не регламентируется/ в направлении, перпендикулярно продольной оси штабеля.

Расстояние между трубами также строго не регламентируется и определяется опытным путем в зависимости от фракционного состава угля, поступающего из шахты и разреза, который в конечном итоге зависит от технологии добычи, применяющейся в забоях. На начальном этапе данный параметр устанавливается 2 м. Учитывая, что укладка труб не требует высоких затрат и ее полная механизация достигается применением автопогрузчика, автомашины, трактора с тележкой и т. д. так же как и изготовление перфорированной трубы, то их количество в основании штабеля даже в случае некоторого избытка не окажет существенного влияния на себестоимость угля, но улучшит качество увлажнения.

Один из концов перфорированной трубы глушится заглушкой 3, представляющей собой металлическую пластину, наваренную на торец трубы. Длина перфорированной части на 2 м меньше ширины штабеля.

Противоположный конец перфорированной трубы с помощью резьбового соединения соединяется шлангом 4 с магистральным паропроводом 5. Магистральный паропровод теплоизолируется твердеющей пеной типа пенополиуретана 6 и прокладывается профилированно с уклоном 2-3^o в сторону, противоположную от места установки парогенератора 7, запитывающего магистральный паропровод. Уклон необходим для слива конденсата.

Слив конденсата производится по окончании работ по увлажнению угля через сливную пробку 8 установленную в дальнем от парогенератора конце магистрального паропровода. Парогенератор низкого давления. Температура пара не должна превышать +80^oC. Совокупность этих данных обеспечит безопасность работ на всей технологической цепочке.

С целью сокращения времени на укрепление боковых поверхностей штабелей и исключения нерациональной потери пара, перфорированные трубы запитываются через вентили 9, позволяющие регулировать подачу пара по мере необходимости, т. е. по мере формирования штабеля и, следовательно, покрытия труб складируемым углем в то время как трубы, находящиеся на открытой площадке остаются отключенными.

Порядок выполнения работ заключается в следующем:

После укладки перфорированных труб приступают к складированию угля. По мере заполнения площадки и покрытия труб складируемым углем они с помощью вентилей 9 подключаются к магистральному паропроводу.

Перфорированная часть тепловых труб короче основания штабеля, поэтому они полностью перекрываются штабелями. При этом крупные фракции /куски/ угля под действием сил гравитации скатываются к основанию штабеля и не представляют собой пылеобразующей массы. На этой основе и принято решение об укорочении тепловых труб с таким расчетом, чтобы пар, поступающий по ним, не выходил на дневную поверхность, а распространялся внутри штабеля.

Нашими исследованиями установлено, что воздухоупорность насыпного угля составляет порядок 0,2 КПа, поэтому паропроницаемость штабеля при низких давлениях порядка 0,1 МПа не вызывает сомнений.

Пар, распространяясь в угольном скоплении, во всех направлениях в силу трапециевидности штабеля будет выходить на дневную поверхность по его бокам, где на границе уголь- дневная поверхность в силу отрицательных температур будет максимально конденсироваться. Увлажнение угля за счет конденсата будет иметь место на всем пути движения пара. Но пар, имея положительную температуру, не только увлажняет уголь, но и разогревает его, особенно мелкие фракции, увеличивая этим общую влагонасыщенность угля вследствие перехода его естественной влаги из твердой фазы /льда/ в жидкую.

Таким образом, на всем пути движения пара до поверхности штабеля уголь увлажняется. С прекращением подачи пара начинается промерзание штабеля с дневной поверхности в глубь угольного скопления. При этом, смерзание увлажненного угля на боковой поверхности штабеля с учетом низких температур атмосферного воздуха /до минус 40-60^oC/ протекает за короткий промежуток времени практически вслед за прекращением подачи пара. С течением времени мощность промороженного слоя увеличивается, повышая адгезионные свойства предохранительного /промороженного слоя. В данном случае предохранительный слой выполняет двойную функцию: закрепляет уголь и препятствует сносу пыли со штабеля, а также сохраняет тепло и, следовательно, влагу в жидкой фазе в скоплении, что снижает хрупкость угля и пылеобразование при переработке штабелей.

При формировании высоких штабелей, увлажнение которых на всю высоту подачей пара в основание будет затруднено, возможна закладка тепловых труб в 2 ряда и более по высоте штабеля.

Учитывая простоту изготовления тепловых, перфорированных труб, их неограниченный срок службы, количественная сторона не окажет существенного влияния на себестоимость тонны угля. Но в этом случае нижний и верхний ряд труб запитываются с применением тройников, позволяющих подать пар в верхний и нижний ряд труб от одного и того же вентиля.

При кратковременном хранении угля /в пределах нескольких суток/ после увлажнения штабеля тепловые трубы убираются во избежание их деформации и поломки при погрузочных работах. Уборка труб заключается в отсоединении подводящих шлангов, захвата труб гибким тросом и выдергивании их с помощью автотракторной техники.

При длительном хранении штабелей, после увлажнения и укрепления их боковой поверхности, тепловые трубы, уложенные в штабеле, не удаляются с целью повторного подогрева и увлажнения угля при переработке штабелей. Для повторного прогрева штабеля возможно применение забивных тепловых труб. При этом трубы в основание штабеля перед его переработкой забиваются с помощью бульдозера. В данном случае применяется поэтапный прогрев и увлажнение угля в объемах его суточной потребности.

При переработке углей с высокой материнской влажностью /20-30%/ вместо пара, возможно применение горячего воздуха, который по мере прохождения по скоплению угля увлажняется и на разделе уголь- воздух также будет давать конденсат. При этом горячий воздух, разогревая уголь, активизирует его естественную влагу, что способствует связыванию пыли. Воздух подается в тепловые трубы компрессорной установкой.

Для отработки оптимального режима реализации способа в каждом конкретном случае необходимо проводить температурные замеры в штабеле для изучения динамики продвижения теплового фронта, развивающегося при подаче теплоносителя. Температурные замеры проводятся известным методом с использование гирлянд термисторов или термометров ТЭТ-2 с набором датчиков. Для сохранности датчиков их рационально вводить в заранее уложенные металлические трубы.

Влажность угля /ее приращение/ на боковой поверхности штабеля определяется также по известной методике.

Тепловые расчеты, связанные с прогревом угля до оптимальных температур в каждом конкретном случае выполняются в соответствии с существующими методиками.

Таким образом, предлагаемый способ укрепления поверхности угольных штабелей в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха позволяет решить комплекс вопросов, связанных с подавлением пыли при хранении и переработке угольных штабелей. К их числу относятся:

укрепление поверхности штабелей экологически чистым методом;

укрепление поверхности штабелей совмещается с дополнительным увлажнением заскладированного угля, что снижает пылеобразование при его последующей переработке;

подача теплоносителя в штабель осуществляется в изолированной среде без контакта с внешними низкими отрицательными температурами атмосферного воздуха, что снижает энергоемкость тепловой установки;

укрепление поверхности штабелей путем конденсации влаги на ее контакте с атмосферным воздухом, подаваемой из угольной массы, более экономично вследствие ликвидации неоправданных потерь воды или растворов, при подаче их непосредственно на поверхность штабеля;

укрепленный слой обладает хорошей адгезией вследствие его заглубления в тело штабеля на глубину промерзающего слоя;

способ позволяет произвести оперативный подогрев штабеля или той его части, которая подлежит погрузке для последующей транспортировки;

способ реализуется независимо от абсолютной величины температур атмосферного воздуха в холодные периоды года.