Очистка шахтных вод в системах оборотного водоснабжения

РЕФЕРАТ

Объектом исследования является шахтное поле шахты «Житомирская» ш/у «Комсомольское» ГХК «Октябрьуголь».

Цель работы — проект сооружений для очистки шахтных вод в системах оборотного водоснабжения и повторно-последовательное использование воды.

Методы исследования — метод инженерного анализа, технико-экономических расчетов.

Разработана технология замены природных пресных вод, расходуемых на технологические нужды, очищенными сточными водами и повторное их использование на технические нужды. Показана методика очистки сточных вод для повторного водопотребления.

ШАХТНЫЕ ВОДЫ, ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА, ФИЛЬТРЫ, ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ, ОСАДОК, УСРЕДНИТЕЛЬ, КОАГУЛЯНТ, ПРИТОК

1. Анализ и общая характеристика района расположения горного предприятия

2. Характеристика геологической и гидрографической ситуации месторождения

2.1 Геология месторождения и полезных ископаемых

2.2 Характеристика природных ресурсов горного предприятия

2.3 Гидрологические условия залегания полезных ископаемых

2.4 Границы и размеры шахтного поля. Запасы полезных ископаемых в принятых границах

3. Экологические технологии и оборудование, применяемое на горном предприятии

3.1 Анализ «узких» мест в работе горного предприятия и пути их устранения

3.2 Особенности разработки месторождения

3.2.1 Подготовка шахтного поля

3.2.2 Вскрытие шахтного поля

3.2.3 Капитальные и подготовительные горные выработки

3.2.4 Очистные работы

3.3 Шахтный водоотлив

3.4 Транспорт

3.5 Поверхностный комплекс

3.6 Проветривание шахты

3.6.1 Способ проветривания и схема вентиляции

3.6.1.1 Общие сведения о действующей шахте

3.6.1.2 Анализ проветривания действующей шахты

3.6.1.3 Оценка состояния проветривания шахты

3.6.1.4 Меры по улучшению проветривания действующей шахты

3.6.2 Характеристика выделений вредностей в атмосферу горных выработок

3.6.2.1 Общая характеристика

3.6.2.2 Интенсивность газовыделения в горные выработки

3.6.2.3 Запыленность воздуха на рабочих местах при основных производственных процессах и в исходящей струе шахты

3.6.3 Характеристика теполвлажностных условий в шахте

3.7 Охрана труда

4. Специальная часть

4.1 Состояние вопроса

4.1.1 Водопользование и водопотребление

4.1.2 Водопотребление производства

4.1.3 Оценка эффективности очистки шахтных вод шахты «Житомирская»

4.1.4 Требования к качеству очистки шахтных вод при их использовании в технических целях и выпуске в водоем

4.1.5 Методы и способы очистки, применяемые в промышленности

4.2 Выбор и обоснование схемы очистки шахтных вод шахты «Житомирская»

4.2.1 Расчет основных сооружений технологической схемы

4.2.2 Потребители очищенной воды

4.2.3 Автоматизация

5. Экономическая часть Выводы Перечень ссылок Приложения

Горнодобывающая промышленность является одной из важнейших отраслей производства в нашей стране. Она обеспечивает все отрасли, как первичным сырьём, так и энергетическим.

Угольная промышленность оказывает ощутимое отрицательное влияние на окружающую природную среду. Это воздействие распространяется на природный ландшафт, атмосферу и поверхностные водоёмы не только в непосредственной близости от угольных предприятий, но и на значительных от них расстояниях. Особенно напряжённая экологическая обстановка сложилась, в первую очередь, в областях, где сосредоточены крупные предприятия по добыче и переработки угля, чёрной металлургии, машиностроения и химии.

Главной проблемой горнодобывающей промышленности являются рациональные системы разработки месторождения полезных ископаемых. На данном этапе потери полезного ископаемого при добыче составляют 60%, а ещё мы потеряем при транспортировке и обогащении.

Кроме того, при отработке подземных месторождений возможны повреждения окружающей среды, что влечёт за собой дополнительные убытки Особенностью горных работ является временный их характер, при истощении месторождения их производство прекращают. В связи с этим горные работы целесообразно вести так, чтобы формируемые при этом новые ландшафты, выемки, отвалы, инженерные поверхностные и подземные комплексы могли бы в последующем с максимальным эффектом использоваться для других народно-хозяйственных целей. Это обеспечит снижение вредного воздействия горных работ на окружающую среду и уменьшит затраты на её восстановление.

Природоохранные мероприятия, осуществляемые предприятием, должны полностью компенсировать отрицательное воздействие производства на окружающую среду. Предприятие должно возмещать ущерб, причинённый загрязнением окружающей среды и нерациональным использованием природных ресурсов, и нести материальную ответственность за несоблюдение законодательства об охране природы.

В соответствии со ст. 11 Основ «Предприятия, организации и учереждения, разрабатывающие месторождения полезных ископаемых открытым или подземным способом, проводящие геологоразведочные, строительные и др. работы на предоставленных им во временное пользование сельскохозяйственных землях или лесных угодьях, обязаны за свой счёт приводить эти земельные участки в состояние, пригодное для использования их по назначению.

Решение всех этих проблем является первостепенной задачей, решение которой является предельно важной для дальнейшего развития производства.

Анализ и общая характеристика района расположения горного предприятия.

В административном отношении поле шахты «Житомирская» расположено на территории Шахтерского района Донецкой области, Украина.

В геолого-структурном отношении оцениваемая площадь приурочена к центральной части южного крыла Чистяковской синклинали. Недра принадлежат ГХК «Октябрьуголь». Оцениваемая площадь расположена в пределах участка, границы которого имеют координаты: 38 24ґ-38є26ґ восточной долготы и 48є09ґ-48є10ґ северной широты.

Площадь поля шахты «Житомирская» составляет 7,4 км І с длиной по простиранию 3,7 км и шириной вкрест простирания 2 км.

Границами оцениваемой площади являются: на северо-западе — общая с шахтой «Енакиевская» п/о «Орджоникидзеуголь», на юго-западе — общая с шахтой № 5−7 ш/у «Рассвет», по падению — общая с шахтой «Комсомолец Донбасса», проходящая по изогипсе минус 60 м по пласту m3; по восстанию — граница годного угля по пласту m3.

Поверхность рассматриваемой площади имеет сложный рельеф. Рельеф представлен возвышенностями и впадинами пересеченными в западной части балкой Кленовой, в восточной — балкой Харцызской и балкой Берестовой, в северной — балкой Скелевой. Склоны балок пологие реже — крутые. Перечисленные балки, располагаясь параллельно друг другу, создают местные водоразделы.

Наивысшие точки поверхности располагаются в северной части оцениваемой площади, максимальная абсолютная отметка составляет плюс 259,2 м, минимальная отметка плюс 156 м отмечена у уреза воды балки Харцызской.

В орфографическом отношении участок расположен на южном склоне Главного водораздела, с севера на юг площадь пересекают балки Кленовая и Харцызская. Поверхность участка представлена в основном пахотные земли совхоза «Прогресс», лесные посадки, неудобья, крупные склоны, балки и овраги.

Климат района континентальный, характеризуется теплым летом и малоснежной, относительно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет плюс 8,1є С, при колебаниях от плюс 34є С в июле, до минус 30,3є С в январе. Среднегодовое количество осадков составляет в среднем 250−670 мм, из которых до 65% приходятся на летний период. Максимальная глубина промерзания почвы составляет 82 см, в среднем же не превышает 68 см. Господствующее направление ветров — восточное, а летом преобладают западные и северо-западные. Скорость их в зимнее время достигает 30 м/сек, а иногда и более.

2. Характеристика геологической и гидрографической ситуации месторождения

2.1. Геология месторождения и полезных ископаемых

Углевмещающими породами являются песчаники, сланцы песчаные, песчано-глинистые и глинистые.

Песчаники залегают в основной кровле и почве пласта m₃, в непосредственной почве распространены на 40% оцениваемой площади. Песчаники, в основном, мелкои среднезернистые. Редко встречаются слои крупнозернистых разностей. Окраска песчаников от светло-серой до темно-серой. В текстурном отношении в них выделены слоистые и массивные, в непосредственной почве — мелковатые разности.

Слоистость песчаников обусловлена изменением гранулометрического состава, примесями глинистого и угольного материала, растительного детрита и скоплением чешуек слюды.

Песчаники преобладают крепкие и очень крепкие. Керн, как правило, поднимается столбиками по 0,3−0,5 м более, исключая зоны трещиноватости, где он был в виде кусочков.

Высокие прочностные показатели песчаников по микроскопическому описанию подтверждены данными, полученными при лабораторных испытаниях, и представлены в таблице 1.

Таблица 2. 1 — Прочностная характеристика литотипов пород по данным лабораторных исследований и АК.

Сланцы песчаные занимают значительные площади в непосредственной кровле и почве угольного пласта m₃ (40 — 50%), достигая мощности до 17 м (преобладает 5−9 м). Окраска их темно-серая, слоистость горизонтальная и пологоволнистая. В сланцах песчаных отмечены растительные отпечатки, чешуйки слюды по наслоению, кристаллы пирита и глинисто-карбонатные включения в виде конкреций.

В почве угольного пласта (0,3−0,9 м) сланец комковатой текстуры («кучерявчик»), с обилием растительного детрита, часто углефицированного.

Сланцы песчаные средней крепости и крепкие, с преобладанием сильного межслоевого оцепления. Прочностные показатели их ниже, чем у песчаников.

Сланцы песчано-глинистые и глинистые близкие по микроскопическому описанию. Прочностные свойства их значительно ниже, чем у сланцев песчаных, тем более песчаников. По цвету — это темно-серые, иногда черные, породы тонко-плиточные (1−4 см) с преобладанием слабого межслоевого сцепления или вовсе отсутствующего.

При мощности слоя до 0,5 м и резком контакте с вышележащим монолитным слоем, склонны к обрушению вслед за выемкой угля, образуя ложную кровлю.

В почве угольного пласта сланец комковатой текстуры («кучерявчик» до 1 м) с обилием зеркал скольжения, слабые, склонные к пучению при увлажнении. Прогноз устойчивости вмещающих пород в очистных выработках.

Непосредственная кровля пласта сложена сланцами: песчаными (40%), песчано-глинистыми (35%), глинистыми (25%) (Таблица 2.).

Таблица 2. 2 — Характеристика устойчивости вмещающих пород угольного пласта m₃

Сланец песчаный темно-серого цвета, часто переслоен тонкими слойками песчаника, слоистость от горизонтальной, пологоволнистой до прерывистой, линзовидной. По расслоению — слюда, углефицированные остатки и отпечатки растений, иногда пленки кальцита, слабо трещиноват (2 — 3 трещины на 1 погонный метр); иногда встречаются поверхности межслоевого скольжения, тонкие угольные прослойки в нижней части слоя, средней крепости до крепкого; малоустойчивые до среднеустойчивого.

Сланец песчано-глинистый темно-серого цвета, горизонтально-слоистый, по наслоению — отпечатки стеблей и листьев растений, в нижней части слоя линзовидные включения угля, аморфные и кристаллические скопления пирита. Часто с зеркалами межслоевого скольжения. Расслоение происходит на плитки, образуя пластовую отдельность, мощностью 2 — 3 см, за исключением площадей развития пластовой отдельности. Сцепление между слоями сильное, трещиноватость слабая (2 — 3 трещины на 1 погонный метр). В горных выработках (вентиляционный ходок № 1) сланец песчано-глинистый средней крепости (f=4−5), малоустойчивый. В нижней части слоя имеются плоскости наслоения с множеством прослоек угля, по которым возможно отслаивание «ложной» кровли от 0,3 до 0,6 м. При ведении очистных работ лавами блоков № 1,№ 2 происходит обрушение кровли высотой 0,1−0,3 м на 40% площади. В 3 и 4 западных лавах ложная кровля мощностью 0,3−0,4 м была распространена на 35% отработанной площади. В 4 восточной лаве высота обрушения составила 0,1−0,6 м, площадью около 10%. В лавах № 10, № 11 обрушения мощностью 0,08−0,5 м и до 0,8 м происходили на протяжении 50 — 100 м.

Сланец глинистый от темно-серого до черного цвета, горизонтально-слоистый. По наслоению — отпечатки листьев и стеблей растений, легко расслаивается на плитки по 1−4 см, с тонкими линзочками угля, скоплениями пирита и зеркалами межслоевого скольжения. Послойные связи слабые или совсем отсутствуют. При ведении очистных работ лавами блоков № 4, № 5 на 30% площади отмечалось обрушение кровли высотой 0,05−0,4 м и до 1,3 м.

Основная кровля сложена сланцами глинистыми, песчано-глинистыми, песчаными, перекрытыми песчаником.

Песчаник от светло-серого до темно-серого цвета, кварцевый, мелкои среднезернистый, в большинстве своем массивный, плотный, реже — слоистый за счет переслаивания песчаным сланцем. По наслоению — слюдистый, иногда с обуглившимся детритом; слоистость волнистая, косая, реже прерывисто-линзовидная. Встречаются обломки разной степени крупности сланца песчаного, глинистого, кремнистого материала; трещиноват (3−4 трещины на 1 погонный метр), крепкий и очень крепкий, контакт от четкого дот постепенного.

Непосредственная почва пласта сложена сланцем песчаным (50%), песчаником (40%), сланцами песчано-глинистыми (7%) и глинистыми (2%), а также переслаиванием сланца песчаного с песчаником (1%).

Сланец песчаный темно-серого цвета, в начале слоя (0,3−0,9 м) комковатой текстуры с остатками корней и листьев растений, перемят («кучерявчик»). Ниже по слою горизонтально-, реже полого-, волокнисто-слоистый, слабослюдистый, средней крепости, слабо трещиноватый (до 3 трещин на 1 погонный метр). Слоистость обусловлена чередованием слоев сланца и песчаника мощностью 2−3 см.

Межслоевое сцепление сильное, но по плоскостям наслоения — скопление чешуек слюды. В горизонтальных выработках, вентиляционном ходке № 1, бортовом ходке № 5,4, сборном ходке № 4 сланец песчаный, по макроскопическому описанию аналогичен, устойчивый.

Песчаник кварцевый, кварцево-полевошпатовый светло-серого и серого цвета, среднеи мелкозернистый, слабо трещиноватый (2−3 тр./ п. м). Контакт с нижележащим слоем четкий, горными выработками не вскрывается.

Сланец песчано-глинистый от темно-серого до черного цвета, трещиноват (5 тр./п. м), контакт с нижележащим слоем песчаного сланца постепенный.

Сланец глинистый от темно-серого до черного цвета, комковатой текстуры с остатками углефицированных корней и коры растений. Контакт с нижележащим слоем песчаника четкий.

Горными работами шахты «Житомирская» сланцы песчано-глинистые и глинистые в почве пласта m₃ не вскрывались ввиду незначительного распространения их на площади оценки, прочностные показатели их не изучены.

Основная почва пласта сложена сланцами глинистыми, песчано-глинистыми и песчаными, а также песчаниками и сланцами песчаными переслоенными песчаниками.

В целом горно-геологические условия разработки пласта m₃ прогнозируются как относительно сложные из-за значительных площадей распространения весьма неустойчивой, «ложной» кровли и в меньшей мере — почвы. В центральной части шахтного поля, у нижней технической границы шахты, где непосредственная кровля и почва на одной и той же площади представлены неустойчивыми породами, горно-геологические условия разработки ожидаются сложными.

2.2 Характеристика природных ресурсов горного предприятия В геологическом отношении оцениваемая площадь принадлежит участку отложения свит С⁷₂ и С⁶₂ среднего отдела карбона. Шахта имеет на балансе только пласт m ₃. Пласт m₃ принадлежит свите С⁷₂.

Литографически угленосные отложения представлены чередованием сланцев глинистых, песчаных, песчаников, включающих маломощные прослои известняков и углей.

Угленосные отложения почти повсеместно перекрыты четвертичными образованиями, сложенными различными генетическими типами пород и почвенным слоем. Преобладают лессовидные глины и суглинки. Мощность четвертичных отложений составляет 1−10 м.

Корреляция отдельных стратиграфических горизонтов проводится четко.

В тектоническом отношении поле шахты «Житомирская» расположено в центральной части южного крыла Чистяковской синклинали. Простирание пород от юго-западного до северо-восточного крыла по азимуту от 320є до 275є, углы падения пород составляют 10−20є на верхних горизонтах, уменьшаясь до 4−6є с глубиной.

На крайнем северо-западе углы падения пород на верхних горизонтах увеличиваются до 36−39є. Залегание пород спокойное. Тектонические нарушения разведочными скважинами не выявлены.

Марка угля — Т, пласт угрожаемый по внезапным выбросам угля и газа с глубины 230 м, по пыли не опасен.

Оцениваемый пласт m₃ является не выдержанным по мощности и относится к группе тонких. На значительной части площади шахтного поля мощность пласта уменьшается до 0,58−0,42 м. В дальнейшем, при эксплуатации месторождения, возможно расширение выделенных площадей с забалансовыми запасами в результате уточнения мощности пласта горными выработками.

Глубина залегания почвы пласта на площади подсчета от 35 м до 278 м, горные работы производятся на глубине 180 м, площадь отработки составляет 4,5 км² (39%), площадь распространения по отношению к оцениваемой площади: балансовая — 51%, забалансовая — 8%.

Пласт отработан шахтой «Житомирская» на значительной площади с мощностью 0,60−0,80 м, причем преобладающими были мощности 0,70−0,80 м. В северо-западной части оцениваемой площади пласт отработан шахтой «Донецкая» до глубины 236 м с мощностью 0,64- 0,90 м. На неотработанной части площади пласт сохраняет преимущественно простое строение, сложное строение (2 -пачечное) отмечено в единичных случаях в центральной части шахтного поля (людской и вспомогательный уклон).

Мощность пласта до изогипсы плюс 50 м составляет 0,60−0,80 м. Ниже указанной изогипсы, на значительной площади мощность пласта уменьшается до 0.58−0,54 м. Не исключена возможность расширения этих площадей в результате уточнения мощности пласта горными выработками.

В результате выполненных работ установлено, что основными газовыми компонентами углей являются: метан, азот, углекислый газ и другие.

Содержание метана изменяется в зоне газового выветривания от 0 до 43,2%. В метановой зоне достигает 96,8%.

Содержание азота с 90,6% в зоне газового выветривания уменьшается до 1,7% в метановой зоне.

Водород присутствует в небольшом количестве. Преобладают концентрации от 0,1 до 0,6%. Максимальное значение — 8,5%. Большие концентрации, как правило, отмечены в газосборнике, что обусловлено, по-видимому, не герметичностью КГН, технологическими погрешностями при отборе проб.

В свободно выделившемся газе водород присутствует в небольших количествах: от 0 до 2,8%.

Гелий присутствует в большинстве проб, где он определяется от следов до 0,015%.

Шахта «Житомирская» отнесена к сверхкатегорийным по метану. Первое проявление метана зафиксировано на глубине 83 м во 2 западной лаве. Относительная газообильность горных выработок составила 78,31мі/т с.д. Внезапные выбросы не отмечены.

В целом для всех пластов свиты С⁷₂ и для оцениваемого пласта m₃ характерна более высокая природная газоносность в пологой приосевой части синклинали и ее южном крыле. В северном, крутом крыле природная газоносность на сопоставимых глубинах на 5−7 мі/т с.д. ниже, что соответствует общим закономерностям распределения природных газов в синклинальных складках.

Средний геотермический градиент составляет 2,2°C/100 м, а ступень — 47,8м/1°C. На максимальной глубине оценки запасов (абсолютная отметка минус 60м) ожидаемая средняя температура составляет 16,2°C.

Пласт m ₃ не склонен к самовозгоранию.

2.3 Гидрологические условия залегания полезных ископаемых В гидрографическом отношении описываемая площадь приурочена к южному склону главного Донецкого водораздела к междуречью рек Крынка и Миус и является степной, сильно волнистой, равнинной, расчлененной густой овражно-балочной сетью.

Основными гидрографическими элементами на данной площади являются: балка Берестовая и реки Харцызская и Кленовая. Балка Берестовая протягивается с востока на запад, а реки с севера на юг. Река Харцызская является левым притоком реки Кленовая, а последняя впадает в Ольховское водохранилище на реке Ольховой.

Водотоки реки извилистые. На равнинных и лесных участках берега балок пологие, они сложены современными аллювиальными отложениями, хотя нередко в берегах балок обнажаются коренные породы, что делает склоны высокими и скалистыми.

Постоянные водотоки рек Харцызской и Кленовой питаются в основном за счет сбросовых вод шахт «Житомирская», «Винницкая», № 222 и «Комсомолец Донбасса». Расход реки Кленовой составляет порядка 900 мі/ч, а реки Харцызской — от 100 до 720 мі/ч.

Гидрологические условия поля шахты «Житомирская» в целом отражают особенности района: пологое падение пород (10−20°), количество одновременно отрабатываемых угольных пластов, не более 1−2, развитие трещиноватости на глубину не более 700 м и снижение водообильности пород с глубиной.

Водоносные горизонты четвертичных отложений.

Как правило, подземные воды, заключенные в четвертичных отложениях, приурочены к аллювиальным и супесчано-песчаным образованиям в поймах балок и рек. По данным исследований, дебиты родников и колодцев этих отложений не превышают 0,1−0,3 мі/ч, а скважин — 0,07−0,25 мі/ч (максимальное понижение 3 м). Среднее значение коэффициента фильтрации при этом составляет 0,01 м /ч.

Таким образом, выдержанного водоносного горизонта в четвертичных отложениях нет. Водоотдача их невелика. В засушливые периоды колодцы, сооружения в них, почти высыхают.

Питание описываемого горизонта осуществляется в основном за счет атмосферных осадков и паводковых вод; реже, на отдельных площадях, — путем перетока из каменноугольных водоносных горизонтов.

В связи с неустойчивой водообильностью и малыми дебитами водоносных горизонтов четвертичных отложений, вода из них не будет принимать существенного участия в обводнении горных выработок шахты «Житомирская».

Водоносные горизонты каменноугольных отложений.

Подземные воды каменноугольных отложений на поле шахты «Житомирская» заключены, главным образом, в трещиноватых песчаниках свиты С⁷₂ и С⁶₂ и частично в известняках.

Водоносный комплекс разделяется на горизонт выветренной зоны, объединяющей все литологические разности до глубины 60−150 м, которые гидравлически связаны между собой за счет интенсивной трещиноватости пород в зоне активного выветривания (с глубины 100−150 м), представляющие разобщенные, приуроченные к отдельным литологическим слоям, различной мощностью и реже известняков.

Уровни подземных вод, отмеченные в процессе бурения разведочных скважин, колеблются в пределах 4−82 м, глубины водопроявлений составляют 2−130м.

Водообильность основной толщи карбона, ниже основной зоны выветривания, неравномерная и зависит от интенсивности трещиноватости, степени тектонической нарушенности пород и их пористости. Пористость песчаников изменяется от 0,37 — 5,17% и с глубиной практически остается без изменений.

По условиям циркуляции подземные воды являются трещинно-пластовыми, как правило, напорными. Высота напора достигает в отдельных случаях сотен метров. На поле шахты «Житомирская» в основном напоры подземных вод невелики из-за значительной сдренированности горизонтов горными выработками, поскольку глубина действующих горных работ по пласту m₃ — 220 м.

Шахтные воды.

В горные выработки шахты «Житомирская» поступают воды сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридные натриево-кальциево-магневые или натриево-магниево-кальциевые с минирализацией 1,3 — 1,8 г/дм³. При дальнейшей отработке запасов оцениваемого угольного пласта в горные выработки шахты «Житомирская» будут поступать в основном сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридные, натриево-кальциево-магниевые воды с минерализацией в среднем 2 г/дмі. Соединение натрия в воде ожидается 0,2−0,6 г/дмі, хлора — не больше 0,2 г/дмі, количество сульфата — в пределах 0,5−1,0 г/дмі. По содержанию сульфатов воды останутся сильно агрессивными к бетонам и в основном средне-агрессивные к металлическим конструкциям.

Количество взвешенных веществ в сбрасываемых водах при существующих очистных сооружениях шахты «Житомирская» составляет 60,80 мг/л.

Данная вода ограничено пригодна для орошения, в целом качественный состав шахтных вод является неудовлетворительным. Характеристика шахтных вод представлена в таблице 3.

Таблица 2. 3- Результаты анализа проб воды (по данным на 19.08.99.)

Характеристика и степень обводнения выработок отрабатываемых пластов.

Средние многолетние притоки воды в шахту на сопоставимых глубинах изменяются от 122 до 346 мі/ч, а максимальное — от 204 до 485 мі/ч. Притоки воды по шахте «Житомирская» за последние 7 лет практически не изменились и составляют в средне 202 мі/ч. Вода, поступающая в шахту, откачивается на поверхность с помощью соответствующего водоотливного хозяйства, характеристика которого приведена в таблице 4.

Таблица 2. 4 — Характеристика водоотлива шахты «Житомирская»

Таким образом, водоприток в шахту «Житомирская» в технических границах ожидается: средний — 175 мі/ч, максимальный — 265 мі/ч. Притоки воды в очистные выработки пласта следует ожидать по опыту работы невысокими, порядка 3−5 мі/ч.

Существенное влияние на величину водопритока могут оказать затопленные выработки по пласту m₃, расположенные между 4 и 5 восточными штреками шахты «Житомирская».

По сложности гидрогеологических условий описываемое месторождение технической воды относится ко второй группе.

В процессе эксплуатации месторождения прорывы воды маловероятны.

Сброс шахтных вод в гидрографическую сеть при полной отработке запасов шахтой может увеличить минерализацию в реке Харцызской на 0,1 г/дмі.

2.4 Границы и размеры шахтного поля. Запасы полезных ископаемых в принятых границах Оцениваемая площадь расположена в пределах участка, который имеет следующие географические координаты: 3824 — 3826 восточной долготы и 4809 — 4810 северной широты.

Площадь шахтного поля составляет 7,4 км² с длиной по простиранию 3,7 км и шириной вкрест простирания 2 км.

Границами оцениваемой площади являются: на северо-западе — общая с шахтой «Енакиевская» п/о «Орджоникидзеуголь», на юго-востоке — общая с шахтой № 5−7 ш/у «Рассвет»; по падению — общая с шахтой «Комсомолец Донбасса», проходящая по изогипсе минус 60 м по пласту m₃; по восстанию — граница годного угля по пласту m₃.

На 1 января 2000 года запасы угля в пределах горного отвода шахты по пласту m₃ — балансовые — 5816 тыс. т; запасы нецелесообразные к отработке — 58 тыс. т; промышленные — 5117 тыс. т. в том числе вскрытые — 1990 тыс. т; подготовленные — 41 тыс. т; готовые к выемке — 1 тыс.т.

Данные о потерях и более полные данные о запасах представлены в приложении А.

3. Экологические технологии и оборудование, применяемое на горном предприятии

3.1 Анализ «узких» мест в работе горного предприятия и пути их устранения

«Узким» местом на шахте считается применение экологических мероприятий.

В 2000 году предполагается осуществить следующие экологические мероприятия:

Чистка водосборников, их объем составляет 600 м³, это мероприятие проводится с целью снижения взвешенных веществ в выдаваемой на поверхность воде.

Эксплуатация и ремонт хлораторных установок шахтных и сточных вод, это позволит соблюдать установленные нормативами ПДС и производить качественное обеззараживание шахтных и сточных вод.

Ремонт трубопровода питьевой воды диаметром 100 мм, его длина 800 м. Это мероприятие позволит уменьшить потери питевой воды.

Чистка водоотливных канавок, их суммарная длина 1000 м, ее цель — уменьшение загрязнения воды взвешенными веществами.

Чистка дымоходов котельных — 1 шт. При этом происходит уменьшение выбрасов вредных веществ в атмосферу.

Профилактический ремонт котельной, тоже позволяет уменьшить выбрасы вредных веществ.

Тушение горящего породного отвала № 2 шахты «Житомирская», его объем соствляет 10 тыс. м³, что позволит сократить выбросы в атмосферу вредных продуктов горения.

Закладка выработанного пространства, предполагается оставлять в шахте 4 тыс. м³ породы. Это позволит сократить неэффективное использование земельных угодий и предотвращение загрязнения земель.

Осуществление лабораторного контроля за качеством сточных вод по 20-ти ингридиентам в 2-х точках. Это позволит своевременно заметить отклонения в показателях качества воды и принять соответствующие меры для поддержания их в пределах норм.

Осуществление лабораторного контроля за концентрацией вредных выбрасов в атмосферу.

3.2 Особенности разработки месторождения

3.2.1 Подготовка шахтного поля На шахте «Житомирская» применяется этажный способ подготовки шахтного поля, порядок отработки этажей — от центра к границам шахтного поля.

Система разработки — сплошная.

Вентиляционные штреки по лавам проходятся вслед за лавами при помощи БВР. Штреки проводятся с верхней подрывкой пород кровли. Порода от прохождения штрека укладывается в бутовую полосу длиной 7,0 м, так как ширина бутовой полосы невелика, то порода в бутовую полосу укладывается вручную.

Откаточный 5 штрек проводится впереди лавы при помощи БВР, погрузка породы производится при помощи скрепера на скребковый конвейер и выдается на поверхность.

Остальные подготовительные выработки, а именно: 4 восточный откаточный штрек лавы № 16 и вентиляционный штрек лавы № 16, проходятся при помощи БВР с погрузкой породы при помощи породопогрузочной машины, вручную и при помощи скрепера.

Вентиляционные штреки в лаве проветриваются при помощи общешахтной депрессии, остальные при помощи вентиляторов местного проветривания ВМ 6.

Отработка пласта безцеликовая, откаточные (конвейерные) штреки используются повторно как вентиляционные, что позволяет значительно сократить капитальные затраты на проведение выработок.

При работе лав восточного крыла (отдельная бремсберговая часть шахтного поля) порода от прохождения вентиляционных штреков оставляется в шахте, таким образом, из трех подготовительных забоев, порода только одного оставляется в шахте и выкладывается в бутовую полосу, можно определить, что коэффициент использования породы приблизительно равняется 0,3.

Способ охраны выработок — крепление металлической арочной крепью КМП — 3/9,2, 11,2, КСП и сборной железобетонной крепью. Плотность крепления — через каждый метр. Затяжка — металлическая сетка или деревянная затяжка.

3.2.2 Вскрытие шахтного поля Шахтное поле вскрыто: в центральной части тремя наклонными стволами — главным, вспомогательным и конвейерным, пройденным до IV горизонта; на восточном крыле — фланговым вентиляционным наклонным стволом, пройденным до III горизонта; на западном крыле до III горизонта пройдено два наклонных ствола — главный и вспомогательный.

Способ проветривания — всасывающий.

Главный наклонный ствол пласта m₃ пройден на западном крыле шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли до III горизонта.

Вспомогательный наклонный ствол пласта m₃ пройден по пласту с подрывкой пород кровли до III горизонта. Длина ствола 640 м. Ствол закреплен металлической арочной крепью, сборной железобетонной крепью, бетонной крепью.

Главный наклонный ствол пласта m₃ пройден в центре шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Ствол оборудован подъемной машиной БМ — 2500, служит для выдачи угля и породы в скипах объемом 5 м³.

Вспомогательный наклонный ствол пласта m₃ пройден параллельно главному стволу по пласту с подрывкой пород кровли. Ствол оборудован подъемной машиной БМ — 3000, служит для спуска-подъема людей в людских вагонетках, доставки материалов, ствол по вентиляции — свежеподающий.

Вентиляционный наклонный ствол пласта m₃ пройден в восточной части шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Ствол оборудован подъемной машиной Ц — 1,6×1,2. Выработка служит для вывода исходящей струи воздуха, спуска материалов, передвижения людей.

Конвейерный ствол пласта m₃ пройден в центре шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Ствол в дальнейшем будет оборудован ленточным конвейером для выдачи угля. В настоящее время по вентиляции — воздухоподающий.

3.2.3 Капитальные и подготовительные горные выработки

Подготовительные работы.

Поле шахты вскрыто шестью стволами. Главный наклонный ствол пласта m₃ пройден на западном крыле шахты по пласту с подрывкой пород кровли до III горизонта. Длина ствола 625 м. Ствол закреплен арочной крепью, монолитным железобетоном. Сечение выработки в свету 6,3 м². Ствол законсервирован.

Вспомогательный наклонный ствол пласта m₃ пройден по пласту с подрывкой пород кровли до III горизонта. Длина ствола 640 м. Ствол закреплен металлической арочной крепью, сборной железобетонной крепью, бетонной крепью. Сечение выработки в свету 5,2 м². Ствол законсервирован.

Главный наклонный ствол пласта m₃ пройден в центре шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Длина ствола 802 м. Ствол закреплен металлической арочной крепью, сборной железобетонной крепью, монолитным бетоном. Сечение ствола в свету 5,9 м².Ствол оборудован подъемной машиной БМ — 2500, он служит для выдачи на поверхность угля и породы в скипах с V= 5 м³. По вентиляции главный наклонный ствол пласта m₃ — свежеподающий.

Вспомогательный наклонный ствол пласта m₃ пройден параллельно главному стволу по пласту с подрывкой пород кровли. Длина ствола 766 м. Ствол закреплен металлической арочной крепью, монолитным бетоном. Сечение ствола в свету 5,1 м². Ствол оборудован подъемной машиной БМ -3000 и служит для спускаподъема людей в людских вагонетках, а также он служит для доставки материалов. По вентиляции — воздухоподающий.

Вентиляционный наклонный ствол пласта m₃ пройден в восточной части шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Длина ствола 1029 м. Ствол закреплен сборной железобетонной крепью КСП. Сечение ствола в свету 4,5 м². Ствол оборудован подъемной машиной Ц-1,6*1,2. Выработка служит для ввода исходящей струи воздуха, спуска материалов, передвижения людей.

Конвейерный ствол пласта m₃ пройден в центре шахтного поля по пласту с подрывкой пород кровли. Длина ствола 905 м. Закреплен ствол металлической арочной крепью АП 3 / 13,8. Сечение ствола в свету 12,2 м². Ствол в дальнейшем будет оборудован ленточным конвейером для выдачи угля на поверхность. В настоящее время по вентиляции — воздухоподающий.

Состояние оборудования подъемов представлено в приложении Б.

Вентиляционный штрек лавы № 16 пласта m₃ проходится вслед за подвиганием лавы с подрывкой пород кровли пласта.

Подрывка пород кровли производится при помощи БВР.

Уборка породы в бутовую полосу ниже штрека производится вручную.

Крепление выработки производится металлической арочной крепью КСП. Затяжка выработки производится всполшную деревянными распилами.

Проветривание забоя осуществляется за счет общешахтной депрессии.

Прохождение штрека осуществляется бригадой проходчиков. Режим работыдвухсменный при пятидневной рабочей неделе. В технологический цикл проведения входят следующие работы:

Подготовка рабочего места.

Подготовка бутовой полосы.

Буро-взрывные работы.

Уборка породы.

Крепление забоя.

Настилка рельсового пути.

Подготовка рабочего места.

Перед началом работ все рабочие и надзор участка, занятые на производстве работ, должны быть ознакомлены с паспортом крепления и проведения штрека под роспись.

Придя на рабочее место, рабочие обязаны осмотреть забой и привести его в безопасное состояние, остукать кровлю, обобрать нависшие куски породы, при необходимости, установить дополнительную крепь.

Убедившись в безопасном состоянии забоя и бутовой полосы, рабочие приступают к выполнению операций технологического цикла.

Подготовка бутовой полосы.

При уборке породы вручную подготовка бутовой полосы включает в себя восстановление выбитой крепи, уборку посторонних предметов в месте производства работ.

Ниже будущей бутовой полосы выкладывается костер из деревянных стоек и пробивается органка.

Закончив все подготовительные работы, рабочие приступают к ведению буровзрывных работ.

Буровзрывные работы.

Выбор ВВ, способа взрывания и средств инициирования заряда производится с учетом горно-геологических условий (опасность шахты по пыли и газу, коэффициент крепости пород по шкале проф. Протодъяконова).

По данным условиям принимаем тип ВВ — аммонит Т — 19, с работоспособностью 270 см³, плотностью патронирования 1−1,2 кг/дм³, диаметром патрона 36 мм, массой патрона — 0,2−0,3 кг, длиной патрона 160−270 мм. Аммонит Т — 19 относится к IV классу ВВ. Взрывание зарядов предусматриваем электрическим способом с помощью предохранительных электродетонаторов ЭДКЗ — ОП мгновенного действия для взрывания сосуда с водой и ЭДКЗ — ПМ 15 короткозамедленного действия для взрывания зарядов в шпурах.

При условии, что S_вч=13,0 м² и f=4 по табл.3 приложения 2 принимаем l_зах=2,0 м, при этом коэффициент использования шпуров будет равняться =0,85.

Глубина шпуров определяется по формуле:

l_ш=l_зах/=2,0/0,85=2,35 м. (3.1.)

Так как эта выработка пластовая, то в соответствии с ЕПБ для угольного и породного забоя применяем один и тот же тип ВВ, т. е. аммонит Т — 19.

Длину заходки принимаем одинаковой для угольного и породного забоев.

Для угольного забоя принимаем значение коэффициента использования шпуров (КИШ) 0,8−0,85 (одна открытая поверхность); для породного забоя — 0,8−0,9 (две открытые поверхности) Удельный расход ВВ для угольного забоя определяется по формуле М. М. Протодъяконова для забоя с одной открытой поверхностью:

q=0,4(0,2*f+1/S_вч^(у))²*k*е^-1, (3.2)

где f — коэффициент крепости по шкале М. М. Протодъяконова;

S_вч — площадь поперечного сечения выработки вчерне;

k — коэффициент увеличения расхода ВВ при машинной погрузке для лучшего дробления породы, при расчетах принимают k =1,2;

е — коэффициет работоспособности принятого ВВ, е=Р_х/Р_эт,

Р_х — работоспособность принятого ВВ;

Р_эт — 525 см³ (работоспособность 93% динамита).

q=0,4(0,2*2+ 1/3,34)²*1,2*525/270=1,3 кг/м³.

По формуле Н. М. Покровского:

q=q₁*s₁*v₁*e₁, (3.3)

где — q₁ — удельный расход ВВ при нормальном заряде, кг/м³, определяют по формуле: q₁=0,1*f;

s₁ — коэффициент, учитывающий текстуру взрываемой породы, при расчетах принимаем равным 2, так как уголь на шахте «Житомирская» упругие и вязкие;

v₁ — коэффициент, учитывающий зажим угля при одной открытой поверхности, принимают:

v₁=3*l_ш/S_вч;

е₁=Р_эт/Р_х;

Р_эт=380 см³ — работоспособность 62% трудно замерзающего динамита.

q=0,1*2*(3*2,35/1,83)*(380/270)=1,08 кг/м³.

По табличным данным q=0,92 кг/м³, окончательный расход принимаем среднеарифметическое значение величин:

q=(1,3+1,08+0,92)/3=1,1 кг/м³.

Определение объема взрываемого угля за заходку:

V_зах=l_зах*S_вч=2,0*3,34=6,68 м³ (3.4)

Определение расчетного расхода ВВ на заходку:

Q_расч= q*V_зах=1,1*6,68=7,35 кг. (3.5)

Определение шпуров на заходку:

N=(1,27*q*S_вч*)/(_п*d_п²*К_зап), (3.6)

где _п — плотность патронирования выбранного ВВ;

d_п — диаметр патрона, м;

К_зап — средневзвешенный для забоя коэффициент заполнения шпуров, принимается равным 0,4 для пород с крепостью менее 5.

N=(1,27*1,1*3,34*0,85)/(1000*0,0013*0,4)=9,04 шт., принимаем 10 шпуров.

Определение массы шпурового заряда

q=Q_расч/N=7,35/10=0,735, (3.7)

принимаем 0,7, тогда:

N=7,35/0,6=12,25, принимаем 13.

Учитывая практический опыт при ведении БВР на шахте и следуя рекомендациям, принимаем по углю 15 шпуров.

Определение длины забойки:

l_заб=l-l_п*n_п, (3.8)

где — l — длина шпура, м;

l_п — длина патрона, м;

n_п — количество патронов, формирующее заряд шпура;

l_заб=2,35−0,16*3=1,87 м.

Удельный расход ВВ для породного забоя определяется по формулам М. М. Протодъяконова, Н. М. Покровского для забоев с двумя поверхностями или определяют по справочнику.

По данным М. М. Протодъяконова:

q=0,15*f (0,2*f+1/В)*к*е^-1, (3.9)

где В — ширина породного забоя по средней линии, параллельной открытой поверхности, в сторону которой направлено действие взрыва, м;

Остальные показатели такие же, как и в расчетах по угольному забою.

q=0,15*4(0,2*4+1/3,9)*1,2*525/270=0,8 кг/ м³.

По формуле Н. М. Покровского:

q=q₁*s₁*v₁*e_1. (3.10)

Величины q₁, s₁, e₁ принимаются, как и для забоя с одной открытой поверхностью.

Значение коэффициента зажима взрывной породы принимают v₁=1,2 — для пород кровли.

q=0,4*1,4*1,2*380/270=0,95 кг/м³.

По справочнику принимаем 1,2.

Окончательный удельный расход равен:

q=(0,8+0,95+1,2)/3=0,98 кг/м³.

Определяем количество шпуров:

N=1,27*q*S_вч*/_п*d_п²*К_зап. (3.11)

В этом выражении коэффициент заполнения шпуров принимают от 0,6 до 0,7 (две открытые поверхности, нет врубовых шпуров).

Определяем объем взрываемой породы за заходку:

V_зах^п=l_зах*S_вч, (3.12)

V_зах^п=2,0*9,26=18,32 м³.

Определение расчетного расхода ВВ на заходку:

Q_расч=q*V_зах, (3.13)

Q_расч=0,98*18,32=17,95 кг.

Определение количества шпуров на заходку:

N=1,27*q*S_вч**/_п*d_п²*К_зап, (3.14)

N=1,27*0,98*9,16*0,95/1000*0,0013*0,6=13,9, принимаем 14 шпуров.

Определение массы шпурового заряда:

q_ш=Q_расч/N, (3.15)

q_ш=17,95/14=1,28, принимаем 1,2, тогда

N=17,95/1,2=14,9, принимаем 15 шпуров непосредственно в забое подготовительной выработки и 1 шпур для проведения водоотливной канавки, итого принимаем по породе 16 шпуров.

Определение длины забойки:

l_заб=l-l_n*n_n, (3.16)

l_заб=2,35−0,16*6=1,39 м.

Для составления графика организации работ необходимо рассчитать норму выработки по каждому из процессов.

Для этого составим таблицу:

Таблица 3. 2 — Расчет нормы выработки по процессам

Итого количество чел.-см. равняется сумме чел.-см по процессам, т. е.

n_о=0,68+1,2+0,14+1,12+2,55+0,75+0,28=6,72, принимаем 6 чел.-см.

Коэффициент перевыполнения:

К_пер.=W_расч/W_прин.=6,72/6=1,12. (3.17)

Далее необходимо определить время выполнения каждого процесса:

1. Время, необходимое на бурение, ч:

t_бур=n_б*t_см*/n_о*К_пер., (3.18)

где — коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных процессов, =(Тц-Т)/Тц,

Т=t_прием.+t_зар+t_пров.+t_{резерв.},

t_прием. — время приема и сдачи смены, принимаем 10 мин.

t_зар — время заряжания шпуров. Рассчитывается по формуле:

t_зар.=N*t_зар./n*60=30*3/2*60=0,75 час. или 45 мин, где N — количество шпуров всего по углю и по породе,

t_зар. — время заряжания одного шпура, принимаем 2−3 мин,

n — количество людей для заряжания шпуров, принимается равным 2−3 человека,

t_резв — резервное время, принимается 10−15 мин,

t_пров. — время проветривания забоя после взрывания, по правилам безопасности принимается 30 мин.

Т=10+45+30+10=95 мин или 1 час 35 мин.

=(360−12−15−30−15−30−30)/360=0,63.

t_бур.=1,85*6*0,63/8*1,12=0,83 часа или 50 мин.

Время бурения по углю:

t_б.у.=n_б.у.*Т_см*/n_б.у.*К_пер (3.19)

t_бу.=0,68*6*0,63/3*1,12=0,4 часа или 24 мин.

Время бурения по породе:

t_б.п.=n_б.п.*Т_см*/n_б.п.*К_пер (3.20)

t_б.п.=1,2*6*0,63/3*1,12=1,39 часов или 1 час 23 мин.

Время погрузки угля:

t_п.у.=0,14*6*0,63/6*1,12=0,08 часа или 5 мин.

Время погрузки породы:

t_п.п.=2,91*6*0,63/6*1,12=1,73 часа или 1 час 44 мин.

Время настилки пути:

t_нп=0,75*6*0,63/3*1,12=0,89 часа или 53 мин Время устройства канавки:

t_у.к.=0,28*6*0,63/3*1,12=0,33 часа или 20 мин.

Необходимое количество чел.-см. на крепление рассчитывается по формуле:

t_кр=n_кр*Т_см*/К_пер (3.21)

t_кр= 2,55*6*0,63/1,12=8,60 чел.-см.

При работе следует учитывать, что возможно совмещение некоторых процессов. При совмещении следует придерживаться требований ПБ:

Заряжание и взрывание не совмещается ни с какими процессами;

можно совмещать крепление и устройство канавки, крепление и настилка рельсового пути, бурение шпуров и крепление выработки;

в вертикальном сечении всегда должно быть принятое количество людей.

Необходимо рассчитать комплексную норму выработки — физическая возможность человека. Комплексная норма выработки рассчитывается по формуле:

К_нв=l_зах/W_расч=2,0/6,72=0,29 м /чел.-см. (3.22)

Также необходимо рассчитать производительность труда:

ПТ= l_зах/W_прин.=2,0/6=0,33 м /чел.-см. (3.23)

Уборка породы.

После проветривания забоя, проверки его и допуска людей в забой рабочие приступают к уборке породы.

Первоначально проверяется и, при необходимости, зачищается и подкрепляется запасной выход из лавы. Устанавливается предохранительное крепление.

Уборка породы в бутовую полосу начинается с выкладки стенки, ограждающей бутовую полосу с забойной стороны, из крупных кусков породы. Затем производится уборка породы в бутовую полосу.

Крепление на участке бутовой полосы не извлекается.

По мере забучивания бутовой полосы производится наращивание стенки. В последнюю очередь забучивается предыдущая бутовая полоса в месте, являющимся ранее запасным выходом. Особо крупные куски породы раскалываются вручную.

Убрав всю породу рабочие приступают к креплению забоя.

Расчет длины бутовой полосы производится из условия размещения всей породы от проведения штрека, согласно «Руководству по управлению кровлей и креплению очистных забоев с индивидуальной крепью на пластах с углом падения до 35», в бутовую полосу.

l_бут=V*K_p/m*k, (3.24)

где Vобъем подрываемой породы в плотном теле на 1 м подвигания забоя, м³, V= 4,1;

К_р — коэффициент разрыхления породы — 1,6;

k — коэффициент, учитывающий плотность закладки — 0,85

m — вынимаемая мощность пласта, м — 1,1.

l_бут=4,1*1,6/1,1*0,85=7,0 м.

5. Крепление выработки.

Крепление выработки производится металлической рамной крепью КСП.

Крепь КСП обязательно должна расклиниваться в соединении звеньев рам. В целях облегчения монтажа рам и предотвращения их перекосов вдоль выработки при их установке должны применятся распорки и межрамные стяжки.

Металлическая трапециевидная податливая крепь КСП состоит из верхняка и двух стоек, каждая их которых состоит из двух или трех частей.

Соединение частей стоек производится внахлестку посредством соединительных хомутов. На нижнем конце каждой части стоек профиль перекрыт наклонной диафрагмой, приваренной к боковым стенкам профиля.

На верхняке у мест его соединения со стойками приварены две планки, ограничивающие перемещение стойки в верхняке в сторону его середины.