Спосіб формування гідроакумулюючого комплексу утилізації енергії скидів відходів збагачення гірничорудної сировини

1. Спосіб формування гідроакумулюючого комплексу утилізації енергії скидів відходів збагачення гірничорудної сировини, при якому транспортування пульпи до хвостосховища виконують гідромеханізованими засобами, воду самопливом направляють з хвостосховища до техногенного родовища, де її освітлюють і багаторазово вводять в збагачувальний і транспортний процес, який відрізняється тим, що комплекс облаштовують U 2 (19) 1 3 ного обладнання 64000,0кВт (чотири пульпонасосних станції). Для транспортування вказаної маси щогодини з урахуванням втрат енергії в трубопроводах на протидію рухові потоку пульпи з підняттям її на висоту 141м «Об'єднаного» і 135м «Миролюбівського» хвостосховища необхідно витратити енергії (виконати роботу) не менше 44,12·109 кГм (розрахунок), а реально, згідно приладного обліку, біля 60000,0 кВт·годин. Крім того, для забезпечення транспортування шламів в наведених вище обсягах переробки обумовлюють необхідність багаторазового водовикористання, включаючи її освітлення при одночасній утилізації атмосферних опадів на площу хвостосховища і дренажних водопритоків. При цьому, останні згідно [1] опосередковано по окремим кар'єрам досягають за період їх існування від 1 до 710м3 на м3 добутої гірничої маси. Наведені особливості, а саме: обсяги накопичення відходів збагачення залізорудної сировини, геодезичні перепади висот між вершиною хвостосховища і техногенним водоймищем акумулювання промислової води та добувним кар'єром, енерговитратність і необхідність пошуку шляхів утилізації витрат енергії, рішення питань екологічної безпеки, використання добувного комплексу при зупиненні процесів збагачення і вичерпанні запасів рудного тіла є вихідною базою даних при створенні пропонованої корисної моделі. Відомі способи гідромеханізованої розробки природних і техногенних родовищ [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], перші з яких [2, 3, 4, 5, 6], як правило, реалізовані в комплексах, які безпосередньо працюють в поймі басейнів, вирішують питання якості піску, сапропелю, рекультивації через гідровідвали вироблених розробок при одночасному зневодненні добутого продукту, намиву будівничих площ і шляхів для потреб нафтогазового комплексу, тощо. Але питання утилізації енергоресурсів, розширення сфери використання, надання нових властивостей, залишаються поза їх рішенням. Наведені способи опосередковано є аналогами пропонованої корисної моделі але не можуть бути перенесені для використання в техногенних виробництвах із-за обмежених функціональних можливостей. В свою чергу способи [7, 8] є більш близькими до пропонованого формування процесів гірничорудної галузі в частині комплексності переробки рудного продукту. Тобто направлені на розробку техногенних родовищ в частині утилізації скидів концентрату, використання пиловидних зависів, технологічної води, реалізації високих економічних показників, досягаємих за рахунок вивільнення обладнання та переходу на більш прогресивні процеси переробки рудного продукту. В [9, 10, 11] наведено спосіб формування циклічно генеруючого комплексу з використанням шахтної інфраструктури при її виведені з цільового використання, при якому додатково в наземних і підземних умовах створюють водосховища - накопичувачі води, облаштовують підземний накопичувач гідроенергетичним і насосним агрегатами використовуючи існуючі підземні виробки, виводять з природного водовикористання обсяги води, достатні для первинного наповнення наземного водо 43062 4 сховища, останнє з'єднують з гідроенергетичним агрегатом і використовують при цьому шахтний стовбур, після перепуску води із наземного водосховища до підземного циклічно повертають транспортовану воду до наземного водосховища і навпаки. Недоліками даного способу є необхідність значних матеріальних, трудових і фінансових витрат та розширення пришахтностовбурної інфраструктури шляхом виведення з експлуатації сільськогосподарських угідь або площі міської зони для створення наземного водосховища; екологічні негаразди виведення з експлуатації мінералізованої води; можливість підтоплення гідроенергетичного і насосного агрегатів дренуючими так званими «шахтними водами». Найближчим з відомих технічних рішень, взятого за прототип заявляємому способу, по цільовому використанню, операціям реалізації, енергетичним потокам, складовим частинам технологічного комплексу, близькості сфери використання відповідає спосіб наведений в [12]. Згідно найближчому способу-аналогу формування хвостосховища виконують гідромеханізованими засобами шляхом транспортування пульпи на його вершину, вивільнену частково освітлену воду скидів пульпи разом з накопиченою водою атмосферних опадів і природного дренування через систему транспортних лотків направляють разом з частками зависів з хвостосховища до акумулюючого техногенного водоймища, де її освітлюють і на зворотній основі багаторазово вводять в збагачувальний транспортний процес, а акумульовані у водоймищі зависі періодично гідромеханізовано транспортують безпосередньо без розриву транспортного трубопроводу на вершину хвостосховища. Як свідчить аналіз операцій способу прототипу, останньому присутні недоліки: - Безпідставні втрати енергії самоплинних потоків води скидів до акумулюючого техногенного водоймища та вимив до нього легких (пилевидних) фракцій шламів. Вказані втрати енергії досягають по своєму рівню 70% енергії, витрачаємої обладнанням пульпонасосних станцій на транспортування пульпи на вершину хвостосховища; - Наявність переливів мінералізованої води ізза порушення балансу технологічного використання і притоку води скидів з урахуванням їх поповнення атмосферними опадами і дренажем з виникаючими на цій підставі екологічними негараздами (засолення ґрунту і джерел питної води, зашламування басейнів річок, тощо); - Неповне функціональне використання складових добувного комплексу. Останнє в першу чергу відноситься до комплексного використання об'ємів добувного кар'єру. Відомо, що кар'єри, наприклад в умовах Кривбасу є надзвичайно великими новоутвореннями. Як правило, глибини наведених новоутворень і розміри в цілому мають вражаючі показники: кар'єри Північного збагачувального комбінату - Ганівський - глибина 370м, ширина 1500м, довжина перевищує 5000м, теж Першотравневий - відповідно 350x2500x2800 м, 5 Інгулецького комбінату - 350x3000x3000м, Південного комбінату - 370x4000x6000м. Кінцевою перспективою наведених кар'єрів є ведення гірничодобувних робіт до глибини 450м, але вони на поточний момент перетворились, крім свого цільового призначення, в накопичувачі води атмосферних опадів і дренажу та при відповідному організаційно-технічному забезпеченні можуть перетворитись в регулюючі енергетичні елементи гідроакумулюючого типу. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення економічних показників переробки корисних копалин за рахунок утилізації енергії води скидів відходів збагачення гірничорудної сировини та розширення функціональних можливостей елементів добувнозбагачувального комплексу. Поставлену задачу вирішують за рахунок того, що в способі формування комплексу утилізації енергії скидів відходів збагачення гірничорудної сировини, при якому транспортування пульпи шламів до хвостосховища виконують гідромеханізованими засобами, воду самопливом направляють з хвостосховища до техногенного водоймища, де її освітлюють та багаторазово вводять в збагачувальний і транспортний процес, - додатково комплекс облаштовують гідроенергетичним агрегатом, останній розміщують безпосередньо біля техногенного водоймища та приєднують до електромережі, розрізнені самоплинні потоки води скидів об'єднують і направляють на лопаті гідроенергетичного агрегату, а після - до техногенного водоймища. При цьому, при виведенні з експлуатації операції збагачення призупиняють подання води до техногенного водоймища, всю технологічно задіяну воду накопичують у водоймищі на вершині хвостосховища, хвостосховище з'єднують водоводом з добувним кар'єром, в якому на плавучій платформі розміщують гідроенергетичний агрегат подвійної дії та направляють накопичену у хвостосховищі воду на лопаті вказаного агрегату, агрегат приєднують до електромережі, при цьому подання води з хвостосховища на гідроенергетичний агрегат виконують в період максимального завантаження електромережі та надають йому режим електричного генератора, при розвантаженні електромережі відповідно задають агрегату насосний режим, і перекачують воду з кар'єра до хвостосховища. Завдяки новим операціям досягнуто виконання поставленої мети, в першу чергу одержана можливість постійно повертати до енергомережі щогодини функціювання збагачувального процесу до 70% витраченої енергії на транспортування шламів збагачення - 42000,0кВт·год (в умовах Новокриворізького гірничозбагачувального комбінату). Також при призупинені збагачувального процесу (регламентні, аварійні зупинки, виведення з роботи збагачувальної фабрики в зв'язку з закінченням рудних запасів робочого кар'єра) надати елементам комплексу нової якості гідроакумулюючого елемента. Порівняльний аналіз запропонованого способу з відомим рівнем техніки у відповідності наведеним джерелам інформації не виявив його впливу 43062 6 на досягнення позитивного результату згідно поставленої мети. Таким чином, пропоноване технічне рішення корисної моделі відповідає вимогам корисності і новизни, призначене для використання у промисловості, а саме - у гірничорудній галузі, здійснене за допомогою існуючих комплектуючих виробів, промислово освоєних у виробництві суднобудівною, металургійною, електротехнічною та машинобудівною галузями, також визнаних науково обґрунтованих методів і при його реалізації в умовах гірничорудних збагачувальних комбінатів досягти утилізації до 70% витрат електроенергії задіяної на транспортування відходів гірничої породи та надати нове життя основним засобам виробництва, чим виконується вимоги промислової придатності, які вбачали автори. Суть процесів корисної моделі пояснюється кресленням (Фіг.) та описом взаємодії її складових елементів. До складу комплексу входять збагачувальна фабрика 1, пульпонасосна станція 2, добувний кар'єр 3, техногенне водоймище 4, насосна 5 зворотного водопостачання, плавучий земснаряд 6, хвостосховище 7 з накопичувальним водоймищем 8 пульпи, гідроенергетичні агрегати 9 і 10. Гідроенергетичний агрегат 10 подвійної дії і може працювати в генераторному або насосному режимі. Гідроенергоагрегати 9 і 10 приєднанні до енергомережі (позицію не наведено). Збагачувальна фабрика 1 з'єднана з пульпонасосною станцією 2 лотками 11 (як правило нахил лотків не менше 7 промілі), станція 2 з вершиною хвостосховища 7 його водоймищем 8 пульпопроводом 12. Водоймище 8 трубопроводом 13 через агрегат 10 зв'язане з водоймищем 14 кар'єра 3; агрегат 10 розміщено на плавучій платформі 15. В свою чергу водоймище 8 через систему 16 шандорів і об'єднаних трубопроводів зв'язане з агрегатом 9, який безпосередньо розміщений біля водоймища 4. Вихід техногенної води з агрегату 9 надходить лотком 17 до водоймища 4. На останньому (4) розміщено плавучий земснаряд 6 і насосна 5 зворотного водопостачання; насосна 5 з'єднана із збагачувальною фабрикою 1 трубопроводом 18, а земснаряд 6 - з станцією 2 трубопроводом 19. Крім того водоймище 4 з'єднано з фабрикою 1 лотками 20. В реальних умовах хвостосховище 7 складається з двох: «Об'єднаного» і «Миролюбівського» загальною площею 506 гектарів і висотами відповідно 141 і 135 метрів; до пульпонасосної станції 2 входять фактично 4 станції з встановленою потужністю насосного обладнання 64000,0 кВт (відповідно індивідуальна потужність кожної 6400,0; 12800,0; 25600,0; 19200,0 кВт при довжині трубопроводів (12) - 14341, 13153, 16640 та 14461 погонних метрів); в якості земснаряду 6 використано модель 350-50L (проект 1673); площа зеркала води водоймища 4-6,8 га, об'єм - 350000,0м3 води. Перепад висот між водоймищем 8 і нижньою площею кар'єра 3 перевищує 500м. Трубопроводи оснащені запірною арматурою, засувками та сапунами випуску повітря при вводі комплексу в експлуатаційний режим і аварійних скидах пульпи, 7 також в складі комплексу є водоводи поповнення технічної води - позиції на Фіг. не позначені. Взаємодію складових частин корисної моделі виконують наступним чином, в підготовчий період послідовно виконують організаційно-технічні заходи: опресування транспортних трубопроводів; відкриття сапунів; закриття засувками напірних трубопроводів пульпонасосів - підготовка до їх запуску на закриту магістраль; виконання заходів по технічній безпеці; підключення комплексу до енергомережі. Далі вводиться в роботу кар'єр 3 (вибухове добування та механічне подрібнення руди і її транспортування до збагачувальної фабрики 1) і фабрику 1 - пульпа за рахунок перепаду висот між елементами 1 і 2 по лоткам 11 надходять до пульпонасосної станції 2. Після виконання пускових заходів насосного обладнання станції 2 пульпа по трубопроводу 12 надходить до хвостосховища 7 і по відповідним схемам і гравітаційним діям її скиди розміщують по площі накопичувального водоймища 8, а технологічна вода, частково освітлившись, через систему 16 у вигляді об'єднаного потоку (з урахуванням висоти перепаду між 8 і 4 і відповідно накопиченою енергією - упом'януті вище 44,2×109 кГм) надходить на лопаті агрегату 9 і далі по лотку 17 до водоймища 4. А агрегат 9, при цьому, перетворює енергію технологічної води у електричну, яка надходить до енергомережі для її використання іншими використачами. Останньою дією виконується енергоповернення витрат на транспортування пустої породи до хвостосховища 7. Разом з об'єднаним водопотоком до хвостосховища 4 надходять зависі пилевидних фракцій шламів - фактичне значення щомісячних надходжень досягає 15000,0м3 (39000,0 т). Останні осідають на дно водоймища 4, а освітлену воду насосною 5 по трубопроводу 18 подають до збагачувальної фабрики 1 для повторної (багаторазової) участі в збагачувальному і транспортному процесах. В свою чергу осівши у водоймищі 4 пилевидні фракції, а також можливі аварійні скиди (діючий ланцюжок елементів 1-20-4) утилізують земснарядом 6 і направляють із задією трубопровода 19 і станції 2 до хвостосховища 7. При аварійних скидах готового залізорудного концентрату задіюють схему його утилізації згідно [8]. Наведена технологія гідроакумулюючої утилізації енергії скидів діє весь період реалізації збагачувального процесу і дозволяє повернути до 70% витрачаємої енергії на транспортування до хвостосховища 7 відходів (шламів) залізорудної сировини. При регламентних, аварійних зупинках роботи збагачувальної фабрики 1 чи при виведенні останньої з експлуатації всю техногенну воду концентрують у водоймищі 8 та призупиняють подання води до водоймища 4. В період найбільшого навантаження енергомережі направляють накопичену воду у водоймищі 8 трубопроводом 13 через 43062 8 агрегат 10 до водоймища14 кар'єра 3. Агрегат 10, працюючи в режимі генератора, енергію падаючого потоку технологічної води (перепад висот >500м) перетворює в електричну і віддає її до енергомережі. Плавуча платформа 15 виключає можливість залиття агрегату 10. При проходженні в електромережі піка максимального завантаження і ціновому переходу електроенергії на більш дешевий тариф агрегату 10 надають насосний режим і накопичену воду у кар'єрі 3 направляють до водоймища 8. Останнім надають можливість виконання елементами комплексу функції гідроакумулюючої електростанції. Вказане разом з операціями утилізації енергії води скидів із задією елементів 8-16-9-17-4 і гідро акумуляції із задією елементів 8-13-10-3 дозволило вирішити задачу корисної моделі. Джерела інформації 1. Власов Р.Е. Вибір способу захисту відпрацьованих або законсервованих кар'єрів від вітрохвильового впливу. Гідромеханізація - 2003. По матеріалам Третього з'їзду гідромеханізаторів Росії. М., Видавництво МДГУ, 2004, 421с, с.283-293. 2. UA 32425 Е 02 F 7/00, Е 02 F 3/88, Е 21 С 50/00,12.05.2008, Бюл. №9. 3. SU 1652576 Е 21 С 49/00, 30.05.1991, Бюл. №20. 4. Штін С.М. Досвід і перспективи розробки сапропелю. Горний журнал, 1997, №3, с.21-23. 5. Маховіков Б.С. Комплекси обладнання для підводної розробки розсипів на шельфі. Горний журнал, 1997, №11, с.26-28. 6. Ялтанець І.М., Егоров В.К.. Нова технологія будівництва площадок і під'їзних автошляхів. Довідковий матеріал. М., «Гідромеханізація», 1999, 335с, с.322-324. 7. Гальперин A.M., Мосейкін В.В., Ліпський Г.В. Геолого-технологічні та природоохоронні аспекти намивних масивів гірничих підприємств. Гідромеханізація - 2003. По матеріалам Третього з'їзду гідромеханізаторів Росії. М., Видавництво МДГУ, 2004, 421с, с.45-53. 8. UA 16810 Е 21 С 41/00, Е 02 F 3/88, 15.08.2006, Бюл. №8. 9. А. Рожен. Гідроелектростанція в шахті. «Зеркало недели», №39(618), 14.10.2006. 10. UA 45682 Е 02 В 9/00, 15.04.2002, Бюл. №4. 11. Дубіна О.В. і інші. Технічні можливості і економічна доцільність побудови гідроакумулюючих електростанцій з використанням кар'єрів і вертикальних стовбурів шахт в умовах України. Свідоцтво про державну реєстрацію прав автора на твір ПА 4332. Дата видачі 22.06.2001. 12.UA 20517 Е 02 В 7/02, 15.01.2007, Бюл. №1. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 43062 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601