Технология и комплексная механизация торфяного производства
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 19.09.2024
Исследования посвящены технологическим процессам разработки торфяных месторождений при добыче торфа для энергетического использования (производство твердого брикетированного топлива и крошкообразного топливного торфа). В работе представлены пути интенсификации добычи фрезерного торфа и снижения технологических потерь торфа для разрабатываемых производственных площадей на завершающих стадиях эксплуатации месторождений. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что для торфяного сырья нарушенной структуры характерно зависание влаги в фильтрационном равновесии при равенстве капиллярно-осмотического и гравитационного давлений, причем с ростом высоты слоя торфа возрастает удельное количество влаги, удаленной из сырья до наступления фильтрационного равновесия. На основании этих данных представлено теоретическое обоснование и технологическое решение задачи уменьшения энергетических затрат на поверхностно-послойную добычу торфа при разработке торфяных месторождений со сложным гидрологическим режимом.
1. Антонов В.Я., Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. – М.: Недра, 1983. – 287 с.
4. Кремчеев Э.А. Гравитационное обезвоживание навала торфяного сырья с учетом испарения влаги / Э.А. Кремчеев, А.Е. Афанасьев, А.С. Ефремов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – М.: Горная книга, 2013. – № 3. – С. 93–103.
5. Кремчеев Э.А., Афанасьев А.Е. Оценка эффективности гравитационного обезвоживания сырья при комплексной механизации круглогодовой добычи торфа // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – М.: Горная книга, 2012. – № 4. – C. 50–58.
6. Патент на изобретение (МПК Е21С 49/00) № 13072 от 05.01.2010. Способ разработки торфяных месторождений / Г.А. Басалай.
7. Патент на полезную модель (МПК Е21С 49/00) № 4974 от 15.10.2008. Торфодобывающий экскаватор / Г.А. Басалай, А.А. Яскель.
На настоящий момент наиболее распространенной схемой добычи торфа является фрезерная технология, обеспечивающая в совокупности с рациональными организационными подходами удовлетворительные сборы торфа за короткий добычной сезон [1, 8]. Для реализации технологических операций по поверхностно-послойной добыче торфа необходимо на начальной стадии разработки месторождения проводить комплекс подготовительных мероприятий включающий болотно-подготовительные операции по сводке древесной растительности, возведению осушительной сети и водоотводящих каналов, профилированию поверхности карт. По мере сработки верхних слоев залежи, для поддержания требуемой нормы осушения на технологических площадках, проводятся плановые мероприятия по прочистке и углублению картовых канав. При разработке торфяных месторождений, расположенных ниже уровня водоприемников (озеро, река), особенно на завершающем этапе, когда толщина подлежащего к сработке слоя залежи становится меньше минимально необходимой нормы осушения, для обеспечения технологических условий по сушке и уборке торфа, требуется применение водонапорных станций для перекачки грунтовых вод за пределы месторождения через оградительные дамбы, что увеличивает энергозатраты и, соответственно, себестоимость готовой торфяной продукции.
Существенным недостатком поверхностно-послойного способа разработки торфяных месторождений является снижение эффективности полевой сушки фрезерного торфа на технологических картах при значениях нормы осушения ниже требуемой. На месторождениях со сложным гидрологическим режимом подобная ситуация неизбежно возникает по мере сработки слоя залежи. По нормам технологического проектирования заглубление картовых каналов в грунт более чем на 0,5 м недопустимо [2], что приводит к неоднозначной ситуации на завершающих этапах эксплуатации залежи. С одной стороны, поддержание осушительной сети, обеспечивающей необходимую норму осушения, возможно при напорной откачке воды (большие энергозатраты) или путем углубления осушительной сети, но это приведет к заглублению каналов в минеральный грунт более чем на 0,5 м с соответствующим увеличением зольности разрабатываемого слоя залежи за счет выкидки минерального грунта на поверхность добычных полей. С другой стороны, возможно остановить добычу с соответствующими потерями торфа и уменьшением итоговых объемов добычи по сравнению с балансовыми. В современных условиях хозяйствования столь значительные технологические потери торфа недопустимы, так как в основном к началу настоящего столетия, все пригодные для промышленных разработок торфяные месторождения Республики Беларусь освоены или являются биосферными заповедниками.
В связи с изложенным целью настоящего исследования является интенсификация добычи фрезерного торфа на разрабатываемых производственных площадях и снижение технологических потерь торфа на завершающих стадиях эксплуатации месторождений. Задачей исследования является уменьшение энергозатрат на поверхностно-послойную добычу торфа при разработке торфяных месторождений со сложным гидрологическим режимом.
Предлагаемые технико-технологические решения
Поставленная задача решается тем, что фрезерный, поверхностно-послойный способ разработки торфяных месторождений, включающий операции по сводке древесной растительности, возведению осушительной сети и водоотводящих каналов, добычу фрезерного торфа, ремонт осушительной сети и технологических полей, включает дополнительную операцию при ремонте осушительной сети и технологических полей.
Принципиальная схема проведения дополнительной технологической операции при ремонте осушительной сети и технологических полей представлена на рис. 1 – план одной технологической площадки для добычи фрезерного торфа и поперечный разрез одной карты с картовыми канавами.
Одна технологическая площадка для добычи фрезерного торфа на верховой залежи включает четыре технологические карты 1, разделенные по длине картовыми канавами 2, а по торцам ограниченные валовыми каналами 3. Для передвижения технологических машин картовые канавы соединены попарно закрытыми дренами 4, а одна из них через мосты-переезды 5 сообщается с валовыми каналами. В торцах технологической площадки отведены полосы 6 для формирования штабелей 7 фрезерного торфа. Дополнительная технологическая операция при ремонте осушительной сети и технологических полей проводится путем экскавации части торфяной залежи на максимальную глубину полосами 8 шириной до одной четверти от ширины карт вдоль картовых канав 2 с равномерной укладкой ее на поверхность карт 1 и последующим профилированием поверхности 9.
На завершающем этапе, когда толщина подлежащего к сработке слоя залежи становится меньше минимально необходимой нормы осушения, для обеспечения технологических условий по сушке и уборке торфа, при очередном ремонте осушительной сети и технологических полей производят экскавацию части торфяной залежи на максимальную глубину полосами 8 шириной до одной четверти от ширины карт 1 вдоль картовых канав 2 с равномерной укладкой ее на поверхность карт и последующим их профилированием. В результате уровень 10 грунтовых вод до проведения технологической операции в результате углубления и уширения картовых канав понижается (уровень 11), а норма осушения восстанавливается за счет дополнительного слоя из экскавированной залежи на поверхности карт.
Так как интенсивность сработки слоя залежи на полосах 6 для формирования штабелей 7 фрезерного торфа значительно меньше по сравнению с технологическими картами 1, то нет необходимости в наращивании полос 6 путем экскавации залежи из прилегающих полос вдоль картовых канав 2 и валовых каналов 3.
В процессе ремонта торфяных полей по предлагаемой схеме на поверхность торфяной залежи будет выгружаться переувлажненное торфяное сырье. Потенциально средняя влага выгружаемого сырья может находиться в диапазоне естественных влажностей для торфа данного типа и вида. Очевидно, что совместно с ремонтом полей по предлагаемой технологии необходимо для выполнения последующих операций по послойной добыче в текущем или последующих сезона, обеспечить эксплуатационную влажность поверхностного слоя. Торфяное сырье, будучи извлеченным из залежи, переходит из двухфазного состояния (жидкость-твердое) в трехфазное (жидкость-твердое-газ), что и определяет значительную разницу между процессами движения влаги в ненарушенной залежи и создаваемом слое торфа. Необходимо оценить рациональную толщину формируемого слоя и время, необходимое для достижения им равновесной влажности, при которой гравитационный поток влаги будет равным нулю.
Проведенные исследования показали, что для торфяного сырья характерно зависание влаги в фильтрационном равновесии при равенстве капиллярно-осмотического и гравитационного давлений в обезвоживаемой торфяной системе, причем с ростом высоты слоя торфа возрастает удельное количество влаги, удаленной из сырья до наступления фильтрационного равновесия [4, 5]. В первую очередь подобное явление объясняется ростом гидростатического давления в торфяном сырье при обезвоживании в более толстых слоях. Если сравнить с искусственным обезвоживанием торфа, то для создания давления в 2,0 МПа (w = 90–80 %) потребовалась бы высота навала около 200 м водного столба [3]. При влаге wк Примечания:
1. Гравитационное (1): wн = (92–93) %, wк = (87–84) %.
2. Механическое (2): wн = (87–84) %, wк = (65–70) %.
3. Полевая сушка (3): wн = (87–84)…(82–84)…(75–79) %, wк = (33–40) % (соответственно при экскаваторном, поверхностно-послойном и фрезерном способе добычи торфа).
4. Заводская сушка (4): wн = (40–70) %, конечная влага определяется видом продукции, принятым заводским способом переработки торфяного сырья и способом удаления влаги. Для брикетов wк = (15–18) %; для гранул wк = (12–16) %; для пеллет wк = (8–12) %; для кускового торфа (окускованного в полевых и цеховых условиях) влагосодержание wк ≤ 45 %; для крошкообразного торфа условное влагосодержание wу = 40 %.
Приведена классификация операционной организации технологических процессов производства фрезерного торфа. Построена морфологическая матрица технологических приемов и процессов производства торфяной продукции. Рассмотрены пути создания разнообразия технологий производства фрезерного торфа. Описаны перспективные технологии, а также способы совершенствования управления технологическим процессом. Дано обоснование повышения надежности поставки торфяной продукции потребителям при применении новых технологий. Показана эффективность применения технологий при уборке торфа из многоцикловых наращиваемых валков. Предназначена для магистрантов, обучающихся по направлению 550600 ''Горное дело'' по программе 550604 ''Технология и комплексная механизация торфяного производства'', а также для аспирантов и работников торфяной отрасли
Читайте также: