Обгрунтування технологічних параметрів гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.15.08 - «Збагачення корисних копалин»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обгрунтування технологічних параметрів гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі

Чмільов Віктор Іванович

Дніпропетровськ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному та проектно-конструкторському інституті по збагаченню та брикетуванню вугілля "Укрндівуглезбагачення"(м. Луганськ) Міністерства вугільної промисловості України.

Науковий керівник -доктор технічних наук, профессор Полулях Олександр Данилович, начальник науково-дослідного відділу удосконалення технологій і схем вуглезбагачувальних фабрик інституту "Укрндівуглезбагачення" (м. Дніпропетровськ) Міністерства вугільної промисловості України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Олійник Тетяна Анатоліївна, завідувач кафедри збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету, Міністерство освіти і науки України;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ширяєв Андрій Андрійович, завідувач лабораторії збагачення ТОВ НВП "Укрекологія" (м. Кривий Ріг).

Захист відбудеться " 29 " травня 2009 р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 08.080.02 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49000, м. Дніпропетровськ, проспект К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49000, м. Дніпропетровськ, проспект К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий "_23_" квітня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Д. 08.080.02, к. т. н., доцент В.В. Панченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. У зв'язку з зростанням зольності рядового вугілля, що видобувається шахтами, за останні роки значно зросли втрати горючої маси з відходами збагачувальних процесів, що є недопустимим в умовах дефіциту коксових концентратів в Україні.

Основним технологічним процесом вітчизняних вуглезбагачувальних фабрик є відсадка, доля якої в загальному обсязі переробки вугілля складає 65,4%, а засмічення її відходів фракціями меншої щільності розподілу на деяких фабриках досягає 5-10%, у тому числі концентратними фракціями - 2-5%. Відомо, що якісно-кількісні показники відсадки залежать від структури постелі, яка визначається режимними параметрами відсаджувальних машин та гранулометричним і фракційним складом вихідної сировини. Тому удосконалення структури постелі за рахунок створення горизонтально-стаціонарного придонного шару дозволить підвищити селективність розподілу частинок вугілля і породи при їх збагаченні в відсаджувальних машинах. Вищевикладене підтверджує актуальність теми дисертаційної роботи.

У результаті досліджень вирішена наукова задача, яка полягає у визначенні закономірностей процесу формування структури горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин. Ці закономірності послужили основою розробки нової технології відсадки дрібного вугілля, яка забезпечить збільшення виходу коксового концентрату за рахунок зниження втрат горючої маси з відходами вуглезбагачення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана відповідно тематичному плану науково-дослідних робіт ДП "Укрндівуглезбагачення" за темами "Розроблення і впровадження технологій та обладнання для зниження втрат вугілля з відходами вуглезбагачення" (номер держреєстрації 0103U007350), у якій автор розробив технологію збагачення дрібного машинного класу в установці по зниженню втрат вугілля з відходами вуглезбагачення, і "Розробити технологію та здійснити модернізацію відсаджувальної машини дрібного машинного класу для переводу її роботи на натурну постіль з горизонтально-стаціонарним придонним шаром" (номер держреєстрації 0103U003852), де автор визначив основні конструктивні параметри і розробив пристрій для формування постелі відсаджувальних машин, встановив режимні параметри технології відсадки дрібного машинного класу у модернізованій машині та здійснив її впровадження у технологічну схему фабрики.

Мета, ідея і задачі дослідження.

Мета роботи - розробка теоретичного обґрунтування технічних рішень щодо зниження втрат горючої маси з відходами гідравлічної відсадки при збагачені дрібного вугілля.

Ідея роботи - формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин з максимальною порозностью, що зменшує втрати горючої маси з відходами гідравлічної відсадки при збагаченні дрібного вугілля.

Для досягнення зазначеної мети в дисертації були поставлені і вирішені наступні задачі:

1) виконати аналіз відомих методів і обґрунтувати перспективні підходи до удосконалення процесу гідравлічної відсадки дрібного вугілля;

2) встановити зв'язок між параметрами натурної постелі відсаджувальної машини та ефективністю збагачення на ній дрібного вугілля на основі енергетичної гіпотези відсадки;

3) виконати обґрунтування параметрів пристрою для формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин; придонний шар вугілля відсадка

4) визначити параметри горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі та їх зв'язок з гранулометричними й фракційними характеристиками вихідного продукту;

5) здійснити розробку та впровадження технології збагачення дрібного вугілля методом гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі на вуглезбагачувальній фабриці з метою зниження втрат горючої маси з відходами.

Об'єкт досліджень - процес гідравлічної відсадки дрібного вугілля.

Предмет досліджень - процеси формування структури натурної постелі, що мають місце при збагаченні дрібного вугілля в гідравлічних відсаджувальних машинах.

При рішенні наукових задач використані такі методи досліджень: наукове узагальнення та систематизація - для визначення сучасного рівня та шляхів підвищення якісних характеристик гідравлічної відсадки рядового вугілля; аналітичний - для моделювання горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин; експериментальний - для дослідження процесу гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі і визначення його параметрів; математична статистика - для обробки результатів експериментів; лабораторна та дослідницько-промислова апробація - для перевірки розроблених технологічних рішень і визначення їх ефективності.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

1. Вперше визначені умови підвищення селективності розподілу частинок вугілля і породи в гідравлічних відсаджувальних машинах шляхом оптимізації структур проміжного та придонного шарів постелі, що дозволило розробити новий спосіб гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі.

2. Встановлено нові залежності величини перевищення загального тиску над статичним в постелі відсаджувальних машин від гранулометричного складу вихідного матеріалу, що дозволило визначити гранпараметр постелі, при якому не здійснюється її розшарування, і обґрунтувати доцільність обмеження діапазонів крупності машинних класів вугілля.

3. Дістали подальшого розвитку теоретичні відомості про вплив параметрів проміжного шару відсаджувальної постелі на показники взаємозасмічення продуктів розподілу, які на відміну від відомих дозволяють здійснювати вибір схеми відділення промпродукту в залежності від вмісту проміжних фракцій в вихідному матеріалі.

4. Вперше визначені умови формування і параметри структури горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі, що дозволило здійснити модернізацію гідравлічних відсаджувальних машин і зменшити втрати горючої маси з відходами при збагаченні дрібного вугілля.

Наукові положення, які захищаються у дисертації:

1) кількість потенціальної енергії розшарованої за щільністю та крупністю відсаджувальної постелі завжди більше нерозшарованої; збільшення потенціальної енергії відсаджувальної постелі здійснюється в процесі її розшарування за рахунок кінетичної енергії підапаратної води; при цьому менш стійкою стає структура постелі, що треба враховувати при розробці системи відділення породи та збереження високої ефективності збагачення;

2) збільшення загального тиску підапаратної води при збагачені вугілля з гранпараметром більше 10 нейтралізується ростом опору постелі відсаджувальної машини і у випадках, коли відношення загального тиску до статичного стає постійною величиною, розшарування постелі припиняється.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується аналізом вітчизняних та зарубіжних літературних джерел, відповідністю методів дослідження поставленим в роботі мети й задачам, достатнім обсягом статистичних даних і задовільним збігом результатів теоретичних досліджень з фактичними значеннями параметрів структури постели відсадки (відхилення не більше 10%), а також позитивними результатами промислового впровадження розробленої технології гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці:

1) конструкторської документації пристрою для формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин;

2) технології гідравлічної відсадки дрібного машинного класу на підставі модернізації відсаджувальних машин за допомогою пристрою для формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі і рекомендацій щодо визначення параметрів структури постелі у залежності від гранулометричного й фракційного складів вихідного матеріалу.

Впровадження результатів роботи.

Промислове впровадження технології гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі відсаджувальних машин дрібного вугілля здійснено на ЦЗФ "Пролетарська". Це дозволило знизити вміст фракцій менше 1800 кг/м3 у відходах дрібної відсадки на 2,5% з 5,9% до 3,4%, при збільшенні зольності відходів на 3,8% з 79,1% до 82,9%, і підвищити вихід коксового концентрату на 2,2%. Розрахунковий економічний ефект від реалізації додатково отриманої товарної продукції складає 13,4 млн. грн у рік.

Особистий внесок здобувача.

Дисертаційна робота є самостійним, завершеним дослідженням автора, який зібрав статистичний матеріал, виконав його обробку, аналіз і наукове узагальнення; сформулював мету, ідею і задачі дослідження; обґрунтував методи дослідження і вирішив поставлені в роботі задачі досліджень; розробив нову технологію гідравлічної відсадки дрібного вугілля на основі одержаних результатів наукових досліджень.

Участь автора у роботах, опублікованих у співавторстві, наведена у списку опублікованих праць за темою дисертації.

Апробація результатів роботи. Основні положення й результати дисертації доповідалися на науково-технічних нарадах ЦЗФ "Пролетарська" (м. Макеївка, 2006-2008 р.р.), засіданнях Вченої ради інституту " Укрндівуглезбагачення " (м. Луганськ, 2005-2008 р.р.), на ІІІ конференції молодих вчених ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України "Геотехнические проблемы разработки месторождений" (м. Днепропетровск, 18 листопада 2005), VIII міжнародній науково-практичній конференції "Теорія і практика збагачення і переробки мінеральної сировини (м. Маріуполь, 24-27 травня 2005 р.), XV міжнародному конгресі вуглезбагачення (м. Пекін, КНР, 17-20 жовтня 2006 р.), Х міжнародний науково-практичній конференції "Технолого-екологічний інжиніринг при переробці мінеральної сировини" (м. Бердянськ, 23-26 травня 2007 р.), ХІ міжнародній науково-практичній конференції по збагаченню корисних копалин (м. Бердянськ, 21-24 травня 2008 р.).

Публікації. Основні положення виконаних досліджень опубліковані у 15 наукових працях, у тому числі: 10 робіт у фахових виданнях, 1 монографія (у співавторстві), 1 патент, 3 - матеріали конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку літератури з 101 найменування на 9 сторінках, 2 додатків на 9 сторінках. Загальний обсяг дисертації - 143 сторінки, у тому числі 125 сторінок основного тексту з 23 рисунками та 28 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані наукова задача, мета і задачі досліджень, об'єкт та предмет досліджень, ідея роботи, відображена наукова новизна отриманих результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації й публікації результатів досліджень.

У першому розділі, відповідно першій задачі дослідження, виконано аналіз відомих методів і обґрунтовані перспективні підходи до удосконалення процесу гідравлічної відсадки дрібного вугілля.

Встановлено, що інтенсифікація процесу гідравлічної відсадки дрібного вугілля в умовах збільшення його зольності та вмісту фракцій щільністю +1800 кг/м3 може бути здійснена шляхом удосконалення структури постелі відсаджувальних машин з застосуванням одночасно елементів натурної і штучної постелі, при цьому буде отримана мінімальна та максимальна порозність, відповідно, проміжного та придонного шарів.

Існуючі методи формування структури постелі відсаджувальних машин при збагаченні дрібного вугілля оперують лише загальною порозністю постелі. Але цієї інформації недостатньо для отримання даних про розподіл фракцій за щільністю по висоті постелі. Використання горизонтально-стаціонарного придонного шару та встановлення залежності показників розподілу від межі проміжного шару створює передумову для отримання повної інформації про процес розшарування постелі в залежності від гранулометричного й фракційного складу вихідної сировини, що дозволить формувати структуру постелі відсадки з заданими параметрами.

За результатами аналізу сформульовані задачі дослідження, вирішення яких дозволило досягти мети дисертації.

В другому розділі, відповідно до другої задачі дослідження, встановлено зв'язок між параметрами постелі відсаджувальної машини та гранулометричними і фракційними характеристиками дрібного вугілля, що збагачується.

На основі енергетичного підходу до явищ, що мають місце при гідравлічній відсадці зернистого середовища, дістала подальшого розвитку енергетична модель відсадки, яка на відміну від відомої, дозволила довести, що розшарування постелі досягається за рахунок зовнішньої енергії і що отримана система має більший показник енергостану, ніж початкова і тому є більш нестійкою.

Показник енергостану зернистого середовища оцінює його спроможність до розшарування.

Відповідно прийнятій схемі відсадки (рис. 1) залежність показника енергостану зернистого середовища від порозності нерозшарованої та розшарованої постелі визначається, як

.(1)

Використовуючи рівняння зв'язку порозності з гранпараметром і при умові, що гранпараметр розшарованої постелі, тобто моно класу, дорівнює 1, з рівняння (1) отримуємо залежність показника енергостану від гранпараметру вихідної сировини :

,(2)

де Н - порозность моношару.

Знак (-) означає, що енергія розшарованої постелі більше нерозшарованої і тому розшарована постіль є нестійкою системою.

Виходячи з фізичного змісту рівняння (2) і взявши його значення по абсолютній величині й помноживши на 100%, отримуємо показник енергостану постелі відсаджувальної машини, як відношення різниці потенціальних енергій її нерозшарованого та розшарованого по моно шарам стану до потенціальної енергії нерозшарованого шару у вигляді:

.

Вищевикладене дозволило обґрунтувати перше наукове положення.

Залежності порозності і щільності твердого від висоти шару постелі над решетом відсаджувальної машини, з яких слідує, що щільність твердого в області придонного шару повинна бути максимальною, в області проміжного шару - мінімальною; щільність часток у придонному шарі - понад 2400 кг/м3, у проміжному - від 1450 кг/м3 до 1700 кг/м3.

У проміжному шарі постелі змішуються як легкі крупні, так і важкі дрібні частинки. Цей факт підтверджується тим, що у промпродукті, який виділяється, крупні класи завжди менш зольні, ніж дрібні.

Усереднена залежність ефективності збагачення дрібного машинного класу в гідравлічних відсаджувальних машинах від співвідношення проміжного шару до висоти постелі , з якої слідує, що його оптимальне значення знаходиться в межах 15-25%. Крім того, встановлено (табл. 1), що із збільшенням вмісту промпродуктових фракцій в проміжному шарі відсаджувальної постелі значення зменшуються, тобто ефективність збагачення зростає.

Таблиця 1

Фракційний склад проміжного шару в породному відділенні

відсаджувальної машини

Щільність, кг/м3	Дослід 1	Дослід 2	Дослід 3	Дослід 4
	Вихід, %	Зольність, %	Вихід, %	Зольність, %	Вихід, %	Зольність, %	Вихід, %	Зольність, %
-1500	54,8	7,2	44,8	6,8	32,6	7,0	22,6	7,4
1500-1800	11,1	35,7	24,8	38,6	42,2	32,4	58,1	30,7
+1800	34,1	78,6	30,4	77,4	25,2	80,3	19,3	81,1
Разом	100,0	34,7	100,0	36,1	100,0	36,2	100,0	35,2
Epm	0,26	0,20	0,16	0,13

З вищевикладеного слідує необхідність формування структури відсаджувальної постелі таким чином, щоб у придонному шарі знаходився матеріал максимальної порозності і щільності, а товщина проміжного шару знаходилась в межах 15-25% від висоти постелі, і вміст промпродуктових фракцій в ньому складав не менше 50%.

Виходячи з того, що розпушування постелі обумовлюється перетворенням кінетичної енергії висхідної рідини в еквівалентний, спрямований вверх статичний тиск, опір постелі якому залежить від гранулометричного складу і порозності матеріалу, і використовуючи рівняння Е.Е. Рафалеса-Ламарка для визначення перепаду тиску в постелі відсаджувальних машин, отримана залежність перевищення загального тиску підапаратної води над статичним у вигляді:

де - щільність, відповідно, води і твердого, кг/м3;

- висота постелі, м;

- прискорення сили ваги, м/с2.

Встановлено, що перевищення зростає до значення гранпараметра матеріалу, який збагачується, 10 (табл. 2). При подальшому збільшенні неоднорідності матеріалу значення перевищення майже не змінюється. Це означає, що при канали постелі закупорюються і вона буде підійматися як одне ціле, що значно зменшує ефективність збагачення.

Таблиця 2

Вплив гранпараметру на перевищення загального тиску

підапаратної води над статичним

Показники	Розмірність	Значення показники
Гранпараметр	%	1	5	10	15	20
Перевищення		1,27	1,32	1,34	1,342	1,343
Ефективність збагачення	%	100,0	85,4	81,0	78,8	77,4

Ці результати дозволили обґрунтувати друге наукове положення.

Таким чином, для зернистого матеріалу визначеної крупності існує своє оптимальне значення розпушності постелі, при якому її розшарування здійснюється найбільш ефективно. При цьому, на гранулометричний склад вихідного матеріалу накладаються обмеження за гранпараметром. Приведення фактичного значення гранпараметра вихідного матеріалу до вимогаємого досягається відповідною підготовкою машинного класу за крупністю до операції збагачення.

У третьому розділі, відповідно третій задачі досліджень, виконане обґрунтування параметрів пристрою для формування горизонтально-стаціонарного шару натурної постелі відсаджувальних машин.

Для проведенні лабораторних досліджень виконано маштабування висоти постелі відсаджувальної машини та її лабораторного аналога. Коефіцієнт геометричного маштабування прийнято 2. Виходячи з критерію подібності, яким прийнято добуток чисел Рейнольда та Струхаля, коефіцієнт маштабування частотами пульсацій - отримано рівним 4.

У якості матеріалу, що збагачувався на лабораторній установці, обрано вугілля, гранулометричний склад якого, з урахування коефіцієнту маштабування, моделює живлення відсаджувальної машини дрібного машинного класу на ЦЗФ "Пролетарська". Дослідження параметрів пристрою для формування в відсаджувальних машинах горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відбувались при частоті пульсацій - 180, 210, 240, 270, 305, 340 і 380 хв.-1; висоті рифлів - 50, 75 і 100 мм; інтервалу їх установки - 75, 100 і 150 мм. Ефективність процесу збагачення визначалась за засміченням породи концентратною фракцією, щільність якої менше 1,5 т/м3.

На підставі отриманих результатів встановлені наступні параметри пристрою та відсаджувальної машини:

- висота рифлів- 150 мм;

- шаг рифлів- 150 мм;

- частота пульсацій- 55 хв.-1.

У четвертому розділі, відповідно до четвертої та п'ятої задач досліджень, визначені параметри горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі та їх зв'язок з гранулометричними й фракційними характеристиками вихідного продукту. Крім того, здійснено впровадження розробленої технології на вуглезбагачувальній фабриці.

Таблиця 3

Результати промислових випробувань модернізованої відсаджувальної машини ОМ-18 (фракційний склад продуктів розподілу)

№ досліду	Дата	Умови досліду	Концентрат	Відходи
		h, мм	В, мм	-1,5	1,5-1,8	+1,8	Всього	-1,5	1,5-1,8	+1,8	Всього
				г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %	г, %	Аd, %
1	07.02	0	0	88,3	6,2	10,0	31,7	1,7	70,1	100,0	9,8	2,0	10,1	4,5	32,4	93,5	81,4	100,0	77,8
2	22.06	0	0	90,6	6,8	8,2	32,4	1,2	69,5	100,0	9,7	1,8	9,8	4,0	35,4	94,2	82,8	100,0	79,6
3	25.06	0	0	90,2	6,6	7,9	33,7	1,9	68,4	100,0	9,9	1,6	8,7	3,8	31,7	94,6	82,0	100,0	79,9
Середнє	0	0	89,7	6,5	8,7	32,5	1,6	69,3	100,0	9,8	1,8	9,6	4,1	33,2	94,1	82,4	100,0	79,1
1	07.02	100	150	94,7	5,3	2,7	27,1	2,6	63,8	100,0	7,4	1,0	8,0	2,5	28,7	96,7	84,3	100,0	82,3
2	07.02	100	150	96,0	5,6	2,1	26,2	1,9	67,3	100,0	7,2	0,8	9,1	2,8	31,2	96,4	84,8	100,0	82,7
3	07.02	100	150	95,3	5,8	2,4	25,0	2,3	69,5	100,0	7,7	0,9	8,8	2,4	27,2	96,7	85,9	100,0	83,8
4	22.06	100	150	92,0	4,7	5,1	24,9	2,9	55,9	100,0	7,2	1,2	9,6	3,0	31,2	95,8	83,9	100,0	81,4
5	22.06	100	150	92,1	5,0	4,7	29,7	3,2	56,7	100,0	7,8	1,0	9,0	2,2	30,6	96,8	85,2	100,0	83,2
6	22.06	100	150	91,3	4,4	5,6	26,1	3,1	54,8	100,0	7,2	1,1	9,3	2,6	29,8	96,3	84,7	100,0	82,4
7	25.06	100	150	94,8	5,4	3,6	24,6	1,6	55,3	100,0	6,9	1,0	8,4	2,8	30,7	96,2	85,8	100,0	83,5
8	25.06	100	150	95,4	5,9	2,6	23,8	2,0	53,4	100,0	7,3	0,7	9,6	2,1	33,3	97,2	85,2	100,0	83,6
9	25.06	100	150	96,5	5,7	2,0	24,8	1,5	52,9	100,0	6,8	0,8	9,1	2,3	32,4	96,9	85,0	100,0	83,2
Середнє	100	150	95,0	5,7	2,7	25,1	2,3	57,2	100,0	7,4	0,9	9,4	2,5	30,8	96,6	84,9	100,0	82,9

Промислові випробування модернізованої відсаджувальної машини МО-18 були здійснені на ЦЗФ "Пролетарська" на вугіллі шахт ім. Гагаріна, "Щегловська-Глибока", ім. Кірова, "Чайкіно".

Пристрої для формування горизонтально-стаціонарного шару натурної постелі були встановлені у другому породному та промпродуктовому відділеннях відсаджувальної машини, яка призначена для збагачення дрібного машинного класу. Результати виробничих випробувань слідує, що найкращі показники розподілу досягаються при висоті рифлів 100 мм та інтервалу їх установки - 150 мм.

При дослідженні структури горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі встановлено, що при роботі фабрики на постійній сировині більше 3 годин структура придонного шару стає постійною і відповідає за крупністю класам +6 мм породної фракції +1800 кг/м3 дрібного машинного класу рядового вугілля, що збагачується.

Щільність розподілу на відсаджувальній машині до і після її модернізації складає відповідно 1,59 т/м3 та 1,64 т/м3, а характер сепараційних характеристик вказує на поліпшення якісних показників продуктів відсадки після застосування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі.

Впровадження на ЦЗФ "Пролетарська" технології збагачення дрібного машинного класу методом гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі дозволило знизити вміст фракції щільністю менш 1800 кг/м3 у відходах дрібної відсадки на 2,5% з 5,9% до 3,4%, при цьому зольність відходів відсадки збільшилась на 3,8% з 79,1% до 82,9%, що дозволило підвищити вихід коксового концентрату на 2,2%. Річний розрахунковий економічний ефект складає 13,4 млн. грн.

ВИСНОВКИ

В дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, встановлена і вирішена актуальна наукова задача, що полягає у визначенні закономірностей впливу структури придонного та проміжного шарів постелі гідравлічних відсаджувальних машин на ефективність розподілу зернистих середовищ за щільністю в залежності від гранулометричних і фракційних характеристик вихідного матеріалу. На основі цих закономірностей виконано обґрунтування параметрів пристрою для модернізації відсаджувальних машин та розроблена нова технологія збагачення дрібного машинного класу рядового вугілля методом гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі, впровадження якої забезпечило збільшення виходу коксового концентрату за рахунок зменшення втрат горючої маси з відходами вуглезбагачення.

Найбільш важливі наукові та практичні результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1) новим підходом інтенсифікації процесу гідравлічної відсадки є створення й управління структурою горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі відсаджувальних машин;

2) кількість потенціальної енергії розшарованої за щільністю та крупністю відсаджувальної постелі більше не розшарованої; збільшення потенціальної енергії відсаджувальної постелі здійснюється у процесі її розшарування за рахунок кінетичної енергії підапаратної води; при цьому, чим значніше це збільшення, тим менш стійкою стає структура постелі, що треба враховувати при розробці системи видалення важких фракцій і збереження високої ефективності збагачення;

3) спроможність зернистого середовища до розшарування оцінюється показником його енергостану; чим більше цей показник, тим більше необхідно затратити кінетичної енергії підапаратної води для ефективного розшарування зернистого середовища; зменшення показника енергостану зернистого середовища досягається звужуванням його діапазону крупності;

4) при відсадці неоднорідного за крупністю матеріалу в постелі формується придонний та проміжний шари, які відрізняються відповідно максимальною та мінімальною порозностью;

5) оптимальна товщина проміжного шару знаходиться в межах 15-25% від висоти постелі, його порозность наближається до порозності вихідного матеріалу, а склад складається з часток щільності 1500-1800 кг/м3, що необхідно враховувати при рециркуляції промпродукту;

6) раціональна структура горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі: висота рифлів - 100 мм; порозность у щільному стані - більше 0,4; склад відповідає за крупністю класам +6 мм породної фракції щільністю більш 1800 кг/м3 дрібного машинного класу рядового вугілля шахти, що збагачується; час утворення - не менше 3 години роботи відсаджувальної машини на даному вугіллі; ці параметри використані при розробці пристрою для формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натурної постелі, на базі якого здійснена модернізація відсаджувальної машини ОМ-18 і розроблена нова технологія відсадки;

7) збільшення загального тиску підапаратної води при збагачені вугілля з гранпараметром більше 10 нейтралізується ростом опору постелі відсаджувальної машини і у випадках, коли відношення загального тиску до статичного стає постійною величиною, розшарування постелі припиняється, що необхідно враховувати при визначені режимів роботи відсаджувальних машин;

8) гранпараметр вихідного матеріалу, що прямує на збагачення у гідравлічні відсаджувальні машини, повинен бути менше 10; при подальшому збільшенні неоднорідності матеріалу перевищення загального тиску над статичним стає практично постійним; це означає, що при канали в постелі закупорюються і вона буде підійматися як одне ціле без розшарування;

9) чим більше гранпараметр вихідного матеріалу в щільному стані, тим менш достатня для розподілу порозність у розшарованому стані і навпаки; це пояснює той факт, що для відсадки ширококласифікованого матеріалу потрібна менша розпушеність;

10) чим ширше діапазон крупності вихідного матеріалу, тим більше перемішування між шарами і тим більше взаємозасмічення продуктів розподілу, що пояснює неможливість ефективного збагачення некласифікованого матеріалу;

11) встановлені залежності вмісту концентратних фракцій в породі відсаджувальних машин від частоти пульсацій, висоти і інтервалу установки рифлів, гранулометричного і фракційного складу рядового вугілля, що дозволяє прогнозувати ступінь зниження втрат горючої маси з відходами дрібної відсадки;

12) технологія збагачення дрібного машинного класу методом гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром на модернізованій відсаджувальній машині ОМ-18 впроваджена на ЦЗФ "Пролетарська", що дозволило збільшити вихід коксового концентрату на 2,2% з 56,9% до 59,1% за рахунок зниження вмісту фракцій щільністю менш 1800 кг/м3 в відходах відсадки на 2,5% з 5,9% до 3,4%, при цьому зольність відходів зросла на 3,8% з 74,1% до 82,9%.

Розрахунковий річний економічний ефект складає 13,4 млн. грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У 15 НАУКОВИХ ПРАЦЯХ, ОСНОВНІ З ЯКИХ

1. Чмилёв В.И. Энергетическая интерпретация гравитационных разделительных процессов зернистых сред при обогащении полезных ископаемых / А.Д. Полулях, В.И. Чмилёв, О.В. Ищенко, Д.А. Полулях. - Луганск: Изд-во Восточно-украинского национального университета им. В.Даля. - 2006. - 144 с.

2. Чмилёв В.И. Влияние гранулометрического состава на свойства постели отсадочных машин / А.Д. Полулях, В.И. Чмилёв // Уголь Украины. - 2006. - № 2. - С. 42-44.

3. Чмилёв В.И. О роли промежуточного слоя постели гидравлических отсадочных машин // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2006. - № 25(66)-№ 26(67). - С. 59-62.

4. Чмилёв В.И. Управление процессом разделения угля по плотности в отсадочной машине / А.Д. Полулях, О.Л. Лехциер, А.М. Берлин, В.И. Чмилев // Уголь Украины. - 2007. - № 7. - С.42-43.

5. Чмилёв В.И. Исследование структуры горизонтально-стационарного слоя естественной постели отсадочной машины ОМ-18 // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2007. - № 31(72). - С. 57-59

6. Чмилёв В.И. Исследование технологических параметров гидравлической отсадки с естественной постелью с горизонтально-стационарным придонным слоем / В.И. Чмилёв, Д.А. Полулях, В.Ф. Нелепов, О.В. Полулях // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2008. - № 32(73). - С. 99-105.

7. Чмилёв В.И. Моделирование процесса отсадки с искусственной постелью // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2008. - № 32(73). - С.106-111.

8. Чмилёв В.И. Промышленные испытания модернизированной отсадочной машины ОМ-18 / А.Д. Полулях, В.И. Чмилёв // Уголь Украины. - 2008. - № 3. - С. 23-24.

9. Чмилёв В.И. О роли внешней энергии в энергетической модели гидравлической отсадки В.Ф. Майера / А.Д. Полулях, Б.Ф. Бевзенко, В.Б. Томилин, В.И. Чмилёв // Труды XV Международного конгресса углеобогатителей. - Пекин: Китайский университет обогащения и брикетирования углей. - 2006. - Т. 1. - С. 289-293.

10. Чмилёв В.И. Особенности гидравлической отсадки мелких высокозольных углей // Збагачення корисних копалин. Наук.-техн. зб. // Материалы 10-ой международной науч.-практ. конф. "Технолого-экологический инжиниринг при переработке минерального сырья". - 2007. - Вип №29(70).-№ 30(71). - С. 89-94.

11. Чмилёв В.И. Обоснование целесообразности классификационной отсадки на основе энергетической теории процесса разделения зернистых сред / А.Д. Полулях, В.И. Чмилёв, О.В. Полулях // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб. // Материалы 11-ой международной науч.-практ. конф. по обогащению полезных ископаемых. - 2008. - Вип. 34(75). - С. 82-86

12. Чмільов В.І. Патент України № 15189 «Відсаджувальна машина» / В.І. Чмільов, О.Д. Полулях, О.А. Золотко [та інші]. - 2005. - Бюл. № 6.

Особистий внесок автора в роботах, які написані в співавторстві: [1, 9] - розвиток енергетичної гіпотези відсадки, формулювання мети роботи; [2, 4] - розробка технологічних рішень та їх дослідження; [6] - обґрунтування технологічних параметрів гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натуральної постелі та розробка технології; [8, 11] - обробка та аналіз результатів і формулювання висновків; [12] - ідея і основні відмінні ознаки.

АНОТАЦІЯ

Чмільов В.І. Обґрунтування технологічних параметрів гідравлічної відсадки з горизонтально-стаціонарним придонним шаром натурної постелі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 - «Збагачення корисних копалин». - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню процесу гідравлічної відсадки дрібного машинного класу високозольного вугілля і спрямована на вирішення задачі зменшення втрат горючої маси з відходами вуглезбагачення.

У дисертації виконані теоретичні дослідження процесу гідравлічної відсадки на підставі енергетичного підходу до явищ, що мають місце при розподілу зернистих середовищ за щільністю. Встановлено, що ефективність розподілу зернистих матеріалів визначається показником їх енергостану, збільшення якого здійснюється за рахунок кінетичної енергії під апаратної води.

За допомогою цих висновків встановлені вимоги до грансоставу вихідного матеріалу відсадки, структури проміжного та горизонтально-стаціонарного придонного шару натуральної постелі.

На підставі розроблених технологічних і конструктивних вимог, обґрунтовано параметри, які використані для створення пристрою для формування горизонтально-стаціонарного придонного шару натуральної постелі відсаджувальних машин.

Результати досліджень використані при модернізації відсаджувальних машин на ЦЗФ "Пролетарська", які застосовуються для збагачення дрібного машинного класу.

Впровадження цієї технології дозволило збільшити вихід коксового концентрату на 2,2% за рахунок зниження вмісту фракцій щільністю менш 1800 кг/м3 у відходах дрібної відсадки на 2,5% с 5,9% до 3,4%, при збільшенні зольності відходів відсадки на 3,8% з 79,1% до 82,9%.

Економічний ефект складає 13,4 млн. грн. рік.

Ключові слова: гідравлічна відсадка, втрати горючої маси з відходами, енергетична модель, горизонтально-стаціонарний придонний шар натуральної постелі, ефективність.

АННОТАЦИЯ

Чмилёв В.И. Обоснование технологических параметров гидравлической отсадки с горизонтально-стационарным придонным слоем естественной постели. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 - «Обогащение полезных ископаемых». - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2009.

В диссертации выполнены теоретические исследования процесса гидравлической отсадки на основе энергетического подхода к явлениям, имеющим место при разделении зернистых сред по плотности. Установлено, что эффективность разделения зернистых материалов определяется показателем их энергосостояния, увеличение которого осуществляется за счет кинетической энергии подаппаратной воды, которая подается в отсадочную машину.

С помощью полученных выводов, установлено, что энергосостояние разделенной по какому-нибудь признаку зернистой среды, всегда больше энергосостояния неразделенной и является неустойчивым, что необходимо учитывать при разработке системы и скорости удаления потонувшего продукта.

На основании решения уравнения Э.Э. Рафалеса-Ламарка, применяемого для определения перепада давлений в постели при ее разрыхлении, установлено, что гранпараметр исходного материала, поступающего на обогащение в отсадочные машины должен быть менее , в противном случае каналы в постели закупориваются, и постель может начинать подниматься как единое целое без разрыхления.

Экспериментальными исследованиями установлено, что промежуточный слой постели выполняет роль фильтрующего слоя и для обеспечения минимального засорения концентрата и отходов некондиционными зернами его толщина должна составлять не менее 15% и не более 25% от высоты постели.

Анализ продуктов разделения отсадочных машин показал, что чем шире диапазон крупности исходного материала, тем больше перемешивание между слоями постели и тем больше взаимозасорение продуктов разделения. Это положение объясняет невозможность эффективного обогащения неклассификационного материала.

Основываясь на полученных кинетических зависимостях, определены основные параметры горизонтально-стационарного придонного слоя естественной постели и установлена его рациональная структура:

- высота рифлей- 100 мм;

- шаг рифлей- 150 мм;

- порозность в сплоченном состоянии- >0,4;

- материал слоя соответствует по крупности классам +6 мм породной фракции плотностью +1800 кг/м3 мелкого машинного класса рядового угля обогащаемой шахты.

В результате промышленных испытаний, установлено, что рациональная структура горизонтально-стационарного придонного слоя естественной постели устанавливается после 3-х часов работы отсадочной машины на угле данной шахты.

На основе разработанных технологических и конструктивных требований обоснованы параметры, которые использованы при создании устройства для формирования горизонтально-стационарного придонного слоя естественной постели отсадочных машин.

Результаты исследований использованы при модернизации отсадочных машин на ЦОФ "Пролетарская", которые применяются для обогащения мелкого машинного класса.

Внедрение разработанной технологии позволило увеличить выход коксового концентрата на 2,2% за счет снижения содержания фракций плотностью менее 1800 кг/м3 в отходах мелкой отсадки на 2,5% с 5,9% до 3,4%, при увеличении зольности отходов отсадки на 3,8% с 79,1% до 82,9%.

Экономический эффект составляет 13,4 млн. грн./год.

Ключевые слова: гидравлическая отсадка, потери горючей массы с отходами, энергетическая модель, горизонтально-стационарный придонный слой естественной постели, эффективность.

SUMMARY

Chmilev V.I. Ground of technological parameters of hydraulic jigging from horizontally-stational by the benthic layer of model subgrade. - Manuscript.

The dissertation to obtaining of the scientific degree of Candidate in Technical Sciences with specialty 05.15.08 - "Enrichment of minerals". - National mining university, Dnipropetrovs'k, 2009.

The dissertation is devoted to research of the process of hydraulic fine jigging of high-ash coal and solving the task of diminishing of losses of combustible mass with wastes of coal-cleaning.

Іn the dissertation performs the theoretical research of process of hydraulic jigging on the basis of the power going near the phenomena which take place at separating of grainy environments after a closeness.

It is established that efficiency of separating of grainy materials is determined by their energystate, the increase of which is carried out due to external energy which is added to the system.

By these conclusions the set requirements are to granular structure of feedstock jigging, structures intermediate and horizontally stational benthic layer of model subgrade.

On the basis of the accepted technological and structural requirements, grounded parameters which are used for creation of device for forming horizontally stational benthic layer of model subgrade of jigging machines.

The results of research are used during modernization of jigging machines at CZF "Proletarian", which are used for dressing of shallow machine class.

Introduction of this technology allowed to increase the output of coke concentrate on 2,2% due to the decline of content of factions by a closeness less 1800 kg/m3 in wastes of shallow jigging on 2,5% s 5,9% to 3,4%, at the increase of ash-content of wastes jigging on 3,8% from 79,1% to 82,9%.

An economic effect is made by 13,4 million UAH per year.

Key words: hydraulic jigging, losses of combustible mass with wastes, power model, horizontally stationary benthic layer of natural bed, efficiency.

Размещено на Allbest.ru

...