СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МАТЕРИАЛЕ ДЛЯ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА Российский патент 2020 года по МПК C02F1/48 E21F15/00 C02F101/20 C02F103/10 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к системам контроля миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт и, в частности, к системе для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза.

Уровень техники

[0002] В результате применения и развития технологии добычи угля с закладкой пустой породы пустая угольная порода после закладки в выработанное пространство подвергается длительному вымыванию и пропитыванию шахтными водами, при этом ионы содержащихся в них тяжелых металлов выделяются из пустой угольной породы, и миграция большого количества ионов тяжелых металлов во вмещающей породе в выработанном пространстве будет оказывать определенное влияние на проходящие рядом подземные воды. Из известного уровня техники пока не известно эффективного способа контроля миграции ионов.

Суть изобретения

[0003] Цель настоящего изобретения заключается в компенсации недостатков контроля над загрязнением окружающей среды элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт, и согласно изобретению предложена система регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт на основе принципов электрофореза, которая собирает и удаляет ионы тяжелых металлов в выработанном пространстве и защищает подземные воды, проходящие в области месторождения.

[0004] Согласно настоящему изобретению система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза содержит источник постоянного тока, несколько рядов токопроводящих пластин, несколько решетчатых труб, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос.

[0005] Все указанные решетчатые трубы уложены на дне выработанного пространства, от места открытия забоя расположены друг от друга на определенном расстоянии L параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина указанных решетчатых труб равна длине угольного забоя; решетчатые трубы снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и снаружи обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси.

[0006] Указанный сборный трубопровод размещен в штреке; все решетчатые трубы соединены со сборным трубопроводом; указанный откачивающий насос установлен на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды; отверстие для выпуска воды откачивающего насоса выполнено сообщающимся с указанным резервуаром для воды; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса.

[0007] Указанный резервуар для воды снабжен датчиками уровня воды и дренажным насосом.

[0008] Указанные токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, от места открытия забоя в выработанном пространстве расположены друг от друга на расстоянии L/2 параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя; токопроводящие пластины установлены вертикально; ряды токопроводящих пластин, расположенные на решетчатых трубах, соединены с отрицательным полюсом указанного источника постоянного тока; остальные ряды токопроводящих пластин соединены с положительным полюсом источника постоянного тока.

[0009] Предпочтительно указанные токопроводящие пластины выполнены высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см.

[0010] Предпочтительно расстояние L между указанными трубами для грязной воды составляет 10-40 м.

[0011] Технические принципы и принцип работы системы для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза согласно настоящему изобретению следующие: элементы тяжелых металлов в виде положительных ионов, выделяемые материалом для закладки выработанного пространства угольных шахт, находятся в воде, скапливающейся в выработанном пространстве; под действием силы электрического поля между двумя рядами токопроводящих пластин, соединенными с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного тока, положительные ионы тяжелых металлов в воде перемещаются в направлении токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока; на токопроводящих пластинах, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; под токопроводящими пластинами размещены решетчатые трубы. Когда концентрация ионов тяжелых металлов вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, повышается до предварительно установленной величины, датчики на токопроводящих пластинах немедленно приводят откачивающий насос в работу; когда концентрация ионов тяжелых металлов в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса понижается до предварительно установленной величины, датчики в области отверстия для выпуска воды немедленно останавливают работу откачивающего насоса. В резервуаре для воды установлены датчики уровня воды; когда в резервуаре для воды уровень воды повышается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно приводят дренажный насос в работу; когда в резервуаре для воды уровень воды понижается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно останавливают работу дренажного насоса.

[0012] Благодаря настоящему изобретению компенсируются недостатки контроля над загрязнением окружающей среды элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт; способ получения простой и технически возможный; в отношении ионов тяжелых металлов, выделяемых материалом для закладки выработанного пространства угольных шахт, может осуществляться эффективный сбор и удаление, и, таким образом, регулируется уровень загрязнения проходящих рядом подземных вод элементами тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт; кроме того, то, что система работает на электрической энергии, является экономически целесообразным.

Описание прилагаемых графических материалов

[0013] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение размещения системы для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза согласно настоящему изобретению в выработанном пространстве.

[0014] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение сверху размещения токопроводящих пластин согласно настоящему изобретению в выработанном

пространстве.

[0015] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение соединения токопроводящих пластин с зажимами согласно настоящему изобретению.

[0016] На фигурах: 1 - источник постоянного тока; 2 - токопроводящая пластина; 3 - решетчатая труба; 4 - сборный трубопровод; 5 - откачивающий насос; 6 -резервуар для воды, 7 - дренажный насос; 8 - зажим.

Конкретные способы осуществления

[0017] Ниже настоящее изобретение описано более подробно на основании варианта осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы:

Как показано на фиг. 1, от места открытия забоя и по мере подвигания угольного забоя через каждые 10-40 м параллельно угольному забою на дне выработанного пространства последовательно уложены решетчатые трубы 3 с длиной, равной длине угольного забоя. Решетчатые трубы 3 снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы 3 по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси.

[0018] Как показано на фиг. 1 и 2, от места открытия забоя через каждые 5-20 м параллельно угольному забою в выработанном пространстве расположены токопроводящие пластины 2, последовательно соединенные друг с другом в ряд, при этом длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя. Каждая токопроводящая пластина выполнена с высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см; как показано на фиг. 3, эти токопроводящие пластины опираются на несколько зажимов 8, закрепленных на дне, для сохранения вертикального положения и обеспечения соединения в электрическую цепь; промежуток между двумя соседними зажимами в одном ряду составляет 2 м; кроме первого и последнего, которые фиксируют только по одной токопроводящей пластине снаружи, зажимы в каждом ряду фиксируют по две токопроводящие пластины, установленные друг за другом. С рядами токопроводящих пластин, расположенных на решетчатых трубах 3, соединен отрицательный полюс источника 1 постоянного тока, а с остальными рядами токопроводящих пластин соединен положительный полюс источника 1 постоянного тока.

[0019] Все решетчатые трубы 3 открываются в сборный трубопровод 4, размещенный в штреке; сборный трубопровод 4 открывается в предварительно построенный резервуар 6 для воды; на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды, установлен откачивающий насос 5; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса 5.

[0020] Резервуар 6 для воды со всех сторон и в нижней части подвергается обработке для обеспечения герметичности; в резервуаре для воды установлены датчики уровня воды; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка дренажного насоса 7.

[0021] Под действием силы электрического поля между двумя рядами токопроводящих пластин, соединенными с положительным и отрицательным полюсами источника 1 постоянного тока, положительные ионы тяжелых металлов в воде перемещаются в направлении токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока; на токопроводящих пластинах, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; под токопроводящими пластинами размещены решетчатые трубы 3. Когда концентрация ионов тяжелых металлов вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, повышается до предварительно установленной величины, датчики на токопроводящих пластинах немедленно приводят откачивающий насос 5 в работу; когда концентрация ионов тяжелых металлов в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса понижается до предварительно установленной величины, датчики в области отверстия для выпуска воды немедленно останавливают работу откачивающего насоса 5. В резервуаре 6 для воды установлены датчики уровня воды; когда в резервуаре для воды уровень воды повышается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно приводят дренажный насос 7 в работу; когда в резервуаре для воды уровень воды понижается до предварительно установленной величины, датчики уровня воды немедленно останавливают работу дренажного насоса 7.

Изобретение относится к системам контроля миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства угольных шахт и, в частности, к системе для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза. Система содержит источник постоянного тока, токопроводящие пластины, решетчатые трубы, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос. В выработанном пространстве параллельно угольному забою на определенном расстоянии друг от друга размещены токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, при этом длина каждого ряда равна длине угольного забоя; два соседних ряда токопроводящих пластин соединены с разными полюсами источника постоянного тока, при этом решетчатые трубы уложены под токопроводящими пластинами, соединенными с отрицательным полюсом источника тока. Ионы тяжелых металлов под действием электрического поля могут концентрироваться вокруг токопроводящих пластин, соединенных с отрицательным полюсом источника тока; затем откачивающий насос приводится в действие, чтобы по решетчатым трубам и сборному трубопроводу отводить в резервуар для воды грязную воду, которая после этого посредством дренажного насоса выводится на поверхность для обработки. Благодаря настоящему изобретению можно эффективно регулировать миграцию ионов тяжелых металлов во вмещающей породе в выработанном пространстве и снижать уровень загрязнения проходящих рядом подземных вод ионами тяжелых металлов в материале для заполнения выработанного пространства в виде пустой угольной породы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза, содержащая источник постоянного тока, несколько рядов токопроводящих пластин, несколько решетчатых труб, сборный трубопровод, откачивающий насос, резервуар для воды и дренажный насос, отличающаяся тем, что все указанные решетчатые трубы уложены на дне выработанного пространства, от места открытия забоя расположены друг от друга на определенном расстоянии L параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина указанных решетчатых труб равна длине угольного забоя; решетчатые трубы снабжены равномерно распределенными по их поверхности дренажными отверстиями и снаружи обмотаны несколькими слоями геотекстильного полотна; решетчатые трубы по периферии покрыты заполнителем из песчано-гравийной смеси;

указанный сборный трубопровод размещен в штреке; все решетчатые трубы соединены со сборным трубопроводом; указанный откачивающий насос установлен на том конце сборного трубопровода, который рядом с резервуаром для воды; отверстие для выпуска воды откачивающего насоса выполнено сообщающимся с указанным резервуаром для воды; на токопроводящих пластинах в выработанном пространстве, соединенных с отрицательным полюсом источника постоянного тока, и в области отверстия для выпуска воды откачивающего насоса установлены датчики концентрации ионов тяжелых металлов; на основании показателей от датчиков происходит запуск и остановка откачивающего насоса;

указанный резервуар для воды снабжен датчиками уровня воды и дренажным насосом;

указанные токопроводящие пластины, последовательно соединенные друг с другом в ряд, от места открытия забоя в выработанном пространстве расположены друг от друга на расстоянии L/2 параллельно угольному забою и равномерно распределены в выработанном пространстве; длина каждого ряда токопроводящих пластин равна длине угольного забоя; токопроводящие пластины установлены вертикально; ряды токопроводящих пластин, расположенные на решетчатых трубах, соединены с отрицательным полюсом указанного источника постоянного тока; остальные ряды токопроводящих пластин соединены с положительным полюсом источника постоянного тока.

2. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза по п. 1, отличающаяся тем, что указанные токопроводящие пластины выполнены высотой 1 м, длиной 2 м и шириной 2 см.

3. Система для регулирования миграции элементов тяжелых металлов в материале для закладки выработанного пространства на основе принципов электрофореза по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние L между указанными решетчатыми трубами составляет 10-40 м.