Топ-10 инноваций для угольной отрасли

Предприятия угольной промышленности в России активно внедряют новые технологии и разработки ученых для повышения эффективности, снижения негативного воздействия на экологию и гарантий устойчивого развития отрасли. О наиболее перспективных предложениях российской науки — в обзоре «ЭПР».

Отходы — в дело

Ученые продолжают активно работать над вопросами, связанными с отходами в угольной промышленности, предлагая инновационные решения по переводу отходов в доходы.

Сжигать угольный шлам, образующийся при добыче твердого топлива, довольно сложно из-за его физических свойств (для шлама характерна большая задержка воспламенения, низкая степень сгорания и высокий уровень выбросов). Новый способ его утилизации предложили ученые Томского политехнического университета. Их разработка основана на добавлении к сырью газовых гидратов, улучшающих характеристики горения отходов и снижающих уровень выбросов. Чтобы проверить на практике свои расчеты, специалисты вуза сделали котельный агрегат с форсуночным устройством для подачи сырья в камеру сгорания и выполнили 50 экспериментов. Оценивая полученные результаты, они пришли к выводу, что созданная ими технология композиционного топлива из угольного шлама и газовых гидратов может использоваться в удаленных поселениях для обогрева помещений. Ученые посчитали расход топлива, требуемый для отопления коттеджного поселка на основе предложенной ими системы с котельной мощностью в 1 МВт. Получилось, что расход гидратного газа составит около 18 м³/ч, а расход угольного шлама — примерно 84 м³/ч. При этом отопление обычным углем потребует от 115 м³/ч топлива.

Ученые Красноярского научного центра создали керамические композиты, применяемые в мембранах для очистки воды, использовав для этого золошлаковые отходы — побочный продукт работы угольных электростанций. Спекание при температуре выше 1000 градусов Цельсия промышленных отходов от сжигания угля (фракция дисперсных микросфер летучей золы) и измельченного перлита (природное сырье вулканического происхождения) позволило специалистам получить пористые кремниевые композиты. Испытание показало, что при фильтрации твердые частицы успешно отделялись, а вода очищалась почти на 100% и становилась прозрачной. Еще одним преимуществом новинки является тот факт, что твердые частицы оседают не внутри мембраны, а на ее поверхности. Это дает возможность повторного использования фильтров после прочистки. Данная инициатива может быть полезна при создании ресурсосберегающих технологий комплексной переработки крупнотоннажных отходов тепловой энергетики, очистки жидких и газовых сред в различных отраслях промышленности.

Из угольной золы также можно получать глинозем — соответствующую технологию подготовили ученые из Института геохимии и аналитической химии РАН, Уральского федерального университета и университета Тунцзи (Китай). На «выходе» они смогли получить металлургический глинозем — оксид алюминия, химический состав которого соответствует техническим стандартам, действующим в РФ и КНР. Новая методика, по мнению ученых, является уникальной возможностью удешевления производства алюминия.

Добыча и разработка

Такое направление в горнодобывающей отрасли, как взрывные работы, постоянно находится в поле зрения ученых, которые ищут и совершенствуют способы их ведения. К примеру, специалисты Тихоокеанского госуниверситета предложили проводить взрывное разрушение горных пород с использованием многорядного короткозамедленного взрывания (эта и другие разработки включены в дайджест «Перспективные научно-технические разработки для ТЭК» за IV квартал 2024 года).

Такой подход позволит повысить интенсивность ослабления массива горных пород на большей части взрываемого блока. Поставленная задача достигается способом ведения взрывных работ с учетом зоны предразрушения, включающем построение модели развития массового взрыва во времени и пространстве для конкретной схемы взрывных работ, подачу стартового импульса на взрывание одновременно на два врубовых ряда, расположенных во втором или третьем ряду скважинных зарядов от краев блока.

Для разработки сложноструктурных пластов, сложенных плотными, полускальными и легко разрабатываемыми скальными горными породами, ученые ФГБУН «Хабаровский федеральный исследовательский центр дальневосточного отделения РАН» предложили инновационный комбинированный способ. Он включает извлечение рабочим органом карьерного комбайна пласта полезного ископаемого невысокой прочности без предварительного разупрочнения одновременно с формированием выемок в виде горизонтальных щелей в нижележащем прочном породном прослое дисковыми фрезами. Применение метода повышает производительность и технологическую эффективность разработки сложноструктурного массива горных пород карьерными комбайнами за счет расширения их функциональных возможностей. Он увеличивает производительность и технологическую эффективность благодаря повышению функциональности горного оборудования, снижению экологической нагрузки в месте проведения горных работ.

Умная техника

В перечень перспективных научно-технических разработок для ТЭКа входят различные виды оборудования, использование которого позволяет увеличить эффективность и производительность. Так, сотрудники Магнитогорского ГТУ им. Г.И. Носова проанализировали надежность подъемных машин, оснащенных различными системами приводов, используемых при подземном способе добычи полезных ископаемых и проходке стволов строящихся шахт, что является актуальной задачей в связи с постоянно увеличивающимися глубинами и протяженностью подземных выработок, связанными со снижением концентрации полезного компонента в рудах. На основе полученных данных была разработана методика, которая полезна при проектировании шахтного подъема для больших глубин разработки и проходки недр.

ТОП-10

• Технология композиционного топлива из угольного шлама и газовых гидратов.
• Керамические композиты для очистки воды.
• Технология получения глинозема из угольной золы.
• Многорядное короткозамедленное взрывание горных пород.
• Комбинированный способ разработки сложноструктурных пластов.
• Новая методика проектирования шахтного подъема.
• Выемочно-погрузочный драглайн.
• Мельница с цикличным торможением электродвигателя.
• Способ проведения ответвления от подземной выработки в зоне скопления воды.
• Газификатор переработки твердого низкосортного углеродсодержащего сырья.

Интересное изобретение — выемочно-погрузочный драглайн — предложили в Тувинском госуниверситете. Речь идет о землеройной технике, применяемой при освоении месторождений полезных ископаемых открытым способом, в частности о экскаваторах-драглайнах. Ученые предложили вариант, который позволяет гарантированно выполнять разгрузку ковша в кузов автосамосвала, в бункер конвейера или дробилки опрокидным ковшом практически в любой точке сектора рабочей площадки.

Есть перспективы и у мельницы с цикличным торможением электродвигателя — изобретения Донского ГТУ. С его помощью измельчаются материалы в угольной, рудной, металлургической промышленности. Принцип работы устройства состоит в том, что через определенный период происходит последовательное затормаживание и пуск в работу после некоторой паузы застоя электродвигателя. Кусковой материал, находящийся в цилиндрическом корпусе, полностью заполнит его пространство. За счет сил инерции кусковой материал начнет двигаться, что приведет к росту частоты соприкосновений между кусками и частицами. Это будет способствовать увеличению производительности и снижению потребления электроэнергии.

На страже безопасности

Важнейший аспект в деятельности угледобывающих предприятий — обеспечение безопасности труда. Ученые Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева предложили способ проведения ответвления от подземной выработки в зоне скопления воды, который может быть использован при разработке пологих и слабонаклонных угольных пластов, например, для проведения сбоек между спаренными штреками. Данная методика позволяет уменьшить трудоемкость и улучшить условия проведения ответвления от подземной выработки в зоне скопления воды, предотвратив проникновение воды в проводимое ответвление, что существенно облегчает процесс ответвления выработки.

Газификатор переработки твердого низкосортного углеродсодержащего сырья — изобретение специалистов Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II. Оно основано на переработке сырья путем газификации с получением генераторного газа, содержащего оксид углерода и водород, для последующего использования в качестве силового газа в транспортных и энергетических установках. Технический результат — повышение конверсии углеродсодержащих компонентов, состоящих из пылевидных и газифицирующих веществ.

Источник  – ЭПР