Страница:
Проблему решил главный механик шахты «Байдаевская–Северная» Борис Геннадьевич Гонилов довольно остроумно. Он начал изготавливать задвижки из высоконапорной трубы так, что все ее износившиеся внутренности можно было заменять по мере износа, а корпус не составляло труда сварить из подходящих по диаметру отрезков высоконапорной трубы. Как известно, корпуса всех задвижек в мире льются из жидкого металла, что и дорого, и очень специфично, в мехмастерских шахты такую технологию не освоишь. Задвижки –самоделки Гонилова служили столько же мало, зато сделать новую задвижку не составляло большого труда и материальных затрат. ВНИИгидроуголь тут же слямзил идею, нарисовал конструкторскую документацию и запатентовал ее на свое имя. Вот уже дважды русские решают неразрешимую для ВНИИгидроугля проблему, а евреи ее оформляют и присваивают. Так что, евреи хитры, но не изобретательны.
Об износе насосов и углесосов я уже говорил выше, осталось осветить износ трубопроводов, по которым перекачивается уголь с водой, т.е. пульпа на обогатительную фабрику на несколько, до 10–15, километров по поверхности. Обычно прокладывается несколько трубопроводов рядом, каждый пропускает до миллиона тонн угля в год. Нужны резервные трубопроводы и находящиеся в ремонте. Так что сооружение это довольно непростое. Каждое колено увеличивает довольно значительно потери напора на движение турбулентного потока, а гидротранспорт крупнокускового (до 100 мм) угля возможен только в высоко турбулентном потоке, поэтому тепловые компенсаторы, как это делается на теплотрассах в виде ворот, невозможны. Будут очень большими гидравлические потери напора и неравномерным износ труб на поворотах. Поэтому применяются сальниковые компенсаторы, которые дорогостоящи, сложны в изготовлении и требуют постоянного наблюдения и ремонта. По сравнению с железнодорожным такой транспорт очень дорог, раз в пять–десять дороже. Но полностью отвечает требованию «однооперационности» технологии, так полюбившейся «основателю». Я бы никогда не осмелился хоть слово написать против такого вида транспорта, будь это где–нибудь в горах или другом недоступном для строительства железной дороги месте. Но такой транспорт в горах и неприменим, так как наклон трубы к горизонту более 10–15 градусов приводит к скольжению больших частиц, опережая воду, и к закупорке трубы в месте перегиба от движения вниз к движению вверх. Ликвидация закупорок трубы – это такая неблагодарная работа, о которой мне просто не хочется вспоминать. При всем при этом «основоположники» запроектировали трубопровод рядом с проходящей железнодорожной веткой, параллельно ей, что было по моему разумению хотя и в струе, так сказать, «однооперационности и непрерывности технологического процесса», но выглядело достаточно глупо, если не сказать заведомо расточительно, не говоря преступно.
Итак, шахта глубиной в 200 метров. Диаметр трубы 350 мм, толщина стенки трубы 17 мм, хотя по давлению подошла бы и стенка в 5 мм. Скорость течения около трех метров в секунду, иначе крупные куски угля и породы станут оседать на дно и закупорят трубопровод. В шахте стоит углесос, качающий пульпу в трубу. Но так как углесосу для повышения напора «основатели» назначили сверхкритическую скорость вращения ротора, 1500 вместо 750 оборотов в минуту, высота всасывания у него понизилась с 5–6 метров до чуть больше 2 метров при глубине зумпфа 6 метров. Зумпф должен быть почти всегда полон пульпой, чтобы углесос мог бесперебойно всасывать ее. Но это чревато тем, что при экстренном увеличении притока пульпы из забоев в зумпф, последний не имеет никакого резерва, чтобы принять ее и углесос начинает затоплять. Но углесос железка, которому не страшны никакие затопления. Он и полностью затопленный будет качать. Страшно то, что углесос приводится во вращение высоковольтным асинхронным электродвигателем под напряжением 6000 вольт и мощностью 1600 киловатт, отнюдь не герметичным и стоит этот электродвигатель на одном фундаменте с углесосом. Кто–то, может быть, и не представляет себе, что будет, если в статор такой работающей махины залить хоть стакан воды, но главный механик шахты, уже упомянутый мной в связи с задвижками, Гонилов прекрасно представлял, что будет очень большой и страшный взрыв. «Основоположники» же нимало не были озабочены этим, ибо нарисовали в проекте шахты именно такую ситуацию. Ни одного рисовальщика проектов не посадили еще за аварию в шахте по его прямой вине, а вот главные механики и главные инженеры сидели, и не однажды на моем шахтерском веку.
Над зумпфом должен сидеть машинист и не на секунду не выпускать из виду уровень пульпы в зумпфе. Как только уровень станет критически высоким, опасным затоплением электродвигателя, он должен немедленно отключить электродвигатель от сети, а выключается он не бытовым выключателем, а высоковольтной масляной ячейкой, весом в полторы тонны, а рукоятка у него напоминает большой лом, крутить которую не каждому под силу. И в мире нет человека, который бы не задремал ночью под равномерный шум агрегата, хотя бы на минуту. Выключив электродвигатель, машинист сразу должен был подумать о своем спасении, чтобы не утонуть в прибывающей пульпе, которая прибывает со скоростью по четверти кубометра, по 25 ведер, в секунду.
Но и это еще не все. Если уровень в зумпфе станет уменьшаться (где–то произошла ее остановка в пути из–за забучивания желобов), это тоже очень плохо при применении «гордости науки» очень высоконапорного углесоса, сделанного вопреки здравому смыслу и физической природе процесса. Как только уровень в зумпфе стал меньше высоты всасывания, т.е. 2 метров от оси углесоса, происходит, так называемый, срыв вакуума, разрыв потока, многотонный углесос начинает трясти от кавитации, происходит гидравлический удар, лопатки ломаются, в результате опять затопление и опасность короткого замыкания мощности в 1600 киловатт.
Вот какая плата за «техническое решение» повышения напора углесоса против природы его работы. «Конструкторы» не остановились ни перед чем, даже перед опасностью для жизни рабочих и страшнейшей аварии. Что, они не соображали, что творят? Очень сомневаюсь. Как сказал еще один еврей, заместитель директора ВНИИгидроугля, теперь уже покойный Эрих Борисович Голланд: «Нам надо натолкать побольше гидрошахт в стране, чтобы поставить всех перед фактом их существования, а потом займемся их доработкой». Несколько цинично, но откровенно. Если признать возможным, например, создание хорошего углесоса на неверно выбранном физическом принципе его работы. Физика не идеология, не меняется.
Механик Гонилов выбросил один из трех установленных по проекту ВНИИгидроугля углесосов (рабочий, резервный и «в ремонте»), оставив два: рабочий и резервный, чем ухудшил себе жизнь, так как ремонты пришлось производить сверх скоро. А на оставшемся свободным фундаменте установил бустерный землесос ЗГМ–3м с числом оборотов 750 в минуту и высотой всасывания из–за этого 6 метров. Бустер подавал пульпу в оставшиеся два углесоса попеременно, чем тоже не улучшил ремонт, а себе жизнь, т.к. землесос вообще был без резерва. Но этим действием он ликвидировал во многом большую опасность, а своим возросшим рабочим временем он не особенно был угнетен.
Как водится, «ученые» быстренько присвоили себе и это техническое решение Гонилова и в следующих своих проектах беззастенчиво стали его применять. В душе они, конечно, чувствовали свою ущербность и неумение найти приемлемый технический выход, но и опасались последствий уж слишком явного своего просчета, впрочем, вполне бессовестно и опасно пущенного в жизнь ради своего шкурного, в общем–то, интереса.
Стандартная ситуация по гидротранспорту может быть рассмотрена на примере шахт «Байдаевская_Северная» №1 и «Байдаевская–Северная №2, позднее объединенных в одну шахту «Юбилейная». Гидротранспорт по трубопроводам осуществляется из зумпфа на «дне» шахты по стволу, затем по поверхности на 10–11 километров до Центральной обогатительной фабрики «Кузнецкая», откуда уже обогащенный, обезвоженный и высушенный уголь поступает по ленточному конвейеру на коксохимпроизводство, на Западно–Сибирский металлургический комбинат. Со «дна» шахты его выкачивают одноступенчатый землесос и двухступенчатый (два последовательно соединенных патрубком рабочих колеса ) углесос, труба от которого на поверхности заведена в другой двухступенчатый углесос, который и доставляет пульпу до фабрики. Непрерывное гидравлическое соединение трех машин позволяет не потерять излишний напор при переходе от одной машины к другой, что произошло бы, если их соединить через какую–либо емкость. Но прямое соединение трех машин делает менее надежной их систему. Если надежность каждой машины равна 0.8, то надежность всей системы из трех машин составит 0.8 х 0.8 х 0.8 = 0.5, т.е. очень низкая: половину времени система должна быть «в отказе». Поэтому имеется 100–процентный резерв у углесосов, землесос, как надежная машина работает без резерва. Таким образом, надежность системы достигает ориентировочно 100 процентов. Но надежностью должен обладать и сам трубопровод, изнашивающийся и отказывающий, как и все остальное. К нему мы и приступим.
Как выше было сказано, толщина стенки трубопровода составляла 17 мм при необходимой по давлению в трубопроводе 5 мм. Это не просто лишний расход металла, а строгая необходимость – трубы изнашиваются на глазах. Каждые 80–100 тысяч тонн пропущенного по трубе угля «съедают» 1 мм диаметра трубы в нижней ее части. Каждая труба в год пропускает около миллиона тонн угля, значит, толщина ее стенки уменьшается на 11 мм из 17 мм. Другими словами, срок службы трубы составляет год, а горячекатаные высоконапорные трубы такого диаметра очень дороги. Износ трубы происходит узкой полосой, по ее нижней части, и этот факт помог решить вопрос до некоторой степени. После года работы сваренный трубопровод резали на отрезки по 40–50 метров и поворачивали на 120 градусов, а потом опять сваривали, заменяя при этом все колена на поворотах, не подлежащие развороту. Через год операция повторялась, через три года вся труба заменялась на новую, опять на три года. Если бы, например, железнодорожные рельсы и шпалы менялись на новые с такой же периодичностью, то, наверное, Стефенсон не был бы известен истории. Эта постоянная тягомотина очень дестабилизировала работу гидрошахт и являлась причиной многочисленных аварий, происходивших от разрыва труб и забучивания их углем после места утечки воды. Теоретически стенка в 5 мм должна была держать напор, но трубы попадались с браком, износ в каком–то специфическом месте оказывался больше расчетного, поэтому трубы разрывались непредсказуемо, а пульпа попадала в ручьи, а затем в реки, загрязняя их. Тем боле, что на обогатительной фабрике в качестве флотореагента при обогащении флотацией применялся керосин с химическими добавками и при оборотном технологическом водоснабжении попадал снова в пульпу.
Причиной колоссального износа труб, задвижек и углесосов являлась все та же «малооперационность и непрерывность» технологии, в которую требовалось верить, а не обсуждать. Ведь гидротранспортировался практически рядовой уголь, ограниченный верхним размером зерна 100 мм, чтобы кусок проходил в колесо углесоса. Первые же опыты показали, что надо бы уменьшить предельный размер зерен пульпы, скажем, до трех миллиметров и тогда бы куча неразрешимых и, в конечном счете, приведших к краху технологии, проблем были бы автоматически разрешены. Но ученые «идеологи» смертно стояли на малооперационности технологического процесса. Можно было бы поставить простой грохот перед зумпфом, куда поступала пульпа самотеком, и надрешетный продукт отправить из шахты традиционным способом в скипах, а затем в железнодорожных вагонах. Тогда не пришлось бы выдумывать идиотские высоконапорные углесосы, трубы бы служили практически вечно. Можно было бы вместо углесосов применить те же самые многоступенчатые центробежные насосы, которые подавали высоконапорную воду в шахту. Но тогда бы гидравлическая технология была бы простой добавкой к уже давно существующей «сухой» технологии, чего «основоположники» никак допустить не могли. По их мнению, весь мир должен был от многовековой традиции отказаться и единодушно перейти к «их» технологии. Воистину человек не знает, что творит.
Гидротранспорт угля с диаметром частиц менее трех миллиметров в трубах в гидравлическом смысле мало бы отличался от перекачки чистой воды. Кусочки такие бы не тащились по дну трубы, как крупные частицы, изнашивая его, а «сальтировали» под действием турбулентности потока. То есть, частицы, ударившись о дно, подпрыгивали бы и большую часть пути пролетали бы во взвешенном состоянии, затем на долю секунды, снова ударившись о дно, опять взвешивались в потоке. Для того чтобы тащить по дну крупные частицы угля надо иметь довольно высокую скорость потока воды. Но ведь вся пустая порода, без попутной (по необходимости) выемки которой не обходится ни одна шахта в мире, все по той же пресловутой «однооперационности–малооперационности» также выдавалась совместно с углем, а не отдельно как на обычных шахтах. Тем самым создавалась «экономия» на горных работах по сравнению с традиционными шахтами, но эта псевдоэкономия потом сказывалась дополнительными затратами при обогащении угля, так как приходилось извлекать из угля намного (процентов на 10–15) большее количество породы и куда–то ее девать. Переложив на себестоимость обогащения свою «экономию», «основоположники» делали вид, что этот детский фокус никто не разгадает.
Но не в этом сейчас дело. Дело в том, что для протаскивания по дну гидроуглепровода большого куска породы требовалось в два с половиной раза большее усилие, чем для протаскивания угля. Значит, скорость воды должна быть соответственно большая, а потери напора на гидротранспортирование уже в квадрате зависят от скорости воды, а значит и расход электроэнергии, и износ самого трубопровода. В общем, дурь сплошная в угоду отвлеченной от жизни идее, чисто пропагандистской, рассчитанной на прямых дураков. Весь персонал института ВНИИгидроуголь был вымуштрован основоположником на «заповедях» типа «однооперационности» и многих других, таких как «малооперационность», «непрерывность», «универсальность» и на табу, неисполнение которых каралось или не продвижением по службе, или непредставлением возможности заниматься диссертацией, или открытым пренебрежением и насмешками «основателя», а заканчивалось неотвратимым увольнением. Ставший «стабильным», коллектив был вымуштрован и послушен, назубок знал как «заповеди», так и «табу» и только «славил» своего «учителя». В конечном счете, все это закончилось плачевно. Самого «основоположника» вышестоящие начальники, которым он надоел своей «манией величия», выгнали из института, а технология «приказала долго жить», а вместе с ней и все разумное, что в ней имелось. Жалко конечно. Я, наверное, не доживу до того, когда Березовского постигнет та же участь, но вряд ли от него останется что–нибудь разумное, кроме, разумеется, денег. Но это я так сказать, отвлекся.
Проблемы обогащения–обезвоживания угля после его гидродобычи
Тащить по дну крупный кусок угля, как сказано выше, приводит к повышенным затратам энергии, но энергия не исчезает, она превращается в работу, работу по истиранию угля в тонкий порошок. Уголь хрупок, но разрушается на очень острогранные куски, такова его природа. После трубопровода эти куски становятся кругленькими как речная или морская галька. Все лишнее превратилось в тонкую пыль. Крупные куски становятся более округлыми, так как волочатся по дну. Мелкие куски менее подвержены окатыванию, так как большую часть пути они находились во взвешенном состоянии. То же самое наблюдается и при самотечном гидротранспорте, в открытом потоке в желобах.
Проследим путь угля при гидротранспорте с точки зрения его измельчаемости. Как я уже отметил, уголь хрупок, а куски его, отбитые от забоя, острогранны. При самотечном гидротранспорте острые грани и углы истираются в тонкую пыль и кусочки приходят к камере гидроподъема окатанные как гальки. Перед зумпфом стоит молотковая дробилка с классификационной решеткой 100 х100 мм. Дробление происходит ударом молотков, при этом под удары попадают практически все кусочки угля, и мелкие, и крупные, так как обороты дробилки высоки, 1000 оборотов в минуту. При скорости пульпы 4 метра в секунду она находится в дробилке диаметром 0.8 метра 0.2 секунды. За 0.2 секунды ротор дробилки сделает более 3 оборотов. На роторе насажано 4 ряда молотков. Таким образом, по каждому кусочку угля, прежде чем он выскочит сквозь решетку, теоретически придется 12 ударов молотком дробилки, причем по всем кусочкам, и требующим дробления, и не требующим.
Чтобы не переизмельчать уголь, ученые пытались применить более «щадящие» дробилки, например конусные, но прока не вышло. Дело в том, что с пульпой попадает много металла, от лопаты до кувалды, так как уроненное что–то в пульпу, уносится ею мгновенно, не догонишь. А лопата или кувалда, попавшая в конусную дробилку, мгновенно выводит ее из строя. Попытались ловить металл в потоке магнитами, но и из этого ничего не вышло. Молотковая дробилка ничего не боится. Попавшую туда металлическую лопату за считанные секунды дробилка превращает в аккуратненький металлический шар. Кувалда может там греметь внутри хоть полсмены, не причиняя особого вреда ей, так что остановились на молотковой дробилке. Так что окатавшиеся при самотечном гидротранспорте кусочки угля и ставшие более–менее стабильными, вновь раскалываются и вновь получают острогранные формы и тещины в дробилке и снова готовы к интенсивному измельчению.
А, между прочим, насос или углесос – это, в общем, тоже дробилка, только не молотковая, а так называемая, роторная. В ней разрушение производят не молотки, а плиты, о которые ударяется уголь, а плиты – это лопасти углесоса, скорость у которых в полтора раза выше, чем в молотковой дробилке. Уголь последовательно проходит три рабочих колеса: землесоса и двухступенчатого углесоса и снова начинает окатываться в трубе до поверхности. Окатавшись, кусок снова проходит двухступенчатый углесос, раскалываясь и вновь приобретая острые грани и углы, которые в течение 10–километрового гидротранспорта опять срезаются окатыванием.
На обогатительную фабрику попадает уголь крупностью 0–3 мм в диаметре с абсолютно незначительным содержанием более крупных классов, хотя из зумпфа отправился крупностью 0–100 мм. «Основоположник» не захотел, другого слова не найти, отгрохотить уголь на два класса перед зумпфом (0–3 и более 3 мм). Затем первый класс отправить гидротранспортом, а второй – обычным транспортом, но получил за свое «малооперационное» упрямство весь уголь класса 0–3 мм, очень дорого обогащаемый, практически не поддающийся обезвоживанию и опасный по взрыву при термической сушке. Для этого он применил совершенно неэффективные, попросту идиотские машины (углесосы), подверг сумасшедшему износу всю свою «однооперационную» технологическую цепочку и затратил кучу электроэнергии для создания высокотурбулентного вместо низкотурбулентного, чуть ли не ламинарного, потока в трубе.
Можно подумать, что я пишу эти строки, как говорится, оценивая «задним умом» ставшие только теперь известными факты, а Мучнику неизвестные при проектировании гидрошахт «Байдаевских–Северных». Первая шахта «Байдаевская–Северная» сдана в эксплуатацию в 1965 году, вторая – в 1966 году. В 1963 году я был на преддипломной практике на Яновском гидроруднике в Донбассе, сданном в эксплуатацию не позднее 1958 года. И я уже описывал, что вместо одной шахты было построено четыре, а весь энергетический уголь шел в рядовом виде по трубе на обезвоживающую фабрику. Там работали уже углесосы. И все вышеописанные последствия не только были видны невооруженным глазом, но даже исследованы (проведены гранулометрические работы на угле, запротоколированы наработки на отказ и ремонтопригодность углесосов оценен совместный гидротранспорт угля и пустой породы и т.д.). Гидроучасток на шахте «Коксовая» в Кузбассе также был статистически исследован с 1956 года. Гидрошахта «Полысаевская–Северная» работала с 1958 года только благодаря мудрости ее главного инженера. Что же, этого опыта было мало, чтобы разобраться, что к чему и запроектировать «Байдаевские–Северные» как надо? Но нет, вместо одной шахты опять построили две, которые уже эксплуатационники на следующем горизонте объединили в одну. Опять углесосы, переизмельчение угля, перерасход электроэнергии, строительство рядом с железной дорогой гидротранспортной трубы. Нет, я не наговариваю на «святого» ученого. Это карьерист, который ради своего «Я» готов был на любую подлость, ради «малооперационности», «поточности», «универсальности» и прочая, которые получить в его технологии было просто невозможно по самой их сути.
Прежде чем показать, как влияет измельчение угля сверх меры на себестоимость обогащения его, надо объяснить, в чем тут дело. В СССР уголь традиционно обогащается методами отсадки и флотации, другие принципы обогащения, широко используемые на Западе (обогащение в «тяжелых» средах, в гидроциклонах, «реожелобах» и пр.), у нас не применяются. Обогащение отсадкой производит в двух типах машин, сооруженных на одном принципе, но по разным классам угля: мелкая отсадка для угля класса 1 (0.5) – 13 мм и крупная отсадка класса 13–150 мм. Уголь крупнее 150 мм дробят перед отсадкой для усреднения процесса «всплывания» угля над породой. Флотируется класс 0 – 1 (0.5) мм.
Отсадка – это, грубо говоря, встряхивание угля и породы в воде с помощью струй сжатого воздуха. При этом порода и уголь как бы взвешиваются в воде, масса становится как бы полуплавучей и очень рыхлой. Более тяжелая (в два с половиной раза) порода проваливается сквозь уголь на наклонное дно и стекает по нему к ковшовому элеватору, который ее удаляет из емкости. Более легкий уголь скользит по уже опустившейся на дно породе к другому ковшовому элеватору и удаляется им. Вот и весь процесс, достаточно эффективный и дешевый. Понятно теперь почему отсадка производится отдельно, по классам, так легче разделить «тяжелые» и легкие «куски». Надо, чтобы куски угля и породы были соизмеримы по размеру. Регулирование процесса идет с помощью регулировки количества и давления воздуха.
Обогащение флотацией довольно технологически сложный процесс, требующий больших площадей и довольно сложного оборудования, больших емкостей. Смесь мелкого угля и воды с добавлением керосина и специальных химических добавок в большой емкости постоянно перемешивается, так называемым, импеллером, который одновременно с перемешиванием засасывает на глубину воздух. Частички угля смачиваются керосином и обволакиваются его тонкой пленкой, а частички породы «керосинофобны», не смачиваются им. На керосиновую пленку угля налипают пузырьки воздуха, находящиеся в воде от импеллера. Когда налипнет достаточно пузырьков, частичка угля всплывает на поверхность. С поверхности частички удаляют специальными скребками и отправляют этот флотоконцентрат на дополнительные процессы. Частички породы опускаются на дно воронкообразной формы и шламовым насосом отправляются с частью воды в радиальные сгустители опять же с конусообразным дном, по которому по кругу ходит скребок, подгоняющий шлам к центру сгустителя, откуда опять, уже более густой, шлам отправляется насосом на отвал, а осветленная вода возвращается в технологический процесс.
Флотоконцентрат также направляется на радиальные сгустители, естественно, другие, свои. Сгущенный флотоконцентрат направляется на многочисленные вакуумфильтры – специальные мешки из ткани в других мешках, из резины, из промежутка, между которыми вакуумными насосами откачивается лишняя вода. Воды удается откачать не очень много. Каждую частичку угля окружает пленка воды, из–за поверхностного натяжения которой отсосать ее невозможно, ведь вакуум не беспределен, а зависит от веса земной атмосферы (около 11 метров водяного столба, 760 мм – ртутного). В мелком угле содержится около 20 процентов этой неудалимой влаги, которая зимой смерзается в железнодорожных вагонах в камень весом в 60 тонн. Нельзя такой мокрый уголь отправлять и в коксохимическую печь. Поэтому флотоконцентрат сушат совместно с концентратом, обогащенным отсадкой. Иначе желеобразную массу не высушишь. Сушить можно в существующих трубах–сушилках или барабанных сушилках только сыпучий уголь, но не текучий. Себестоимость процессов обогащения крупной, мелкой отсадок и флотации соотносится как 1 : 1.5 : 3.5.
Барабанные сушилки, более прогрессивная технология сушки и заключается в следующем. Имеется барабан, с полочками внутри, диаметром 3–4 метра и длиной метров пятнадцать–двадцать, целиком, в чуть наклонном положении, вращающийся на катках. Во вращающийся барабан, в приподнятую его часть, непрерывно сыпется уголь, который пересыпается внутри его с полочки на полочку и перемещается к выходу в нижней его наклоненной части под действием собственного веса и полочек, наклоненных к оси барабана и смещающих поток угля вдоль его оси. Высыпается уголь из барабана уже сухой, влажностью не более 7 процентов зимой, такой не смерзается и сыпуч. Забыл сказать, часть угля сжигается в специальной котельной и в барабан подается горячий воздух и горячие топочные газы, градусов под 800 по Цельсию, иначе барабан и километровой длины не высушит уголь одним только пересыпанием с полочки на полочку.
Об износе насосов и углесосов я уже говорил выше, осталось осветить износ трубопроводов, по которым перекачивается уголь с водой, т.е. пульпа на обогатительную фабрику на несколько, до 10–15, километров по поверхности. Обычно прокладывается несколько трубопроводов рядом, каждый пропускает до миллиона тонн угля в год. Нужны резервные трубопроводы и находящиеся в ремонте. Так что сооружение это довольно непростое. Каждое колено увеличивает довольно значительно потери напора на движение турбулентного потока, а гидротранспорт крупнокускового (до 100 мм) угля возможен только в высоко турбулентном потоке, поэтому тепловые компенсаторы, как это делается на теплотрассах в виде ворот, невозможны. Будут очень большими гидравлические потери напора и неравномерным износ труб на поворотах. Поэтому применяются сальниковые компенсаторы, которые дорогостоящи, сложны в изготовлении и требуют постоянного наблюдения и ремонта. По сравнению с железнодорожным такой транспорт очень дорог, раз в пять–десять дороже. Но полностью отвечает требованию «однооперационности» технологии, так полюбившейся «основателю». Я бы никогда не осмелился хоть слово написать против такого вида транспорта, будь это где–нибудь в горах или другом недоступном для строительства железной дороги месте. Но такой транспорт в горах и неприменим, так как наклон трубы к горизонту более 10–15 градусов приводит к скольжению больших частиц, опережая воду, и к закупорке трубы в месте перегиба от движения вниз к движению вверх. Ликвидация закупорок трубы – это такая неблагодарная работа, о которой мне просто не хочется вспоминать. При всем при этом «основоположники» запроектировали трубопровод рядом с проходящей железнодорожной веткой, параллельно ей, что было по моему разумению хотя и в струе, так сказать, «однооперационности и непрерывности технологического процесса», но выглядело достаточно глупо, если не сказать заведомо расточительно, не говоря преступно.
Итак, шахта глубиной в 200 метров. Диаметр трубы 350 мм, толщина стенки трубы 17 мм, хотя по давлению подошла бы и стенка в 5 мм. Скорость течения около трех метров в секунду, иначе крупные куски угля и породы станут оседать на дно и закупорят трубопровод. В шахте стоит углесос, качающий пульпу в трубу. Но так как углесосу для повышения напора «основатели» назначили сверхкритическую скорость вращения ротора, 1500 вместо 750 оборотов в минуту, высота всасывания у него понизилась с 5–6 метров до чуть больше 2 метров при глубине зумпфа 6 метров. Зумпф должен быть почти всегда полон пульпой, чтобы углесос мог бесперебойно всасывать ее. Но это чревато тем, что при экстренном увеличении притока пульпы из забоев в зумпф, последний не имеет никакого резерва, чтобы принять ее и углесос начинает затоплять. Но углесос железка, которому не страшны никакие затопления. Он и полностью затопленный будет качать. Страшно то, что углесос приводится во вращение высоковольтным асинхронным электродвигателем под напряжением 6000 вольт и мощностью 1600 киловатт, отнюдь не герметичным и стоит этот электродвигатель на одном фундаменте с углесосом. Кто–то, может быть, и не представляет себе, что будет, если в статор такой работающей махины залить хоть стакан воды, но главный механик шахты, уже упомянутый мной в связи с задвижками, Гонилов прекрасно представлял, что будет очень большой и страшный взрыв. «Основоположники» же нимало не были озабочены этим, ибо нарисовали в проекте шахты именно такую ситуацию. Ни одного рисовальщика проектов не посадили еще за аварию в шахте по его прямой вине, а вот главные механики и главные инженеры сидели, и не однажды на моем шахтерском веку.
Над зумпфом должен сидеть машинист и не на секунду не выпускать из виду уровень пульпы в зумпфе. Как только уровень станет критически высоким, опасным затоплением электродвигателя, он должен немедленно отключить электродвигатель от сети, а выключается он не бытовым выключателем, а высоковольтной масляной ячейкой, весом в полторы тонны, а рукоятка у него напоминает большой лом, крутить которую не каждому под силу. И в мире нет человека, который бы не задремал ночью под равномерный шум агрегата, хотя бы на минуту. Выключив электродвигатель, машинист сразу должен был подумать о своем спасении, чтобы не утонуть в прибывающей пульпе, которая прибывает со скоростью по четверти кубометра, по 25 ведер, в секунду.
Но и это еще не все. Если уровень в зумпфе станет уменьшаться (где–то произошла ее остановка в пути из–за забучивания желобов), это тоже очень плохо при применении «гордости науки» очень высоконапорного углесоса, сделанного вопреки здравому смыслу и физической природе процесса. Как только уровень в зумпфе стал меньше высоты всасывания, т.е. 2 метров от оси углесоса, происходит, так называемый, срыв вакуума, разрыв потока, многотонный углесос начинает трясти от кавитации, происходит гидравлический удар, лопатки ломаются, в результате опять затопление и опасность короткого замыкания мощности в 1600 киловатт.
Вот какая плата за «техническое решение» повышения напора углесоса против природы его работы. «Конструкторы» не остановились ни перед чем, даже перед опасностью для жизни рабочих и страшнейшей аварии. Что, они не соображали, что творят? Очень сомневаюсь. Как сказал еще один еврей, заместитель директора ВНИИгидроугля, теперь уже покойный Эрих Борисович Голланд: «Нам надо натолкать побольше гидрошахт в стране, чтобы поставить всех перед фактом их существования, а потом займемся их доработкой». Несколько цинично, но откровенно. Если признать возможным, например, создание хорошего углесоса на неверно выбранном физическом принципе его работы. Физика не идеология, не меняется.
Механик Гонилов выбросил один из трех установленных по проекту ВНИИгидроугля углесосов (рабочий, резервный и «в ремонте»), оставив два: рабочий и резервный, чем ухудшил себе жизнь, так как ремонты пришлось производить сверх скоро. А на оставшемся свободным фундаменте установил бустерный землесос ЗГМ–3м с числом оборотов 750 в минуту и высотой всасывания из–за этого 6 метров. Бустер подавал пульпу в оставшиеся два углесоса попеременно, чем тоже не улучшил ремонт, а себе жизнь, т.к. землесос вообще был без резерва. Но этим действием он ликвидировал во многом большую опасность, а своим возросшим рабочим временем он не особенно был угнетен.
Как водится, «ученые» быстренько присвоили себе и это техническое решение Гонилова и в следующих своих проектах беззастенчиво стали его применять. В душе они, конечно, чувствовали свою ущербность и неумение найти приемлемый технический выход, но и опасались последствий уж слишком явного своего просчета, впрочем, вполне бессовестно и опасно пущенного в жизнь ради своего шкурного, в общем–то, интереса.
Стандартная ситуация по гидротранспорту может быть рассмотрена на примере шахт «Байдаевская_Северная» №1 и «Байдаевская–Северная №2, позднее объединенных в одну шахту «Юбилейная». Гидротранспорт по трубопроводам осуществляется из зумпфа на «дне» шахты по стволу, затем по поверхности на 10–11 километров до Центральной обогатительной фабрики «Кузнецкая», откуда уже обогащенный, обезвоженный и высушенный уголь поступает по ленточному конвейеру на коксохимпроизводство, на Западно–Сибирский металлургический комбинат. Со «дна» шахты его выкачивают одноступенчатый землесос и двухступенчатый (два последовательно соединенных патрубком рабочих колеса ) углесос, труба от которого на поверхности заведена в другой двухступенчатый углесос, который и доставляет пульпу до фабрики. Непрерывное гидравлическое соединение трех машин позволяет не потерять излишний напор при переходе от одной машины к другой, что произошло бы, если их соединить через какую–либо емкость. Но прямое соединение трех машин делает менее надежной их систему. Если надежность каждой машины равна 0.8, то надежность всей системы из трех машин составит 0.8 х 0.8 х 0.8 = 0.5, т.е. очень низкая: половину времени система должна быть «в отказе». Поэтому имеется 100–процентный резерв у углесосов, землесос, как надежная машина работает без резерва. Таким образом, надежность системы достигает ориентировочно 100 процентов. Но надежностью должен обладать и сам трубопровод, изнашивающийся и отказывающий, как и все остальное. К нему мы и приступим.
Как выше было сказано, толщина стенки трубопровода составляла 17 мм при необходимой по давлению в трубопроводе 5 мм. Это не просто лишний расход металла, а строгая необходимость – трубы изнашиваются на глазах. Каждые 80–100 тысяч тонн пропущенного по трубе угля «съедают» 1 мм диаметра трубы в нижней ее части. Каждая труба в год пропускает около миллиона тонн угля, значит, толщина ее стенки уменьшается на 11 мм из 17 мм. Другими словами, срок службы трубы составляет год, а горячекатаные высоконапорные трубы такого диаметра очень дороги. Износ трубы происходит узкой полосой, по ее нижней части, и этот факт помог решить вопрос до некоторой степени. После года работы сваренный трубопровод резали на отрезки по 40–50 метров и поворачивали на 120 градусов, а потом опять сваривали, заменяя при этом все колена на поворотах, не подлежащие развороту. Через год операция повторялась, через три года вся труба заменялась на новую, опять на три года. Если бы, например, железнодорожные рельсы и шпалы менялись на новые с такой же периодичностью, то, наверное, Стефенсон не был бы известен истории. Эта постоянная тягомотина очень дестабилизировала работу гидрошахт и являлась причиной многочисленных аварий, происходивших от разрыва труб и забучивания их углем после места утечки воды. Теоретически стенка в 5 мм должна была держать напор, но трубы попадались с браком, износ в каком–то специфическом месте оказывался больше расчетного, поэтому трубы разрывались непредсказуемо, а пульпа попадала в ручьи, а затем в реки, загрязняя их. Тем боле, что на обогатительной фабрике в качестве флотореагента при обогащении флотацией применялся керосин с химическими добавками и при оборотном технологическом водоснабжении попадал снова в пульпу.
Причиной колоссального износа труб, задвижек и углесосов являлась все та же «малооперационность и непрерывность» технологии, в которую требовалось верить, а не обсуждать. Ведь гидротранспортировался практически рядовой уголь, ограниченный верхним размером зерна 100 мм, чтобы кусок проходил в колесо углесоса. Первые же опыты показали, что надо бы уменьшить предельный размер зерен пульпы, скажем, до трех миллиметров и тогда бы куча неразрешимых и, в конечном счете, приведших к краху технологии, проблем были бы автоматически разрешены. Но ученые «идеологи» смертно стояли на малооперационности технологического процесса. Можно было бы поставить простой грохот перед зумпфом, куда поступала пульпа самотеком, и надрешетный продукт отправить из шахты традиционным способом в скипах, а затем в железнодорожных вагонах. Тогда не пришлось бы выдумывать идиотские высоконапорные углесосы, трубы бы служили практически вечно. Можно было бы вместо углесосов применить те же самые многоступенчатые центробежные насосы, которые подавали высоконапорную воду в шахту. Но тогда бы гидравлическая технология была бы простой добавкой к уже давно существующей «сухой» технологии, чего «основоположники» никак допустить не могли. По их мнению, весь мир должен был от многовековой традиции отказаться и единодушно перейти к «их» технологии. Воистину человек не знает, что творит.
Гидротранспорт угля с диаметром частиц менее трех миллиметров в трубах в гидравлическом смысле мало бы отличался от перекачки чистой воды. Кусочки такие бы не тащились по дну трубы, как крупные частицы, изнашивая его, а «сальтировали» под действием турбулентности потока. То есть, частицы, ударившись о дно, подпрыгивали бы и большую часть пути пролетали бы во взвешенном состоянии, затем на долю секунды, снова ударившись о дно, опять взвешивались в потоке. Для того чтобы тащить по дну крупные частицы угля надо иметь довольно высокую скорость потока воды. Но ведь вся пустая порода, без попутной (по необходимости) выемки которой не обходится ни одна шахта в мире, все по той же пресловутой «однооперационности–малооперационности» также выдавалась совместно с углем, а не отдельно как на обычных шахтах. Тем самым создавалась «экономия» на горных работах по сравнению с традиционными шахтами, но эта псевдоэкономия потом сказывалась дополнительными затратами при обогащении угля, так как приходилось извлекать из угля намного (процентов на 10–15) большее количество породы и куда–то ее девать. Переложив на себестоимость обогащения свою «экономию», «основоположники» делали вид, что этот детский фокус никто не разгадает.
Но не в этом сейчас дело. Дело в том, что для протаскивания по дну гидроуглепровода большого куска породы требовалось в два с половиной раза большее усилие, чем для протаскивания угля. Значит, скорость воды должна быть соответственно большая, а потери напора на гидротранспортирование уже в квадрате зависят от скорости воды, а значит и расход электроэнергии, и износ самого трубопровода. В общем, дурь сплошная в угоду отвлеченной от жизни идее, чисто пропагандистской, рассчитанной на прямых дураков. Весь персонал института ВНИИгидроуголь был вымуштрован основоположником на «заповедях» типа «однооперационности» и многих других, таких как «малооперационность», «непрерывность», «универсальность» и на табу, неисполнение которых каралось или не продвижением по службе, или непредставлением возможности заниматься диссертацией, или открытым пренебрежением и насмешками «основателя», а заканчивалось неотвратимым увольнением. Ставший «стабильным», коллектив был вымуштрован и послушен, назубок знал как «заповеди», так и «табу» и только «славил» своего «учителя». В конечном счете, все это закончилось плачевно. Самого «основоположника» вышестоящие начальники, которым он надоел своей «манией величия», выгнали из института, а технология «приказала долго жить», а вместе с ней и все разумное, что в ней имелось. Жалко конечно. Я, наверное, не доживу до того, когда Березовского постигнет та же участь, но вряд ли от него останется что–нибудь разумное, кроме, разумеется, денег. Но это я так сказать, отвлекся.
Проблемы обогащения–обезвоживания угля после его гидродобычи
Тащить по дну крупный кусок угля, как сказано выше, приводит к повышенным затратам энергии, но энергия не исчезает, она превращается в работу, работу по истиранию угля в тонкий порошок. Уголь хрупок, но разрушается на очень острогранные куски, такова его природа. После трубопровода эти куски становятся кругленькими как речная или морская галька. Все лишнее превратилось в тонкую пыль. Крупные куски становятся более округлыми, так как волочатся по дну. Мелкие куски менее подвержены окатыванию, так как большую часть пути они находились во взвешенном состоянии. То же самое наблюдается и при самотечном гидротранспорте, в открытом потоке в желобах.
Проследим путь угля при гидротранспорте с точки зрения его измельчаемости. Как я уже отметил, уголь хрупок, а куски его, отбитые от забоя, острогранны. При самотечном гидротранспорте острые грани и углы истираются в тонкую пыль и кусочки приходят к камере гидроподъема окатанные как гальки. Перед зумпфом стоит молотковая дробилка с классификационной решеткой 100 х100 мм. Дробление происходит ударом молотков, при этом под удары попадают практически все кусочки угля, и мелкие, и крупные, так как обороты дробилки высоки, 1000 оборотов в минуту. При скорости пульпы 4 метра в секунду она находится в дробилке диаметром 0.8 метра 0.2 секунды. За 0.2 секунды ротор дробилки сделает более 3 оборотов. На роторе насажано 4 ряда молотков. Таким образом, по каждому кусочку угля, прежде чем он выскочит сквозь решетку, теоретически придется 12 ударов молотком дробилки, причем по всем кусочкам, и требующим дробления, и не требующим.
Чтобы не переизмельчать уголь, ученые пытались применить более «щадящие» дробилки, например конусные, но прока не вышло. Дело в том, что с пульпой попадает много металла, от лопаты до кувалды, так как уроненное что–то в пульпу, уносится ею мгновенно, не догонишь. А лопата или кувалда, попавшая в конусную дробилку, мгновенно выводит ее из строя. Попытались ловить металл в потоке магнитами, но и из этого ничего не вышло. Молотковая дробилка ничего не боится. Попавшую туда металлическую лопату за считанные секунды дробилка превращает в аккуратненький металлический шар. Кувалда может там греметь внутри хоть полсмены, не причиняя особого вреда ей, так что остановились на молотковой дробилке. Так что окатавшиеся при самотечном гидротранспорте кусочки угля и ставшие более–менее стабильными, вновь раскалываются и вновь получают острогранные формы и тещины в дробилке и снова готовы к интенсивному измельчению.
А, между прочим, насос или углесос – это, в общем, тоже дробилка, только не молотковая, а так называемая, роторная. В ней разрушение производят не молотки, а плиты, о которые ударяется уголь, а плиты – это лопасти углесоса, скорость у которых в полтора раза выше, чем в молотковой дробилке. Уголь последовательно проходит три рабочих колеса: землесоса и двухступенчатого углесоса и снова начинает окатываться в трубе до поверхности. Окатавшись, кусок снова проходит двухступенчатый углесос, раскалываясь и вновь приобретая острые грани и углы, которые в течение 10–километрового гидротранспорта опять срезаются окатыванием.
На обогатительную фабрику попадает уголь крупностью 0–3 мм в диаметре с абсолютно незначительным содержанием более крупных классов, хотя из зумпфа отправился крупностью 0–100 мм. «Основоположник» не захотел, другого слова не найти, отгрохотить уголь на два класса перед зумпфом (0–3 и более 3 мм). Затем первый класс отправить гидротранспортом, а второй – обычным транспортом, но получил за свое «малооперационное» упрямство весь уголь класса 0–3 мм, очень дорого обогащаемый, практически не поддающийся обезвоживанию и опасный по взрыву при термической сушке. Для этого он применил совершенно неэффективные, попросту идиотские машины (углесосы), подверг сумасшедшему износу всю свою «однооперационную» технологическую цепочку и затратил кучу электроэнергии для создания высокотурбулентного вместо низкотурбулентного, чуть ли не ламинарного, потока в трубе.
Можно подумать, что я пишу эти строки, как говорится, оценивая «задним умом» ставшие только теперь известными факты, а Мучнику неизвестные при проектировании гидрошахт «Байдаевских–Северных». Первая шахта «Байдаевская–Северная» сдана в эксплуатацию в 1965 году, вторая – в 1966 году. В 1963 году я был на преддипломной практике на Яновском гидроруднике в Донбассе, сданном в эксплуатацию не позднее 1958 года. И я уже описывал, что вместо одной шахты было построено четыре, а весь энергетический уголь шел в рядовом виде по трубе на обезвоживающую фабрику. Там работали уже углесосы. И все вышеописанные последствия не только были видны невооруженным глазом, но даже исследованы (проведены гранулометрические работы на угле, запротоколированы наработки на отказ и ремонтопригодность углесосов оценен совместный гидротранспорт угля и пустой породы и т.д.). Гидроучасток на шахте «Коксовая» в Кузбассе также был статистически исследован с 1956 года. Гидрошахта «Полысаевская–Северная» работала с 1958 года только благодаря мудрости ее главного инженера. Что же, этого опыта было мало, чтобы разобраться, что к чему и запроектировать «Байдаевские–Северные» как надо? Но нет, вместо одной шахты опять построили две, которые уже эксплуатационники на следующем горизонте объединили в одну. Опять углесосы, переизмельчение угля, перерасход электроэнергии, строительство рядом с железной дорогой гидротранспортной трубы. Нет, я не наговариваю на «святого» ученого. Это карьерист, который ради своего «Я» готов был на любую подлость, ради «малооперационности», «поточности», «универсальности» и прочая, которые получить в его технологии было просто невозможно по самой их сути.
Прежде чем показать, как влияет измельчение угля сверх меры на себестоимость обогащения его, надо объяснить, в чем тут дело. В СССР уголь традиционно обогащается методами отсадки и флотации, другие принципы обогащения, широко используемые на Западе (обогащение в «тяжелых» средах, в гидроциклонах, «реожелобах» и пр.), у нас не применяются. Обогащение отсадкой производит в двух типах машин, сооруженных на одном принципе, но по разным классам угля: мелкая отсадка для угля класса 1 (0.5) – 13 мм и крупная отсадка класса 13–150 мм. Уголь крупнее 150 мм дробят перед отсадкой для усреднения процесса «всплывания» угля над породой. Флотируется класс 0 – 1 (0.5) мм.
Отсадка – это, грубо говоря, встряхивание угля и породы в воде с помощью струй сжатого воздуха. При этом порода и уголь как бы взвешиваются в воде, масса становится как бы полуплавучей и очень рыхлой. Более тяжелая (в два с половиной раза) порода проваливается сквозь уголь на наклонное дно и стекает по нему к ковшовому элеватору, который ее удаляет из емкости. Более легкий уголь скользит по уже опустившейся на дно породе к другому ковшовому элеватору и удаляется им. Вот и весь процесс, достаточно эффективный и дешевый. Понятно теперь почему отсадка производится отдельно, по классам, так легче разделить «тяжелые» и легкие «куски». Надо, чтобы куски угля и породы были соизмеримы по размеру. Регулирование процесса идет с помощью регулировки количества и давления воздуха.
Обогащение флотацией довольно технологически сложный процесс, требующий больших площадей и довольно сложного оборудования, больших емкостей. Смесь мелкого угля и воды с добавлением керосина и специальных химических добавок в большой емкости постоянно перемешивается, так называемым, импеллером, который одновременно с перемешиванием засасывает на глубину воздух. Частички угля смачиваются керосином и обволакиваются его тонкой пленкой, а частички породы «керосинофобны», не смачиваются им. На керосиновую пленку угля налипают пузырьки воздуха, находящиеся в воде от импеллера. Когда налипнет достаточно пузырьков, частичка угля всплывает на поверхность. С поверхности частички удаляют специальными скребками и отправляют этот флотоконцентрат на дополнительные процессы. Частички породы опускаются на дно воронкообразной формы и шламовым насосом отправляются с частью воды в радиальные сгустители опять же с конусообразным дном, по которому по кругу ходит скребок, подгоняющий шлам к центру сгустителя, откуда опять, уже более густой, шлам отправляется насосом на отвал, а осветленная вода возвращается в технологический процесс.
Флотоконцентрат также направляется на радиальные сгустители, естественно, другие, свои. Сгущенный флотоконцентрат направляется на многочисленные вакуумфильтры – специальные мешки из ткани в других мешках, из резины, из промежутка, между которыми вакуумными насосами откачивается лишняя вода. Воды удается откачать не очень много. Каждую частичку угля окружает пленка воды, из–за поверхностного натяжения которой отсосать ее невозможно, ведь вакуум не беспределен, а зависит от веса земной атмосферы (около 11 метров водяного столба, 760 мм – ртутного). В мелком угле содержится около 20 процентов этой неудалимой влаги, которая зимой смерзается в железнодорожных вагонах в камень весом в 60 тонн. Нельзя такой мокрый уголь отправлять и в коксохимическую печь. Поэтому флотоконцентрат сушат совместно с концентратом, обогащенным отсадкой. Иначе желеобразную массу не высушишь. Сушить можно в существующих трубах–сушилках или барабанных сушилках только сыпучий уголь, но не текучий. Себестоимость процессов обогащения крупной, мелкой отсадок и флотации соотносится как 1 : 1.5 : 3.5.
Барабанные сушилки, более прогрессивная технология сушки и заключается в следующем. Имеется барабан, с полочками внутри, диаметром 3–4 метра и длиной метров пятнадцать–двадцать, целиком, в чуть наклонном положении, вращающийся на катках. Во вращающийся барабан, в приподнятую его часть, непрерывно сыпется уголь, который пересыпается внутри его с полочки на полочку и перемещается к выходу в нижней его наклоненной части под действием собственного веса и полочек, наклоненных к оси барабана и смещающих поток угля вдоль его оси. Высыпается уголь из барабана уже сухой, влажностью не более 7 процентов зимой, такой не смерзается и сыпуч. Забыл сказать, часть угля сжигается в специальной котельной и в барабан подается горячий воздух и горячие топочные газы, градусов под 800 по Цельсию, иначе барабан и километровой длины не высушит уголь одним только пересыпанием с полочки на полочку.