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May 09, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1190(2023) 이 기사 인용

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수력채광 기술은 유연탄 채굴의 유망한 방법으로 간주됩니다. 이 논문은 현장 실험 캠페인의 결과와 하이드로커팅 기술 적용의 모델링을 제시합니다. 제안된 혁신 기술은 노즐의 물 배출구와 측벽 사이의 거리, 워터 제트의 압력, 노즐 유형이 수력 채굴 효율성에 미치는 영향을 테스트했습니다. 폴란드의 "Barbara" 실험 광산에서 수행된 탄층의 수력 절단 테스트에서는 20~40 MPa 범위의 수압 증가가 석탄 표면 구조에 약간만 영향을 미치는 반면, 80~100 MPa의 고압에서는 수압이 증가한다는 사실이 입증되었습니다. 석탄 표면 구조에 중요한 영향을 미칩니다. 실험 결과는 또한 작동 시간과 워터제트 거리가 석탄 채굴의 효율성에 미치는 주요 영향을 보여주었습니다.

역청탄 발굴의 혁신적인 기술 개발은 특히 점점 더 까다로워지는 광산 조건을 고려할 때 여전히 중요합니다1,2,3. 고속 물 분사(즉, 워터 제트)를 사용하여 암석을 절단하는 연구는 암석을 파괴하는 데 필요한 메커니즘과 임계 조건을 조사한 1960년대부터 시작되었습니다. 속도가 충분하지 않은 워터 제트는 암석을 절단할 수 없고 암석 표면에서 접착이 잘 되지 않은 입자만 씻어낼 뿐이라는 사실이 밝혀졌습니다8,9. 또한 동일한 압력에서 더 큰 노즐 직경(즉, 더 큰 유속)이 더 큰 절단 깊이를 가능하게 한다는 것이 결정되었습니다10,11,12,13,14,15. 마이크로 규모의 워터 제트는 대상 표면의 곡물에 대해 수압 리프트를 생성하고 제트의 절단 압력이 곡물의 침식 저항을 초과할 때까지 그러한 곡물을 씻어냅니다. 그러한 힘과 절단 역학에 대한 예측 모델이 개발되었습니다. 또한, 42가지의 서로 다른 자연석 유형에 연마재 워터젯을 사용한 절단 깊이도 조사했습니다. 암석의 경도, 표면 마모 저항 및 암석의 밀도는 가장 중요한 암석 특성인 반면, 워터젯 충격 압력 및 공구 이송 속도는 절삭 깊이에 영향을 미치는 가장 중요한 작동 매개변수인 것으로 나타났습니다. 호주에서는 500Mg/h 수준의 채굴 효과와 1.0에서 최대까지의 수압을 나타내는 수력 모니터를 사용하여 노천 채굴16에서 소위 "수압 채굴"이 사용되었습니다. 4.0MPa, 3.5~5m3/min의 엄청난 방출로 침대에 부딪힙니다. 뉴질랜드의 탄광에서는 약 10.0MPa의 압력을 갖는 워터제트가 약 20m 거리의 ​​전단기에서 석탄층을 절단하는 데 사용되었습니다17,18. 석탄은 석탄 볼에서 "세척"되어 중력에 의해 바닥으로 운송 갤러리로 흘러내려 기계("Guzzler")에 의해 과잉 물과 함께 수집되었습니다. 그런 다음 파이프라인으로 들어가 석탄과 물이 분리되는 탄광의 가장 낮은 곳으로 운반되었습니다. 캐나다 서스캐처원에서는 고도로 광물화된 지붕층(약 17~23% U3O8)의 동굴을 채굴하여 우라늄 광석을 채굴하는 데 워터젯이 사용되었습니다. 채굴층 아래에 ​​위치한 층에서 착취 시추공을 굴착하는 제트 보링 채굴(Jet Boring Mining) 공법이 적용되었습니다. 폴란드에서 처음으로 역청탄 수력 채굴 시도가 Mikołów와 Wyry의 경계에 위치한 역청탄 노천 채굴장 "Kasia II"에서 1956년에 시작되었습니다19,20. 물은 약 25.0 MPa의 압력으로 노즐에서 배출되어 석탄 볼로 향했습니다. 달성된 출력은 약 80 Mg/h였습니다. Formiczew와 Krowiak21은 쟁기 채굴에 앞서 워터 커팅을 사용할 때 석탄 유체 역학 채굴의 효과적인 적용 가능성을 분석했습니다. 아이디어는 응집력과 암석층의 석탄층 접착을 줄이기 위해 처음에 바닥과 지붕 수준에서 고압수(10.0 MPa)로 석탄 뺨을 미리 절단하는 것이었습니다22. 결과적으로 암석을 채굴하는 데 필요한 힘이 훨씬 줄어들어 공정의 에너지 효율성이 높아졌습니다. 매우 높은 압력과 1mm 이하의 작은 노즐 직경 조건에서 물을 배출하는 석탄 볼의 하이드로커팅(스트라이킹)이 사용되었습니다. 이러한 공정을 통해 매우 정밀한 석탄 절단이 가능하지만, 물의 방출 에너지는 1m 미만의 매우 짧은 거리에서 매우 빠르게 확산되어 그 힘을 잃게 됩니다.