Способ регулирования теплового режима шахт и рудников

 

Изобретение относится к горной пром-ти. Цель изобретения - повыше ние экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъем- ,ный ствол. Параллельно грузоподъемному стволу рудника проводят воздухоподающую вертикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струю направляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподъному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол - на выброс. Одновременно в рудник подают дополнительное кол-во воздуха, которое направляют по. выработкам отработанных горизонтов, залегающих в породах с естественной т-рой. Последняя вьппе т-ры подогрева воздуха, подаваемого в рудник в зимний период. Выбор горизонта с той или иной т-рой обусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной т-ры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола. В зимний период горизонты должны выбираться, чтобы т-ра окружающих их горных пород была равна или выше т-ры подогрева воздуха. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

442 А1 (19) (И) (51) 4 Е 2! F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4004039/22-03 (22) 07.01.86 (46) 23.01.88. Бюл. 1(3 (71) Институт горного дела Севера

Якутского филиала СО АН СССР (72) А. Ф. Галкин, В. Н. Скуба, В. В. Аникии, В. С. Водянников .и В. H. Федоров (53) 622.413.4(088.8) (56) Иохирев Н. Н. и др. О схемах проветривания рудника с рециркуляцией. — Сб.: Вентиляция шахт и рудников. Л.; ЛГИ, 1983, с. 81.

Чабан П. Д. Комбинированные схемы проветривания шахт, разрабатывающих вечномерэлые россыпи. — Труды ВНИИ-l,, 1969, т. 29, с. 41. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО

РЕ)КИМА ШАХТ И РУДНИКОВ (57). Изобретение относится к горной прои-ти. Цель изобретения — повыше ние экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъем,ный ствол. Параллельно груэоподъемному стволу рудника проводят воздухо-. подающую вертикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струю направляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподьному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол— на выброс. Одновременно в рудник подают дополнительное кол-во воздуха, которое направляют по. выработкам отработанных горизонтов, залегающих в породах с естественной т-рой. Последняя выше т-ры подогрева воздуха, подаваемого в рудник в зимний период. с

Выбор горизонта с той или инои т-рой

Щ обусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной т-ры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола. В зимний период .горизонты должны выбираться, чтобы т-ра ок-. ружающих их горньж пород была равна. или вьппе т-ры подогрева воздуха.

1368442

tee где G

G;

40 с 5

6l 7 10 (S ) о,5 и

1 и 45 .-Е6РСQ — — (С, t,с,/С,+2: G; t„) кг/с

L f

Trp < "!

Т,р — стоимость тепловой энергии, руб/Гкал;

S U " "средние сечение и периметр горных выработок отработанных горизонтов, по которым подают дополнительное количество воздуL ха, м, м;

7 - удельный вес воздуха, кг/м;

Ср — теплоемкость воздуха, кДж/кг . К; где z

55 где Т

Изобретение относится к горной промыпленности и может быть исполь,,зовано для регулирования теплового режима шахт и рудников Севера, разрабатывающих месторождения, располо женные одновременно в двух темпера: турных зонах горных пород — мерзлой и талой.

Цель изобретения — повышение эко- 10 номичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъемный ствол

Реализация способа регулирования теплового режима шахт и рудников осуществляется следующим образом.

Параллельно грузоподъемному стволу рудника проводят воздухоподающую вер- 20 тикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струю налравляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподъемному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол на выброс, Одновременно в рудник подают дополнительное количество воздуха, которое направляют по выработкам отработанных горизонтов, залегающих

; в породах с естественной температурой, которая выше температуры подогрева воздуха, подаваемого в рудник в зимний период.

Дополнительное количество воздуха, подаваемого в шахту или рудник и выдаваемого через грузоподъемный ствол и выработки отработанных гори-! зонтов определяется из следующего неравенства общая длина выработок отработанных горизонтов, по которым выдают дополнительное количество воздуха, и коэффициент их аэродинамического сопротивле2 4, нияр мр кгс /м у стоимость электрической энергии, руб./кВт ч; теплоемкость полезного ископаемого (породы) кДж/кг ° К; температура подогрева воздуха, подаваемого в шахту или рудник, С; температура воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, которая определяется из выражения дополнительное количество воздуха, подаваемого в шахту или рудник в единицу времени, кг/с; количество транспортируемого ископаемого (породы) по грузоподъемному стволу в единицу времени, кг/с; температура транспортируемого ископаемого (породы), С; количество утечек воздуха в грузоподъемный ствол с д-й выработки, кг/с; температура воздуха, поступающего в ствол в результате утечек с i-й выработ0

KH) G$ общее число горных выработок, имеющих сопряжение с груэоподъемным стволом; средняя температура мерзлых пород, окружающих выработки отработанных горизонтов, по которым подается воздух, определяемая по формуле т„-(x,)!к, с, температура горных пород на

j-м горизонте шахты или рудника, С;

)368442

9„+ Ч, 4

35 кВт, (5) 40

К вЂ” количество горизонтов, на которых расположены выработки отработанных горизонтов.

Пределы изменения дополнительного количества воздуха, подаваемого в рудник, определяются. следующим образом.

Нижний предел обусловлен необходимостью создания отрицательной темпе- 10 ратуры воздуха в грузоподъемном стволе. Это возможно в том случае, когда количество тепла, приносимое в ствол с грузопотоком, и количество тепла, приносимое с воздухом, поступающим в 15 ствол, в результате утечек из выработок будет компенсироваться холодом воздуха, поступающего с выработок отработанных горизонтов, пройденных в мерзлых породах . Учитывая, что дли- 20 на выработок выбирается такой, чтобы нагреть (охладить) поступающий в них воздух до температуры окружающих пород, можно записать следующее балансовое выражение 25

Если выработка, по которой поступает дополнительное количество воз духа, проложена на одном горизонте с температурой пород, равной Т, то

Т,„ = T если на нескольких, то

Ic

T. =i Z Tp)! E, (3)

g — / т.е. среднеарифметическому значению температур мерзлых горных пород на каждом 1-м горизонте, которых всего

К, Если воздух подается по двум горизонтам с температурой пород -5 и о

-7 С, то (-5) + (-7) сР т „

=-6С °

4 и

G> -(?» G. t + G,С t /С,)/т„(4)

Выбор горизонта с той или иной температурой обусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной температуры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, но, чтобы обеспечить снижение затрат на подогрев воздуха в зимний период, горизонты должны выбираться таким об- разом, чтобы температура окружающих их горных пород была равна или выше температуры подогрева воздуха, поступающего в рудник в зимний период.

Эти требования не противоречат друг другу, поскольку выбор горизонта с более высокой температурой горных пород (в пределах отрицательных значений) можно компенсировать увеличением расхода воздуха. Однако степень увеличения имеет верхний предел, который определяется исходя из экономических соображений. Подавать допол нительное количество воздуха в шахту или рудник целесообразно лишь в том случае, когда экономический эффект

3 за счет снижения затрат на подогрев, будет больше или равен, чем затраты на подачу воздуха по дополнительной цепи выработок отработанных горизонтов н грузоподъемному стволу.

Мощность, расходуемая при этом главным вентилятором, будет равна

h Л(С +Z С;) а=

102 <> S где q — суммарный КПД вентиляторной установки, который может быть принят 0,7.

Среднее значение аэродинамического сопротивления выработок может быть определено из таблиц.

Затраты денежных средств на использование данной мощности вентилятора могут быть найдены из выражения

3 = С N, py6./÷ ° (6) Учитывая, что значение теплоемкости воздуха мало изменяется от температуры и в рассматриваемых условиях приблизительно постоянная величина, равная 1,0 кДж/кгК, можно записать, пре 55 образовав выражение (2), следующее условие для определения дополнительного количества воздуха, поступающего в шахту или рудник:

Количество тепла, которое будет сэкономлено в результате подачи смеси воздуха иэ груэоподъемного ствола к устью воздухоподающей выработки (в зимний период — через калориферную установку), может быть подсчитано по формуле (), = (g. С„+С)С,(С,„-t„), кДж/с.(7) 1368442 для оценки правильности выбора гори.зонтов, на которых размещены отрабо» танные выработки. т.е. правильности выбора параметра T, . Если расчет по формуле (ll) дает значение ниже, чем значение температуры подаваемого в шахту или рудник воздуха, то необходимо выбрать более низкие горизон10 ты с более высокой (в пределах отрицательных значений температуры) температурой горных пород.

Самый общий алгоритм расчета, когда t,„ не задается по условию

15 = Т,, следующий:

Определяют по формуле (4) нижний предел изменения параметра G, при условии Tcp r Тд °

Определяют по формуле (11) эначе20 ние параметра. t „, ь 3 о,r — Й С;, кг/с. (9) Причем С „целесообразно задавать исходя из условия сохранения мерзлого состояния горных пород вокруг грузоподъемного ствола, поскольку это является основным требованием. Но в то же время значение этой температ . ры может быть рассчитано по формуле (П.), которой удобно пользоваться

Экономический эффект от подачи смеси воздуха с температурой выше температуры подогрева воздуха, подаваемого в шахту или рудник, к устью

1 .воздухоподающей выработки через калориферную установку будет равен (с учетом переводного коэффициента ккал в кВт ч, равного 864) (F

Э = 864 Я z . 10, руб./ч (8) Стоимость тепловой энергии г принята в руб./Гкал, поскольку все стоимостные параметры по тепловой энергии в нормативных документах приводятся именно в таких единицах измерения. Для выполнения поставленной цели должно выполняться неравенство

3, 3, или после несложных преобразований получают с,(6(,7 10 (Я))Ca(t. -t )

ЛПСэ

Температура t,„и с пользу емая в расчетах, может быть задана равной температуре плавления льда Т,, так как в этом случае сохраняется мерзлое состояние горных пород и в то же время достигается максимальный эффект прн подогреве воздуха, поступающего в шахту или рудник ° В общем случае температура t „ определяется из балансового выражения

ti

С,. + С)с,t,„= а (. м

G,t,Ñ,;+ G„C,t, + СС,Т, (10)

aWf

Используя те же предпосылки, что и при выводе выражения (4), получают и .Т е + Ст гСт/Се +ЕС, <, с+ с

Проверяют условие tc > t è если условие выполняется, определяют по. формуле (9) верхний предел изменения параметра G а если условие не выполняется, выбирают отработанные выработки на других горизонтах с,более высокой температурой окружающих пород и повторяют всю процедуру расче30 та.

Возможен и другой вариант, когда количество тепла, привносимое в ствол за счет утечек воздуха из подмерзлотных горизонтов, будет таким, что невозможным окажется даже при самых низких значениях Т,р обеспечить температуру воздуха на выходе иэ ствола ниже или равной значению Т„„ .

В этом случае необходимо снизить об40 щее количество утечек путем герметизации вентиляционных сооружений на подмерзлотных горизонтах. Этот случай относится скорее к разряду теоретических. Анализ количества утечек

45 воздуха на сопряжениях выработок рабочих горизонтов с груэоподъемными стволами, проведенный на шахтах и рудниках Севера, показывает, что они по абсолютным значениям в несколько б0 раз ниже тех, которые могли бы привести к рассматриваемому предельному случаю.

Существенными отличиями предлагае5r мого способа от известных являются следующие:

Вентиляционная выработка проводится не до рабочих горизонтов шахты

Составитель И. Аллагулов

Редактор В. Данко Техред М.Дидык Корректор М. Демчик

Заказ 211/29

Тираж 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 13684 или рудника, а до глубины залегания талых горных пород.

Выдача вентиляционной струи осуще5 ствляется раздельно через грузоподьемный ствол и вентиляционный ствол.

Выработки отработанных горизонтов, по которым подается часть венти- 10 ляционной струи в грузоподъемный ствол, выбираются исходя из условия p), °

В шахту или рудник подается дополнительное количество воздуха (допоп- >б иительное по отношению к основному, которое рассчитывается по известным правилам - по газу, пыли и т.п.)..

Исходящий из грузоподъемного 20 ствола и выработок отработанных горизонтов воздух подается к устью вентиляционной выработки, откуда снова подается в шахту или рудник.

Дополнительное количество воздуха определяется по расчетной формуле. формулаиэобретения

Способ регулирования теплового режима шахт и рудников, включающий подачу свежей вентиляционной струи в выработки к очистным забоям и отвод воздуха через вентиляционный ствол, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности способа за. счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъемный ствол,, подачу свежей вентиляционной струи осуществляют по дополнительно пройденной до .глубины залегания талых горных пород воздухоподающей выработке, при этом подают дополнительное количество свежего воздуха, которое направляют из воэдухоподающей выработки в выработки отработанных горизонтов и отводят по грузоподъемному стволу к устью воздухоподающей выработки, причем подачу свежего воздуха к очистным забоям и в выработки отработанных горизонтов осуществляют раздельно.