Способ пылеподавления при бурении

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для борьбы с пылью при бурении. Цель - повышение эффективности пылеподавления путем обеспечения конденсационного укрупнения пылевых частиц в скважине. Для этого температуру сжатого воздуха (СВ), подаваемого на продувку в скважину, периодически меняют. При этом одна из температур T<SB POS="POST">1</SB> равна температуре наружного воздуха, а вторую T<SB POS="POST">2</SB> определяют из выведенного математического выражения исходя из условия обеспечения необходимого для конденсационного укрупнения пылинок пресыщения, возникающего при смешении воздуха с различной температурой. При этом учитывается влагосодержание воздуха, установление которого в смеси приводит к пересыщению, объемы воздуха и пересыщение, обеспечивающее эффективное укрупнение частиц. Запыленный воздух выносится на поверхность, где обеспыливается. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 E 21 С 7/00. гг г ь»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4189562/23-03 (22) 04.02.87 (46) 23.09,89. Бюл. Р 35 (71) Институт геотехнической механики

АН УССР (72) С.И.Гусак и И.Г.Славин (53) 622.807 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 605989, кл. Е 21 F 5/20, 1976.

Никитин В.С. и др, Проветривание карьеров. -И.: Недра, 1979, с.116, 117 ° (54) СПОСОБ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ПРИ БУРЕ.НИИ (57) Изобретение относится к горнодобывающей пром-сти и предназначено для борьбы с пылью при бурении. Цельповышение эффективности пыпеподавлеИзобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для борьбы с пылью при бурении.

Цель изобретения — повышение эффективности пылеподавления путем обеспечения конденсационного укрупнения пылевых частиц в скважине.

Сущность способа заключается в продувке скважины воздухом, температуру которого переодически изменяют.

При этом одна из температур равна температуре наружного воздуха Т„ц а вторую Т задают из условия обеспечения, необходимого для конденсационного укрупнения пылинок пресьпцения, возникающего при смешении воздуха с различной температурой

„„SU„„1509525 А 1

2 ния путем обеспечения конденсационГ ного укрупнения пылевых частиц в скважине. Для этого т-ру сжатого воздуха (СВ), подаваемого на продувку в скважину, периодически меняют. При этом одна из т-р Т, равна т-ре наружного воздуха, а вторую Т определяют из выведенного математического выражения, исходя,из условия обеспечения необходимого для конденсационного укрупнения пылинок пресыщЕния,, возникающего при смешении воздуха с различной т-рой. При этом учитывается влагосодержание воздуха, установление которого в смеси приводит к пересыщЕниюю, объемы воздуха и пересьпце- д ние, обеспечивающее эффективное укруп- нение частиц. Запыленный воздух выносится на поверхность, где обеспыливается. 1 табл. С:

БР(Т) (V „„+ Vó,) Я (тнаPV„„ р(т,) = т,(у) т,(р); т,„(у) < т(р), (у)Т вЂ” влагосодержание воздуха при температуре

Т(у), установление которой в смеси приводит к пересьпцению

S „г/м

S — пересыщение, обеспечивающее эффеКтивное укрупнение частиц (S> 1,5); г/м

V,V — объемы воздуха соотйар ветственно при темпе3 1509525

Ратуре воздуха Т„«

H Т, I /M

11 (Т ), У (Тп р) — влагосоДеРжание воздуха соответственно при температуре Т з.

1 и T„«г/м

Т вЂ” расчетная температур ра подаваемого воздуха, С 10

Т, Т (р) — температура соответственно подаваемого воздуха в смеси после установления тепловоо .го равновесия, С. 15

Для осуществления конденсационных процессов в скважине. необходимо, чтобы воздух с различной температурой перемешался еще в скважине. Приняв величину забуривания, к примеру, 0,5м20 (время, необходимое для забуривания, характеризуется неустойчивым режимом работы, при котором эффектом предлагаеМого способа практически можно пренебречь. При длине скважины 32 м это составляет 1,6i. от общего времени бурения)„ получают, что минимальная частота изменения температуры должна обеспечить смену ее хотя бы один раз за время прохождения воздуха 30 в затрубном пространстве с глубины

0,5 м до устья скважины. При средней скорости движения в затрубном пространстве около 26 м/с (определяется с учетом величины свободного сечения пространства и объемного расхода воздуха) частота изменения температуры

1 1.

1 составляет n = — - = 0,01 с (при

V p

40 такой частоте будут поданы равные объемы воздуха с различной температурой до выхода из скважины).

Учитывая большую скорость изменения температуры, а также меньшую 45 скорость движения воздуха по буровому ставу, чем в затрубном пространст" ве, возможно предположить начало конденсационных процессов в буровом ставе непосредственно, что является нежелательным эффектом, в связи с этим необходима его количественная зценка. Внутреннее сечение става (станок 2 СБН-200) 0,015 м I(d»„,140 мм, 180 мм), средняя скорость движе55 ния воздуха в ставе 20 м/с. Концентрацию пыли в воздухе, подаваемом для продувки, принимают равной фоновой запыленности карьера, которая приблизительно равна предельно допустимым нормам и составляет порядка 2 мг/мз.

За время прохождения по ставу при условиях Т„„„25 С, Т„,„8 С, г„„„1мкм, $1,5 глубина скважины меняется от

0 5 до 32 м, пылинки укрупняются до размеров, указанных в таблице. Там же приведены данные расчета массы влаги, сконденсировавшейся на одной пылинке, и общей массы сконденсировавшейся влаги (с учетом того, что масса гранитной 1 мкм пылинки составляет 11,1 10 " кг, количество пылинок

0,18"10 шт/м ).

Общее количество влаги, конденсирующейся из воздуха при его охлаждео нии с 25 до 8, составляет

ДБ „= Б(Т = 25 ) — Б(Т = 8 ) — 14,7 г/м

Таким образом, по завьппенным оценкам (выравнивание температуры вряд ли успеет произойти в ставе, поскольку движение в нем носит ламинарный характер, а время взаимодействия весьма ограничено доля влаги, теряющаяся в результате конденсации ее до выхода воздуха в скважину, не превышает 47. от общего объема конденсирующейся жидкости.

Как известно, влагосодержание воздуха однозначно определяется температурой воздуха и его относительной влажностью. Для определения температуры воздуха по его влагосодержанию можно пользоваться как аналитическими зависимостями, так и таблицами влагосодержания воздуха, что являет- ся более предпочтительным, так как упрощается расчет, данные таблицы приводятся практически во всех физических справочниках. Определяют расчетную температуру Т по таблицам влагосодержания, исходя Из значения

p (T ), определяемого по расчетной формуле

Б p (Т) (7 нар + 7 ) - 9 (Тнар ) бернар у(Т, ) =

v где S — пересьпцение, обеспечивающее эффективное укрупнение частиц (целесообразно принимать Б = 1,5), г/м ; у (Т) — влагосодержание воздуха при температуре Т (у), установление которой в смеси приводит к пересьпцению Б

r/MÝ г(" )—

Т— 2

5 15095 влагосодержание наружного воздуха, г/м объемы воздуха соответственно при температуре Т к р и Т

5 температура подаваемого возо духа, С

При определении количества влаги,.находящейся в объеме V, не учитывается влажность наружного воздуха (точнее, принимается 1007. влаж- ность), что приводит в действительности к повышенным затратам энергии на изменение температуры воздуха с 15

Ткч„ до Т,однако с достаточной для практики точностью этой величиной можно пренебречь, при этом реализация способа намного упростится, так как отпадает необходимость постоянного контроля влажности, меняющейся несколько раз в день.

p(T ) определяется по приведенной формуле, при этом задаются конкретные параметры реализации способа, а именно — температура наружного воздуха Т„25О С, влажность 1ООХ, сте.пень необходимого пересыщения S 1,5, объем воздуха V „чр = V< °

Подставляют в формулу численные 30 значения S = 1,5; f (Ò) = 12,84 г/мЗ;

23,07 г/м и 1 кдр = V получают р(Т ) = 15,45 г/мэ.

Э з

Имея значение у(Т ) = 15,45 г/м, по таблице влагосодержания находят, .что это влагосодержание соответствует диапазону температуры воздуха

18 — 19 С.

Аналогичным образом, т.е. с ис- gp пользованием справочных таблиц, осуществляется переход от влагосодержания к температуре воздуха и наоборот и во всех остальных случаях.

Температура воздуха, подаваемого 4 на продувку, определяется системой неравенств, которая решается методом последовательных приближений. Сущность данного метода заключается в последовательном, цикличном приближении .к решению. Реализуется этот метод следующим образом. Произвольно задается значение температуры T(p) и условно считается, что установление ее в смеси приводит к пересьпцению

S = 1,5. Это позволяет определить значение y(Ò, ), а следовательно, и

Т (g). Зная расчетную температуру подаваемого воздуха Т (у) и темпера25

6 туру наружного воздуха, а также их

I объемы, определяют реальную температуру Т, которая устанавливается в смеси при данных условиях (имеются ввиду следующие условия: Т у икцр т,, v, .

Таким образом, в результате первого цикла расчетов имеют возможность сравнить 2 величины: принятую температуру смеси (Т) и реальную температуру смеси (Т „). Если расхождение между ними незначительно и находится в пределах допустимой погрешности, то расчеты прекращаются. Если расхождение значительно, то повторяют расчеты, изменяя произвольно задаваемую температуру Т (g) до тех пор, пока расхождение не будет находиться в пределах допустимой погрешности, Количество циклов, необходимых для решения системы неравенств методом .последовательных приближений, существенным образом зависит как от принимаемой первоначальной температуры, так и от шага изменения ее на каждом цикле.

Формула изобретения

Способ пыпеподавления при бурении, включающий продувку скважины сжатым воздухом, выдачу запыленного воздуха на поверхность и его обеспыливание, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности пыле- . подавления путем обеспечения конденсационного укрупнения пылевых частиц в скважине, температуру сжатого воздуха, подаваемого на продувку, периодически меняют, при этом одна из температур равна температуре наружного воздуха, а другую определяют иэ математического выражения

sg(T) (v„„, + ч,) — р(т„„)ч„„, р(т ) — ——

V тг(у) (Т2(У) 3

Т (V) - Т (Р), /

Т2- расчетная температура подаваемого воздуха, С;

S — - пересыщение, обеспечивающее эФФективное укрупнение частиц, г/м ; р(Т) — влагосодержание воздуха, при температуре T(y), установление которой в смеси приводит к пересьпцению

8 г/MÚ.

1509525

Ч„„„, V — - объемы воздуха соответственно при температуре T и Т, г/м з.

Т вЂ” температура наружного воэ, н р духа, С;

I м

10 20

Плина скважины, L, м 0 5

Время движения воздуха по ставу, Я, с 0,03 0,05 0,15 0,25 0,50 1,00 . 1,60

1,2 1,3 1,8 2,3 3,5 6,0 9,0

2,9 5,0 20,2 47,0 176,0 903,0 3057,6

0,001 0,001 0,004 0,009 0,0032 0,163 0,55

Составитель И. Федяев

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор M.Øaðoøè

Редактор Л.Зайцева

Заказ 5778/28

Тираж 449 Подписное

ВНИИ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

11роизводственно †издательск комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

Размер частиц после укрупнения в ставе, Г

koH ™

Количество влаги, сконденсировавшейся на 1-й частице, ш10, г

Общая масса сконденсировавшейся влаги, м" r

Т - температура подаваемого о воздуха, С;

T (y) — температура воздуха в смеси после установления теплового равновесия„ С.