Способ регулирования температуры шахтного воздуха
Изобретение относится к горной пром-сти. Цель изобретения - повышение эффективности регулирования т-ры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубокими слоями породного массива. В породном массиве проводят коллекторные выработки (КВ), соединяют их группами теплообменных скважин, которые равномерно рассредотачивают по длине КВ. Подают вентиляционную струю в КВ. Группы теплообменных скважин подключают к вентиляционной сети. Осуществляют теплообмен между породным массивом и вентиляционной струей. Последующие группы скважин подключают к вентиляционной сети поочередно по мере отключения предыдущих. Повторное отключение групп скважин производят по мере восстановления т-рного поля горных пород вокруг них. Число групп скважин зависит от кол-ва поступающего в шахту атмосферного воздуха и его т-ры. Использование данного способа позволяет увеличить производительность шахт и рудников, улучшить условия труда, повысить технику безопасности.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l9) {11) А1 (50 4 Е 21 F 3/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ
Д („
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4204622/23-03 (22) 04.03.87 (46) 30.10.89. Бюл. У 40 (71) Институт горного дела Севера
Якутского филиала СО АН СССР (72) В.П.Ким и M.M.Èóäèí (53) 622.412(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1201518, кл. Е 21 F 3/00, 1983.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1461992, кл. Е 21 F 3/00, 27.02.87, (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕИПЕРАТУРы ШАХТНОГО ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к горной пром-сти. Цель изобретения — повышение эффективности регулирования т-ры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубоки и слоями породного массива. В породном массиве проводят коллекторные выработки
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для регулирования температуры рудничного воздуха на шахтах и рудниках Севера.
Цель изобретения — повышение эффективности регулирования температуры шахтного воздуха за счет интенси-,. фикации теплообмена с глубокими слоями породного массива, Способ осуществляют следующим образом.
Проходят коллекторные выработки, между которыми бурят вентиляционные скважины. Коллекторные выработки и
2 (КВ), соединяют их группами теплообменных скважин, которые равномерно рассредотачивают по длине КВ. Подают вентиляционную струю в КВ. Группы теплообменных скважин подключают к вентиляционной сети. Осуществляют теплообмен между породным массивом и вентиляционной струей. Последующие группы скважин подключают к вентиляционной сети поочередно по мере отключения предыдущих. Повторное ,отключение групп скважин производят по мере восстановления т-рного поля горных пород вокруг ннх. Число групг. скважин зависит от кол-ва поступающего в шахту атмосферного воздуха и его т — ры. Использование данного способа позволяет увеличить производительность шахт и рудников, улучшить условия труда, повысить технику безопасности. вентиляционные скважины располагают в одной плоскости, которая может иметь любой угол наклона к горизонту. Устье скважин оборудуется вентиляционными люками, которые позволяют регулировать расход воздуха в каждой скважине.
В зимнее время скважины эксплуатируются группами, при этом скважины, входящие в каждую из групп, равномерно рассредоточены по длине кол-,. лекторньи выработок. Суммарная площадь сечений скважин, входящих в группу, должна быть больше или равна
15!8538 площади сечения коллекторной выра— ботки. Атомсферный воздух, поступающий в коллекторную выработку, равномерно с помощью вентиляционных лю- 5 ков распределяют между вентиляционными скважинами, составляющими одну иэ групп. Холодный воздух, проходя
I по вентиляционным скважинам. нагревается, при этом вокруг скважин об- 0 разуется слой охлажденных пород. Когда он замедляет теплообмен между воздухом и породным массивом настолько, что не позволяет подогревать воз дух, проходящий по скважинам, до заданной температуры, то эта группа скважин выключается из вентиляционной сети, а наружный воздух направляют .в другую группу скважин.
Выключенная иэ вентиляционной сети группа скважин восстанавливает свое температурное поле в результате взаимодействия породного массива со слоем охлажденных пород, окружающим скважины. После прекращения теплообмена между породным массивом и слоем охлажденных пород эта группа скважин вновь включается в вентиляционную сеть шахты. Прекращение теплообмена в скважинах определяется стабилизацией температурного режима в них.
Число групп скважин зависит от количества поступающего в шахту атмосферного воздуха и его температуры в наиболее холодный период года, от температуры породного массива и от пределов подогрева шахтного воздуха и, в конечном счете, определя, ется временем восстановления температурного поля группы скважин, на40 чавшей работать первой, т.е. временем, в течение которого необходимое число групп скважин в результате поочередной работы обеспечивает подог45 рев наружного воздуха до заданных пределов.
Увеличение расстояний между скважинами, составляющими каждую группу, обеспечивает как сокращение вре50 мени восстановления температурного поля вокруг скважин, так и повышение интенсивности теплообмена между воздухом, проходящим по скважинам, и породами, окружающими их. Рассредотоl ченное расположение скважин в группе препятствует образованию больших объемов охлажденных пород, на повышение температуры которых потребуется баль-. ше времени, чем на восстановление температурных полей вокруг отдельных скважин, так как в первом случае отношение объема охлажденных пород к его теплообменной поверхности, взаимодействующей с породным массивом, значительно меньше, чем во втором.
В летние месяцы, если не требуется охлаждения атмосферного воздуха, поступающего в горные выработки, все скважины одновременно или частично включаются в работу. Если требуется охлаждение воздуха, то скважины эксплуатируются в таком же режиме, как и зимой. Каждая группа скважин работает до тех пор, пока вокруг них не образуется слой прогретых пород, препятствующий интенсивному охлаждению наружного теплого воздуха, проходя щего по ним, после чего она выключается из вентиляционной сети шахты и включается другая группа скважин, в которой температурное поле горных по- род, окружающее эти скважины, успело восстановиться в результате теплообмена слоя прогретых пород с многолетнемерэлым породным массивом.
Если воздухоподаюшая выработка шахты расположена на небольшой глубине (наклонный ствол, штольня), то вторая коллекторная выработка не проходится, а вентиляционные скважины соединяют воздухоподающую выработку непосредственно с дневной поверностью. Устье скважин защищают от атмосферных осадков и других загрязнений с помощью искусственно создаваемых укрытий-коллекторов с теплоизоляцией или без нее.
В наиболее холодные месяцы, если одна группа скважин не обеспечивает подогрев наружного воздуха до заданных пределов, включают в работу необходимое количество скважин.
Поддержание интенсивности теплообмена между породами, окружающими скважины, и воздухом, проходящим по ним, путем повторно-восстановительного режима эксплуатации вентиляционных скважин позволяет полнее использовать тепла породного массива и значительно сократить длину теплоаккумулирующих выработок (по предлагаемому способу коллекторных). !
Пример. Необходимо подогревать атмосферный воздух в количестве з
1000 м /мин в течение зимы с мини38
5 15185 мальной температурой воздуха -60 C и среднезимней -35 С до -9 С. При выполнении поставленной задачи известным способом необходимая длина теплоаккумулирующей выработки сечег" нием 10 м составляет 2200 м.
Для выполнения задачи предлагаемым способом проходят две коллекторные выработки сечением 10 м (4,5 и 10 z 2,2 м) длиной 85 м. Между коллекторными выработками бурят вентиляционные скважины диаметром 0 85 м (сечей
9 нием 0,57 м ) с помощью сбоечно-буровой машины БГА-4. Скважины бурят 15
1 в два ряда, оси которых проходят в
1 м от бортов выработок, и располагают их в шахматном порядке, центры близлежащих скважин как в ряду, так и между рядами находятся на рассто- 20 янии 3 м. Для регулирования расхода воздуха устье скважин оборудуют люками с крьппками, которые можно фикси" ровать в любом положении. Скважины группируют по 18 штук с суммарной 25
2 площадью сечения 10 3 м, при этом их. суммарный периметр составляет
48 м. Каждый метр группы скважин имеет теплообменную поверхность, равную 48 м, а горная выработка 30 такого же сечения (4,6 2,3 м) имеет периметр всего 13,8 м, т.е. объем породного массива, включаемый в теплообмен с воздухом группой скважин, в 3,5 раза больше, чем включаемого теплоаккумулирующей выработкой. Теплоаккумулирующая выработка длиной 1 п.м эквивалентна по объему породного массива, включаемого в теплообмен с воздухом, группе 10 скважин с суммарной длиной 5,1 п. м (18:3,5) или группе скважин 0,28 м каждая.
Сокращение длины группы скважин происходит не только за счет более развитой теплообменной поверхности, но и за счет того, что в скважинах периодически восстанавливают более высокий темп нагревания воздушного потока по сравнению с теплоаккумулирующими выработками, в которых этот темп постепенно снижается. Если в начале зимнего периода темп нагревания вентиляционной струи в воздухоподающих выработках очень высокий (15-20 С на 100 м), то в конце зимы он снижается до 1,5-2 С на 100 м, т. е. темп нагревания вентиляционной струи в течение зимы снижается примерно в 10 раз . Примем дополнительное сокращение длины группь; скважин в 5 раз, тогда каждому метру теплоаккумулирующей выработки по теплопроизводительности будет .эквивалентна группа скважин с суммарной длиной 1 м.
Примем остальные параметры: общее количество скважин 54, " суммарной длиной, равной 2030 м, они ссставляют 3 группы. Расстояние между коллекторными выработками 37,6 м.
Режим работы скважин 1:2, т,е. если гругпа скважин сутки работает :à подогрев воздуха, то двое суток она восстанавливает температурное поле пород вокруг скважин.
Применение предлагаемого способа регулирования температуры шахтного воздуха позволяет увеличить производительность шахт и рудников. улучшить условия труда, повысить технику безопасности.
Фо рмула из об ре тенин
Способ регулирования температ -рь. шахтного воздуха, включающий проведение в породном массиве коллекторных выработок, соединение их групп"ми теплообменных скважин, подачу вентиляционной струи в коллекторную выработку, подключение группы теплообменных скважин к вентиляционной сети и осуществление теплообмена между породным массивом и вентиляционной струей, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что„ с целью повышения эффективности регулирования температуры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубокими слоями породного массива, группы скважин равномерно рассредотачивают по длине коллекторных выработок, при этом суммарная площадь сечений каждой группы скважин составляет не меньше площади сечения коллекторной выработки, причем подключение последующих групп скважин к вентиляционной сети осуществляют поочередно по мере отключения предыдущих, а повторное подключение отключенных групп скважин производят по мере восстановления температурного поля горных пород вокруг них.
