Устройство для защиты от обмерзания воздухоподающего ствола шахты

 

Использование: для защиты ствола шахты и рудников от замерзания в зимнее время. Сущность изобретения: устройство содержит калорифер 3, источник 4 теплоносителя, камеру 5 смешения дымовых газов с наружным атмосферным воздухом, выполненную в виде лабиринта с регулятором 12 расхода наружного воздуха, газоход 6, сообщающий лабиринт с калорифером 3. В газоходе 6 установлена отсекающая заслонка 14, снабженная приводом 30. Аппаратура автоматического регулирования температуры воздуха в стволе состоит из управляемых регуляторов 20 и 21 расхода газа (топлива) и дутьевого воздуха, снабженных приводами 22 и 23, регулирующими блоками 18 и 19 с элементом сравнения 17, связанным с датчиками 16 и 15 температуры наружного воздуха и в стволе. В калориферном канале установлены газоанализаторы 24, электрически связанные с приводом 30 отсекающей заслонки 14 и приводами 22 и 23 регуляторов 20 и 21 расхода топлива и дутьевого воздуха в горелочное устройство 7 или топку 4 с кипящим слоем. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано для защиты ствола, подающего в шахту или рудник воздух, подъемных сосудов и канатов от обмерзания, наблюдающегося в холодное время года.

Известно устройство для защиты ствола от обмерзания, включающее котельную, тепловую сеть, калориферы с теплоносителем (водой или паром), калориферный канал, датчик температуры воздуха в шахтном стволе, датчик температуры наружного (холодного) воздуха, датчик температуры воздуха после прохода калориферной, датчики температуры теплоносителя на выходе и на входе в калорифер [1].

Известно устройство для предотвращения обмерзания ствола, подъемных сосудов и канатов, а также создания нормальных климатических условий для работающих людей, для которых воздух, подаваемый в шахту в холодное время года, подогревается в калориферах. Устройство содержит водяной или паровой калорифер, источник теплоносителя - котельную с топкой и котлами, подводящие к калориферу трубопроводы с вторичным теплоносителем (водой или паром), два датчика температуры, выходы которых подключены к входам усилительно-преобразующего элемента, к выходу которого подсоединен управляемый клапан, установленный на входном трубопроводе теплоносителя, ляда, нагнетательный вентилятор, диспетчерский пункт, станцию управления и регулирования, сигнальное табло и электронную схему (прототип) [2].

Недостатком известных устройств является сложность и дороговизна из-за необходимости иметь котлоагрегат для выработки вторичного теплоносителя (горячей воды или пара), из-за наличия водоподготовки, расхода химреагентов, имеют место потери тепла. При использовании в качестве теплоносителя калорифера воды или пара наблюдается обмерзание калорифера, в результате наблюдаются частые разрывы первого ряда трубы калорифера при низких температурах наружного воздуха.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты калорифера и ствола от обмерзания.

Достигается это тем, что устройство для защиты от обмерзания ствола, подающего в шахту воздух, включающее калорифер, источник теплоносителя, калориферный канал, сообщенный со стволом, датчик температуры воздуха (наружного воздуха и температуры воздуха в стволе), дополнительно снабжено смесительной камерой в виде лабиринта с регулятором дозировки наружного воздуха, аппаратурой автоматического регулирования температуры воздуха в стволе шахты, а газоход к калориферу оборудован отсекающей заслонкой и отводящим каналом, при этом в качестве источника первичного теплоносителя может быть использована топка с кипящим слоем и (или) газогорелочное устройство.

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как его отличительные признаки не обнаружены ни в аналогах, ни в других известных объектах. О соответствии предложенного технического решения критерию "положительный эффект" свидетельствует обеспечиваемый при его использовании технический эффект - повышение эффективности защиты от обмерзания ствола шахты, подъемных сосудов и канатов, а также экономический эффект, получаемый за счет снижения материальных затрат.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство с источником теплоносителя в виде газогорелочного устройства; на фиг. 2 - то же, с источником теплоносителя в виде топки с кипящим слоем.

Устройство состоит из шахтного ствола 1, надшахтного здания 2, калорифера 3 с теплоносителем, источником 4 первичного теплоносителя (продуктов сгорания), камеры смешения дымовых газов с наружным атмосферным холодным воздухом, газохода 6 подачи продуктов сгорания в калорифер 3, канала отработанного первичного теплоносителя. Источник 4 теплоносителя снабжен горелочным устройством 7 с линией 8 подачи природного газа и линией 9 подачи дутьевого воздуха. Камера смешения 5 имеет канал 10 для поступления в нее воздуха, оборудованный вентилятором 11 и регулирующей заслонкой 12. Камера смешения 5 выполнена в виде лабиринта, установлена в линии дымовых газов или совмещена с источником 4 теплоносителя, который удален от ствола 1 на значительное (более 30 м) расстояние. Канал 6 снабжен отводящим каналом 13 и отсекающей заслонкой 14. Наружный воздух поступает в ствол 1, пройдя через калорифер 3, за счет общешахтной депрессии, создаваемой вентилятором главного проветривания (не показан). Устройство снабжено аппаратурой автоматического регулирования температуры воздуха в стволе 1, содержащего датчик 15 температуры воздуха в стволе 1, датчик 16 температуры наружного воздуха, элемент сравнения 17, регулирующие блоки 18 и 19, регуляторы 20 и 21 расхода газа и дутьевого воздуха, подаваемых в горелочное устройство 7, с исполнительными механизмами, соответственно 22 и 23. Для контроля концентрации вредных примесей (в первую очередь окиси углерода) в воздухе, поступающем в ствол 1, служат газоанализаторы 24, установленные в калориферном канале 25. Газоанализаторы 24 электрически связаны с отсекающей заслонкой 14 и исполнительными механизмами 22 и 23 регуляторов 20 и 21 расхода газа и дутьевого воздуха. Для контроля температуры газовоздушной смеси в газоходе 6 установлен датчик температуры 26. Отводные каналы 13 из газохода 6 и канал 29 из калорифера сообщены с дымовой трубой (не показано).

Источник 4 теплоносителя для калорифера может быть выполнен (как вариант) в виде топки с кипящим слоем (фиг. 2) с линией 8 подачи твердого топлива и линией 9 подачи дутьевого воздуха для поддержания горения и псевдоожижения твердого топлива.

Устройство работает следующим образом.

В зимний период года наружный воздух с отрицательной температурой (например, для шахт Донбасса до -36^oC., для шахт восточного и северного бассейна до -56^oC) с помощью вентилятора 11 подается по каналу 10 в смесительную камеру 5, в которую одновременно поступают высокотемпературные (порядка 1800^oC) продукты сгорания из камеры сгорания 4, полученные от сжигания природного газа или газа дегазации, каптируемого из шахты.

Количество подаваемого в камеру 5 наружного воздуха регулируется заслонкой 12. В камере 5 формируется газовоздушная смесь с температурой порядка 400-500^oC, безопасной для дальнейшего транспортирования газовоздушной смеси по металлическому трубопроводу 6 к калориферу 3. Пройдя по трубам калорифера 3, дымовые газы передают тепло наружному атмосферному воздуха, поступающему в надшахтное здание 2. Нагретый до положительной температуры воздух поступает (или нагнетается) по каналу в ствол 1 за счет общешахтной депрессии, создаваемой вентилятором главного проветривания. Температура воздуха регулируется с таким расчетом, чтобы в стволе 1 в 5 м ниже калориферного канала 25 она составляла 2-5^oC. Контролируют температуру воздуха в стволе 1 с помощью датчика 15 температуры, а наружного воздуха с помощью датчика 16 температуры. Поддержание температуры воздуха подаваемого в шахту на требуемом уровне в зависимости от колебаний температуры наружного атмосферного воздуха осуществляется автоматически с помощью аппаратуры автоматического регулирования температуры воздуха в стволе.

Регулирование расхода наружного воздуха, поступающего в камеру 5, с помощью заслонки 12 производится вручную и автоматически. Поддержание температуры воздуха в стволе 1 на требуемом уровне можно регулировать (кроме выше описанного) путем отвода части высокотемпературной газовоздушной смеси в канал 13, а далее в дымовую трубу с помощью заслонки 14. Заслонка 14 может управляться и вручную и автоматически.

В случае возникновения необходимости реверса вентилятора главного проветривания заслонкой 14 перекрывают канал 6. Воздух из шахты поступает по вентиляционному каналу 25 в надшахтное здание 2 и далее в атмосферу. Если реверсивный режим по времени будет значителен, газогорелочное устройство 7 отключается.

В ходе работы устройства с целью соблюдения мер безопасности газоанализаторами 24 осуществляется контроль за наличием и концентрациями вредных газов (окиси углерода и др.) в воздухе, поступающем в ствол 1 (в случае образования трещин в калорифере и др.), в случае повышения концентрации газов (аварийная обстановка) выше допустимых пределов подается аварийная сигнализация, одновременно отсекающей заслонкой 14 перекрывается канал 6 и открывается отводящий канал 13, а при необходимости газогорелочное устройство 7 отключается.

Предлагаемое устройство позволяет избежать обмерзание шахтного ствола при сколь угодно низкой температуре наружного воздуха, сократить (на 10-15 %) энергетические затраты на нагрев наружного воздуха, подаваемого в ствол шахты.

Благодаря использованию в калорифере дымовых газов в качестве теплоносителя исключается обмерзание секций калорифера.

Предлагаемое устройство значительно дешевле, так как отпадает необходимость строительства котельной для нагрева вторичного теплоносителя (воды или пара), необходимость потребления воды, осуществления водоподготовки и наличия канализации.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от обмерзания воздухоподающего ствола, включающее источник теплоносителя, калорифер, трубопроводы теплоносителя, сообщающие калорифер с источником первичного теплоносителя, вентилятор общешахтного проветривания, калориферный канал, сообщенный со стволом, датчики температуры воздуха, размещенные перед калорифером в воздухоподающем стволе, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от обмерзания, оно снабжено смесительной камерой, выполненной в виде лабиринта с регулятором расхода наружного воздуха и установленной в нем газовой горелкой, газоходом, сообщающим лабиринт с калорифером, отсекающей заслонкой, установленной в газоходе и снабженной приводом, отводящим каналом, аппаратурой автоматического регулирования температуры воздуха в стволе, состоящей из управляемых регуляторов расхода газа и дутьевого воздуха, снабженных приводами, регулирующими блоками с элементом сравнения, электрически связанными с датчиками температуры, газоанализаторами, установленными в калориферном канале, электрически связанными с приводом отсекающей заслонки и приводами регуляторов расхода газа и дутьевого воздуха.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник теплоносителя выполнен в виде топки с кипящим слоем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2