Спосіб кондиціонування шахтного повітря

Спосіб кондиціонування шахтного повітря, що включає охолодження повітря у повітроподавальній виробці та відведення теплого повітря за межі видобувної ділянки, який відрізняється тим, що повітря у повітроподавальній виробці розділяють на гарячий і холодний потоки за допомогою вихрової труби з компресором, потік гарячого повітря відводять через канали, що з'єднують через вироблений простір повітроподавальну та повітровідвідну виробки, далі перетворюють теплову енергію в електричну. (19) (21) a200603141 (22) 23.03.2006 (24) 11.03.2008 (72) КОСТЕНКО ВІКТОР КЛИМЕНТІЙОВИЧ, UA, АФАНАСЬЄВ СТАНІСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, АЛЕКСІЄНКО СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA (73) ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) SU 1559200, E21F3/00, 23.04.90 DE 2063024, E21F5/20, 29.06.72 JP 6341300, E21B21/00, 13.12.94 RU 2209875, E01H13/00, 10.08.2003 UA 19246, E21F3/00, 25.12.97 3 системи, що також вимагає додаткових витрат енергії; - низька ефективність способу з погляду теплового балансу шахти, тому що з тупикової виробки в загальношахтну вентиляційну мережу надходить із вихідним повітряним струменем така ж кількість теплоти, як без застосування аналога; Найбільш близьким до винаходу аналогом, що заявляється по сукупності істотних ознак, є спосіб кондиціонування повітря у виробках видобувної ділянки глибокої шахти [A. с. СРСР №1469177, М. кл. Е21F3/00 Опубл. 30.03.87. Бюл. №12]. Спосіб включає подачу в шахту холодоагенту з поверхні від стаціонарної холодильної машини, охолодження повітря у повітряподаючій виробці та у лаві за допомогою теплообмінників, відсмоктування витоків повітря з виробленого простору, їхнє охолодження, за допомогою теплообмінників, і відвід по трубопроводу за межі видобувної ділянки, відвід нагрітого холодоагенту з гірських виробок, при цьому охолодження витоків роблять за межами видобувної ділянки. Із загальшахтної повітряподаючої виробки, повітря по штреках надходить до дільничних повітроохолоджувачів, прохолоджується в них до заданої температури, обумовленої розрахунком, і далі по штреку надходить у лаву. На глибинах більше 900м при високих навантаженнях на очисні забої виникає необхідність охолодження повітря відповідно до вимог правил безпеки. У цьому випадку повітря додатково прохолоджується в лаві за допомогою лавних повітроохолоджувачів. Частина повітря (до 50%) залежно від виду порід покрівлі шару, способу керування гірським тиском на видобувній ділянці, а також схеми його провітрювання, надходить у вироблений простір й, внаслідок контакту з гірським масивом, нагрівається й надходить у лаву та вентиляційний штрек. Зі збільшенням глибини гірських робіт температура гірського масиву зростає, росте й температура витоків повітря і їхній вплив на теплові умови в лаві й вентиляційному штреку. При включеному вентиляторі витоки повітря з температурою, близькою до природної температури гірського масиву на даній глибині, через усмоктувальний патрубок надходять у теплоізольований трубопровід, по якому відсмоктуються за межі видобувної ділянки до повітроохолоджувача. Далі по трубопроводу охолоджені витоки повітря подаються у виробку з вихідним вентиляційним струменем панелі, крила або шахти. У повітроохолоджувачі витоки повітря прохолоджуються до температури, рівній гранично припустимій для підземних гірських» виробок. На газових шахтах витоки повітря з виробленого простору, що представляють собою метаноповітряну суміш у змішувальній камері розбавляють до припустимої концентрації та вже після цього направляють у загальний вихідний вентиляційний струмінь. На негазових шахтах охолоджені витоки повітря із трубопроводу випускають безпосередньо у виробки з вихідним струменем повітря. При стовповій системі розробки вентиляційна виробка погашається слідом за погашенням лави. 82118 4 Усмоктувальний патрубок, що представляє собою гнучку гофровану трубу, довжина якої може змінюватися в межах кратних 1...3 і більше довжинам секцій, з яких змонтований трубопровід, розташовується у верхній частині перетину виробки, що погашается. У міру подвигання лави теплоізолюючий трубопровід скорочується шляхом від’єднання секцій між усмоктувальним патрубком і початком трубопроводу. При суцільній системі розробки усмоктувальний патрубок або патрубки розміщені у вікнах, що залишають у бутовій смузі (цілиннику) через 15...20м. Для зменшення підсмоктувань повітря з вентиляційної виробітки у вікнах викладають перемички, які герметизують. Патрубки приєднують до теплоізольованого трубопроводу. Одночасно до трубопроводу може бути приєднано не менш одного патрубка. При подвиганні лави підготовляють нове вікно, нарощують трубопровід і підключають до нього патрубок. Патрубки, перебувають від лінії очисного забою на відстані не більш 50...60м, від’єднують від трубопроводу і герметизують. Засобами найбільш близького аналога не забезпечується досягнення ефективного технічного результату по наступних причинах: - висока собівартість охолодженого повітря, тому що процес зниження його температури, який здійснюють за допомогою живлячої повітроохолоджувачі стаціонарної холодильної установки, з урахуванням значних втрат холоду при транспортуванні, досить енергоємний і дорогий. Крім того, існує необхідність додаткових витрат на охолодження в глибоких шахтах повітря, яке надходить з забоїв, до нормованого правилами безпеки мінімально припустимого рівня, що передбачає додаткові витрати; - негативний вплив на екологічну обстановку через використання електроенергії для охолодження повітря стаціонарною холодильною машиною та роботи вентиляторів, одержуваної з викопних видів пального, які належать до непоправних видів енергоносіїв, що вичерпуються. Ознаки найбільш близького аналога, які збігаються з істотними ознаками винаходу: - охолодження повітря у повітряподаючій виробці; - відвід теплого повітря за межі видобуної ділянки. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу кондиціонування шахтного повітря, у якому шляхом введення конструктивних додаткових ознак забезпечується зниження собівартості охолодження повітря, і зменшується негативний вплив на екологічну обстановку через скорочення використання електроенергії, одержуваної з непоправних видів енергоносіїв, що вичерпуються. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі кондиціонування шахтного повітря, що включає охолодження повітря у повітряподаючій виробці й відвід теплого повітря за межі видобувної ділянки, відповідно до винаходу розділяють повітря у повітряподаючой виробці на гарячий і холодний потоки за 5 допомогою вихрової труби, потік гарячого повітря відводять через канали у виробленому просторі, що з’єднують повітряподаючу й повітрявідвідну виробку, потім спрямовують тепле повітря у пристрій для перетворення теплової енергії в електричну. Указані ознаки складають сутність винаходу так як являються необхідними для досягнення технічного результату. Передбачається операція швидкого охолодження повітря за допомогою вихрової труби з компресором в котрій розділяють потік повітря на холодний та гарячий. Холодний направляється на охолодження повітря в очисній виробці, а потік теплого повітря поступає в канали, які пройдені у виробленому просторі, додатково там нагрівається за рахунок геотермальної енергії й поступає в пристрій перетворення теплової енергії в електричну. Чим забезпечується менша енергоємність процесу охолодження повітря. Причинно-наслідковий зв’язок ознак, що складають суть винаходу і технічним результатом, що досягається й пояснюється наступним. Утворення каналів у виробленому просторі дозволяє охопити значно більшу частину гірського масиву для з’йому теплоти з поверхні гірських порід, чим у відомих способах. Це забезпечує можливість отримати значно більшу геотермальну енергію, яку доцільно використати для роботи енергоперетворюючого пристрою, одержати додаткову електричну енергію для живлення компресора і дії вихрової труби. Ця додаткова енергія забезпечує одержання технічного, екологічного та економічного ефекту. Приклад. Сутність винаходу пояснюється прикладом конкретного виконання способу кондиціонування шахтного повітря. На фігурі 1 представлена схема реалізації способу, де 1 - повітряподаюча виробка; 2 - очисна виробка; 3 -вихрова труба з компресором; 4 трубопровід теплого повітря; 5 вентиляційна перемичка; 6 - пристрій для перетворення теплової енергії в електричну; 7 канали, пройдені у виробленому просторі. Спосіб кондиціонування шахтного повітря реалізований у такий спосіб. При відпрацьовуванні вугільного шару на глибині 1500м температура гірського масиву становила близько 500С, що створювало проблему із забезпеченням комфортних умов праці на робочих місцях в очисній виробці 2. Повітря з виробітки 1 подавали у вихрову трубу з компресором 3, де провадили розділення його на холодний потік, з температурою близько 150С, і теплий, з температурою більше 300С. Потік холодного повітря подавали в очисну виробку 2. Потік теплого повітря по теплоізольованому трубопроводу 4 подавали за вентиляційну ізолюючу перемичку 5, що відокремлює вироблений простір від діючих виробок. У вироблений простір надходило також повітря після провітрювання очисної виробки 2. У виробленому просторі були створені канали 7, що представляють собою пройдені комбайновим способом виробки квадратного поперечного перетину з розмірами 2х2м. Напрямок руху повітря 82118 6 в каналах регулювали установкою вентиляційних перемичок 7. Сукупність розташованих у виробленому просторі виробок 2, каналів 7 і перемичок 5 становить геотеплообмінник, у якому відбувається добування теплоти з надр теплоагентом, у ролі якого виступає повітря, що рухається по виробках. При русі по каналах 7 повітря додатково нагрівалося до температури навколишніх гірських порід, що становила близько 500С, і здобувало додаткову геотермальну енергію. З каналів 7 повітря надходило в пристрій 6 для прямого перетворення теплової каналів 7 повітря надходило в пристрій 6 для прямого перетворення теплової енергії в електричну. Отриману в пристрої 6 електроенергію використали для роботи компресора 3 та на інші цілі. Після відпрацьовування запасів виємної ділянки геотеплообмінник і пристрій 6 продовжували працювати в режимі екологічно безпечного генератора, що не дає шкідливих викидів електричної енергії. Фізичний зміст запропонованого способу полягає у використанні теплоти породного масиву для забезпечення енергоємного процесу кондиціонування шахтного повітря. З повітряподаючой виробки, використовуючи вихровий ефект одержують охолоджене повітря і подають на робочі місця, а теплому повітрю надають додаткову енергію, підігріваючи теплотою надр та використовуючи в якості теплоагента шахтне повітря спрямовують цю теплоту в енергоперетворюючий пристрій. У цьому пристрої теплова енергія перетворюється в електричну, при цьому температура повітря знижується через фазові перетворення теплоносія, що визначає досягнення корисного технічного ефекту. За рахунок використання геотермальної енергії для нагрівання повітря істотно зменшується витрата непоправних викопних енергоносіїв, таких як природний газ або вугілля, що забезпечує екологічний ефект від використання способу. При цьому через зниження витрати палива, істотно зменшується собівартість кондиціонування шахтного повітря.