Спосіб кондиціонування шахтного повітря

УКРАЇНА (19) UA (11) 17204 (13) U (51) МПК (2006) E21F 3/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ КОНДИЦІОНУВАННЯ ШАХТНОГО ПОВІТРЯ 1 2 (13) 17204 (11) кипіння залежить від тиску, що підтримується над киплячим холодоагентом. Теплота, що відбирається від рудничного повітря, за допомогою компресора передається охолоджувальній воді, що циркулює через конденсатор. Температура конденсації, а, отже, і тиск конденсації залежать від температури охолоджувальної води. Залежно від місцевих умов для відводу теплоти конденсації використовується вода із шахтної системи зрошення, очищена шахтна вода або вода, яка охолоджується в спеціальних теплообмінниках і повітроохолоджувачах. Аналог не забезпечує технічний результат за наступними причинами: - негативний вплив на екологічне оточення через використання для приготування охолодженого повітря парокомпрессійної холодильної машини, енергію для котрої одержують із викопних видів пального, що належать до непоправних видів енергоносіїв, що вичерпуються; - висока собівартість охолодженого повітря через використання холодильної машини, що сама по собі є досить енергоємним і дорогим в експлуатації апаратом, а також через необхідність підведення до неї води із загальношахтної 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; UA Корисна модель відноситься до гірничої справи, а саме до способів охолодження до безпечних і комфортних умов повітря в гірських виробках, що нагрівається внаслідок роботи гірських машин, віддачі геотермальної теплоти стінками гірських виробок і внаслідок інших причин, може бути використано для кондиціонування повітря в глибоких вугільних й інших шахтах. Відомий спосіб кондиціонування, що реалізується кондиціонером КПШ [Сучасні проблеми проведення та підтримання гірничих виробок глибоких шахт / Під заг. редакцією С. В. Янко. - Донецьк: ДУНВГО, 2003. -256 с.] для кондиціонування повітря в тупикових підготовчих виробах. У випарнику при тиску випаровування кипить холодоагент за рахунок теплоти, що відбирає від рудничного повітря, що подається через апарат. Пара, що утвориться в результаті кипіння, відсмоктується компресором, стискується до тиску конденсації та подається в конденсатор. По шляху до компресора пароподібний холодоагент перегрівається в* регенеративному теплообміннику. У конденсаторі за рахунок теплообміну з охолоджуючим середовищем пари холодоагенту перетворюються в рідину, що через фільтр-осушувач, регенеративний теплообмінник і терморегулювальний вентиль знову надходить у випарник. Надалі цикл повторюється. Відвід теплоти від рудничного повітря, що подається вентилятором місцевого провітрювання через випарник-повітроохолоджувач, здійснюється в процесі кипіння хладона, причому температура U ній виробці та відведення теплого повітря за межі видобувної ділянки, який відрізняється тим, що роблять розділення повітря у повітроподавальній виробці на гарячий і холодний потоки за допомогою вихрової труби, потік гарячого повітря відводять через канали, що з'єднують у виробленому просторі повітроподавальну та повітровідвідну виробку, далі перетворюють теплову енергію в електричну. (19) (21) u200603145 (22) 23.03.2006 (24) 15.09.2006 (46) 15.09.2006, Бюл. № 9, 2006 р. (72) Костенко Віктор Климентійович, Афанасьєв Станіслав Володимирович, Алексієнко Сергій Олександрович (73) ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (57) Спосіб кондиціонування шахтного повітря, що включає охолодження повітря у повітроподаваль 3 17204 4 Найбільш близьким до корисної моделі аналоПри суцільній системі розробки усмоктувальгом, що заявляється по сукупності істотних ознак, ний патрубок або патрубки розміщені у вікнах, що є спосіб кондиціонування" повітря у виробках визалишають у бутовій смузі (цілиннику) через добувної ділянки глибокої шахти [А. с. СРСР 15...20м. Для зменшення підсмоктувань повітря з №.1469177, М. кл. Е21F3/00 Опубл. 30.03.87. Бюл. вентиляційної виробітки у вікнах викладають пе№12]. Спосіб включає подачу в шахту холодоагенремички, які герметизують. Патрубки приєднують ту з поверхні від стаціонарної холодильної машидо теплоізольованого трубопроводу. Одночасно ни, охолодження повітря у повітряподаючій виродо трубопроводу може бути приєднано не менш бці та у лаві за допомогою теплообмінників, одного патрубка. При подвиганні лави підготовлявідсмоктування витоків повітря з виробленого проють нове вікно, нарощують трубопровід і підклюстору, їхнє охолодження, за допомогою теплообчають до нього патрубок. Патрубки, перебувають мінників, і відвід по трубопроводу за межі видобувід лінії очисного забою на відстані не більш вної ділянки, відвід нагрітого холодоагенту з 50...60м, від'єднують від трубопроводу і герметигірських виробок, при цьому охолодження витоків зують. роблять за межами видобувної ділянки. Засобами найбільш близького аналога не заІз загальшахтної повітряподаючої виробки, побезпечується досягнення ефективного технічного вітря по штреках надходить до дільничних повітрезультату по наступних причинах: роохолоджувачів, прохолоджується в них до зада- висока собівартість охолодженого повітря, ної температури, обумовленої розрахунком, і далі тому що процес зниження його температури, який по штреку надходить у лаву. На глибинах більше здійснюють за допомогою живлячої повітроохоло900м при високих навантаженнях на очисні забої джувачі стаціонарної холодильної установки, з виникає необхідність охолодження повітря відпоурахуванням значних втрат холоду при транспорвідно до вимог правил безпеки. У цьому випадку туванні, досить енергоємний і дорогий. Крім того, повітря додатково прохолоджується в лаві за доіснує необхідність додаткових витрат на охолопомогою лавних повітроохолоджувачів. дження в глибоких шахтах повітря, яке надходить Частина повітря (до 50%) залежно від виду з забоїв, до нормованого правилами безпеки мініпорід покрівлі шару, способу керування гірським мально припустимого рівня, що передбачає додатиском на видобувній ділянці, а також схеми його ткові витрати; провітрювання, надходить у вироблений простір й, - негативний вплив на екологічну обстановку внаслідок контакту з гірським масивом, нагріваєтьчерез використання електроенергії для охолося й надходить у лаву та вентиляційний штрек. Зі дження повітря стаціонарною холодильною машизбільшенням глибини гірських робіт температура ною та роботи вентиляторів, одержуваної з викопгірського масиву зростає, росте й температура них видів пального, які належать до непоправних витоків повітря і їхній вплив на теплові умови в видів енергоносіїв, що вичерпуються. лаві й вентиляційному штреку. Ознаки найбільш близького аналога, які збігаПри включеному вентиляторі витоки повітря з ються з істотними ознаками корисної моделі: температурою, близькою до природної температу- охолодження повітря у повітряподаючій вири гірського масиву на даній глибині, через усмокробці; тувальний патрубок надходять у теплоізольований - відвід теплого повітря за межі видобуної дітрубопровід, по якому відсмоктуються за межі вилянки. добувної ділянки до повітроохолоджувача. Далі по В основу корисної моделі поставлена задача трубопроводу охолоджені витоки повітря подаютьвдосконалення способу кондиціонування шахтного ся у виробку з вихідним вентиляційним струменем повітря, у якому шляхом введення конструктивних панелі, крила або шахти. У повітроохолоджувачі додаткових ознак забезпечується зниження собівитоки повітря прохолоджуються до температури, вартості охолодження повітря, і зменшується негарівній гранично припустимій для підземних гірсьтивний вплив на екологічну обстановку через скоких виробок. На газових шахтах витоки повітря з рочення використання електроенергії, виробленого простору, що представляють собою одержуваної з непоправних видів енергоносіїв, що метанорясну суміш у змішувальній камері розбаввичерпуються. ляють до припустимої концентрації та вже після Поставлена задача вирішується тим, що у віцього направляють у загальний вихідний вентилядомому способі кондиціонування шахтного повітційний струмінь. На негазових шахтах охолоджені ря, що включає охолодження повітря у повітряповитоки повітря із трубопроводу випускають безподаючій виробці й відвід теплого повітря за межі середньо у виробки з вихідним струменем повітря. видобувної ділянки, відповідно до корисної моделі, При стовповій системі розробки вентиляційна розділяють повітря у повітряподаючой виробці на виробка погашається слідом за погашенням лави. гарячий і холодний потоки за допомогою вихрової Усмоктувальний патрубок, що представляє собою труби, потік гарячого повітря відводять через кагнучку гофровану трубу, довжина якої може змінюнали у виробленому просторі, що з'єднують повітватися в межах кратних 1...3 і більше довжинам ряподаючу й повітрявідвідну виробку, потім спрясекцій, з яких змонтований трубопровід, розташомовують тепле повітря у пристрій для вується у верхній частині перетину виробки, що перетворення теплової енергії в електричну. погашается. У міру подвигання лави теплоізолююУказані ознаки складають сутність корисної чий трубопровід скорочується шляхом від'єднання моделі так як являються необхідними для досягсекцій між усмоктувальним патрубком і початком нення технічного результату. Передбачається трубопроводу. операція швидкого охолодження повітря за допомогою вихрової груби з компресором в котрій роз 5 17204 6 діляють потік повітря на холодний та гарячий. Ховід діючих виробок. У вироблений простір надхолодний направляється на охолодження повітря в дило також повітря, після провітрювання очисної очисній виробці, а потік теплого повітря поступає в виробки 2. У виробленому просторі були створені канали, які пройдені у виробленому просторі, доканали 7, що представляють собою пройдені комдатково там нагрівається за рахунок геотермальбайновим способом виробки квадратного ної енергії й поступає в пристрій перетворення •поперечного перетину з розмірами 22м. Напрятеплової енергії в електричну. Чим забезпечується мок руху повітря в каналах регулювали установменша енергоємність процесу охолодження повіткою вентиляційних перемичок 7. Сукупність розря. ташованих у виробленому просторі виробок 2, Причинно-наслідковий зв'язок ознак, що склаканалів 7 і перемичок 5 становить геотеплообміндають суть корисної моделі і технічним результаник, у якому відбувається добування теплоти з том, що досягається й пояснюється наступним. надр теплоагентом, у ролі якого виступає повітря, Утворення каналів у виробленому просторі дозвощо рухається по виробках. При русі по каналах 7 ляє охопити значно більшу частину гірського маповітря додатково нагрівалося до температури сиву для з'йому теплоти з поверхні гірських порід, навколишніх гірських порід, що становила близько чим у відомих способах. Це забезпечує можли50С, і здобувало додаткову геотермальну енервість отримати значно більшу геотермальну енергію. З енергії в електричну. Отриману в пристрої 6 гію, яку доцільно використати для роботи енергоелектроенергію використали для роботи компреперетворюючого пристрою, одержати додаткову сора 3 та на інші цілі. Після відпрацьовування заелектричну енергію для живлення компресора і дії пасів виємної ділянки геотеплообмінник і пристрій вихрової труби. Ця додаткова енергія забезпечує 6 продовжували працювати в режимі екологічно одержання технічного, екологічного та економічнобезпечного генератора, що не дає шкідливих виго ефекту. кидів електричної енергії. Приклад Фізичний зміст запропонованого способу пеСутність корисної моделі пояснюється прикларебуває у використанні теплоти породного масиву дом конкретного виконання способу кондиціонудля забезпечення енергоємного процесу кондицівання шахтного повітря. На фігурі 1 представлена онування шахтного повітря. З повітряподаючой схема реалізації способу, де 1 - повітряподаюча виробки, використовуючи вихровий ефект одервиробка; 2 - очисна виробка; 3 - вихрова труба з жують охолоджене повітря і подають на робочі компресором; 4 - трубопровід теплого повітря; 5 місця, а теплому повітрю повідомляють додаткову вентиляційна перемичка; 6 - пристрій для перетенергію, підігріваючи теплотою надр та, викорисворення теплової енергії в електричну; 7 - канали, товуючи в якості теплоагента шахтне повітря, пройдені у виробленому просторі; спрямовують цю теплоту в енергоперетворюючий Спосіб кондиціонування шахтного повітря репристрій. У цьому пристрої теплова енергія переталізований у такий спосіб. При відпрацьовуванні ворюється в електричну, при цьому температура вугільного шару на глибині 1500м температура повітря знижується через фазові перетворення гірського масиву становила близько 50С, що теплоносія, що визначає досягнення корисного створювало проблему із забезпеченням комфорттехнічного ефекту. них умов праці на робочих місцях в очисній виробЗа рахунок використання геотермальної енерці 2. Повітря з виробітки 1 подавали у вихрову гії для нагрівання повітря істотно зменшується трубу з компресором 3, де провадили розділення витрата непоправних викопних енергоносіїв, таких його на холодний потік, з температурою близько як природний газ або вугілля, що забезпечує 15С, і теплий, з температурою більше 30С. Потік ек9логічний ефект від використання способу. При холодного повітря подавали в очисну виробку 2. цьому через зниження витрати палива, істотно Потік теплого повітря по теплоізольованому трузменшується собівартість кондиціонування шахтбопроводу 4 подавали за вентиляційну ізолюючу ного повітря. перемичку 5, що відокремлює вироблений простір 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 17204 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601