СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1997 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания открыто-подземных выработок при комбинированном способе разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ интенсификации проветривания глубоких карьеров путем использования глубинного тепла горных пород для нагрева атмосферного воздуха путем пропускания его по подземным горным выработкам, в горных породах, в которых летом аккумулировано тепло. (См. Иванов И.И. Геотермический режим и естественный воздухообмен карьеров. М. Недра, 1982, с.140 141).

Недостатком способа является невозможность охлаждения воздуха в летний период года и большие капитальные затраты на проведение специальных подземных выработок.

Известен "обратный способ" проветривания выработок при совмещении открытых и подземных горных работ системами с обрушением в районах прямых и активных аэродинамических связей путем максимального использования депрессии главных вентиляторов, естественной тяги и формирующихся под их влиянием воздушных потоков (см.М.Ф. Шнайдер, В.К. Вороненко. Совмещение подземных и открытых разработок рудных месторождений. М. Недра, 1985, с. 80-81).

Недостатками способа является: загрязнение подземных выработок за счет вредностей, поступающих с поверхности через отбитую горную массу при массовых взрывах в карьере, что приводит к прекращению каких-либо работ в подземных горных выработках. Данный способ проветривания применим только при наличии активных прямых аэродинамических связей подземных горных выработок с поверхностью.

Из известных способов наиболее близким к описываемому является способ проветривания карьеров с использованием подземных горных выработок, путем нагнетания чистого воздуха с поверхности или с верхних горизонтов карьера по выработкам в карьер, где он распространяется в виде свободных струй (см. К. З.Ушаков, В.А. Михайлов, Аэрология карьеров, М. Недра, 1985, с.185).

Недостатком этого способа является: низкая эффективность проветривания рабочих зон карьера, большие капитальные затраты, на проведение специальных подземных выработок, если они проводятся только с целью вентиляции.

Целью изобретения является повышение эффективности пылеподавления и искусственной вентиляции горных выработок при открыто-подземной добыче полезных ископаемых, что улучшает условия труда горнорабочих и позволяет использовать энергию природных сил.

Указанная цель достигается тем, что для повышения эффективности пылеподавления и искусственной вентиляции горных выработок при открыто-подземной добыче полезных ископаемых проветривание в карьере осуществляют комбинацией неизотермических свободных струй, создаваемых карьерными вентиляторами с электроприводом и конвективных потоков, создаваемых водородными парогенераторами с электролизерами, разлагающими карьерную воду, при этом электропитание шахтных и карьерных вентиляторов, а также водородных парогенераторов осуществляют с помощью ветроэнергетических установок, расположенных как на терриконах шахты, отвалах и поверхности карьера, так и в зоне действия исходящей шахтной вентиляционной струи.

Водородные парогенераторы снабжен электролизерами, разлагающими карьерную воду, в присутствии катализатора (катализатор, предусмотрен конструкцией электролизера), на водород и кислород (в соотношении 2:1).

Полученные газы закачиваются по газопроводам в накопители. С накопителей водород и кислород подаются под давлением в парогенератор, куда добавляется еще и вода, где водород сгорает в атмосфере кислорода. При этом образуется пар с давлением 10⁵ атм, который можно использовать для создания мощной тепловой струи для проветривания карьера, для пылеподавления в забоях карьера и шахты, для вращения турбины, которая вырабатывает электрическую энергию и ее накопление. При этом ветроэнергетические установки, шахтные, карьерные вентиляторы и водородные парогенераторы соединены в единую энергосеть.

Сущность изобретения состоит в том, что для повышения эффективности пылеподавления и проветривания горных выработок используют карьерные вентиляторы с электроприводом для создания неизотермических свободных струй и водородные парогенераторы для создания конвективных потоков, причем электропитание шахтных и карьерных вентиляторов, а также водородных парогенераторов осуществляют с помощью ветроэнергетических установок, расположенных как на терриконах шахты, отвалах и поверхности карьера, так и в зоне действия исходящей шахтной вентиляционной струи.

Водородные парогенераторы размещают в нижней части карьера, вблизи насосных станций карьерного водоотлива.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается тем, что проветривание открыто-подземных горных выработок осуществляют комбинацией неизотермических свободных струй, создаваемых карьерными вентиляторами и конвективных потоков, создаваемых водородными парогенераторами с электролизерами, разлагающими карьерную воду, при этом для электропитания вентиляторов используется энергия исходящей шахтной струи и энергия ветра. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сущность приема комбинирования при проветривании открыто-подземных горных выработок включает использование в зависимости от метеоусловий в карьере свободных неизотермических струй или конвективных потоков, либо одновременно неизотермических струй и конвективных потоков. Учитывая, что ветроэнергетические установки наиболее эффективны в работе при скоростях ветра более 5 м/с, проветривание карьера ведут, в данном случае, неизотермическими струями, создаваемыми карьерными вентиляторами с электроприодом, при этом часть электроэнергии поступает к шахтным потребителям (вентиляторам).

В период штиля или малой ветровой активности (скорость ветра до 1,5 м/с) проветривание карьера ведут конвективными потоками, создаваемыми водородными парогенераторами. В случае, когда скорость ветра изменяется в пределах от 1,5 до 5 м/с проветривание карьера осуществляют одновременно как конвективными потоками так и карьерными вентиляторами с электроприводами, что позволяет рациональным образом использовать природные источники энергии и обеспечить эффективную вентиляцию рабочих мест. Количество одновременно находящихся в работе карьерных вентиляторов с электроприводом и парогенераторов с электролизерами для создания неизотермических струй и конвективных потоков, а также схемы их расположения в карьере зависят от конкретной пылегазовой обстановки, метеоусловий, геометрии карьера, количества забоев и других горнотехнических параметров, которые определяются непосредственно в процессе ведения горных работ в условиях открыто-подземного комплекса.

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. в горной промышленности показывает, что некоторые признаки заявляемого технического решения общеизвестны, например:
применение установок для искусственной вентиляции карьеров неизотермическими и конвективными струями;
использование в народном хозяйстве ветроэнергетических установок и парогенераторов с электролизерами;
использование пара для пылеподавления в шахтах;
Однако ряд признаков в области проветривания карьеров и пылеподавления являются, по нашему мнению, новыми, например:
использование для электропривода парогенераторов, карьерных и шахтных вентиляторов экологически чистого природного вида энергии-энергии ветра;
применение (вторичное использование) энергии исходящей шахтной вентиляционной струи для привода ветроэнергетических установок;
использование приема комбинирования неизотермическими и конвективными струями, создаваемыми экологически чистыми энергетическими установками, что обеспечивает эффективное проветривание горных выработок при любых метеоусловиях (штиль, инверсия и т.д.);
использование шахтных и карьерных вод в электролизерах водородных парогенераторов для получения и аккумулирования электрической энергии, а также ее использование для проветривания шахтных выработок в аварийных условиях;
создание источника пароводяной смеси для пылеподавления в забоях открыто-подземных выработок на основе шахтных и карьерных вод с применением энергии ветра.

Пылеподавление в карьере и в шахте осуществляют путем подачи в зоны пылеобразования по трубопроводам пароводяной смеси, образованной в водородных парогенераторах, и ее распыления в забоях известными установками и способами, например, форсунками, дождевателями, гидромониторными и т.д. Кроме этого, часть горячей воды от водородного парогенератора может подаваться в воздушную струю, создаваемую карьерным вентилятором с электроприводом, и в тепловую струю, создаваемую парогенератором, что позволяет получить водовоздушную струю, которая распространяется в свободной атмосфере карьера и очищает ее от частиц витающей пыли за счет осаждения пыли на мелкодисперсных частицах воды.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ поясняется схемой на фиг. 1. На фиг.1 введены следующие обозначения: карьер (1), ветроэнергетическая установка (2), карьерный вентилятор с электроприводом (3), водородный парогенератор (4), электролизер (5), зумпф с карьерной водой (6), электрические кабели единой энергосети (7), неизотермические свободные струи (8), конвективные потоки (9), турбина парогенератора (10), аккумулятор-накопитель электроэнергии (11), главный шахтный вентилятор (12), воздухоподавающий стол (13), подземные горные выработки (14), воздуховыдающий ствол (15).

Предлагаемый способ проветривания открыто-подземных горных выработок с пылеподавлением при комбинированной разработке месторождений полезных ископаемых реализуется следующим образом.

В застойных зонах карьера устанавливают карьерные вентиляторы с электроприводом, а в нижней части карьера у зумпфов с карьерной водой (6) устанавливают водородные парогенераторы (4) с электролизерами (5). Карьерные вентиляторы (3) и водородные парогенераторы (4) собираются в единую шахтно-карьерную электрическую сеть посредством электрических кабелей (7) с ветроэнергетическими установками (2), размещенными как на поверхности карьера, так и в зоне действия исходящей шахтной вентиляционной струи и с ветроэнергетическими установками расположенными на терриконах шахты или отвалах карьера.

Электроэнергия, вырабатываемая ветроэнергетическими установками (2), поступает к потребителям: к шахтным вентиляторам (12), карьерным вентиляторам (3) и водородным парогенераторам (4). Карьерные вентиляторы (3), смонтированные на базе электродвигателей и авиационных винтов, создают мощные неизотермические свободные струи (8), а водородные парогенераторы (4) с электролизами (5), разлагают карьерную воду на чистый водород и кислород, которые поступают под давлением в парогенераторы, где водород сгорает в атмосфере кислорода, при этом образуя мощные конвективные потоки (9). Комбинируя неизотермическими свободными струями (8), создаваемыми карьерными вентиляторами (3) и конвективными потоками (9), создаваемыми водородными парогенераторами (4), достигается эффективное проветривание карьера (1) при любых метеоусловиях.

При благоприятных микроклиматических условиях в карьере (1), т.е. достаточном естественном проветривании, вырабатываемая электроэнергия ветроэнергетическими установками (2) поступает только к водородным парогенераторам (4), где образующийся водяной пар поступает в трубопроводы и подается в забои карьера и шахты для пылеподавления, а также в турбину (10), которая вырабатывает электрический ток. Происходит генерирование и аккумулирование электрической энергии в аккумуляторах-накопителях (10). Полученная электроэнергия передается для электропитания шахтных вентиляторов (12). В свою очередь при малой ветровой активности и неблагоприятных микроклиматических условиях в карьере (1) элетроэнергия для питания карьерных вентиляторов (3) и водородных парогенераторов (4) поступает из аккумуляторов - накопителей (11) и ветроэнергетической установки, размещенной на исходящей шахтной вентиляционной струе.

В случаях нарушения электропитания шахтных вентиляторов, водородные парогенераторы (4) переводят в режим генерирования электрической энергии и подключают к нему все электропотребители вентиляционной системы подземного комплекса добычных работ.

Предлагаемый способ проветривания открыто-подземных горных выработок при комбинированной разработке месторождений полезных ископаемых позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих, снизить энергозатраты на искусственное проветривание открытых и подземных горных выработок за счет эффективного применения нетрадиционных видов энергии.

Использование: в горной промышленности при проветривании горных выработок. Сущность изобретения: способ включает подачу свежего воздуха в горную выработку посредством главного вентилятора. Проветривание в карьере осуществляют комбинацией неизотермических свободных струй, которые создают карьерными вентиляторами с электроприводом, и конвективных потоков, которые создают карьерными вентиляторами с электроприводом, и конвективных потоков, которые создают водородными парогенераторами с электролизерами, разлагающими карьерную воду. Электропитание главных и карьерных вентиляторов и водородных парогенераторов осуществляют от ветроэнергетических установок, которые размещают на терриконах шахты или на отвалах и поверхностях карьера. Часть ветроэнергетических установок размещают в зоне действия шахтной вентиляционной струи, при этом осуществляют пылеподавление. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ проветривания открыто-подземных выработок, включающий подачу свежего воздуха в горную выработку посредством главного вентилятора, отличающийся тем, что проветривание в карьере осуществляют комбинацией неизотермических свободных струй, которые создают карьерными вентиляторами с электроприводом, и конвективных потоков, которые создают водородными парогенераторами с электролизерами, разлагающими карьерную воду, при этом электропитание главных и карьерных вентиляторов и водородных парогенераторов осуществляют от ветроэнергетических установок, которые размещают на терриконах шахты или на отвалах и поверхности карьера, причем часть ветроэнергетических установок размещают в зоне действия шахтной вентиляционной струи, при этом осуществляют пылеподавление. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пылеподавление осуществляют частью конвективных потоков, которые создают парогенераторами в виде перегретого пара и горячей воды и направляют по трубопроводам в установки для пылеподавления и орошения горной массы в забоях карьера и шахты. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нарушении электропитания шахтных вентиляторов водородный парогенератор переводят в режим генерирования и подключают к нему все электропотребители вентиляционной системы подземного комплекса.