РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1997 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при частичной рециркуляции исходящей струи воздуха для проветривания горных выработок.

Известен рециркуляционный способ проветривания рудников, включающий подачу воздуха в горные выработки по воздухоподающему стволу и его отвод по вентиляционному выдачному стволу, при этом с целью снижения затрат на проветривание и создание комфортных условий труда часть исходящей струи воздуха вновь направляют в рудник по воздухоподающему стволу, для чего воздухоподающий и выдачной стволы соединяют подземным каналом (Ю.Д. Дядькин и др. Тепловой режим рудных, угольных и россыпных шахт Севера. М. Наука, 1968, с. 164-165 и 161).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является рециркуляционный способ проветривания горных выработок (авт. св. СССР N 1008464 кл. E 21 F 1/00, 1981), согласно которому рециркулируемый воздух перед подачей в вентиляционную струю очищают от вредных примесей путем пропускания его через непогашенные камеры. Недостатком способа является низкая эффективность очистки рециркулируемой части воздуха от вредных примесей при большом количестве задействованных горных выработок. Известно, что исходящая струя воздуха кроме газообразных вредных примесей содержит большое количество взвешенных частиц: пыль, сажа, масляная аэрозоль и др. Эти частицы при поступлении вместе с рециркулируемой частью воздуха в непогашенные выработки осаждаются на их ограждающих поверхностях, снижают тем самым их сорбционные каталитические свойства, способность к образованию и насыщению воздуха непогашенных горных выработок химически активными, электрически заряженными аэроионами субмикронных размеров. Кроме того, при больших объемах непогашенных горных выработок (реакционных камер) на эффективность процесса нейтрализации вредных газообразных частиц отрицательное влияние оказывают протекающие в них рекомбинационные процессы, связанные с превращением электрически заряженных частиц в нейтральные.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности очистки рециркулируемой части воздуха.

Решение данной задачи определено техническим результатом, заключающимся в предварительном исключении из состава рециркулируемой части воздуха взвешенных частиц, снижении аэродинамических сопротивлений движению воздушных потоков, а также уменьшении рекомбинационных процессов при нейтрализации вредных газообразных составляющих рециркулируемой части воздуха.

Существенные признаки заявленного технического решения:
ограничительные забор из исходящей вентиляционной струи рециркулируемой части воздуха, пропускание его через непогашенные горные выработки и смешение со свежим воздухом;
отличительные перед подачей рециркулируемой части воздуха в непогашенные горные выработки производят его очистку от взвешенных частиц непосредственно в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи в месте сопряжения его с каналом для забора рециркулируемой части воздуха, для чего входное отверстие канала для забора рециркулируемой части воздуха перекрывают выпуклой перемычкой, содержащей фильтрующие элементы, лобовая поверхность которых является частью ограждающей поверхности выпуклой перемычки со стороны подхода к ней исходящей вентиляционной струи; рециркуляционную часть воздуха перед выпуском в непогашенные горные выработки пропускают через слой дробленых горных пород; выпуклой перемычке придают плавную волнообразную форму и размещают с запахом относительно входного отверстия канала для забора рециркулируемой части воздуха; поверхность канала для транспортирования исходящей вентиляционной струи на участке размещения выпуклой перемычки покрывают слоем антифрикционного, не пылящего под действием струи воздуха материала; в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи перед выпуклой перемычкой устанавливают вентилятор-эжектор, при этом расстояние от выходного отверстия вентилятора-эжектора по наиболее выступающей части выпуклой перемычки принимают не более длины участка, соответствующего полному раскрытию струи, выходящей из вентилятора-эжектора; скорость исходящей струи воздуха по каналу до места установки вентилятора-эжектора поддерживают на уровне, не превышающем критическую скорость воздуха, обуславливающую сдув пыли с ограждающих поверхностей канала; при поступлении на очистку влажного воздуха слой дробленых горных пород нагревают до температуры, исключающей образование на поверхностях дробленых горных пород пленочной влаги.

Связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом достигается тем, что при предварительной очистке рециркулируемой части воздуха от взвешенных частиц непосредственно в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи в месте сопряжения его с каналом для забора рециркулируемой части воздуха исключается загрязнение ограждающих (активных) поверхностей непогашенных горных выработок и тем самым обеспечивается повышение эффективности нейтрализации вредных газообразных примесей. Покрытие входного отверстия канала для забора рециркулируемой части воздуха выпуклой перегородкой, содержащей фильтрующие элементы, лобовая часть которых является частью ограждающей поверхности выпуклой перемычки со стороны подхода к ней исходящей струи, направлено на снижение аэродинамического сопротивления в месте забора и фильтрацию рециркулируемой части воздуха, при этом используется установленный эффект снижения сопротивления трения движению воздуха в канале для транспортирования исходящей струи воздуха в районе сопряжения за счет отсоса из пограничного слоя рециркулируемой части воздуха, что способствует удержанию взвешенных частиц в потоке транспортируемой по каналу исходящей струи и снижает перемещение их в сторону фильтрующих элементов, забивание последних и обеспечивает чистоту рециркулируемой части воздуха в части взвешенных частиц. Пропускание рециркулируемой части воздуха через слой дробленых горных пород перед выпуском в непогашенные горные выработки повышает эффективность очистки рециркулируемой части воздуха от вредных газов, значительно сокращает потребность в непогашенных горных выработках для очистки воздуха от вредных компонентов за счет интенсификации процесса образования электрически заряженных, химически активных минеральных частиц субмикронных размеров и сокращения времени с момента их образования до момента контакта с вредными газами очищаемого воздуха. Придание выпуклой перемычке плавной волнообразной формы и размещение ее с запахом относительно входного отверстия канала для забора рециркулируемой части воздуха обеспечивает постепенное изменение сечения канала для транспортирования исходящей вентиляционной струи в месте забора рециркулируемой части воздуха и тем самым снижает аэродинамическое сопротивление по сравнению с другими возможными вариантами, повышает эффективность очистки рециркулируемой части воздуха от взвешенных частиц, предупреждает сдув пыли со стенок канала (предупреждению пылеобразования способствует покрытие канала для транспортироавния исходящей струи на участке расположения выпуклой перемычки слоем антифрикционного, не пылящего под действием струи воздуха материала).

Установка вентилятора-эжектора в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи перед выпуклой пеермычкой на расстоянии от выходного его отверстия до наиболее выступающей части выпуклой перемычки, не превышающем длины участка, соответствующего полному раскрытию струи, выходящей из вентилятора-эжектора, обеспечивает наилучшие условия для достижения высоких коэффициентов эжекции исходящей вентиляционной струи и наиболее благоприятные условия для исключения из рециркулируемой части воздуха взвешенных частиц. Поддержание скорости движения исходящей вентиляционной струи по каналу до места установки вентилятора-эжектора на уровне, не превышающем критическую скорость воздуха, обуславливающую сдув пыли с ограждающих поверхностей канала, исключает дополнительное (за счет сдува) загрязнение исходящей вентиляционной струи взвешенными частицами. Нагревание слоя дробленых горных пород при поступлении на очистку влажного воздуха до температуры, исключающей образование на поверхностях дробленых горных пород пленочной влаги, способствует гарантированному протеканию процессов образования химически активных, электрически заряженных частиц субмикронных размеров на поверхностях дробленых горных пород, их сохранение и взаимодействие с вредными газообразными примесями рециркулируемой части воздуха.

На чертеже показана схема рециркуляционного способа проветривания горных выработок.

Рециркуляционный способ проветривания горных выработок осуществляется следующим образом. Первоначально по осям очистных выработок 1 проходят разрезные выработки 2, с помощью которых воздухоподающий канал 3 соединяют с каналом 4 для транспортирования исходящей вентиляционной струи. С помощью канала 5 для забора рециркулируемой части воздуха канал 4 соединяют с системой последовательно соединенных непогашенных горных выработок 6, а с помощью канала 7 конец системы последовательно соединенных непогашенных горных выработок соединяют с воздухоподающим каналом 3. В месте сопряжения канала 4 для транспортирования исходящей вентиляционной струи с каналом 5 для забора рециркулируемой части воздуха возводят выпуклую, плавной волнообразной формы, перемычку 8, содержащую фильтрующие элементы 9, лобовая поверхность которых является частью ограждающей поверхности выпуклой волнообразной перемычки 8 со стороны подхода к ней исходящей вентиляционной струи. При этом выпуклую волнообразную перемычку 8 размещают с запахом относительно входного отверстия 10 канала 5 для забора рециркулируемой части воздуха. В канале 5 возводят перемычку 11, в которой размещают вентилятор 12, работающий на всос по отношению к каналу 4 для транспортирования исходящей вентиляционной струи. К нагнетательной стороне вентилятора 12 через воздухопровод 13 подсоединен открытый короб 14 с размещенным в нем слоем 15 дробленой горной породы. Короб 14 установлен в непогашенных горных выработках 6. Поверхность канала 4 для транспортирования исходящей вентиляционной струи на участке размещения выпуклой волнообразной перемычки 8 покрывают слоем 16 антифрикционного, не пылящего под действием струи воздуха материала. В канале 4 перед выпуклой волнообразной перемычкой 8 по ходу исходящей вентиляционной струи устанавливают вентилятор-эжектор 17, на расстоянии от наиболее выступающей части выпуклой волнообразной перемычки 8, не превышающем длины участка, соответствующего полному раскрытию струи, выходящей из вентилятора-эжектора 17. Затем, в зависимости от аэродинамических характеристик общешахтной вентиляционной сети, непогашенных горных выработок 6, каналов 3,4,5,7, воздухопровода 13, горных выработок 1,2, выпуклой перемычки 8, фильтрующих элементов 9, вентилятора 12, слоя 15 дробленых горных пород, слоя 16 антифрикционного, не пылящего под действием струи воздуха материала и вентилятора-эжектора 17 производят формирование потоков свежего воздуха исходящей вентиляционной струи. С помощью вентилятора 12 производят забор рециркулируемой части воздуха, очистку его от взвешенных частиц путем пропускания через фильтрующие элементы 9, очистку от газообразных вредных примесей путем пропускания через слой 15 дробленых горных пород и пропускания вдоль ограждающих поверхностей непогашенных горных выработок 6, смешение очищенной рециркулируемой части воздуха со свежим воздухом в месте соединения канала 7 с каналом 3, подачу смеси свежего воздуха с рециркулируемой частью воздуха в очистные 1 и разрезные 2 выработки, транспортирование исходящей вентиляционной струи по каналу 4 с помощью вентилятора-эжектора и общешахтной депрессии, отбор рециркулируемой части воздуха и т.д. согласно рассмотренной последовательности. При поступлении на очистку влажного воздуха слой 15 дробленых горных пород с помощью термоэлементов (на фиг. не показаны) нагревают до температуры, исключающей образование на поверхности дробленых горных пород пленочной влаги.

Применение предложенного рециркуляционного способа проветривания горных выработок позволяет повысить эффективность очистки рециркулируемой части воздуха и обеспечить надежное снабжение горных выработок качественным воздухом в требуемых объемах при значительном снижении затрат на вентиляцию всей шахты (рудника), уменьшить влияние внешних метеорологических условий на микроклимат подземных горных выработок.

Пример. На горный участок подается 600 м³/мин (10 м³/с) свежего воздуха. Для проветривания очистных и подготовительных забоев необходимо 1000 м³/мин. Недостающее количество "свежего" воздуха (400 м³/мин) восполняется за счет забора части исходящей струи воздуха, его очистки, смешения со свежим воздухом, поступающим на участок. Для перемещения исходящей вентиляционной струи используют вентилятор-эжектор СВМ-6м с коэффициентом эжекции 3,7, для отбора рециркулируемой части воздуха - вентилятор ВМ-6м. Очистку рециркулированной части воздуха от пылевых частиц и сажи (размерами от 0,5 до 70 мкм) производят непосредственно в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи, пропуская (отбирая) его через фильтрованную сетку с толщиной волокон 10 мкм и плотностью упаковки 0,06, общей площадью лобовой фильтрованной поверхности 7*5 м², при этом фильтрованная сетка является частью ограждающей поверхности выпуклой волнообразной перемычки. Эффективность очистки от взвешенных частиц составляет 98-99% Очистку от газообразных вредных примесей (окислы азота, окись углерода, альдегиды) производят путем пропускания предварительно очищенной от взвешенных частиц рециркулируемой части воздуха через слой дробленой сильвинитовой руды (крупность 0,03-0,05м) толщиной 0,4 м и площадью лобовой (открытой) поверхности 5 м². Очищенный воздух выпускают в непогашенную камеру длиной 180 м и выдают на смешение со свежим воздухом. При сечении канала для транспортирования исходящей вентиляционной струи до места установки вентилятора-эжектора 9,8 м² скорость движения воздуха составляет 1,7 м/c, что не превышает критической скорости (2-2,5 м/с), характеризующей начало сдува пыли с ограждающих поверхностей. Ограждающие поверхности выпуклой волнообразной перемычки канала для транспортирования исходящей струи воздуха на участке размещения перемычки покрывают алюминиевым листом.

Использование: в горной промышленности для проветривания горных выработок, преимущественно при камерной системе разработки. Сущность изобретения: рециркуляционный способ проветривания горных выработок включает забор из исходящей струи рециркулируемой части воздуха, пропускание его через непогашенные выработки и смешение со свежим воздухом. Перед подачей рециркулируемой части воздуха в непогашенные выработки производят его очистку от взвешенных частиц непосредственно в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи в месте сопряжения его с каналом для забора рециркулируемой части воздуха, для чего входное отверстие канала для забора рециркулируемой части воздуха перекрывают выпуклой перемычкой, содержащей фильтрующие элементы, лобовая часть которых является частью ограждающей поверхности выпуклой перемычки со стороны подхода к ней исходящей вентиляционной струи. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Рециркуляционный способ проветривания горных выработок, включающий забор из исходящей вентиляционной струи рециркулируемой части воздуха, пропускание его через непогашенные горные выработки и смешение со свежим воздухом, отличающийся тем, что перед подачей рециркулируемой части воздуха в непогашенные горные выработки производят его очистку от взвешенных частиц непосредственно в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи в месте сопряжения его с каналом для забора рециркулируемой части воздуха, для чего входное отверстие канала для забора рециркулируемой части воздуха перекрывают выпуклой перемычкой, содержащей фильтрующие элементы, лобовая поверхность которых является частью ограждающей поверхности выпуклой перемычки со стороны подхода к ней исходящей вентиляционной струи. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рециркулируемую часть воздуха перед выпуском в непогашенные горные выработки пропускают через слой дробленых горных пород. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выпуклой перемычке придают плавную волнообразную форму и размещают с перекрытием относительно входного отверстия канала для забора рециркулируемой части воздуха. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что поверхность канала для транспортирования исходящей вентиляционной струи на участке размещения выпуклой перемычки покрывают слоем антифрикционного непылящего под действием струи воздуха материала. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что в канале для транспортирования исходящей вентиляционной струи перед выпуклой перемычкой устанавливают вентилятор-эжектор, при этом расстояние от выходного отверстия вентилятора-эжектора до наиболее выступающей части выпуклой перемычки принимают не более длины участка, соответствующего полному раскрытию струи, выходящей из вентилятора-эжектора. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что скорость движения исходящей струи воздуха по каналу до места установки вентилятора-эжектора поддерживают на уровне, не превышающем критическую скорость воздуха, обуславливающую сдув пыли с ограждающих поверхностей канала. 7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что при поступлении на очистку влажного воздуха слой дробленых горных пород нагревают до температуры, исключающей образование на поверхностях дробленых горных пород пленочной влаги.