Способ вентиляции карьеров Российский патент 2024 года по МПК E21F1/08 F24F13/02 

Техническое решение относится к горной промышленности и может быть использовано при искусственной вентиляции глубоких карьеров.

Известен способ вентиляции глубоких карьеров (патент RU 2581644 С1 МПК⁷ Е 21 F 1/00), заключающийся в возведении магистрального вентиляционного канала, связывающего выработанное пространство карьера с окружающей атмосферой, прокладку к застойным зонам карьера дополнительных вентиляционных каналов, соединенных с магистральным каналом, создание воздушного потока в магистральном канале за счет источника принудительной или естественной тяги и управление аэродинамическими параметрами вентиляционных потоков в каналах, которое осуществляют путем регулирования величин тепловой депрессии дополнительных вентиляционных каналов, создаваемой нагревательными элементами, за счет изменения мощности теплоотдачи нагревательных элементов и высоты их установки в дополнительных вентиляционных каналах в соответствии с относительной загрязненностью проветриваемых застойных зон.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются: возведении вентиляционного канала, создание воздушного потока в канале за счет источника тяги, регулирования величин тепловой депрессии, создаваемой нагревательным элементом.

Недостатком данного способа является то, что нагревательные элементы находятся на бортах карьеров. Туда необходимо прокладывать электрические кабели, позволяющие обеспечить электропитанием нагревательные элементы большой мощности. Причем, с увеличением глубины карьера, приходится наращивать эти кабели. Нагревательные элементы мощностью в несколько сотен кВт, обычно, являются высоковольтными установками, а высоковольтные кабели имеют высокую стоимость, и они требуют периодического обслуживания. В теплый период года подогрев подаваемого в карьер воздуха не производят и нагревательные элементы не используют, но так как глубина карьера и в это время увеличивается, то кабели приходится наращивать. Поэтому недостатком рассмотренного способа являются значительные материальные затраты, связанные с большим количеством нагревательных элементов и их обслуживанием.

Известен способ искусственной вентиляции глубоких карьеров (RU 2172839 С1 МПК⁷ Е 21 F 1/00), включающий создание в карьерном пространстве вентиляционного потока направленным действием установок, генерирующих свободные турбулентные струи, управление потоком и поддержание необходимой для выноса загрязненного воздуха за пределы карьера дальнобойности воздуховыдающей струи, причем скорость и направление вентиляционного потока регулируют с помощью размещенных в воздушном пространстве карьера плавучих надувных заграждений, удерживаемых и управляемых с земли тросами посредством передвижных лебедок, а необходимую дальнобойность воздуховыдающей струи поддерживают созданием восходящего конвективного потока воздуха от нагреваемой поверхности надувного заграждения.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются: создание в карьерном пространстве вентиляционного потока и управление им,

Недостатком данного способа является то, что вентиляционная установка, создающая наклонную вентиляционную струю, должна обеспечивать дальность этой струи в несколько сотен метров. На расстоянии 200–250 м от вентиляционной установки воздушный поток затухнет и его импульс (количество движения) будет равен нулю. Это означает, что либо нужно ниже на борту карьера ставить еще одну вентиляционную установку (как это делается в автомобильных тоннелях), либо следует ограничить применение этого способа не глубокими карьерами. Кроме того, на надувное ограждение будут попадать атмосферные осадки, которые будут изменять положение надувного ограждения в пространстве, искажая поле скоростей воздушного потока и ухудшая эффективность проветривания.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ вентиляции железнодорожных тоннелей, описанный в статье А.М. Красюка, И.В. Лугина, О.А. Куликовой «О применении двухконтурного турбореактивного двигателя для обеспечения теплового режима железнодорожных тоннелей в суровых климатических условиях» //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2018. № 2. С. 103-110.

Это техническое решение используют для подачи теплого воздуха в железнодорожный тоннель в холодный период года. Суть технического решения заключается в подаче воздуха в тоннель с помощью двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД), который размещают вне тоннеля, с присоединенным к ТРД вентиляционным каналом, связывающим пространство тоннеля с холодным контуром ТРД, и размещенным внутри вентиляционного канала теплообменником, связывающим горячий контур ТРД с атмосферой. В теплый период года ТРД не используют, а тоннель проветривают штатной системой тоннельной вентиляции.

Общими признаками с предлагаемым способом являются следующие: подача воздуха в выработанное пространство с помощью двухконтурного ТРД, который размещают на дневной поверхности, с присоединенным к нему вентиляционным каналом, связывающим выработанное пространство карьера с холодным контуром двухконтурного ТРД, при этом через трубопровод, размещенный внутри вентиляционного канала и связывающий горячий контур двухконтурного ТРД с атмосферой и вентиляционным каналом, подают нагретую газовоздушную смесь.

Недостатком этого способа является то, что в нем не предусмотрено регулирование температуры подаваемого в карьер теплого воздуха, т.к. установка работает в импульсном (периодическом) режиме. Кроме того, не предусмотрена работа установки в теплое время года. А карьер необходимо проветривать как в холодное, так и в теплое время года. Причем, в теплое время не нужно подавать в карьер подогретый воздух. Таким образом, это техническое решение нельзя эффективно использовать для вентиляции карьеров как в теплое, так и в холодное время года.

Проблемой предлагаемого способа является расширение области его применения за счет управления температурой подаваемого в карьер воздуха в холодное время года и подачи не подогретого воздуха в теплый период года.

Проблема решается тем, что в способе вентиляции карьеров, включающем подачу воздуха в выработанное пространство с помощью двухконтурного ТРД, который размещают на дневной поверхности, с присоединенным к нему вентиляционным каналом, связывающим выработанное пространство карьера с холодным контуром двухконтурного ТРД, при этом через трубопровод, размещенный внутри вентиляционного канала и связывающий горячий контур двухконтурного ТРД с атмосферой и вентиляционным каналом, подают нагретую газовоздушную смесь, согласно техническому решению управляют температурой воздушного потока, подаваемого в выработанное пространство карьера, для чего изменяют проходные сечения клапана, установленного за пределами трубопровода в месте смешивания воздушных потоков горячего и холодного контуров и соединяющего вентиляционный канал с атмосферой, и патрубка, соединяющего трубопровод с атмосферой, изменяя степень открытия заслонки, установленной в трубопроводе после патрубка, при этом в теплый период года перекрывают трубопровод с помощью заслонки, при этом выпускают воздушный поток горячего контура из трубопровода через его патрубок в атмосферу.

Таким образом в холодный период года, изменяя проходное сечение патрубка, изменяют количество нагретой газовоздушной смеси, подаваемой в вентиляционный канал, а изменяя проходное сечение клапана, изменяют количество подаваемого в вентиляционный канал холодного атмосферного воздуха. Это позволяет поддерживать требуемую температуру воздуха, подаваемого в выработанное пространство карьера. В теплый период года, перекрывают трубопровод, при этом выпускают воздушный поток горячего контура из трубопровода через его патрубок в атмосферу. Не нагретый воздух подают в выработанное пространство карьера.

Сущность технического решения поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, на которых показаны: на фиг. 1 – общий вид устройства тепловентиляционной установки в продольном разрезе, на фиг. 2 – схема вентиляции карьера. Двухконтурный ТРД 1 имеет холодный контур 2 и горячий контур 3. К холодному контуру 2 присоединен вентиляционный канал 4, а к горячему контуру 3 – трубопровод 5, размещенный внутри вентиляционного канала 4. К трубопроводу 5 присоединен патрубок 6, соединяющий его с атмосферой. В трубопроводе 5 имеется заслонка 7, которая может перекрывать сечения трубопровода 5 и патрубка 6. При этом заслонка 7 установлена в трубопроводе 5 после патрубка 6, так как в противном случае повышенная турбулентность газовоздушной смеси за заслонкой 7 усложнит процесс отведения газовоздушной смеси в атмосферу. В вентиляционном канале 4 имеется клапан 8, установленный за пределами трубопровода 5 в месте смешивания воздушных потоков горячего и холодного контуров, соединяющий его с атмосферой.

Способ реализуют следующим образом. Включают двухконтурный ТРД 1 (фиг. 1). В качестве топлива используют сжиженный углеводород. В холодное время года воздух, двигающийся по холодному контуру 2, а затем по вентиляционному каналу 4, и нагретую газовоздушную смесь, двигающуюся по горячему контуру 3, а затем по трубопроводу 5, смешивают в вентиляционном канале 4 за трубопроводом 5. Эту смесь подают по вентиляционному каналу 4 в выработанное пространство карьера (фиг. 2). Далее, вследствие стратификации температуры воздуха в карьере, теплый воздух движется вверх, увлекая за собой загрязненный воздух карьера. Температуру воздуха, подаваемого по вентиляционному каналу 4, регулируют изменением проходных сечений клапана 8 и патрубка 6. Изменяя степень открытия патрубка 6 заслонкой 7, изменяют количество нагретой газовоздушной смеси, подаваемой в вентиляционный канал 4 из трубопровода 5, тем самым изменяют температуру воздуха, подаваемого в выработанное пространство. При этом часть газовоздушной смеси уходит в атмосферу через патрубок 6 и общее количество газовоздушной смеси, подаваемой в выработанное пространство, уменьшается. При открывании клапана 8, вследствие инжекционного эффекта, в вентиляционный канал 4 всасывается холодный атмосферный воздух. Изменяя степень открытия клапана 8, изменяют температуру воздуха, подаваемого в выработанное пространство, и увеличивают количество газовоздушной смеси в вентиляционном канале 4, т.е. компенсируют потери газовоздушной смеси, удаленной в атмосферу через патрубок 6.

В теплое время года заслонкой 7 перекрывают сечение трубопровода 5. Нагретую газовоздушную смесь отводят из трубопровода 5 в атмосферу через патрубок 6. Воздух, двигающийся по холодному контуру 2, а затем по вентиляционному каналу 4, подают в карьер не подогретым, разбавляя запыленный воздух и вытесняя его из карьера на поверхность.

Изобретение относится к способу вентиляции карьеров. Техническим результатом является расширение области применения за счет управления температурой подаваемого в карьер воздуха в холодное время года и подачи не подогретого воздуха в теплый период года. Способ включает подачу воздуха в выработанное пространство с помощью двухконтурного турбореактивного двигателя, который размещают на дневной поверхности, с присоединенным к нему вентиляционным каналом, связывающим выработанное пространство карьера с холодным контуром двухконтурного турбореактивного двигателя. Через трубопровод, размещенный внутри вентиляционного канала и связывающий горячий контур двухконтурного турбореактивного двигателя с атмосферой и вентиляционным каналом, подают нагретую газовоздушную смесь. Управляют температурой воздушного потока, подаваемого в выработанное пространство карьера, для чего изменяют проходные сечения клапана, установленного за пределами трубопровода в месте смешивания воздушных потоков горячего и холодного контуров и соединяющего вентиляционный канал с атмосферой, и патрубка, соединяющего трубопровод с атмосферой, изменяя степень открытия заслонки, установленной в трубопроводе после патрубка. В теплый период года перекрывают трубопровод с помощью заслонки. Выпускают воздушный поток горячего контура из трубопровода через его патрубок в атмосферу. 2 ил.

Способ вентиляции карьеров, включающий подачу воздуха в выработанное пространство с помощью двухконтурного турбореактивного двигателя, который размещают на дневной поверхности, с присоединенным к нему вентиляционным каналом, связывающим выработанное пространство карьера с холодным контуром двухконтурного турбореактивного двигателя, при этом через трубопровод, размещенный внутри вентиляционного канала и связывающий горячий контур двухконтурного турбореактивного двигателя с атмосферой и вентиляционным каналом, подают нагретую газовоздушную смесь, отличающийся тем, что управляют температурой воздушного потока, подаваемого в выработанное пространство карьера, для чего изменяют проходные сечения клапана, установленного за пределами трубопровода в месте смешивания воздушных потоков горячего и холодного контуров и соединяющего вентиляционный канал с атмосферой, и патрубка, соединяющего трубопровод с атмосферой, изменяя степень открытия заслонки, установленной в трубопроводе после патрубка, при этом в теплый период года перекрывают трубопровод с помощью заслонки, при этом выпускают воздушный поток горячего контура из трубопровода через его патрубок в атмосферу.