Способ и устройство кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом Российский патент 2024 года по МПК E21F3/00 F24F13/08 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к средствам кондиционирования воздуха, и может быть использовано для нормализации температуры воздуха в длинных очистных забоях на большой глубине.

В качестве аналога принят способ кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом [патент РФ №2605240, МПК E21F 3/00, опубл. 20.12.2016, бюл. №35]. Способ основан на кондиционировании воздуха в лавах путем непосредственного охлаждения воздуха в воздухоподающей выработке с помощью теплообменных аппаратов. При этом охлаждение оборудования ведут за счет параллельной подачи теплоносителя от холодильной машины для охлаждения технологической среды, а отвод тепловыделений осуществляют с помощью холодильной машины и теплообменника для сброса тепла, который содержит два или более теплообменников для параллельного охлаждения воздуха и технологической среды, один из которых предназначен для охлаждения воздуха, а другой для охлаждения технологической среды, путем параллельной подачи теплоносителя в указанные теплообменники.

Недостатком способа является низкая эффективность охлаждения воздуха и невозможность непосредственного охлаждения технологических сред забойного оборудования.

В качестве прототипа принят способ кондиционирования воздуха в горных выработках [патент РФ №2611770, МПК E21F 3/00, опубл. 01.03.2017, бюл. №7], применяемый при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. Согласно данному способу в выработке последовательно устанавливают на тележках и соединяют между собой холодильную машину, агрегат подачи нагретого воздуха и воздухоохладитель. При этом агрегат подачи нагретого воздуха соединяют с воздухоохладителем, а холодильную машину подключают посредством трубопроводов к теплообменным аппаратам воздухоохладителя и посредством трубопровода к подземному техническому трубопроводу подачи хладоносителя - пожарному трубопроводу. Причем в воздухоохладителе осуществляют теплообмен рудничного воздуха с охлажденным хладоносителем, который нагретым затем подают в холодильную машину, которая передает избыточные тепловыделения хладоносителю из технического трубопровода.

Недостатками способа являются низкая эффективность охлаждения воздуха, сложность технической реализации при обеспечении непосредственного охлаждения технологических охлаждающих средств забойного оборудования.

Задачей изобретения является разработка способа и устройства, позволяющих повысить эффективность кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых длинными очистными забоями.

Технический результат заключается в повышении эффективности кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в воздухоподающей выработке используют воздух, подаваемый компрессором по трубопроводу с поверхности шахты в аппараты вихревых труб, с помощью которых осуществляют разделение на охлажденную часть потока для подачи в вентиляционную струю воздухоподающей выработки и горячую часть воздушного потока, поступающей также в вентиляционную струю воздухоподающей выработки, после охлаждения в теплообменнике, использующего проточную воду внутришахтного пожарного става. При этом наиболее охлажденный воздух в аппаратах вихревых труб может использоваться для непосредственного охлаждения корпусов электропривода скребкового конвейера в начале лавы и электрооборудования, расположенного в воздухоподающем штреке.

На фиг. изображена схема реализации способа и устройства кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом.

Устройство кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом состоит из агрегата подачи сжатого воздуха 1, расположенного на поверхности горного предприятия и выполненного, например, в виде компрессора, технологического трубопровода для подачи сжатого воздуха 2, шибера 3, вентиляционного трубопровода 4, регуляторов подачи воздуха 5, 6, 7, 8, аппаратов вихревых труб 9, 10, 11, 12, каждый из которых выполнен комплектом труб, количество и геометрические параметры которых определены расчетным путем, теплоизолированного воздуховода 13, теплообменника 14, контура труб с решетками с охладителем в виде проточной воды 15, противопожарного става 16, насоса 17, наземного резервуара 18, регулятора расхода воды 19, блока управления теплообменника (БУТ) 20, блока автоматизированного управления кондиционирования (БАУК) 21, термочувствительных элементов 22, 23, 24, 25, 26. Устройство кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом размещают в вентиляционном штреке для охлаждения электрооборудования 27, расположенного в вентиляционном штреке, электрического привода 28 скребкового конвейера 29, расположенных в лаве. Агрегат подачи сжатого воздуха 1 соединен со входом технологического трубопровода для подачи сжатого воздуха 2, выход которого соединен через шибер 3 со входом вентиляционного трубопровода 4. Выходы вентиляционного трубопровода 4 соединены через регуляторы подачи воздуха 5, 6, 7, 8 с аппаратами вихревых труб 9, 10, 11, 12 соответственно. Выходы каждого аппарата вихревых труб 9, 10, 11, 12 соединены с отдельными входами теплоизолированного воздуховода 13, который соединен с теплообменником 14, в котором установлен контур труб с решетками с охладителем в виде проточной воды 15, расположенный в противопожарном ставе 16. Выход противопожарного става 16 соединен с наземным резервуаром 18. Внутри противопожарного става 16 установлены регулятор расхода воды 19 и насос 17. БУТ 20 соединен с регулятором расхода воды 19, с БАУК 21, с термочувствительным элементом 22, установленном в теплообменнике 14. БАУК 21 соединен с шибером 3, с регуляторами подачи воздуха 5, 6, 7, 8, с термочувствительными элементами 23, 24, 25, 26, установленными в аппаратах вихревых труб 9, 10, 11, 12. Для охлаждения электрооборудования 27, напротив него располагают аппарат вихревых труб 9. Для охлаждения электрического привода 28 напротив него располагают аппарат вихревых труб 12. Электрический привод скребкового конвейера 28 соединен со скребковым конвейером 29.

Способ кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом с помощью описанного выше устройства осуществляют следующим образом.

Исходя из общей концепции проветривания горных выработок, в шахтный воздух, подаваемый вентилятором главного проветривания в лаву за счет общешахтной депрессии, подают воздух от агрегата подачи сжатого воздуха 1, расположенного на поверхности горного предприятия, поскольку при работе в подземных горных выработках его работа будет невозможна ввиду высокой запыленности шахтного воздуха. Воздух из внешней окружающей среды сжимают и направляют по технологическому трубопроводу для подачи сжатого воздуха 2 в вентиляционный трубопровод 4. При этом расход воздуха регулируют посредством шибера 3, управление которым осуществляют с помощью БАУК 21. Сжатый воздух из вентиляционного трубопровода 4 через регуляторы подачи воздуха 5, 6, 7, 8 направляют в аппараты вихревых труб 9, 10, 11, 12 соответственно. Рациональные параметры работы аппаратов вихревых труб 9, 10, 11, 12 обеспечивают за счет работы БАУК 21, соединенного с термочувствительными элементами 23, 24, 25, 26, установленными в аппаратах вихревых труб 9, 10, 11, 12 соответственно, с регуляторами подачи воздуха 5, 6, 7, 8, с шибером 3, с БУТ 20. При этом в результате эффекта Ранка-Хилша в аппаратах вихревых труб 9, 10, 11, 12 поступающий воздух разделяют на горячий и холодный потоки. Холодный поток воздуха направляют непосредственно в вентиляционный штрек шахтного воздуха перед поступлением его в лаву, снижая, таким образом, общую температуру среды и охлаждая эксплуатируемое электрооборудование 27, в том числе электрический привод 28 скребкового конвейера 29. Горячий поток воздуха направляют по теплоизолированному воздуховоду 13 в теплообменник 14, в котором установлен контур труб с решетками с охладителем в виде проточной воды 15, расположенный в противопожарном ставе 16. Охлажденный в теплообменнике 14 воздух направляют в вентиляционный штрек перед поступлением его в лаву, а нагретую воду в контуре труб с решетками с охладителем в виде проточной воды 15 направляют по трубопроводу противопожарного става 16 с помощью насоса 17 в наземный резервуар 18. После естественного охлаждения, воду из наземного резервуара 18 снова направляют по трубопроводу противопожарного става 16 в контур труб с решетками с охладителем в виде проточной воды 15 для отбора тепла из теплообменника 14. Регулирование температуры воздуха, выходящего из теплообменника 14, осуществляют за счет работы БУТ 20, соединенного с регулятором расхода воды 19 и термочувствительным элементом 22, расположенным на теплообменнике 14. Работу предлагаемого устройства осуществляют на основании расчетных значений температуры и расходов воздуха, в результате смешения потоков шахтного воздуха, воздуха из блока вихревых труб и воздуха из теплообменника, обеспечивая требуемое положением по технике безопасности значение температуры воздуха.

Таким образом, применение предложенных способа и устройства кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом позволяет повысить эффективность кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых длинными очистными забоями.

Группа изобретений относится к способу и устройству кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом. Техническим результатом является повышение эффективности кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добычи полезных ископаемых подземным способом. Сущность предложенных способа и устройства заключается в том, что в воздухоподающей выработке используют воздух, подаваемый компрессором по трубопроводу с поверхности шахты в аппарат вихревых труб, с помощью которого осуществляют разделение на охлажденную часть потока для подачи в вентиляционную струю воздухоподающей выработки и горячую часть воздушного потока, поступающей также в вентиляционную струю воздухоподающей выработки, после охлаждения в теплообменнике, использующего проточную воду внутришахтного пожарного става. Наиболее охлажденный воздух в аппаратах вихревых труб может использоваться для непосредственного охлаждения корпусов электропривода скребкового конвейера в начале лавы и электрооборудования, расположенного в воздухоподающем штреке. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом, включающий охлаждение воздуха в воздухоподающей выработке с помощью теплообменных аппаратов, отличающийся тем, что используют воздух из внешней окружающей среды, который с помощью агрегата подачи сжатого воздуха сжимают и направляют по технологическому трубопроводу для подачи сжатого воздуха в вентиляционный трубопровод, при этом расход воздуха регулируют посредством шибера, сжатый воздух из вентиляционного трубопровода через регуляторы подачи воздуха направляют в аппараты вихревых труб, с помощью которых поступающий воздух разделяют на горячий и холодный потоки, холодный поток воздуха направляют непосредственно в вентиляционный штрек шахтного воздуха перед поступлением его в лаву, снижая таким образом общую температуру среды и охлаждая эксплуатируемое электрооборудование, горячий поток воздуха направляют по теплоизолированному воздуховоду в теплообменник с установленным контуром труб с решетками с охладителем в виде проточной воды, охлажденный в теплообменнике воздух направляют в вентиляционный штрек перед поступлением его в лаву, а нагретую воду в контуре труб с решетками с охладителем в виде проточной воды направляют по трубопроводу противопожарного става с помощью насоса в наземный резервуар, после естественного охлаждения воду из наземного резервуара снова направляют по трубопроводу противопожарного става в теплообменник, регулирование температуры воздуха на выходе из теплообменника осуществляют с помощью блока управления теплообменником, соединенного с регулятором расхода воды и термочувствительным элементом, расположенным на теплообменнике, управление шибером, регуляторами подачи воздуха, контролирование температуры аппаратов вихревых труб осуществляют с помощью блока автоматизированного управления кондиционирования, соединенного с термочувствительными элементами, установленными на аппаратах вихревых труб, и с блоком управления теплообменником.

2. Устройство кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых подземным способом, содержащее агрегат подачи воздуха, трубопровод, теплообменные аппараты, отличающееся тем, что агрегат подачи воздуха выполнен в виде агрегата подачи сжатого воздуха, расположенного на поверхности горного предприятия, трубопровод выполнен в виде технологического трубопровода для подачи сжатого воздуха, теплообменные аппараты выполнены в виде аппаратов вихревых труб и теплообменника с контуром труб с решетками с охладителем в виде проточной воды, кроме того дополнительно введены шибер, вентиляционный трубопровод, регуляторы подачи воздуха, теплоизолированный воздуховод, противопожарный став, насос, наземный резервуар, регулятор расхода воды, блок управления теплообменником, блок автоматизированного управления кондиционированием, термочувствительные элементы, при этом агрегат подачи сжатого воздуха соединен с входом технологического трубопровода для подачи сжатого воздуха, выход которого соединен через шибер со входом вентиляционного трубопровода, выходы которого соединены через регуляторы подачи воздуха с аппаратами вихревых труб, выходы аппаратов вихревых труб соединены с отдельными входами теплоизолированного воздуховода, соединенного с теплообменником, в котором установлен контур труб с решетками с охладителем в виде проточной воды, расположенный в противопожарном ставе, выход противопожарного става соединен с наземным резервуаром, внутри противопожарного става установлены регулятор расхода воды и насос, блок управления теплообменником соединен с регулятором расхода воды, с блоком автоматизированного управления кондиционирования и с термочувствительным элементом, установленным в теплообменнике, блок автоматизированного управления кондиционированием соединен с шибером, с регуляторами подачи воздуха и с термочувствительными элементами, установленными в аппаратах вихревых труб.