Автоматическая система пылеподавления горных выработок Российский патент 2025 года по МПК E21F5/04 B01D25/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначена для подавления пыли, образующейся при дроблении горной массы на предприятиях угольной, горно-металлургической строительной и других отраслей промышленности.

В уровне техники горной добычи широко применяется подавление пыли путем распыления воды. При этом создается мелкодисперсный водяной туман, частицы которого находятся в воздушной среде выработки во взвешенном состоянии, притягивая к себе частицы пыли и осаждаясь под их тяжестью.

Создание водяного тумана производится с помощью систем туманообразования, включающих форсунки для пылеподавления, соединенные с каналами подвода воды. В данных системах применяются как однофазные туманообразующие форсунки, требующие подачу водной среды, так и двухфазные, для работы которых необходима также подача сжатого воздуха (см., например, https://promforsunki.ru/fog-nozzles). Недостатком данных систем является отсутствие возможности очистки воды. При этом качество туманообразования напрямую зависит от чистоты водной среды, поскольку наличие частиц тяжелых и крупнодисперсных примесей в каплях тумана влияет на их величину и вес и приводит к их быстрому осаждению, при этом функция очистки от пыли не выполняется.

Технический результат изобретения заключается в создании надежного, долговечного и технологичного устройства, позволяющего улучшить качество пылеподавления в горных выработках, в том числе опасных по газу и пыли.

Технический результат достигается тем, что к каналам подачи водной среды подключен фильтр с обратной промывкой, включающий входной узел, содержащий канал ввода очищаемой жидкости, соединенный с фильтровальной камерой, в которой установлен фильтрующий элемент, соединенной с выходным узлом, содержащим канал вывода очищенной жидкости; фильтр оснащен, по меньшей мере, еще одной дополнительной фильтровальной камерой, также соединенной с входным и выходным узлами, при этом входные части фильтровальных камер выполнены с возможностью соединения как с каналом ввода очищаемой жидкости, так и с каналом вывода загрязненной жидкости, при этом между фильтром с обратной промывкой и форсунками установлена инжекторная установка, включающая камеру управления, выполненную герметичной и разделенную на две части гибкой мембраной, корпус со встроенным механизмом управления, состоящим из пружины сжатия и гидрораспределителя, механически связанного с гибкой мембраной в камере управления, обратный клапан, установленный на свободный конец рукава всасывания поверхностно-активных веществ - ПАВ и выполненный с возможностью опускания в емкость с ПАВ, трубопровод подачи ПАВ, трубопровод подачи воды в камеру управления, трубопровод разгрузки камеры управления, при этом трубопроводы установлены на внешней стороне корпуса инжекторной установки, патрубок для подключения рукава всасывания ПАВ из емкости для их хранения, патрубок для подключения рукава с готовой эмульсией, установленные на внешней стороне корпуса инжекторной установки, а также кран для создания рабочего перепада давления и патрубок для подключения рукава подачи воды, установленные на противоположном конце корпуса инжекторной установки от камеры управления.

Достижению технического результата способствуют также оснащение устройства взрывозащищенным электрогидроклапаном.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана принципиальная схема автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления с применением ПАВ, на фиг. 2 показана принципиальная схема автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления с применением электрогидроклапана и реле давления. На фиг. 3 показана принципиальная схема автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием двухфазного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления с применением с применением ПАВ. На фиг. 4 показан общий вид фильтра с обратной промывкой в аксонометрической проекции. На фиг. 5 показан вид фильтра с обратной промывкой спереди, стрелками на фиг. 5 показаны направления движения жидкости в режиме фильтрации. На фиг. 6 показан вид фильтра с обратной промывкой спереди, стрелками показаны направления движения жидкости при работе правой фильтровальной камеры в режиме очистки. На фиг. 7 показан общий вид электрогидроклапана взрывозащищенного в разрезе. На фиг. 8 показан общий вид инжекторной установки для подачи ПАВ. На фиг. 9 показан вид инжекторной установки в аксонометрической проекции, стрелками указаны общие направления потоков воды и ПАВ в процессе работы. На фиг. 10 показаны различные варианты схем блоков распылительных форсунок.

На чертеже позициями показаны:

1 - трубопровод воды

2 - электрогидроклапан взрывозащищенный

3, 3.1, 3.2, 3.3 - манометры

4 - фильтр с обратной промывкой

5 - регулятор расхода

6 - инжекторная установка

7 - емкость с ПАВ

8 - рукава высокого давления

9 - блоки распылительных форсунок

10 - входной узел фильтра

11 - канал ввода очищаемой жидкости в фильтр

12 - фильтровальные камеры

13 - выходной узел фильтра

14 - канал вывода очищенной жидкости из фильтра

15 - каналы выхода обратной промывки фильтра

16 - манометры фильтра

17 - соединительные стержни фильтра

18 - ручки поворота шаровых кранов фильтра

19 - высоконапорный кран

20 - трубопровод сжатого воздуха

21 - условное обозначение системы оборудования водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления с применением ПАВ

22 - электромагнитная катушка электрогидроклапана

23 - якорь сердечника электрогидроклапана

24 - форсунка электрогидроклапана

25 - поршень электрогидроклапана

26 - седло электрогидроклапана

27 - пружина электрогидроклапана

28 - камера управления инжекторной установкой

29 - корпус инжекторной установки

30 - обратный клапан инжекторной установки

31 - трубопровод подачи ПАВ

32 - трубопровод подачи воды в камеру управления инжекторной установкой

33 - трубопровод разгрузки камеры управления инжекторной установкой

34 - патрубок для подключения рукава всасывания ПАВ

35 - патрубок для подключения рукава с готовой эмульсией

36 - кран создания рабочего перепада давления инжекторной установки

37 - патрубок для подключения рукава подачи воды к инжеторной установке

38 - система автоматического управления ГШО (конвейер, комбайн и др.)

39 - контроллер системы АГК Шахты

40 - аналоговый сигнал

41 - пульт диспетчера шахты

42 - горная выработка.

Заявляемая автоматическая система пылеподавления горных выработок в преимущественном варианте исполнения включает следующие основные узлы. Электрогидроклапан взрывозащищенный 2 (в зависимости от условий эксплуатации может быть заменен на высоконапорный кран), соединяемый с общешахтовым пожарно-оросительным трубопроводом 1, манометры 3, 3.1, 3.2, 3.3 (могут быть заменены на реле давления взрывозащищенные), фильтр с обратной промывкой 4, регулирующий вентиль 5, инжекторная установка 6 для впрыска поверхностно-активных веществ (ПАВ), емкость с ПАВ, рукава высокого давления 8, соединяющие узлы устройства, блоки распылительных форсунок 9.

Автоматическая система пылеподавления горных выработок включает в себя оборудование блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления, снабженное блоками распылительных форсунок 9, работающее с возможностью применения поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые повышают смачиваемость и эффективность связывания пыли, снижают расход воды при увлажнении и орошении или так называемые шахтные смачиватели, основная роль которых заключается в снижении поверхностного натяжения на границе фаз «жидкость - твердое тело».

В автоматической системе пылеподавления горных выработок может быть применено оборудование водного или двухфазного (водной и воздушной сред) блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления.

Схема блоков распылительных форсунок 9 может иметь различные варианты (показаны на фиг.9). Буквами на фиг. 9 обозначены следующие варианты.

а) Двусторонний водяной

б) Трехсторонний водяной

в) Четырехсторонний водяной

г) Двухсторонний спаренный двухфазный

д) Трехсторонний спаренный двухфазный

е) Четырехсторонний спаренный двухфазный.

Конструкция оборудования блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления отличается простотой конструкции и собирается на быстроразъемных соединениях. Изменением длины плеча интегрируется под любые виды форсунок для покрытия необходимого пространства выработки. Конструкция предусматривает равномерное распределение расхода и давления, сокращение потерь в точках распределения мелкодисперсной струи, исходя из параметров центральной подачи смеси на блочно-гнездовой распылитель.

В составе оборудования блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления в качестве рекомендуемых используются аксиальные форсунки с факелом распыла «полый конус», двухфазные форсунки мелкодисперсного и автоматического распыления, пневматические форсунки с факелом распыла «полый конус», а также другие типы форсунок в зависимости от фактических условий эксплуатации. Тип и производительность форсунок, входящих в состав оборудования блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления подбираются индивидуально с учетом требуемого расхода, производительности давления воды в водоводе, к которому подключается автоматическая система пылеподавления горных выработок.

Принципиальная схема автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления с применением электрогидроклапана и реле давления показана на фиг. 2. Порядок работы автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления следующий. На отвод магистрального шахтного пожарно-оросительного трубопровода 1 (или участковой линии пожарно-оросительного трубопровода) устанавливается высоконапроный кран 2 для возможности отключения (при необходимости) подачи воды в автоматическую систему пылеподавления горных выработок. Через рукава высокого давления 8 к крану 2 подключается фильтр с обратной промывкой 4.

После открытия крана 2 вода поступает по рукаву 8 в фильтр с обратной промывкой 4 (или блок установленных последовательно либо параллельно, в зависимости от требований к производительности и качеству очистки, фильтров с обратной промывкой 4), где очищается от примесей, а затем поступает в регулятор расхода 5 (регулирующий вентиль), после чего поступает по рукавам 8 в инжекторную установку 6, которая обеспечивает дозированную добавку в воду присадки с ПАВ. Далее полученная эмульсия поступает по рукавам 8 к блокам распылительных форсунок 9 (типа а, б или в, показанных на фиг. 9). Для контроля давления воды установлены приборы контроля - манометры 3, 3.1, 3.2, 3.3.

В блоках распылительных форсунок 9 происходит разбивание воды на капли, которые выталкиваются из сопла форсунок и распыляются в горную выработку. За счет движения воздуха по горной выработке капли перемещаются по горной выработке, где сталкиваются с частицами пыли, которые прилипают к каплям воды и осаждаются вместе с ними, либо, сталкиваясь с ними, теряют энергию движения и оседают на почву.

Принципиальная схема автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием двухфазного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления показана на фиг. 3. Схема ее работы аналогична схеме работы автоматической системы пылеподавления горных выработок с оборудованием водного блочно-гнездового мелкодисперсного пылеподавления. В блоки распылительных форсунок 9 (тип г, д или е, показанные на фиг. 9) дополнительно подается очищенный сжатый воздух из шахтного трубопровода 20, через высоконапорный кран 19, фильтр с обратной промывкой 4 и регулятор расхода 5. Для контроля давления сжатого воздуха установлены приборы контроля - манометры 3, 3.1, 3.2.

Распыление жидкости с помощью пневматических форсунок происходит при одновременной подаче в смесительную камеру двухфазной форсунки (атомайзера) сжатого воздуха и жидкости под давлением, в результате динамического взаимодействия жидкости с потоком воздуха.

Входящий в состав автоматической системы пылеподавления горных выработок фильтр с обратной промывкой 4 в преимущественном варианте исполнения имеет следующие особенности конструкции.

Фильтр состоит из входного узла 10, содержащего канал ввода очищаемой жидкости 11, соединенного с фильтровальной камерой 12, в которой установлен фильтрующий элемент, соединенной с выходным узлом 13, содержащим канал вывода очищенной жидкости 14. При этом фильтр оснащен, по меньшей мере, еще одной дополнительной фильтровальной камерой 12, также соединенной с входным 10 и выходным 13 узлами, а входные части фильтровальных камер выполнены с возможностью соединения как с каналом ввода очищаемой жидкости, так и с каналом вывода загрязненной жидкости.

В преимущественном варианте исполнения фильтр также может иметь нижеперечисленные отличительные признаки.

- каналы выхода обратной промывки 15 могут быть выполнены во входном узле 10;

- во входном 10 и выходном 13 узлах могут быть установлены манометры 16;

- во входном узле 10 могут быть установлены шаровые краны с L-образными отверстиями, обеспечивающие возможность попеременного соединения фильтровальных камер 12 с каналом ввода очищаемой жидкости 11 либо с каналами выхода обратной промывки 15;

- фильтр может быть оснащен электроприводом шаровых кранов, контролируемым автоматически посредством блока электронного управления;

- блок электронного управления может иметь режимы срабатывания как в зависимости от временных интервалов, так и в зависимости от разности показаний манометров.

Фильтр работает следующим образом. Очищаемая жидкость подается под давлением по каналу ввода очищаемой жидкости 11 через входной узел 10 и L-образные отверстия шаровых кранов в полости фильтровальных камер 12, где очищается, проходя через фильтрующие элементы, и выходит из фильтра через канал вывода очищенной жидкости 14.

Оператор контролирует разность показаний манометров 16 и в случае необходимости очистки фильтрующих элементов переключает положения шаровых кранов посредством ручек поворота шаровых кранов 18.

На фигуре 6 стрелками показаны направления движения жидкости в полостях фильтра. На этой фигуре левая фильтровальная камера 12 работает в режиме фильтрования, шаровой кран соединяет ее с каналом ввода очищаемой жидкости 11, тогда как правая фильтровальная камера 12 работает в режиме очистки, шаровой кран соединяет ее с каналом выхода обратной промывки 15. Через канал выхода обратной промывки выводится жидкость с продуктами очистки фильтрующего элемента.

Функции оператора при работе фильтра с обратной промывкой могут выполняться автоматикой. В таком случае фильтр с обратной промывкой оснащается электроприводом шаровых кранов, контролируемым автоматически посредством блока электронного управления (на чертеже не показаны). При этом блок электронного управления может быть запрограммирован на срабатывание через определенные временные интервалы либо же разность показаний манометров 16, контролирующих давление очищаемой и очищенной жидкости достигает определенной величины.

Конструкция фильтра с обратной промывкой позволяет использовать при его производстве стандартизированные металлические (выполненные из нержавеющей стали и латуни) или полимерные изделия массового производства, а также унифицированные соединительные узлы. Это обеспечивает высокую технологичность производства данного узла и позволяет быстро проводить текущий ремонт и замену частей фильтра, исключая длительные простои.

Свободный доступ к фильтровальным камерам 12, соединяемым с входным 10 и выходным 13 узлами посредством резьбовых соединений, а также простая форма внутренних полостей фильтровальных камер позволяет подбирать фильтрующие элементы в зависимости от условий функционирования - скорости потока очищаемой жидкости, ее загрязненности, необходимой степени очистки, объема свободного пространства для установки фильтра. При этом может меняться высота и диаметр фильтровальных камер 12 и расположенных в них фильтрующих элементов. Это обеспечивает возможность настройки фильтра в широком диапазоне требований к очистке.

Соединительные стержни фильтра 17 обеспечивают жесткость конструкции, защиту от повреждений фильтровальных камер и надежное соединение узлов устройства. Их длина, форма и материал могут варьироваться в зависимости от необходимых условий эксплуатации и высоты фильтровальных камер 12.

Использование двух и более фильтровальных камер 12 позволяет создать защиту от остановки процесса фильтрации из-за выхода из строя какого-либо из фильтрующих элементов.

Надежная система самоочистки обеспечивает бесперебойность процесса фильтрации и отсутствие необходимости частого обслуживания. Фактическое перенаправление потока жидкости, когда канал подачи становится каналом отвода и наоборот, обеспечивает наиболее качественную очистку системы.

Исполнение фильтра с обратной промывкой в варианте с ручным управлением позволяет использовать его без подключения к электросети, при этом используется энергия рабочей среды, функционирование фильтра полностью обеспечивается давлением потока очищаемой жидкости.

Компактная конструкция и небольшие массогабаритные характеристики фильтра с обратной промывкой дает возможность включать в состав изобретения несколько фильтров с различными параметрами фильтровальных элементов, установленных параллельно или последовательно, что позволяет получить требуемое качество фильтрации.

Взрывозащищенный электрогидроклапан 2 является автоматически управляемым, нормально закрытым, мембранным клапаном, предназначенным для управления потоком жидкости, может работать в подземных выработках шахт опасных по угольной пыли и газу. Электромагнитный привод клапана имеет маркировку взрывозащиты I Ма с - для 12v, I Mb с - для 36v.

Данный тип клапана представляет собой запорный клапан с одним входом и одним выходом. В рабочем положении стержневая пружина давит, при поддержке давления создаваемое средой, на уплотнение седла клапана и закрывает проход. После включения электромагнита якорь с уплотнением притягивается к рабочей поверхности полюса магнита для открывания клапана и пропускает через клапан поток жидкости. После отключения электромагнита якорь возвращается в исходное положение и проток жидкости через клапан прекращается.

Принцип работы взрывозащищенного электрогидроклапана 2 следующий. Пока напряжение не подается на электромагнитную катушку 22, якорь сердечника 23 отпущен и закрывает форсунку 24. Давление на входе А (фиг. 6) клапана приложено через уравнительный В и соединительный Г каналы на заднюю сторону поршня 25. Входное давление приложено на поршень, таким образом, седло 26 клапана остается закрытым за счет силы входного давления на поршень и пружину 27.

При возбуждении магнитной катушки 22 якорь 23 поднимается и открывает форсунку электрогидроклапана 24. Давление в отсеке над поршнем 25 сбрасывается через канал Г, форсунку 24 и канал Д до уровня выходного давления Б. Сила, складываемая из давления на нижнюю плоскость поршня и входного давления, теперь преобладает и давит поршень вверх, открывая, таким образом, клапан. Так как сечение уравнительного канала В намного меньше канала Г и форсунки 24, то давление над поршнем 25 остается на уровне выходного. Таким образом, клапан будет открыт, пока поднят якорь 23. Данный принцип управления означает, что для правильной работы клапана давление на входе А должно превышать давление на выходе Б (приблизительно на 0,5 бар).

Инжекторная установка 6 предназначена для дозированного добавления присадок с ПАВ в воду и состоит из следующих частей. Камера управления 28, корпус со встроенным механизмом управления 29, обратный клапан 30, трубопровод подачи ПАВ 31, трубопровод подачи воды в камеру управления 32, трубопровод разгрузки камеры управления 33, патрубок для подключения рукава всасывания ПАВ из емкости для их хранения 34, патрубок для подключения рукава с готовой эмульсией 35, кран создания рабочего перепада давления 36, патрубок для подключения рукава подачи воды 37.

Камера управления 28 представляет собой герметичную емкость, разделенную на две части гибкой мембраной. Внутри корпуса 29 расположен механизм управления, состоящий из пружины сжатия и гидрораспределителя, механически связанного с гибкой мембраной в камере управления 28. Кроме того, инжекторная установка 33 комплектуется обратным клапаном 30, который устанавливается на свободный конец рукава всасывания ПАВ и опускается в емкость с ПАВ.

Принцип работы инжекторной установки 6 следующий. После подачи воды в патрубок 37 вода под давлением через трубопровод 32 попадает в камеру управления 28 и выгибает гибкую мембрану внутри нее. Мембрана, выгибаясь и преодолевая сопротивление пружины внутри корпуса 28, вытесняет присадку с ПАВ из полости камеры управления через трубопровод 31 и обратный клапан 30 в патрубок 35. Далее в рукавах происходит смешивания воды и присадки. После того, как мембрана выгнется на полный ход, гидрораспределитель, расположенный внутри корпуса 29, переключится, и вода через отверстие в нижней части корпуса 29 начнет вытекать из камеры управления 28, давление в камере управления 28 упадет, пружина, разжимаясь, создаст разряжение, и полость управления заполнится присадкой. При работе инжекторной установки 6 количество отработанной воды незначительно превышает количество присадки с ПАВ.

Благодаря использованию универсальных деталей и соединений любая часть предлагаемого изобретения может быть оперативно заменена на новую. Использование унифицированных соединений подводящего и отводящего трубопроводов позволяет легко включать устройство в технологическую схему предприятия, а его небольшие массогабаритные характеристики определяют удобство его монтажа и размещения.

Для изготовления устройства в зависимости от агрессивности очищаемой среды могут быть использованы нержавеющая сталь, латунь сталь, чугун, полимерный материал.

Предлагаемая автоматическая система пылеподавления горных выработок может использоваться в сверхкатегорийных шахтах, опасных по выбросу газа и пыли, согласно действующим Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности.

Конструкция изобретения обладает высокой надежностью, ремонтопригодностью, технологичностью и широким диапазоном применения в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к автоматической системе пылеподавления горных выработок. Техническим результатом является создание надежного, долговечного и технологичного устройства, позволяющего улучшить качество пылеподавления в горных выработках, в том числе опасных по газу и пыли. Система включает форсунки, соединенные с каналами подачи водной среды. К каналам подачи водной среды подключен фильтр с обратной промывкой, включающий входной узел, содержащий канал ввода очищаемой жидкости, соединенный с фильтровальной камерой, в которой установлен фильтрующий элемент, соединенной с выходным узлом, содержащим канал вывода очищенной жидкости. Фильтр оснащен еще одной дополнительной фильтровальной камерой, также соединенной с входным и выходным узлами. Входные части фильтровальных камер выполнены с возможностью соединения как с каналом ввода очищаемой жидкости, так и с каналом вывода загрязненной жидкости. Между фильтром с обратной промывкой и форсунками установлена инжекторная установка, включающая камеру управления, выполненную герметичной и разделенную на две части гибкой мембраной, корпус со встроенным механизмом управления, состоящим из пружины сжатия и гидрораспределителя, механически связанного с гибкой мембраной в камере управления. Также система включает обратный клапан, установленный на свободный конец рукава всасывания поверхностно-активных веществ - ПАВ и выполненный с возможностью опускания в емкость с ПАВ, трубопровод подачи ПАВ, трубопровод подачи воды в камеру управления, трубопровод разгрузки камеры управления. Трубопроводы установлены на внешней стороне корпуса инжекторной установки, патрубок для подключения рукава всасывания ПАВ из емкости для их хранения, патрубок для подключения рукава с готовой эмульсией, установленные на внешней стороне корпуса инжекторной установки. Также система включает кран для создания рабочего перепада давления и патрубок для подключения рукава подачи воды, установленные на противоположном конце корпуса инжекторной установки от камеры управления. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Автоматическая система пылеподавления горных выработок, включающая форсунки, соединенные с каналами подачи водной среды, отличающаяся тем, что к каналам подачи водной среды подключен фильтр с обратной промывкой, включающий входной узел, содержащий канал ввода очищаемой жидкости, соединенный с фильтровальной камерой, в которой установлен фильтрующий элемент, соединенной с выходным узлом, содержащим канал вывода очищенной жидкости; фильтр оснащен, по меньшей мере, еще одной дополнительной фильтровальной камерой, также соединенной с входным и выходным узлами, при этом входные части фильтровальных камер выполнены с возможностью соединения как с каналом ввода очищаемой жидкости, так и с каналом вывода загрязненной жидкости, при этом между фильтром с обратной промывкой и форсунками установлена инжекторная установка, включающая камеру управления, выполненную герметичной и разделенную на две части гибкой мембраной, корпус со встроенным механизмом управления, состоящим из пружины сжатия и гидрораспределителя, механически связанного с гибкой мембраной в камере управления, обратный клапан, установленный на свободный конец рукава всасывания поверхностно-активных веществ - ПАВ и выполненный с возможностью опускания в емкость с ПАВ, трубопровод подачи ПАВ, трубопровод подачи воды в камеру управления, трубопровод разгрузки камеры управления, при этом трубопроводы установлены на внешней стороне корпуса инжекторной установки, патрубок для подключения рукава всасывания ПАВ из емкости для их хранения, патрубок для подключения рукава с готовой эмульсией, установленные на внешней стороне корпуса инжекторной установки, а также кран для создания рабочего перепада давления и патрубок для подключения рукава подачи воды, установленные на противоположном конце корпуса инжекторной установки от камеры управления.

2. Автоматическая система пылеподавления горных выработок по п. 1, отличающаяся тем, что она оснащена взрывозащищенным электрогидроклапаном.