Способ регулирования теплового режима шахт и рудников Советский патент 1988 года по МПК E21F3/00 

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для регулирования теплового режима шахт и рудников Севера, раз- рабатывающих месторождения, расположенные одновременно в двух температурных зонах горных пород - мерзлой и талой.

Цель изобретения - повышение эко- номнчности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъемный

ствол.

Реализация способа регулирования теплового режима шахт и рудников осуществляется следующим образом.

Параллельно грузоподъемному ствол рудника проводят воздухоподающую вер тикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струю направляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподъемному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол на выброс. Одновременно в рудник подают дополнительное количество воздуха, которое направляют по выработкам отработанных горизонтов, залегающих I в породах с естественной температурой, которая вьше температуры подо- i грева воздуха, подаваемого в рудник I в зимний период.

,

Дополнительное количество воздуха, подаваемого в шахту или рудник и выдаваемого через грузоподъемный ствол и выработки отработанных горизонтов определяется из следующего неравенства

61,7 . Ю z(S)CИtcм- tn )

.i иСз 1.

Т-lGi /G - ;jr- (G, trC,/Cp + 2 G. t,) кг/с.

Lcp

де z

- СТОИМОСТЬ тепловой энергии, руб/Гкал;

S, и - средние сечение и периметр горных выработок отработанных горизонтов, по которым подают дополнительное количество воздуЛа М у М f2

- удельный вес воздуха, кг/м Ср - теплоемкость воздуха, кДж/кг К;

15

g

Ю

20

25

1, «t - общая длина выработок отработанных горизонтов, по которым выдают дополнительное количество воздуха, и коэффициент их аэродинамического сопротивления, м, кгс /м ;

Cj - стоимость электрической энергии, руб./кВт-ч;

С, - теплоемкость полезного ископаемого ( породы) кДж/кг -К;

t„ - температура подогрева воздуха, подаваемого в шахту или рудник, С;

t - температура воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, которая определяется из выражения

1, gT,, bG../C.+Z G,t, ,

n ; С

I G, . G

tc.

0

5

0

где G - дополнительное количество воздуха, подаваемого в шахту или рудник в единицу времени, кг/с;

G - количество транспортируемого ископаемого (п ороды) по грузоподъемному стволу в единицу времени, кг/с;

t - Температура транспортируемого ископаемого (породы), С;

Gi - количество утечек воздуха в грузоподъемный ствол с i-й выработки, кг/с;

t - температура воздуха, поступающего в ствол в результате утечек с выработки, С;

п - общее число горных выработок, имеющих сопряжение с : грузоподъемным стволом;

Тер - средняя температура мерзлых пород, окружающих вы- работки отработанных гори- - зонтов, по которым подается воздух, определяемая по формуле

5

0

Тер (1. Ту) /К, с,

Тт - температура горных пород на

Ч

J-M горизонте шахты или рудника, С;

J

К - количество горизонтов ,на

которых расположены выработ ки отработанных горизонтов. Пределы изменения дополнительного количества воздуха, подаваемого в рудник, определяются, следующим обра зом.

Нижний предел обусловлен необходимостью создания отрицательной температуры воздуха в грузоподъемном стволе. Это возможно в том случае, когда количество тепла, приносимое в ствол с грузопотоком, и количество тепла, приносимое с воздухом, поступающим в ствол, в результате утечек из выработок будет компенсироваться холодом воздуха, поступающего с выработок отработанных горизонтов, пройденных

(Z. G.t + )/T,,,(4)

Выбор горизонта с той или иной температурой обусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной температуры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, но, чтобы обеспечить снижение затрат на подогрев воздуха в зимний период, горизонты должны выбираться таким образом, чтобы температура окружающих их горных пород была равна или выше температуры подогрева воздуха, посту- пающето в рудник в зимний период. Эти требования не противоречат друг другу, поскольку выбор горизонта с более высокой Температурой горных пород (в пределах отрицательных зна

Изобретение относится к горной пром-ти. Цель изобретения - повыше ние экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъем- ,ный ствол. Параллельно грузоподъемному стволу рудника проводят воздухо- подающую вертикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струю направляют по воздухопода- ющей выработке и далее по грузоподъ- ному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол - на выброс. Одновременно в рудник подают дополнительное кол-во воздуха, которое направляют по. выработкам отработанных горизонтов, залегающих в породах с естественной т-рой. Последняя вьппе т-ры подогрева воздуха, подаваемого в рудник в зимний период. Выбор горизонта с той или иной т-рой обусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной т-ры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола. В зимний период горизонты должны выбираться, чтобы т-ра окружающих их горных пород была равна или выше т-ры подогрева воздуха. I (Л

в мерзлых породах . Учитывая, что дли-20 чений) можно компенсировать увеличена выработок выбирается такой, чтобы нагреть ( охладитьj поступающий в них воздух до температуры окружающих пород, можно -записать следующее балансовое выражение

Q: + Qr

(1)

или

, . GCpT.p.

(2)

Если выработка, по которой поступает дополнительное количество воз- духа, проложена на одном горизонте с температурой пород, равной Т, то

Т, если на нескольких,

к Т., (1 Т)/К,

то

(3)

т.е. среднеарифметическому значению температур мерзлых горных пород на каждом J-M горизонте, которых всего ,К.

Если воздух подается по двум горизонтам с температурой пород -5 и , то

Тс,

(-5) + (-7)

о -6 с

Количество тепла, которое будет сэкономлено в результате подачи смеси воздуха из грузоподъемного ствола

Учитывая, что значение теплоемкости воздуха мало изменяется от температуры и в рассматриваемых условиях приблизительно постоянная величина, равная 1,0 кДж/кгК, можно записать,, пре- 55 воздухоподающей выработки образовав выражение (2), следующее « период - через калорифер- условие для определения-дополнитель- У установку;, может быть подсчитано по формуле

Q (1 G.+G)Cp(t,-t), кДж/с,(7)

ного количества воздуха, поступающего в шахту или рудник:

нием расхода воздуха. Однако степень увеличения имеет верхний предел который определяется исходя из экономических соображений. Подавать допол

25 нительное количество воздуха в шахту или рудник целесообразно лишь в том случае, когда экономический эффект 3/ за счет снижения затрат на подогрев, будет больше или равен, чем

30 затраты на подачу воздуха по дополнительной цепи выработок отработанных горизонтов и грузоподъемному стволу.

Мощность, расходуемая при этом

35 главным вентилятором, будет равна

N-

,.U1(G H-Z G;)

кВт, (5)

102 - S где tj - суммарный КПД вентиляторной

установки, который может быть принят 0,7.

Среднее значение аэродинамического сопротивления вьфаботок «. может . быть определено из таблиц.

Затраты денежных средств на использование данной мощности вентиятора могут быть найдены из выражения

3 CjN, руб./ч . (6)

Количество тепла, которое будет сэкономлено в результате подачи смеси воздуха из грузоподъемного ствола

воздухоподающей выработки « период - через калорифер- У установку;, может быть подсчитано по формуле

Экономический эффект от подачи смеси воздуха с температурой выше температуры подогрева воздуха, подаваемого в шахту или рудник, к устью воздухоподающей выработки через калориферную установку будет равен (с учетом переводного коэффициента ккал в , равного 864)

3, 864 . Qy Z . 10 , руб./ч, (В)

Стоимость тепловой энергии z принята в руб./Гкал, поскольку все стоимостные параметры по тепловой энергии в нормативных документах приводятся именно в таких единицах измерения. Для выполнения поставленной цели должно выполняться неравенство ЗУ 3, или после несложных преобразований получают

4

-J}

61,7-10 z(Sj-)Cp(tcMД-иЮэ

-i

Gi, кг/с.

(9)

Температура t. , используемая в расчетах, может быть задана равной температуре плавления льда Т

пл

так

как в этом случае сохраняется мерзлое состояние горных пород и в то же время достигается максимальный эффект при подогреве воздуха, поступающего в шахту или рудник. В общем случае температура tc, определяется из балансового выражения

h

Z

i

Gr - G)C,t, G.t,Cpi+ ,

Используя те же предпосылки, что и при выводе выражения (4), получают

1

G Тер+ +Z.G;t, ,

. . iiirC.(ll)

i

G + G

Причем ttM целесообразно задавать исходя из условия сохранения мерзлого состояния горных пород вокруг грузоподъемного ствола, поскольку зто является основным требованием. Но в то же время значение этой TeMnepaTV рысможет быть рассчитано по формуле (II), которой удобно пользоваться

3684426

для оценки правильности выбора гори- зонтов, на которых размещены отрабо танные выработки, т.е. правильности

5 выбора параметра Тер . Если расчет по формуле (И) дает значение ниже, чем значение температуры подаваемого в шахту или рудник воздуха, то необходимо выбрать более низкие горизон10 ты с более высокой (в пределах отрицательных значений температуры) температурой горных пород.

Самый общий алгоритм расчета, когда t не задается по условию Сем

15 Тг, , следующий:

Определяют по формуле (4) нижний

предел изменения параметра G при условии Тер / Т„

20

Определяют по формуле (11) значение параметра tc,, .

Проверяют условие tc tn и если условие выполняется, определяют по. формуле (9) верхний предел изменения

параметра G, а если условие не выполняется, выбирают отработанные выработки на других горизонтах с ,более высокой температурой окружающих пород и повторяют всю процедуру расче-

та.

Возможен и другой вариант, когда количество тепла, привносимое в ствол за счет утечек воздуха из под- мерзлотных горизонтов, будет таким,

что невозможным окажется даже при

самых низких значениях Тер обеспечить температуру воздуха на выходе из ствола ниже или равной значению Т,, . В этом случае необходимо снизить общее количество утечек путем герметизации вентиляционных сооружений на подмерзлотных горизонтах. Этот случай относится скорее к разряду теоретических. Анализ количества утечек

воздуха на сопряжениях выработок рабочих горизонтов с грузоподъемными стволами, проведенный на шахтах и рудниках Севера, показывает, что они по абсолютным значениям в несколько

раз ниже тех, которые могли бы привести к рассматриваемому предельному случаю.

Существенными отличиями предпагае мого способа от известных являются следующие:

Вентиляционная выработка проводится не до рабочих горизонтов шахты

или рудника а до глубины залегания

тальрс горных пород.

I

Выдача вентиляционной струи осуще- ствляется раздельно через грузоподъемный ствол и вентиляционный ствол.

Выработки отработанных горизон тов, по которым подается часть вентиляционной струи в грузоподъемный ствол, выбираются исходя из условия

Тер t/j i

В шахту или рудник подается дополнительное количество воздуха (дополнительное по отношению к основному, которое рассчитывается по известным правилам - по газу, пыли и т.п.).

Исходящий из грузоподъемного ствола и вьфаботок отработанных горизонтов воздух подается к устью вен- ТИЛЯ1Ц10ННОЙ вьфаботки, откуда снова подается в шахту или рудник.

Дополнительное количество воздуха определяется по расчетной формуле.

Формула изобретения

Способ регулирования теплового режима шахт и рудников, включающий подачу свежей вентиляционной струи в вьфаботки к очистным забоям и отвод воздуха через вентиляционный ствол, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподьемный ствол,, подачу свежей вентиляционной струи осуществляют по дополнительно пройденной до глу- бины залегания талых горных пород воздухоподающей выработке, при э том подают дополнительное количество свежего воздуха, которое направляют из воздухоподающей выработки в выработки отработанных горизонтов и отводят по грузоподъемному стволу к устью воздухоподающей выработки, причем подачу свежего воздуха к очистным забоям и в выработки отработанных горизонтов осуществляют раздельно.