Способ регулирования температуры шахтного воздуха Советский патент 1989 года по МПК E21F3/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для регулирования температуры рудничного воздуха на шахтах и рудниках Севера.

Цель изобретения - повьшение эффективности регулирования температуры шахтного воздуха за счет интенси-, фикации теплообмена с глубокими слоями породного массива.

Способ осущесгвляют следующим образом.

Проходят коллекторные вырабо тки, между которыми бурят вентиляционные скважины. Коллекторнь1е выработки и

вентиляционные скважины располагают в одной плоскости, которая может иметь любой угол наклона к горизонту. Устье скважин оборудуется вентиляционными люкамк, которые позволяют регулировать расход воздуха в каждой скважине,

В зимнее время скважины эксплуатируются группами, при этом скважины, входящие в каждую из групп, равномерно рассредоточены по коллекторных выработок Суммарная пло шадь сечений скважин, входящих в группу, должна быть больше или равна

сд со

tSStfS.

площади сечения коллекторной выработки. Атомсферный воздух, поступающий в коллекторную выработку, равномерно с помощью вентиляционных люков распределяют между вентиляционными скважинами, составляющими одну из групп. Холодньш воздух, проходя по вентиляционным скважинам, нагревается, при этом вокруг скважин образуется слой охлажденных пород Когда он замедляет теплообмен между воздухом и породным массивом настолько , что не позволяет подогревать воздух, проходящий по скважинамS до заданной температуры, то эта группа скважин выключается из вентиляционной сети, а наружный воздух направляют .3 другую группу скважин„

Выключенная из вентиляционной сети группа скважин восстанавливает свое температурное поле в результате взаимодействия породного массива со слоем охлажденных пород, окружающим скважины. После прекращения теплообмена между породным массивом и слоем охлажденных пород эта rpjmna скважин вновь включается в вентиляционную сеть щахты. Прекращение теплообмена в скважинах определяется стабилизацией температурного режима в них.

Число групп скважин зависит от количества поступающего в шахту атмосферного воздуха и его температуры в наиболее холодный период года, от температуры породного массива и от пределов подогрева щахтного воздуха и, в конечном счете, определяется временем восстановления температурного поля группы скважин, начавшей работать первой, т«е„ временем, в течение которого необходимое число групп скважин в результате поочередной работы обеспечивает подог- р.ев наружного воздуха до заданных пределов.

Увеличение расстояний между скважинами, составляющими каждую группу, обеспечивает как сокращение времени восстановления температурного поля вокруг скважин, так и повьшение интенсивности теплообмена между воздухом, проходящим по скважинам, и породами, окружающими их. Рассредоточенное расположение скважин в группе препятствует образованию больших объемов охлажденных пород, на повьш ение температуры которых потребуется боль

0

5

0

5

0

5

0

5

ше времени, чем на восстановление температурных полей вокруг отдельных скважин, так как в первом случае отношение объема охлажденных пород к его теплообменной поверхности, взаимодействующей с породным массивом, значительно меньше, чем во втором.

В летние месяцы, если не требуется охлаждения атмосферного воздуха, поступающего в горные выработки, все скважины одновременно или частично включаются в работу. Если требуется охлаждение воздуха, то скважины эксплуатируются в таком же режиме, как и зимой. Каждая группа скважин работает до тех пор, пока вокруг них не образуется слой прогретых пород, препятствующий интенсивному охлажде- тгю наружного теплого воздуха, проходя щего по ним, после чего она выключается из вентиляционной сети щахты и включается другая группа скважин, в которой температурное поле горных пород, окружающее эти скважины, успело восстановиться в результате теплообмена слоя прогретых пород с много- летнемерзлым породньм массивом.

Если воздухоподающая выработка щахты расположена на небольщой глубине (наклонный ствол, штольня), то вторая коллекторная выработка не проходится, а вентиляционные скважины соединяют воздухоподающую вьфа- ботку непосредственно с дневной по- верностью. Устье скважин защищают от атмосферных осадков и других загрязнений с помощью искусственно создаваемых укрытий-коллекторов с теплоизоляцией или без нее

В наиболее холодные месяцы, если одна группа скважин не обеспечивает подогрев наружного воздуха до заданных пределов, включают в работу необходимое количество скважин о

Поддержание интенсивности теплообмена между породами, окружающими скважины, и воздухом, проходящим по ним, путем повторно-восстановительного режима эксплуатации вентиляционных скважин позволяет полнее использовать тепло породного массива и значительно сократить длину теплоакку- мулирующих выработок (по предлагаемоixiy способу коллекторных).

I...

II Р и м е р„ Необходимо подогревать атмосферньй воздух в количестве 1000 м /мин в течение зимы с минималыюй температурой воздуха и среднезимней -35°С до -9°С. При выполнении поставленной задачи иэ- .вестным способом необходимая длина теплоаккумулирующей выработки сечением 10 м составляет 2200 м.

Для вьшолнения задачи предлагаемым способом проходят две коллекторные выработки сечением 10 м (А,5х- 12,2 м) длиной 85 м. Между коллектоными выработками бурят вентиляционные скважины диаметром 0,85 м (сечением 0,57 м ) с помощью сбоечно-бу- ровой машины БГА-А. Скважины бурят в два ряда, оси которых проходят в 1 м от бортов выработок, и располагают их в шахматном порядке, центры близлежащих скважин как в ряду, так и между рядами находятся на paccto- янии 3м, Для регулирования расхода воздуха устье скважин оборудуют люками с крьшками, которые можно фиксровать в любом положени.и. Скважины группируют по 18 штук с суммарной площадью сечения 10,3 м , при этом их. суммарный периметр составляет 48 м. Каждый метр группы скважин имеет теплообменную поверхность, равную 48 м, а горная выработка такого же сечения (4,,3 м) имеет периметр всего 13,8 м, т.е. объе породного массива, включаемый в теплообмен с воздухом группой скважин, в 3,5 раза больше, чем включаемого т еплоаккумулирующей выработкой. Теплоаккумулирующая выработка длиной 1 п.м эквивалентна по объему породного массива,включаемог в теплообмен с воздухом, группе скважин с суммарной длиной 5,1 п. м (18:3,5) или группе скважин 0,28 м каждая.

Сокращение длины группы скважин происходит не только за счет более развитой теплообменной поверхности, но и за счет того, что в скважинах периодически восстанавливают более высокий темп нагревания воздушного потока по сравнению с теплоаккумули рующими выработками, в которых этот темп постепенно снижается. Если в начале зимнего периода темп нагревания .вентиляционной струи в воздухо- подающих выработках очень высокий (15-20 С на 100 м), то в конце зимы он снижается до 1,5-2°С на 100 м

0

0

т.е. темп нагревания вентиляционной струи в течение зимы снижается примерно в 10 раз. Примем дополнительное сокращение длины группы скважин в 5 раз, тогда каждому метру тепло- аккумулирующей выработки по тепло- производительности будет -эквивалентна группа скважин с суммарной длиной Г м.

Примем остальные параметры: общее количество скважин 54, с суммарной длиной, равной 2030 м, они составляют 3 группы. Расстояние между

5 коллекторными выработками 37,6 м. Режим работы скважин 1:2, т.е. если группа скважин сутки работает на подогрев воздуха, то двое суток она восстанавливает температурное поле пород вокруг скважин.

Применение предлагаемого способа регулирования температуры шахтного воздуха позволяет увеличить производительность шахт и рудников, улуч5 шить условия труда, повысить технику безопасности.

.Формула изобретения

п Способ регулирования температуры шахтного воздуха, включающий проведение в породном массиве коллекторных выработок, соединение т группами теплообменных скважин, подачу вентиляционной струи в коллекторную выработку, подключение группы тепло- обменных скважин к вентиляционной сети и осуществление теплообмена между породным массивом и вентиляционной струей, отличающий5

0

5

0

5

с я тем, что, с целью повышения зф- фективности регулирования температуры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубокими слоями породного массива, группы скважин равномерно рассредотачивают по длине коллекторных выработок, при этом суммарная площадь сеченкй каждой группы скважин составляет не меньше площади сечения коллекторной выработки, причем подключение последующих групп скважин к вентиляш он- ной сети осуществляют поочередно по мере отключения Предьдущих, а повторное подключение отключенных групп скважин производят по мере восстановления температурного поля горных пород вокруг них.

Изобретение относится к горной пром-сти. Цель изобретения - повышение эффективности регулирования т-ры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубокими слоями породного массива. В породном массиве проводят коллекторные выработки (КВ), соединяют их группами теплообменных скважин, которые равномерно рассредотачивают по длине КВ. Подают вентиляционную струю в КВ. Группы теплообменных скважин подключают к вентиляционной сети. Осуществляют теплообмен между породным массивом и вентиляционной струей. Последующие группы скважин подключают к вентиляционной сети поочередно по мере отключения предыдущих. Повторное отключение групп скважин производят по мере восстановления т-рного поля горных пород вокруг них. Число групп скважин зависит от кол-ва поступающего в шахту атмосферного воздуха и его т-ры. Использование данного способа позволяет увеличить производительность шахт и рудников, улучшить условия труда, повысить технику безопасности.