Способ регулирования теплового режима подземных сооружений Советский патент 1992 года по МПК E21F3/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для кондиционирования рудничного воздуха, подаваемого в подземные выработки.

Цель изобретения - повышение эффективности регулирования путем использования геотермальной и солнечной энергии.

Схема реализации способа регулирования теплового режима представлена на чертеже.

На схеме показаны ствол подземного сооружения 1, калориферный канал 2. поверхностное здание 3, щели для прохода воздуха 4, вентилятор 5, воздухоохладитель

6, калорифер 7, солнечные батареи 8, теп- лоаккумулирующая зона, сформированная в водоносном горизонте 9, геотермальный водоносный горизонт 10, скважину 11, расположенную в ней колонну насосно-компрессорных труб 12, скважину 13, расположенную в ней колонну насосно- компрессорных труб 14, насосы 15-21, регулировочный вентиль 22, вентили 23-27, пакер 28.

Способ регулирования осуществляют следующим образом.

В районе размещения подземного сооружения выбирают водоносный горизонт 9, расположенный на глубине 30-200 м и гео- термальный водоносный горизонт 10 с температурой термальных вод 70-90°С.

Осуществляют бурение первой 11 и второй 13 скважин, обсадные колонны которой на интервалах водоносного горизонта 9 и геотермального коллектора 10 перфорируют. Бурение скважин 11 и 13 осуществляют таким образом, чтобы их забой были разнесены по длине коллектора на расстоянии 800-1000 м. В летний период времени на- ружный воздух, имеющий достаточно высокую температуру вентиляторами 5, установленном в поверхностном здании 3, через щели 4 подают в воздухоохладитель 6 и охлаждают до требуемой температуры. После воздухоохладителя 6 охлажденный воздух по вентиляционному каналу 2 и стволу 1 направляют в выработки подземного сооружения. Подогретая в результате теплообмена с воздухом в воздухоохладителе 6 вода насосом 16 по колонне насосно-компрессорных труб 14, установленных в скважине 13, нагнетается в геотермальный водоносный горизонт 10, где осуществляется ее догрев до температуры пород. Из гео- термального водоносного горизонта 10 термальная вода по колонне насосно-компрессорных труб 12 скважины 11 извлекают на поверхность и насосом 17 по межтрубному пространству скважины 11 тепло- аккумулирующую зону 29 закачивают в водоносный горизонт 9, формируя в нем вытеснение по межтрубному пространству скважины 13 холодной воды. Часть холодной воды из водоносного горизонта 9 с помощью насо- са 15 подают в воздухоохладитель 6 и охлаждают ею наружный воздух. Другую часть воды насосом 20 направляют в солнечные батареи 8, в которых ее нагревают до температуры, равной температуре геометральной воды. После этого воду насосом 18 подают на устье скважины 11, где смешивают с геотермальной водой и нагнетают в водоносный горизонт 9. Равенство температур геотермальной воды и воды, нагреваемой в

солнечных батареях 8, необходимо для получения в теплоаккумуляторе водоносного горизонта 9 однородного по температуре теплоносителя. С помощью регулировочного вентиля 22 изменяют количества холодной воды, направляемой в воздухоохладитель 6 и солнечные батареи 8, увеличивая или уменьшая тем самым, глубину охлаждения наружного воздуха. В течение летнего периода вентили 23, 25, 26, 27 открыты.а вентиля 24 закрыты.

В зимний период холодный наружный воздух вентилятором 5 через щели 4 в поверхностном здании 3 подают в калорифер 7, где нагревают горячей водой, извлекаемой из теплоаккумулирующей зоны 29 водоносного горизонта 9 и геотермального водоносного горизонта 10. Подогретый воздух по вентиляционному каналу 2 и отводу 1 направляют в выработки подземного сооружения. Часть охлажденной воды из калорифера 7 насосом 21 нагревают по межтрубному пространству скважины 13 в водоносный горизонт 9, вытесняя в скважину 11 из теплоаккумулирующей зоны 29, нагретую воду, помещенную туда в летний период времени. Нагретую воду с помощью насоса 19 поднимают по межтрубному пространству скважины 11 на поверхность.

Другую часть охлажденной воды насосом 16 по колонне насосно-компрессорных труб 14 скважины 13 нагнетают в геотермальный водонасосный горизонт 10. Нагретую в нем до температуры пород воду по колонне насосно-компрессорных труб 12 скважины 11 подают на поверхность и смешивают с горячей водой из теплоаккумулирующей зоны 29 водоносного горизонта 9 и направляют в калорифер 7 для нагрева на- ружнего воздуха. Зимой вентиля 24. 25. 26 открыты, а вентиля 22, 23. 27 закрыты.

Чтобы исключить гидравлическую связь водоносного горизонта 9 с геотермальным водоносным горизонтом 10. в скважинах 11 и 13 ниже подошвы водоносного горизонта 9 устанавливают пакеры 28. Оптимальная работа способа будет при добыче геотермальной воды в количестве, определяемом из зависимости

G,.M3/c. (1)

Ст/Л ( Тн.л 1к.з )

где QB - расход воздуха летом, м /с; /9в,/От - плотности воздуха, кг/м°: Ст - удельная теплоемкость термальной воды Дж/(кг °С);

1н.л, IK.л - энтальпии атмосферного воздуха и воздуха после воздухоохладителя. Дж/кг;

1н.п

духа, °С;

Тк.з рифера зимой.

средняя летняя температура возтемпература воздуха после кало- °С.

Формула изобретения Способ регулирования теплового режима подземных сооружений, включающий подачу в горные выработки рудничного воздуха, извлечение воды из водоносного горизонта, формирование в последнем теп- лоаккумулирующей зоны, охлаждение рудничного воздуха извлеченной водой летом с последующей закачкой ее в теплоаккумули- рующую зону, извлечение воды из теплоак- кумулирующей зоны зимой, нагрев ею рудничного воздуха и закачку в водоносный горизонт, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования, дополнительно извлекают терми- нальную воду из геотермального водоносного горизонта, зимой смешивают ее с водой, извлеченной из теплоаккумулирующей зоны и полученной смесью нагревают рудничный воздух, затем делят ее на две части, одну из которых закачивают в водоносный горизонт, а другую - в геотермальный водо- насосный горизонт, а летом воду из водоf I1 П

г-,- , ,- -----L

4 J

/,

/7/Г//{ /// //,

V//r

V / / Я iQ

19 25

t

11

/

т// ////// ///

13 /

носного горизонта делят на две части, охлаждают рудничный воздух одной частью воды, и закачивают ее геотермальный водоносный горизонт, а другую часть нагревают солнечным излучением до температуры термальной воды, смешивают с последней и закачивают в теплоэк- кумулирующую зону, причем количество добываемого геотермального теплоносителя устанавливают по соотношению:

Gr.T g g/ ™ И мэ/с.

( Тн.л - Хк.з )

где QB - количество воздуха в летний период, м/с;

Grr количество термальной воды, м3/с;

/э,/9г - плотности воздуха и термальной воды, кг/м ;

Ст - удельная теплоемкость термальной воды, Дж/(кг °С);

н.л, к.л - энтальпии атмосферного воздуха и воздуха после воздухоохладителя, Дж/кг;

tH л - средняя летняя температура воздуха, °С;

Тк.з. температура воздуха после калорифера зимой, °С.

г// //V //S /77 //f /// /// ///

я -г ю

/

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для кондиционирования рудничного воздуха, подаваемого в гор- ные выработки. Цель изобретения - повышение эффективности регулирования путем использования геотермальной и солнечной энергии. В районе размещения подземного сооружения выбирают водоносный горизонт на глубине 30-200 м и геотермальный водоносный горизонт с температурой термальной воды 70-90°С. Горизонты вскрывают скважинами, в которых размещают колонны насосно-компрессорных труб. В летний период времени извлекают воду из водоносного горизонта и делят ее на две части. Одной частью охлаждают рудничный воздух и закачивают ее в геотермаль ный водоносный горизонт. Другую часть нагревают солнечным излучением до температуры термальной воды, смешивают с последней и закачивают в теплоаккумулятор. Зимой смешивают воду, извлеченную из геотермального водоносного горизонта, с ведой, извлеченной из теплоаккумулятора и полученной смесью нагревают рудничный воздух, затем смесь делят на две части. Од ну часть закачивают в водоносный горизонт а другую в геотермальный водоносный гори зонт. Оптимальная работа способа будр- при добыче геотермальной воды в количес - ве, определяемом из приведенной зависимости Сг.т r ff/r м3/с где Lr/Or ( Тн.л - Тн.э ) QB - количество воздуха в летний период, м3/с; РО,РТ плотность воздуха и термальной воды, кг/м ; Ст - теплоемкость термальной воды, Дж/кгс. ы.л, i л - энтальпии атмосферного воздуха и воздуха после воздухоохладителя, Дж/кгс т.н.л - средняя летняя температура воздуха, °С. т.к.з - температура воздуха после калорифера зимой. °С. 1 ил. |сл С vj о ел ел чэ о