Способ регулирования температуры шахтного воздуха

/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт горного дела СевераЯкутского филиала СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1201518, кл. Е 21 Р 3/00, 1983.Авторское свидетельство СССРУ 1461992, кл. Е 21 Р 3/00,27.02.87,(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРы ШАХТНОГО ВОЗДУХА(57) Изобретение относится к горнойпром-сти. Цель изобретения - повышение эффективности регулирования т-рышахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубоКими слоямипородного массива, В породном массиве проводят коллекторные выработки ентиляционные т в одной пло иметь любой уг Устье скваж ионными люк регулироват ой скважинскважины располаг Изобретение относится к горнои ромьппленности и может быть исполь которая можетона к горизонрудуется вентиторые позволяд воздуха в костл на гулирования температурыздуха на шахтах и рудту.ляцютк ажд ин обоми, к ас ппение эф температ етения - по егулировани оздуха за с обмена с гл о массива. ущестзляют с ет интенси-, бокими слоледующим к зовано для р рудничного в никах Севера Цель изоб фективности ры шахтного фикации тепл яки породног Способ ос образом. Проходят между которым скважины. Коллекторные выработки бурят вентиляционны екторные выработки и(КВ), соединяют их группами теплообменных скважин, которые равномернорассредотачивают по длине КВ. Подают вентиляционную струю в КВ, Группытеплообменных скважин подключают квентиляционной сети, Осуществляюттеплообмен между породным массивоми вентиляционной струей, Последующиегруппы скважин подключают к вептиляпионной сети поочередно по мереотключения предыдущих, Повторное,отключение групп скважин производятпо мере восстановления т-рного полягорных пород вокруг ннх. Число групг,скважин зависит от кол-ва поступающего в шахту атмосферного воздухаи его т-ры, Использование данногоспособа позволяет увеличить производительность шахт и рудников, улучшитьусловия труда, повысить технику безопасности,В зимнее время скважины эксплуаируются группами, при этом скважиы, входящие в каждую из групп, рав омерно рассредоточены по длине кол екторньи выработок. Суммарная плоадь сечений скважин, входящих в руппу, должна быть больше или равиплощади сечения коллекторной выра -ботки. Атомсферный воздух, поступающий в коллекторную выработку, равномерно с помощью вентиляционных лю 5ков распределяют между вентиляционными скважинами, составляющими однуиэ групп. Холодный воздух, проходяпо 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 скважинам, до заданной температуры, то эта группаскважин выключается из вентиляционной сети, а наружный воздух направляют .в другую группу скважин,Выключенная иэ вентиляционной се ти группа скважин восстанавливаетсвое температурное поле в результате взаимодействия породного массивасо слоем охлажденных пород, окружающим скважины. После прекращения теплообмена между породным массивом ислоем охлажденных пород эта группаскважин вновь включается в вентиляционную сеть шахты. Прекращение теплообмена в скважинах определяетсястабилизацией температурного режима в них.Число групп скважин зависит отколичества поступающего в шахту атмосферного воздуха и его температуры в наиболее холодный период года,от температуры породного массива иот пределов подогрева шахтного воздуха и, в конечном счете, определя, ется временем восстановления температурного поля группы скважин, на 40чавшей работать первой, т.е. временем, в течение которого необходимоечисло групп скважин в результате поочередной работы обеспечивает подог 45рев наружного воздуха до заданныхпределов.Увеличение расстояний между скважинами, составляющими каждую группу, обеспечивает как сокращение вре 50мени восстановления температурногополя вокруг скважин, так и повышениеинтенсивности теплообмена между воздухом, проходящим по скважинам, ипородами, окружающими их. Рассредоточенное расположение скважин в группепрепятствует образованию больших объемов охлажденных пород, на повышениетемпературы которых потребуется баль-. ше времени, чем на восстановлениетемпературных полей вокруг отдельныхскважин, так как в первом случаеотношение объема охлажденных породк 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, всескважины одновременно или частичновключаются в работу. Если требуетсяохлаждение воздуха, то скважины эксплуатируются в таком же режиме, каки зимой. Каждая группа скважин работает до тех пор, пока вокруг них необразуется слой прогретых пород,препятствующий интенсивному охлаждению наружного теплого воздуха, проходящего по ним, после чего она выключаетсяиз вентиляционной сети шахты и включается другая группа скважин, в которой температурное поле горных по-род, окружающее эти скважины, успело восстановиться в результате теплообмена слоя прогретых пород с многолетнемерэлым породным массивом.Если воздухоподаюшая выработкашахты расположена на небольшой глубине (наклонный ствол, штольня), товторая коллекторная выработка непроходится, а вентиляционные скважины соединяют воздухоподающую выработку непосредственно с дневной поверностью. Устье скважин защищаютот атмосферных осадков и других загрязнений с помощью искусственно создаваемых укрытий-коллекторов с теплоизоляцией или без нее,В наиболее холодные месяцы, еслиодна группа скважин не обеспечиваетподогрев наружного воздуха до заданных пределов, включают в работу необходимое количество скважин,Поддержание интенсивности теплообмена между породами, окружающимискважины, и воздухом, проходящим поним, путем повторно-восстановительного режима эксплуатации вентиляционных скважин позволяет полнее использовать тепла породного массива и значительно сократить длину теплоаккумулирующих выработок (по предлагаемому способу коллекторных).П р и м е р, Необходимо подогревать атмосферный воздух в количествез10 ОО м /мин в течение зимы с мини38 5 15185 мальной температурой воздуха -60 С и среднезимней -35 С до -9 С. При выполнении поставленной задачи известным способом необходимая длина теплоаккумулирующей выработки сечег"нием 10 м составляет 2200 м.Для выполнения задачи предлагаемым способом проходят две коллекторные выработки сечением 10 м (4,5 х 10г2,2 м) длиной 85 м. Между коллектор- ными выработками бурят вентиляционные скважины диаметром 0 85 м (сечег9нием 0,57 м ) с помощью сбоечно-буровой машины БГА, Скважины бурят 15 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 рассто янии 3 м, Для регулирования расхода воздуха устье скважин оборудуют люками с крьппками, которые можно фикси" ровать в любом положении. Скважины группируют по 18 штук с суммарной 25гплощадью 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 30 такого же сечения (4,62,3 м) имеет периметр всего 13,8 м, т,е. объем породного массива, включаемый в теплообмен с воздухом группой скважин, в 3,5 раза больше, чем включаемого теплоаккумулирующей выработкой. Теплоаккумулирующая выработка длиной 1 п,м эквивалентна по объему породного массива, включаемого в теплообмен с воздухом, группе 40 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 теплоаккумулирующими выработками, в которых этот темп постепенно снижается, Если в начале зимнего периода темп нагревания вентиляционной струи в воздухоподающих выработках очень высокий (15-20 С на 100 м), то в конце зимы он снижается до 1,5-2 С на 100 м,т. е. темп нагревания вентиляционной струи в течение зимы снижается примерно в 10 раз, Примем дополнительное сокращение длины группь; скважин в 5 раз, тогда каждому метру теплоаккумулирующей выработки по тепло- производительности будет эквивалентна группа скважин с суммарной длиной 1 м.Примем остальные параметры; общее количество скважин 54, с суммарной длиной, равной 2030 м, они ссставляют 3 группы, Расстояние между 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. улучшить условия труда, повысить технику безопасности. Формула изобретения Способ регулирования температ .рьшахтного воздуха, включающий проведение в породном массиве коллекторных выработок, соединение их группами теплообменных скважин, подачувентиляционной струи в коллекторнуювыработку, подключение группы теплообменных скважин к вентиляционнойсети и осуществление теплообменамежду породным массивом и вентиляционной струей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью повышения эффективности регулирования температуры шахтного воздуха за счет интенсификации теплообмена с глубокимислоями породного массива, группыскважин равномерно рассредотачиваютпо длине коллекторных выработок,при этом суммарная площадь сеченийкаждой группы скважин составляет неменьше площади сечения коллекторнойвыработки, причем подключение последующих групп скважин к вентиляционной сети осуществляют поочередно помере отключения предыдущих, а повторное подключение отключенных группскважин производят по мере восстановления температурного поля горныхпород вокруг них,