Способ регулирования теплового режима шахт и рудников

(19) 5 Р 4 Е 2 Р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЕТЕЛЬСТВУ СКОМУ ер ающихВНИИОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт горного дела Сев а Якутского филиала СО АН СССР (72) А, Ф. Галкин, В, Н. Скуба, В. В. Аникии, В, С. Водянников и В. Н. Федоров(56) Мохирев Н. Н. и др. О схемах проветривания рудника с рециркуляцией. - Сб.: Вентиляция шахт и рудников. Л.; ЛГИ, 1983, с, 81.Чабан П, Д, Комбинированные схемы проветривания шахт, разрабатыв вечномерэлые россыпи. - Труды 1969, т. 29, с, 41.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РБКИМА ШАХТ И РУДНИКОВ(57). Изобретение относится к горной пром-ти. Цель изобретения - повышение экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъем,ный ствол. Параллельно груэоподъемному стволу рудника проводят воздухо-,подающую вертикальную выработку доглубины залегания талых пород. Свежую струю направляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподьному стволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол -на выброс. Одновременно в рудник подают дополнительное кол-во воздуха,которое направляют по. выработкам отработанных горизонтов, залегающихв породах с естественной т-рой, Последняя выше т-ры подогрева воздуха,подаваемого в рудник в зимний период. сВыбор горизонта с той или инои т-ройчЩобусловлен прежде всего необходимостью создания отрицательной т-ры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола. В зимний период .горизонты должны выбираться, чтобы т-ра ок-,ружающих их горньж пород была равна.или выше т-ры подогрева воздуха,1368442 Изобретение относится к горнойпромьвленности и может быть исполь, ,зовано для регулирования тепловогорежима шахт и рудников Севера, разрабатывающих месторождения, расположенные одновременно в двух темпера: турных зонах горных пород - мерзлой:и талой,Цель изобретения - повышение экономичности способа за счет снижениязатрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горныхпород, окружающих грузоподъемныйствол15Реализация способа регулированиятеплового режима шахт и рудников осуществляется следующим образом.Параллельно грузоподъемному стволурудника проводят воздухоподающую вертикальную выработку до глубины залегания талых пород. Свежую струюнаправляют по воздухоподающей выработке и далее по грузоподъемномустволу и выработкам рабочих горизонтов через вентиляционный ствол навыброс, Одновременно в рудник подаютдополнительное количество воздуха,которое направляют по выработкамотработанных горизонтов, залегающих30, в породах с естественной температурой, которая выше температуры подогрева воздуха, подаваемого в рудникв зимний период.Дополнительное количество воздуха,подаваемого в шахту или рудник ивыдаваемого через грузоподъемныйствол и выработки отработанных горизонтов определяется из следующегонеравенства где С 35 40 61 7 10 (8) 1л 45.-ЕбрС -- (С, г.,С,/С,+1 С; с) кг/сТср;:"- стоимость тепловой энергии, руб/Гкал;89 У " средние сечение и периметр горных выработок отработанных горизонтов, по которым подают дополнительное количество воздуха, м , м;33 - удельный вес воздуха, кг/м; Ср - теплоемкость воздуха,кДж/кг К; где а 50 где Т общая длина выработок отработанных горизонтов, по которым выдают дополнительное количество воздуха, и коэффициент их аэродинамического сопротивле 2НИЯ 9 М 9 КГС /Мстоимость электрической энергии, руб./кВтфч; теплоемкость полезного ископаемого (породы) кДж/кг К;температура подогрева воздуха, подаваемого в шахту или руди, С;температура воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, которая определяется из выраженияср р т 9/ риС39 9+дополнительное количество воздуха, подаваемого в шахту или рудник в единицу ВРЕМЕНИ, КГ/С 9количество транспортируемого ископаемого (породы) по грузоподъемному стволу в единицу времени, кг/с; температура транспортируемого ископаемого (породы), С;количество утечек воздуха в грузоподъемный ствол с д-й выработки, кг/с; температура воздуха, поступающего в ствол в результате утечек с д-й выработдки 9 С 9общее число горных выработок, имеющих сопряжение с груэоподъемным стволом; средняя температура мерзлых пород, окружающих выработки отработанных горизонтов, по которым подается воздух, определяемая по формулетх,)/к, с,температура горных пород на 1-м горизонте шахты или рудника, С;1368442 1 г1 кВт, (5) 40 45 К - количество горизонтов, накоторых расположены выработки отработанных горизонтов.Пределы изменения дополнительного количества воздуха, подаваемого в рудник, определяются. следующим образом.Нижний предел обусловлен необходимостью создания отрицательной темпе ратуры 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 15 ствол, в результате утечек из выработок будет компенсироваться холодом воздуха, поступающего с выработок отработанных горизонтов, пройденных в мерзлых породах. Учитывая, что дли на выработок выбирается такой, чтобы нагреть 1 охладить) поступающий в них воздух до температуры окружающих пород, можно записать следующее балансовое выражение 25.Х С. с.С; + С,ССС Т, . (2)Если выработка, по которой поступает дополнительное количество воздуха, проложена на одном горизонте с температурой пород, равной Т, то Т, = Т, если на нескольких, токк., =К т,)/к, Л)р-/ т.е, среднеарифметическому значению температур мерзлых горных пород на каждом 3-м горизонте, которых всего К,Если воздух подается по двум горизонтам с температурой пород -5 ио-7 С, то 4ьС) - (Х С. С + С,С С /С,)/Т(4) Выбор горизонта с той или инойтемпературой обусловлен прежде всегонеобходимостью создания отрицательной температуры смеси воздуха на выходе из грузоподъемного ствола, но,чтобы обеспечить снижение затрат наподогрев воздуха в зимний период,горизонты должны выбираться таким об-разом, чтобы температура окружающихих горных пород была равна или вышетемпературы подогрева воздуха, поступающего в рудник в зимний период.Эти требования не противоречат другдругу, поскольку выбор горизонта сболее высокой температурой горныхпород (в пределах отрицательных значений) можно компенсировать увеличением расхода воздуха, Однако степень увеличения имеет верхний предел,который определяется исходя из экономических соображений. Подавать дополнительное количество воздуха в шахтуили рудник целесообразно лишь в томслучае, когда экономический эффект3 за счет снижения затрат на подогрев, будет больше или равен, чемзатраты на подачу воздуха по дополнительной цепи выработок отработанных горизонтов н грузоподъемномустволу.Мощность, расходуемая при этомглавным вентилятором, будет равнау )Эк:102 к 1 р язгде 1 - суммарный КПД вентиляторнойустановки, который может бытьпринят 0,7,Среднее значение аэродинамического сопротивления выработок к можетбыть определено из таблиц.Затраты денежных средств на использование данной мощности вентилятора могут быть найдены из выражения3 = С М, руб./ч (6)Учитывая, что значение теплоемкостивоздуха мало изменяется от температуры и в рассматриваемых условиях приблизительно постоянная величина, равная 1,0 кДж/кгК, можно записать, преобразовав выражение (2), следующееусловие для определения дополнительного количества воздуха, поступающего в шахту или рудник: Количество тепла, которое будет сэкономлено в результате подачи смеси воздуха иэ груэоподъемного ствола к устью воздухоподающей выработки (в зимний период - через калориферную установку), может быть подсчитано по формулеС, = (2. С.+С)С,(с,-), кдж/с.(7)1368442 для оценки правильности выбора горизонтов, на которых размещены отработанные выработки. т.е, правильностивыбора параметра Т, . Если расчетпо формуле (1) дает значение ниже,чем значение температуры подаваемогов шахту или рудник воздуха, то необходимо выбрать более низкие горизон ты с более высокой (в пределах отрицательных значений температуры) температурой горных пород.Самый общий алгоритм расчета, когда с, не задается по условию 15 = Т, , следующий:Определяют по формуле (4) нижнийпредел изменения параметра С, при условии ТсрТнеОпределяют по формуле (11) эначе ние параметра. с,. ь 3 о,к С кг/с.(9) Причем Сцелесообразно задавать исходя из условия сохранения мерзлого состояния горных пород вокруг грузоподъемного ствола, поскольку это является основным требованием. Но в то же время значение этой температ ры может быть рассчитано по формуле (П), которой удобно пользоваться 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 кВтеч, равного 864)Э 1= 864г 10 , руб./ч (8) Стоимость тепловой энергии г 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 33, или после несложных преобразований получаюти,) )о к(ис.)ЛПСз Температура С используемая в расчетах, может быть задана равной температуре плавления льда Т, , так как в этом случае сохраняется мерзлое состояние горных пород и в то же время достигается максимальный эффект прн подогреве воздуха, поступающего в шахту или рудникВ общем случае температура Сопределяется из балансового выражения й2: С, + С)с,с,=с -.мС ;Ср .Сп С) т ССР Тс.р (а 1Используя те же предпосылки, что ипри выводе выражения (4), получаютТср+ СтгС,/Ср +ЕС, С.,С+ С Проверяют условие йи еслиусловие выполняется, определяют по.формуле (9) верхний предел изменения 25 параметра С, а если условие не выполняется, выбирают отработанные выработки на других горизонтах с,болеевысокой температурой окружающих пород и повторяют всю процедуру расче та.Возможен и другой вариант, когдаколичество тепла, привносимое вствол за счет утечек воздуха из подмерзлотных горизонтов, будет таким,что невозможным окажется даже присамых низких значениях Т,р обеспечитьтемпературу воздуха на выходе иэствола ниже или равной значению Т .В этом случае необходимо снизить об щее количество утечек путем герметизации вентиляционных сооружений наподмерзлотных горизонтах. Этот случай относится скорее к разряду теоретических. Анализ количества утечек 45 воздуха на сопряжениях выработок рабочих горизонтов с грузоподъемнымистволами, проведенный на шахтах ирудниках Севера, показывает, что онипо абсолютным значениям в несколько 50 раз ниже тех, которые могли бы привести к рассматриваемому предельномуслучаюСущественными отличиями предлагае 55 мого способа от известных являются следующие: Вентиляционная выработка проводится не до рабочих горизонтов шахты42 Составитель И. АллагуловРедактор В. Данко Техред М,Дидык Корректор М, Демчик Заказ 211/29 Тираж 426 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, ЖРаушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 13684или рудника, а до глубины залеганияталых горных пород. Выдача вентиляционной струи осуще 5 ствляется раздельно через грузоподьемный ствол и вентиляционный ствол. Выработки отработанных горизонтов, по которым подается часть венти ляционной струи в грузоподъемный ствол, выбираются исходя из условия Т ), (В шахту или рудник подается дополнительное количество воздуха (допоп нительное по отношению к основному, которое рассчитывается по известным правилам - по газу, пыли и т.п.). Исходящий из грузоподъемного 20 ствола и выработок отработанных горизонтов воздух подается к устью вентиляционной выработки, откуда снова подается в шахту или рудник.Дополнительное количество воздуха определяется по расчетной формуле. Формула изобретенияСпособ регулирования теплового режима шахт и рудников, включающий подачу свежей вентиляционной струи ввыработки к очистным забоям и отвод воздуха через вентиляционный ствол, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности способа за счет снижения затрат на подогрев воздуха при поддержании мерзлого состояния горных пород, окружающих грузоподъемный ствол подачу свежей вентиляционной струи осуществляют по дополнительно пройденной до .глубины залегания талых горных пород воздухоподающей выработке, при этом подают дополнительное количество свежего воздуха, которое направляют из воэдухоподающей 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.