RU140553U1

RU140553U1 - DEEP MINE VENTILATION SYSTEM

Info

Publication number: RU140553U1
Application number: RU2013154241/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Николаев; Николай Иванович Алыменко; Григорий Захарович Файнбург; Виктор Александрович Николаев
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-05-10
Also published as: RU140553U8

Abstract

1. Система проветривания неглубокого рудника, включающая сообщающиеся между собой два воздухоподающих и один вентиляционный стволы, главную вентиляторную установку, размещенную на выходе вентиляционного ствола, две главные вентиляционные выработки, подходящие к вентиляционному стволу, а также поверхностную и подземную установки кондиционирования воздуха, отличающаяся тем, что испаритель подземной установки расположен в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, ближнего к вентиляционному стволу, а ее конденсатор - в одной из главных вентиляционных выработок.2. Система проветривания неглубокого рудника по п. 1, отличающаяся тем, что испаритель поверхностной установки кондиционирования воздуха размещен на входе воздухоподающего ствола, дальнего от вентиляционного ствола, а его конденсатор - во второй главной вентиляционной выработке, подходящей к вентиляционному стволу.1. A shallow mine ventilation system, including two air supply and one ventilation shafts interconnected, a main ventilation unit located at the outlet of the ventilation shaft, two main ventilation openings suitable for the ventilation shaft, as well as surface and underground air conditioning installations, characterized in that the underground installation evaporator is located in the near-barrel courtyard of the air supply barrel closest to the ventilation shaft, and its condenser is in one of the sections GOVERNMENTAL vyrabotok.2 ventilation. The shallow mine ventilation system according to Claim 1, characterized in that the evaporator of the surface air conditioning unit is located at the inlet of the air supply shaft farthest from the ventilation shaft, and its condenser is located in the second main ventilation opening suitable for the ventilation shaft.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к системам проветривания рудников глубиной до 500 м, и может быть использовано для энергосберегающего регулирования теплового режима и предохранения возникновения «воздушных пробок» в стволах.The utility model relates to the mining industry, namely, ventilation systems for mines up to 500 m deep, and can be used for energy-saving regulation of the thermal regime and to prevent the occurrence of "air jams" in the trunks.

Известна система проветривания рудников (Воропаев А.Ф. Тепловое кондиционирование рудничного воздуха в глубоких шахтах. М.: «Недра», М., с. 163.), в которой охлаждение подаваемого в рудник воздуха происходит на поверхности и осуществляющая закачку наружного воздуха в воздухоподающие стволы за счет разрежения, создаваемого главной вентиляторной установкой (ГВУ), работающей на всасывание и расположенной на выходе вентиляционного ствола, через который отработанный воздух выбрасывается в атмосферу. При этом весь подаваемый в рудник воздух охлаждается и осушается в поверхностной установке кондиционирования воздуха (УКВ).A well-known system of ventilation of mines (A. Voropaev, Thermal conditioning of mine air in deep mines. M: "Nedra", M., p. 163.), in which the cooling of the air supplied to the mine occurs on the surface and injects external air into air supply trunks due to the vacuum created by the main fan unit (HLD), which works on suction and is located at the outlet of the ventilation shaft, through which the exhaust air is released into the atmosphere. In this case, all the air supplied to the mine is cooled and dried in a surface air conditioning unit (VHF).

Ввиду того, что на работу поверхностной УКВ расходуется довольно большое количество электроэнергии, принудительное снижение температуры воздуха, подаваемого в один из воздухоподающих стволов ниже требуемого для его охлаждения и осушения, является неэффективным с точки зрения энергосбережения.Due to the fact that a rather large amount of electric energy is consumed for the operation of the surface VHF, the forced decrease in the temperature of the air supplied to one of the air supply trunks below that required for its cooling and drainage is ineffective from the point of view of energy conservation.

Воздух в околоствольных дворах воздухоподающих стволов под действием барометрического сжатия нагревается и, проходя по подземным горным выработкам, вновь охлаждается до температуры подземных горных пород. В случае, если в поверхностной УКВ воздух не будет охлажден до температуры, при которой происходит его осушение, в руднике будет выпадать влага.Under the influence of barometric compression, the air in the near-barrel courtyards of air-supplying trunks is heated and, passing through underground mine workings, is again cooled to the temperature of underground rocks. If the air in the surface VHF is not cooled to the temperature at which it is drained, moisture will precipitate in the mine.

При работе поверхностных УКВ между воздухоподающими стволами будут возникать «отрицательные» тепловые депрессии. В результате их действия будет увеличиваться «отрицательная» общерудничная естественная тяга. Данный факт приведет к тому, что в рудник будет подаваться объем воздуха ниже требуемого для нормальной его работы. В результате возникнет необходимость увеличить производительность ГВУ, т.е. перевести вентилятор в область более высоких давлений, что послужит причиной увеличения энергопотребления на ее работу.During the operation of surface VHF between the air supply trunks, “negative” thermal depressions will occur. As a result of their action, the “negative” general-labor natural craving will increase. This fact will lead to the fact that the volume of air below the required for normal operation will be supplied to the mine. As a result, there will be a need to increase the performance of the HLG, i.e. to transfer the fan to the region of higher pressures, which will cause an increase in energy consumption for its operation.

Наиболее близкой к заявляемой является система проветривания рудника, включающая сообщающиеся между собой два воздухоподающих и один вентиляционный стволы, ГВУ, размещенную на выходе вентиляционного ствола, две главные вентиляционные выработки, подходящие к вентиляционному стволу, а также поверхностную и подземную установки кондиционирования воздуха (Николаев А.В. Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Пермь, 2012, с. 17, рис. 7, в).Closest to the claimed one is the ventilation system of the mine, which includes two air supply and one ventilation shafts, HLD, located at the outlet of the ventilation shaft, two main ventilation openings suitable for the ventilation shaft, as well as surface and underground air conditioning units (Nikolaev A. B. Management of thermal depressions in ventilation systems of potash mines. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Perm, 2012, p. 17, p Isa. 7, c).

Недостатки известной системы следующие.The disadvantages of the known system are as follows.

Воздух, проходящий через УКВ, охлаждается в теплообменниках, по которым проходит хладоноситель. В результате воздух отдает тепло хладоносителю, нагревая его. Для дальнейшей работы УКВ хладоноситель необходимо охлаждать. Для этой цели в основном применяются воздушные охладители, состоящие из вентиляторов, подающих воздух на теплообменники, по которым проходит нагретый хладоноситель. После того как воздух охладит хладоноситель в теплообменниках, он нагревается, и его необходимо изолировать от охлажденной струи воздуха. В подземной УКВ системы - прототипа не предусмотрен путь выброса теплого воздуха, образующегося при охлаждении хладоносителя. Вели выброс тепла осуществлять в месте расположения УКВ, то его КПД будет стремиться к нулю, т.к. охлажденный воздух будет смешиваться с нагретым воздухом, выходящим из охлаждающих вентиляторов. При расположении охлаждающих вентиляторов на поверхности, КПД установки также будет низким, т.к. для охлаждения хладоносителя будет использоваться наружный теплый воздух.The air passing through the VHF is cooled in heat exchangers through which the coolant passes. As a result, air gives off heat to the coolant, heating it. For further work, the VHF refrigerant must be cooled. For this purpose, air coolers are mainly used, consisting of fans that supply air to heat exchangers through which the heated coolant passes. After the air cools the coolant in the heat exchangers, it heats up and must be isolated from the cooled air stream. In the underground VHF prototype system, there is no way for the release of warm air generated during cooling of the coolant. If the heat emission was carried out at the VHF location, then its efficiency will tend to zero, because chilled air will mix with heated air leaving the cooling fans. When the cooling fans are located on the surface, the efficiency of the installation will also be low, because external cool air will be used to cool the coolant.

Кроме того, снижение величины отрицательных тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги будет зависеть от хладопроизводительности УКВ. При снижении величины отрицательных тепловых депрессий, будет снижаться электроэнергия, потребляемая ГВУ. Однако, для работы УКВ также требуется большое количество электроэнергии. В связи с этим увеличение хладопроизводительности УКВ будет нецелесообразным с точки зрения энергосбережения. Поэтому система - прототип в целом не позволит компенсировать затраты электроэнергии на свою работу. Таким образом, отрицательное влияние теплого воздуха существенно снижает КПД системы в целом и увеличивает энергозатраты на проветривание рудника.In addition, a decrease in the magnitude of the negative thermal depressions between the trunks and the common-draft natural draft will depend on the VHF cooling capacity. With a decrease in the magnitude of negative thermal depressions, the electricity consumed by the HLW will decrease. However, VHF operation also requires a large amount of electricity. In this regard, an increase in the refrigerating capacity of VHF will be inappropriate from the point of view of energy conservation. Therefore, the prototype system as a whole will not allow to compensate for the cost of electricity for its work. Thus, the negative influence of warm air significantly reduces the efficiency of the system as a whole and increases the energy consumption for ventilating the mine.

Технический результат заключается в создании системы проветривания неглубокого рудника, обладающей высоким КПД и низкими энергозатратами на охлаждение воздуха и работу ГВУ за счет предотвращения влияния теплого воздуха, исходящего из конденсатора подземной установки, на процесс кондиционирования воздуха, поступающего в подземную часть рудника и используемого для проветривания.The technical result consists in creating a shallow mine ventilation system with high efficiency and low energy consumption for air cooling and operation of the HLD by preventing the influence of warm air coming from the condenser of the underground installation on the air conditioning process entering the underground part of the mine and used for ventilation.

Сущность полезной модели заключается в том, что в системе проветривания неглубокого рудника, включающей сообщающиеся между собой два воздухоподающих и один вентиляционный стволы, главную вентиляторную установку (ГВУ), размещенную на выходе вентиляционного ствола, две главные вентиляционные выработки, подходящие к вентиляционному стволу, а также поверхностную и подземную установки кондиционирования воздуха, согласно π Л формулы, испаритель подземной установки расположен в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, ближнего к вентиляционному стволу, а ее конденсатор - в одной из главных вентиляционных выработок.The essence of the utility model lies in the fact that in a shallow mine ventilation system, which includes two air supply pipes and one ventilation shaft, a main ventilation unit (HLD) located at the outlet of the ventilation shaft, two main ventilation openings suitable for the ventilation shaft, as well as surface and underground air conditioning installations, according to π L of the formula, the underground installation evaporator is located in the near-barrel courtyard of the air supply barrel closest to the vent an irrigation barrel, and its condenser - in one of the main ventilation openings.

КПД системы в целом зависит от КПД подземной УКВ при охлаждении поступающего воздуха. Заявляемое расположение испарителя подземной УКВ в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, ближнего к вентиляционному стволу, а его конденсатора - в одной из главных вентиляционных выработок, позволяет организовать выброс теплого воздуха, образующегося в процессе охлаждении хладоносителя в исходящую через вентиляционный ствол струю воздуха. Конденсатор подземной УКВ необходимо располагать в одной из двух вентиляционных выработок, подходящих к вентиляционному стволу, в котором температура воздуха составляет 8-10°C, а не 20-30°C как на поверхности. Поэтому для охлаждения хладоносителя, нагретого в процессе охлаждения воздуха, потребуются значительно меньшие затраты электроэнергии, что позволит повысить КПД установки.The efficiency of the system as a whole depends on the efficiency of the underground VHF during cooling of the incoming air. The claimed location of the underground VHF evaporator in the near-barrel courtyard of the air supply barrel closest to the ventilation shaft, and its condenser in one of the main ventilation openings, makes it possible to organize the release of warm air generated during the cooling of the coolant into the air stream emitted through the ventilation shaft. An underground VHF condenser must be located in one of two ventilation openings suitable for the ventilation shaft, in which the air temperature is 8-10 ° C, and not 20-30 ° C as on the surface. Therefore, to cool the coolant heated in the process of air cooling, significantly lower energy costs will be required, which will increase the efficiency of the installation.

В процессе охлаждения хладоносителя теплый воздух выбрасывается в исходящую струю вентиляционного ствола, температура которого повышается, результатом чего является увеличение величины положительных тепловых депрессий, действующих между стволами. Величина температуры воздуха, нагретого за счет работы УКВ по охлаждению хладоносителя, будет зависеть от требуемой хладопроизводительности установки, т.е. чем больше температура, до которой необходимо охладить воздух в УКВ, тем больше температура воздуха, образующегося в процессе охлаждения хладоносителя, следовательно больше температура исходящего воздуха. В этом случае значительно увеличивается величина тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги, исключается возможность образования «воздушных пробок» в стволах и снижается электроэнергия., потребляемая ГВУ.In the process of cooling the coolant, warm air is emitted into the outgoing stream of the ventilation shaft, the temperature of which rises, which results in an increase in the value of positive thermal depressions acting between the trunks. The temperature of the air heated by the VHF work on cooling the coolant will depend on the required cooling capacity of the installation, i.e. the higher the temperature to which it is necessary to cool the air in the VHF, the higher the temperature of the air formed in the process of cooling the coolant, therefore, the higher the temperature of the outgoing air. In this case, the magnitude of the thermal depressions acting between the trunks and of the general natural draft is significantly increased, the possibility of the formation of “air jams” in the trunks is excluded and the electric energy consumed by the HLD is reduced.

На фиг. 1 представлена схема заявляемой системы проветривания неглубокого рудника. На фиг. 2 - устройство кондиционирования воздуха (УКВ), используемое в заявляемой системе.In FIG. 1 presents a diagram of the inventive ventilation system of a shallow mine. In FIG. 2 - air conditioning device (VHF) used in the inventive system.

1 - первый воздухоподающий ствол;1 - the first air supply barrel;

2 - второй воздухоподающий ствол;2 - the second air supply barrel;

3 - вентиляционный ствол;3 - a ventilation trunk;

4 - трубопровод с хладоносителем;4 - pipeline with a coolant;

5 - подземная часть рудника;5 - underground part of the mine;

6 - главная вентиляторная установка (ГВУ);6 - main fan installation (HLG);

7 - 1-я главная вентиляционная выработка, подходящая к вентиляционному стволу 3;7 - 1st main ventilation opening, suitable for ventilation shaft 3;

8 - 2-я главная вентиляционная выработка, подходящая к вентиляционному стволу 3;8 - 2nd main ventilation opening, suitable for ventilation shaft 3;

9 - охлаждаемый воздух;9 - cooled air;

10 - нагретый воздух;10 - heated air;

11 - регулирующий вентиль;11 - control valve;

12 - охлажденный воздух;12 - chilled air;

13 - исходящая струя воздуха;13 - outgoing stream of air;

14 - испаритель поверхностной УКВ;14 - evaporator surface VHF;

15 - испаритель подземной УКВ;15 - evaporator underground VHF;

16 - конденсатор поверхностной УКВ;16 - surface VHF capacitor;

17 - конденсатор подземной УКВ;17 - underground VHF capacitor;

18 - воздух, нагретый в конденсаторе 16;18 - air heated in the condenser 16;

19 - воздух, нагретый в конденсаторе 17;19 - air heated in the condenser 17;

20 - нагнетающий вентилятор;20 - forcing fan;

21 - теплообменник испарителя 14;21 - evaporator heat exchanger 14;

22 - теплообменник испарителя 15;22 - evaporator heat exchanger 15;

23 - охлаждающий вентилятор;23 - cooling fan;

24 - компрессор испарителя 15.24 - evaporator compressor 15.

Пример работы заявляемой системы.An example of the claimed system.

С помощью нагнетательных вентиляторов 20 охлаждаемый воздух 9 подают в теплообменник 21. Система из нагнетательного вентилятора 20 и теплообменника 21 представляет собой испаритель 14 поверхностной УКВ. В теплообменнике 21 воздух 9 охлаждается за счет теплообмена с хладоносителем, циркулирующим в трубопроводе 4. В качестве хладоносителя может использоваться, например, фреон или аммиак.Using the blower fans 20, cooled air 9 is supplied to the heat exchanger 21. The system of the blower fan 20 and the heat exchanger 21 is an evaporator VHF surface 14. In the heat exchanger 21, the air 9 is cooled by heat exchange with a coolant circulating in the pipe 4. As a coolant can be used, for example, freon or ammonia.

В испарителе 14 хладоноситель кипит за счет тепла, отнимаемого от охлаждаемого воздуха 9. Далее по трубопроводу 4 хладоноситель в газообразном состоянии поступает в компрессор 24 конденсатора 16 поверхностной УКВ, где он сжимается. Сжатие сопровождается соответствующим повышением температуры. В теплообменнике 22 конденсатора 16 хладоноситель охлаждается до температуры насыщения и, конденсируясь, переходит в жидкое состояние. Тепло нагрева и конденсации отводится охлаждающей средой за счет охлаждающих вентиляторов 23. Для регулирования скорости движения хладоносителя по трубопроводу 4 предназначен регулирующий вентиль 11. При изменении положения регулирующего вентиля 11 меняется величина давления хладоносителя в трубопроводе 4, тем самым регулируется хладопроизводительность поверхностной УКВ. Регулирующий вентиль 11 работает совместно с компрессором 24, настраивая УКВ на экономный режим работы. Аналогичным образом работает испаритель 15 и конденсатор 17 подземной УКВ.In the evaporator 14, the coolant boils due to the heat taken from the cooled air 9. Then, through the pipeline 4, the coolant in a gaseous state enters the compressor 24 of the surface-VHF condenser 16, where it is compressed. Compression is accompanied by a corresponding increase in temperature. In the heat exchanger 22 of the condenser 16, the coolant is cooled to a saturation temperature and, condensing, passes into a liquid state. The heat of heating and condensation is removed by the cooling medium due to cooling fans 23. To regulate the speed of the coolant through the pipe 4, a control valve 11 is designed. When the position of the control valve 11 changes, the pressure of the coolant in the pipe 4 changes, thereby regulating the cooling capacity of the surface VHF. The control valve 11 works in conjunction with the compressor 24, adjusting the VHF to an economical mode of operation. Similarly, the evaporator 15 and the condenser 17 of the underground VHF work.

Воздух 9 в рудник всасывается по двум воздухоподающим стволам 1 и 2 за счет разряжения, создаваемого ГВУ 6.Air 9 into the mine is sucked in by two air supply shafts 1 and 2 due to the vacuum created by the HLG 6.

В первом воздухоподающем стволе 1 воздух охлаждается в испарителе 14 поверхностной УКВ до заданной температуры.In the first air supply barrel 1, the air is cooled in the evaporator 14 of the surface VHF to a predetermined temperature.

Во второй воздухоподающий ствол 2 подается наружный воздух 9. Охлаждение воздуха 9 до заданной температуры осуществляется в испарителе 15 подземной УКВ расположенном в околоствольном дворе воздухоподающего ствола 2.External air 9 is supplied to the second air supply barrel 2. The air 9 is cooled to a predetermined temperature in the evaporator 15 of the underground VHF located in the near-barrel yard of the air supply barrel 2.

Воздух 9 в испарителях 14 и 15 подземной и поверхностной УКВ охлаждается до температур, при которых происходит его полное осушение. Далее, осушенный воздух 12 двигается по подземным горным выработкам 5, при этом влаги на стенках горного массива не будет. В главную вентиляционную выработку 7, подходящую к вентиляционному стволу 3, выбрасывается нагретый в конденсаторе 17 подземной УКВ воздух 19. В случае небольшой глубины рудника до 400 м в одной из главных вентиляционных выработок, например 8, подходящих к вентиляционному стволу 3, может быть размещен конденсатор 16 поверхностной УКВ, который будет выбрасывать в вентиляционный ствол 3 нагретый в процессе работы конденсатора 16 поток воздуха 18. В этом случае будет наблюдаться дополнительный положительный эффект, заключающийся в повышении КПД поверхностной УКВ и увеличении величины положительной общерудничной естественной тяги.Air 9 in evaporators 14 and 15 of the underground and surface VHF is cooled to temperatures at which it is completely drained. Further, the dried air 12 moves along the underground mine workings 5, while there will be no moisture on the walls of the mountain range. An air 19 heated in the condenser 17 of the underground VHF air is discharged into the main ventilation opening 7, suitable for the ventilation shaft 3. In the case of a small mine depth of up to 400 m, a condenser can be placed in one of the main ventilation openings, for example 8, suitable for the ventilation shaft 3 16 surface VHF, which will be emitted into the ventilation shaft 3 heated during operation of the condenser 16 air stream 18. In this case, there will be an additional positive effect, which consists in increasing the efficiency of superficial VHF and an increase in the value of positive general-mine natural traction.

Образующиеся в процессе работы поверхностной и подземной У КВ тепловые депрессии h_ej будут положительными (+h_e1; +h_e2; +h_e3), в результате чего исключается возможность образования «воздушной пробки» в одном из воздухоподающих стволов 1, 2, а увеличение величины положительной общерудничной естественной тяги позволит перевести режим работы ГВУ 6 в область более низких давлений, снизив тем самым ее энергопотребление.The thermal depressions h _ej formed during the operation of the surface and underground HF at HF will be positive (+ h _e1 ; + h _e2 ; + h _e3 ), as a result of which the possibility of formation of an “air plug” in one of the air supply trunks 1, 2 is excluded, and the increase the values of positive general-labor natural draft will allow to transfer the operation mode of the HLG 6 to the region of lower pressures, thereby reducing its energy consumption.

Экспериментально и расчетным путем было установлено, при температуре наружного воздуха равной 21,5°C, атмосферном давлении 742,7 мм рт.ст. и объеме подаваемого в рудник глубиной 400 м воздуха, равном 500 м³/с КПД заявляемой системы, по сравнению с прототипом, увеличится на 38,3%. КПД поверхностной УКВ увеличится на 64,0%.It was established experimentally and by calculation, at an outdoor temperature of 21.5 ° C, atmospheric pressure of 742.7 mm Hg. and the volume of air supplied to the mine with a depth of 400 m, equal to 500 m ³ / s, the efficiency of the claimed system, compared with the prototype, will increase by 38.3%. The efficiency of surface VHF will increase by 64.0%.

При принятых параметрах на кондиционирование воздуха необходимо затратить 1400 кВт·ч электроэнергии. За счет действия положительной общерудничной тяги, т.е. при переводе ГВУ в область более низких давлений, затраты электроэнергии на работу главной вентиляторной установки снизятся на 813,2 кВт·ч. В этом случае электроэнергия, затрачиваемая на работу УКВ, за счет компенсации затрат электроэнергии, потребляемой ГВУ, снизится до 586,8 кВт·ч, т.е. примерно на 63%.With the adopted parameters, it is necessary to expend 1400 kWh of electricity for air conditioning. Due to the action of positive all-worker traction, i.e. when transferring the HLD to the lower pressure region, the cost of electricity for the operation of the main fan unit will decrease by 813.2 kWh. In this case, the energy spent on VHF operation, by compensating for the cost of electricity consumed by the HLD, will decrease to 586.8 kWh, i.e. approximately 63%.

Claims

1. A shallow mine ventilation system, including two air supply and one ventilation shafts interconnected, a main ventilation unit located at the outlet of the ventilation shaft, two main ventilation openings suitable for the ventilation shaft, as well as surface and underground air conditioning installations, characterized in that the underground installation evaporator is located in the near-barrel courtyard of the air supply barrel closest to the ventilation shaft, and its condenser is in one of the sections GOVERNMENTAL ventilation openings.

2. The shallow mine ventilation system according to claim 1, characterized in that the evaporator of the surface air conditioning unit is located at the inlet of the air supply barrel far from the ventilation shaft, and its condenser is located in the second main ventilation opening suitable for the ventilation shaft.