Способ регулирования теплового режима шахт

 

СПОСОБ РЕГУШРОВАНР ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ШАХТ, включающий подачу наружного воздуха в теплообменную . вьфаботку и изменение его температуры до естественной температуры породного массива, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования теплового режима шахт путем активизации теплообмена шахтного воздуха с глубокими слоями породного массива, проходят систему теплоаккумулирующих выработок, сбитЬк между собой и примыкающих к теплообменной вьфаботке, и осзществляют перераспределение наружного воздуха по указанным выработкам, при этом в . теплоаккумулирующих вьфаботках проходят траншеи, в дне которых бурят сообщающиеся между собой скважины, причем траншеи и. скважины заполняют лагретым водным раствором соли. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (54)4 Е 21 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3635349/22-03 (22) 15.08.83 (46) 30.12.85. Бюл. У 48 (71) Институт горного дела Севера

Якутского филиала СО АН СССР (72) В.П.Ким и В.Н.Скуба (53) 622 ° 418(088.8) (56) Дядькин 10.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера.

М.: Недра, 1968, с. 197-199.

Там же, с. 211-213. (54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ШАХТ„включающий подачу наружного воздуха в теплообменную . выработку и изменение его температу-ры до естественной температуры пород„„SU„„1201518 A ного массива, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования теплового режима шахт путем активизации теплообмена шахтного воздуха с глубокими слоями породного массива, проходят систему теплоаккумулирующих выработок, сбитых между собой и примыкающих к теплообменной выработке, и осуществляют перераспределение наружного воздуха по указанным выработкам, при этом в теплоаккумулирующих выработках проходят траншеи, в дне которых бурят сообщающиеся между собой скважины, причем траншеи и скважины заполняют ва- е гретым водным раствором соли.

12015

Ф

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при кондиционировании рудничного воздуха в шахтах и рудниках,расположенных в области многолетней мерзлоты»

Цель изобретения — повышение эффективности регулирования теплового режима шахт "путем активизации теплообмена шахтного воздуха с глубокими 1р слоями породного массива.

На фиг.1 изображена схема, иллю" стрирующая способ регулирования теплового режима шахт на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

На схеме показаны теплообменная выработка 1, теплоаккумулирующие выработки 2, сбойки 3, теплоноситель

4, а также скважины 5 и 6, сообщающиеся между собой.

Способ осуществляют следующим образом.

Проходят теплообменную выработку и сеть теплоаккумулирующих выработок. Теплообменную выработку соеди- 25 няют с началом основного вентиляционного пути шахты, а сеть теплоаккумулирующих выработок — с теплообменной, В почве выработок проходят траншеи и бурят циркуляционные скважины.

Траншеи и скважины заполняют водным раствором хлористого натрия или хлористого кальция концентрацией 0,1—

18,7Х.

Для приготовления раствора на по-. верхности шахты сооружают соляной солнечный бассейн, в котором нагревают раствор до 35-40 С. По мере нас гревания раствора его закачивают с помощью насоса в горные выработки и заполняют траншеи и скважины. Таким образом осуществляют аккумулирование тепла в горных выработках.

С наступлением холодного периода года наружный воздух пропускают по теппообменной выработке. По мере по45 . нижения температуры атмосферного воздуха часть его направляют в теплоаккумулирующие выработки и с помощью вентиляционных устройств распределяют по сети этих выработок.

В наиболее холодные месяцы для интенсификации теплообмена в системе шахтный воздух — раствор — горные породы включают циркуляционные насосы и насосы для распыления раствора навстречу шахтному воздуху.

На выходе из теплообменной выра:ботки смешивают воздух, проходящий

18 2 по теплообменной выработке, с воздухом, выходящим из сети теплоаккумулирующих выработок, и таким образом получают необходимую температуру воздуха, поступающего в вентиляционную сеть шахты.

Способ регулирования теплового режима шахт позволяет в десятки раз сократить вентиляционный путь для основного количества подогреваемого воздуха. Это достигается в результате того, что теплообменная выработка

1, по которой проходит основное количество воздуха и происходит его подогрев, проводится небольшой длины (в пределах 200 м), а основная масса теплоносителя 4 размещается в теплоаккумулирующих выработках 2 (камерах, естественных или искусственных полостях), сообщающихся между собой и примыкающих к теплообменной выработке под любым углом. Теплоакку. мулирующие выработки 2 и сбойки 3 пересекают оконтуриваемое ими поле так, что на его площади размещается

| расчетное количество теплоносителя, а образующиеся при этом целики обеспечивают нормальные условия поддержания самих выработок.

Длина теплоаккумулирующих выработок, заполненных раствором, по сравнению с выработками, аккумулирующими тепло только в породах, окружающих их, сокращается вследствие того, что теплоаккумулирующая способность раствора примерно в 4 раза выше, чем у горных пород (табл.1), и в активный теплообмен вовлекают глубокие слои породного массива с помощью скважин и создания условий для циркуляции по ним раствора (надежная фильтрация между скважинами, взаимосвязь между параметрами скважин и схемами их соединения).

В теплоаккумулирующих выработках и сбойках между ними устанавливают вентиляционные устройства, с помощью которых зти выработки включаются частично или полностью в теплообмен с наружным воздухом, количество которого регулируется также с помощью этих устройств. Тепловой режим в теплообменной выработке 1 формируется в результате смешивания наружного воздуха с воздухом, выходящим из теплоаккумулирующих выработок.

С наступлением более холодных месяцев, если повьш ение температуры воздуха в теплоаккумулирующих вы1201518 работках путем естественного теплообмена между воздухом и раствором недостаточно, включают устройство для распыления раствора навстречу воздуш- . ному потокуе Устроиство состоит иэ насоса, трубопроводов, вентилей и форсунок, факелы разбрызганного раствора которыми перекрывают все сечение выработки, в которых они,установлены. Интенсивность теплообмена меж- 1О ду воздухом и раствором регулируют, изменяя как количество распыляемого раствора, так и его температуру пере-. мещением всасывающего патрубка насоса по глубине траншеи. 15

Скважины группируют в автономные замкнутые системы, состоящие из центральной скважины 6, которая сообщает-ся со скважинами 5, расположенными вокруг нее на расстоянии 1/4 ширины 2б траншеи, равной ширине выработки или меньшей ее на 0,5 м. Глубина траншей

1-2 м, а расстояние между центральными скважинами равно 1/2 ширины траншеи. Суммарная площадь сечений периферийных скважин должна быть равной площади сечения центральной, чтобы скорости циркуляции раствора были равными. Глубина скважин ограничивается экономической и технической целесообразностью.

Между периферийными и центральной скважинами создается прямая связь или зона фильтрации с помощью взрыва или наклонным бурением периферийных скважин. . 35 В центральной скважине раствор . более интенсивно охлаждается, увеличивая свою плотность, чем в перифе рийных, вследствие того, что к рав-, ному количеству раствора тепло горных пород, окружающих центральную скважину, передается через меньшую поверхность (например, при шести скважинах в 2,4, а при восьми в

3,5 раза).

Таким образом создаются условия для цнркуляции раствора пб скважинам, а следовательно, и выноса тепла породного массива на поверхность, в охлаждающийся раствор.

Эффективность способа обусловлена правильным выбором концентрации раствора. Поверхность растворов слабой концентрации, аналогично пресной воде, замерзает прежде, чем они отдадут свое тепло. При высокой концентрации породный массив, окружающий раствор, и сам раствор охлаждаются ниже расчетной температуры, но при этом не происходит отдачи основного количества тепла, т. е. скрытой теплоты замерзания раствора. Для наиболее полного -использования тепла раствора и породного массива необходимо, чтобы температура замерзания раствора t быпа ниже естественной температуры породного массива t и выше или равна температуре подогрева шахтного воздуха й,, т.е. t c

9 П наг1

Оптимальное соотношение между количеством раствора и объемом породного массива, вовлекаемого для подогрева шахтного воздуха, должно определяться исходя из конкретных природно-климатических и горно-технических условий каждого предприятия.

Предлагаемая система кондиционирования шахтного воздуха является в. какой-то мере самонастраивающейся, т.е. чем больше температура холодно1

ro воздуха отличается от температуры раствора, тем интенсивнее конвективный и радиационный теплообмены между ними. При контакте. раствора и воздуха происходит насьпцение воздуха водяными парами при его нагревании и, следовательно, усвоение воздухом скрытой теплоты испарения насыщающих

его паров. В то же время применение. жидкого теплоносителя позволяет активно управлять процессом теплообме на (даже в автоматическом режиме): распылять с помощью насоса и форсунок раствор навстречу воздушному по- току, создавать циркуляцию в скважинах и тем самым извлекать тепло из породного массива, распределять воздух по теплоаккумулирующим выработкам, подогревать раствор в технически и экономически целесообразные отрезки времени с помощью различных источников энергии .

Летом для подогрева раствора до температуры превращения могут быть использованы энергия солнца и вто- ричные энергетические ресурсы (ВЭР)— тепловые отходы промьппленности (тепло воды принудительного охлажления местных электростанций, тепло отработанного пара или горячей воды котельных и др.).

В зимнее время, помимо ВЭР, в ряде случаев целесорбразноиспользование пара, горячей воды, электроэнергии для подогрева шахтного воздуха

Свойства теплоаккумулирующих веществ

Теплоаккумулирующая способность фс дt+r ), ц» / „з

Плотность

Удельная тепТемпера- Контурный центперепад рация

gt, К P, %

Скрытая теплота плавле( ния,r кДж/кг лоемкость С кДж/(кг.К) Раствор хлористого кальция

3,40

406112

213

308-264 13,7 1120

Песчаник

92400

0,84

2500

308-264

П р и м е ч а н и е. Температуру превращения хлористого кальция (292-382 К) принимают 308 К. Температуру замерзания раствора 264 К принимают равной температуре подогрева шахтного воздуха, что позволяет сравнивать предлагаемый способ регулирования теплового режима с известным.

ВНИИПИ Заказ 7979/33 Тираж 445 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4.5 12015 и аккумулирования тепла в теплоаккумулирующих выработках, особенно в нерабочие дни и в ночное время, когда нагрузки на электростанции и котельные резко снижаются. В результате уменьшение количества аккумулируемого теплоносителя повышает эффективность предлагаемого способа кондиционирования шахтного воздуха. Аккумулирование теплоты в течение 10 суток или недели и более длительного времени очень сложный и дорогостоящий процесс, и поэтому поддержание температуры теплоносителя в заданных пределах даже с помощью пер18 б вичных источников энергии экономически оправдано..

Выданный на поверхность охлажденный за зиму раствор можно нагреть в соляном солнечном бассейне, особенность которого заключается в том, что поверхностные слои раствора играют роль тепловой изоляции для придонного слоя, температура которого при глубине водоема 0,8 м повышается до

90-100.С и незначительно остывает о в ночное время. Это обстоятельство позволяет по мере нагрева раствора до заданной температуры закачивать

его в теплоаккумулирующие выработки.