СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНОЙ ЛАВЫ
METHOD OF COAL LAVA VENTILATION

Техническое решение относится к горной промышленности и может применяться для проветривания угольной лавы, в том числе газообильной, при отработке выемочных столбов.
Известен способ вентиляции газообильной угольной лавы (а.с. СССР №202839, МПК E21f, опубл. 28.09.1967, Бюл. №20), сочетающий использование общешахтной депрессии и установок частичного проветривания, в котором создают дополнительный распределенный по всей длине угольной лавы поперечный поток воздуха при помощи отсасывающего и нагнетательного воздухопроводов с распределенными в их боковой поверхности отверстиями, соединенными с вентиляторами частичного проветривания.
Общими признаками с заявляемым способом являются следующие: использование общешахтной депрессии и вентилятора частичного проветривания, создающего дополнительный поток воздуха по всей длине угольной лавы.
Недостатком данного технического решения является то, что необходимы дополнительные затраты на монтаж воздухопроводов на выемочном участке. Кроме того, эти воздухопроводы уменьшают проходное сечение для движения воздуха вдоль выемочного участка, поэтому необходимо более высокое статическое давление (общешахтная депрессия) для проветривания угольной лавы. Все это повышает стоимость эксплуатации шахты, поэтому рассмотренный способ неэффективен.
Известен способ уменьшения концентрации метана в забое, реализованный в устройстве взрывозащиты проходческого комбайна (авт. св. СССР №1265371, МПК E21F 5/00, Е21С 35/22, опубл. 23.10.86, Бюл. №39), включающий подачу свежего воздуха в забой и разбавление метановоздушной смеси с помощью установленного на комбайне осевого вентилятора.
Общими признаками с предлагаемым способом являются следующие: подача свежего воздуха, разбавление метановоздушной смеси с помощью установленного на комбайне осевого вентилятора.
Недостатком этого способа является то, что концентрация метана уменьшается только в зоне резания комбайна. Метан от режущего органа вытесняется в пространство лавы. Общее количество метана в лаве и его средняя концентрация по длине лавы не уменьшается. Концентрация метана в лаве может уменьшиться только вследствие подачи в лаву свежего воздуха большого расхода. Это возможно за счет вентиляторов главного проветривания. Но т.к. аэродинамическое сопротивление лавы велико, что обусловлено большим аэродинамическим сопротивлением комбайна, который перекрывает более 50% проходного сечения угольной лавы, то повышение подачи дополнительного расхода свежего воздуха в лаву весьма энергозатратно. Для увеличения расхода воздуха вдоль угольной лавы необходимо повысить перепад статического давления (депрессию) между участком сопряжения угольной лавы с откаточным штреком и участком сопряжения ее с вентиляционным штреком. Повышение статического давления ведет к повышению расхода воздуха через выработанное пространство. Последнее отрицательно сказывается на пожарной опасности для углей, склонных к самовозгоранию. Кроме того, проветривание выработанного пространства увеличивает непроизводительные потери воздуха (утечки). Все эти недостатки обусловлены тем, что аэродинамическое сопротивление комбайна определяет аэродинамическую характеристику угольной лавы как участка вентиляционной сети, а уменьшить его нельзя, т.к. нельзя изменить геометрические параметры угольной лавы и комбайна.
Нагнетательный вентилятор не уменьшает аэродинамического сопротивления лавы, т.к. его воздушный поток направлен перпендикулярно исходящей струе, поэтому он не способствует увеличению расхода метановоздушной смеси вдоль угольной лавы.
Для повышения эффективности проветривания угольной лавы необходимо снизить ее аэродинамическое сопротивление. А оно в основном определяется аэродинамическим сопротивлением комбайна, которое обусловлено его геометрическими параметрами. Поэтому рассмотренный способ для проветривания угольной лавы неэффективен.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ дымоудаления (патент CN 104912583 А, опубл. 16.09.2015).
В этом способе мобильный струйный вентилятор, установленный на транспортном средстве, перемещается к очагу пожара на приемлемое расстояние и предотвращает движение потока дымовых газов по направлению действия естественной тяги и пожарной депрессии (по направлению исходящей струи), тем самым предотвращает задымление путей эвакуации людей из тоннеля. Таким образом струйные вентиляторы создают дополнительное аэродинамическое сопротивление на пути движения дымовых газов (увеличивают аэродинамическое сопротивление участка тоннеля), препятствующее перемещению смеси воздуха и пожарно-дымовых газов на путях эвакуации и их задымлению. Поэтому такой способ нельзя применять для вентиляции угольной лавы.
Общими признаками с предлагаемым способом являются следующие: подача свежего воздуха и разбавление газовой смеси (в угольной лаве метановоздушной) с помощью осевого струйного вентилятора, установленного на транспортном средстве.
Проблемой предлагаемого способа является повышение эффективности вентиляции угольной лавы за счет снижения концентрации метана в метановоздушной смеси вблизи комбайна и вдоль лавы путем уменьшения аэродинамического сопротивления участка угольной лавы с комбайном.
Проблема решается тем, что в способе вентиляции угольной лавы, включающем подачу свежего воздуха в стесненную выработку и разбавление газовой смеси в ней с помощью осевого струйного вентилятора, установленного на транспортном средстве, согласно техническому решению указанный вентилятор используют для разбавления метановоздушной смеси в угольной лаве при непрерывном движении транспортного средства в виде комбайна при угледобыче, при этом его струю направляют в одну сторону с исходящей струей.
Такое техническое решение позволит снизить аэродинамическое сопротивление участка угольной лавы с непрерывно движущимся комбайном и создать поток воздуха, разбавляющий метановоздушную смесь непосредственно вблизи шнеков комбайна, не повышая перепад статического давления в угольной лаве и не увеличивая тем самым утечки воздуха в выработанное пространство, т.к. струйный вентилятор создает только динамическое давление. Кроме того, при тех же значениях статического давления, создаваемого вентилятором главного проветривания, значительно увеличится расход воздуха через угольную лаву, что позволит снизить в ней концентрацию метана за счет повышения скорости воздуха по направлению исходящей струи, при этом происходит увеличение доли воздуха в метановоздушной смеси. Поэтому эффективность вентиляции угольной лавы повышается.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа вентиляции угольной лавы, чертежами фиг. 1, 2 и таблицей. На фиг. 1 показана схема реализации способа, на фиг. 2 - упрощенная схема вентиляции угольной лавы, в таблице приведены результаты математического моделирования скорости метановоздушной смеси и расхода воздуха в угольной лаве.
В угольной лаве (фиг. 1) находится комбайн 1 с конвейером 2 и крепь 3. На комбайне 2 установлен осевой струйный вентилятор 4. Способ реализуют следующим образом.
Вентиляцию угольной лавы осуществляют за счет статического давления, создаваемого вентилятором 5 (фиг. 2) главного проветривания, подающим струю свежего воздуха по вентиляционному штреку 6 в угольную лаву, и далее метановоздушную смесь выводят в конвейерный штрек 7. Во время работы комбайна 1 включают осевой струйный вентилятор 4 так, чтобы струя воздуха от него была направлена в одну сторону с исходящей струей, инициированной статическим давлением вентилятора 5 главного проветривания, т.е. чтобы метановоздушная смесь, образовавшаяся в угольной лаве, была направлена в сторону конвейерного штрека 7. Таким образом, воздух эффективно перекачивают из пространства угольной лавы перед непрерывно движущимся комбайном 1 в пространство после него, тем самым разбавляют метановоздушную смесь свежим воздухом, т.е. снижают в ней концентрацию метана. Ликвидируется застойная зона в окрестностях комбайна и снижается аэродинамическое сопротивление участка угольной лавы с непрерывно движущимся комбайном. При этом не увеличиваются утечки воздуха в выработанное пространство, т.к. статическое давление осевого струйного вентилятора меньше или равно нулю.
Техническое решение является одной из реализаций результатов исследований, полученных при математическом моделировании воздухораспределения в угольной лаве при совместной работе вентилятора 5 главного проветривания и осевого струйного вентилятора 4.
В качестве исходных данных принята угольная лава длиной 200 м, угол наклона 10°, депрессия 3,5 Па, проветривание нисходящее.
Из таблицы видно, что расход воздуха в угольной лаве с осевым струйным вентилятором 4 мощностью N=4,5 кВт (п. 3) больше расхода воздуха без него (п. 2) в 1,6 раза. Учитывая, что поток воздуха в угольной лаве турбулентный и описывается зависимостью
2
Р=QR,
где Р - статическое давление,
Q - расход воздуха,
R - аэродинамическое сопротивление участка,
3
то для повышения расхода воздуха в 1,6 раза за счет общешахтной депрессии потребуется увеличить мощность вентилятора 5 главного проветривания в 1,6=4,1 раза, т.к. его мощность пропорциональна третьей степени расхода воздуха. При мощности вентилятора 5 1000 кВт потребуется прирост мощности 3100 кВт. Таким образом, экономические преимущества заявляемого способа вентиляции угольной лавы очевидны.