СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
VENTING OF UNDERGROUND MINING PLANT

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания подземных горнодобывающих предприятий.
Известен способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия, осуществляемый с помощью системы, описанной в патенте RU №140553 от 10.05.2014 г. Способ включает подачу наружного воздуха по двум воздухоподающим стволам за счет работы главной вентиляторной установки (ГВУ), охлаждение его в системе кондиционирования воздуха (СКВ). Поступающий в первый воздухоподающий ствол воздух охлаждается в испарителе поверхностной СКВ, поступающий во второй - в испарителе подземной СКВ. Проходящий по подземной части подземного горнодобывающего предприятия воздух поступает в главные вентиляционные выработки, в которых расположены конденсаторы поверхностной и подземной СКВ, выбрасывающие теплый воздух в исходящую по вентиляционному стволу струю.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - подают наружный воздух по воздухоподающим стволам за счет работы главной вентиляторной установки; нагревают воздух, проходящий по подземной части горнодобывающего предприятия, установками, расположенными в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу; отводят нагретый воздух по вентиляционному стволу на поверхность.
Недостатки известного способа следующие:
- величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги будут зависеть от объема и температуры выбрасываемого из конденсаторов СКВ воздуха, т.е. регулирование их величины можно осуществлять только в ограниченном диапазоне;
- способ применим только в случае работы системы кондиционирования воздуха (СКВ), т.е. только в теплое время года;
- в способе не предусматривается автоматизация процесса проветривания;
- способ применим только на подземных горнодобывающих предприятиях, подача воздуха в которые осуществляется по двум воздухоподающим и выдача по одному вентиляционному стволам;
- способ применим только на подземных горнодобывающих предприятиях, работающих по всасывающему способу проветривания.
Наиболее близким способом к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия, осуществляемый с помощью системы автоматизации главной вентиляторной установки (ГВУ), описанной в патенте RU №131083 от 10.08.2013 г. Способ включает подачу наружного воздуха по двум воздухоподающим стволам за счет работы главной вентиляторной установки (ГВУ), нагрев воздуха в шахтных калориферных установках с возможностью изменения их теплопроизводительности, измерение датчиками температуры, давления либо плотномерами и датчиками расхода параметров воздуха в околоствольных дворах воздухоподающих стволов, в месте пересечения главных вентиляционных выработок с вентиляционным стволом, в канале ГВУ и калориферном канале. Информация с датчиков поступает в микроконтроллерный блок (МКБ), выдающий управляющие сигналы на механизм изменения теплопроизводительности шахтных калориферных установок и на задающее устройство электропривода ГВУ. Поступающий в подземное горнодобывающее предприятие воздух проходит по его подземной части и через главные вентиляционные выработки удаляется в вентиляционный ствол. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - подают наружный воздух по воздухоподающим стволам за счет работы главной вентиляторной установки; наружный воздух нагревают в шахтной калориферной установке, расположенной в поверхностном комплексе воздухоподающего ствола; при нагреве воздуха в шахтной калориферной установке определяют величины тепловых депрессий и общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления, либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, установленных на входе в воздухоподающие стволы, в их околоствольных дворах, в главных вентиляционных выработках и в поверхностном комплексе главной вентиляторной установки; теплопроизводительность шахтной калориферной установки и режим работы главной вентиляторной установки регулируются устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги; воздух отводят по вентиляционному стволу на поверхность.
Недостатки известного способа, принятого за прототип, следующие:
- регулирование режима работы главной вентиляторной установки (ГВУ) осуществляется в зависимости от величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги только при работе шахтных калориферных установок (ШКУ), т.е. может осуществляться только в холодное время года;
- способ применим только на подземных горнодобывающих предприятиях, подача воздуха в которые осуществляется по двум воздухоподающим стволам и выдача по одному вентиляционному стволу;
- способ применим только на подземных горнодобывающих предприятиях, работающих по всасывающему способу проветривания.
Задачей изобретения является повышение энергоэффективности проветривания за счет действия тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги на всех типах подземных горнодобывающих предприятий, работающих по различным способам проветривания (всасывающему, нагнетательному или комбинированному) с различным количеством стволов; расширение периода использования способа (круглогодично).
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе проветривания, при котором подают наружный воздух по воздухоподающим стволам за счет работы главной вентиляторной установки, нагревают его в шахтной калориферной установке, расположенной в поверхностном комплексе воздухоподающего ствола, при нагреве определяют величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления, либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, установленных на входе в воздухоподающие стволы, в их околоствольных дворах, в главных вентиляционных выработках и в поверхностном комплексе главной вентиляторной установки, причем теплопроизводительность шахтной калориферной установки и режим работы главной вентиляторной установки регулируются устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги, воздух отводят по вентиляционному стволу на поверхность, согласно изобретению подают наружный воздух по воздухоподающим стволам, используя любой из существующих способов проветривания: всасывающий, нагнетательный или комбинированный и любое количество воздухоподающих стволов, затем воздух, проходящий по подземной части горнодобывающего предприятия, нагревают при помощи электронагревательных пластинчатых элементов, расположенных в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, причем в холодное время года нагревают воздух в главных вентиляционных выработках до значения температуры, при которой между стволами возникают положительные тепловые депрессии и общерудничная естественная тяга, а в теплое время года, в период отключения шахтной калориферной установки, нагрев воздуха в главных вентиляционных выработках осуществляют в зависимости от соотношения затрачиваемой на работу электронагревательных пластинчатых элементов и сэкономленной на главной вентиляторной установке электроэнергии, которое вычисляется в микроконтроллерном блоке, при нагреве воздуха, проходящего через электронагревательные пластинчатые элементы, определяют величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, при этом теплопроизводительность электронагревательных пластинчатых элементов регулируется устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от требуемых величин тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги, а отводят нагретый воздух на поверхность, используя любое количество вентиляционных стволов, при этом в главных вентиляционных выработках каждого вентиляционного ствола располагают электронагревательные пластинчатые элементы.
Целесообразно в теплое время года для охлаждения наружного воздуха использование системы кондиционирования, хладопроизводительность которой регулируется устройствами управления.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - подают наружный воздух по воздухоподающим стволам, используя любой из существующих способов проветривания: всасывающий, нагнетательный или комбинированный и любое количество воздухоподающих стволов; затем воздух, проходящий по подземной части горнодобывающего предприятия, нагревают при помощи электронагревательных пластинчатых элементов, расположенных в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, причем в холодное время нагревают воздух в главных вентиляционных выработках до значения температуры, при которой между стволами возникают положительные тепловые депрессии и общерудничная естественная тяга, а в теплое время года, в период отключения шахтной калориферной установки, нагрев воздуха, проходящего по подземной части горнодобывающего предприятия, осуществляют в зависимости от соотношения затрачиваемой на работу электронагревательных пластинчатых элементов и сэкономленной на главной вентиляторной установке электроэнергии, которое вычисляется в микроконтроллерном блоке; при нагреве воздуха, проходящего через электронагревательные пластинчатые элементы, определяют величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления либо плотномеров и датчиков расхода воздуха; теплопроизводительность электронагревательных пластинчатых элементов регулируется устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от требуемых величин тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги; отводят нагретый воздух на поверхность, используя любое количество вентиляционных стволов, при этом в главных вентиляционных выработках каждого вентиляционного ствола располагают электронагревательные пластинчатые элементы; в теплое время года для охлаждения наружного воздуха используют систему кондиционирования, хладопроизводительность которой регулируется устройствами управления.
Использование при подаче наружного воздуха по воздухоподающим стволам любого из существующих способов проветривания: всасывающего, нагнетательного или комбинированного и любого количества воздухоподающих стволов, а при отводе нагретого воздуха на поверхность любого количества вентиляционных стволов позволит значительно расширить область применения способа.
Нагрев воздуха, проходящего по подземной части горнодобывающего предприятия, при помощи электронагревательных пластинчатых элементов, расположенных в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, позволит увеличить значение положительной общерудничной естественной тяги, что обеспечит режим работы ГВУ при минимальных затратах электроэнергии.
Нагрев воздуха, проходящего по подземной части горнодобывающего предприятия, в холодное время года до значения температуры, при которой между стволами возникают положительные тепловые депрессии и общерудничная естественная тяга, позволит снизить затраты электроэнергии на работу ГВУ.
Осуществление нагрева воздуха, проходящего по подземной части горнодобывающего предприятия, в теплое время года в зависимости от соотношения затрачиваемой на работу электронагревательных пластинчатых элементов и сэкономленной на ГВУ электроэнергии, которое вычисляется в микроконтроллерном блоке и зависит от величины общерудничной естественной тяги, позволит снизить затраты электроэнергии на работу ГВУ.
Информация, полученная с датчиков температуры, давления либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, в микроконтроллерном блоке позволит определить величины тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги.
Регулирование теплопроизводительности электронагревательных пластинчатых элементов, на которые поступает управляющий сигнал с микроконтроллерного блока позволит снизить затраты электроэнергии на работу ГВУ и исключить возможность образования воздушных пробок в воздухоподающих стволах.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят повысить энергоэффективность проветривания за счет действия тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги на всех типах подземных горнодобывающих предприятий, работающих по различным способам проветривания (всасывающему, нагнетательному или комбинированному) с различным количеством стволов. Кроме того, позволят использовать способ круглогодично.
Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показана схема проветривания подземного горнодобывающего предприятия, работающая по всасывающему способу проветривания с двумя воздухоподающими и одним вентиляционным стволами.
На фиг. 2 и фиг. 3 - соответственно по нагнетательному и комбинированному способу проветривания с одним воздухоподающим и одним вентиляционным стволами.
На фиг. 1-3 показаны:
1 - воздухоподающий ствол;
2 - главная вентиляторная установка;
3 - поверхностный комплекс воздухоподающего ствола;
4 - подземная часть горнодобывающего предприятия;
5 - главные вентиляционные выработки;
6 - электронагревательные пластинчатые элементы;
7 - вентиляционный ствол.
Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия осуществляется следующим образом.
ei
e
ei
e
ei
e
По воздухоподающему стволу (воздухоподающим стволам) 1 за счет работы главной вентиляторной установки (главных вентиляторных установок) 2 подается наружный воздух. В холодное время года наружный воздух нагревается в шахтной калориферной установке (шахтных калориферных установках), расположенной в поверхностном комплексе 3 воздухоподающего ствола 1. Для охлаждения воздуха в теплое время года в поверхностном комплексе может располагаться система кондиционирования воздуха. Далее воздух поступает в подземную часть горнодобывающего предприятия 4. Проходя по подземной части горнодобывающего предприятия 4, воздух принимает температуру пород. При этом величина тепловых депрессий (h) и общерудничной естественной тяги (h) зависит только от параметров (температуры и давления) воздуха, поступающего в воздухоподающий ствол (воздухоподающие стволы) 1. При прохождении по главным вентиляционным выработкам 5 воздух нагревается электронагревательными пластинчатыми элементами 6, температура нагрева которых контролируется устройством управления. Далее нагретый воздух удаляется по вентиляционному стволу 7 на поверхность. Увеличение температуры воздуха, удаляемого по вентиляционному стволу 7, позволит увеличить величину положительных тепловых депрессий (h) и общерудничной естественной тяги (h). С увеличением значения положительных тепловых депрессий (h) и общерудничной естественной тяги (h) для проветривания подземного горнодобывающего предприятия потребуется меньшее давление, развиваемое ГВУ 2 для подачи по воздухоподающему (воздухоподающим) стволу 1 требуемого количества воздуха. В этом случае режим работы ГВУ 2 переводится в область более низких давлений, в результате чего снижается затрачиваемая на ее работу электроэнергия.
ei
e
Расчет величины тепловых депрессий, действующих между стволами, (h) и общерудничной естественной тяги (h) осуществляется в микроконтроллерном блоке (МКБ), на который поступает информация с датчиков температуры, давления либо плотномеров и датчиков расхода. Датчики располагаются на входе в воздухоподающий ствол (воздухоподающие стволы) 1 и в его (их) околоствольном дворе, в главных вентиляционных выработках 5 в месте выхода нагретого воздуха из электронагревательных пластинчатых элементов 6, в поверхностном комплексе ГВУ 2. Также датчиками температуры и давления измеряются атмосферные параметры наружного воздуха.
В период отключения систем воздухоподготовки (шахтных калориферных установок и системы кондиционирования воздуха), т.е. когда температура воздуха, подаваемого в воздухоподающий ствол (воздухоподающие стволы) 1 равна температуре наружного воздуха, с МКБ управляющий сигнал подается только на устройство управления электронагревательными пластинчатыми элементами 6, изменяя их температуру. Параллельно сигнал управления с МКБ подается на задающее устройство электропривода ГВУ 2, снижая ее производительность. Контроль обеспечения подземного горнодобывающего предприятия необходимым объемом воздуха осуществляется датчиками расхода воздуха.
e
i
ei
При работе систем воздухоподготовки управляющий сигнал с МКБ также поступает на механизм регулирования теплопроизводительности шахтных калориферных установок в холодное время года либо на механизм регулирования хладопроизводительности системы кондиционирования воздуха - в теплое. При этом в МКБ за счет информации, поступающей с датчиков температуры, давления либо плотномеров, кроме величины общерудничной естественной тяги (h) определяются величины тепловых депрессий, возникающих между стволами (he). С МКБ подается сигнал на механизм регулирования тепло-(хладо-) производительностью шахтных калориферных установок (системы кондиционирования воздуха) и устройство управления электронагревательными пластинчатыми элементами 6, таким образом, чтобы между стволами отсутствовали отрицательные тепловые депрессии (h).
e
e
В МКБ определяется необходимое для возникновения положительной общерудничной естественной тяги (h) значение температуры воздуха, выдаваемого по главным вентиляционным выработкам 5 в вентиляционный ствол 7. Также рассчитывается количество электроэнергии, необходимой для нагрева электронагревательных пластинчатых элементов 6, и сэкономленной при этом на ГВУ 2. В случае, если затраты электроэнергии, расходуемой на нагрев электронагревательных пластинчатых элементов 6 будут значительно меньше сэкономленной на ГВУ 2 при действии положительной общерудничной естественной тяги (h), с МКБ выдается регулирующий сигнал на устройство управления электронагревательными пластинчатыми элементами 6.
Способ применим для всасывающей (фиг. 1), нагнетательной (фиг. 2) и комбинированной (фиг. 3) схемы проветривания при различном количестве воздухоподающих стволов 1. В случае, если воздух удаляется по нескольким вентиляционным стволам 7, электронагревательные пластинчатые элементы 6 располагаются в главных вентиляционных выработках 5 каждого вентиляционного ствола 7.
Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия применим круглогодично.
Моделирование воздухораспределения для условного калийного рудника глубиной 400 м, диаметром стволов 7 м при атмосферных параметрах воздуха 20°C, атмосферном давлении 740 мм рт. ст. и затратах электроэнергии на работу электронагревательных пластин всего 22 кВт·ч показало, что при использовании заявляемого способа проветривания экономия электроэнергии составила 231,52 кВт·ч, т.е. примерно в 10,5 раза.