СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА И ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ
METHOD FOR AIR CONDITIONING AND COOLING PROCESS MEDIA OF EQUIPMENT AT PRODUCTION OF MINERAL DEPOSITS BY UNDERGROUND METHOD

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для нормализации температуры воздуха в длинных очистных забоях.
При ведении горных работ длинными очистными забоями на большой глубине в условиях нагретого массива горных пород возникает сложность обеспечения требуемых микроклиматических параметров воздуха и температурного режима транспортного и добычного оборудования. Основными факторами, определяющими микроклиматические условия в лавах, являются [1] (по степени увеличения влияния на микроклимат в лаве): температура воздуха, поступающего на проветривание панели; температура горных пород; тепломассообменные процессы между рудничным воздухом и породным массивом в выработках панелей и лавах; тепловыделения от конвейерных линий; тепловыделения от энергопоезда лавы. Наиболее неблагоприятные микроклиматические условия формируются на начальном участке лавы из-за тепловыделений энергопоезда, при дальнейшем движении воздуха интенсивный теплообмен с горными породами приводит к охлаждению и нормализации температуры воздушного потока.
Существующие способы нормализации микроклиматических параметров воздуха в лавах заключаются в применении подземных воздухоохладителей на воздухоподающих выработках [2, 3], организации локальной рециркуляции воздуха [4], либо использовании теплоизоляции воздуха от нагретых горных пород [5]. Недостатками перечисленных способов являются низкая эффективность охлаждения воздуха и невозможность непосредственного охлаждения технологических охлаждающих средств забойного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ кондиционирования воздуха в выработках выемочного участка глубокой шахты (см. АС СССР №1469177, МПК E21F 3/00, опубл. 30.03.1989 г., бюл. №12). Способ-прототип включает охлаждение воздуха в воздухоподающей выработке и в лаве, отсасывание утечек воздуха из выработанного пространства, их охлаждение и отвод по трубопроводу за пределы выемочного участка. Охлаждение утечек производят за пределами выемочного участка до предельно допустимой для выработок с исходящей вентиляционной струей температуры, причем трубопровод для отвода утечек выполняют теплоизолированным.
Недостатками способа прототипа являются низкая эффективность охлаждения воздуха и невозможность непосредственного охлаждения технологических сред забойного оборудования.
Задачей создания изобретения является повышение эффективности кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых длинными очистными забоями за счет их раздельного охлаждения с помощью системы кондиционирования.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ кондиционирования воздуха в лавах, включающий охлаждение воздуха в воздухоподающей выработке, и отличительных существенных признаков: используют комбинированный теплообменный аппарат, который устанавливают в воздухоподающей выработке, с помощью которого в отдельном теплообменном элементе осуществляют теплообмен между хладоносителем и нагретой воздушной струей, поступающей в забой, и параллельно в другом теплообменном элементе осуществляют теплообмен между хладоносителем и средой, охлаждающей комбайновый комплекс.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - повышение эффективности кондиционирования воздуха и охлаждения технологических сред оборудования при добыче полезных ископаемых длинными очистными забоями за счет раздельного использования хладоносителя для охлаждения воздуха и технологической среды.
Для реализации выше указанного способа предлагается система кондиционирования воздуха и охлаждающих сред, представленная на Фиг. 1, где:
1. Свежая струя воздуха в воздухоподающей выработке
2. Исходящая струя воздуха в вентиляционной выработке
3. Холодильная машина системы кондиционирования
4. Воздушный охладитель хладоносителя для сброса теплоты
5. Комбинированный теплообменный аппарат
6. Комбайновый комплекс
7. Контур с теплоносителем
8. Контур с хладоносителем
9. Охлажденный воздух, поступающий на проветривание лавы
10. Контур с технологической средой, охлаждающей комбайн.
Система включает:
- комбинированный теплообменный аппарат 5, который представляет собой два (11, 12 Фиг. 3) или более теплообменников, каждый из которых предназначен для раздельного охлаждения воздуха и технологических сред;
- циркуляционный контур «комбинированный теплообменный аппарат - холодильная машина» с хладоносителем;
- холодильную машину;
- циркуляционный контур «холодильная машина - воздушный охладитель хладоносителя» с теплоносителем;
- воздушный охладитель хладоносителя для сброса теплоты.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В процессе используют комбинированный теплообменный аппарат 5, который устанавливают в воздухоподающей выработке 1, с помощью которого производят раздельное охлаждение воздушной струи, поступающей на проветривание лавы 9, и параллельно технологической среды, охлаждающей комбайновый комплекс 6.
В сдвоенный теплообменный аппарат раздельного охлаждения подают охлажденный в холодильной машине хладоноситель, который параллельно подают для охлаждения воздушной среды и охлаждающей среды оборудования. За счет тепломассообменных процессов осуществляется теплосъем и хладоноситель нагревается. Затем по циркуляционному контуру нагретый хладоноситель подают в холодильную машину. В ходе работы холодильной машины происходит теплопередача от нагретого хладоносителя к охлажденному в следующем циркуляционном контуре. По этому контуру нагретый теплоноситель подают в теплообменный аппарат для сброса тепла в исходящую из длинного очистного забоя воздуха. В результате хладоноситель охлаждается и повторно подается к холодильной машине для снятия избыточных тепловыделений. Эпюры температуры воздуха, технологической среды и хладоносителя приведены на Фиг. 2.
Эффективность работы предлагаемой системы кондиционирования воздуха обеспечивается независимым использованием хладоносителя для кондиционирования воздуха и охлаждения рабочей среды оборудования за счет применения комбинированного теплообменного аппарата раздельного охлаждения, представленного на Фиг. 3, где поз. 11 - теплообменный элемент для теплообмена между хладоносителем и нагретой воздушной струей; поз. 12 - теплообменный элемент для теплообмена между хладоносителем и средой, охлаждающей комбайновый комплекс.
При движении фронта очистных работ разработанная система предусматривает возможность уменьшения длины циркуляционного контура в системе «холодильная машина - сдвоенный теплообменный аппарат раздельного охлаждения».
Преимуществами предлагаемой системы кондиционирования являются:
- независимое кондиционирование воздуха обеспечивает исключение переохлаждения воздушной среды, снижения эффективности кондиционирования из-за конденсации влаги;
- независимое охлаждение технологической среды оборудования снижает вероятность нарушения температурного режима работы двигателей;
- замкнутость технологического процесса охлаждения и отсутствие необходимости во внешних хладоносителях.
Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.
Список литературы
1. Щербань А.Н., Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Руководство по регулированию теплового режима шахт: Изд-во 3-е, перераб. и доп. - М.: Недра, 1977. - 359 с.
2. АС СССР №1469177 от 30.03.1989 г. «Способ кондиционирования воздуха в выработках выемочного участка глубокой шахты» - прототип, авторы В.А. Кузин, А.А. Мартынов, Г.М. Цурпал, А.С. Розенберг.
3. Яковенко А.К. Охлаждение воздуха в лавах при сложных горногеологических условиях отработки пластов / Яковенко А.К., Климов А.А., Плаксиенко О.В., Васильева Н.А., Маслова М.Ю. // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. - 1 (25). - 2010. - с. 105-111.
4. Lawton B.R. Local cooling underground by recirculation // Transaction of the Institute of Mining Engineers. - 1993. - Vol. 90, May. - p. 63-68.
5. Андрющенко B.H., Захаров Е.П. Улучшение климатических условий труда в глубоких шахтах теплоизоляцией горных пород. - Известия ВУЗов. Горный журнал, 1974, №6, с. 72-76.