УСТРОЙСТВО ДЛЯ БОРЬБЫ С ТУМАНОМ НА РУДНИКАХ
DEVICE FOR ELIMINATION OF FOG IN MINES

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для безопасности ведения горных работ.
Известен способ борьбы с туманом на рудниках (см. а.с. 1544867, МПК Е01Н 13/04, Е21F 3/00, 1990), включающий подогрев рудничного воздуха в горной выработке сжатым воздухом, разделенным на теплый и холодный потоки в вихревой трубе, при этом подогрев рудничного воздуха осуществляют теплым потоком, который выпускают непосредственно в выработку, а холодный поток пропускают по трубопроводу, уложенному в водоотливной канавке, и выпускают в эту же выработку после подогрева.
Недостатком данного способа является невысокая эффективность, обусловленная прямоточностью движения теплого и подогретого потоков сжатого воздуха, приводящей к неравномерному прогреву рудничного воздуха. В результате осуществлялось не полное рассеивание тумана, а наоборот, его накопление в так называемых «забойных зонах», где отсутствуют контакт теплого и подогретого сжатого воздуха с рудничным воздухом.
Известно устройство для механизации способа борьбы с туманом на рудниках (см. патент РФ №2209875, МПК Е01Н 13/00, Е21F 3/00, 10.08.2003), содержащее вихревую трубу с патрубком выхода теплого воздушного потока и трубопроводом отвода холодного воздушного потока, расположенным в водоотводной канавке и соединенным с патрубком выхода подогретого воздуха, причем на внутренней поверхности патрубка выхода теплого воздушного потока расположены направляющие, кривизна которых образована по отрицательному вращению винтовой линии, закрученной против часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка выхода подогретого воздуха расположены направляющие, кривизна которых образована по положительному вращению винтовой линии, закрученной по часовой стрелке.
Недостатком является снижение эффективности в процессе длительной эксплуатации из-за уменьшения выходных отверстий патрубков как выхода теплого воздуха, так и выхода подогретого воздуха из-за налипания на их внутренние поверхности загрязнений в виде ржавчины и/или окалины, образующихся при окислении движущимся сжатым воздухом, насыщенным парообразной и мелкодисперсной каплеобразной влагой, а это, в конечном итоге, препятствует более полному рассеиванию тумана в горной выработке.
Технической задачей предлагаемого изобретения является дальнейшее повышение эффективности удаления тумана в горной выработке путем удаления налипания твердых загрязнений на внутренние поверхности патрубков, приводящего к уменьшению их выходных отверстий, путем выполнения корпусов патрубка выхода теплого воздушного потока и патрубка выхода подогретого воздуха из биметалла с различными коэффициентами теплопроводности, обеспечивающим направленное действие термовибрации.
Технический результат по термовибрационному устранению возможности залипания твердых частиц в виде ржавчины и/или окалины на внутренних поверхностях патрубков при максимальных значениях температурных градиентов достигается тем, что корпуса патрубков выхода теплого воздушного потока и выхода подогретого воздуха выполнены из биметалла, при этом материал внутренней поверхности патрубка выхода теплого воздушного потока имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности, а материал внутренней поверхности патрубка выхода подогретого воздуха имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности.
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для борьбы с туманом на рудниках; на фиг.2 - биметаллический патрубок выхода подогретого воздуха с направляющими, расположенными по отрицательному вращению винтовой линии, на фиг.3 - биметаллический патрубок выхода подогретого воздуха с направляющими, расположенными по положительному вращению винтовой линии.
Устройство для борьбы с туманом на рудниках включает компрессор (не показано), расположенный вне горной выработки 1 с туманом, где установлена вихревая труба 2 с одним выходом 3 теплого воздушного потока  вверх и другим выходом 4 холодного потока вниз. Трубопровод 5 подачи сжатого воздуха от компрессора к вихревой трубе 2, патрубок 6 выхода теплого воздушного потока с направляющими 7, кривизна которых образована по отрицательному вращению винтовой линии, трубопровод 8, расположенный в водоотливной канавке 9, патрубок 10 выхода подогретого воздуха с направляющими 11, кривизна которых образована положительным вращением винтовой линии. Патрубки 6 и 10 выполнены из биметалла, при этом материал 12 внутренней поверхности патрубка 6 выхода теплого воздушного потока имеет коэффициент теплопроводности материала в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала 13 наружной поверхности, а материал 14 внутренней поверхности патрубка 10 выхода подогретого воздуха имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности материала 15 наружной поверхности.
Устройство для борьбы с туманом на рудниках работает следующим образом.
По трубопроводу 5 подачи  сжатый воздух от компрессора (не показано) поступает в вихревую трубу 2, где разделяется на два потока: теплый и холодный. После этого по выходу 3 вверх  теплый воздушный поток направляется в выработку 1 с туманом через патрубок 6 выхода теплого воздушного потока. При перемещении теплого воздушного потока по направляющим 7, кривизна которых образована по отрицательному вращению винтовой линии, закручивается против часовой стрелки.
В связи с тем, что во всасываемом в компрессор атмосферном воздухе постоянно находится значительное количество как парообразной, так и мелкодисперсной влаги, то по мере движения сжатого в вихревой трубе 2, теплого воздушного потока вверх, наблюдается интенсивное окисление внутренней поверхности вихревой трубы 2 с образованием перемещающихся частиц твердых загрязнений в виде окалины и ржавчины. Все данные частицы направляются в патрубок 6 выхода теплого потока, где и залипают на внутренней поверхности 12 и соответственно на направляющих 7, тем самым уменьшая полезную поверхность выходного отверстия патрубка выхода теплого воздушного потока 6, что приводит к увеличению скорости потока поступающего в выработку 1. А это приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления патрубка 6, т.е. к дополнительным энергозатратам процесса удаления тумана, при невысокой эффективности его рассеивания из-за проскока части теплого воздушного потока 3 без контакта с туманообразной массой в горной выработке 1.
Для устранения данного явления корпус патрубка 6 выполнен из биметалла таким образом, что материал внутренней поверхности 12 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 13. В этом случае при разности температур (температура внутренней поверхности 12 патрубка 6, контактирующей с теплым воздушным потоком, выше, чем температура внешней поверхности 13, контактирующей с воздухом окружающей среды в горной выработке 1) материалов биметалла между внутренней 12 и наружной 13 поверхности возникает максимальный температурный градиент (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980, 469 с.), направленного действия к внешней поверхности 12.
Возникающая в этом случае величина термовибрации достигает значений, обеспечивающих устранение возможности запинания твердых частиц загрязнений (ржавчины и окалины) на внутреннюю поверхность 12 и на направляющие 7 патрубка 6 (см., например, Дмитриев В.П. Биметаллы, Пермь: Наука, 1991, 487 с. ил.). В результате наблюдается поддержание нормированных размеров выходного отверстия патрубка 6, т.е. обеспечивается полное конденсирование теплого воздушного потока 3 с туманообразной массой в горной выработке 1. При этом твердые частицы загрязнений, выбрасываемые из патрубка 6, являются дополнительными «ядром конденсации» мелкодисперсной и парообразной влаги, что также способствует более интенсивному рассеиванию тумана в горной выработке 1. Кроме этого под действием теплого, закрученного против часовой стрелки, вращающегося потока сжатого воздуха в горной выработке 1 с туманом рудничный воздух нагревается, а туман интенсивно рассеивается по всему пространству горной выработки 1, начиная от выходного патрубка 6 теплого воздуха.
Одновременно часть холодного воздушного потока 4 после разделения в вихревой трубе 2 направляется по трубопроводу 8, расположенному в водоотливной канавке 9, нагревается и направляется в горную выработку 1 с туманом уже как поток подогретого воздуха. Подогретый воздух, насыщенный паро- и каплеобразной влагой, интенсивно окисляет внутреннюю поверхность трубопровода 8, образуя на ней ржавчину и/или окалину, которая с движущимся потоком воздуха перемещается в патрубок 10, где, проходя по направляющим 11, кривизна которых образована положительным вращением винтовой линии, закручивается по часовой стрелке, что приводит к рассеиванию тумана по выработке 1, начиная от выходного отверстия патрубка 10 выхода подогретого воздуха.
В связи с тем, что воздух в трубопроводе 8 нагревается от воды, находящейся в водоотливной канавке 9, температура воды в данном случае выше, чем температура воздуха. Корпус патрубка 10 выхода подогретого воздуха  выполняется из биметалла таким образом, что коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 15 выше коэффициента теплопроводности материала внутренней поверхности 14. В этом случае в материале внутренней поверхности 15 биметаллического корпуса патрубка 10 возникает максимальный температурный градиент (для данной разности температур воды и подогретого воздуха), направленного действия в сторону внутренней поверхности 14, т.к. теплота от воды водоотливной канавки более интенсивно проходит материал наружной поверхности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала внутренней поверхности 14 патрубка 10. Соприкосновение закрученных в противоположных направлениях вращениях теплого и подогретого потоков сжатого воздуха с твердыми частицами загрязнений приводит к образованию множества отдельных микрозавихрений в рудничном воздухе по всему объемному пространству выработки 1. В результате осуществляется полное устранение образования застойных зон в выработке 1 с туманом, т.е. наблюдается более полное рассеивание тумана.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что повышение эффективности борьбы с туманом на рудниках осуществляется путем поддержания нормированных параметров выхода теплого воздушного потока и подогретого воздуха из соответствующих патрубков в горную выработку за счет устранения залипания твердых частиц в виде ржавчины и окалины на внутренних поверхностях направляющих, кривизна которых образована по положительному или отрицательному вращению винтовой линии. Это обеспечивает не только устранение образования застойных зон по объему обрабатываемого пространства, но и интенсифицирует удаление тумана в горной выработке из-за выброса из патрубков твердых частиц загрязнений, являющихся основой туманообразной массы рудничного воздуха.