Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании подземных горнодобывающих предприятий.

Известен способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия, осуществляемый с помощью установки, описанной в патенте RU №136490 от 10.01.2014 г. В способе предполагается снижение утечек воздуха через надшахтное здание вентиляционного ствола за счет работы двухсторонней воздушной завесы, расположенной в устье вентиляционного ствола между «нулевой отметкой» и местом сопряжения вентиляционного канала со стволом таким образом, что навстречу воздушному потоку под острым углом выбрасываются струи воздуха. В результате этого перекрывается проходное сечение ствола, увеличивая его аэродинамическое сопротивление, что приводит к снижению утечек воздуха.

Недостатки известного способа следующие:

1. Способ разработан только для снижения утечек воздуха через надшахтное здание вентиляционного (воздуховыдающего) ствола.

2. В способе не предусматривается регулирование (автоматизация) режима работы воздушной завесы, в зависимости от изменяющейся величины инфильтраций (подсосов) воздуха через надшахтное здание.

3. В способе не определяется величина инфильтраций (подсосов) воздуха через надшахтное здание.

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), выдающего 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, подходящие к вентиляционному стволу, удаляется в вентиляционный ствол. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - подают наружный воздух по воздухоподающему стволу за счет работы главной вентиляторной установки; нагревают его в шахтной калориферной установке; нагретый воздух подают в воздухоподающий ствол, при этом в воздухоподающий ствол подсасывается и наружный воздух через надшахтное здание ствола; при нагреве определяют величину общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления, либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, установленных в калориферном канале, в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, 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 общерудничной естественной тяги, воздух отводят по вентиляционному стволу на поверхность, при этом подсасывается наружный воздух через надшахтное здание вентиляционного ствола.

Недостатки известного способа, принятого за прототип, следующие:

1. При осуществлении способа необходимо контролировать процесс смешиваемости подсасываемого и нагретого потоков воздуха, увеличивая при помощи нагнетательных вентиляторов объем воздуха, подаваемого из калориферной установки, и температуру теплообменников. Это приводит к перерасходу электроэнергии, затрачиваемой на работу нагнетательных вентиляторов, и энергетических ресурсов на нагрев теплообменников.

2. Способ не обеспечивает с достаточной степенью точности процесс смешиваемости подсасываемого и нагретого потоков воздуха, ввиду инерционности системы изменения теплопроизводительности калориферной установки. В результате чего в воздухоподающем стволе наблюдается неравномерный прогрев и, как следствие, нарушение герметизации межтюбинговых уплотнений (Алыменко Н.И., Николаев А.В., Каменских А.А., Петров А.И. Результаты математического моделирования смешивания холодного и теплого потоков воздуха в воздухоподающем стволе рудника. // Горное оборудование и электромеханика, 2014. №12. С. 31-33).

3. Способ не позволяет снижать (исключать) инфильтрации воздуха через надшахтное здание вентиляционного ствола.

Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на нагрев воздуха в шахтной калориферной установке и на работу главной вентиляторной установки и обеспечении безопасности воздухоподготовки в холодное время года подземного горнодобывающего предприятия.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе проветривания подземного горнодобывающего предприятия, при котором подают наружный воздух по воздухоподающему стволу за счет работы главной вентиляторной установки, нагревают его в шахтной калориферной установке, нагретый воздух подают в воздухоподающий ствол, при этом в воздухоподающий ствол подсасывается и наружный воздух через надшахтное здание ствола, при нагреве определяют величину общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления, либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, установленных в калориферном канале, в околоствольном дворе воздухоподающего ствола, в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, 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 общерудничной естественной тяги, воздух отводят по вентиляционному стволу на поверхность, при этом подсасывается наружный воздух через надшахтное здание вентиляционного ствола, согласно изобретению в воздухоподающем стволе выше уровня пересечения с ним калориферного канала и в вентиляционном стволе выше уровня канала главной вентиляторной установки устанавливают воздушные завесы, которые подают воздух навстречу подсасываемым через надшахтные здания этих стволов потокам воздуха, при этом режим работы воздушных завес регулируется устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от объема подсасываемого воздуха, определяемого датчиками расхода воздуха.

Целесообразно при подаче наружного воздуха по нескольким воздухоподающим стволам и выдаче воздуха по нескольким вентиляционным стволам на поверхность устанавливать воздушную завесу в каждом из стволов.

Целесообразно в теплое время года устройство управления воздушной завесой, расположенной в воздухоподающем стволе, и устройство управления теплопроизводительностью шахтной калориферной установки отключать.

Устройства управления воздушными завесами и главной вентиляторной установкой могут быть выполнены с частотно-регулируемым приводом.

Признаки прототипа, отличительные от заявляемого способа - в воздухоподающем стволе выше уровня пересечения с ним калориферного канала и в вентиляционном стволе выше уровня канала главной вентиляторной установки устанавливают воздушные завесы, которые подают воздух навстречу подсасываемым через надшахтные здания этих стволов потокам воздуха; режим работы воздушных завес регулируется устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от объема подсасываемого воздуха, определяемого датчиками расхода воздуха; при подаче наружного воздуха по нескольким воздухоподающим стволам и выдаче воздуха по нескольким вентиляционным стволам на поверхность устанавливают воздушную завесу в каждом из стволов; в теплое время года, устройство управления воздушной завесой, расположенной в воздухоподающем стволе, и устройство управления теплопроизводительностью шахтной калориферной установки отключают; устройства управления воздушными завесами и главной вентиляторной установкой выполняют с частотно-регулируемым приводом.

Воздушная завеса, установленная в воздухоподающем стволе выше уровня пересечения с ним калориферного канала, подает воздух навстречу подсасываемому через надшахтное здание ствола потоку воздуха, в результате этого уменьшаются подсосы воздуха, что приводит к снижению энергозатрат на работу устройства управления теплопроизводительностью шахтной калориферной установкой и обеспечивает нормализацию теплового режима в стволе, т.е. снижается (исключается) опасность нарушения герметизации межтюбинговых уплотнений.

Воздушная завеса, установленная в вентиляционном стволе выше уровня канала главной вентиляторной установки, подает воздух навстречу подсасываемому через надшахтное здания ствола потоку воздуха в различных режимах работы, в результате этого уменьшаются поверхностные утечки воздуха, что приводит к снижению энергетических затрат на работу ГВУ.

Регулирование производительности воздушных завес позволит снизить энергетические затраты на нагрев воздуха в шахтной калориферной установке при различных климатических условиях и режимах работы ГВУ.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволят снизить энергетические затраты на нагрев воздуха в шахтной калориферной установке и на работу ГВУ и обеспечат безопасность воздухоподготовки в холодное время года подземного горнодобывающего предприятия.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа проветривания подземного горнодобывающего предприятия с получением указанного технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан воздухоподающий ствол.

На фиг. 2 - вентиляционный ствол.

На фиг. 3 - микроконтроллерный блок с датчиками и исполнительными механизмами.

На фиг. 1-3 показаны:

1 - наружный воздух;

2 - воздухоподающий ствол;

3 - главная вентиляторная установка;

4 - вентиляционный ствол;

5 - шахтная калориферная установка;

6 - нагретый воздух;

7 - калориферный канал;

8 - надшахтное здание воздухоподающего ствола 2;

9 - воздушная завеса, расположенная в воздухоподающем стволе 2;

10 - воздух, выдаваемый из воздушной завесы 9;

11 - околоствольный двор воздухоподающего ствола 2;

12 - исходящий воздух;

13 - главные вентиляционные выработки, подходящие к вентиляционному стволу 4;

14 - канал главной вентиляторной установки 3;

15 - надшахтное здание вентиляционного ствола 4;

16 - воздушная завеса, расположенная в вентиляционном стволе 4;

17 - воздух, выдаваемый из воздушной завесы 16;

18 - датчик расхода воздуха;

19 - датчики температуры, давления, либо плотномер;

20 - микроконтроллерный блок;

21 - устройство управления воздушной завесой 9;

22 - устройство управления воздушной завесой 16;

23 - устройство управления главной вентиляторной установкой 3;

24 - устройство управления теплопроизводительностью шахтной калориферной установки 5;

25 - поверхностный комплекс главной вентиляторной установки.

Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия осуществляется следующим образом.

Наружный воздух 1 подается в воздухоподающий ствол 2 за счет работы главной вентиляторной установки (ГВУ) 3, расположенной на вентиляционном стволе 4. В холодное время года подаваемый в шахту (рудник) наружный воздух 1 нагревают в шахтной калориферной установке (ШКУ) 5. Из ШКУ 5 нагретый воздух 6 по калориферному каналу 7 поступает в воздухоподающий ствол 2. Кроме нагретого воздуха 6, поступающего через калориферный канал 7, в воздухоподающий ствол 2 подсасывается наружный воздух 1 через надшахтное здание 8. С целью предотвращения (снижения) инфильтраций (подсосов) наружного воздуха 1 через надшахтное здание 8 воздухоподающего ствола 2 в нем выше уровня пересечения калориферного канала 7 со стволом 2 устанавливается воздушная завеса 9, подающая воздух 10, навстречу подсасываемому наружному воздуху 1. Пройдя по воздухоподающему стволу 2, воздух поступает в околоствольный двор 11 воздухоподающего ствола 2 и далее в шахту (рудник). Исходящий из шахты (рудника) воздух 12 выдается по главным вентиляционным выработкам 13 в вентиляционный ствол 4. Далее воздух 12 направляется в канал 14 ГВУ 3. За счет разрежения, создаваемого ГВУ 3, в канал 14 подсасывается наружный воздух 1 через надшахтное здание 15 вентиляционного ствола 4. С целью предотвращения (снижения) инфильтраций (подсосов) наружного воздуха 1 через надшахтное здание 15 вентиляционного ствола 4 в нем выше уровня пересечения канала 14 ГВУ 3 со стволом 4 устанавливается воздушная завеса 16, подающая воздух 17, навстречу подсасываемому наружному воздуху 1. Для измерения параметров воздуха в калориферном канале 7, околоствольном дворе 11, в главных вентиляционных выработках 13 и в поверхностном комплексе 25 ГВУ 3 устанавливаются датчики расхода воздуха 18 и датчики температуры, давления, либо плотномеры 19. Информация с датчиков 18 и 19 поступает в микроконтроллерный блок (МКБ) 20, в котором производится расчет величины инфильтраций через надшахтные здания 8 и 15, а также величины общерудничной естественной тяги. После этого из МКБ 20 поступает сигнал управления на устройства управления 21 и 22 воздушными завесами 9 и 16, на устройство управления 23 ГВУ 3 и на устройство управления теплопроизводительностью 24 ШКУ 5. Устройство управления теплопроизводительностью 24 изменяет производительность нагнетательных вентиляторов (не показаны) ШКУ 5, управляет расходом теплоносителя, подаваемого в теплообменники (для водяных и паровых ШКУ), газа, подаваемого в теплообменники (для газовых ШКУ) или величиной подаваемого напряжения на теплообменники (для электрических ШКУ) в зависимости от изменяющихся климатических условий на поверхности.

В теплое время года, при отключении ШКУ 5, устройство управления 21 воздушной завесой 9, а также устройство управления теплопроизводительностью 24 ШКУ 5 отключается, и управление осуществляется только производительностью ГВУ 3 и устройством управления 22 воздушной завесы 16 с учетом действующей между стволами общерудничной естественной тяги.

При подаче наружного воздуха по нескольким воздухоподающим стволам и выдаче воздуха по нескольким вентиляционным стволам на поверхность, устанавливают воздушные завесы в каждом из стволов.

Для управления производительностью ГВУ 5 и воздушных завес 9 и 16 может быть использован частотно-регулируемый привод.

Преимущество предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, состоит в том, что оно позволит снизить энергетические затраты на нагрев воздуха в шахтной калориферной установке и на работу главной вентиляторной установки, обеспечит безопасность воздухоподготовки в холодное время года подземного горнодобывающего предприятия за счет уменьшения инфильтраций (подсосов) холодного наружного воздуха через надшахтные здания воздухоподающего и вентиляционного стволов.