Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ПРОВЕТРИВАНИЯ УКЛОННОГО БЛОКА НЕФТЕШАХТЫ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, подземная добыча которых производится шахтным способом с использованием тепловых методов воздействия на пласт (термошахтный способ).

Известна система проветривания уклонного блока нефтешахты, в которой воздух, поступающий в уклонный блок и нагретый в буровой галерее, удаляется по вентиляционной скважине на поверхность за счет действия естественной тяги (тепловой депрессии) и работы вентилятора (дефлектора). Прохождению нагретого воздуха в исходящие выработки препятствует воздушный тамбур с перемычками (Николаев А.В., Файнбург Г.З. Об энерго- и ресурсосберегающем проветривании подземных горных выработок нефтешахт // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2015. №14. С. 92-98 - http://vestnik.pstu.ru/qeo/archives/?id=&folder_id=4397).

Однако исходящие выработки вследствие установки воздушного тамбура с перемычками на проветриваются, в результате чего создается опасная ситуация для находящихся там горнорабочих. Кроме того, в известной системе не предусмотрено регулирование подачи воздуха в уклонный блок, т.е. в него воздух поступает постоянно вне зависимости от присутствия или отсутствия горнорабочих в буровой галерее.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является система проветривания уклонного блока нефтешахты (RU №2582145, опубл. 20.04.2016 г.). Система включает поверхностный вентилятор, размещенный на вентиляционной скважине нефтешахты, микроконтроллерный блок (МКБ), связанный с датчиками температуры и давления воздуха или с плотномерами, а также с датчиками расхода воздуха, размещенными в воздухоподающей и воздуховыдающей выработках уклонного блока, вентилятор местного проветривания с блоком управления, расположенный в воздухоподающей выработке, а также воздушный тамбур в воздуховыдающей выработке.

Одна часть воздуха, поступающего в уклонный блок, поступает в буровую галерею и потом удаляется по вентиляционной скважине на поверхность, а другая часть за счет работы вентилятора местного проветривания поступает в исходящие выработки нефтешахты.

В известной системе даже при отключенном поверхностном вентиляторе за счет тепловой депрессии в буровую галерею будет поступать свежий воздух, т.е. на проветривание буровой галереи будет «отбираться» часть от общего объема воздуха, поступившего за счет работы главной вентиляторной установки (ГВУ) в нефтешахту. В этом случае будет расходоваться электроэнергия на проветривание зоны, в которой могут отсутствовать горнорабочие.

Недостаток известной системы заключается в том, что она является энергозатратной за счет того, что не учитывает присутствия/отсутствия горнорабочих в буровой галерее, а также в воздушном тамбуре.

Технический результат заключается в снижении энергозатрат на проветривание уклонного блока за счет регулирования объема воздуха, необходимого для подачи в нефтешахту, в зависимости от присутствия/отсутствия горнорабочих в буровой галерее и воздушном тамбуре.

Технический результат достигается за счет того, что в системе проветривания уклонного блока нефтешахты, которая включает поверхностный вентилятор и дефлектор, размещенный на вентиляционной скважине нефтешахты, микроконтроллерный блок, связанный с датчиками температуры и давления воздуха или с плотномерами, а также с датчиками расхода воздуха, размещенными в воздухоподающей и воздуховыдающей выработках уклонного блока, вентилятор местного проветривания с блоком управления, расположенный в воздухоподающей выработке, а также воздушный тамбур в воздуховыдающей выработке, согласно изобретению в буровой галерее и воздушном тамбуре установлен прибор контроля присутствия/отсутствия горнорабочих, перед воздушным тамбуром в устье вентиляционной скважины размещен запорный элемент с блоком его управления, поверхностный вентилятор снабжен блоком управления, при этом блоки управления вентилятором местного проветривания, запорным элементом, поверхностным вентилятором, а также прибор контроля присутствия/отсутствия горнорабочих связаны с МКБ, который выполнен с возможностью обработки сигналов, поступающих с указанных блоков, указанных датчиков и прибора контроля присутствия/отсутствия горнорабочих, выдачи управляющих сигналов на изменение режимов работы запорного элемента, а также с возможностью управления вентилятором местного проветривания, поверхностным вентилятором и главной вентиляторной установкой в зависимости от наличия/отсутствия в буровой галереи и в воздушном тамбуре горнорабочих.

Отключение подачи воздуха в буровую галерею при поступлении сигналов об отсутствии горнорабочих в ней и воздушном тамбуре позволяет существенно сократить энергозатраты на проветривание уклонного блока, примерно на 20-25%, в зависимости от регулярности прохода горнорабочих в буровую галерею.

Регулирование объема подаваемого в буровую галерею воздуха предлагается осуществлять с помощью управляемого запорного элемента, который служит для изменения аэродинамического сопротивления вентиляционной скважины.

При необходимости снижения объема подаваемого в буровую галерею воздуха, определяемого при помощи датчиков расхода воздуха, микроконтроллерный блок сокращает сечение вентиляционной скважины путем подачи управляющего сигнала на блок управления запорным элементом.

Когда объема воздуха недостаточно для проветривания буровой галереи, запорный элемент открывается. В случае, если тепловой депрессии, возникающей в данный период в уклонном блоке, достаточно для проветривания буровой галереи, поверхностный вентилятор будет находиться в отключенном состоянии. Воздух в буровую галерею уклонного блока будет поступать не только во время присутствия в ней горнорабочих, но и в период нахождения их в воздушном тамбуре, в остальное время запорный элемент будет находиться в закрытом положении.

Во все уклонные блоки нефтешахты воздух подается главной вентиляторной установкой (ГВУ) и вентиляторами местного проветривания в объеме, необходимом для проветривания главных вентиляционных выработок. При появлении в буровой галерее уклонного блока и/или в воздушном тамбуре одного или нескольких горнорабочих с МКБ будет поступать сигнал на изменение положения запорного элемента.

Кроме того, с целью обеспечения безопасности горнорабочих в воздушном тамбуре располагается устройство визуализированного оповещения с возможностью подачи сигнала о нахождении в тамбуре людей. После поступления воздуха система визуализированного оповещения подает сигнал о том, что находящиеся в воздушном тамбуре люди могут пройти в буровую галерею.

Заявленная система позволит существенно снизить энергозатраты в целом на проветривание уклонного блока.

Изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 показана упрощенная схема уклонного блока (вид сверху), на фиг. 2 - упрощенная схема уклонного блока (вид сбоку).

Фиг. 3 представляет собой блок-схему управления заявляемой системы.

1 - свежий воздух;

2 - воздухоподающая выработка уклонного блока;

3 - часть воздуха, поступающего в главные вентиляционные выработки;

4 - часть воздуха, поступающего по воздухоподающей выработке 2;

5 - буровая галерея;

6 - вентиляционная скважина;

7 - датчик расхода воздуха;

8 - датчик расхода воздуха;

9 - микроконтроллерный блок (МКБ);

10 - прибор контроля присутствия/отсутствия горнорабочих-;

11 - регулируемый запорный элемент;

12 - воздуховыдающая выработка уклонного блока;

13 - воздушный тамбур;

14 - двери воздушного тамбура 13;

15 - вентилятор местного проветривания;

16 - трубопровод;

17 - соединительная выработка;

18 - блок управления запорным элементом 11;

19 - датчик температуры и давления или плотномер;

20 - датчик температуры и давления или плотномер;

21 - блок управления вентилятором местного проветривания 15;

22 - дефлектор;

23 - вентиляционная труба;

24 - устье вентиляционной скважины;

25 - поверхностный вентилятор;

26 - блок управления ГВУ;

27 - устройство визуализированного оповещения.

Система проветривания уклонного блока нефтешахты работает следующим образом.

Свежий воздух 1 по воздухоподающей выработке 2 поступает в уклонный блок. Часть воздуха 3 проходит через соединительную выработку 17 в главные вентиляционные выработки, а другая часть воздуха 4 поступает в буровую галерею 5. Поступая в буровую галерею 5, воздух 4 нагревается и удаляется через вентиляционную скважину 6 на поверхность. Из-за разности температур свежего воздуха 1, нагретого в буровой галерее 5 воздуха 4 и наружного воздуха возникает тепловая депрессия h_e, способствующая выходу воздуха из буровой галереи 5. Показания датчиков расхода воздуха 7 и 8, характеризующие объем воздуха, поступающего в буровую галерею 5 и выдаваемого в главные вентиляционные выработки соответственно, передаются в МКБ 9, где эти показания сравниваются с требуемыми значениями.

Заявляемая система проветривания уклонного блока нефтешахты позволяет осуществлять подачу воздуха 4 в буровую галерею 5 при наличии горнорабочих в воздушном тамбуре 13 и в буровой галерее 5, а прекращать подачу - при их отсутствии. Для этого в МКБ 9 поступает соответствующий сигнал с приборов контроля присутствия/отсутствия горнорабочих 10. В качестве таких приборов 10 может использоваться система позиционирования (определения местонахождения) горнорабочих, которая используется на большинстве шахт, нефтешахт и рудников (РЭ 3148-001-44645436-2007. Система позиционирования горнорабочих и транспорта СПГТ-41. Руководство по эксплуатации. Екатеринбург. 2009. 88 с.) либо любая другая известная.

С целью экономии электроэнергии в период отсутствия в воздушном тамбуре 13 и в буровой галерее 5 горнорабочих воздух 4 в буровую галерею 5 не должен поступать, поэтому в устье вентиляционной скважины 6 размещен регулируемый запорный элемент 11, предназначенный для изменения аэродинамического сопротивления вентиляционной скважины 6. При отсутствии горнорабочих запорный элемент 11 находится в закрытом положении, сигнал на открытие запорного элемента 11 поступает с МКБ 9 в момент появления человека в буровой галерее 5 или в воздушном тамбуре 13.

В качестве регулируемого запорного элемента 11 может использоваться, например, задвижка или заслонка, снабженная блоком управления 18, связанным с МКБ 9.

В главные вентиляционные выработки в результате работы вентилятора местного проветривания 15 по трубопроводу 16, расположенному в соединительной выработке 17, подается воздух 3 в объеме, необходимом для проветривания главных вентиляционных выработок. Ввиду того, что при отсутствии горнорабочих в воздушном тамбуре 13 и в буровой галерее 5 воздух не поступает, то для проветривания нефетешахты ГВУ (не показана) потребуется подавать меньшее количество воздуха, что приведет к снижению электроэнергии, затрачиваемой на ее работу.

При прохождении одного или нескольких горнорабочих в воздушный тамбур 13 или в буровую галерею 5 с одного из приборов контроля присутствия/отсутствия горнорабочих 10 на МКБ 9 поступает соответствующий сигнал, в этом случае МКБ 9 подает управляющий сигнал открытия на блок управления 18 запорного элемента 11, что приводит к изменению аэродинамического сопротивления вентиляционной скважины 6. После этого датчиками расхода воздуха 7 и 8 фиксируется объем воздуха, поступающего в буровую галерею 5 и главные вентиляционные выработки, информация с них поступает в МКБ 9, так же как и информация с датчиков температуры и давления либо плотномеров 19 и 20. В случае присутствия/отсутствия горнорабочих в воздушном тамбуре 13 с МКБ 9 подается сигнал на устройство визуализированного оповещения 27.

Устройство визуализированного оповещения может быть выполнено на базе датчика охранной сигнализации, например датчика движения, датчика объема или другого типа, а также включает источник звуковой и/или световой сигнализации (https://prm.delta.ru/about/).

В МКБ 9 вычисляется значение тепловой депрессии h_e. При поступлении избыточного объема воздуха 4 в буровую галерею 5 и/или главные вентиляционные выработки блок управления 18 дает команду на увеличение аэродинамического сопротивления вентиляционной скважины 6, что осуществляется путем закрытия (призакрытия) запорного устройства 11 и/или путем воздействия на блок управления 21 производительностью вентилятора местного проветривания 15, снижая объем воздуха 3, выдаваемого в главные вентиляционные выработки до необходимой величины.

Если в главные вентиляционные выработки поступает недостаточный объем воздуха 3, блок управления 21 после поступления соответствующего сигнала с МКБ 9 увеличивает производительность вентилятора 15. Воздух 4 поступает в буровую галерею 5 за счет тепловой депрессии h_e и усиливающего ее действие дефлектора 22, расположенного на вентиляционной трубе 23, установленной в устье 24 вентиляционной скважины 6.

В случае если совместного действия тепловой депрессии h_e и дефлектора 22 недостаточно для проветривания буровой галереи 5, управляющий сигнал с МКБ 9 через блок управления (не показан) включает поверхностный вентилятор 25. Сигналы с датчиков расхода 7, 8, датчиков температуры и давления (плотномеров) воздуха 19, 20 поступают в МКБ 9, в котором определяется требуемый объем воздуха, необходимый для подачи в нефтешахту в целом. С МКБ 9 управляющий сигнал поступает на блок управления 26 производительностью ГВУ с целью регулирования объема воздуха, поступающего в нефтешахту, и, следовательно, снижения затрат электроэнергии, расходуемой на ее работу.