О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт
У роботі наведені основні причини нагрівання шахтної атмосфери. Запропоновано метод її нормалізації із застосуванням газодинамічних пристроїв, робота яких заснована на перетворенні внутрішньої енергії газу в енергію витікаючої течії. Приведено рівняння теплового балансу при змішуванні потоку стисн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33570 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859954253231030272 |
|---|---|
| author | Тынына, С.В. |
| author_facet | Тынына, С.В. |
| citation_txt | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | У роботі наведені основні причини нагрівання шахтної атмосфери. Запропоновано метод її нормалізації із застосуванням газодинамічних пристроїв, робота яких заснована на
перетворенні внутрішньої енергії газу в енергію витікаючої течії. Приведено рівняння теплового балансу при змішуванні потоку стисненого газу та вентиляційного струменя. Знайдена залежність для визначення витрати стисненого газу для зниження температури тупикових виробок.
The paper presents the main reasons for heating mine atmosphere. We propose a method to
normalize the use of gas-dynamic devices, which are based on the transformation of the internal
energy of the gas flowing into the energy of the jet. The equations of heat balance by mixing the
compressed gas and air flow. The dependence for determining the flow of compressed gas to
reduce the temperature of dead-end developments.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:19:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.413.3; 662.210.587: 621.572
С.В. Тынына, м. н. с.
(ИГТМ)
О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ МЕСТНОГО
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ТУПИКОВЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ШАХТ
У роботі наведені основні причини нагрівання шахтної атмосфери. Запропоновано ме-
тод її нормалізації із застосуванням газодинамічних пристроїв, робота яких заснована на
перетворенні внутрішньої енергії газу в енергію витікаючої течії. Приведено рівняння теп-
лового балансу при змішуванні потоку стисненого газу та вентиляційного струменя. Знай-
дена залежність для визначення витрати стисненого газу для зниження температури тупи-
кових виробок.
ON INCREASING THE EFFECTIVENESS OF THE DEADLOCK OF
THE LOCAL CLIMATE DEVELOPMENT
WORKINGS IN DEEP MINES
The paper presents the main reasons for heating mine atmosphere. We propose a method to
normalize the use of gas-dynamic devices, which are based on the transformation of the internal
energy of the gas flowing into the energy of the jet. The equations of heat balance by mixing the
compressed gas and air flow. The dependence for determining the flow of compressed gas to
reduce the temperature of dead-end developments.
По данным ЮНЭСКО запасов угля в недрах Земли хватит для обеспечения
нужд ее населения на 200 лет. Запасы угля в Донецком бассейне превышают 100
млрд тонн [1]. При уровне добычи угля 160-170 млн. тонн в год, необходимом для
обеспечения потребностей страны с учетом его переработки для получения син-
тетического топлива и газа, угля хватило бы для удовлетворения нужд промыш-
ленности, энергетики и теплоснабжения страны в течение периода более 500 лет
[1,2].
Возрастающая с глубиной ведения горных работ температура горных пород и
большие величины тепловыделений за счет работающих машин и механизмов и
окислительных процессов вынуждают для обеспечения нормируемой санитар-
ными нормами температуры воздуха в горных выработках не более 26 °С [3]
применять искусственное охлаждение воздуха, начиная с глубин ведения горных
работ более 750-800 м [4].
Поисковые работы в направлении совершенствования методов проветривания
и кондиционирования шахтной атмосферы показывают, что обеспечить нормаль-
ные тепловые условия в горных выработках шахт на предельных разведанных
глубинах залегания запасов угля только за счет применения традиционных сис-
тем вентиляции и кондиционирования воздуха даже при огромных затратах, воз-
растающей в цене электроэнергии очень трудно. А в случаях глубин свыше
1500м, экономически нецелесообразно. Основная причина этого, большие потери
энергии холода при его транспортировке, достигающие 60-70% [5-8]. Выход из
создавшейся ситуации следует искать в получении холодного воздуха в местах
близких к зонам непосредственного проведения работ.
Эту задачу решают способы кондиционирования рудничного
воздуха, основанные на использовании охлаждающего эффекта от
расширения сжатого воздуха, приведенные ниже.
Кондиционирование рудничного воздуха смешением его со струей
сжатого воздуха, расширяющегося без отдачи внешней работы (рис.1) [9].
Рис.1 - Кондиционирование рудничного воздуха смешением его со струей сжатого
воздуха, расширяющегося без отдачи внешней работы
Установка работает по простому циклу воздушной холодильной машины.
Атмосферный воздух засасывается компрессором 1 и сжимается до опреде-
ленного давления. Сжатый воздух, охлаждаясь в водяном воздухоохладителе
2 до температуры 25-30°С, поступает в ресивер 3, а из него по трубопроводу 4
в шахту.
В шахте главный трубопровод сжатого воздуха разветвляется и подводит-
ся к участкам. На небольшом расстоянии от лавы сжатый воздух расширяет-
ся, вследствие чего температура его уменьшается, и смешивается с посту-
пающим по выработкам теплым воздухом.
Устройство для расширения и смешения воздуха представляет собой вен-
тиль 5 в совокупности с эжектором 6.
При смешении теплой вентиляционной струи с холодным воздухом отно-
сительная влажность смеси воздуха повышается. Для снижения относитель-
ной влажности пункт смешения сжатого воздуха с вентиляционной струей
должен быть на таком расстоянии от лавы, за время прохождения которого
относительная влажность понизится до 0,75–0,80.
Следует отметить, что этот способ нормализации воздуха довольно дорог
из-за больших капитальных затрат на содержание градирни и всего, что с ней
связанно.
Охлаждение рудничного воздуха смешением его с испаряющимся жид-
ким воздухом (рис.2) [10].
Рис.2 - Охлаждение рудничного воздуха смешением его с испаряющимся жидким воз-
духом
Жидкий воздух подается с земной поверхности по теплоизолированному
трубопроводу 1 из расходного бака 2 к испарителю 3, установленному в ка-
мере вблизи очистного забоя. В испарителе жидкий воздух кипит и испаряет-
ся за счет тепла воздуха вентиляционной струи, проникающего через стенки
аппарата. Холодные пары воздуха, выходя из испарителя, смешиваются в
смесителе 4 с вентиляционной струей.
Однако этот способ так же как выше упомянутый не получил большого
распространения по причине трудностей при работе с сжиженным кислоро-
дом.
Наиболее эффективным способом, при котором решается задача снижения
температуры воздуха шахтной атмосферы является кондиционирование руд-
ничного воздуха с использованием эжекторов и вихревых труб (рис 3) [11-
13].
При такой схеме проветривания в поток воздуха, поступающего в забой по
вентиляционному ставу, подается сжатый воздух, который расширяясь адиабати-
чески в канале разгонного устройства ускоряется, при этом, резко снижается его
температура [14]. Смешиваясь с основным потоком воздуха, который подается в
забой, он охлаждает его и далее воздух с параметрами, удовлетворяющими ПБ
подается в выработку.
1- вентилятор местного проветривания; 2 - трубопровод сжатого воздуха; 3- кондициони-
рующий блок, 4- вентиляционный трубопровод; 5 - сквозная выработка,
6-забой тупиковой выработки
Рис.3-Схема местного охлаждения вентиляционной струи сжатым воздухом
Этот процесс удобно рассматривать на примере уравнения теплового баланса
[15].
Уравнение теплового баланса такого процесса можно представить в виде:
ñèñìñìñæñæñæâââ TCQTCQTCQ 111111 (1)
где С-теплоемкость воздуха; âQ1 -расход; â1 - плотность и âT1 - температура
воздуха подаваемого по вентиляционному ставу; ñæQ1 , ñæ1 , ñæT1 - расход,
плотность, температура сжатого воздуха соответственно; ñìQ , ñì , ñèT -
плотность и температура нормализированного воздуха, а ñìQ не что иное, как:
ñæâñì QQQ 11 . (2)
Следует отметить, что решение уравнения (1) в данном случае сводится к
нахождению ñæQ1 , относительно известных Ñ , âQ1 , â1 , âT1 , ñæ1 , ñæT1 .
После простых математических преобразований уравнения (1) с учетом (2)
получаем:
ÑÌÑÌñÆñÆ
ââñìñìâ
ñæ
ÒÒ
ÒÒQ
Q
1111
11111
1
)(
. (3)
Зная объѐмный расход сжатого воздуха можно определить его массовое
значение
Данный массовый расход, при критической скорости истечения 1)( q ,
обеспечивается через отверстие, площадь которого можно определить из со-
отношения [15]
ñæ
êðñæ
Ò
fp
m
1
1
.
0404.0
. (4)
Критическая площадь отверстия fкр (в м
2
) из выражения (4) равна
ñæ
ñæ
êð
p
Òm
f
1
1
.
0404,0
. (5)
Диаметр критического отверстия
êð
êð
f
d
4
.
Так для вентиляционной струи с температурой âT1 - = 30°С (303 К), кото-
рую необходимо охладить до ñèT =25°С (298 К), достаточно отверстия диамет-
ром dкр=19,8 мм
2
[13].
Однако, следует добавить, что приведенные расчетные данные являются
довольно приблизительным и не учитывает всех особенностей процесса. На-
пример, влажности воздуха, притока тепла к ставу от выработки и т.д. Но всѐ
это возможно компенсировать увеличением скорости истечения сжатого газа.
Это позволит, при меньших расходах газа добиться того же результата, по
снижению температуры вентиляционной струи, что и при меньших скоростях
его истечения, за счет получения более низкой температуры потока истекаю-
щего сжатого воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Угольная промышленность Украины в 1995 году // Уголь Украины, - 1996. - №4. – С. 42-44
2. Чаплыгин И.Н. Проблемы экологизации освоения недр и новые подходы к ее образованию
/ И.Н. Чаплыгин // Горный журнал, - 1996. -№4.-С. 45-47
3. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений. –
НПАОТ 0.00-0.34-71. – 71 с.
4. Фосс Й. Затраты на охлаждение шахтного воздуха в каменноугольной промышленности ФРГ / Й Фосс
// Глюкауф, - 1987. - №24. С. 12-15
5. Цейтлин Ю.А. Проектирование и эксплуатация шахтных систем кондиционирования воздуха /
Ю.А. Цейтлин, Т.Г. Абрамова, В.И. Могилевский [и др]. // – М.: Недра, 1983. – 261 с.
6. Бойко В.А. К вопросу о выборе способа и средств нормализации тепловых условий в подготовитель-
ных горных выработках глубоких шахт Донбасса в период их проходки. / В.А. Бойко, А.В. Бойко // Науковий
вісник НГУ.- Днепропетровск, 2009 – №4 – С. 193–205.
7. Мартынов А.А. Регулирование температурных условий в выработках глубоких горизонтов антрацито-
вых шахт Донбасса / А.А. Мартынов, Л.Ф. Миронов, Е.П. Горовой// Уголь Украины, - 1996. – №2. – С.23-26.
8. Зайцев С.И. Исследование тепловых условий и средств нормализации микроклимата в шахтах Запо-
рожского железорудного комбината / С.И. Зайцев, В.И. Сахновский, А.А. Бойченко, В.М. Куроченко // Охра-
на труда и техника безопасности в горнорудной промышленности (ВНИИБТГ). – М.: Недра. –1978. – Вып. 3.
– С. 32–45.
9. Сахновский В.И. Исследование способов снижения температуры рудничного воздуха в переходной
период / В.И. Сахновский, П.В. Дмитрийчук, В.М. Куроченко, А.Р. Микитенко // Снижение уровня вредных
производственных факторов на горнорудных предприятиях (ВНШБТГ). – М., 1986. – С. 23–27.
10. Сахновский В.Л. Нормализация теплового режима в глубоких железорудных шахтах // Защита рабо-
чих горнорудной промышленности от производственных опасностей и вредностей (ВНШБТГ). – М.: Недра. –
1983. – С. 39–48.
11. Перепелица В.Г. О возможности повышения эффективности вихревых шахтных кондиционеров
/В.Г. Перепелица С.В. Тынына, В.В. Власенко [и др]. // Геотехническая механика,- 2009–№82–С 113-119
12. Перепелица В.Г. О возможности применения тепловых насосов для нормализации параметров шахт-
ной атмосферы в процессе разработки месторождений на больших глубинах /В.Г. Перепелица С.В. Тынына,
Э.С. Клюев // Геотехническая механика,- 2009–№81–С 211-219
13. Лапшин А. А. Снижение температуры воздуха в тупиковых выроботках шахт путем охлаждения вен-
тиляционной стуруи в забоях / А. А. Лапшин // Уголь Украины, - 2010.–№2– С. 130–135.
14. Яворский Б. М., Справочник по физике/ Б.М. Яворский, А. А. Детлаф//– М.: Наука, 1968. – 940 с.
15. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский // М.: Наука, 1973. – С. 122–128.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33570 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:19:00Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тынына, С.В. 2012-05-28T16:55:28Z 2012-05-28T16:55:28Z 2011 О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33570 622.413.3; 662.210.587: 621.572 У роботі наведені основні причини нагрівання шахтної атмосфери. Запропоновано метод її нормалізації із застосуванням газодинамічних пристроїв, робота яких заснована на перетворенні внутрішньої енергії газу в енергію витікаючої течії. Приведено рівняння теплового балансу при змішуванні потоку стисненого газу та вентиляційного струменя. Знайдена залежність для визначення витрати стисненого газу для зниження температури тупикових виробок. The paper presents the main reasons for heating mine atmosphere. We propose a method to normalize the use of gas-dynamic devices, which are based on the transformation of the internal energy of the gas flowing into the energy of the jet. The equations of heat balance by mixing the compressed gas and air flow. The dependence for determining the flow of compressed gas to reduce the temperature of dead-end developments. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт On increasing the effectiveness of the deadlock of the local climate development workings in deep mines Article published earlier |
| spellingShingle | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт Тынына, С.В. |
| title | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_alt | On increasing the effectiveness of the deadlock of the local climate development workings in deep mines |
| title_full | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_fullStr | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_full_unstemmed | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_short | О повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_sort | о повышении эффективности систем местного кондиционирования тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33570 |
| work_keys_str_mv | AT tynynasv opovyšeniiéffektivnostisistemmestnogokondicionirovaniâtupikovyhpodgotovitelʹnyhvyrabotokglubokihšaht AT tynynasv onincreasingtheeffectivenessofthedeadlockofthelocalclimatedevelopmentworkingsindeepmines |