Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт
Розглянуто можливість використання вихрових шахтних кондиціонерів для поліпшення мікрокліматичних параметрів глухих підготовчих виробок глибоких шахт. Визначені 
 основні переваги та недоліки таких кондиціонерів. Дано економічну оцінку можливості їх 
 використання. Consider the poss...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33599 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860050810500546560 |
|---|---|
| author | Тынына, С.В. |
| author_facet | Тынына, С.В. |
| citation_txt | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Розглянуто можливість використання вихрових шахтних кондиціонерів для поліпшення мікрокліматичних параметрів глухих підготовчих виробок глибоких шахт. Визначені 
основні переваги та недоліки таких кондиціонерів. Дано економічну оцінку можливості їх 
використання.
Consider the possibility of vortex shaft conditioners for normalization of microclimatic parameters of the Deaf development workings deep mines. Determined main advantages of air conditioners and limitations. Dan economic evaluation of their possible applications.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:00:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 662.210.587:621.572
С.В. Тынына, мл. научн. сотр.,
(ИГТМ)
ПРИМЕНЕНИЕ ВИХРЕВЫХ КОНДИЦИОНЕРОВ ДЛЯ
НОРМАЛИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА ТУПИКОВЫХ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ШАХТ
Розглянуто можливість використання вихрових шахтних кондиціонерів для поліпшен-
ня мікрокліматичних параметрів глухих підготовчих виробок глибоких шахт. Визначені
основні переваги та недоліки таких кондиціонерів. Дано економічну оцінку можливості їх
використання.
THE POSSIBILITY OF VORTEX CONDITIONER NORMALIZATION
CLIMATE DOME DEVELOPMENT WORKINGS IN DEEP MINES
Consider the possibility of vortex shaft conditioners for normalization of microclimatic pa-
rameters of the Deaf development workings deep mines. Determined main advantages of air con-
ditioners and limitations. Dan economic evaluation of their possible applications
Процесс добычи угля в шахтах происходит при наличии ряда неблагоприят-
ных факторов: высокая температура рудничной атмосферы, запылѐнность и т.д.
Высокая температура в забое шахты возникает из-за тепловыделения от гор-
ного массива, транспортируемого угля и работающих механизмов. Вследствие
этих процессов в шахтах Донецкого бассейна, где запасы основного угля нахо-
дятся на глубинах до 1800-2000 м [1, 2], а добыча уже осуществляется на глубине
более 1500-1600 м [3], температура в выработках выемочных участков составляет
32-36°С, а в подготовительных тупиковых выработках 38-40°С [4].
Наличие выше упомянутых факторов приводит к снижению работоспособно-
сти шахтѐров и ведѐт к резкому ухудшению их здоровья. Согласно требованиям
«Правил безопасности в угольных шахтах» [4] температура рудничной атмосфе-
ры на рабочих местах с учетом скорости и относительной влажности воздуха не
должна превышать 22-26°С. Из этого следует, что одной из основных задач
шахтной промышленности является обеспечение нормальных параметров руд-
ничной атмосферы.
Поисковые работы в этом направлении показывают, что обеспечить нормаль-
ные тепловые условия в горных выработках шахт на предельных разведанных
глубинах залегания запасов полезных ископаемых за счет применения традици-
онных систем вентиляции и кондиционирования воздуха, даже при огромных за-
тратах, возрастающей в цене электроэнергии, очень трудно [2, 3]. Кроме того,
эффективность использования вырабатываемого холода составляет 15-30% [5, 6].
Это связанно, с потерями энергии хладогена при его транспортировке:
- контактом холодного воздуха с воздухом, который проконтактировал с ох-
лаждающейся поверхностью, и движется в противоположном направлении;
- с нагревом транспортирующих труб из-за их большой длины.
Основной задачей в настоящее время является создание компактных вы-
сокоэффективных моделей кондиционеров для нормализации микроклимата
глубоких шахт.
Решение задачи нормализации теплового режима в шахтах может быть
найдено, в применении вихревых шахтных кондиционеров (ВШК) [1]. Пере-
носные и передвижные кондиционеры применяют для снижения температу-
ры свежего воздуха, сравнительно небольшого замкнутого пространства та-
кого, например, как пространство тупиковых подготовительных выработок.
Несмотря на относительно низкую энергетическую эффективность про-
цесса вихревого температурного разделения газов (50-60%) [7] в ряде случаев
целесообразно применять вихревые холодильно-нагревательные аппараты.
Эта целесообразность обусловлена следующими особенностями рабочего
процесса и конструкции аппарата.
1. В вихревом аппарате возможно одновременное осуществление несколь-
ких процессов, например охлаждение и нагревание газа, охлаждение и осуш-
ка или очистка холодного газа и т. п. Реализация этих процессов в одном ап-
парате позволяет упростить установку, а в некоторых случаях снизить допол-
нительные затраты энергии, например электрической, на нагрев газа.
2. Рабочим телом вихревой трубы может быть практически любой газ или
смесь газов, а также многофазные смеси. Давления исходного рабочего тела,
а также вырабатываемых охлажденного и нагретого потоков могут быть раз-
личными (от десятков килопаскалей до десятков мегапаскалей), а расход пе-
рерабатываемого газа может составлять от долей до сотен тысяч кубических
метров в час.
3. Небольшие размеры и масса в ряде случаев являются определяющими
критериями преимущественного применения вихревого аппарата. Эти качест-
ва позволяют создавать не только компактные, легко транспортируемые, но в
некоторых случаях и экономичные установки. Вихревую трубу можно раз-
мещать рядом с охлаждаемым объектом, а иногда непосредственно включать
в конструкцию устройства или системы с охлаждаемыми элементами. Источ-
ник сжатого рабочего тела можно располагать на значительном (более сотни
метров) расстоянии от объекта. В системах термостатирования с холодильной
машиной такой возможности нет. При этом потери холода на трассе охлаж-
денного газа требуют увеличения холодопроизводительности установки.
4. В некоторых случаях высокая надежность работы в сочетании с просто-
той обслуживания (в том числе, регулирования) являются определяющими
факторами при выборе холодильного аппарата. Здесь преимущества вихревой
трубы несомненны. Простота конструкции, отсутствие подвижных деталей,
сложных уплотняющих элементов определяют высокую надежность работы в
тяжелых условиях эксплуатации. Практически показатели надежности вихре-
вой трубы соизмеримы с их значениями для арматуры газовых систем.
5. Немаловажными преимуществами вихревых аппаратов являются: ко-
роткий пусковой период, низкая стоимость изготовления и простота обслу-
живания.
На рисунке 1 приведена принципиальная схема местного охлаждения вен-
тиляционной струи в забоях сжатым воздухом.
1- вентилятор местного проветривания; 2- трубопровод сжатого воздуха; 3-
кондиционирующий блок, 4- вентиляционный трубопровод; 5 - сквозная выработка, 6–
забой тупиковой выработки
Рис. 1 – Схема местного охлаждения вентиляционной струи сжатым воздухом
Вентилятор местного проветривания (ВМП) 1 нагнетает по вентиляцион-
ному трубопроводу 4 из сквозной выработки 5 воздух для проветривания ту-
пиковой выработки 6. С целью охлаждения вентиляционной струи в конди-
ционер 3 подается сжатый воздух из трубопровода 2. В кондиционере 3, про-
исходит образование нормализирующего потока воздуха, при котором, обра-
зование охлажденного и нагретого потоков является результатом перераспре-
деления энергии входящего в вихревую трубу сжатого газа, где горячая часть
кондиционирующего воздуха выполняет роль регулирующего органа процес-
са.
Именно горячий воздух из вихревой трубы, смешиваясь в эжекторе, опре-
деляет температуру проветривающего потока воздуха, а при смешивании его
в трубопроводе 3 с вентиляционной струей она охлаждается.
Расход и параметры подаваемого воздуха выбирают в соответствии с ме-
дико-биологическими требованиями. С одной стороны, необходимо обеспе-
чить эффективный отвод теплоты, а с другой – исключить появление боль-
ших контрастов температур.
Кондиционер (рис. 2), состоит из баллона-накопителя (рессивера) сжатого
воздуха 1 подключенного к общешахтной пневмосети через обратный предо-
хранительный клапан 7, запорного клапана 2, редуктора 3, воздушного теп-
лообменника 4, вихревой трубы 5 и эжектора 6. Включение теплообменника
в состав кондиционера позволяет увеличить расход эжектируемого из атмо-
сферы воздуха в 1,4–1,5 раза [8].
Рис.2 – Схема автономного вихревого кондиционера
Данный кондиционер может использоваться в виде автономного перенос-
ного кондиционера [7, 8]. Их применяют в случаях, когда расстояние, на ко-
торое перемещается работающий, превышает допустимую длину шланга.
Кондиционер работает за счет запаса сжатого воздуха, закачиваемого в бал-
лон перед началом работы.
При создании вихревого кондиционера необходимо также предусматри-
вать ручную поднастройку режима работы, в зависимости от самочувствия
людей, тяжести выполняемой работы и теплового режима в рабочем про-
странстве.
Отделом горной аэрогазодинамики Института геотехнической механики
НАН Украины разработана и создана экспериментальная модель автономного
шахтного кондиционера (рис 3).
Данная конструкция кондиционера выполнена по блочной схеме, т.е., в
зависимости от необходимости на одной базе могут быть собраны несколько
моделей кондиционера способные обеспечить нормализированным воздухом
разные объемы шахтного пространства, с разной температурой рудничного
воздуха.
1- ресивер распределитель, 2- вихревая труба, 3- кольцевой эжектор, 4- крепление, 5-
подводящие трубопроводы
Рис. 3 – Внешний вид экспериментальной модели вихревого шахтного кондиционера
Особенностью данного кондиционера является тот факт, что данный кон-
диционер работает без образования горячей составляющей [9], так же как
прототип, и не требует создания дополнительных средств отвода горячего
воздуха образовывающегося при разделении воздуха.
Отличием разработанного кондиционера является использование в качест-
ве утилизирующего устройства кольцевого эжектора [10], позволяющего су-
щественно повысить эффективность работы кондиционера обычной конст-
рукции [11].
Данная схема кондиционирования при той же стоимости изготовления,
намного экономичнее обычных, фреоновых кондиционеров (потребляющих
не менее 500 кВт электроэнергии в час).
Модель вихревого кондиционера, рассчитана на расход воздуха 400 м
3
/ч.
При стоимости одного кубического метра сжатого воздуха около 0,02 грн/м
3
[12], стоимость охлаждения вентиляционной струи будет составлять порядка
8,00 грн/ч, что безусловно, во много раз меньше стоимости при использова-
нии других кондиционеров.
Выводы
1. В условиях тупиковой шахтной выработки применение вихревых кон-
диционеров позволит более, чем в 2 раза снизить энергозатраты по сравнению
с существующими системами кондиционирования:
2. Применение вихревых кондиционеров для кондиционирования тупико-
вых выработок глубоких шахт с повышенной температурой атмосферы по-
зволит снизить температуру вентиляционной струи с 38-40°С до 24-25°С.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Перепелица В.Г. К вопросу о возможности применения вихревых охладителей при создании систем
кондиционирования тупиковых выработок глубоких шахт/В.Г. Перепелица С. В. Тынына// Геотехническая
механика,- 2008–№77–С 154-159
2. Бойко В. А К вопросу о выборе способа и средств нормализации тепловых условий в подготовитель-
ных горных выработках глубоких шахт Добасса в период их проходки/ В. А. Бойко, А.В. Бойко //Науковий
вісник НГУ.- Дн-ск, 2004
3. Структура и математическая модель системы охлаждения горного массива глубокой шахты/ В. А.
Бойко //Науковий вісник НГУ.- Дн-ск, 2004
4. Правила безопасности в угольных шахтах (Утв. Приказ Государственного комитета Украины по над-
зору за охраной труда № 257 от 16.11.2004)
5. Гутенберг Б. Физика земных недр./ Б. Гутенберг // М.: Мир, 1983. 264 с.
6. Меркулов А. П. Вихревой эффект и его применение в технике/ А. П. Меркулов // М.: Машинострое-
ние, 1981. 184 с.
7. Мартынов АА 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. Тер-Ионесян Р. С. Повышение эффективности кондиционеров защитного снаряжения.– Труды МВТУ
им. Н. Э. Баумана, 1979, № 296, с. 102—109.
9. Патент на полезную модель № 31326 Украина, ПМК(2006) F04F 5/00, B02C 19/6, G01M 9/00, Кольце-
вое эжекторное устройство/ С.В. Тынына, А.И.Астапов, А.Д. Чалпиц, Н.И.Тоцкая, Ю.С Яцук /Украина/ №
u200706582; Заявлен. 12.06.2007; Опубл. 10.04.2008, Бюл.№7–4с.:ил.
10. 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
11. 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
12. Лапшин А. А. Снижение температуры воздуха в тупиковых выроботках шахт путем охлаждения вен-
тиляционной стуруи в забоях/ А. А. Лапшин // Уголь Украины, - 2010.–№2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33599 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:00:01Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тынына, С.В. 2012-05-28T18:08:44Z 2012-05-28T18:08:44Z 2011 Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт / С.В. Тынына // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33599 662.210.587:621.572 Розглянуто можливість використання вихрових шахтних кондиціонерів для поліпшення мікрокліматичних параметрів глухих підготовчих виробок глибоких шахт. Визначені 
 основні переваги та недоліки таких кондиціонерів. Дано економічну оцінку можливості їх 
 використання. Consider the possibility of vortex shaft conditioners for normalization of microclimatic parameters of the Deaf development workings deep mines. Determined main advantages of air conditioners and limitations. Dan economic evaluation of their possible applications. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт The possibility of vortex conditioner normalization climate dome development workings in deep mines Article published earlier |
| spellingShingle | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт Тынына, С.В. |
| title | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_alt | The possibility of vortex conditioner normalization climate dome development workings in deep mines |
| title_full | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_fullStr | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_full_unstemmed | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_short | Применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| title_sort | применение вихревых кондиционеров для нормализации микроклимата тупиковых подготовительных выработок глубоких шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33599 |
| work_keys_str_mv | AT tynynasv primenenievihrevyhkondicionerovdlânormalizaciimikroklimatatupikovyhpodgotovitelʹnyhvyrabotokglubokihšaht AT tynynasv thepossibilityofvortexconditionernormalizationclimatedomedevelopmentworkingsindeepmines |