Способы искусственного охлаждения шахтного воздуха

 

Целью искусственного охлаждения шахтного воздуха является отвод определенного («излишнего») количества теплоты от него при помощи охлаждающего вещества. Тепло от воздуха можно отвести путем соприкосновения последнего с какой-либо холодной поверхностью или путем смешения его с газообразной струей, имеющей температуру ниже температуры воздуха.

Борьба с избыточным выделением теплоты в горные выработки ведется по нескольким направлениям:

- предохранение воздуха от нагревания при его движении к местам потребления;

- охлаждение воздуха без применения специальных холодильных машин;

- охлаждение воздуха с применением холодильных машин (кондиционирование).

Способы предупреждения нагревания шахтного воздуха включают в себя следующее:

- увеличение количества подаваемого в выработки воздуха путем повышения мощности вентиляторных установок, увеличения скорости движения воздуха, расширения сечений воздухоподающих выработок;

- замена машин с электроприводам машинами с пневматическим приводом;

- тепло- и гидроизоляция стен выработок;

- теплоизоляция и тщательное уплотнение воздухоподающих трубопроводов;

- предупреждение возникновения интенсивных окислительных процессов;

- сокращение пути движения воздуха к местам потребления путем выбора соответствующей схемы проветривания, проведения дополнительных выработок и скважин;

- подача воздуха к местам потребления по специально пройденным выработкам, где скорость движения воздуха может быть существенно увеличена;

- замена восходящего проветривания очистных выработок нисходящим проветриванием (при соблюдении соответствующих требований ПБ).

Для предотвращения нагревания воздуха без применения холодильных машин используются следующие способы:

- осушение воздуха сорбентами, т. е. веществами, способными поглощать влагу из воздуха (например, хлористым кальцием);

- охлаждение воздуха льдом;

- охлаждение воздуха жидким воздухам, при испарении которого поглощается значительное количество теплоты;

- охлаждение воздуха сжатым воздухам (например, от пневмо-кондиционеров);

- охлаждение воздуха водой: путем непосредственного соприкосновения охлаждающей воды с воздухом либо через поверхность труб, где воздух охлаждается в специальных теплообменниках;

- пропускание воздуха через тепловыравнивающие каналы путем подвода воздуха к стволу по горизонтальным выработкам, пройденным на глубине среднегодовой температуры.

Наиболее эффективным является искусственное охлаждение воздуха в системах кондиционирования: в компрессорных и абсорбционных холодильных установках. Холодильные установки бывают передвижные и стационарные. Передвижные установки предназначены для охлаждения воздуха в тупиковых выработках или в отдаленных очистных забоях. Стационарные установки располагаются как на земной поверхности, так и в подземных условиях.

Хладопроизводительность (холодильная мощность) отечественных шахтных холодильных агрегатов и кондиционеров составляет:

- передвижных кондиционеров ВК-230 - 230 кВт, КПШ-3 – 105 кВт, КПШ-40 - 47 кВт, КПШ-40П с пневмоприводом - 52 кВт;

- турбокомпрессионных холодильных машин ШХТМ-1300 - 1500 кВт, ХТМФ-235М-2000 - 2325 кВт, ХТМФ-248-4000 - 4650 кВт;

- поршневой холодильной машины МФ-220-1РШ - 255 кВт;

- абсорбционной холодильной машины АБХА-2500-2В – 2800 кВт.

Для стационарной работы на поверхности используются машины ХТМФ-235-2000, ХТМФ-248-4000, АБХА-2500-2В, а машины ШХТМ-1300 и МФ-220-1РШ устанавливаются на глубоких горизонтах.

Охлаждение шахтного воздуха с применением холодильных машин становится необходимым, когда общее тепловыделение в выработку Q _общ превышает тепловыделение в нее, допускаемое Правилами безопасности, Q _пб, т. е. при условии

Поскольку эти количества теплоты описываются формулами:

и

то критерий необходимости кондиционирования воздуха в выработке может быть записан в виде соотношения

где V _теп - количество воздуха, которое необходимо подать в выработку по               тепловому фактору без охлаждения воздуха, м³/ч;

где с _р - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг×К)               с _р = 0,241 ккал/(кг×К)×4,1868 кДж/ккал = 1,009 кДж/(кг×К); r - плотность воздуха, кг/м³; D t - перепад температур между выходящим (отработанным) и входящим (свежим) воздухам, проходящим по выработке, К (^оС):

для стволов  для подземных выработок

При необходимости кондиционирования воздуха следует выбрать тип кондиционера, рассчитать потребное количество кондиционеров и проверить правильность их установки.

Требуемая хладопроизводительность кондиционера N _к ’, кВт, находится по формуле

К установке принимают кондиционер хладопроизводительностью

При установке кондиционера в выработке (обычно одного) температура смеси за кондиционером t _см, ^оС (=К), определяется соотношением

Достаточность установки кондиционера проверяется по условию

Если , то необходимо установить более мощный кондиционер.

Пример расчета. Исходные данные:

 

выработка - ствол шахты,	l = 9,21 кДж/(м×ч×К),
38,5 м2,	0,00477 м2/ч,
r э = 3,5 м,	v = 2 м/с,
d = d э = 7 м,	t= 7 лет = 7×365×24 = 61320 ч,
Р = p ×d = 22 м,	t н = 8,5 оС,
l = Н = 1200 м,	t в = t пб = 24 оС,
a = 0о,	N потр = 100 кВт,
Н 0 = 20 м,	N п= 90 кВт,
0,035 м /оС,	a6 = 0,0040 кгс×с2/м4 = = 0,0392 Па× с2/м2,
порода - песчаник,	N тр = 100 кВт,
rп = 2400 кг/м3,	n = 7 человек.
с п = 0,858 кДж/(кг×К),

 

Для обеспечения возможности выполнения расчета тепловыделений по приведенным выше формулам принимаем дополнительно следующие данные (параметры):

 

b = 0,01 кг/(м2×ч×К),	Р тр = 0,05,
r = 2256 кДж/кг,	q б = 200 кДж/(м2×ч),
r = 1,25 кг/м3,	l ц = 5 м,
q ок= 16 кДж/(м2×ч),	q п = 2000 кДж/(ч×чел),
к з = 0,8,	hву = hу × hдв×hп = 0,7×0,85×0,95 = 0,56,
hдв = 0,95,	с р = 1,009 кДж/(кг×К).

 

Подсчитываем количества теплоты, выделяющиеся в выработку.