устройство для обогрева воздухоподающих стволов шахт

Формула изобретения

1. Устройство обогрева воздухоподающих стволов шахт, содержащее сообщенные между собой камеру горения газового топлива, воздуховод для подачи теплого воздуха в ствол шахты, камеру смешения, расположенную между воздуховодом и камерой горения, снабженной электромагнитным запорным механизмом для подачи в нее газо-воздушной смеси, шахтный вытяжной вентилятор для подачи холодного воздуха в камеру горения и датчик контроля уровня газа, отличающееся тем, что оно снабжено блоком реле и пультом управления, воздуховод выполнен герметичным, камера горения, камера смешения и герметичный воздуховод установлены в общем патрубке, а датчик контроля уровня газа установлен в подземной выработке и подключен к пульту управления, который соединен с блоком реле, обеспечивающим опережающее отключение питания электророзжига горелок в камере горения, и электромагнитным запорным механизмом, перекрывающим подачу смеси в камеру горения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве газа в газо-воздушной смеси используют метан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а более точно к способам обогрева воздухоподающих стволов шахт и устройствам для реализации этих способов. Наиболее успешно данное изобретение может быть использовано для проектирования вентиляции угольных и других шахт и рудников, расположенных в средних и высоких широтах при их эксплуатации в холодный период.

При эксплуатации шахт в холодный период происходит обмерзание воздухоподающих стволов, налипание льда на оборудовании ствола, что приводит к разрушению последнего, обрушению и порче оборудования и созданию, тем самым, угрозы для людей. Льдообразование происходит из-за наличия влаги в воздухе, подаваемом в ствол для вентиляции, и низкой температуры окружающего атмосферного воздуха. Следовательно, обогрев ствола в холодный период является весьма актуальной проблемой для обеспечения стабильной и безаварийной работы горных предприятий в этот период.

Известен способ обогрева воздухоподающего ствола сбросным низкопотенциальным теплом, описанный в статье "Опытно-промышленная установка для обогрева ствола низкопотенциальным теплом" авторов Скрыпник Б.В., Глебов В.П., Воробьев Е. А., Небылица В.В. в журнале "Уголь Украины" за 1993 г., 3, стр. 41-43. В этом способе воздух подогревается в камерах секций центрального шахтного кондиционера, в качестве низкопотенциального теплоносителя используется вода, охлаждающая промежуточные холодильники кондиционера, а воздух нагнетается в ствол специальными радиальными вентиляторами.

Однако практическое применение этого способа не продемонстрировало его достаточную эффективность при температуре окружающего воздуха ниже -7^oС, так как при этих условиях из-за повышенного увлажнения воздуха от испарения теплоносителя происходило интенсивное льдообразование в нагретом воздухе, что приводило к обмерзанию ствола и обмерзанию нагнетающих воздушных форсунок, делая тем самым невозможным вентилирование горных выработок. Кроме того, техническая концепция применения шахтных кондиционеров для обогрева ствола предполагает обязательное сообщение шахтной вентиляционной системы с окружающей атмосферой, что в холодное время приводит к значительным потерям тепла через заложенные по проекту негерметичности надствольного здания и быстрому обледенению верхней части ствола.

Наиболее близким по технической сущности по отношению к заявляемому объекту является способ обогрева воздухоподающих стволов шахт и устройство для осуществления этого способа, описанные в патенте RU 2104396 С1, кл. Е 21 F 3/00, 10.02.1998 г. Согласно известному способу обогрев ствола осуществляется воздухом, нагреваемым теплотой сгорания газового топлива в камере горения, в качестве которого используется газовоздушная смесь, а подача воздуха в ствол и в камеру осуществляется общешахтной вентиляцией, а именно, совместным действием шахтного вытяжного вентилятора и дополнительных нагнетающих вентиляторов. В устройстве для осуществления этого известного способа имеется камера горения газовоздушной смеси и воздуховод для подачи теплого воздуха в ствол, при этом воздух непосредственно поступает в ствол, воздуховод негерметичен, отсутствуют приборы контроля параметров воздуха в подземной выработке.

Практическое использование этого способа показало, что он устраняет ряд недостатков описанного ранее способа с применением низкопотенциального носителя, в частности, снижение влажности воздуха, подаваемого в ствол, и снижение нижней границы допускаемой температуры окружающей среды из-за возможности получения большого количества тепла за счет одновременного использования нескольких устройств.

Однако наличие высоких требований к содержанию вредных веществ в воздухе, предназначенном для вентиляции подземных выработок, существенно усложняет конструкцию вентиляционной обогревающей системы из-за необходимости введения сложных очищающих и фильтрующих приборов, что снижает общую надежность системы в целом.

Устройство для реализации этого способа требует при эксплуатации высоких эксплуатационных затрат, так как из-за негерметичности надствольного здания в ствол вместе с теплым воздухом поступает холодный из окружающей атмосферы, что приводит к образованию неравномерного поля температур в потоке и ухудшению температурного режима в стволе и требует дополнительной тепловой энергии. Эти показатели еще больше ухудшаются при одновременной эксплуатации нескольких устройств.

Кроме того, при возникновении в горной выработке газового выброса, происходит "опрокидывание" воздухопадающего потока и он начинает с большой скоростью двигаться в обратном направлении, что, учитывая горючесть газов выброса (метан) и наличие открытого огня в камере горения, приводит к возникновению пожара (взрыва) и является серьезной угрозой целостности оборудования и жизни людей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такого устройства для обогрева воздухоподающих стволов шахт, которое обеспечивало бы стабильность процесса горения, полноту сгорания топлива, низкий уровень содержания вредных веществ в теплом воздухе, а также повысило бы надежность системы обогрева и вентиляции.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве обогрева воздухоподающих стволов шахт, содержащем сообщенные между собой камеру горения газового топлива, воздуховод для подачи теплого воздуха в ствол шахты, камеру смешения, расположенную между воздуховодом и камерой горения, снабженной электромагнитным запорным механизмом для подачи в нее газовоздушной смеси, шахтный вытяжной вентилятор для подачи холодного воздуха в камеру горения и датчик контроля уровня газа, согласно изобретению оно снабжено блоком реле и пультом управления, воздуховод выполнен герметичным, камера горения, камера смешения и герметичный воздуховод установлены в общем патрубке, а датчик контроля уровня газа установлен в подземной выработке и подключен к пульту управления, который соединен с блоком реле, обеспечивающим опережающее отключение питания электророзжига горелок в камере горения, и электромагнитным запорным механизмом, перекрывающим подачу смеси в камеру горения. Так же, согласно изобретению, в качестве газа в газовоздушной смеси используют метан.

Использование в качестве газа в газовоздушной смеси метана обеспечивает полное стабильное сгорание без дополнительных затрат и без образования вредных газообразных продуктов. Подача воздуха за счет вытяжного вентилятора устраняет возникновение в камере горения застойных зон и зон обратного истечения на границах разнородных потоков, что положительно сказывается на стабильности процесса горения, обеспечивая большую полноту сгорания топлива.

Наличие камеры смешения, сообщенной с окружающей средой, обеспечивает перемешивание горячего воздуха из камеры горения с холодным воздухом из окружающей атмосферы и выравнивает поля температур потока, подаваемого в ствол.

Кроме того, при возникновении вероятности выброса вредных газов (метана) датчики контроля уровня метана подают сигнал на пульт управления, обеспечивающий команду на срабатывание запорного устройства, перекрывающего подачу топлива, и на срабатывание устройства, опережающего тушение огня в камере сгорания.

В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает принципиальную схему предлагаемого устройства для обогрева воздухоподающих стволов шахт, продольный разрез;

фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сверху.

Предлагаемое устройство содержит камеру 1 горения, ствол 2 для подачи теплого воздуха, горелки 3, камеру 4 смешения, куда подается горячий нагретый воздух в направлении стрелок "в" и холодный воздух, нагнетаемый шахтным вытяжным вентилятором (на чертеже не показано), движение которого на фиг.1 условно показано стрелками "с", а также воздуховод 5, выполненный герметичным и сообщенный с камерой смешения 4 и со стволом 2 для подачи теплого воздуха.

Камера горения снабжена электромагнитным запорным устройством 6, для подачи в нее метано-воздушной смеси по трубопроводу 7. В устройстве имеется датчик 8 контроля уровня метана, электрически связанный через пульт управления 9 (фиг.2) с блоком 10 реле, обеспечивающим опережающее отключение питания электророзжига горелок 3 в камере 1 горения. Камера 1 горения, камера 4 смешения и герметичный воздуховод 5 установлены в общем патрубке 11.

Устройство работает следующим образом.

До начала работы в камере 1 горения по команде оператора с пульта управления 9 осуществляется розжиг горелок 3. Одновременно подается команда на открытие запорного устройства 6, обеспечивая подачу в камеру 1 метано-воздушной смеси по трубопроводу 7. За счет теплоты сгорания смеси происходит нагрев воздуха, поступающего в камеру от вытяжного вентилятора по стрелке "а". Горячий воздух далее поступает в камеру смешения 4, где перемешивается с холодным воздухом. После этого теплый воздушный поток по герметичному воздуховоду 5 поступает на обогрев ствола 2. При возникновении вероятности выброса в атмосфере подземных выработок, прежде всего горизонтальных 12, повышается концентрация метана, что фиксируется датчиком 8 контроля уровня метана, электрический сигнал от которого поступает на пульт 9 управления, который автоматически, срабатыванием соответствующих реле блока 10 реле обеспечивает опережающее отключение питания электророзжига горелок 3, закрывает электромагнитное запорное устройство 6, перекрывая подачу смеси. После этого работа устройства прекращается. При достижении концентрации метана в атмосфере подземной выработки допустимой нормы и устранения вероятности выброса, датчик 8 подает следующий электрический сигнал на пульт управления 9, при этом срабатывает блок 10 реле, возвращающий устройство в исходное состояние готовности к началу работы. Оператор подает с пульта 9 команды на открытие запорного устройства 6 и включение электророзжига горелок, и цикл повторяется.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает сжигание метано-воздушной смеси для нагрева воздуха, смешение этого воздуха в камере смешения с холодным, поступающим в эту камеру через ее негерметичности, выравнивание поля температур в потоке, подачу потока в ствол от вытяжного шахтного вентилятора, не требует установки фильтров и устройства вытяжной трубы, а также опережающее отключение устройства при опасности подземного газового выброса. Этим достигается сокращение затрат на монтаж и эксплуатацию устройства, повышение общей надежности и безопасности системы обогрева с повышением ее эффективности за счет снижения тепловых потерь.