устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях

Формула изобретения

1. Устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях, содержащее разделительное приспособление, связанное с механизированной крепью поддерживающего типа, вентилятор с трубой для воздуха, отличающееся тем, что приспособление выполнено в виде гибкой, эластичной оболочки с клапанами, закрепленной за секциями крепи со стороны выработанного пространства вдоль линии отработки угольного пласта, имеющую перфорацию по горизонтали и вертикали, направленную в сторону выработанного пространства, причем оболочка соединена трубой для нагнетания воздуха с вентилятором, установленным на свежей струе воздуха, а приведенный диаметр d оболочки в заполненном состоянии принимают по формуле d=1,2m, где m - мощность угольного пласта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме квадрата или прямоугольника со скругленными сторонами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме окружности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме трапеции.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме параллелограмма.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка выполнена из резинокорда.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка выполнена из брезента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности проветривания очистных забоев при отработке запасов угля с большим газовыделением из выработанного пространства при использовании современных механизированных комплексов.

Известно устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях (патент РФ №2256077 от 10.07.2005, МПК E21F 1/14). Устройство содержит воздухозаборные каналы и вентилятор с трубой отсоса воздуха, причем согласно изобретению каждый воздухозаборный канал выполнен в виде гибкой пластиковой трубы с шибером, размещенной на нижней стороне перекрытия секции крепи или в теле перекрытия параллельно его продольной оси, причем один конец воздухозаборного канала расположен на уровне рабочего края перекрытия, а второй соединен с трубой отсоса воздуха, закрепленной под перекрытием секции крепи за комбайном параллельно оси скребкового конвейера, а вентилятор установлен на крепи сопряжения на исходящей струе воздуха. Устройство характеризуется также тем, что гибкие пластиковые трубы выполнены П-образной формы с перфорированной по длине перекладиной, расположенной вдоль рабочего края перекрытия секции крепи. Устройство характеризуется также тем, что воздухозаборный канал снабжен переходниками, каждый из которых выполнен в виде двух входящих друг в друга колен, установленных на оси вращения, разделенных воздухонепроницаемой прокладкой, причем переходники и перекрытие соединены между собой с возможностью поворота переходников относительно перекрытия, а ось переходников смещена по вертикали относительно оси шарнира перекрытия секции крепи и параллельна ей. Недостатком данного устройства является низкая эффективность изоляции свежей воздушной струи от метана, поступающего из выработанного пространства, и вследствии этого высокие притечки метана из него.

Известно устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях, принятое за прототип (патент РФ №2256076 от 10.07.2005, МПК E21F 1/14). Устройство содержит каналы подачи воздуха, расположенные между крепью и угольным массивом, вентилятор с трубой отсоса воздуха, согласно изобретению оно снабжено завесой из прозрачных пластмассовых профилей с грузом (разделительным приспособлением), расположенным в нижней части завесы, размещенных на несущих тросах, связанных с приводным барабаном, закрепленным на перекрытии секции крепи и снабженным электроприводом с автоматическим и ручным управлением, а нижняя часть завесы входит в зазор, образованный ограждением кабелеукладчика и решетчатым ограждением, причем вентилятор, перемещаемый по мере отработки угольного массива, расположен на исходящей струе воздуха в вентиляционном штреке, при этом ширина завесы равна ширине секции крепи, а длина в 1,3 раза больше вертикальной высоты крепи. Недостатком данного устройства является низкая эффективность изоляции свежей воздушной струи от метана, поступающего из выработанного пространства, и вследствии этого высокие притечки метана из него.

Техническим результатом изобретения является возможность снижения притечек метана из выработанного пространства в свежую воздушную струю за счет разделения воздушных потоков.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях, содержащем разделительное приспособление, связанное с механизированной крепью поддерживающего типа, вентилятор с трубой для воздуха, согласно изобретению приспособление выполнено в виде гибкой, эластичной оболочки с клапанами, закрепленной за секциями крепи со стороны выработанного пространства вдоль линии отработки угольного пласта, имеющей перфорацию по горизонтали и вертикали, направленную в сторону выработанного пространства, причем оболочка соединена трубой для нагнетания воздуха с вентилятором, установленным на свежей струе воздуха, а приведенный диаметр d оболочки в заполненном состоянии принимают по формуле d=1,2 m, где m - мощность угольного пласта.

Технический результат достигается также тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме квадрата или прямоугольника со скругленными сторонами.

Технический результат достигается также тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме окружности.

Технический результат достигается также тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме трапеции.

Технический результат достигается также тем, что оболочка в поперечном сечении выполнена в форме параллелограмма.

Технический результат достигается также тем, что оболочка выполнена из резинокорда.

Технический результат достигается также тем, что оболочка выполнена из брезента.

Применение предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, позволяет снизить притечки метана из выработанного пространства в свежую воздушную струю за счет разделения воздушных потоков.

Устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема размещения предлагаемого устройства относительно секции крепи, на фиг.2 показана принципиальная схема размещения устройства при отработке угольного пласта, где:

1 - гидравлическая стойка крепи;

2 - вторая гидравлическая стойка крепи;

3 - секции крепи;

4 - связки, соединяющие оболочку 15 с секциями крепи 3;

5 - вертикальное заднее перекрытие;

6 - перекрытие секции крепи;

7 - основание крепи;

8 - гидродомкрат скребкового конвейера;

9 - скребковый конвейер;

10 - комбайн;

11 - шнеки комбайна;

12 - кабелеукладчик;

13 - ограждение кабелеукладчика;

14 - труба для нагнетания воздуха;

15 - гибкая, эластичная оболочка, например, с поперечным сечением в виде квадрата со скругленными углами с клапанами;

16 - угольный пласт;

17 - выработанное пространство;

18 - конвейерный бремсберг;

19 - людской ходок;

20 - вентиляционный бремсберг;

21 - вентиляционный штрек;

22 - конвейерный штрек;

23 - вентилятор, работающий на нагнетание воздуха;

24 - направление движения свежей струи воздуха;

25 - направление движения исходящей струи воздуха;

26 - крепь сопряжения;

27 - перфорация оболочки 15, расположенная по ее горизонтали и вертикали со стороны выработанного пространства 17;

m - мощность угольного пласта 16.

Устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях предназначено преимущественно для отработки высокогазоносных угольных пластов современными высокопроизводительными механизированными комплексами. Отработка залежей угля сопровождается большими выделениями взрывчатого и горючего газа - метана, которые при отбойке угля ставят ограничения по нагрузке на очистной забой - газовый вентиляционный барьер. В настоящее время вследствие значительной глубины горных работ выделяется все большее количество метана (средняя газоносность шахт Донецкого и Карагандинского бассейнов равна соответственно 30 и 90 м³/мин). Бороться с такими количествами метана традиционным способом (разбавлением метана воздухом и выносом из шахты вентиляционной струей) во многих случаях оказывается невозможным из-за необходимости подачи в шахту чрезвычайно большого количества воздуха и превышения допустимых скоростей его движения по выработкам согласно требованиям Правил безопасности при разработке угольных месторождений. Увеличение скорости подвигания лав на пластах с высокой газообильностью и расширение области применения комплексов с гидравлическими механизированными крепями требуют принятия мер по снижению газообильности. Предварительная дегазация разрабатываемого пласта скважинами и повышение дегазации выработанного пространства не всегда обеспечивает снижение газообильности до допустимого уровня, так как наибольшее количество газа выделяется в выработанное пространство из пластов-спутников. Количество воздуха, подаваемого в очистной забой, фактически регламентируется Правилами безопасности при разработке угольных месторождений максимально допустимой скоростью движения воздушной струи (как правило, не более 4 м/с). При изоляции поступающей свежей воздушной струи от метана, поступающего из выработанного пространства 17, возможно увеличение нагрузки на лаву за счет уменьшения действия так называемого "газового" фактора, так как точка контроля метана находится на сопряжении вентиляционного штрека 21 и очистного забоя (лавы). Разделенные потоки воздуха (из очистного пространства и выработанного пространства 17) выдают на вентиляционный штрек 21, в котором его можно разбавлять до допустимых Правилами безопасности при разработке угольных месторождений норм или утилизировать.

Угольный пласт 16 подготавливают необходимыми выработками, в том числе конвейерным бремсбергом 18, людским ходком 19, вентиляционным бремсбергом 20, вентиляционным штреком 21 и конвейерным штреком 22. Затем проводят разрезную печь, монтируют в ней секции 3 механизированной гидравлической крепи поддерживающего типа. Предлагаемый вариант устройства будет эффективно работать, в основном, при использовании механизированных крепей поддерживающего типа из-за их способности работать без создания боковой пригрузки со стороны выработанного пространства 17. Отрабатывают угольный пласт 16, образуя очистное пространство, по мере передвижения которого формируют выработанное пространство 17. Гидравлической стойкой 1 крепи, второй гидравлической стойкой 2 крепи, вертикальным задним перекрытием 5, перекрытием секции крепи 6 и основанием крепи 7 поддерживают породы висячего бока (непосредственной кровли угольного пласта 16). Маневровые операции, связанные с перемещением комбайна 10 со шнеками 11, осуществляют с помощью гидродомкрата 8 скребкового конвейера. Кабелеукладчиком 12 прокладывают кабель между скребковым конвейером 9 и ограждением кабелеукладчика 13. Скребковый конвейер 9 перемещают с помощью гидродомкрата 8 скребкового конвейера при распоре 1-й и 2-й гидравлических стоек крепи. При монтаже секций крепи 3 вдоль линии отработки угольного пласта 16 за ними со стороны выработанного пространства 17 устанавливают оболочку 15 (разделительное приспособление) и фиксируют ее относительно секций 3 крепи с помощью связок 4.

Связки 4 установлены на каждой секции крепи 3 по длине механизированного комплекса и могут быть выполнены, например, из тросов. Связки 4 предназначены для перемещения оболочки 15 по мере отработки угольного пласта 16. Оболочка 15 выполнена с перфорацией 27, направленной в сторону выработанного пространства 17. Перфорация 27 по горизонтали и вертикали (по длине и высоте) может быть снабжена клапанами для регулирования скорости выхода подаваемого воздуха из оболочки 15. Перфорация 27 расположена по вертикали и горизонтали оболочки 15. Число отверстий перфорации и плотность их расположения принимают в соответствии с планируемыми объемами поступления метана из выработанного пространства 17. Оболочку 15 соединяют трубой для нагнетания воздуха 14 с вентилятором 23, работающим на нагнетание воздуха. Вентилятор 23 устанавливают на свежей воздушной струе 24, например, в конвейерном штреке 22 на крепи сопряжения 26 для передвижки его по мере отработки запасов угольного пласта 16. При выборе геометрических параметров оболочки 15 приведенный диаметр d оболочки 15 в заполненном (рабочем) состоянии принимают по формуле d=1,2 m, где m - мощность угольного пласта 16. Выбор приведенного диаметра d по вышеуказанной формуле обеспечит наименьшие притечки метана из выработанного пространства 17 за счет создания распора между кровлей и почвой пласта, следовательно, обеспечит наибольшую эффективность разделения вентиляционных потоков. В зависимости от горно-геологических условий (выдержанности угольного пласта 16, устойчивости пород кровли и т.п.) оболочка 15 в поперечном сечении может быть выполнена в форме окружности, квадрата или прямоугольника со скругленными сторонами, трапеции или параллелограмма. Материалом для оболочки может служить резинокорд или брезент. Тип материала и форму оболочки 15 принимают в зависимости от планируемого срока службы оболочки 15 и интенсивности ее использования.

Устройство для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях работает следующим образом. Воздух подают по вентиляционному бремсбергу 20, далее по конвейерному штреку 22. Затем воздух проходит по очистному пространству (лаве). Направления движения свежей струи воздуха 24 и направление движения исходящей струи воздуха 25 показаны на фиг.2. Нагнетание воздуха проводят по трубе 14 для нагнетания воздуха с помощью вентилятора 23, расположенного по ходу движения свежей струи 24 в конвейерном штреке 22. Далее воздух попадает в оболочку 15 (разделительное приспособление), заполняя ее до достижения ей определенного проектного приведенного диаметра d. Клапана или перфорация 27 настроена на определенное давление, поэтому после заполнения оболочки 15 она начинает выпускать воздух. Из оболочки 15 воздух через перфорацию 27 выходит в сторону выработанного пространства 17 (направление движения нагнетаемого воздуха показано сплошными и пунктирными стрелками на фиг.1). За счет заполнения оболочки 15 свежим воздухом она представляет собой механическую преграду для метана, поступающего из выработанного пространства 17. За счет того, что оболочка 15 имеет перфорацию 27 по горизонтали и вертикали и может быть снабжена клапанами, направленными в сторону выработанного пространства 17, помимо механической преграды возникает воздушная завеса, способствующая наиболее эффективной работе разделительного устройства. Помимо воздушной завесы свежий воздух, нагнетаемый в оболочку 15, способствует разбавлению метана, выделяющегося из выработанного пространства 17. Разделенные потоки воздуха из очистного пространства и выработанного пространства 17 попадают на вентиляционный штрек 21, где возможно подсвежение воздушной струи или утилизация метановоздушной смеси из выработанного пространства 17 известными способами, например путем закачки в специальные емкости. По мере отработки угольного пласта 16 оболочка 15 передвигается вслед за механизированным комплексом по выработанному пространству 17 с помощью связок 4. Это способствует наиболее эффективному разделению свежей воздушной струи от метана, выделяющегося из выработанного пространства.

Применение данного устройства для разделения воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях обеспечивает следующие преимущества:

- снижение притечек метана из выработанного пространства;

- возможность эффективного разделения воздушных потоков и изоляцию выработанного пространства при очистной выемке;

- повышение нагрузки на выемочный участок по "газовому" фактору;

- повышение безопасности ведения горных работ;

- снижение себестоимости добываемого угля.