установка для нагнетательного проветривания тупиковых забоев

Формула изобретения

1. Установка для нагнетательного проветривания тупиковых забоев горных выработок, включающая вентилятор, нагнетательный трубопровод, эжектирующее водораспылительное устройство, содержащее выпускную головку с кольцевой выпускной щелью, ресивером и штуцером для подвода сжатого воздуха, которое установлено на конце нагнетательного трубопровода и служит для выпуска общей струи в атмосферу горной выработки в сторону тупикового забоя, отличающаяся тем, что для нормализации эпюры скорости общей струи эжектирующее водораспылительное устройство включает профилированный двухступенчатый диффузор, образованный последовательным соединением приемного и основного диффузоров, при этом приемный диффузор переходит через торообразную выпуклую поверхность в основной диффузор, снабженный на выходе двухслойной мелкоячеистой сеткой, причем длина приемного диффузора такая, что эжектирующая струя в нем успевает увеличиться в поперечном размере за счет подсоса воздуха из струи нагнетательного трубопровода до размера радиуса кривизны выпуклой поверхности, что обеспечивает отрыв эжектирующей струи от выпуклой поверхности, ее отброс к центру потока и дальнейшее перемешивание с эжектируемой струей во внутреннем пространстве основного диффузора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжектирующее водораспылительное устройство снабжено противодеформационной ребордой, образованной фланцами приемного и основного диффузоров, соединенных через резиновую прокладку, причем внешний диаметр реборды превосходит внешний диаметр выпускной головки.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что на выпуклой поверхности основного диффузора установлены под углами 120° друг к другу штуцера для подвода воды во внутреннюю полость основного диффузора.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что в выемке, образованной стыком выпускной головки с приемным диффузором, крепят нагнетательный трубопровод.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для проветривания тупиковых забоев горных выработок.

Известна установка для нагнетательного проветривания тупиковых забоев горных выработок [Авт. св. № 661113, 1979, E21F 1/08], включающая вентилятор местного проветривания (ВМП), нагнетательный трубопровод (НТ) и эжектирующее-водораспылительное устройство, состоящее из конфузора, снабженного выпускной головкой (кольцевым насадком, выполненным в виде профилированной втулки) с ресивером (с внутренней кольцевой полостью), выпускной щелью, образованной за счет прокладки между фланцем и кольцевой втулкой, выпуклой поверхностью и штуцерами для подвода сжатого воздуха и воды.

Известна серия зависимых от [Авт. св. № 661113, 1979, E21F 1/08] модификаций, например [Авт. св. № 846757, 1981, E21F 1/08, Авт. св. № 941617, 1982, E21F 1/08, Авт. св. № 1167350, 1985, E21F 1/08], эжектирующие-водораспылительные устройства которых, содержат те же самые детали.

Всем известным установкам, а именно их эжектирующим устройствам присущи два недостатка: один - явный; второй - скрытый.

1. Выпускная щель, находится в непосредственной близости от среза выпускной головки (среза профилированной втулки) со стороны тупикового забоя. В результате воздушная струя, движущаяся внутри НТ под действием ВМП, имеющая сформированную (турбулентную) эпюру скорости, попадает в область ускорения, вызванного частично сужением сечения вследствие наличия конфузора, но в основном из-за разрежения в выпускной головке за счет периферийного истечения сжатого воздуха из выпускной щели и теряет прежнюю эпюру, поскольку скорость у внутренних стенок выпускной головки (скорость эжектирующей струи) многократно превышает скорость на оси потока (скорость эжектируемой струи). Для выравнивания эпюры скорости общей струи необходим участок трубы (камера смешения) длиной не менее 3-х метров (лучше диффузор) или гидродинамическая решетка на пути потока. Ничего этого в известных устройствах нет. Аэродинамически несформированная струя сразу же выпускается в открытое пространство выработки, что не позволяет коэффициенту полезного действия (КПД) устройства, достичь более высокой величины за счет совершения энергией сжатого воздуха дополнительной работы по перемешиванию струй при формировании аэродинамически нормальной эпюры скорости перед выпуском общей струи в атмосферу.

2. Все известные эжектирующие-водораспылительные устройства (конфузор с эжектирующим насадком и патрубком для подвода воды) весьма массивны - 25-30 кг. Авторы справедливо полагали, что массивное устройство меньше подвержено воздействию ударных воздушных волн (УВВ). В настоящее время количество взрываемого взрывчатого вещества (ВВ), при проходке тупиковой выработки, достигает 24 кг (не 10 кг, как ранее) и УВВ образуются такой величины, при которой от ударов выпускной головки о стенку горной выработки происходит деформация тонкой (0,15 мм) выпускной щели, что ведет к неравномерному выпуску сжатого воздуха по периметру щели, к нарушению концентрической однородности течения и, в итоге, также к снижению КПД устройства.

Задачей заявляемого изобретения является повышение КПД использования энергии сжатого воздуха путем обеспечения гидродинамической нормализации эпюры скорости общей струи, выпускаемой в открытое пространство выработки в сторону тупикового забоя и защита выпускной щели от деформаций при воздействии УВВ за счет отказа от конфузора и использования профилированного диффузора, снабженного противодеформационной ребордой.

Поставленная задача решается тем, что от массивного, но принципиально ненужного конфузора отказываются вовсе, а струю НТ, ускоряемую разрежением в выпускной головке, не выпускают сразу в атмосферу горной выработки, а пропускают через приемный диффузор, переходящий через выпуклую поверхность в основной диффузор, снабженный на выходе двухслойной аэродинамической сеткой. Длину приемного диффузора выбирают такой, чтобы эжектирующая струя в нем успела увеличиться в поперечном размере за счет подсоса воздуха из струи НТ до размера радиуса кривизны выпуклой поверхности [Зеленецкий В.А., Чирков Ю.С. О безотрывном течении газа по выпуклой поверхности. / ФТПРПИ, № 1, 1989, С.73-79], тогда при движении по этой поверхности струя отрывается центробежной силой внутрь струи НТ, перемешивается с ней в основном диффузоре, а после прохождения всего потока через двухслойную аэродинамическую сетку истекает в атмосферу с гидродинамически нормализованным (турбулентным) профилем скорости. Струя с монохроматической турбулентной структурой имеет больший КПД использования энергии сжатого воздуха, чем в прототипе и зависимых от него аналогах, поскольку совершает бóльшую работу по передаче энергии и импульса от эжектирующей струи к эжектируемой в основном диффузоре, выполняющем роль камеры смешения.

Оба диффузора снабжены фланцами, которые соединяют с помощью болтов через резиновую прокладку. Внешний диаметр фланцев превосходит внешний диаметр выпускной головки. Таким образом, данное соединение представляет собой противодеформационную реборду. Первый удар о стенку выработки от воздействия УВВ на устройство принимает данная реборда, защищая тем самым выпускную головку с тонкой выпускной щелью от наиболее сильного воздействия УВВ.

Эксплуатационным достоинством предлагаемого устройства является то, что его масса на 15 кг меньше, чем масса устройства по а.с. № 661113, прежде всего, за счет отказа от использования конфузора (применять конфузор целесообразно лишь в качестве пассивного ускорителя). В качестве основного диффузора можно использовать стандартизованный противопожарный генератор пены средней кратности ГПС-600, снабженный фланцем.

Вода во внутреннюю полость основного диффузора, при необходимости пылеподавления в забое, подводится через штуцеры, установленные на выпуклой поверхности под углами 120 градусов друг к другу.

Крепление НТ к предлагаемому устройству осуществляется в выемке, образованной стыком выпускной головки с приемным диффузором.

На фиг.1 схематически изображена предлагаемая установка; на фиг.2 - узел I.

Установка включает вентилятор 1, трубопровод 2, эжектирующее устройство 3, состоящее из выпускной головки и профилированного диффузора. Выпускная головка образована болтовым соединением 4 фланца 5 с втулкой 6, содержащей внутреннюю торообразную полость 7 и выпуклую поверхность 8, через прокладку 9 для образования выпускной щели 10, причем выпускная головка содержит штуцер 11 с патрубком 12 для подвода сжатого воздуха в полость 7 и крепежное кольцо 13. Профилированный диффузор образован последовательным соединением приемного 14 и основного 15 диффузоров путем болтового соединения 16 фланцев 17 и 18 через резиновую прокладку 19. Диффузор 15 имеет выпуклую поверхность 20 и содержит штуцеры 21 для подвода воды в его внутреннюю полость, а также сетки 22. Крепление диффузоров к фланцам и к выпускной головке осуществляется с помощью сварки.

Установка для нагнетательного проветривания тупиковых забоев работает следующим образом.

Свежий воздух, засасываемый из воздухоподающей выработки вентилятором, подается по трубопроводу к забою тупиковой выработки. Проходя через эжектирующее устройство, струя вентилятора подвергается ускорению, вызванному разряжением, создаваемым в выпускной головке, истекающим с большой скоростью (до 200 и более м/с) из выпускной щели сжатым воздухом. Тонкая струя сжатого воздуха, огибая выпуклую поверхность выпускной головки, устремляется в приемный диффузор вдоль его стенок, подсасывая воздух из струи вентилятора и, увеличиваясь в поперечном размере, достигает выпуклой поверхности основного диффузора, начинает ее огибать, но радиус кривизны выпуклой поверхности выбирают таким, при котором центробежные силы отрывают пристеночную струю, отбрасывая ее внутрь струи вентилятора. Далее в основном диффузоре обе струи (эжектирующая - пристеночная и эжектируемая - струя вентилятора) активно перемешиваются и, проходя через многослойную, мелкоячеистую сетку, выполняющую роль гидродинамической решетки, общая струя с монохроматической турбулентной структурой истекает в пространство выработки в сторону тупикового забоя. Такая струя наиболее устойчива и дальнобойна.

Наличие трех патрубков 21 позволяет организовать такой расход воды, при котором достигается наиболее эффективное пылеподавление мелкодисперсной водо-воздушной смесью.

Использование эжектирующего устройства на конце нагнетательного вентиляционного трубопровода равносильно снижению его аэродинамического сопротивления, что позволяет увеличить расход воздуха, подаваемого в забой, в 1,5 и более раза и, как следствие, увеличить расстояние между концом трубопровода и забоем.