PL188255B1 - Układ do chłodzenia strumieni wentylacyjnych w podziemnych wyrobiskach górniczych, zwłaszcza przygotowawczych - Google Patents

Abstract

1. Układdo chłodzenia strumieni wentylacyjnych w podziemnych wyrzbiukach górniczych zwłaszcza przygotowawczych, zawierający chłodnicę strumieni powietrza wentylacyjnego znamienny tym, że chłodnica (12) rozpyląjącz-nawSlżąjąca strumieni powietrza wentylacyjnego jest zainstalowana w lutniociągu (19) w pobliżu jego wylotu, a czynnik chłodzący stanowi głębinowa woda kopalniana ujmowana z warstwy (l) wodonośnej i/lub z zbiornika (2) usytuowanego za tamą (3) izolującą stare zroby górnicze przy pomocy przewodów (4) i (5) i/lub (6), przy czym przewód (4) podłączony jest do otworu drenującego w warstwie (1) wodonośnej, przewód (5) podłączony jest do warstwy (1) woeo-ośnej w otworze w szybie (7) a przewód (6) podłączony jest do zbiornika (2), które to przewody są podłączone również do wspólnego rurociągu (8), którym doprowadza się wodę na dolne poziomy wydobywcze do zainstalowanych tam chłodnic (12)

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do chłodzenia strumieni wentylacyjnych w podziemnych wyrobiskach górniczych, zwłaszcza przygotowawczych.

Obniżanie temperatury powietrza w kopalniach wszelkiego rodzaju złóż jest jednym z głównych zagadnień wymagających rozwiązania z uwagi na konieczność zapewnienia odpowiednich warunków pracy dla zatrudnionych tam załóg górniczych. Powietrze doprowadzone do wyrobisk górniczych powinno posiadać temperaturę nie wyższą od ts = 28°C. Przekroczenie tej wielkości znacznie pogarsza warunki pracy załogi zatrudnionej w tych wyrobiskach na poszczególnych poziomach wydobywczych.

Wzrost temperatury powietrza powyżej ts = 33°C stwarza konieczność stosowania środków technicznych zmierzających do obniżenia temperatury powietrza a do czasu osiągnięcia temperatury powietrza ts < 28°C, znacznego ograniczenia czasu pracy względnie wstrzymania robót. Najwyższe temperatury powietrza występują, w drążonych wyrobiskach przygotowawczych i w ścianach gdzie powietrze nagrzewa się od otaczających skał, których temperatura pierwotna dochodzi nawet do 40°C.

Znane są różne sposoby obniżania temperatury powietrza w wyrobiskach górniczych poprzez tworzenie skutecznych rozwiązań klimatyzacji lokalnej.

188 255

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 157996 układ do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej dla eksploatacji złoża o podwyższonej temperaturze pierwotnej skał w warunkach klimatycznych dopuszczalnych górniczymi przepisami bezpieczeństwa pracy. Układ zawiera chłodniczy agregat sprężarkowy z obiegiem freonu sprzężonym poprzez parownik freonu z obiegiem wody chłodzącej i połączonym izolowanymi przewodami z chłodnicą powietrza wentylacyjnego oraz poprzez skraplacz freonu z obiegiem wody chłodzącej połączonej z chłodnicą wody. Do obiegu wody chłodniczej podłączona jest izolowanymi przewodami dwustopniowa chłodnica powietrza zawierająca układ dysz zraszających usytuowanych współosiowo i przeciwprądowo. Układ ma temperaturę wody chłodniczej do ts - 10°C. Układ ten pozwala na obniżenie temperatury powietrza dopływającego do wyrobisk górniczych do wysokości wymaganych przepisami bezpieczeństwa pracy.

Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr 174295 urządzenie do klimatyzacji podziemnych wyrobisk górniczych. Urządzenie według wynalazku zawiera chłodziarkę dołową i maszynę do wytwarzania lodu, która produkuje nadającą się do przepompowania mieszaninę cieczy i drobnych cząsteczek lodu.

Maszyna jest podłączona z chłodziarką dołową za pomocą przewodu transportującego mieszaninę. Maszyna posiada zbiornik, wewnątrz którego znajduje się wiązka usytuowanych poziomo rur transportujących czynnik chłodniczy i połączonych z chłodziarką czynnika chłodniczego. Na wiązkę rur nasadzona jest prostopadle płyta z otworami przemieszczająca się za pomocą odpowiedniego napędu ruchem posuwisto-zwrotnym powodując zeskrobywanie gromadzącego się na rurach lodu, który odpada do komory wewnętrznej zbiornika, do której doprowadzona jest ciecz mieszaniny. Chłodziarkę dołową stanowi typowy wymiennik ciepła posiadający odpowiednie wężownicę rurowe, przez które przepływa mieszanina i cząsteczki lodu.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 86410 sposób dostarczania do przodków górniczych powietrza o dowolnych parametrach. Ponieważ zdecydowana większość znanych i stosowanych urządzeń chłodzących powietrze zlokalizowanych jest często w znacznej odległości od wyrobisk górniczych wynalazek ten rozwiązuje problemy dostarczania chłodzonego powietrza do poszczególnych pokładów wydobywczych. Rozwiązanie według opisu patentowego nr 86410 polega na stosowaniu lutni o podwójnych elastycznych ściankach, między którymi przepuszcza się powietrze z prędkością znacznie mniejszą niż powietrze płynące głównym przewodem lutni. W rozwiązaniu tym wykorzystano znane zalety powietrza jako warstwy izolującej uzyskując możliwość doprowadzenia do wyrobisk górniczych powietrza ochłodzonego do wymaganej temperatury niezależnie od miejsca usytuowania urządzenia chłodniczego.

Przedstawione wyżej rozwiązania w skuteczny sposób pozwalają na wytwarzanie czynnika chłodzącego i chłodzenie powietrza oraz doprowadzenie go do górniczych wyrobisk jednakże mimo wielu zalet są sposobami drogimi i zawodnymi. Stosowane urządzenia zawierają chłodziarki pracujące na zasadzie wymiany ciepła. Są to urządzenia kosztowne i kłopotliwe w eksploatacji. Ponadto urządzenia te często są usytuowane w znacznym oddaleniu od miejsc pracy co wymaga budowy dodatkowych instalacji odpowiednio izolowanych przewodów, którymi transportowane są do poszczególnych górniczych wyrobisk, media chłodzące zasilające różnego rodzaju chłodziarki powietrza.

Celem wynalazku jest opracowanie systemu skutecznego chłodzenia powietrznych strug wentylacyjnych i rozwiązania konstrukcji urządzeń pozbawionych przedstawionych wyżej niedogodności.

Założony cel został osiągnięty w wyniku dokonania rozwiązania stanowiącego układ dochłodzenia strumieni wentylacyjnych, w skład którego wchodzą chłodnica nawilżaiącochłodząca, w której czynnikiem nawilżającym i jednocześnie chłodzącym jest głębinowa woda kopalniana o temperaturze mniejszej od 15°C. Głębinowa woda kopalniana ujmowana jest z warstwy wodonośnej i/lub ze zbiornika wody głębinowej usytuowanego za tamą izolującą stare zroby górnicze. Przewody ujmujące wody głębinowe podłączone są do otworu drenującego usytuowanego w warstwie wodonośnej, względnie do warstwy wodonośnej poprzez otwór w szybie i do zbiornika wody głębinowej usytuowanego za tamą. Przewody ujmujące wody głębinowe podłączone są do rurociągu, którym doprowadza się wodę na dolne poziomy

188 255 wydobywcze. Na każdym poziomie wydobywczym prowadzone są nieizolowane przewody podłączone do rurociągu, którymi doprowadza się wodę głębinową do chłodnic nawilżaj ącochłodzących, oraz przewody odpływowe podłączone do zbiorników pompowych, z których woda jest wypompowywana na powierzchnię.

Na rurociągu, na wysokości każdego poziomu wydobywczego zainstalowany jest zawór redukcyjny oraz zbiornik przelewowy', z którego nadmiar wody jest odprowadzony przewodami do zbiorników pompowych. Chłodnica rozpylająco-nawilżająca jest zabudowana na wylocie w lutniociągu. Chłodnica składa się z lutni sztywnych zabudowanych w lutniociągu połączonych z sobą i z lutniociągiem przy pomocy kołnierzy łącznych i uszczelniających. Na obwodzie korpusu chłodnicy zainstalowane są dysze zraszające, do których doprowadza się pozyskiwaną wodę głębinową. W pobliżu części wylotowej w chłodnicy zainstalowany jest odkraplacz oraz przegroda uniemożliwiająca wypływ wody przez lutnię do wyrobiska górniczego. Pomiędzy odkraplaczem a przegrodą w otworze korpusu chłodnicy zainstalowany jest rurociąg odprowadzający nadmiar wykroplonej wody do zbiornika pośredniego a następnie do zbiorników pompowych.

Dokonany wynalazek w postaci układu do chłodzenia strumieni wentylacyjnych w podziemnych wyrobiskach górniczych a zwłaszcza w wyrobiskach przygotowawczych w pełni rozwiązuje założony cel.

Skonstruowano chłodnicę rozpylająco-nawilżającą, w której czynnikiem chłodzącym jest woda głębinowa o temperaturze ok. 10°C. Wody głębinowe występują w każdej kopalni i muszą być odprowadzane na powierzchnię. W konkretnym przypadku rozwiązania według wynalazku wykorzystano fakt, że wody te posiadają stosunkowo niską temperaturę i nieoczekiwanie okazało się, że nadaje się jako czynnik chłodzący strugi powietrzne wentylacyjne bez konieczności stosowania kosztownych i skomplikowanych technicznie, zawodnych urządzeń chłodniczych.

Przedstawiony układ doprowadzenia wody pozwala na instalowanie urządzeń chłodniczych bezpośrednio na każdym poziomie wydobywczym a strugi powietrza wentylacyjnego są chłodzone bezpośrednio u wylotu z lutniociągu. Pozwala to na uniknięcie dodatkowych kosztów związanych z doprowadzeniem do wyrobisk górniczych schłodzonego powietrza specjalnie konstruowanymi izolowanymi przewodami. W każdym poziomie wydobywczym prowadzone są przewody metalowe nieizolowane doprowadzające wodę do chłodnicy oraz takie same przewody odpływowe odprowadzające wodę do zbiorników pompowych. Fakt, że te przewody są nieizolowane stwarza, że są one dodatkowym czynnikiem chłodzącym powietrze w wyrobisku górniczym. Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu systemu pozyskiwania i obiegu wody chłodzącej z warstw wodonośnych, a fig. 2 - chłodnicę rozpylaj ąco-nawilżającą strumienia powietrza wentylacyjnego.

Woda chłodząca strumienie powietrzne wentylacyjne której schemat układu jej pozyskiwania przedstawiony na fig. 1 w naturalny sposób gromadzi się w górotworze kopalni. Źródłami dopływu tych wód są opady atmosferyczne i wody płynące lub stojące na powierzchni ziemi oraz wody głębinowe. Zmienna struktura skał, zwłaszcza osadowych z naprzemianległymi łatwo i trudno przepuszczalnymi warstwami, spękania i szczeliny skał oraz uskoki są miejscami gromadzenia się tych wód i drogami ich przesączania się w głąb skorupy ziemskiej. W pewnych warunkach geologicznych istnieją duże nagromadzenia wód podziemnych. W skutek ługującego działania wód, w skałach powstają również szczeliny i wymycia, które tworzą koryta podziemnych wód płynących. Wraz z głębokością zalegania wzrasta temperatura wody. W górnych warstwach górotworu na głębokości do 200 m temperatura wody wynosi około 10°C. Zgodnie z dokonanym wynalazkiem woda kopalniana ujmowana jest z warstwy 1 wodonośnej, oraz z zbiornika 2 usytuowanego za tamą 3 izolującą stare zroby, przewodami 4, 5, i 6. Przewód 4 podłączony jest do otworu drenującego warstwy wodonośnej 1. Przewód 5 podłączony jest do warstwy wodonośnej 1 w otworze w szybie 7, a przewód 6 podłączony jest do zbiornika 2 za tamą 3. Przewody 4, 5 i 6 podłączone są do rurociągu 8, którym woda doprowadzona jest do poziomów wydobywczych 9 i 10. Na rurociągu 8 na wysokości każdego poziomu wydobywczego zainstalowany jest zawór 11 redukcyjny wraz ze zbiornikiem przelewowym.

188 255

W pokładach na poziomach wydobywczych 9 i 10 zainstalowane są chłodnice 12 rozpylająconawilżające powietrzne strumienie wentylacyjne, do których doprowadzona jest woda z rurociągu 8, która jest w tym urządzeniu czynnikiem chłodzącym. W chodnikach na poszczególnych poziomach wydobywczych zainstalowane są dwa nieizolowane metalowe rurociągi 13 i 14. Rurociąg 13 dopływowy podłączony do rurociągu 8 doprowadza zimną wodę do chłodnicy 12. Rurociąg 14 odpływowy odprowadza wodę po procesie chłodzenia do zbiorników 15 i 16 pompowych.

Woda z zbiorników 15 i 16, usytuowanych na każdym poziomie wydobywczym, przewodami 17 i 18 jest wyprowadzona na powierzchnię. Chłodnica 12 rozpylająco-nawilżająca powietrzne strumienie wentylacyjne zabudowana jest w elastycznym lutniociągu 19. Chłodnica 12 składa się z trzech lutni 20 sztywnych metalowych połączonych z sobą oraz z lutniociągiem 19 przy pomocy kołnierzy 21 łącznych i uszczelniających. Chłodnica 12 zabudowana jest w ciągu elastycznego lutniociągu 19 w odległości 50 m od otworu wylotowego lutni 19. W każdej lutni 20 sztywnej-metalowej stanowiącej korpus chłodnicy 12 zabudowane są na obwodzie trzy dysze 22 rozpylające, które przewodami 23 i 24 podłączone są do rurociągu 13 dopływowego, przy czym na przewodzie 24 zainstalowany jest filtr 25, służący do oczyszczania wody z zanieczyszczeń stałych oraz zawór 26.

W pobliżu części wylotowej w chłodnicy 12 zainstalowany jest odkraplacz 27 wytrącający krople wody z chłodzonej strugi powietrza, oraz przegroda 28, która zapobiega wypływowi wody do wylotowej elastycznej części lutniociągu 19.

Wykroplona na skraplaczu woda odprowadzona jest przewodem 29 do zbiornika 30 zainstalowanego na spągu wyrobiska górniczego. Woda ze zbiornika 30 jest wypompowywana do zbiorników 15 i 16. W zbiorniku 30 zainstalowane jest urządzenie pływakowe 31, które połączone jest i współpracuje z pompą 32.

W wyniku pracy chłodnicy 12 zasilanej wodą głębinową o temperaturze ts = 10°C uzyskuje się następujące parametry klimatyczne na wyrobisku z zastosowaniem wentylacji tłoczącej z lutniociągiem elastycznym o średnicy 1000 mm:

- w lutniociągu za wentylatorem tłoczącym temperatura powietrza wynosi ts = 29,0°C, a wilgotność względna φ = 65%,

- na wylocie z lutniociągu za chłodnicą temperatura powietrza wynosi ts = 22,0°C, a wilgotność względna φ = 88%,

- temperatura na wylocie z wyrobiska górniczego ts = 24,0°C przy wilgotności względnej φ - 86%.

Parametry te uzyskano przy natężeniu wypływu powietrza z lutniociągu υ = 270 m³/min. Ponadto woda wykorzystywana do zasilania chłodnicy strug wentylacyjnych może być również wykorzystana do zasilania urządzeń natryskowych organy urabiające kombajnów górniczych.

188 255

188 255

188 255

Ftg. 1 *Jg$

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do chłodzenia strumieni wentylacyjnych w podziemnych wyrobiskach górniczych zwłaszcza przygotowawczych, zawierający chłodnicę strumieni powietrza wentylacyjnego znamienny tym, że chłodnica (12) rozpylaj ąco-nawilżająca strumieni powietrza wentylacyjnego jest zainstalowana w lutniociągu (19) w pobliżu jego wylotu, a czynnik chłodzący stanowi głębinowa woda kopalniana ujmowana z warstwy (1) wodonośnej i/lub z zbiornika (2) usytuowanego za tamą (3) izolującą stare zroby górnicze przy pomocy przewodów (4) i (5) i/lub (6), przy czym przewód (4) podłączony jest do otworu drenującego w warstwie (1) wodonośnej, przewód (5) podłączony jest do warstwy (1) wodonośnej w otworze w szybie (7) a przewód (6) podłączony jest do zbiornika (2), które to przewody są podłączone również do wspólnego rurociągu (8), którym doprowadza się wodę na dolne poziomy wydobywcze do zainstalowanych tam chłodnic (12).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na każdym poziomie wydobywczym (9) i (10) zainstalowane są rurociągi (13) dopływowe łączące rurociąg (8) z chłodnicą (12), oraz rurociągi (14) odpływowe odprowadzające wodę do zbiorników (15) i (16) pompowych.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na rurociągu (8) na wysokości każdego poziomu wydobywczego (9) i (10) zainstalowany jest zawór (11) redukcyjny wraz z zbiornikiem przelewowym.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że chłodnica (12) składa się z lutni (20) sztywnych zabudowanych w lutniociągu (19), które połączone są z sobą oraz z lutniociągiem (19) przy pomocy kołnierzy (22) łączących i uszczelniających.
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, na obwodzie korpusu chłodnicy (12) zainstalowane są dysze (22) zraszające połączone przewodami (23) i (24) z przewodem (13) przy czym na przewodzie (24) zainstalowany jest filtr (25).
6. 6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że w pobliżu części wylotowej chłodnicy (12) zainstalowany jest odkraplacz (27) oraz przegroda (28) a pomiędzy nimi zainstalowany jest w korpusie chłodnicy (12) rurociąg (29) połączony z zbiornikiem (30), który połączony jest poprzez układ pompowy z zbiornikami (15) i (16) rurociągiem (14).