автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка способов нормализации теплових умов працi при проведении выработок в залiзорудних шахтах

Р Г Б ОД

" КРИВОРІЗЬКИЙ ГІРНИЧОРУДНИЙ ІНСТИТУТ

На правах рукопису КУРОЧЕНКО Віталій Михайлович

РОЗРОБКА СПОСОБІВ НОНШІІЗЛЦІЇ ТЕПЛОВИХ УМОВ ПРАЦІ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ВИРОБОК В ЗАЛІЗОРУДНИХ ШАХТАХ

Спеціальність - 05.26.01 Охорона праці і пожежна безпека

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук

Крипий Гіг - 1994 р.

Робото виконано в Українському Державному ноуково-дослід-ному інституті безпеки праці і екології о гірничорудній та металургійній промисловості.

Наукові керівники:

доктор технічних наук •

В.Л.Сахновський

доктор технічних.наук,процесор ІІ.В.Берес.невич

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук,професор • II.І'.Гагауз

• кандидат технічних наук . В.В.Гладирь

, Провідна організація СПТ "Кривбасшахтопроходка", місто Кривий Ріг. .

Захист дисертації відбудеться " і " утамня 1994 р.

о ІЗ годині на засіданні спеціалізованої роди Д068.ІІ.0І Криворізького гірничорудного інституту за адресою: 324027 м.Кривий Ріг, вул.ХХП партз'їзду, II.

З днсертпгДсп йоте ознайомитись в бібліотеці інституту за адресою: 324002, м.Кривий Ріг, вул.Пулкіна, 37.

Автореферат розісланий 1994 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук,

професор

Г.Т.Оаустов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТІ!

Актуальність роботи. Забезпечення потрібного об’єму металургійної сировини в умовах реалізації екологічних програм буде досягатись шляхом подальшого розвитку підземного способу видобутку залізних руд як за рахунок розробки покладів на глибоких горизонтах діючих шахт, так і освоєння нових родовищ. •

Розробка залізорудних родовищ на великих глибинах, промислове освоєння нових родовищ з складним геотермічним режимом, концентрація гірничих робіт-з використанням потужної, високопродуктивної техніки ведуть до підвищення температури рудникового повітря. В звязку з цим,- останнім часом одним із факторів негативно впливаючих на продуктивність і безпеку праці є тепловий режим гірничих виробок. Внаслідок високої інтенсивності теплообміну Поміж гірничими породами і вентиляційним повітрям, а також особливостей провітрювання незадовільні теплові умови праці в першу чергу виникають в тупикових забоях при проходці виробок. -

Ефективне використання різних способів і засобів нормалізації теплових умов праці можливо забезпечити на основі точного прогнозу температури гірничих порід, які є головним джерелом теплопритоків в виробку. Існуючі методи прогнозу температури гірничих порід по величині геотермічного ступеню в умовах складної геологічної будови родовища приводить до значних помилок / 30% та більше

Практичне використання комплексу гірничо-технічних засобів не забезпечує потрібний тепловий режим в прохідницьких вибоях, " температура повітря в -яких вне зараз сягає 26°С, а охолодження рудникового повітря шахтними кондиціонерами на даному етапі с економічно не вигідним. Тему розробка способів та засобів, які забезпечують нормальні теплові умови праці при проведенні виробок та їх ефективне використання на основі точного прогнозу температури гірничих порід о актуальною і важливого науково-практичною задачога, рішенню якої посвячена дона робота.

Мета роботи. Створення параметрів шахтного мікроклімату, які забезпечують нормальні теплові умови праці при проведенні гірничих виробок в залізорудний ігпхтах. •

. Ідея роботи полягає п «^користанні процесів теплообміну у закрученому повітряному г^тсні пгп усунення притоків тепла

з

в рудникову атмосферу від вентиляторів місцевого провітрювання /ВМП/, а також оптимального поєднання аеродинамічних параметрів вентиляційних потоків з їх температурою для розробки засобів локальної нормалізації теплових умов праці прохідників.

. Методи досліджень. Аналіз та узагальнення результатів раніше викананних досліджен. Теоретичні і експериментальні дослідження виконані із застосування методів кореляційного і техніко-економічного аналізу. Експериментальні дослідження проведені в лабораторних і промислових умовах як загальновідомими методиками, так і розробленими автором.

• Наукові положення, які захищаються в дисертації автором:

- точність визначення температури гірничих порід методом ЕГДА забезпечується за рахунок використання значень ізотерм, розрахованих по величині теплового потоку в межах однац) типу по- ,

рід; • ' ;

і - необхідною'умовою охолодження вентиляційного потоку з використанням його енергії на виході ВМП і передачі тепла воді, ■ яка мас з потоком одинакову початкову температуру, є квазітверде його обертання.

Обгрунтованість і вірогідність наукових положень і рекомендацій підтверджується вирокистанням провірених методів теоретичного аналізу, задовільним збігом результатів теоретичних і експериментальних досліджень в лабораторих і промислових умовах, про що сьідчать акти приймальних випробувань на шахтах ЕУ ім. Фрунзе і РУ ім. К.Лібкнехта ВО "Кривбасруда" та Запорізького ЗРК, високим значенням щільності статистичного звязку в одержаних рівняннях регресії /0*85+ 0,90/, ефективністю роботи рпз-роблених і впроваджених у виробництво засобів нормалізації теплових умов праці при проходці виробок. '

Наукове значення роботи:

1. Запропоновано метод визначення температури гірничих порід, яка розраховується по значенню, теплового потоку;

2. Визначено закономірності протікання процесів теплообміну поміж обертаючим вентиляційним потоком і водою, які мають одинакову початкову температуру;

3. Визначено закономірність формування повітряних потоків в тупикових виробках при аеродушируванні робочих місць;

4. Використання ефекту Ранка для інтенсифікації процесів теплообміну у вентиляційному потоці на гиході ВМП. „

Практичне значення роботи:

1. Розроблено інженерні методики розрахунку конструкцій прохідницького повітроохолоджувача і аеродуширугачих установок і а також оптимальних параметрів схем кондиціювання з використанням шахтних пересувних кондиціонерів.

2. Розроблено конструкції прохідницького повітроохолоджува-

ча ПВ-5 і аеродушируючих установок ДУШ-2М та ПЕ-2, які забезпечують нормальні умови праці прохідників в інтервалі температур рудникового повітря 20-28°С. . ' .

Реалізація висновків і пропозицій. Результати досліджень по вивченню процесів теплообміну в вентиляційних потоках на виході ВМП та формуванню їх аеродинамічних параметрів в зонах аєродуширування та розроблені аеродутаируючі установки ДУШ-2М, ПЕ-2, прохідницький повітроохолоджувач ПВ-5 пройшли приймальні випробовування та рекомендовані до впровадження на залізорудних шахтах. їх промислове вироблення освоєно Ленінським рудоремонт-ним заводом ВО"Кривбасрудоремонт". Загальний обсяг впровадження розроблених засобів на шахтах ВО "Кривбасруда", СПТ "Кривбас-шахтопроходка", Запорізького залізорудного комбінату перевищує 1000 шт.

Інститутом "Діпруда " розроблені способи і засоби нормалізації теплових умов праці ураховані в "Основних напрямках проектування залізорудної промисловості СРСР до 2000 року". Розроблені і передані проектним організаціям, гірничорудним підприємством "Посібник"по використанню типових схем теплового кондиціювання рудникового повітря в залізорудних шахтах", затверд- . жений Мінчорметом СРСР в 1985 р. та "Посібник по проектуванню вентиляції, розрахунку* і контролю вентиляційних параметрів пр'оек-туємих та діючих шахт Кривбасу", який погоджено.з Дергіртехнаг-лядом України і закверджено Укррудпромом в 1991 р.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на: XI сесії Всесоюзного наукового семінару по гірничій теплофізиці "Наукові основи проектування теплового кондиціювання рудникового повітря" /м. Дніпропетровськ, 1983 р./; ХП сесії Всесоюзного наукового семінару по гірничій теплофізиці "Системи контролю теплових параметрів рудникової атмосфери і гірничого масиву" /м.Київ, 1984 р./; ХІУ сесії Всесоюзного семінару по гірничій теплофізиці "Наукові основи і досвід зменьшення тепло-насиченності рудникового повітря в глибоких шахтах і рудниках"

/м.Дніпропетровськ, 1984 р./, на технічних нарадах гри головних

■ ' 5 .

інженерах СПТ "Кривбасшахтопроходка" та Запорізького ЗРК, а також на науково-технічних нарадах ЦЦІБПГ 1985+ 1993 p.p.

Публікації: За наслідками виконаних досліджень опубліко-

вано 9 робіт, одна монографія, одержано 2 авторських свідоцтва.

• Структура та обслг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти глав, висновку і списку використаної літератури, що ' вміщує 32. джерел, та викладена на 2.02. сторінках машинописного тексту. Ц роботі /б таблиць, 37 малюнків, & додатка. .

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Значний вклад у вирішення проблеми створення нормальних санітарно-гігієнічних умов праці при шкідливій дії-високих температур -в шахтах .внесли Щербань О.Н., Кремньов 0.0., Журавлен- ' ко В.Л., Воропаев 0.$., Дядькін Ю.Д., Цейтлин Ю.А., Баратов Е.І.,’ Хохотва М.М., Стукало В.А., Черняк В.П., Дуганов В.Г., Малашен-'

Kb E.t., Зімін Л.Б,, Мельський О.М., Янов О.П., Сахновскький В.Л. та ін. Розроблені ними теоретичні основи процесів тепло-масооб-міну в гірничих виробках дозволяють робити прогноз параметрів шахтного мікроклімату і вибирати необхідні інженерні заходи по його нормалізації.

. Аналіз літературних даних, патентних матеріалів і досвіду боротьби з високого температурою повітря при відробці вугільних родовищ дав змогу визначити два періоди з незадовільним тепловим режимом.

Перший - перехідний період має такі параметри шахтного мікроклімату, при яких нормалізація теплового режиму досягається способами і засобами, які не потребують організації на шахтах спеціальних підрозділів для здійснення контролю і технічного обслуговування систем кондиціювання рудликового повітря.

Другий період - потребує застосування штучного охолодження рудникової атмосфери з використанням холодильних машин, для . яких потрібно організовувати спеціальні служби по їх експлуата-1-ції.

На основі проведеного аналізу і промислових досліджень параметрів мікроклімату в гірничих виробках шахт Кривбасу і Запорізького ЗРК визначено, що у більшості прохідницьких.вибоїв мають незадовільні теплові параметри. Температура повітря в них перевищує 20°С. Проблема ускладнюється тим, що рудникове повітря

б , б прохідницьких забоях скрізь мас високу, близьку до 100%, відносну вологість повітря. Тепловий режим гірничих виробок залізорудних шахт в цей час відповідає перехідному періоду. Основними джерелами притоків тепла в атмосферу тупикових забоїв є масив гірничих порід, вентиляційне устаткування, гірничопрохідницькі машини і вибухові роботи. Відомі роботи по прогнозу теплових' умов в гірничих виробках не вмішують методів визначення температури порід в межах родовищ з складними гірничогеологічними умовами. Наявні в цей час способи і засоби нормалізації теплових параметрів рудникової атмосфери не достатньо ефективні в умовах залізорудних шахт, тому що не забезпечують потрібних по тепловому фактору параметрів мікроклімату в пеках температур рудникового повітря 20-28°С.

На основі викладеного вище складені слідуючі задачі досліджень : . '

1. Повести дослідження основних закономірностей формування геотемпературних полів в межах родовищ і розробити метод більш ■ точного прогнозу температури гірничих порід;

2. Визначити ефективність охолодження повітря шахтними пе-

ресувними кондиціонерами і розробити раціональні схеми теплового кондиціювання; . -

3. Запропонувати спосіб і засіб усунення притоків тепла в атмосферу прохідницьких забоїв від ВМП;

4. Розробити засоби аєродуширування робочих місць, які за-

безпечують оптимальне поєднання швидкості руху повітря з його температурою; - . . '

5. Розробити інженерні методики розрахунку конструкційних і режимних.параметрів засобів нормалізації теплових умов праці;

6. Провести промислові випробування та впровадити у виробництво прохідницький повітроохолоджувач і аеродушируючі установки, які забезпечують' нормальні теплові умови праці при проходці виробок в перехідний період.

Для визначення температури гірничих порід в цей час використовується метод розрахунку її по -значенню геотермічного градієнту, який базується на основному рівнянні теплопровідності / Законі Фур’є /

$ = -Лб,

/ І /

де ^ • - тепловий потік, Вт/У~; у? - коефіцієнт теплопро-водності, Вт/ мтрад ; <3 - температурний градієнт, град/м ,

При цьому робиться допущення, що тепловий потік має глибинне Походження і не змінюється в межах родовища, а гірничі породи анізотропні з постійне теплопровідносте. Аналіз значень температури гірничих порід, замірених безпосередньо у виробках, даних термокаротажу геологічних свердловин з моделювання геотемпера-турних полів методом ЕГДА показує, що вона на заданій глибині 'не є постійного. Порівняння їх зі значеннями, розрахованими по геотермічному градієнту показує, що похибка при цьому сагас до 80Я. ■

Для оцінки геотермічних аномалій, звязаних з ефектом конт-расної теплопровідності розроблено ряд аналітичних, числових та аналогових методів. Всі вони приводять в кінцевому значенні до • рішення рівняння теплопроводності в середовищі з від'оиими початковими та граничними умовами. Визначення температури порід в ме»-жах родовища зводиться до рішення дифсрениійного рівняння в приватних похідних елептичного типу. Рішення цього рівняння для умов залізорудних родовищ через складну форму області, тоб то геологічної будови і складного характеру граничних умов точними аналітичними методами неможливе. Пошук рішення приблизними числовими методами з використанням ЕОМ зводиться до виконання великої кількості трудоємких операцій по підготовці до розрахунку і обробці вхідної інформації. ‘

В умовах квазістаціонарного геотемпературного поля, яко спостерігається зь період відпрацювання родовища, найкращим методом для рішення стаціонарних задач теплопровідності в неодно-родних середовищах довільної форми є метод електрогідроаналогій /ЕГДА/, який широко використовується в теплофізиці. При цьому на моделі геологічного розрізу родовища на заданій глибині вибирається ділянка, на якій дві поряд лежачі ізотерми розташовані в межах одного типу порід. З урахуванням геометричного маштабу моделі визначають відстань між ними’ в натурі і різницю їх зна-: чень у відносних одиницях на моделі. Температура гірничих порід на лг,біЯ заданій глибині визначається по формулі: _

8 . це Ті - температура, що визначається, К; - глибина, на якій визначається температура, м; 2-і - коефіцієнту теплопровідності порід в межах вибраної ділянки на заданій глибині, Вт/ мтрад ;

То - середня багаторічна температура грунту на глибині І м, К;

Ґіі - значення ізотерми у відносних одиницях на моделі, розміщеної згідно маштабу на глибині ; /?/// - значення, поряд роз-

ташованої в межах одного типу гірничих порід ізотерми, у віцнос-. них одиницях на моделі; - глибина розміщення ізотерми в натурі, м. . • •

До теперішнього часу накопичено багато даних по тепловому потоку на території країн СНД. При наявності даних по теплопровідності гірничих порід і їх температури по розрізу геологорозвідувальних свердловин, тепловий потік визначається як середньо зважене із поінтервальних значень для окремих верств порід з одинакового теплопровідностга по формулі:

Г,-7}

* , /3/

де ¿2 - температура порід на глибині 2 ,К; у£/- те'плопровід- ■ ність окремих верств породи потужністю \7е - екстрапольована . до поверхності температура /в розрахунках може прийматися значення То /, к.

Використовуючи дані термокаротажу геологорозвідувальних свердловин з застосуванням поінтєрвального методу були визначені ’ значення теплового потоку для Криворізького родовища ^=28,4’І0~3 Вт/м^; Білозерського - р =35,2'І0"3 Вт/м^; Яковлієського родовища КМА - 0 =34,6-ІО-3 Вт/м2;. Таштагілського рудника /Горна Шор ія/

...... _^_=2б, 2* ІО“3 Вт/м^. -Моделювання геотемпературних полів методом

ЕГДА для вище зазначених родовищ показує, що похибка визначення температури порід з використанням розробленого методу не перевищує 5+ 7%. Одержана точність визначення температури гірничих порід дозволяє вибрати найбільш ефективні способи нормалізації теплових умов праці для кожного інтервалу температури рудникового повітря, .

Найбільш ефективним, із умов забезпечення нормального температурного режиму виробки, є штучне охолодження рудникового повітрю шахтними пересувними кондиціонерами. З урахуванням існуючих способів і устаткування для провітрювання прохідницьких забоїв в умовах залізорудних шахт можуть використовуватись схеми

Кондиціювання з нагнітаючим провітрюванням для виробок малої довтаїни /до 200 м/ і з комбінованим провітрюванням для виробок '

значної довжини /більше як 200 м/.

В результаті■промислових досліджень параметрів теплового кондиціювання на шахтах В0 "Кривбасруда" та Запорізького ЗРК визначено, що внаслідок високого вмісту вологи в рудниковому повітрі, витрати холоду на конденсацію вологи сягають 70%, а ефективна холодопродуктивність шахтних кондиціонерів, з урахуванням нагрі-•ву охолодженного повітря в ВМП і коефіцієнту його доставки по вентиляційному трубопроводу, по перевищує 30Í?. ’

. Один із основних критеріїв ефективної експлуатації холодильних установок, забезпечення в вибоях потрібної температури повітря при мінімальних економічних витратах, при прохідці виробок, головним-чином залешть від кроку пересувки кондиціонера. Крок пе-‘ресувки, при якому експлуатаційні витрати на кондиціювання повітря будуть мінімальні, визначаються по формулі: - . .

роботи холодильної установки на рік, год/рік; ¿2г- коефіцієнт, який ураховує зростання витрат холоду із збільшенням довжини повітропроводу, Вт/м. Значення С/г , СОп * Сг • приймається по результатам техніко-економічного аналізу при проведенні конкретної виробки та прийнятої схеми кондиціювання. Коефіцієнт

при проведенні виробок в умовах залізорудних шахт і використан ні кондиціонерів потужністю до 1-Ю кВт може визначатися по експериментальним залежностям: •

для гнучкого прорезиненого вентиляційного трубопроводу діаметром 0,5 м * .

/ 4 /

де - крок пересувки кондиціонера, м; - вартість од-

нієї пересувки, крб.; - вартість однієї тисячі ВДж холоду /без урахування витрат на пересувку/, крб.; кількість годин

Лг'ГЗ / б /

' 10 . де Тяг/. - температура повітря тю вході у вентиляційний трубопровід, К; Yt - кількість повітря подаваемого до забою, м /с;

■t?7> - коефіцієнт доставки повітря; - площа поперечного перетину виробки, м^; .

Температура повітря на пході у вентиляційний.трубопровід . ' дорівнісс '

^=^^/7, /7/ .

де 21 ~ температура повітря на виході випарювача кондиціонера, К; АУвм/7~ ПІДВИ"<ЄННЯ температури попітря у ВМІ1, К.

Для визначення температури 'повітря на виході із випарювача кондиціонера і її підвищення у ВМП, в залежності від кількості ' охолоджуваного повітря, його початкової температури- і холодопродуктивності кондиціонера розроблена номограма, яка приведена на • рис. І.

' Температура повітря, яке подасться до забою, залежить від дввжини вентиляційного трубопроводу і визначається за формулою:

х _ т? (2г£гА'г .

- ^ /8/

де //? - довжина вентиляційного трубопроводу, м. .

Для забезпечення нормальної температури повітря в забої крок пересувки кондиціонера повинен відповідати умові

' ¿СГ ^ ¿//л>Й>гГ - г / 9 /

де - максимальна'відстань поміж кондиціонером та забоем,'

при якій температура повітря в забої не переви'цус гранично допустимого значення, м; - мінімальна відстань поміж кондиціонером і забоєм,' яка з урахуванням технології проходки виробок в залізорудних шахтах не може бути меньшою як 40 м. Максимально допустима відстань від кондиціонера до забою залежить від конкретних углов експлуатації системи конгпмітсвання. Для кондиціонерів потужністю 140 кВт при використанні гнучких трубопроводів і температурі рудникового повітря 30°С ця відстань меже бути не більше як 200 м.

Ефективність використання кондиціонерів в значній мірі зале-кить’від способу і схеми підводу тепла конденсації. Для ефективного кондиціювання повітря и умовах залізорудних шахт запропоновано оборотну схему охолодження конденсаторної води, з підводом тепла конденсації у вентиляційні підняттеві виробки з вихідними потоками, шляхом розбриг?кут<т’чп її у форсунках. Потрібне охолод-

{ = 299/ґ г-Гі -30ОН ї-7з ^ЬОіК 6-%-зам 7-Ті-30М

V

ЧЧ N

‘ \

л ч ч. X

І4

/V

А

/ ■ =/&&А'/5г г -(?*' ¿/£*вг У - =* 93 «Вг ?С/сВг

гї і / 1

♦ 1

г і 1

284

Гк,ІЇ 293 .

Номограма визначення температури повітря на виході із теплообмінника кондиціонера і ВМП при різній холодопродуктивності кондиціонерів І кількості охолодженного по- ' вітря

%М!/с

і

3

4

5

&Твмп,К

<*{ і

-* —

/7 І-ВМ'Є 2 -ВМ-Б

■ Рис. І

ження води забезпечується при умові

&<(%>, ‘ / 9 /

де & - необхідні для потрібного.охолодження води питомі витрати повітря, кг/кг; можливі питомі витрати повітря у

підняттєвій виробці, кг/кг .._.а

(А Є/

/ю./

Яв А, Сі В ~ емпирічні коефіцієнти, які залежуть від конструкції водоохолоджувача; А& - перепад температури води, К;

Д~р - початкова різниця парціальних тисків водяного пару у водоохолоджувачі, Па:

/п/

12 ' де - теплова потужність, яка відводиться під охолоджуючої

води і дорівнює сумі теплової потужності конденсатора холодильної машини і потужності на вапу циркуляційного насосу, кВт; - теплоємкість води; - втрати охолоджуючої води, кг/с

, ^ & Р = РУ-Рп, ./12/

де , Р/?- - парціальний тиск водяного пару, відповідно при

початковій температурі води, подаваємої в водоохолоджувач, і у вентиляційному повітрі на еході у підняттєвій виробці, Па. '

& — ^ ' Ув . , ,

■ /І3/

де - густина повітря, кг/м°; Ув - витрати повітря у підняттєвій виробці, М3/с.

З врахуванням того, що вентиляційне повітря на вході водоохолоджувача мас 100% відносну пологість, ефективне відведення тепла конденсації забезпечується при витратах-повітря у вентиляційно- . підняттєвій виробці це меньчте, як б м3/с при його початковій температурі 29°С.

Область ефективного застосування шахтних пересувних кондиціонерів визначається величиною коефіцієнту збільшення продуктивності праці при охолодженні повітря, який дорівнює:

' • Ял - и7п/а7х, / 14 /

де та - швидкість проведення виробки, рідповідно без .

охолодження і з ним, м/місяць. '

Ефективно застосування кондиціонерів має місце якщо '

Й > +АА+АЗ '

Л+В ’ / 15 /

де Ап - амортизаційні відрахування по холодильгому обладнянню, крб/м'ісяць; ДМ - сума витрат на матеріали і електроенергію при експлуатації кондиціонера, крб/місяць; АЗ - Ф'онд заробітної плати робочих, обслуговуючих систему кондиціювання, крб/місяц.ь; А -місячна сума амортизаційних відрахувань, крб/місяць; _В - умовно-змінна частина заробітної птати, яка залетить від продуктивності праці, крб/місяць. _ .

Досвід експлуатації ’іюхтішх пересувних кондиціонерів п вугільних тахтах показує, ’до елективне їх використання досягається при збільшенні продуктивності грані па 26* 2Р?. Додаткові витрати на охолодження повітря гри ньому компенсуються зниженням собівартості проходки виробки • При п<т>'!ггічі;их ркоплуатаційних витратах

ІЗ

в умовах палізорудних шлхт охолодження повітря шахтними пересувними кондиціонерами буде економічно вигідним при' температурі повітря більше як 28°С.

Таким чином для нормалізації теплових умов праці в інтервалі температури рудникового повітря 20+ 28°С потрібна розробка більш економічних способів і засобів. '

'' Одннм із потужних і безперервно діючих джерел притоку тепла в атмосферу тупикових забоїв є вентилятори місцевого провітрюваная, теплопритоки від яких сягають 70% загальної кількості 'йшла, що надходить до гірничої виробки.

■' Найбільш простими по конструкції є контактні повітроохолоджувачі, процеси теплообміну поміж водою і повітрям, в яких протікають достатньо інтенсивно. Але в умовах залізорудних шахт, де початкова температура води і вентиляційного повітря в_тупикових забоях одинакова,’навіть при максимально досягаемому коефіцієнт; теплообміну в зрошувальних камерах рівному 0,95, ефективність охолодження повітря не перевищує 0,5, тобто практично таким спосо ■бом можливо відвести тільки половину кількості тепла, яке виділяє вентилятор.

Збільшити ефективність’відводу тепла від вентиляційного пото ку можливо шляхом інтенсифікації теплообміну в обертаючомуся повітряному потоці, закрученому робочим колесом вентилятора за рахунок збільшення різниці температури поміж повітрям і охолоджуючою водой. Відомо, що рухомий потік характеризується термодинамічною температурою 7^ і температурою тормозіння 7& , тобто температурою, коли його швидкість іУ = 0. Звязок поміж температурою тормозіння і термодинамічною температурою встановлюється співвідношенням: .

^ ,

2Ср ’ / іб /

дъ Ср - питома теплоємкість повітря, Дж/ кгтрад .

Геометрія міжлопаточного вінця осьового вентилятора вибираг сться таким чином, щоб уздовж радіусу £ виконувалась постій-

ність осевої складової швидкості потоку / ї£ і та його енергії / £ /, ^ ^

їй-0' Ж л

/т/

де Мр - тангенційна складова швидкості потоку.

Але умопи / 17 / і / 10 / справедлив і для активної частини поток, і не виконуються на ділянці Лого відриву, розміщенній за втулкою робочого колеса вентилятора На цій ділянці мається дві області, ДЛЯ ЯКИХ нехтуючи перехідною ЗОНОЮ ПОМІЖ НИМИ, де і 2^-= ¿¿/-7 тангенційна складова швидкості потоку дорівнює:

\а/ъ

= ¡Цгя.Ятг /19/

2- * ‘

де X - поточне значення радіусу трубопроводу; - кутова

швидкість потоку; 2?^.- радіус трубопроводу

Таким чином, максимальна швидкість обертаючогося повітряного потоку знаходиться на радіусі *їг>, а температура тормозіння біля стінки трубопроводу нижча її значення на радіусі 'їі?. Лабораторними дослідженнями установлено, що значення £¿7 безпосередньо за робочим колесом вентилятора дорівнює З

збільшенням відстані від робочого колеса внутріплш область з ква-зітвердим обертанням потоку зменшується, а область квазіпотен-ційним рухом збільшується. При цьому максимум швидкості руху потоку переміщується в сторону осі трубопроводу.

Для забезпечення квазітвердого обертання потоку по усьому радіусу трубопроводу, при якому максимальне значення температури тормозіння буде біля стінки трубопроводу, за робочим колесом вентилятора необхідно встановлювати завихрувач, формуючий обертання потоку по закону = . В цьому випадку інтенсифі-

кація теплообміну, поряд з збільшенням швидкості і руху, досягається за рахунок ефекту Ранку, тобто збільшенням різниці температури. поміж повітрям і водою після завихрювача при одинаковІЯ початковій їх температурі на величину: .

А Т=7' + ——--------Г/7>

/ 20 /

де ТвЛГ/7 І Т/7 - температура повітря,відповіно на виході В?ТІ . і в виробку,К.

По енергетичним і конструкційним параметрам для рішення поставленої задачі найбільше доцільним є використання лопаточних завихругвачів з змінним по радіусу кута У закрутки лопаток, який дорівнює: ,

ІЬ

де геометричний кут закрутки лопатки на зовнішньому радіусі завихрувача. ' ;■ . •

На основі одержаний результатів розроблена конструкція прохідницького повітроохолоджувача /рис. 2 /, який працює таким чином. Повітряний потік, закручений робочим колесом вентилятора І надходить в лолаточний завихрювач 2 на виході якого формується потік з квазітвердим обертанням. Внаслідок того, що термодинамічна температура зменьїпується від осі трубопроводу до його стін, ки проходить передача тепла від внутрішніх шарів до зовнішніх.

В цей час температура тормозіння потоку має максимальне значення біля стінки трубопроводу, за рахунок чого проходить інтенсивний теплообмін з охолоджуючою водою, яка подається на внутрішню поверхню теплообмінника 3 через щільовий податник 5. Шар охолоджуючої води на внутрішній стінці теплообмінника утримується від-

• центровою силою обертаючогосяповітряного потоку і переміщується разом з ним до водовідокремлювача 4, в якому тепла вода відокремлюється від вентиляційного повітря і відводиться за межі робочої ділянки забою. Охолоджене повітря, пройшовши спрямляючий пристрій надходить по вентиляційному трубопроводу до забою. Кількість охолоджуючої води визначається-із умови:

АГ'*' ^АГ + . / /

звідки ' ^ ^

Т т > ^

т*1 " ДТ* -¿V ’ ' І 23 /

^ так "

де У/т'гг~ мінімально необхідні витратим охолоджуючої води, м3/с;

максимальне підвищення температури води в теплообміннику,

К; йТвтг підвищення температури повітря у вентиляторі, К;

Є- кількість тепла, яка відводиться від повітряного потоку,Вт.

/ 24 /

Лабораторними дослідженнями аеродинамічних процесів теплообміну в потоці, закрученому лопаточним завихрювачем встановлено, -зо квазітверде обертання уздовж всього радіусу теплообмінника зберігається на відстані 10 його діаметрів від завихрювача. При подальшому збільшенні цієї відстані проходить трансформація обертового руху потоку з винекненням області кппзіпотенційного руху

у у*

, 16 Загальний вигляд прохідницького попітроохолоджувача ПВ-5

Рис. 2 '

зі зниженням ефективності охолодження повітря. Внаслідок перебудови поля швидкостей лопаточним завихрювачем в відповідності зі зміною режиму роботи вентилятора змінюється аеродинамічний опір переміщенню повітряного потоку. В залежності від кількості охолоджуваного повітря аеродинамічний опір повітроохолоджувача виз-

начається за формулою

7% */$93 / 25 7

Змєніліення опору при збільшенні кількості охолоджуваного повітря . Ув повязано зі зменыпенням інтенсивності закрутки повітряного потоку тя зменьгаенням при цьому витрат на тертя. Характеристика вентиляційної сіті, ,а яку працює вентилятор, будується по загальним витратам тиску в повітроохолоджувачі і вентиляційному трубопроводі

Яег ^ЛЬУ V*, / 26 /

до 7?г/> - аеродинамічний опір трубопроводу, Н*с^/м®.

Розроблений прохідницький повітроохолоджувач мас слідуючі технічні показники:

Діаметр робочого колеса вентилятора

для спільної роботи, мм ...................................... 500

І?

Холодопродуктивність /максимальна/, кВт .................. 8

Витрати охолоджуючої води, л/хв................................. 5

Аеродинамічний опір /максимальний/, Н*с^/м® .............. 51

Діаметр, мм............................’....................... 500

Довжина, мм.................'.................................. 6000

Вага, кг ...................................................... 49

. Одним із простих способів покращення параметрів мікроклімату с збільшення кількості повітря подаваемого в гірничу виробку. З збільшенням швидкості руху повітря збільшується конвективний теплообмін поверхні тіла гірників з рудничною атмосферою. Дослідженнями установлено, що оптимальне поєднання температури повітря

і швидкості його руху, при яких спостерігається найкраща терморегуляція організму робітників, в умовах залізорудних шахт при 100% відносній вологості повітря визначається залежністю: '

■ . ¿7, 7 27 / .

Для забезпечення оптимальних по тепловому фактору швидкос-'

тей руху повітря в інтервалі температур 20+ 28°С в гірничій ви-, робці, в залежності від площі їх перетину, йього необхідно подавати в кількості до 40 м?с, що при наявних яасобах провітрюван-. ня, технічно виконано не може бути. Більш ефективним способом нормалізації теплових умов в тупикових виробках є локальне збільшення швидкості руху повітря на ділянках виробки, де виконуються технологічні операції прохідницького циклу, довжина яких при наявній технології проведення виробок не перевищує 15 м. По техніко-економічним параметрам побуджувачами тяги в цьому разі доцільно використовувати пневмоежектори. Використання для цієї цілі вентиляторів є недоцільним по тій причині, що вони при роботі нагрівають повітря, мають великі розміри і вагу.

Аеродинамічні та конструкційні параметри ежектора в залежності від площі перетину виробки і температури повітря є можливим визначити по аналітичній формулі, одержаній'на основі результатів лабораторних та промислових досліджень

% - ■ V еяр ¿Я, / 28 /

де Уе - продуктивність ежектора, м3/с; СҐ# - діаметр вихідного перетину эжектора, и; СІ - коефіцієнт структури турбулентного струменю; X" - відносна відстань від ежектора до робочого місця; & - функція стиснення струменю, числове значення якої для практичних розрахунків може прийматися ¿2 =0,0021.

На основі виконаних досліджень розроблена аеродушируюча установка ДГЛ-2М, яка забезпечуй потрібні швидксгсті руху повітря на ділянках виробки в інтервалі тейператур 20-28°С. Для підповер-хових виробок, де відсутнє централізоване освітлення, розроблено ежектор з пульсуючим повітряним потоком ПЕ-2, в якому енергія стисненого повітря використовується для роботи малогабаритного електрогенератора. . .

При частоті пульсації потоку _

¿з ■ 4^

¿Є

/ 29 /

аеродинамічні параметри установки зменьшуготься на В—10%, що практично не впливає на параметри аеродугаирування робочих місць.

Розроблені способи і засоби нормалізації теплових умов праці пройшли приймальні випробування і рекомендовані до впровадження на гірничорудних підприємствах. Впровадження на шахтах ВО "Кривбасруда" і Запорізького ЗРК показує їх високу ефективність при мінімальних економічних витартах. Область ефективного використання розроблених способів і додаткові витрати на створення нормальних теплових умов праці /у цінах 1990 р./, приведено в табл. І .

- Таблиця І

Область використання і економічні показники способів нормалізації теплових умов праці

! Штучце Показники ! охолодження —у ¡Усунення !притоків !тепла ВМП —І — - ІАеродуширування ! робочих ! місць .

економічні витрати,

тис.крб./п.м. . 4,5-6,3 1,0-1,4 0,4-0,6

інтервал температури 2б-32°С >20°С 20-28°С

■ висновки ■

На основі результатів виконаних досліджень дано нове рішення актуальної науково-технічної задачі нормалізації теплових умов праці при.проведенні гірнших виробок за рахунок усунення прито-ків тепла від вентиляторів місцевого провітрювання і оптимального поєднання швидкості повітряного потоку з його температурою на ділянці виконання технологічних операцій.

1. Для родовищ з складною геологічною будовою розроблено

метод пропнозу температури гірничих порід по значенню ізотерм і теплового потоку в межах одного типу порід, похйбка якого не перевищує 5-7$. . •

2. Досліджені фактори, які впливають на ефективність штуч-

ного охолодження повітря в умовах залізорудних шахт. Встановлено, що ефективна холодопродуктивність шахтних пересувних кондиціонерів при високій вологомісткості рудникового повітря і транспортуванні його в забій По гнучким прорезиненим трубопроводам складає 20-30%. .

' ?. Визначені оптимальні параметри схем теплового кондицію-

вання рудникового повітря. Експериментально встановлені залежності для визначення раціональної відстані пересувки шахтних кондиціонерів. Визначена область ефективного використання серійно ' виробляемих шахтних кондиціонерів, яка в. умовах залізорудних шахт знаходиться в інтервалі температури рудникового повітря ' 26+ 32°С. . ‘ .

• 4. Теоретично і експериментально доведенй можливість охолод-

ження повітряного потоку на виході осьових вентиляторів місцевого провітрювання. Встановлено,'що процес теплообміну поміж вентиляційним повітрям і охолоджуючою водою, які мають одинакову початкову температуру, досягається при квазітвердому обертанні повітряного потоку, який забезпечується лопаточним завихрувачем з змінним кутом закрутки лопаток.

5. Установлено основні залежності конструкційних параметрів побуджувачів тяги, які забезпечують потрібні по тепловому фактору швидкості руху повітря на ділянках де виконуються технологічні операції прохідницького циклу.

6. На основі результатів досліджень і методик розрахунку конструкційних елементів розроблено прохідницький повітроохолоджувач, виконаний у вигляді приставки до вентиляторів місцевого провітрювання, який забезпечує усунення притоків тепла в вентиляційний потік повітря і зниження його температури на 3+ 5°С. '

7. Розроблено конструкції аеродушируючих установок, що забезпечують нормальні умови праці в інтервалі температур рудникового повітря 20-28°С за рахунок створення оптимальної по тепловому Фактору швидкості його руху на робочих місцях.

' 8. Промислове виробництво розроблений засобів нормалізації

теплових умов праці при проведенні виробок освоєно Ленінським

20 . рудоремонтним заводом ВО "Кривбасрудоремонт". Обсяг їх впровадження на гірничорудних підприємствах по становищу на 1994 рік становить більше як 1000 штук. Викеристання розроблених засобів забезпечує як соціальний еіїект, який виявляється в створенні нормальних санітарно-гігієнічних умов праці і підвищенні її безпеки, так і економічніш ефект, який виявляється в підвищенні продуктивності праці прохідників. ■ . '

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Куроченко В.М. Исследование'параметров теплового конди-

ционирования рудничного воздуха.при проведении выработок с применением шахтных передвижных кондиционеров - Шахтное строительство, 1983, № 9, с. 8-9. ■ . .

2. Куроченко В.М. Регулирование теплового режима горных выработок при вскрытии и подготовке глубоких горизонтов железорудных шахт- В кн.: Защита рабочих горнорудной промышленности от производственных опасностей и вредностей. H.: Недра, 1983,

с. 45-48. .

3. Исследование способов снижения температуры рудничного воздуха в переходный период / В.JI.Сахновский, П.В.Дмитрийчук, В.М.Куроченко и-др. - В кн. Снижение уровня вредных производственных факторов на горнорудных предприятиях. М.: Недра, 1984,с.22-27.

4. Способы и средства нормализации тепловых условий в горных выработках железорудных шахт / П.В.Дмитрийчук, В,М.Куроченко, А.Р. Никитенко и др. /. Обз.орная информация. М.: ЦНИИинФормации и технико-. эконом, исследований черной металлургии, 1984. - 19 с.

5. Совершенствование вентиляции железорудных шахт/ В.Л.Сах-’ Новский, В.М.Куроченко, Е.К.Алексеев и др. / Информационный научн. техн.бюллетень - М.: ЦНИИинФормации и технико-эконом. исследований черной металлургии, 1988, вип. 20, с. 25-33.

6. Куроченко В.М. Устранение притоков тепла от вентиляторов

местного проветривания в атмосферу горной выработки. - Шахтное строительство, 1990, ИЗ, с. 22-24. '

7. Сахновский В.Л., Умноп A.E., Куроченко В.М. Интенсификация проветривания глубоких рудников. - М.: Недра, 1992. - 143 с.

8. A.c. її 866296 /СССР/ Эжектор / В.М.Куроченко, Э.В.Солга-лов,-В.Л.Сахновский, В.Д.Ковтачгк. - Опубл.в Б.И. Ї98І, №35.

9. A.c. !? II35909 /СССР/ Устройство для охлаждения воздуха

в горных выработках / В.М.Куроченко, В.Л.Сахновский, А.Н.Третя-ченко, А.Р.Никитенко. - Опубл. в Б.И; 1985, № 3.

Пошукач В.М.Куроченко

РТП ИГР! .м.КривиЙ Р1г, пр. Гагар!на, 57 аан. № т/ тираж 100 еяэ. ГНцписано до друку”Ш7ТО794р. I др.л.