автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка средств управления температурным режимом в воздуховодах, водоводах и вентиляционных каналах шахт

ЖЫСГЕГСГБО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ Р1>

Неточный научно-исследовательский институт

бе^тяснгстн работ п горной промышленности

(ВостНИЮ

На правах рукописи

1Г.Ш-'КШ ЕЗГЗБЮ ИВ',НОЖ

г'ЛиР-ИЗОТКЛ СГЕЖ:га УПРАВЛЕНИИ ТЕМПЕРАТУРНЫМ ььшюм П ВОЗДУХОВОДАХ, ВОДОВОДАХ II ВВ1ГГИЛЯШ0ННЫХ КАНАЛАХ 111АХГ

.¡.с;..-.оЛЫ1с-:и- 05.1?С.01 - "Охрана труда к пожарная

безопасность"

Диссертация

тизкзние ученоП степени кандидата технических наук г хосме научного доклада

кенер,овс 19У-1

Работа выполнена на вахтах ассоциации "Беловоуголь

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

засл.деятель науки'и техники РФ и Коми АССР, докт.техн.наук И.В.Хохлов

академик ИАН РФ, докт.техн.наук, проф. П.В.Егоров

канд.техн.наук, с.н.с. Л.Д.лащенко

ведущее предприятие - ассоциация "Ленинскуголь"

Защита диссертации состоится 99-1 г. в

■ ■'¿О час. на заседании специализированного совета К I35.02.C1 пр: 1*.чнсм научно-исследовательском институте по безопасности [ абс; 1 орной промышленности (650002, г.Кемерово, ул.Институтская, З1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Диссертация разослана г.

Ученый секретарь специализированного

// .

совета, канд.техн.наук у ^ ' -1Ш ^"

''«"¿.01.34 Подписано к печати

* 3 . Тираж 60 экз. Объем I и.л. Печать офсетная, рпттриьт Вост1Ш.

I ¿»'ПОЯ, г.Кькессвс, ул.Пнститутекая, 3.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация, представленная в форме научного доклада, является итогом теоретических и экспериментальных исследований автора, проводившихся в Кузнецком угольном бассейне и шахтах Крайнего Севера.

В ней дается краткое содержание работ, опубликованных в 1991-1992 гг.

Актуальность работы. Кузнецкий угольный бассейн, являющийся основной топливно-энергетической базой Российской Федерации, расположен в сложных климатических условиях с продолжительной зимой и низкими отрицательными температурами, аго месторождения обводнены. Большинство шахт являются опасными по газу. Для улучшения их проветривания бурят вентиляционные скважины, которые оборудуют всасывающими вентиляторами, й скважины проникают подземные воды, увлекаемые потоком всасываемого воздуха. Образующаяся капельне—воздушная смесь поступает в наземные воздуховоды и в зимнее время способствует их обледенения с уменьшением поперечного сечения и количества отсасываемого воздуха, что приводит к естественному ухудшению проветривания горных выработок и снижения добычи угля. Обмерзании и обледенения подвержены также стенки стволов, их расстрелы, проводники, лестничные отделения и водоводы различного назначения, особенно на поверхности. Для предствршцения таких явлений на шахтах и рудниках традиционно используются устаревшие технические решения на основе паро-водных калори-фег''В и обычней теплоизоляции, имеющих пи многолетнему опыту низкую эксплуатационную надежность и эффективность.

Новый технический уровень лри решении этих «ажках народнохозяйственных задач достигается созданием противообледени-тельных систем, в которых в качестве источника тепла используется электрическая энергия, либо применением специальных теплоизоляционных труб. Такая универсальность позволяет одновременно решить также проблему совершенствования систем кондиционирования шахтного воздуха и подачи горстей и холодной воды.

Отмеченное свидетельствует сб актуальности темы диссертационной работы и ее связи с общегосударственными задачами

охраны труда, так как ока направлена на разработку конкретных средств для реализации новых эффективных систем в области вентиляции шахт и водоснабжения. |

Цель работы - разработать новое более эффективное решение задачи по созданию средств управления температурным режимом в шахтных воздуховодах, вентиляционных каналах и трубопроводах для подачи воды.

Научные положения, защищаемые в диссертации, и новизна:

методика и программа расчета параметров и динамики образования льда на внутренних стенках наружных металлических вентиляционных каналов;

новые решения по созданию средств управления температурным режимом воздуха в шахтных воздуховодах на основе применения стеклопластиковых электронагревателей;

методика лабораторных испытаний тонкослойных стеклопластиковых электронагревателей, используемых для подогрева металлических вентиляционных каналов, прокладываемых на дневной поверхности;

новые решения по совершенствованию шахтных калориферных установок и трубопроводов для цодачи воды на основе применения композиционных материалов.

Методы исследований. Поставленная цель достигнута на основе выполнения комплексных исследований, включавщих аналитические расчеты, лабораторные и натурные наблюдения, а также анализ и обобщение опыта ранее выполненных работ с использованием ЭВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами лабораторных исследований, а также опытом практического использования рекомендаций автора на шахтах "11ионерка" и "Западная" ПО "Ьеловоуголь", "¿байская" 110 ''пп^агандауголь", "Омсукчанская" и "Беринговская" ¡10 "Оеверо-Еостокугодь".

ценность работы состоит а той, что:

р^эгано-га»» '¿'вхчология использовании етехлэпламикэБЫх здентролпгрова-елей пгэтив ледообразования внутри металличео-

них вентиляционных каналов, прокладывавши от вентиляционных скважин к всасывающим вентиляторам;

разработана технология изготовления теплоизоляционных стеклопластиковых труб для подачи охлажденного воздуха в очистные и подготовительные забои глубоких шахт для проветривания, а также для транспортирования горячей и холодной воды при низких отрицательных температурах в северо-восточных районах Российской Федерации;

доказана практическая целесообразность использования стеклопластиковых тнаней и электронагревателей для изготовления шахтных калориферов.

Реализация работы в промышленности. Разработанные автором основные научные положения и практические рекомендации по использованию тонкослойных стеклопластиковых электронагревателей для обогрева металлических вентиляционных каналов, прокладываемых на дневной поверхности, используются на шахтах "Пионерка" и "Западная" ПО "Беловоуголь" в Кузбассе, "Омсук-чанская" и "Веринговекая" в ПО "Северовостокуголь" и "Абай-ская" в ПО "Караганчауголь".

Зентнляционные теплоизоляционные стеклопластиковке трубы прошли промышленные испытания на серийное производство, составлены рабочие чертеки.

Апробация работы. Основное ее положения раосмотреиы в центральном научно-исследовательском институте специального машиностроения (1991 г., г.Хотьково Московской обл.), та на-У":цх семинарах в ИГд им.А.А.Скочинского (1991 г., г.Люберцы Московской обл.), в ВостНИЛ (1991 г., г.Кемерово), в Кузбасском политехническом институте (1992 г., г.Кемерово), а также на техническом совете шахты "Пионерка" ПО "Беловоуголь" (1992 г., г.Белово Кемеровской обл.) и на НТО в ПО "Северовостокуголь" (1992 г., г.ь!агадац).

Публикации. По тема диссертации, представленной в форме научного доклада, опубликованы о статьи- в центральных научно-технических информационных сборниках и издана монография.

КРАТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ {ШУБлИКОВАНШХ РАБОТ

Вопросу управления температурным режимом воздуха в шахтных воздуховодах, вентиляционных каналах и трубах различного назначения уделяется большое внимание, ¿опросам термодинамики, основам теплопередачи, тепловому режиму наземных и шахтных трубопроводов, нормализации микроклимата глубоких шахт посвящены многие работы советских и зарубежных ученых: И.Д.Базарова, Э.А.Бондарева, А.П.Дмитриева, С.А.Гончарова, Н.Ф.Гращен-кова, й.Н.Л}равленко, Т.А.папитонова, Ф.С.ллебанова, ri.r-.no-марова; В.В.Лаптева, ¡¡¿.А.вАихеева, И.М.Михеева, к).А.шллера, А.А.ыясникова, д.А.Нусунбекова, А.Л.Иеховича, и.я.Пспова, д.о.Иетросяна, А.х1.цербань, Л.Уонг, У.шнеке, а.КосЬои , хЧЛвхзЬ! , В.З.Ропгсе и других. Использование электронагревателей рассматривается в работах й.л.атлас, л.л.Грицаель, ri.il>.лолесникова, л.а.лазанет, а применению в промышленности полимерных композиционных материалов и лакокрасочных покрытий посвящены работы ИлКлфоненко, и.л.Гуль, а.ь.Васильева, д.Н.Пономарева, З.Л.шильмана, А.И.РейСман, л.З.Ыенфиль и др.

£ этих работах приводятся результаты (¿ундаиентальных исследований ио проветриванию шахт, разработке охладительных установок, кондиционированию шахтього воздуха, но в них отсутствуют научные обоснования и практические рекомендации по управления температурным режимом в вентиляционных каналах, прокладываемых на земной поверхности в веде металлических груб, вентиляционные трубь., используемые ка глубоких шахтах для подачи в очистные и подготовительные забои охлажденного воздуха, неэффективны. Ларо-водяные калориферные установки, используемые для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, не надежны в эксплуатации. На? также эффективных средств для транспортирования горячей и холодной ьоды на поверхности шахт с условиях низких отрицательных г:йшшратур.

ка основании анализа и теоретического обобщат!я выполнение }*чне>й иоелацуь^п.и, име^^хсл практических разработок и уч«г-»'а г.огроностий шахтного производства сформулирована конк-^.саьб ,1ЛЯ раз| ассткл' нового наиболее эффективного

г^'Л-г.ь тешьрагуриьм режимом шахтного воздуха ч

воздуховодах, вентиляционных каналах и трубопроводах для подачи воды применительно к угольным месторождениям Кузбасса и северо-востока России.

для решения поставленной задачи предусматривалось установить причины обледенения вентиляционных труб и каналов, динамику и толщину образования ледяного покрытия на их внутренней поверхности с разработкой наиболее эффективного способа предотвращения обледенения, дать оптимальное техническое решение по доставке охлажденного воздуха для проветривания очистных и подготовительных забоев глубоких шахт, выяснить возможность использования этих средств и способов для транспортирования горячей и холодной воды на поверхности шахт в условиях низких отрицательных температур, рассмотреть возможность совершенствования паро-воднных калориферов угольных шахт.

ломплекс натурных, лабораторных и аналитических исследований проводился по единой методике с учетом поставленных выше задач.

1. -Установление причин обледенения вентиляционных каналов и динамики нарастания ледяного покрытия

В них «

Произведенное обследование вентиляционных скважин, оборудованных всасывающими вентиляторами типа ШцГ-У*, показывает, что при отсасывании по скважинам влажного воздуха капли воды увлекаются воздушны« потоком. Образуется капельно-воздуш-ная смесь, которая в наземном мегслшческом газопроводе при низкой отрицательной температуре наружного воздуха переохлаждается, капли ее кристаллизуются и на станках трубопровода формируется ледяной покров,. Обледенение уменьшает полезное сечение трубопровода, объем отсасываемого иахтного воздуха, ухудшает газоотвод и проветривание горных выработок, снижая добычу угля. Ухудшается также эффективность контроля, так как отсасывающая вентиляционная установка снабжена приборами автоматического контроля, которые нормально работают при температуре на ниже

Натурные наблюдения за динамикой отложения льда на внутренней стенке трубопровода проведены зимой 1991 года на Таймыре. Толщина льда измерялась в начале и конце трубы диаметром 700 мм, длиной 1400 м, уложенной на поверхности земли без теплоизоляции.. Начальная температура воды была 0,5°С, а скорость ее течения - 0,5 м/с. Наблюдения за образованием инея.проводились в трубе диаметром BOO мм, длиной 1200 м при скорости движения Елагоиаевденного воздуха 10 м/с, относительной влгхнссти 100 %. Начальная тэдпэрадра воздуха б трубе 14-16°С.

Установлено, чго нагнетание льда и инея в трусах происходило равномерно, со средней скоростьл '¿-о ал за 10 мин при температуре воздуха минус £6-31°С. Изменение температуры сг - Р.С° до -31заметного влияния на скорость, образования толщины слоя льда не оказывает. Это же относится и к образован»:*.) иная.

Из-за сложности проведения натурш.гх наблюдений за динамикой нарастания льда б закрытых вентиляционных каналах предложен расчетный метод. Сухость его сводится к решению двухфазной задачи Стефана с существенны:.! ее упрощением. Уравнение теплопроводности в жидкой фазе заменяется краевым условием 3-го рода с эмпирическим значением коэффициента теплоотдачи на границе раздела фаз и используется кзаэистационарное распределение температур в слое'льда. Такое допущение возможно, поскольку скорость нарастания льда меньше скорости движения воды, а распределение температуры в слое льда и в материале стенки трубы принимается стационарным. Гогда уравнение в слое льда можно записать в следующем виде

, v 7} - т (г.) р /> | е* Т. .

гае Т - температура в слое льда;

71 - температура замерзания воды; С - радиальная координате.;

- тояцкна слэя льда на внутренней стенке трубопровода; i - рьсстс^нпч с? центра трубопровода до ледяного ** покрытия.

Решение этого уравнения приведено в работе /3/.

Разработана алгоритмы и программа для определения динамики нарастания льда в любом сечении трубопровода с использованием компьютерной техники.

Способы предотвращения обледенения наземных газоотводящих каналов

13 диссертации рассмотрены известные способы предотвращения обледенения наземных вентиляционных каналов: создание вокруг вентиляционных скважин противофнльтрационных завес, оборудование трубопроводов улавливателями Iресиверами), механические, физико-химические и тепловые системы, выполнена их .технико-экономическая оценка.

Установлено, что наиболее рациональным способом является использование электронагревателей, в частности, стеклопластиков, & также замена наземных металлических вентиляционных каналов теплоизоляционными стеклопластиковыми трубопроводами.

3. Использование стеклопластиковых электронагревателей для обогрева металлических вентиляционных каналов

Стеклопластиковый электррнагреоатель представляет собой монолитную пластину, имеющую внутри сплошной неметаллический гокопроЕодятш! элемент с двумя электродами я вида шин, подключаемых к электросети.

и качестве токопроводящего слоя используется графит, а резистивный элемент с обеих сторон изолируют стеклоткань» /1, 3/.

Такой электронагреватель имеет просту» конструкции, малую толщину и массу, легкость монтажа и транспортирования, возможность установки практически в любом месте, где имеется электроэнергия, обеспечение равномерного распределения тепла в обогреваемом пространстве, возможность эксплуатации в любых климатических условиях, высокую коррозионную стойкость, высокий уронень элекц:о- и пожаробеэопасности. Используется постоянный и переменный ток напряжением до ЗсО Б. максимальная температура рабочей позер/лспти 130°С. аффективный хоэдфши-

ю

ент теплоотдачи 0,Уо-0,9У. Гарантийный срок службы 1Ь лет. Габариты пластин: толщина 0,3-1,5 мм, длина до 1200 мм, ширина до 000 мм. Ути размеры могут быть увеличены. ;

Технический ресурс его в Ь-10 раз выше, чем у металлических нагревателей. На них не оказывает отрицательного влияния кислородное окисление и коррозия. Исключается возможность искрения при повреждении греющего слоя.

При обогреве труб возможна установка электронагревателей: на поверхности трубы и внутри ее (рис.1).

Рис.1.1. Схема закрепления пластин электронагревателя с

внешней стороны обогреваемой трубы: 1 - стенка трубы; с - теплоизоляционный слой; ^ - термостойкая резина ; 4 - пластина электронагревателя

РйсЛ.*;. ихема закрепления пластин электронагревателя

ьнутри обогреваемой трубы: а - по окружности труоы; б - вдоль длинной оси трубы; I - станка трубы, ^ - пластина электронагревателя; ^ - изодирувзиз ообыаки; - элемьнты крепления глас гинь.

лояичество пластин электронагревателей, потребное для создания в вентиляционном канале '.трубе) положительной температуры, определяется по формуле

аг '

где С1Т - количество тепла, равное 1000 й?/ьг, которое передает пластина электронагревателя воздуху в трубе;

& - объемный расход воздуха в трубе, равный 40 м3/мин иди 0,7о7 кг/с;

С - теплоемкость воздуха, равная 100о дж/кг*град;

£ - температура воздуха в трубе на выходе в атмосферу после нагрева одной пластиной нагревателя; - температура воздуха в трубе на выходе в атмосферу без подогрева, составляющая по расчету для зимних условий

Решив это уравнение относительно £г , получим = -I,У4°С. Подставив в приведенную формулу фактическое значение

и необходимое ^ ? О, и решив относительно ¿?г , иолу-чим йт = йт/м*". для этого потребуются И пластины с удельной мощностью 1700 ст/'м'" каждая, экономически это целесообразно.

для обеспечения полной теплоизоляции пластины нагревателя сверху покрывают слоем стекловаты. Л для защиты стекловаты от атмосферных осадков ее покрывают влагозащитным материалом (термостойкой резиной}.

прешюние этого покрытия к трубе производится металлическими обручами или другими стягивающими элементами, для сток» статического эардда делается заземление.

Область применения стеклоплаатиковых электронагревателей обширна. Они могут успешно использоваться для обогрева помещений подъемных машин и вентиляторов, лебедочных камер, кабин башенных кранов и экскаваторов, бункеров, стрелочных переводов подъездных железнодорожных путей.

«шогократнши замерами и расчетным путем /I, о/ установлено, что для помещения в м^ требуется одна пластина стек-допластикоаого электронагревателя шсщадыо в I и* при напряг кании ¿¿0 о.

4. Лабораторные исследования электронагревателей

Исследования проводились в лаборатории электрификации угольных шахт *1Гд им.А.л.Скочинского. Исследованию подверглись пластины размером о00х1И00 мм и площадью 0,7 и~. Температура нагрева поверхности пластины определялась с помощью термопар группы "хромель-аяшедь на воздухе. Пласти-

ну электронагревателя укладывали горизонтально на теплоизоляционные подставки. Термопары устанавливали по углам и в центре пластины. Результаты наблюдений показали, что поверхности пластина нагревается равномерно. зависимость меаду силой тока и напряжением является практически строго линейной. Также изменяется температура нагрева поверхности нагревателя в зависимости от входного напряжения.

*1зменеш:е удельной мощности нагревателя I/"У , иг/м*"; в зависимости от величины напряжения питания привэдено на рис.л.

Рис.*. йзменение удельной мощности IV 1йт/м^) сгекло-пласгикового электронагревателя в зависимое!,! от напряжения питания

паибсльшая удельная мощность, равная 1700 ът/'м^, отмечена при ньпряненш ачО а. Ьаметное изменение удельной мощности 1ДО 300 &»/нА) наблюдалось при напряжении до 100 а. далее между увеличением ¡V и и прослеживается оолее плавная зави симосгь.

]фи проведении! лабораторных исследований установлено, что в случае расположения нагревателя на металлическом листе толщиной с м»1, имеющем размер ооихЮО^ мм, нагревание происходит до при напряжен«/. питания с-¿0 с. лр-,; раслоложеып:

электронагревателя с наружной стороны трубопровода и покрытия его теплоизоляционный материалом теплоотдача увеличивается.

х!ри монтаж в стеклопластикового нагревателя внутри труб» с заземлением накопление статического заряда на. его поверхности не происходит.

Для выяснения устойчивости электронагревателей к климатическим условиям с пгиешгацзКсл телазра^рой и здгмнсстьз ^аоогана слоила.-,оная у^тшюшга »:з ергс:»;:иа ^рнс.з), козволя-г.шдл в лабослторных усл-жт соэдаяа?ь ьаобход^^Я микроклимат к следить зч »¡шен-знляш;, происходя {/им на псалрхиэсгл цлао.м-аы электронагревателя.

ния воды; 6 - перекрыьной кран; 9 - баллон с жидким азотом (водой); - В0 - точки замера относительной влажности; ~tt-tэ- точки замера температуры; V - вольтметр; А - амперметр.

Для этого электронагреватель помещают вовнутрь установки 1. После этого пластину электронагревателя 2 через заслонку о подключают к электросети, ао показаниям вольтметра и амперметра ¡фиксируют потребляемую мощность, а по показаниям термопар следят за температурой внутри устанояки 1 и на поверхности пластины электронагревателя <.

Когда по показаниям термопар температура в установке достигает заданной величин*:, например , включают вентилятор 3

; 2

Ь'.с.о. '¿-.тип испытатель ной установки а

б - входной воздушный патрубок; 7 - приспособление для распыле-

зертикальиом раэръзэ; I - контур установки; 'г. - стаклопластикоЁый электронагреватель;

3 - вентилятор; ч -выходной воздушный патрубок; 5 - заслонка;

и поворотом заслонки Ь температуру на поверхности пластины также снижают до оО°С. а установившемся режиме пластину электронагревателя выдерживав 00-40 мин. Потом электронагреватель отключают от источника питания и через 5-Ю мин включают вентилятор 3.

Do данный наблюдений путем осмотра поверхности пластины электронагревателя через прозрачную стенку установки изменений ее не зафиксировано /3/.

Затем открывают заслонку Ь, кран о и через распылитель 7 из баллона 9 подают в установку жидкий азот, с помощью которого температуру в установке снижают до -¿0-о0°С. О температуре внутри установки судят по показаниям термопар t,, tz ,... Сниженную температуру поддерживают в течение ¿-3 ч. визуально наблвдают за всеми изменениями, происходящими на поверхности пластины электронагревателя. И в этом случае /3/ заметных изменений на поверхности пластины не отмечено.

Устойчивость электронагревателя к изменениям влажности определяют с использованием этой же установки, для этого баллончик У с жидким азотом заменяют на баллончик с водой.

Операции пс изменению относительной влажности внутри установки при заданных значениях температуры повторяют многократно, доводя влажность до vo-100 >о. Заметных изменений на поверхностях пластин электронагревателей также не отмечено /3/.

о. патуБные исследования характера распространения тепла по вентиляционному каналу.(трубе;

Исследования проводили на трубопроводе диаметром ооО мм и толщиной стальной стенки Ik. мм. Трубопровод находился на открытом воздухе. Использовали стеклопластиковый электронагреватель шириной ьОО им, длиной .¡.¿00 мм. Напряжение питания ¿¿О я от сети переменного тока. Температуру на трубопроводе измеряли термопарой типа 'ГАа (совав "хромель-алюмель"), напряжение -милливольтметром м, а температуру воздуха - обычный термометром. .

Измерения производились многократно в различных точках во время, когда устанавливалась постоянная температура электронагревателя и труок.

Пластина электронагревателя была короче развертки трубы по образующей, поэтому она не полностью огибала трубу по ее окружности.

ио время измерений температура электронагревателе была а трубы в этой точке - ни 'х°и меньше, то есть На

противоположной стороне трубы по ее периметру, где отсутствовала пластина нагревателя, температура составляла йсли бы пластина нагревателя огибала по окружности всю трубу, то температура по ней распространялась равноцерно.

одоли трубы от пластины электронагревателя тепло распространяется примерно на I ы.

о. СоьерденствоЕанд'.е управления температурным режимом в шахтных воздухопроводах

С увеличением глубины горных работ возрастает трудности управления температурный ре;лшод в шахгах. па глубоких шахтах Донбасса температура воздуха достигает Зэ—¿0°С, а к ¿000 году на некоторых шахтах глубина достигнет 1<*00 м, температура -ьО-ээ°С. а Германии средняя глубина горных работ составляет у50 ы, тецпература - а шР глубина горных работ дос-

тигла ЗоОО и, а температура - ои°0. Ожидается такжэ критический рост температуры по мэрс развития горных работ в лузбассе, особенно на рудных шахтах, так как в отдельных регионах их глубина достигла 1000 м ^например, а Горной Шории).

Расчетами установлено, что при подаче воздуха до обычному неизолированному воздухопроводу со средней скоростью 1о м/с в критических по температурному режиму условиях »пахт на I км длины произойдет нагрев воздуха на Г/,7°С. При меньшей скорости нагрев убудет еще больше. .

дыполнен подробный анализ применяемого кзолядионного сокрытия з ОНГ и за рубежом, который показал, что оно несовершенно. & связи с этим произнадоно сподоалоксе исследование по разработке теплоизоляционных вегтидя^'.енных труб а ксаольэоьанаец современных достижений науки и техники з этой области.

с настоящее время е иасоовсы производство труб в странах СйГ и за рубежом лла различных отраслей народного хозяйства азлучили ар*'мвн«1!ие конструктивные стоклопллетили Цу.\ч«ий?о-

льно к конкретным условиям шахт надлежит выбрать наиболее рациональное техническое рззение, связанное с маркой стеклянного волокна, поверхностной обработкой, структурой актирующего наполнителя. типом связунгцего и технологией изготовления.

Исследованиями установлено, ото наиболее приемлемой конструкцией является трехслойная труба, внутренний слой которой обладает малой .теплопроводностью. Такая конструкция позволяет обеспечить минимальную массу при высокой прочности, жесткости и низкой теплопршотости оболочки.

Наиболее эффективной оказалась следующая конструкция теплоизоляционных вентиляционных труб (ТБГ): внутренняя и наружная сболочки - стеклопластик на основе ткани Т-13, пропитанной свя-вующям ЭП-5122 толщиной 1,5 мм; антистатическое покрытие - пластик на основе ткани ТЭМС, пропитанной связующим ЭП-5122 толщиной 0,5 мы; теплоизоляционный слой - фенопласт толщиной до 40 мм.

Секции труб, имеющие антистатическое покрытие, обеспечиваются надежным соединением, которое предусматривается выполнить с помощью металлических гибких шин.

Для обеспечения надежной защиты от образования на поверхности труб электрического заряда дополнительно рекомечпуегся аазеилэние.

3 качестве изоляционного материала выбран фенопласт, обладающий меньшей погароопасностью и имеющий самур низкую стоимость.

Для увеличения жесткости ТЭТ и исключения воэмоатссти по-ереадения оболочек при транспортировании и монтаже на наруяной поверхности ТВ! предусматривается утолщение - шпангоуты из стеклопластика высотой 4-5 мм, шириной 50-100 мм. Расстояние между ними 1000 мм. Уасса I м трубы диаметром 6С0 мм составляет 24 кг, а диаметром 300 мм - около 10,6 кг.

Анализ стоимости показывает, что 40 ее приходится на антистатическое яскръггие. Трудоемкость изготовления подсчитана для опытного производства, а при серийном изхотсьлении может сыть значительно снижена.

Нынешняя относительно высокая стоимость, исходных компонентов для полимерных композиционных материалов (П]С.Р по сравнению с металлами является результатом искусственного ценообразования,

в дальнейшем она будет иметь тенденцию к снижению. Применение

в конструкции труб шел позволяет снизить их массу примерно ь 5 раз по сравнению с металлическими, обеспечить долговечность в условиях агрессивных сред, избежать коррозии, резко снизить тепловые потери, затраты на транспортировку, монтаж, проведение ремонтных работ и расход электроресурсов в процессе эксплуатации.

В работе автора /3/ показано, что теплоизоляционные трубы приведенной выше конструкции ыогут быть успешно использованы для транспортирования горячей и холодной воды при низких отрицательных температурах воздуха. При этом на требуется их заглубление в грунт и дополнительное покрытие.

7. Изучение возможности использования стеклопластиковых электронагревателей

Исследованиями установлено, что шахтные калориферные установки могут быть изготовлены из композиционных материалов /4/. Они обладают рядом существенных преимуществ перед действующими паро-водяными калориферами и имеют:

малую массу (вес оснащенной установки не- превышает 14 т); компактность, технологичность и низкие затраты на транспортирование и монтаж;

низкую инерционность (время выхода на режим около б мин); высокую надежность и долговечность (срок службы без капитального ремонта составляет 10 лет при ресурсе нагревательных элементов 50000 часов);

значительную экономичность (потребляют электроэнергии в 2,9 раза меньше, чем действующие паро-силовые установки);

низкие затраты на строительные работы при сооружении установки. Не требуется возведения котельной.

При эксплуатации годовая экономия составит около 1,3 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено новое решение задачи и даны научно обоснованные технические разработки средств управления температурным режимом шахтного воздуха в вентиляционных трубопроводах, вентиляционных каналах и водоводах, обеспечивающие решение валль'х прикладных вопросов гогного дела.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок з производство, состоят в следующем:

1. Выполнено аналитическое решение задачи и разработана программа расчетов на ЭВМ динамики нарастания ледяного слоя при движении влажного воздуха в металлическом вентилячионнсм канале, проложенном на дневной поверхности.

2. Проведены натурные исследования динамики образования льда внутри водоотводных трубопроводов и установлена зависимость между температурой воздуха, временем и толщиной нарастания слоя льда.

3.-Научно обосновано и подтверждено практикой, что наиболее эффективным способом предотвращения обледенения металлических вентиляционных каналов на поверхности шахт п?:1 низких отрицательных температурах воэпуха является оборудование их стекло-пластиксвыми электронагревателями, которые можно закреплять как на поверхности воздухопровода, гак и внутри его.

Эти электронагреватели могут быть титюко использованы в горном деле для обогрева вентиляторных, помещений лебедочных камер, подъемных маяин, бункеров, приборов и аппаратуры аэтома-тичссого контроля, кабин подъемных кранов, стрелочных переводов » г.д.

4. Разработана методикам изготовлена установка для проведения лабораторных исследований стеклопластиковых электронагревателей на устойчивость к температурным изменениям и влажности.

5. Научно обоснован наиболее эффективный способ управления температурным режимом в шахтных воздухопроводах путем использования трехслойных теплоизоляционных вентиляционных труб с анти-

статическим покрытием. Эти трубы можно усоеоно пгрныеапь для транспортирования горячей и холодной воды в условиях нкэких отрицательных температур без заглубления их в грунт и дополнительного изоляционного покрытия.

6. Дана экономическая оценка способов управления темпара-турным разимом в наземных вентиляционных каналах угольных вахт.

7. Изучена возможность использования тонкослойных стогио-лластнксвнх электронагрэзатолзЯ для озхтныя калори$ернцх уста-

HOEQH.

8. Р&зработанжй технические ресения по предотвратима об-лзденения металлических назоУ!-к зентиляциокных з&калоэ с помощью стеклопластиковых электронагревателей вн'.'зрзны з производство на шахтах "Пионерка" ПО "Беловоуголь", "Еаринговскал" и "Омсукчанская" ПО "Северовостокугодь" и "Абайская" ПО "Караган-дауголь".

Для серийного заводского изготовления теплоизоляционных стеклопластиковых труб разработаны рабочие чертежи.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Предотвращение обледенения трубопроводов и вентиляционных установок на шахтах Кузбасса/Л1нф. сб.Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности.-М.:ЦНИЭИ-уголь, 1991, № I.-С.19-22 (соавторы Хохлов И.В., Чернядьев Н.И.).

2. Средства управления температурным режимом шахтного воздуха в газоотводящих трубопроводах//Инф.сб.Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности.^.: ЦНИЭИуголь, 1991, № 5.-С.29-30 (соавтор Хохлов И.В.).

3. Разработка обводненных угольных месторождений Кузбасса, М.:ЦИИЭИуголь, 1992.-210 с. (Монография, соавторы Хохлсв И.В., Власов H.A. Параграфы ''-10 автор Паршу ко в Е.И.).

4. Сооружение пахтных калориферных установок из композиционных материалов/'/Инф.сб.Научно-технические достижения и передовей опыт в угольной прО!.ыпленнсстп.-.-..5 ШИЭНуголь, 1992 (соавтора Хохлов И.В., лнтвиненко Н.Г.).