способ использования геотермальной энергии при проветривании шахт

Формула изобретения

1. Способ использования геотермальной энергии при проветривании шахт, характеризующийся тем, что он включает подачу в шахту атмосферного воздуха с отрицательной температурой, при этом в поток атмосферного воздуха непрерывно вводят шахтную воду через форсунки в виде факела в распыленном состоянии по всей площади потока и осуществляют теплообмен до момента достижения воздухом температуры не ниже 2^oC, после чего подогретый воздух направляют в эксплуатационные выработки, а осевшую в воздухоподающем канале воду собирают и направляют в шахтный зумпф для последующего подогрева за счет использования глубинных процессов теплопередачи геотермальной энергии от окружающих зумпф горных пород.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что забор шахтной воды осуществляют из зумпфа, расположенного ниже транспортного горизонта отрабатываемого блока угольных пластов.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что используют шахтную воду, аккумулируемую со всего отрабатываемого блока угольных пластов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано, в частности, в угольной промышленности для проветривания шахтных подготовительных выработок и очистных забоев.

Известен способ проветривания шахтных выработок и забоев в зимнее время, принятый в качестве прототипа, включающий подачу в ствол шахты свежего атмосферного воздуха вентиляторной установкой, подогретого до температуры 2^oC калориферами, установленными на поверхности, соединяющиеся с устьем ствола каналами (Б. В.Бокий, Основы горного дела, Углетехиздат, М., 1956, с. 181 - 182).

Недостатком способа следует считать процесс подогрева воздуха калориферами, что предопределяет его дороговизну и необходимость обслуживания персоналом шахты.

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является упразднение искусственного процесса подогрева воздуха, подаваемого в шахту в зимнее время, и, следовательно, резкое снижение затрат на проветривание в целом.

Задача решается тем, что в поток атмосферного воздуха с отрицательной температурой непрерывно вводят шахтную воду через форсунки в виде факела в распыленном состоянии по всей поперечной площади потока и осуществляют теплообмен до момента достижения воздухом температуры не ниже 2^oC, после чего подогретый воздух направляют в эксплуатационные выработки, а осевшую на почву воздухоподающего канала воду собирают и направляют в шахтный зумпф для последующего подогрева за счет использования глубинных процессов теплопередачи геотепловой энергии от окружающих зумпф горных пород.

Действительно, подача в поток холодного воздуха воды в распыленном состоянии с положительной температурой, способствует его нагреву до заданной температуры в диапазоне от 2^oC и до температуры, близкой температуре воды, вводимой в поток воздуха, при этом количество подаваемой воды принимается в зависимости от количества потребляемого воздуха.

В качестве примера целесообразно привести следующие средние расчетные данные: расход подаваемого в шахту воздуха принят равным 1500 м³/мин; температура атмосферного воздуха составляет (-25^oC); температура вводимой в поток воздуха шахтной воды 10^oC; количество вводимой в поток шахтной воды составляет 170 м³/ч; температура воздуха, подаваемого в шахту, составляет 5^oC; экономия тепловой энергии достигает порядка 16 Гкал/сутки, с учетом расхода энергии на подачу воды из шахты в теплообменник.

Отметим, что при движении воздуха по выработкам, последний получает дополнительный нагрев от окружающих пород, окисления угля, от работающих горных машин и обслуживающего персонала.

На чертеже показана принципиальная схема проветривания шахтных выработок с дополнительными оборудованием и сооружениями, необходимыми для реализации предлагаемого способа, а именно вентилятор 1, смесительная камера 2, форсунки 3, 4, 5, 6, смесительная камера 7, насосы 8, 9, 10, зумпф 11, воздухоподающая выработка 12, выработка с исходящим воздухом 13, эксплуатационные выработки 14 транспортного горизонта, эксплуатационная выработка 15 вентиляционного горизонта, поверхностный водосборник 16 для приема шахтного притока воды, нагнетательный трубопровод 17, задвижки управления 18 и 19.

Способ реализуется следующим образом. Атмосферный воздух с отрицательной температурой вентилятором 1 подают в смесительную камеру 2, оснащенную форсунками 3, 4, распыливающими шахтную воду в виде факелов по всему сечению потока воздуха. При совместном движении воздуха и водяного облака происходит интенсивный теплообмен, в результате которого воздух нагревается до положительной температуры, а водяные пары конденсируются и частично выпадают в виде влаги в донную часть смесительной камеры 2 и насосом 9 подают в форсунки 3 для более глубокой утилизации тепловой энергии шахтной воды, после чего конденсат поступает в форсунки 5 смесительной камеры 7 для подогрева исходящим из шахты потоком воздуха, температура которого выше температуры воздуха, подаваемого в шахту за счет тепла горных пород, горных машин, окисления угля и тепла обслуживающего персонала. Далее конденсат насосом 10 подают на форсунки 6 для последующего подогрева, и далее конденсат через открытую задвижку 19 поступает в шахтную выработку 13 и зумпф 11. Зумпф 11 располагают ниже транспортного горизонта отрабатываемого блока угольных пластов, представленного эксплуатационными выработками 14. С целью аккумулирования воды не только со всего отрабатываемого блока угольных платов, но и массива горных пород, окружающих зумпф (на чертеже приток показан соответствующими стрелками). Шахтная вода из зумпфа 11 подается насосом 8 по выработке 12 к форсункам 4 для теплообмена.

Подогретый воздух из смесительной камеры 7 поступает в выработку 12 и далее в эксплуатационные выработки 14, в забои, после чего в виде исходящей струи по выработке 15 и 13 в смесительную камеру 7 для утилизации тепловой энергии, таким образом цикл повторяется.

Для сброса шахтного притока предусмотрены задвижка 18 и поверхностный водосборник 16.

В заключение отметим, что предлагаемый способ использования геотермальной энергии отличается простотой исполнения и высокой эффективностью.