Kierunki rozwoju klimatyzacji kopalń - omówienie

KIERUNKI ROZWOJU KLIMATYZACJI KOPALŃ
wg J. Wacławika
l. WPROWADZENIE
Wzrost zainteresowania zagadnieniami klimatyzacji w polskim górnictwie spowodowany jest znacznym pogorszeniem się warunków klimatycznych w wielu kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi.
Temperaturę i wilgotność w wyrobiskach kopalń kształtują procesy sprężania powietrza w polu siły ciężkości, ciepło i wilgoć przekazywane od calizny skalnej i od urobku oraz ciepło oddawane przez maszyny i urządzenia, a w szczególności przez silniki wysokoprężne. Pozostałe źródła energii mają na ogół małe znaczenie. Na mikroklimat w wyrobiskach ma także wpływ ilość i sposób doprowadzenia powietrza oraz wybór drogi transportu urobku. Przez główne wyrobiska kopalń przepływają duże ilości powietrza. W związku z tym zmiany temperatury atmosferycznej przenoszą się drogami powietrza świeżego na duże odległości od wlotu do szybu wdechowego i docierają niekiedy do wyrobisk eksploatacyjnych, przyczyniając się do wzrostu temperatury w okresie letnim. W związku z tym w wyrobiskach korytarzowych i w polach eksploatacyjnych spotyka się temperatury na termometrze suchym z przedziału 27 ÷ 32 °C, a nawet przekraczające te wartości.
Rozwój techniki chłodniczej i klimatyzacji kopalń na przestrzeni dziejów
W połowie ubiegłego stulecia stwierdzono, że istnieje ograniczenie głębokości eksploatacji złóż spowodowane wzrostem temperatury. Zamiar zastosowania urządzeń chłodniczych w górnictwie zrodził się na początku bieżącego stulecia, w okresie gdy chłodnictwo było dziedziną szybko rozwijającą się a wiele zagadnień już rozpoznano i rozwiązano.
W połowie XVIII wieku W. Cullen skonstruował urządzenie do produkcji lodu, działające pod wpływem pompy zmniejszającej ciśnienie nad lustrem wody. W 1834 r. J. Perkins zbudował parowe sprężarkowe urządzenie chłodnicze. Czynnikiem chłodniczym był eter etylowy, który parując pobierał ciepło z otoczenia. W 1844 r. J.Gorrie opatentował pierwsze skutecznie działające urządzenie klimatyzacyjne, zastosowane w szpitalu. Tłokowy kompresor sprężał powietrze, które następnie było chłodzone przez cyrkulującą wodę. W wyniku rozprężania temperatura powietrza obniżała się. W latach 50-tych ubiegłego stulecia F. Carre zbudował absorpcyjne urządzenie chłodnicze, w którym wykorzystał zjawisko pochłaniania pary amoniaku przez wodę. W 1874 r. C. Linde skonstruował pierwszą sprawnie działającą ziębiarkę parową ze sprężarką tłokową, w której czynnikiem chłodniczym był amoniak. W 1900 r C.A. Rateau opatentował ziębiarkę ze sprężarką odśrodkową. Jednak projekt urządzenia nie wyszedł poza fazę eksperymentalną. Dopiero w 1922 r. W.H. Carrier
wybudował udaną ziębiarkę ze sprężarką odśrodkową. W 1910 r. M. Leblanca skonstruował ziębiarkę ze sprężarką strumienicową, w której w charakterze czynnika roboczego wykorzystana została woda. Na początku lat 30-tych zostały wynalezione freony.

(…)

… chłodnią wody odbierającej ciepło od skraplaczy
a - ziębiarka, b - parownik chłodzący wodę obiegu dołowego (który na rysunku nie jest wykreślony), c - wysokociśnieniowy wymiennik ciepła, d - chłodnia kominowa
Rys.3. Centralny system klimatyzacji kopalni z ziębiarkami na dole i z wyparną chłodnią wody w prądzie zużytego powietrza
a - ziębiarka, b - dołowy obieg wody zimnej, c - wodna chłodnica powietrza, d - obieg wody chłodzącej skraplacz, e - wyparna chłodnia wody w prądzie zużytego powietrza, f - szyb wydechowy
Między obiegami wody znajduje się wysokociśnieniowy wymiennik ciepła c. Układ klimatyczny zaznaczony schematycznie na rys. 3 składa się z ziębiarki a, obiegu zimnej wody b, z chłodnic powietrza c oraz z obiegu wody chłodzącej skraplacz d z wyparną chłodnią wody e znajdującą się w prądzie zużytego powietrza lub w szybie f.
2c) Ziębiarki zlokalizowane na powierzchni i w wyrobiskach kopalnianych
System kombinowany (rys.4) z ziębiarkami rozmieszczonymi na dole a i na powierzchni g wymaga zabudowy rurociągów w szybie dla obiegu wody od ziębiarek powierzchniowych do wysokoprężnego wymiennika ciepła i do skraplaczy ziębiarek dołowych 1-2-3-10-11-12-13-1.
Rys.4. Centralny system klimatyzacji kopalni z ziębiarkami umieszczonymi na powierzchni i na dole a - ziębiarka na dole, b - wysokociśnieniowy wymiennik ciepła, c - obieg dołowy zimnej wody, d - wodna chłodnica powietrza, e - opływ skraplacza ziębiarki dołowej, f - wstępna chłodnia wody, g - ziębiarka na powierzchni, h - wieża chłodnicza
Instalacja powinna być zaprojektowana w taki sposób, by w rurociągu obiegu dołowego zapewnić za parownikiem 5-6…
… do wyrobisk dołowych.
Korzyści ze stosowania lodu jako chłodziwa wynikają ze stosunku ciepła topnienia lodu równego 333.5 kJ/kg do ciepła właściwego wody, które wynosi 4.18 kJ/kg. Ciepło topnienia lodu jest równe ciepłu potrzebnemu do podgrzania wody o 333.5/4.18 = 79.78 °C. W obiegach stosowanych w klimatyzacji kopalń zimna woda zostaje ogrzana o 10÷20 °C.
Przyjmując górną wartość można stwierdzić…
… lodu. W zależności od przyjętej techniki odsączania można uzyskać różne koncentracje lodu. Transport poziomy lodu przeprowadza się przenośnikami taśmowymi, pneumatycznymi, ślimakowymi i hydraulicznymi. W wyrobiskach pionowych stosuje się transport grawitacyjny i hydrauliczny.
Współczynnik sprawności termodynamicznej procesu produkcji lodu zawiesinowego jest zwykle nieco wyższy niż przy produkcji…
... zobacz całą notatkę