Приведений варіант технологічної можливості використовування тепла гірських порід після відробітку пластів на вугільних шахтах і акумуляції теплової енергії із застосуванням води як теплоагента і селективної виїмки із закладкою для спорудження.

ТЕПЛО ПОРІД, АКУМУЛЯЦІЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ, СЕЛЕКТИВНА ВИЇМКА, ЗАКЛАДКА ПОРОДИ.

Summary

The variant of technological possibility of the use of heat of mountain breeds is resulted after working of layers off on coal mines and accumulation of thermal energy with application water as teploagenta and selective coulisse wiht book-mark for building.

WARMLY BREEDS, ACCUMULATION OF THERMAL ENERGY, SELECTIVE COULISSE, BOOK-MARK OF BREED.

Введение

В условиях дефицита ресурсов органического топлива, опасности глобального потепления наиболее перспективными представляются возобновляемые источники энергии, не приводящие к дополнительному разогреву окружающей среды. К числу таких относятся, в частности, тепло горных пород и солнечная энергия.

Глубина горных работ на угольных шахтах Донбасса достигла величин более 1000 м, например, на шахте им. А.Ф. Засядько работы ведутся на глубине 1350 м. На таких глубинах температура вмещающих пород достигает величин около 50С, причем температура стабильная в течение года благодаря постоянному теплопритоку из недр земли.

Использование солнечной энергии достаточно широко известно и хорошо технически проработано, за исключением вопроса аккумулирования энергии, избыток которой наблюдается в летнее время, а основное потребление на отопление происходит зимой.

Постановка задачи. Основной задачей, решаемой при создании систем использования тепла горных пород, является сооружение теплообменного коллектора значительной площади для обеспечения достаточно большой мощности установки при теплопотоке из недр 40-60 вт/м2. В результате ведения горных работ образуются вскрывающие стволы, выработки-каналы и значительные площади выработанных пространств. После завершения отработки запасов угля эти выработки полностью погашаются, но известны случаи, когда старые выработки сохраняются десятки, а древние разработки - сотни лет.

Таким образом, задача сводится к тому, чтобы определить необходимые доработки и изменения технологии выемки с тем, чтобы в результате отработки угля получить сооружение, которое может быть использовано в качестве теплообменника для отбора тепла горных пород, которое может использоваться десятки или сотни лет. Такая технология даст энергии уже через 15 лет больше, чем из пласта угля мощностью 1м.

Известно, что при интенсивном отборе тепла за определенное время происходит охлаждение пород и снижение эффективности теплосъема. Поэтому разогрев пород теплообменника в летний период за счет солнечной или других видов энергии позволил бы как улучшить съем тепла, так и аккумулировать излишки тепловой энергии.

1. Результаты исследований

Известно предложение [1] бурения по выработанному пространству скважин большого диаметра с циркуляцией воздуха для отбора тепла горных пород. При этом не решены вопросы долговечности и сохранности пробуренных каналов при конвергенции горных пород, восстановления теплового баланса пород при отборе тепла и низкой теплоемкости воздуха как теплоносителя.

Предлагается технология использования тепла горных пород после отработки пластов на угольных шахтах из специально подготовленных выработанных пространств [2]. Принципиальная схема такой технологии представлена на рисунке.

Рис. 1 Схема технологии использования тепла горных пород после отработки пластов на угольных шахтах и аккумуляции тепловой энергии 1 - подземный теплообменник; 2 - закладка; 3 - насосно-преобразова-тельный агрегат; 4 - трубопроводы; 5 - солнечный теплообменник; 6 - узел тепловых насосов и управления; 7 - потребители горячей воды

Схема включает подземный теплообменник - отработанную панель шахтного поля, насосно-преобразовательный агрегат, трубопроводы, солнечный теплообменник и узел управления с тепловыми насосами, связанный с потребителями.

Подземный теплообменник представляет собой отработанную панель шахтного поля со специально подготовленными каналами циркуляции теплоносителя (воды). Размеры такой панели могут достигать 1,5х4 км. При этом наклонные выработки играют роль коллекторов подводимой и отводимой нагретой воды, а направление циркуляции воды и исключение закорачиваний обеспечивается за счет сооружения специальных перемычек. Для улучшения теплоотдачи возможно сооружение дополнительных каналов в выработанном пространстве каждой лавы путем выкладки закладочных полос по 10м шириной с каналами 1-2м.

Такая закладка выработанного пространства может быть обеспечена при помощи технологии интегрированной селективной выемки и закладки в комплексно механизированных забоях. Эта технология состоит в поочередной выемке угля и породы с транспортировкой ее через перегружатель на откаточном (или вентиляционном) штреке к новому устройству закладки с рассредоточенной разгрузкой по всей длине лавы за секциями крепи в выработанное пространство [3].

Такое устройство может быть выполнено, например, в виде упрощенного ленточного (или скребкового) конвейера, который установлен на раме и расположен вблизи кровли. На этой раме также смонтировано направляющее устройство для передвижения вдоль конвейера разгружателя. В зависимости от порядка передвижения разгружателя и заполнения ленты может быть образована сплошная закладка, бутовые полосы с каналами или другое. Закладочный конвейер передвигается посредством специальных домкратов, которые имеют связь с секциями крепи, а над ним с задней стороны перекрытий крепи выполнены специальные навесы и, таким образом, закладочный конвейер интегрирован с комплексом.

При использовании закладки значительно улучшается поддержание выработок и всего выработанного пространства, что позволит использовать такое сооружение долгие годы (десятилетия). Возможно предусмотреть через определенное время откачку воды и выполнение чистки, ремонта и реконструкции подземного теплообменника.

Насосно-преобразовательный агрегат предназначен для обеспечения циркуляции воды как в панели-теплообменнике, так и по трубопроводам до поверхности, а также для устранения воздействия высокого давления воды, которое образуется в трубопроводах, поднимающих ее с глубины 1400м (14 МПа), на сооружения панели-теплообменника. Такая развязка может быть выполнена при помощи теплообменника высокого давления с разрывом сетей циркуляции воды, либо при помощи двух насосных узлов объемного действия, установленных на одном валу раздельно для холодной и нагретой воды без разрыва сети циркуляции воды. В первом случае в контуре высокого давления может применяться очищенная, специально подготовленная как теплоноситель жидкость, а в последнем - фактически шахтная вода циркулирует до поверхности.

Солнечный теплообменник представляет собой комплекс сооружений, включающий солнечные теплопакеты, обеспечивающий эффективный нагрев теплоносителя солнечными лучами.

Узел управления и тепловых насосов включает трубопроводные коммуникации, переключающие устройства, средства управления и контроля, а также батарею тепловых насосов, обеспечивающих повышение температуры теплоносителя в контуре потребителя до необходимых величин. Здесь также предусмотрены пиковые генераторы тепла для экстремальных похолоданий и комплекс вспомогательных средств.

Система предусматривает три контура циркуляции: подземный, высокого давления и потребительский, а также два основных режима работы системы: зимний и летний. В зимнем режиме в подземном контуре вся отработанная панель заполнена водой до уровня верхней ее отметки, которая циркулирует через теплообменник высокого давления при помощи специальных насосов. В теплообменнике высокого давления происходит передача энергии воды подземного контура к теплоносителю контура высокого давления, который по стволу или скважине доставляет ее к батарее тепловых насосов. В тепловых насосах происходит передача энергии к потребительскому контуру с повышением температуры теплоносителя в этом контуре по сравнению с контуром высокого давления (и, соответственно, снижением расхода теплоносителя). Таким образом в зимнее время происходит отопление потребителей.

В летнее время основной теплопоток от солнечного теплообменника направляется в шахту для нагрева пород. Таким образом восстанавливается тепловой режим после зимнего отбора тепла и породы разогреваются дополнительно, чтобы использовать их как аккумулятор тепла на следующую зиму. Для повышения эффективности теплопередачи температура в контуре высокого давления может быть повышена, например до 80-90С, за счет использования тепловых насосов при передаче тепла от солнечного теплообменника. Частично энергия солнечного теплообменника может использоваться для горячего водоснабжения потребителей, причем стабилизирующую роль может играть в ночное время контур высокого давления.

В качестве дополнительных источников для аккумуляции тепла под землей могут использоваться тепловые выбросы предприятий металлургической промышленности, электростанций и т.п.

Выводы

Предлагаемая технология использования выработок после отработки угольных пластов для получения тепла горных пород позволит обеспечить переход полностью на возобновляемые источники энергии, аккумулировать под землей излишки тепловой энергии летом.

Дальнейшее изучение, проработка, экспериментальная проверка технологии и ее элементов должна выполняться последовательно. Многие технические и технологические решения уже имеются, а новая технология селективной выемки позволит попутно комплексно решить вопросы снижения зольности добываемого угля, оставления породы в шахте, исключения влияния горных работ на сооружения поверхности.

Литература

1. В.К. Костенко Перспектива повышения эффективности работы глубоких угольных шахт. Уголь Украины №6, 2007 с.5-7

2. Свидетельство о регистрации авторского права Украины №29088 от 04.06.09.

3. Егоркин Н.П., Шведик П.П. Возможность применения технологии интегрированной селективной выемки и закладки в комплексно механизированных забоях // сб. Донуги №105 с. 52-64.

Размещено на Allbest.ru