Технические науки. 10 Горное дело

К.т.н. Кумыкова Т.М., д.т.н., профессор Кумыков В.Х.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет,

Усть-Каменогорск, Казахстан.

Оптимизация системы пневмоэнергокомплекса шахты

Переход к отработке рудником нижних горизонтов месторождения приводит к увеличению протяженности пневмосети и к удалению потребителей пневмоэнергии от ее источника – компрессорной станции. Эффективность пневмосетей с увеличением их протяженности снижается в связи с ростом потерь энергии сжатого воздуха при его транспортировке к потребителю [1].

Объектом исследований является процесс выработки, аккумулирования, распределения и потребления пневматической энергии с применением гидропневматического аккумулятора (ГПА) сжатого воздуха в пневмоэнергокомплексе подземного рудника.

Работа основной массы технологического оборудования (буровых станков, погрузочных машин и т.д.) по своему характеру является вероятностной, в то время как наиболее естественным режимом работы компрессорных агрегатов является непрерывный режим, что связано с трудностями пуска и остановок мощных энергетических установок. Эти обстоятельства на практике приводят к непрерывным колебаниям основных параметров сжатого воздуха (его расхода и давления) практически во всех элементах пневматической сети. При этом в наиболее невыгодном с энергетической точки зрения положении находятся элементы пневмосети, из которых происходит непосредственный забор сжатого воздуха.

В то же время параметры сжатого воздуха у технологического оборудования оказывают непосредственное влияние на производительность этого оборудования. Так, при возрастании давления сжатого воздуха на 0,1 МПа производительность бурения увеличивается в среднем более чем на 20 % , при одновременном снижении удельного расхода сжатого воздуха более чем в 1,5 раза. В то же время снижение давления в забоях ниже номинального приводит к резкому ухудшению показателей работы пневмомеханизмов.

Проведенное обследование пневмоэнергокомплекса Тишинского рудника (г.Риддер, Казахстан) показало, что перепад давления сжатого воздуха у технологического оборудования в течение рабочей смены составляет 0,2 МПа [1].

Использование гидропневматических аккумуляторов сжатого воздуха (ГПА) в системах пневмоэнергокомплексов рудников позволяет вывести их работу на принципиально новый режим. Одним из положительных эффектов включения ГПА в состав пневмоэнергокомплекса рудника является то, что его наличие позволяет замкнуть в отдельности характеристики компрессорной станции и пневмосети на характеристику ГПА [2]. В первом приближении характеристика ГПА представляет собой горизонтальную линию Р_ГПА= const. Но этот режим действует только во время активной работы ГПА.

Включение ГПА в состав шахтного пневмоэнергокомплекса позволяет управлять работой компрессоров вне зависимости от потребляемого шахтной пневмосетью в каждый момент времени количества сжатого воздуха. Это дает возможность аккумулировать избытки сжатого воздуха, имеющиеся при работе компрессорной станции в междусменные перерывы, с последующим использованием их для восполнения дефицита сжатого воздуха в рабочую смену.

Помимо этого, наличие ГПА в системе пневмоэнергокомплекса дает возможность управлять работой пневмосистемы не только за счет регулирования производительности компрессорной станции, но и за счет управления режимами накопления сжатого воздуха в ГПА и согласования его работы с работой компрессорной станции во времени.

Для определения параметров сжатого воздуха использовались датчики давления и температуры, установленные на выходе из компрессорной станции, входе в шахтную пневмосеть, в пневмокамере ГПА и в точках массового забора воздуха на магистрали от компрессорной станции до ГПА.

При работе ГПА контролируется:

- уровень воды в гидрокамере гидропневмоаккумулятора;

- давление воздуха в пневмокамере ГПА;

- давление воздуха в пневмосети.

При обработке результатов замеров сжатого воздуха в пневмоэнергокомплексе без ГПА установлено следующее. Давление сжатого воздуха в забое при неработающих пневматических приемниках (перфораторы, буровые станки и т.д.) колеблется в пределах 0,5-0,7 МПа. Давление сжатого воздуха в действующих забоях при работающих пневматических приемниках изменяется в пределах 0,35-0,5 МПа, причем преобладающим является давление сжатого воздуха равное 0,4-0,48 МПа. Продолжительность пиковых нагрузок в течение смены достигает 1,7-3,4 ч, а преобладающим является пиковый период продолжительностью 2,1 часа в смену.

Давление сжатого воздуха на компрессорной станции в период замеров колеблется в пределах 0,58-0,8 МПа. Преобладающим является давление равное 0,6-0,7 МПа. Колебание давления сжатого воздуха равняется 0,22 МПа, преобладающим – 0,15 МПа. В работе находится в среднем 4÷5 компрессоров. Колебание давления сжатого воздуха в течение смены составляет 0,1÷0,3 МПа.

Рис. 1 Суточная диаграмма давления воздуха у забоя при работающем ГПА

Обработка полученных данных при работающем ГПА (рис. 1) показала, что наиболее рациональный режим эксплуатации ГПА позволяет в течение суток работать на 3-х компрессорах. При таком режиме эксплуатации компрессорной станции давление сжатого воздуха в действующих забоях равнялось 0,56-0,62 МПа, с преобладающим давлением 0,6 МПа. Колебание давления сжатого воздуха составило 0,04- 0,06 МПа, с преобладающим – 0,05 МПа.

Таким образом, результаты выполненных исследований позволяют сделать вывод, что наличие в системе шахтного пневмоэнергокомплекса гидропневматического аккумулятора выводит работу пневмосистемы на принципиально новый режим работы, при котором характеристики компрессорной станции и шахтной пневмосети замыкаются каждая в отдельности на характеристику гидропневмоаккумулятора [3].

Ввод ГПА в состав пневмосистемы позволяет реализовать систему автоматического регулирования работы пневмокомплекса на качественно новых принципах: за счет управления режимами накопления сжатого воздуха в ГПА и согласования работы компрессорной станции и ГПА во времени [4]. Работа гидропневмоаккумулятора в пневмоэнергокомплексе рудника позволяет увеличить давление сжатого воздуха в действующих забоях в течение смены с 0,4 до 0,58 МПа.

К достоинствам пневмосистем с ГПА можно отнести:

- сжатый воздух поступает к технологическому оборудованию при постоянном и повышенном давлении, это увеличивает его производительность;

- сжатый воздух поступает к пневмоприемникам более сухим, что улучшает их работу;

- постоянство давления благоприятно отражается на работе компрессоров и пневмоприемников и увеличивает срок их службы;

- компрессорные станции можно проектировать не на «пиковые» нагрузки, а с учетом аккумулирования пневматической энергии в ГПА, что дает возможность значительно снизить энергоемкость системы и в некоторых случаях уменьшить число действующих компрессоров;

- в случае кратковременного перерыва в работе компрессоров, горные машины с пневмоприводом некоторое время могут работать, получая сжатый воздух из аккумулятора.

Наиболее рациональным путем выравнивания пиковых нагрузок, как в пневмосистеме, так и в энергосистеме, является применение на рудниках подземных хранилищ сжатого воздуха, обеспечивающих стабилизацию и повышение давления сжатого воздуха в действующих забоях вне зависимости от количества работающих пневмоприемников.

Использование гидропневмоаккумуляторов сжатого воздуха на рудниках и шахтах позволит обеспечить существенную экономию электрической энергии при выработке сжатого воздуха и выравнить график суточного энергопотребления, позволяя технологическому оборудованию работать в часы пиковых нагрузок на пневмосистему на сжатом воздухе находящемся в пневмокамерах ГПА.

Литература:

1. Исследовать состояние рудничного пневматического хозяйства на Зыряновском, Риддерском, Иртышском комбинатах и выдать данные по его реконструкции // Инф. карта / ВНИИцветмет.–Усть-Каменогорск, 1995.- 58 с.

2. Лисовский Г.Д., Кумыкова Т.М. Методика стабилизации режима работы шахтной пневмосети // Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан – 2030» / Труды IY Международной научной конференции. – Караганда: КарГТУ, 2001. – С. 279-281.

3. Кумыкова Т.М., Кумыков В.Х. Энергосбережение на подземных рудниках. Бьдешето проблемите на световната наука. Материали за 4-а международна научна практична конференция.(17-25 декабря) Том 23 Технологии: БялГРАД-БГ ООД - София, 2008. – С.26-28

4. Кумыкова Т.М., Кумыков В.Х. Гидропневмоаккумулятор сжатого воздуха. Предварительный патент РК на изобретение №19314. Опубл. 15.04.2008, бюл.№ 4