горное холодильное машиностроение

горное холодильное машиностроение: Обзор

Горная холодильная техника — это важнейшая дисциплина, ориентированная на проектирование, внедрение, и обслуживание систем охлаждения при подземных и открытых горных работах.. Его основная цель — управлять тепловой средой для обеспечения безопасности работников., защитить оборудование, и обеспечить возможность добычи полезных ископаемых на больших глубинах, где геотермальное тепло и самосжатие воздуха делают условия невыносимо жаркими и влажными.. Эта область включает в себя целый ряд технологий., от установок охлажденной воды и вентиляционного воздушного охлаждения до хранения льда и систем прямого хладагента., специально разработан для противодействия значительным тепловым нагрузкам, создаваемым оборудованием., пласты горных пород, и деятельность человека.

Базовые системы и технологические подходы

Выбор холодильной системы зависит от таких факторов, как глубина шахты., Геология, доступность воды, и масштаб проекта. Двумя основными категориями являются объемное воздушное охлаждение на поверхности. (БАК) и подземное точечное или локализованное охлаждение.

• Поверхностное воздушное охлаждение (БАК): На поверхности устанавливаются крупные холодильные установки для охлаждения всего потока приточного вентиляционного воздуха перед его спуском в шахту.. Это эффективно для шахт с концентрированными впускными валами..
• Подземное точечное охлаждение: Холодильные установки размещаются внутри горных выработок для охлаждения определенных зон., например, места глубокой разработки или стационарные аппаратные. Сюда входят сети охлажденной воды, подаваемые в теплообменники. (охлаждающие змеевики) в ключевых местах.

Важным компонентом, который часто интегрируется, является Системы хранения льда или шлама. Эти системы производят лед на поверхности во внепиковое электрическое время. (снижение затрат на электроэнергию) и закачать ледяную жижу под землю. Фазовый переход от льда к воде поглощает огромное количество тепла. (скрытая теплота плавления), обеспечение высокоэффективного охлаждения в месте использования.

Сравнение стратегий первичного охлаждения

Особенность	Поверхностное воздушное охлаждение (БАК)	Подземное точечное охлаждение	Система льда/шлама
Основное приложение	Охлаждение всего всасываемого воздуха для районного или общешахтного климат-контроля.	Целенаправленное охлаждение определенных сильно нагревающихся участков или рабочих поверхностей.	Высокоэффективное точечное охлаждение, часто для концов разработки или глубоких рабочих зон.
Инфраструктура	Большая поверхностная установка; требует обширных воздуховодов/вентиляции для распределения охлажденного воздуха.	Подземные помещения для растений; требуется сеть трубопроводов для охлажденной воды/хладагента.	Завод по производству поверхностного льда; изолированная сеть пульпопроводов к подземным точкам плавления.
энергоэффективность	Может быть ниже из-за больших расстояний авиаперелета и перегрева.. Может потребоваться более высокая мощность вентилятора.	Более эффективен для локализованных зон, поскольку охлаждение применяется близко к источнику..	Очень высокий; использует скрытую теплоту плавления. Позволяет экономить затраты на электроэнергию за счет производства льда в непиковые часы..
Капитальные затраты	Очень высокий для завода и обширной инфраструктуры распределения воздуха..	От умеренного до высокого, в зависимости от масштаба и количества единиц, развернутых под землей.	Высокие капитальные затраты на специализированные установки по производству льда и системы пульпопроводов..
Операционная гибкость	Низкий; трудно приспособиться к меняющимся условиям на разных участках шахты.	Высокий; юниты могут быть перемещены или скорректированы по мере продвижения добычи полезных ископаемых..	Умеренный; трубопроводная сеть определяет точки доставки, но плавильные станции можно регулировать.

Практический пример из реальной жизни: Самая глубокая шахта в Северной Америке

Яркий пример передового холодильного оборудования для горнодобывающей промышленности можно найти на сайте Шахта Ньюмонта Масселуайт в Онтарио, Канада (теперь часть портфолио Newmont). Поскольку добыча полезных ископаемых вышла за пределы 1 км в глубину, температура горных пород превышала 40°C.

• Испытание: Обеспечить эффективное охлаждение на глубоком забое, где обычный BAC был недостаточен из-за расстояния..
• Решение: Внедрение двухступенчатой ​​системы:
  1. Первичная поверхностная установка BAC предварительно охлаждает основной всасываемый воздух..
  2. Вторичный система ледяной суспензии было установлено — одно из первых крупномасштабных приложений в Северной Америке того времени..
• Выполнение: Наземная установка производит ледяную суспензию, которую перекачивают 1 км вниз по скважине по изолированному трубопроводу до резервуара-хранилища возле глубоких выработок. Затем суспензия распределяется по плавильным станциям вблизи активных рабочих зон..
• Исход: Скрытая охлаждающая способность льда позволила резко сократить объем перекачиваемого материала по сравнению с охлажденной водой., экономия энергии накачки при одновременном обеспечении мощного охлаждения именно там, где это необходимо, поддержание приемлемой рабочей температуры на большой глубине.

Часто задаваемые вопросы (Часто задаваемые вопросы)

1. Почему шахты не могут просто использовать больше вентиляции вместо охлаждения?
При увеличении воздушного потока (разбавление) это первая линия защиты от жары, на большой глубине становится непрактично из-за самосжатия — воздух нагревается, просто опускаясь под собственным весом (примерно 1°C на 100 метры). Более того, перемещение огромных объемов воздуха требует огромных затрат на мощность вентилятора, а более крупные раскопки воздуховодов становятся непомерно дорогими по сравнению с механическим охлаждением..

2 Что такое "тепловые нагрузки" в шахте, которую охлаждение должно преодолеть?
Общая тепловая нагрузка шахты состоит из нескольких источников.:

• Геотермический градиент: Тепло, исходящее из окружающих слоев горных пород.
• Авто-сжатие: Тепло, выделяемое нисходящим всасываемым воздухом.
• Оборудование: Дизельные двигатели, Электродвигатели, дрели и т. д., которые преобразуют почти всю потребляемую ими энергию в тепло..
• взрывные работы & Рок-брейк: Экзотермические химические реакции взрывчатых веществ.
• Человеческий метаболизм: Сами майнеры выделяют значительное количество тепла.

Холодильная техника предполагает точный расчет всех этих нагрузок..

3 Существует ли риск утечки хладагентов в замкнутые пространства шахт??
Да, это важный фактор безопасности. Стандартные галогенуглеродные хладагенты, такие как R134a, плотнее воздуха, в случае утечки они могут скапливаться, вытесняя пригодный для дыхания кислород, что приводит к риску удушья. Поэтому аммиак (Р717) который имеет превосходные термодинамические свойства, но является токсичным и легковоспламеняющимся, может использоваться с осторожностью в наземных установках со строгим контролем. Для подземных прямых систем все чаще рассматриваются нетоксичные альтернативы, такие как охладители на водной основе или тщательно управляемые системы CO2 R744.

---

Ссылки & Основа для дальнейшего чтения
Подробно описанная здесь отраслевая практика документирована в таких публикациях, как "Шахтная вентиляция и кондиционирование воздуха" Хартман и др.. тематические исследования из Журнал CIM Mining технические документы от Конгрессы общества шахтной вентиляции. Конкретные технические данные о системе Musselwhite были представлены инженерами Hatch Ltd на конференциях CIM.