Тип компрессора выбирают в зависимости от требуемой хладопроизводительности и основных параметров работы замораживающей станции: температуры и давления испарения, температуры и давления конденсации, температуры перед регулирующим вентилем, степени сжатия хладагента в цилиндрах компрессора.
Учитывая, что хладопроизводительность компрессора - величина переменная, зависящая от температур и давлений испарения и конденсации, в холодильной технике различают хладопроизводительность компрессора при нормальных и стандартных условиях работы компрессора. В первом случае хладопроизводительность компрессора выражают в Вт и определяют при следующих температурных условиях: температура конденсации
tк = +25оС; температура перед регулирующим вентилем tв = +15оС; температура испарения tи = -10оС.
Хладопроизводительность компрессора, развиваемую при действительных температурных условиях, т.е. отличных от нормальных или стандартных, называют рабочей. Для пересчета хладопроизводительности компрессора от нормальной к рабочей применяют формулу[3]
,
где Qр - хладопроизводительность компрессора при рабочих условиях, Вт;
Qнор - хладопроизводительность компрессора при нормальных условиях, Вт;
qV - объемная хладопроизводительность 1 м3 холодильного агента, при рабочих условиях принимается по справочным таблицам, кДж/м3;
- объемная хладопроизводительность 1 м3 холодильного агента при нормальных условиях, например, для аммиака равна 2851 кДж/м3;
0/0 нор - отношение коэффициентов подачи компрессора при рабочих и нормальных условиях, определяемых по заводским графикам.
Рабочая хладопроизводительность компрессора Qр (Вт) при цикле одноступенчатого сжатия хладагента может быть определена по формуле
Qр = 0 qV vп;
Зная основные параметры процесса замораживания пород, подбирают холодильное оборудование. Число и тип компрессоров подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить требуемую хладопроизводительность станции при заданной проектом температуре рассола.
Выбираем компрессорАУ-150, который относится к горизонтальным одноцилиндровым машинам одноступенчатого сжатия. Этот компрессор надежен в работе и оснащен синхронным электродвигателем.
Холодопроизводительность компрессора рабочую находим по номограмме из справочника.
Выбираем компрессор АО-1200 хладопроизводительностью 1150000 ккал. Схема замораживающей станции представлена на Рис. 3
Принцип работы замораживающей станции следующий: сжатые в компрессоре 1 до 8-12 ат пары аммиака с температурой около +1350С по нагнетательному трубопроводу 11 поступают в конденсатор 2, где они сжижаются, отдавая тепло воде, беспрерывно омывающей трубы конденсатора. На пути от конденсатора к регулируйщей станции жидкий аммиак проходит через ресивер 3. Назначение ресивера заключается в разгрузке конденсатора от жидкого аммиака и аккумулироваии достаточного его количества для создания равномерного потока аммиака к регулирующей станции. Из ресивера аммиак поступает к регулирующей станции 8, где проходит процесс дросселирования от давления конденсации до давления испарения. Для получения температуры испарения -250С давление жидкого аммиака должна быть понижено от 8-12 до 1,546 ат. Вследствие понижения давления при всасывающем действии компрессора, а также вследствие запаса тепла в хладоносителе происходит переход аммиака из жидкого состояния в газообразное. Этот переход осуществляется в испарителе 4 и сопровождается затратой 250-270 ккал на 1 кг аммиака. Тепло сообщается аммиаку рассолом, непрерывно омывающим змеевики. Температура рассола при этом понижается. Пары аммиака в змеевиках испарителя поднимаются вверх и снова засасываются компрессором по трубам. Рассол, охлажденный до температуры -20--220С засасывается из испарителя центробежным насосом и нагнетается в колонки, откуда по трубам снова возвращаются в испаритель. При двжении в замораживающих колонках рассол отнимает у горных пород тепло. В испарителе тепло расходуется натиспарение аммиака. Затем цикл повторяется. Рис.3
Температуру испарения принимают на 5оС ниже температуры хладоносителя, подаваемого в замораживающую колонку при одноступенчатом режиме работы станции.
Для каждого компрессора предусматривается установка отдельного испарителя и конденсатора с рабочей поверхностью, равной для испарителя Fи = 1,2 Qср/qи, для конденсатора
Fк =1,2 Qср/qк.
Qр - рабочая хладопроизводительность компрессора, Вт;
qк - удельная тепловая нагрузка на 1 м2 поверхности конденсатора (3500-4500 ккал/м2 ч) для кожухообразных горизонтальных и вертикальных, (3500-5000 ккал/м2 ч) для оросительных.
м2.
Принимаем конденсатор КТГ ( поверхность 90 м2).
Для испарителя
м2
Принимаем испаритель 100 ИА ( с поверхностью 100 м2)
Для трубопроводов применяют стальные бесшовные горячекатанные трубы по ГОСТ 8732-70 и хладнотянутые по ГОСТ 8734-58.
Толщину стенки выбранного трубопровода проверяют расчетом на внутреннее давление 40 кгс/см2.
Диаметр трубопроводов хладоносителя определяют по формуле
,
где Qр.с - рабочая хладопроизводительность замораживающей станции, 300000ккал/ч;
- плотность хладоносителя принятой концентрации; для водного раствора хлористого кальция (рассола) эта величина принимается по табличным данным,1240 кг/м3;
с - теплоемкость хладоносителя [Дж/(кг оС)] при его средней температуре в конце активного замораживания пород,2,74
t1 - температура хладоносителя, подаваемого в колонку,25 оС;
t2 - то же, выходящего из колонки, 21оС;
(t2 - t1) - разность этих температур, принимаемая равной 2оС при обычном и 3-4оС при низкотемпературном замораживании;
х - скорость движения хладоносителя в трубопроводе, принимаемая равной 1,5-2 м/с для магистральных труб.
dx=м
Для магистральных трубопроодов хладоносителя, а также кольцевых, располагаемых в галерее вокруг устья проектируемого ствола, используют трубы диаметром 700 мм и выше с толщиной стенки 5-7 мм по ГОСТ 8732-70.
При эксплуатации рассольной сети в качестве хладоносителя для замораживания грунтов применяют охлажденный рассол, представляющий собой раствор технического хлористого кальция CaCl2 ( по ГОСТ 45-70). Раствор хлористого кальция имеет желтоватый цвет, соленый вкус, запах хлора, испаряется плохо, в сильных концентрациях разъедает кожу и ткани. Основные свойства рассола, в том числе температура его замерзания, зависят от концентрации хлористого кальция в рассоле. Раствор хлористого кальция имеет большую теплоемкость и плотность, не разрушает материала труб, на стенках труб соли не выпадают в осадок.
При замораживании грунтов применяют раствор, имеющий концентрацию 27-300Ве, при которой температура ее замерзания составляет 500С. Концентрацию раствора определяют ареометром, деления на котором показывают градусы Боме. При повышении концентрации выше 300Ве температура замерзания раствора повышается.
Рассол при заливке в испаритель замораживающей станции пропускают через сетку с отверстиями 0,5-1 мм, покрытую сверху тканью.
Рассольную сеть наполняют рассолом только после проведения всех испытаний, при этом во избежание возможных разрывов в сети вследствие сжатия охлаждаемого металла температуру рассола понижают не сразу. Первоначально, в течение суток, рассол пускают в сеть с температурой не более -50С с доведением его до рабочей температуры - 250С в течение последующих 5 суток.
Количество циркулирующего рассола во всех замораживающих колонках должно быть одинаковым, колебания количества рассола, циркулирующего по разным колонкам, допустимы в пределах 5%. Количество рассола, циркулирующего в одной колонке
где V- количество рассола, циркулирующего в сети( подача рассольного насоса), м3/час
n - число работающих замораживающих колонок.
л/час
Необходимое количество рассола рассчитывается по формуле
где К- коэффициент запаса, равный 1,15-1,20
V- объем рассольной сети, м3,
И qc- количество хлористого кальция, требуемое для приготовления 1м3 рассола нужной концентрации 1,240 г/м3
Vp=(Vп+Vт)хNk
Vп- объем рассола в питающей трубе d=0.05 м
Vт- объем рассола в замораживающей колонке d=0,114
м3
кг.
Расход хладогента для первоначального заполнения
где K-коэффициент потерь равный 1,1
qх- расход хладогента в системе, равный 0,025-0,1
Qi - хладопроизводительность компрессора, Вт
ni - число компрессоров
кг
для восстановления
кг.
Расход охлаждающей воды.
При работе замораживающей станции вода расходуется на охлаждение фреона для превращения его из газообразного состояния в жидкое. Количество воды вычисляется по формуле
- разность температур воды, поступающей в конденсатор и выходящей из него = 30С
м3/м
Потребление электроэнергии замораживающей станцией
где T- продолжительность работы электродвигателя 263 суток
N- мощность двигателя 100 кВт
кВТ.
5. Контроль за процессом замораживания
Наблюдения за процессом замораживания пород производится в основном за смыканием замороженных цилиндров между отдельными скважинами и образованием ледопородного цилиндра в целом.
При этом регистрируется
А) температура замороженных пород через контрольно-термические скважины и в забое выработки;
Б) уровни грунтовых вод по гидрогеологическим скважинам;
В) теплотехнические данные замораживающей станции и рассольной сети.
В соответствии с наблюдаемой температурой пород определяется положение нулевой изотермы в замороженном массиве. Распространение нулевой температуры для контрольной скважины, расположенной от кольца замораживающих скважин на расстоянии проектного радиуса замораживания пород, свидетельствует об окончании периода активного замораживания.
Определение полного смыкания кольца замораживающей стены производится по положению уровня воды в гидрогеологической скважине, пробуренной в центре шахты. В начале процесса замораживания уровень воды в гидрогеолгической скважине медленно опускается, а затем через некоторое время начинает подниматься и стабилизируется.
Дополнительную проверку смыкания ледопородного ограждения производят откачкой воды из гидрогеологической скважины. Если после откачки воды, последняя поднимается медленно, то смыкание кольца считалось законченным, если же вода в скважине быстро поднималась до исходного уровня, то в ледопородной стенке имелось «окно», то есть ледопородное ограждение еще не сомкнулось.
6. Выбор технологии проходки ствола и подбор оборудования
6.1 Технология проходки
Весь ствол проходят по совмещенной схемой проходки с использованием тюбинговой крепи.
Совмещенная схема проходки получила наибольшее распространение во всех горнодобывающих районах страны. Работы по выемке породы и возведению постоянной крепи производят непосредственно в призабойном пространстве вслед за подвиганием забоя без применения временной крепи. При применении этой схемы проходки обеспечивается комплексная механизация, высокая экономическая эффективность и безопасность работ. По сравнению с параллельной и параллельно-щитовой схемами улучшаются технология и организация работ, уменьшается число лебедок на поверхности. Временная крепь отсутствует. Последовательность работ заключается в следующем. Уборку породы начинают производят при помощи грейфера из центра забоя и двигаются периферии, промороженную породу разрабатывают отбойными, породу убирают на высоту заходки, которая зависит от номера тюбингов.
Возведение тюбинговой крепи предусматривается в направлении сверху вниз с подвесного проходческого полка.
Погрузка породы осуществляется комплексом КС-3М, Приложение 1. Для проходки ствола используется проходческий копер проходческие копры конструкции ВНИИОМШСа ІІІ с разносом ног 12х7, передвижная подъемная установка т. МПП-6,3 Приложение 2, лебедки типа лпэп-16у.
На поверхности у ствола монтируется полковая лебедка ЛП-25, четыре лебедки типа ЛП-10 для направляющих канатов, две лебедки ЛП5 для подвески кабеля, лебедка ЛПК4/500 для подвески спасательной лестницы, лебедка для подвесного насоса. Вентиляция ствола осуществляется вентилятором ВЦО-1 и ВМ-8М. В стволе монтируется двухэтажный полок, став вентиляционных труб диаметром 700 мм, став сжатого воздуха диаметром 150 мм и став для спуска бетона диаметром 150мм. Освещение ствола производится светильниками РП-100 и люстрой «Свет-600». Сигнализация принята ударная на каждый подъем с дублированием электрической сигнализацией.
Устье ствола проходится по последовательной схеме в подготовительный период.