RU2377413C1 - Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif - Google Patents
Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377413C1 RU2377413C1 RU2008142931/03A RU2008142931A RU2377413C1 RU 2377413 C1 RU2377413 C1 RU 2377413C1 RU 2008142931/03 A RU2008142931/03 A RU 2008142931/03A RU 2008142931 A RU2008142931 A RU 2008142931A RU 2377413 C1 RU2377413 C1 RU 2377413C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- mining
- massif
- anthropogenic
- generating device
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000011161 development Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 9
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 4
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 3
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011006 sodium potassium tartrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, доработке остаточных запасов в пределах горного отвода и др.The invention relates to mining and can be used in underground mining of mineral deposits, the development of residual reserves within the mining allotment, etc.
Известен способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном сжигании угля в пластах (Крейнин Е.В. и др. Подземная газификация угольных пластов. - М.: Недра, 1982, с.110-111), включающий проведение и крепление в недрах горных выработок и осуществление различных техногенных (физических, химических и других) воздействий на массив горных пород, отвод энергоносителя на устройство, генерирующее энергию.A known method of generating electricity during shaftless coal gasification and / or underground burning of coal in the seams (Kreinin E.V. et al. Underground gasification of coal seams. - M .: Nedra, 1982, p.110-111), including conducting and fixing in the bowels mine workings and the implementation of various technogenic (physical, chemical and other) impacts on the rock mass, the removal of energy to a device that generates energy.
Недостатком указанного способа является низкая полнота комплексного извлечения энергоресурсов массива полезного ископаемого, не позволяющая использовать в качестве энергоносителя энергию деформаций массива полезных ископаемых, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями. Кроме того, процесс подземной газификации неуправляемый и может привести к нерациональному использованию недр и снижению экологической безопасности в районе ведения горных работ.The disadvantage of this method is the low completeness of the complex extraction of energy resources of a mineral array, which does not allow the energy of deformations of a mineral array caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses to be used as an energy carrier. In addition, the process of underground gasification is uncontrollable and can lead to irrational use of the subsoil and reduce environmental safety in the mining area.
Наиболее близким техническим решением является способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном сжигании угля (патент RU №2100588, Е21В 43/295, от 1997.12.10), включающий проведение и крепление в недрах горных выработок и осуществление из них различных техногенных воздействий на массив горных пород, отвод энергоносителя на генерирующее энергию устройство. Достоинство указанного способа заключается в том, что повышение эффективности получения электро- и/или тепловой энергии осуществляется путем совместного использования теплосодержания метана и генераторного газа за счет попутной добычи газа из угленосной толщи.The closest technical solution is a method of generating electricity during shaftless coal gasification and / or underground coal burning (patent RU No. 2100588, ЕВВ 43/295, dated 1997.12.10), including carrying out and securing in the bowels of the mine workings and the implementation of various technological effects on them rock mass, energy transfer to an energy-generating device. The advantage of this method lies in the fact that the increase in the efficiency of obtaining electric and / or thermal energy is carried out by sharing the heat content of methane and generator gas due to the associated gas production from the coal-bearing stratum.
Недостатком указанного способа является низкая полнота комплексного извлечения энергоресурсов массива полезных ископаемых, не позволяющая использовать в качестве энергоносителя энергию деформаций пород в горном массиве, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями.The disadvantage of this method is the low completeness of the integrated extraction of energy from an array of minerals, which does not allow the energy of rock deformations in a rock mass caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses to be used as an energy carrier.
Единый технический результат изобретения - повышение полноты комплексного извлечения энергоресурсов полезных ископаемых за счет использования в качестве энергоносителя энергии деформаций пород в горном массиве, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными механическими напряжениями.The single technical result of the invention is to increase the completeness of the integrated extraction of energy resources of minerals due to the use of energy of rock deformations in the rock mass as an energy carrier, caused by gravitational-tectonic and technogenic mechanical stresses.
Указанный единый технический результат достигается тем, что в известном способе получения электроэнергии при подземной разработке массива полезных ископаемых, включающем проведение и крепление в недрах горных выработок и осуществление из них различных техногенных воздействий на массив горных пород, отвод энергоносителя на генерирующее энергию устройство, в качестве энергоносителя используют энергию деформаций массива горных пород, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями, а техногенные воздействия осуществляют динамическими нагрузками, при этом генерирующее энергию устройство располагают в горной выработке отрабатываемого массива, причем рабочие поверхности генерирующего энергию устройства ориентируют перпендикулярно максимальным сжимающим напряжениям.The indicated unified technical result is achieved by the fact that in the known method of generating electricity during underground mining of an array of minerals, including conducting and securing in the bowels of the mine workings and performing various technogenic impacts on the rock mass from them, diverting the energy source to the energy-generating device as an energy carrier use the energy of deformations of the rock mass caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses, and the technogenic impacts are carried out stvlyayut dynamic loads, with the energy generating device is positioned in mines executed by the array, wherein the working surfaces of the energy generating devices is oriented perpendicularly to the maximum compressive stresses.
Использование в качестве энергоносителя энергии деформаций массива полезных ископаемых, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями, вызвано тем, что в определенных горно-геологических условиях массив полезных ископаемых находится под большим давлением и обладает значительной потенциальной энергией упругого сжатия, обусловливаемой наличием в массиве высоких гравитационно-тектонических, техногенных напряжений, а также наличием давления газа (Квапил Р. Новые взгляды в теорию горного давления и горных ударов. - М.: Углетехиздат, с.9-13; Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. - М.: Недра, 1984, с.114-123; Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. - М.: КДУ, 2005, с.517-523). В этих работах сформулированы научные основы формирования геотектонических полей напряжений и возможности их использования при проведении технологических операций для добычи полезного ископаемого. Однако использование энергии деформаций массива полезных ископаемых, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями, для получения электрической и других видов энергии не рассматривается.The use of energy of deformations of a mineral mass array as an energy carrier caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses is due to the fact that under certain mining and geological conditions, the mineral mass array is under high pressure and has significant potential elastic compression energy due to the presence of high gravitational tectonic, technogenic stresses, as well as the presence of gas pressure (Kvapil R. New views on the theory of rock pressure and rock blows. - M .: Ugletekhizdat, pp. 9-13; Petukhov I.M., Egorov P.V., Vinokur B.Sh. Prevention of mountain impacts in mines. - M .: Nedra, 1984, p.114-123; Khain V .E., Lomize M.G. Geotectonics with the basics of geodynamics. - M .: KDU, 2005, p. 517-523). In these works, the scientific foundations of the formation of geotectonic stress fields and the possibilities of their use in carrying out technological operations for mining are formulated. However, the use of the energy of deformations of an array of minerals caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses to obtain electrical and other types of energy is not considered.
Осуществление техногенных воздействий на элементы массива динамическими нагрузками обусловлено проведением вскрывающих, подготовительных и технологических выработок, которые нарушают его равновесное состояние. В районах с высокой естественной сейсмической активностью массива горных пород техногенные воздействия могут быть обусловлены лишь проведением указанных горных выработок, т.к. при перераспределении исходного поля гравитационно-тектонических напряжений массив будет подвержен постоянным высоким динамическим нагрузкам на протяжении всего срока отработки месторождения. Указанные импульсные воздействия на массив знакопеременных деформаций горных пород возникают при землетрясениях, горных ударах, толчках и др. с сейсмической энергией до 109 Дж, чем характеризуются геомеханические условия разработки месторождений в сейсмоактивных зонах (Курленя М.В., Еременко А.А., Шрепп Б.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. - Новосибирск: Наука, 2001, - с.18-26).The implementation of man-made impacts on the elements of the array by dynamic loads is due to the opening, preparatory and technological workings that violate its equilibrium state. In areas with high natural seismic activity of the rock mass, technogenic impacts can be caused only by the indicated mine workings, because upon redistribution of the initial field of gravitational-tectonic stresses, the massif will be subject to constant high dynamic loads throughout the life of the field. The indicated pulsed effects on an array of alternating rock deformations occur during earthquakes, rock shocks, shocks, etc. with seismic energies of up to 10 9 J, which characterizes the geomechanical conditions of field development in seismically active zones (Kurlenya M.V., Eremenko A.A., Shrepp B.V. Geomechanical problems of the development of iron ore deposits in Siberia. - Novosibirsk: Nauka, 2001, - p. 18-26).
Использование предлагаемого технического решения в комплексе с технологическими, противоударными и др. с мероприятиями позволит повысить его эффективность.Using the proposed technical solution in combination with technological, shockproof, etc. with measures will improve its effectiveness.
Осуществление техногенных воздействий на элементы массива динамическими нагрузками обусловлено и тем, что массив горных пород, включающий залежи полезных ископаемых, обладает собственной частотой колебаний. При осуществлении техногенного воздействия на горный массив, например при осуществлении региональной разгрузки удароопасного массива, режим динамических (импульсных) нагрузок выбирают таким, при котором разгрузка массива и воздействие энергоносителя на генерирующее электроэнергию устройство было бы максимальным. Например, при аккумуляции механической энергии внешнего воздействия на упругую систему энергоносителя и при совпадении их собственных частот возможен резонансный эффект, который выражается в виде значительного возрастания амплитуд колебания упругой системы энергоносителя при сравнительно небольшой возмущающей силе внешнего воздействия. В качестве источника внешних воздействий используют, например, шахтный вибратор ВШГ - 1 (Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. - М.: Недра, 1984, с.121).The implementation of anthropogenic impacts on the elements of the array by dynamic loads is also due to the fact that the rock mass, including mineral deposits, has its own oscillation frequency. When performing anthropogenic impact on a mountain massif, for example, when regionally unloading a shock-hazardous massif is carried out, the dynamic (pulsed) load mode is chosen such that the mass unloading and the impact of the energy carrier on the device generating electricity would be maximum. For example, with the accumulation of mechanical energy of external influence on the elastic energy carrier system and with the coincidence of their natural frequencies, a resonant effect is possible, which is expressed as a significant increase in the amplitudes of the oscillations of the elastic energy carrier system with a relatively small disturbing force of the external influence. As a source of external influences, for example, a mine vibrator VSHG-1 is used (I. Petukhov, P. Egorov, B. Sh. Vinokur. Prevention of mountain impacts in mines. - M .: Nedra, 1984, p. 121) .
Аналогичные техногенные воздействия на массив получают при работе вибрационных доставочно-погрузочных установок (ВДПУ, ВВДР и др.), при взрывных работах, ультразвуковых, электромагнитных воздействиях и др. Преобразование знакопеременных деформаций горных пород при взрывном импульсе пьезоэлектрическими датчиками в электрический импульс применяется во взрывном деле при лабораторных исследованиях параметров взрывных волн напряжений (Латышев О.Г. Разрушение горных пород. - М.: Теплотехник, 2007, - с.327; Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. - М.: Госгортехиздат, - 1962, с.72), что указывает на работоспособность предлагаемого технического решения.Similar man-made impacts on the massif are obtained during the operation of vibrational loading and loading installations (VDPU, VVDR, etc.), during blasting operations, ultrasonic, electromagnetic influences, etc. Transformation of alternating deformations of rocks during an explosive pulse by piezoelectric sensors into an electric pulse is used in explosive business during laboratory studies of parameters of explosive stress waves (Latyshev O.G. Destruction of rocks. - M.: Teplotehnik, 2007, - p.327; Hanukaev A.N. Energy of stress waves pr breaking rock explosion -. M .: Gosgortekhizdat, - 1962, p.72), which indicates the performance of the proposed technical solutions.
При динамическом циклическом знакопеременном воздействии горного массива на генерирующее электроэнергию устройство, например на пьезоэлектрический преобразователь (см., например, патенты RU 2154888 С2, 20.08.2000; RU 1119564 Al, 20.03.1997; RU 1533612 A2, 27.05.2002; RU 2313891 С2, 27.12.2007; Шарапов В.М. Пьезоэлектрические датчики. - М.: Техносфера, - 2006, - 628 с.) при некотором техническом усовершенствовании этих устройств позволит получить электроэнергию из альтернативного источника.With the dynamic cyclic alternating effect of the rock mass on an electric power generating device, for example a piezoelectric transducer (see, for example, patents RU 2154888 C2, 08.20.2000; RU 1119564 Al, 03.20.1997; RU 1533612 A2, 05.27.2002; RU 2313891 C2 , December 27, 2007; Sharapov VM, Piezoelectric sensors. - M.: Tekhnosfera, - 2006, - 628 s.) With some technical improvement of these devices, it will allow to obtain electricity from an alternative source.
Расположение генерирующего энергию устройства в горной выработке отрабатываемой залежи обусловливается наличием в ней энергоносителя - энергии знакопеременных деформаций горного массива, вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями, а также изменением давления мигрирующих флюидов. Оптимальные места расположения генерирующих устройств в горных выработках обусловливаются их технологичностью, значениями энергетических показателей энергоносителя в данном районе и безопасностью ведения работ по установке генерирующего устройства. С целью максимального воздействия энергоносителя на генерирующее энергию устройство в предлагаемом способе рабочие поверхности генерирующего устройства ориентируют перпендикулярно максимальным сжимающим напряжениям. Ориентацию действия максимальных сжимающих напряжений определяют заранее известными способами (Латышев О.Г. Разрушение горных пород. - М.: Теплотехник, 2007, - с.312).The location of the energy-generating device in the mining of the developed deposit is determined by the presence of energy carrier in it - the energy of alternating deformations of the rock mass caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses, as well as changes in the pressure of migrating fluids. The optimal locations of generating devices in mine workings are determined by their manufacturability, energy values of the energy carrier in the area and the safety of the installation of the generating device. In order to maximize the impact of the energy carrier on the energy-generating device in the proposed method, the working surfaces of the generating device are oriented perpendicular to the maximum compressive stresses. The orientation of the action of maximum compressive stresses is determined in advance by well-known methods (Latyshev OG Destruction of rocks. - M .: Teplotehnik, 2007, - p. 312).
В качестве генерирующего электроэнергию устройства можно использовать, например, пьезоэлектрические преобразователи, выполненные, по крайней мере из одной пьезопластины с электродами на двух противоположных поверхностях. В качестве пьезоэлементов используют кристаллы кварца, керамику титаната бария, титаната свинца, их сочетание и др. Устройство устанавливают в заранее определенное место в горной выработке (скважине) и создают жесткий контакт устройства со стенками выработки, например, закрепив цементным раствором. С целью снижения потерь волновой энергии на границе сред компоненты цементного раствора выбирают такими, чтобы акустический импеданс затвердевшего раствора был близким к акустическому импедансу вмещающих горных пород. С целью увеличения объемов получения электрической энергии генерирующее устройство компонуют, например, из протяженных и многоуровневых (многослойных) модулей пьезоэлектрических преобразователей.As an electric power generating device, for example, piezoelectric transducers made of at least one piezoelectric plate with electrodes on two opposite surfaces can be used. Quartz crystals, ceramics of barium titanate, lead titanate, their combination, etc. are used as piezoelectric elements. The device is installed in a predetermined place in a mine working (well) and a device is firmly contacted with the working walls, for example, cemented with cement. In order to reduce the loss of wave energy at the boundary of the media, the components of the cement mortar are chosen so that the acoustic impedance of the hardened mortar is close to the acoustic impedance of the host rocks. In order to increase the volume of electric energy production, the generating device is assembled, for example, from extended and multilevel (multilayer) modules of piezoelectric transducers.
Данный способ позволит, кроме электроэнергии, получать тепловую и пневмоэнергию при применении в качестве генерирующего устройства, например установки с жидким или газообразным рабочим телом, нагревающимся под действием адиабатического сжатия при воздействии на поршень природных и техногенных деформаций пород.This method will allow, in addition to electricity, to receive thermal and pneumatic energy when used as a generating device, for example, installations with a liquid or gaseous working fluid, heated under the influence of adiabatic compression when exposed to natural and man-made rock deformations on the piston.
Предлагаемый способ получения электрической и других видов энергии при подземной разработке массива полезных ископаемых с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение результата, заключающегося в повышении полноты комплексного извлечения энергоресурсов горного массива за счет использования в качестве энергоносителя энергии вызванных гравитационно-тектоническими и техногенными напряжениями деформаций вмещающих залежь пород. Указанные признаки изобретения являются существенными, т.е. влияющими непосредственно на результат, который может быть получен при осуществлении изобретения.The proposed method for producing electric and other types of energy during underground mining of a mineral array with the specified set of features ensures the achievement of a result that increases the completeness of the integrated extraction of energy resources of the rock mass due to the use of energy caused by gravitational-tectonic and technogenic stresses of deformations enclosing the deposit of rocks. These features of the invention are essential, i.e. directly affecting the result that can be obtained by carrying out the invention.
Испытание способа проводилось в лаборатории геомеханики Сибирского государственного индустриального университета, г.Новокузнецк.The test of the method was carried out in the laboratory of geomechanics of the Siberian State Industrial University, Novokuznetsk.
Пример осуществления предлагаемого способа получения электрической и других видов энергии при подземной разработке полезных ископаемых представляет собой частный случай при добыче газоносных каменных углей подземным способом в комплексе с предварительной разгрузкой и дегазацией массива.An example of the implementation of the proposed method for producing electric and other types of energy during underground mining is a special case of the extraction of gas-bearing coals by the underground method in combination with preliminary unloading and degassing of the massif.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез, на котором в качестве примера представлена схема горных выработок, подготовленного к выемке участка угольного месторождения, и места расположения устройства создания механических техногенных воздействий, для региональной разгрузки и дегазации массива, а также генерирующего электроэнергию устройства. На фиг.2 изображена схема генерирования электроэнергии пьезоэлектрическим генератором при импульсном воздействии на него горного давления.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a sectional view, which shows, as an example, a diagram of a mine working prepared for excavation of a coal deposit site and the location of a device for creating mechanical anthropogenic impacts for regional unloading and degassing of the massif, as well as generating electricity device. Figure 2 shows a diagram of the generation of electricity by a piezoelectric generator when pulsed exposure to rock pressure.
Способ осуществляется следующим образом. В массиве полезного ископаемого 1 проходят и крепят вскрывающие 2 и технологические выработки 3, например дегазационные скважины. Оптимальное месторасположение источника внешних технологических воздействий 4 для разгрузки и дегазации угольного массива, например шахтного вибратора ВШГ - 1, в горных выработках обусловливается технологичностью, значениями энергетических показателей энергоносителя в данном районе и безопасностью ведения работ по его установке и эксплуатации, например, в технологической нише 5. Генерирующее энергию устройство 6, например, пьезоэлектрический генератор, устанавливают также в технологической нише 5, где динамическое воздействие упругих волн, создаваемых шахтным вибратором ВШГ - 1, максимальное.The method is as follows. In the array of
С целью максимального воздействия энергоносителя на генерирующее энергию устройство 6, в предлагаемом способе рабочие поверхности генерирующего устройства ориентируют перпендикулярно максимальным сжимающим напряжениямIn order to maximize the impact of the energy carrier on the
σмах. Ориентацию действия максимальных сжимающих напряжений определяют заранее известными способами (Латышев О.Г. Разрушение горных пород. - М.: Теплотехник, 2007, - с.312). В качестве примера на фиг.1, 2 изображено вертикальное действие максимальных сжимающих напряжений σмах, вектор действия которых направлен вертикально. После определения направления действия σмах генератор устанавливают с ориентацией рабочих поверхностей пьезопластин горизонтально, т.е. перпендикулярно действию σмах, и создают жесткий контакт устройства со стенками выработки, например, закрепив цементным раствором. При этом с целью снижения потерь волновой энергии на границе сред компоненты цементного раствора выбирают такими, чтобы акустический импеданс затвердевшего раствора был близким к акустическому импедансу вмещающих залежь горных пород. С целью увеличения объемов получения электрической энергии генерирующее устройство компонуют, например, из протяженных и многоуровневых модулей пьезоэлектрических преобразователей. После установки оборудования 4, 6 начинают работы по разгрузке и дегазации угольного массива. При работе шахтного вибратора ВШГ - 1 массив полезного ископаемого подвергается вибрационному воздействию, под действием которого происходит более эффективно процесс разгрузки и дегазации массива по скважинам 3 (см. патент RU 2015341 B21F 5/00. Способ дегазации угольных пластов и породных массивов).σ max . The orientation of the action of maximum compressive stresses is determined in advance by well-known methods (Latyshev OG Destruction of rocks. - M .: Teplotehnik, 2007, - p. 312). As an example, figure 1, 2 shows the vertical action of the maximum compressive stresses σ max , the action vector of which is directed vertically. After determining the direction of action σ max, the generator is installed with the orientation of the working surfaces of the piezo-plates horizontally, i.e. perpendicular to the action of σ max , and create a hard contact of the device with the walls of the mine, for example, fixing cement mortar. At the same time, in order to reduce the wave energy losses at the media boundary, the components of the cement mortar are chosen so that the acoustic impedance of the hardened mortar is close to the acoustic impedance of the host rocks. In order to increase the volume of electric energy production, the generating device is assembled, for example, from extended and multi-level modules of piezoelectric transducers. After the installation of
На заданной глубине у кровли технологической ниши 5 будет действовать давление, определяемое по известной формуле Р=γHk, где γ - объемный вес пород слагающей толщи, например, для углепородного массива 2500 кг/м3; Н - глубина, 100 м; k - коэффициент концентрации вертикальных напряжений, при Н=100 м, k=2. Откуда давление Р для указанных величин составит 500000 кг/м2 = 5 МПа.At a given depth near the roof of the
При технологическом воздействии шахтного вибратора ВШГ - 1 на массив горных пород в диапазоне частот 1-48 Гц и максимальным давлением до 18,5 МПа пьезоэлектрический генератор способен воспринимать эти воздействия, т.к. пьезоэлементы способны воспринимать колебания давления от десятков Гц до десятков МГц. За счет этого возникает деформация кристаллов пьезоэлементов, и на поверхностях пьезопластин возникают разнополюсные заряды «+» и «-» 7, которые стекают по электродам 8 (токосъемные слои) в различного рода накопительные устройства, например конденсаторы и др. В дальнейшем полученную электроэнергию используют, например, для снабжения работающих в шахте механизмов, освещения и др., создавая замкнутый энергетический цикл. Величина заряда, возникающего при пьезоэлектрическом эффекте, определяется соотношением q=dII P, где dII -постоянный для данного кристалла коэффициент, называемый пьезоэлектрическим модулем, К/Н; Р - величина силы, вызвавшей деформацию кристалла, Н. Для сегнетовой соли dII=2,1 K/H (см. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, - 1976, с.122-124). В данном примере при величине силы Р=5000000 Н величина электрического заряда при пьезоэффекте на кристалле составит q=10500000 К. Разность потенциала, возникающего в пьезоэлектрике при деформации, достигнет нескольких тысяч Вольт (см. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. - М.: Техносфера, - 2006, с.119-125). При использовании генерирующего устройства, например, из протяженных и многоуровневых (многослойных) модулей пьезоэлектрических преобразователей значение разности потенциала на электродах составит длительное (по времени) суммарное значение, которое возможно аккумулировать в накопительных устройствах, с последующим использованием, что характеризует предлагаемый способ как эффективный.With the technological impact of the mine vibrator VSHG-1 on the rock mass in the frequency range 1-48 Hz and a maximum pressure of 18.5 MPa, the piezoelectric generator is able to perceive these effects, because piezoelectric elements are capable of perceiving pressure fluctuations from tens of Hz to tens of MHz. Due to this, a deformation of the crystals of the piezoelectric elements occurs, and on the surfaces of the piezoelectric plates different-polar charges “+” and “-” 7 arise, which flow down the electrodes 8 (current-collecting layers) into various storage devices, for example, capacitors, etc. for example, to supply the mechanisms operating in the mine, lighting, etc., creating a closed energy cycle. The magnitude of the charge arising from the piezoelectric effect is determined by the relation q = d II P, where d II is a constant constant for a given crystal, called the piezoelectric module, K / N; P is the magnitude of the force that caused the deformation of the crystal, N. For Rochelle salt d II = 2.1 K / H (see Koshkin NI, Shirkevich MG, Handbook of Elementary Physics. - M .: Nauka, - 1976 , p. 122-124). In this example, when the magnitude of the force is P = 5,000,000 N, the magnitude of the electric charge with the piezoelectric effect on the crystal is q = 10,500,000 K. The potential difference arising in the piezoelectric during deformation will reach several thousand volts (see Warden K. New intellectual materials and designs. Properties and application. - M .: Technosphere, - 2006, p.119-125). When using a generating device, for example, from extended and multilevel (multilayer) modules of piezoelectric transducers, the potential difference value on the electrodes will be a long (time) total value that can be accumulated in storage devices, with subsequent use, which characterizes the proposed method as effective.
Осуществление предлагаемого способа получения электрической и других видов энергии при подземной разработке массива полезных ископаемых позволит повысить полноту комплексного извлечения энергоресурсов горного массива, включающего залежь. Наряду с добычей твердого полезного ископаемого и содержащегося в нем газа способ позволит получить электрическую или другую энергию, а также создать условия безопасной выемки угольного массива за счет его разгрузки и дегазации.Implementation of the proposed method for producing electrical and other types of energy during the underground mining of an array of minerals will increase the completeness of the integrated extraction of energy resources of a mountain range, including a deposit. Along with the extraction of solid minerals and the gas contained therein, the method will make it possible to obtain electric or other energy, as well as create conditions for the safe extraction of the coal mass due to its unloading and degassing.
Осуществление предлагаемого технического решения в условиях разработки месторождений в сейсмоактивных зонах позволит генерирующему устройству 6 генерировать электрическую энергию без применения источника механических техногенных воздействий 4. Динамические нагрузки на массив будут осуществляться после техногенного воздействия на массив - проведения горных выработок, за счет чего произойдет нарушение первоначального равновесного напряженного состояния данного участка литосферы. Энергетика и частота общего фона сейсмических, динамических и технологических (ведение взрывных работ) событий (Курленя М.В., Еременко А.А., Шрепп Б.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. - Новосибирск: Наука, 2001, - с.18-26) соответствует условиям для получения электроэнергии, например, пьезоэлектрическими генераторами.Implementation of the proposed technical solution in the conditions of development of deposits in seismically active zones will allow the
Предлагаемое техническое решение в некоторых условиях (в районах тектонических разломов и других сейсмоактивных зонах) имеет перспективу для строительства подземных энергостанций, работающих на вышеуказанных принципах.The proposed technical solution in some conditions (in the areas of tectonic faults and other seismically active zones) has the prospect of building underground power plants operating on the above principles.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142931/03A RU2377413C1 (en) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142931/03A RU2377413C1 (en) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2377413C1 true RU2377413C1 (en) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008142931/03A RU2377413C1 (en) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377413C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3976898A (en) * | 1975-03-20 | 1976-08-24 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Prestressed glass, aezoelectric electrical power source |
| RU2100588C1 (en) * | 1995-10-31 | 1997-12-27 | Васючков Юрий Федорович | Method of electric energy generation in shaftless underground coal gasification and/or underground coal burning |
| RU2124822C1 (en) * | 1997-06-25 | 1999-01-10 | Бессонов Василий Константинович | Method for producing electrical energy from natural power source using graphite-containing rock as fuel element |
| RU2126891C1 (en) * | 1996-04-19 | 1999-02-27 | Васючков Юрий Федорович | Method of production of electric power on the basis of borehole methane suction and coal gasification |
| RU2313891C2 (en) * | 2005-11-09 | 2007-12-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии-Агентство | Explosive piezo-generator |
| RU2007108276A (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-10 | Дорошенко Дмитрий Николаевич (RU) | METHOD AND DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY GENERATION BY PIEZOELEMENTS IN AN AUTONOMOUS SELF-REGULATED MAGNETOMECHANICAL SYSTEM |
-
2008
- 2008-10-29 RU RU2008142931/03A patent/RU2377413C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3976898A (en) * | 1975-03-20 | 1976-08-24 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Prestressed glass, aezoelectric electrical power source |
| RU2100588C1 (en) * | 1995-10-31 | 1997-12-27 | Васючков Юрий Федорович | Method of electric energy generation in shaftless underground coal gasification and/or underground coal burning |
| RU2126891C1 (en) * | 1996-04-19 | 1999-02-27 | Васючков Юрий Федорович | Method of production of electric power on the basis of borehole methane suction and coal gasification |
| RU2124822C1 (en) * | 1997-06-25 | 1999-01-10 | Бессонов Василий Константинович | Method for producing electrical energy from natural power source using graphite-containing rock as fuel element |
| RU2313891C2 (en) * | 2005-11-09 | 2007-12-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии-Агентство | Explosive piezo-generator |
| RU2007108276A (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-10 | Дорошенко Дмитрий Николаевич (RU) | METHOD AND DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY GENERATION BY PIEZOELEMENTS IN AN AUTONOMOUS SELF-REGULATED MAGNETOMECHANICAL SYSTEM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Roy et al. | Blast design and vibration control at an underground metal mine for the safety of surface structures | |
| Sharpe | The production of elastic waves by explosion pressures. I. Theory and empirical field observations | |
| Yilmaz et al. | An application of the modified Holmberg–Persson approach for tunnel blasting design | |
| Zang et al. | Keynote: fatigue hydraulic fracturing | |
| Lu et al. | Experimental and numerical investigation of the effect of blast-generated free surfaces on blasting vibration | |
| Oparin et al. | Nonlinear deformation-wave processes in the vibrational oil geotechnologies | |
| Lyashenko et al. | Enhancement of confined blasting of ore | |
| Singh et al. | Reducing environmental hazards of blasting using electronic detonators in a large opencast coal project-a case study | |
| Sdvyzhkova et al. | Studying a crack initiation in terms of elastic oscillations in stress strain rock mass | |
| RU2377413C1 (en) | Method for generation of electric and other types of energies for underground development of mineral resources massif | |
| CN108592724A (en) | A kind of short interval detonation blasting method of the detonator reducing ground blasting vibration | |
| Zhao et al. | An Energy‐Based Safety Evaluation Index of Blast Vibration | |
| Lyashenko et al. | Justification of drill and blast pattern designs for ore treatment before in-situ leaching | |
| Brantson et al. | A comprehensive review of traditional, modern and advanced presplit drilling and blasting in the mining and construction industries | |
| Salvi et al. | Evaluation And Assessment Of Blast Induced Ground Vibration And Flyrock In Iron Ore Mine | |
| Emanov et al. | Seismic impact of industrial blasts in Western Siberia and induced seismicity | |
| CN204631261U (en) | Seismic-while-drilling bit seismic focus side wall geological structure detection system | |
| RU2123662C1 (en) | Method of destruction of ice cover | |
| CN102096095B (en) | A rock wall attachment backing plate for seismic exploration or vibration test source | |
| Ryl’nikova et al. | Utilization of elastic energy of rock mass as a source of renewable energy | |
| Skazka et al. | Near-field range of the direct-impact seismic source | |
| Kadiri et al. | Experimental and statistical analysis of blast-induced ground vibrations (BIGV) prediction in Senegal's quarry | |
| Lugovoi et al. | The research of remote earthquakes impact on the intensity of geomechanical processes in burst-hazardous rock massif | |
| Bulushi et al. | Prediction and control of ground vibrations due to blasting activities in aggregate mines | |
| RU22801U1 (en) | SYSTEM FOR VIBROSEISMIC INFLUENCE ON A HYDROCARBON DEPOSIT |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101030 |