Исследователи факультета инженерии земельных ресурсов Куньминского университета науки и технологий разработали инновационную систему охлаждения для глубоких угольных шахт, где сильные тепловые нагрузки представляют угрозу для здоровья рабочих и снижают производительность труда. По мере увеличения глубины добычи температура в горных выработках возрастает, а традиционные способы охлаждения оказываются малоэффективными: охлажденный воздух быстро уносится основным вентиляционным потоком и не успевает охладить рабочие зоны.

Предложенное китайскими учеными решение основано на создании так называемой микроклиматической зоны — области с устойчивым замкнутым потоком холодного воздуха, сконцентрированного непосредственно в месте ведения работ. В основе технологии лежит модульная конвекционно-радиационная система, включающая медные трубы с хладагентом, охлаждающие панели, два вентилятора и направляющие щиты. Такая конструкция формирует управляемый воздушный поток, который удерживает охлажденный воздух в нужной зоне и препятствует его утечке в основной вентиляционный канал. Система работает по принципу локальной циркуляции: теплый воздух из шахты втягивается вентиляторами, охлаждается на поверхности панели и направляется обратно в рабочую зону. Благодаря замкнутой циркуляции температура снижается именно там, где это необходимо, без лишних энергозатрат.

Численное моделирование, проведенное исследователями с помощью ANSYS Fluent, позволило определить оптимальные параметры работы системы: скорость движения хладагента — 0,2 м/с, скорость входящего воздуха — 0,45 м/с, высота выпускного отверстия — 70 мм. Эти значения обеспечили эффективное охлаждение при минимальном потреблении энергии.

Полевые испытания на глубине более 1400 метров показали, что новая технология повышает мощность охлаждения почти на 20%, а потери холода на расстоянии 7 метров составляют лишь 3 % — по сравнению с 19 % у традиционной схемы. Кроме того, при размещении модулей с двух сторон выработки охлаждение охватывает всю зону работы, то есть на 100 % площади соблюдаются безопасные параметры температуры и влажности, соответствующие международному индексу теплового комфорта WBGT.

Система соответствует требованиям промышленной безопасности и не нарушает работу шахтной вентиляции, занимая не более 20 % сечения выработки. При обнаружении превышения допустимых концентраций пыли или газа она автоматически отключается и активирует усиленную вытяжку. Вся система реагирует в течение 5 секунд благодаря датчикам и программируемому контроллеру.