Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej

Wentylacja

kopalń

Wykład 12

Obliczanie rozpływu powietrza

Obliczanie rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Rodzaje rozpływów

Podziemne wyrobiska górnicze, zgodnie z przepisami górniczymi,

należy przewietrzać przepływającymi przez nie prądami powietrza

Dlatego też do każdej kopalni doprowadza się określoną ilość

powietrza niezbędną do zapewnienia bezpieczeństwa i higieny

pracy w jej podziemiach

W aerologii górniczej rozróżnia się

naturalną

i

mechaniczną

wentylację kopalni

Wentylacja naturalna w kopalni

występuje wówczas, gdy przepływ

powietrza w wyrobiskach odbywa się pod wpływem działania

czynników naturalnych, takich jak temperatura powietrza, zmiana

składu chemicznego powietrza kopalnianego itp.

Jeśli do przewietrzania kopalni stosuje się wentylatory, to mówi się

o

przewietrzaniu mechanicznym lub sztucznym

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Rodzaje rozpływów

Przez

swobodny rozpływ powietrza

w kopalni rozumie się rozpływ, jaki

występuje w sieci wentylacyjnej przy czynnych lub unieruchomionych

wentylatorach głównych bez stosowania specjalnych urządzeń

wentylacyjnych ułatwiających (wentylatory pomocnicze) bądź

utrudniających (tamy dławiące) przepływ powietrza w wyrobiskach

górniczych

Jeśli dla uzyskania a priori określonej intensywności przewietrzania

wyrobisk górniczych stosuje się wymienione urządzenia wentylacyjne, to

rozpływ powietrza w kopalni nazywa

się rozpływem wymuszonym

Podstawowymi problemami teorii kopalnianej sieci wentylacyjnej są

zagadnienia wyznaczania swobodnego i wymuszonego rozpływu

powietrza w kopalni

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Rodzaje rozpływów

Wyznaczenie swobodnego rozpływu powietrza

w kopalnianej sieci

wentylacyjnej polega na określeniu:

 kierunków i strumieni objętości powietrza w bocznicach sieci,

 parametrów punktów pracy wentylatorów,

jeśli a priori znane są:

 schematy przewietrzania kopalni,

 opory bocznic sieci,

 charakterystyki wentylatorów,

przy czym dla aktywnych sieci wentylacyjnych dodatkowo konieczna

jest znajomość

pola temperatury

powietrza kopalnianego.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Rodzaje rozpływów

Wyznaczenie rozpływu wymuszonego powietrza w kopalnianej sieci

wentylacyjnej sprowadza się do:

 określenia całkowitych spiętrzeń wentylatorów głównych i

pomocniczych,

 dyssypacji energii w tamach dławiących i oporów tych tam,

jeśli znane są:

 schematy przewietrzania kopalni,

 rozpływ powietrza kopalnianego, tj. kierunki i strumienie

objętości powietrza w bocznicach sieci,

 opory tych bocznic

oraz w przypadku aktywnej sieci wentylacyjnej dodatkowo

rozkład

(pole) temperatury powietrza kopalnianego

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Znajomość swobodnego rozpływu powietrza jest szczególnie ważna w

awaryjnych stanach sieci wentylacyjnych

spowodowanych

pożarami

podziemnymi

,

zawałami wyrobisk górniczych

,

wyrzutami gazów i

skał,

zatrzymaniem wentylatorów głównych lub pomocniczych

itp.

Wyznaczanie swobodnego rozpływu powietrza w

normalnych

złożonych bądź prostych przekątnych sieciach wentylacyjnych

w

zasadzie nie nastręcza trudności, przy czym

możliwe jest uzyskanie

rozwiązań ścisłych

W przypadku

złożonych przekątnych sieci wentylacyjnych

, swobodny

rozpływ

powietrza

znajdywany

jest

wyłącznie

metodami

przybliżonymi

Obecnie istnieje wiele przybliżonych sposobów (metod) wyznaczania

swobodnego rozpływu powietrza w kopalnianych sieciach

wentylacyjnych (np.

metoda Crossa

,

metoda Newtona)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Dla zapewnienia

skutecznego zwalczania zagrożenia metanowego lub

klimatycznego oraz wymaganej przepisami bhp intensywności

przewietrzania wyrobisk górniczych

na ogół konieczne jest stosowanie

wymuszonych rozpływów powietrza w kopalnianych sieciach

wentylacyjnych

Rozpływ ten jest związany z utrzymywaniem na dole kopalni urządzeń

wentylacyjnych, takich jak tamy oddzielające i dławiące, mosty

wentylacyjne, wentylatory pomocnicze itp.

Głównym celem tych urządzeń jest kierowanie odpowiednio ilości powietrza

do miejsc pracy załogi dołowej.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Metody wyznaczania rozpływu powietrza

Sposób wyznaczania (obliczania) rozpływu powietrza w sieciach wentylacyj-

nych jest ściśle związany

ze stopniem złożoności sieci wentylacyjnej

.

Dla sieci

pasywnych normalnych prostych lub złożonych

, w których jedynym

źródłem energii wywołującym przepływ powietrza jest np. wentylator główny,

rozpływ powietrza w sieci

można wyznaczyć w sposób ścisły

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Stosuje się w tym celu najczęściej

prawa dla szeregowego i

równoległego łączenia bocznic

i w efekcie uzyskuje

opór wypadkowy

sieci wentylacyjnej

Znając

opór wypadkowy sieci wentylacyjnej

i

równanie

charakterystyki wentylatora

można wyznaczyć analitycznie lub

graficznie ilość powietrza przepływającego przez sieć, a następnie

postępując odwrotnie niż przy wyznaczaniu oporu wypadkowego

sieci znajduje się

rozpływ powietrza w całej sieci wentylacyjnej

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

W sposób ścisły rozpływ powietrza można ponadto wyznaczyć w prostych

pasywnych sieciach przekątnych pokazanych na rysunku

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

We wszystkich innych przypadkach rozpływ powietrza

wyznacza się w

sposób przybliżony

Wynika to z faktu, że zagadnienie obliczania rozpływu

powietrza w sieci wentylacyjnej sprowadza się do rozwiązania

układu równań

liniowych (węzłowych)

i

nieliniowych

(oczkowych),

przy czym

ilość równań w tym układzie jest

równa ilości bocznic w sieci wentylacyjnej

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Dla sieci wentylacyjnej przedstawionej na rysunku tok postępowania przy

konstrukcji układu równań może być następujący:

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

1)

Określa się liczbę równań oczkowych

W tym celu dla sieci wentylacyjnej określa się liczbę oczek niezależnych

(równań oczkowych) z zależności:

- dla sieci zamkniętych

N

z

= B – W

+1

(6.6a)

- dla sieci otwartych

N

o

= B – W

+ il

wl

+ il

wyl

(6.6b)

gdzie:

B - liczba bocznic,

W

– liczba węzłów,

il

wl

– liczba wlotów do sieci otwartej,

il

wyl –

liczba wylotów z sieci otwartej.

Ponieważ przedstawiona sieć jest otwarta, to z zależności 6.6b wyznaczono:

o

N

= 8-7+1+2 = 4

Wobec tego równań oczkowych powinno być 4.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

2 )

N a l e ż y w y z n a c z y ć b o c z n i c e a n t y d r z e w a i w o p a r c i u o n i e u ł o ż y ć r ó w n a n i a

o c z k o w e

B o c z n i c a n t r y d r z e w a p o w i n n o b y ć 4 .

W y z n a c z o n o , ż e b o c z n i c a m i a n t y d r z e w a s ą b o c z n i c e 2 , 4 , 5 i 6 .

O t r z y m a n o d l a n i c h o c z k a z e w n ę t r z n e :

I

1 , 2 , 8

I I

1 , 3 , 6 , 8

I I I

1 , 3 , 5 , 7

I V

1 , 4 , 7

U t w o r z o n o , z g o d n i e z p r a w e m d l a o c z e k s i e c i w e n t y l a c y j n e j , n a s t ę p u j ą c e r ó w n a n i a

o c z k o w e

R ó w n a n i a o c z k o w e

- d l a o c z k a I

8

2

8

8

2

2

2

2

1

1

t

l

V

R

V

R

V

R













- d l a o c z k a I I

8

2

8

8

2

6

6

2

3

3

2

1

1

t

l

V

R

V

R

V

R

V

R

















- d l a o c z k a I I I

7

2

7

7

2

5

5

2

3

3

2

1

1

t

l

V

R

V

R

V

R

V

R

















- d l a o c z k a I V

7

2

7

7

2

4

4

2

1

1

t

l

V

R

V

R

V

R













Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

3) Z godnie z praw em dla w ęzłów sieci w entylacyjnej ułożono

rów nania w ęzłow e

R ów nania w ęzłow e
- dla w ęzła 2

0

4

3

2

1









V

V

V

V









- dla w ęzła 3

0

6

5

3







V

V

V







- dla w ęzła 4

0

7

5

4







V

V

V







- dla w ęzła 5

0

8

6

2







V

V

V







4)

Otrzymano układ złożony z 8 równań (4 liniowe i 4 nieliniowe)

Niewiadomymi są strumienie powietrza w bocznicach

Bocznic w sieci jest 8

Uzyskaliśmy więc układ 8 równań z 8 niewiadomymi

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Z

a

p

is

m

a

c

ie

rz

o

w

y

te

g

o

u

k

ła

d

u

ró

w

n

a

ń

m

a

p

o

s

ta

ć

:

M

a

c

ie

rz

B

o

c

z

n

ic

e



W

ę

z

ły



O

c

z

k

a



1 2 3 4 5 6 7 8

2

1 -1 -1 -1 0 0 0 0

3

0 0 1 0 -1 -1 0 0

4

0 0 0 1 1 0 -1 0

A

5

0 1 0 0 0 1 0 -1

I

1 1 0 0 0 0 0 1

II

1 0 1 0 0 1 0 1

III

1 0 1 0 1 0 1 0

E

IV

1 0 0 1 0 0 1 0

A

0





V



E

2

V

R





=



k

t

l

5)

Otrzymany układ równań rozwiązuje się metodami przybliżonymi

(iteracyjnie) np. metodą Newtona

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

M

e

t

o

d

a

g

r

a

fi

c

z

n

a

M

o

ż

e

b

y

ć

s

t

o

s

o

w

a

n

a

d

l

a

p

r

o

s

t

y

c

h

p

a

s

y

w

n

y

c

h

s

i

e

c

i

n

o

r

m

a

l

n

y

c

h

.

W

m

e

t

o

d

z

i

e

t

e

j

k

o

r

z

y

s

t

a

s

i

ę

z

c

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

b

o

c

z

n

i

c

i

c

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

i

w

e

n

t

y

l

a

t

o

r

a

.

C

h

a

r

a

k

t

e

r

y

s

t

y

k

ą

b

o

c

z

n

i

c

y

o

r

ó

w

n

a

n

i

u

2

V

R

l

f

fv



 w

u

k

ł

a

d

z

i

e

w

s

p

ó

ł

r

z

ę

d

n

y

c

h

V

l

fv





je

s

t

p

a

r

a

b

o

l

a

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Przy połączeniu szeregowym bocznic

, dla kolejnych strumieni objętości powietrza,

sumuje się odpowiednio rzędne charakterystyk bocznic

, otrzymując w wyniku

wypadkową charakterystykę połączenia szeregowego.

Dla połączenia równoległego bocznic

sumuje się natomiast odpowiednio dla

kolejnych dyssypacji energii odcięte

, otrzymując w wyniku charakterystykę wy-

padkową połączenia równoległego.

Łącząc naprzemian elementy sieci wentylacyjnej równolegle i szeregowo otrzyma-

my w konsekwencji charakterystykę wypadkową sieci wentylacyjnej.

Punkt przecięcia charakterystyki sieci z charakterystyką wentylatora będzie

punktem pracy tego układu

.

Odpowiadający temu punktowi strumień objętości powietrza jest szukanym

rozwiązaniem, ponieważ w oparciu o niego na wykresie można odczytać strumienie

objętości powietrza we wszystkich bocznicach.

Tok prowadzenia obliczeń zgodnie z tą metodą pokazano na rysunku

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Metoda Tablicy Schodkowej W. Budryka

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Metodę

tablicy schodkowej W. Budryka

stosuje się do obliczania

rozpływu powietrza

w normalnych sieciach pasywnych

.

Prądy na które rozdziela się całkowity prąd powietrza dzieli się na klasy

w sposób pokazany na rysunku.

Obliczenia rozpoczyna się od najwyższej klasy stosując odpowiednio

prawa dla równoległego i szeregowego łączenia bocznic, przy czym przy

połączeniu równoległym bocznic dodaje się otwory równoznaczne,

natomiast przy połączeniu szeregowym dodaje się opory bocznic.

Po zwinięciu sieci do jednego przewodu

otrzymuje się opór i otwór

równoznaczny całej sieci.

P

r

o

c

e

n

t

o

w

y

r

o

z

d

z

i

a

ł

p

o

w

i

e

t

r

z

a

n

a

p

o

s

z

c

z

e

g

ó

l

n

e

b

o

c

z

n

i

c

e

o

b

l

i

c

z

a

s

i

ę

d

l

a

p

o

s

z

c

z

e

g

ó

l

n

y

c

h

k

l

a

s

b

o

c

z

n

i

c

p

o

ł

ą

c

z

o

n

y

c

h

r

ó

w

n

o

l

e

g

l

e

z

z

a

l

e

ż

n

o

ś

c

i

(

2

5

)

2

1

2

1

e

e

A

A

V

V







(

2

5

)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Metoda Protodiakonowa rozszczepiania
bocznic

Metoda rozszczepiania Protodiakonowa polega na rozszczepianiu obranych

bocznic sieci w celu przekształcenia zazwyczaj złożonej sieci przekątnej na sieć

normalną, tzn. sieć złożoną wyłącznie z bocznic połączonych ze sobą szeregowo

i równolegle. Istotę rozszczepiania prądów przedstawiono na rysunku

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

B

o

czn

ica 6

-7

o

o

p

o

rze

R

zo

stała ro

zszcze

p

io

n

a n

a d

w

ie

b

o

czn

ice

ró

w

n

o

le

g

łe

o

o

p

o

rach

R

2

i R

3

w

te

n

sp

o

só

b

, ab

y stru

m

ie

n

ie

o

b

ję

to

ści

p

o

w

ie

trza w

o

b

u

ro

zszcze

p

io

n

ych

b

o

czn

icach

b

yły ró

w

n

e

.

R

o

zszcze

p

ie

n

ie

b

o

czn

icy  sie

ci w

e

n

tylacyjn

e

j tym

sp

o

so

b

e

m

je

st o

p

a

rte

n

a zale

żn

o

ści













n

i

i

R

R

1

1

1

(1)

g

dzie:



R

- opór rozszczepianej bocznicy



sieci w

entylacyjnej,



n

- stop

ień rozszerzalności bocznicy



, oznaczający liczbę w

szystkich



n

bocznic i-tych n

a którą m

ożna rozszczepiać w

ym

ienioną bocznicę



R

,

i

R



- opór boczn

icy i-tej układ

u rów

noleg

łego



n

bocznic i-tych o różnych oporach

,

otrzym

aneg

o po rozszczepieniu

bocznicy



o oporze



R

, który jest rów

ny

w

ypadkow

em

u oporow

i u

kład

u rów

noległeg

o.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Strumień objętości powietrza



V

w bocznicy



sieci jest równy sumie

strumieni

i

V





we wszystkich



n

bocznicach i-tych wchodzących w skład

układu równoległego, tj.













n

i

i

V

V

1





(2)

Między oporami występującymi w zależności (1), a strumieniami objętości

powietrza z wzoru (2) zachodzi relacja

2

























V

V

R

R

i

i





(3)

S

t

o

s

u

n

e

k

s

t

r

u

m

i

e

n

i

o

b

j

ę

t

o

ś

c

i

p

o

w

i

e

t

r

z

a

w

y

s

t

ę

p

u

j

ą

c

y

p

o

p

r

a

w

e

j

s

t

r

o

n

i

e

z

a

l

e

ż

n

o

ś

c

i

(

3

)

n

o

s

i

n

a

z

w

ę

s

t

o

p

n

i

a

r

o

z

p

ł

y

w

u

i

a



d

l

a

b

o

c

z

n

i

c

y

i

-

t

e

j

,

a

w

i

ę

c







V

V

a

i

i







(

4

)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Z

w

zo

rów

(3

) i (4

) w

yn

ik

a

za

leżn

o

ść

2

i

i

a

R

R









(5

)

u

m

ożliw

ia

ją

c

a

w

yzn

a

c

ze

n

ie

o

p

o

ru

i

R



k

ażd

e

j b

o

c

zn

ic

y i-te

j u

zys

k

a

n

e

j p

o

ro

zs

zc

ze

p

ie

n

iu

b

o

c

zn

ic

y



s

p

o

s

o

b

e

m

P

ro

to

d

ia

k

o

n

o

w

a

.

R

o

zs

zc

ze

p

ie

n

ie

n

ie

p

rze

d

s

ta

w

iało

b

y ża

d

n

e

j tru

d

n

o

ś

c

i, g

d

yb

y z

n

a

n

y b

ył

ro

zpływ

p

o

w

ie

trz

a

w

s

ie

c

i w

e

n

tyla

c

yjn

e

j. P

o

n

ie

w

a

ż je

s

t o

n

n

ie

zn

a

n

y,

o

b

lic

ze

n

ia

p

rze

p

ro

w

a

d

z

a

s

ię

d

ro

g

ą

p

ró

b

p

rze

z p

rzyję

c

ie

z g

ó

ry p

e

w

n

e

g

o

o

k

reś

lo

n

e

g

o

ro

zp

ływ

u

p

o

w

ie

trz

a

.

P

o

ro

zs

zc

ze

p

ie

n

iu

i p

rze

k

s

ztałc

e

n

iu

w

te

n

s

p

o

s

ó

b

s

ys

te

m

u

z

ło

żo

n

e

g

o

n

a

p

ro

s

ty p

rze

ką

tn

y lu

b

n

o

rm

a

ln

y, w

yz

n

a

c

z

a

s

ię

ro

z

p

ływ

p

o

w

ie

trza

, k

tó

ry

n

a

s

tę

p

n

ie

p

rzyjm

u

je

s

ię

d

o

p

o

n

o

w

n

e

g

o

ro

zs

z

c

ze

p

ie

n

ia

b

o

c

zn

ic

i o

b

lic

ze

n

ia

s

ys

te

m

u

w

d

ru

g

im

p

rzyb

liż

e

n

iu

itd

.

Z

w

yk

le

p

o

p

ie

rw

s

zym

lu

b

d

ru

g

im

p

rz

yb

liże

n

iu

u

zys

k

u

je

s

ię

ju

ż

d

o

s

ta

te

c

z

n

ie

d

o

kła

d

n

e

w

yn

ik

i.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Stosując tę metodę należy, w miarę możności, rozszczepiać bocznice o

najmniejszych oporach.

Metoda ta umożliwia dość szybkie obliczenie naturalnego rozpływu

powietrza w systemach złożonych.

Nieodzownym jednak warunkiem jest tutaj możliwość określenia z góry

kierunków prądów w bocznicach przekątnych, w przeciwnym bowiem

razie metoda ta może być powodem błędnych wniosków co do oporu

systemu i rozpływu powietrza na poszczególne bocznice.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Metoda H. Crossa

Służy do

obliczania rozpływu powietrza w dowolnie złożonych sieciach

pasywnych i aktywnych.

W metodzie tej strumień objętości powietrza w bocznicy i-tej można

zapisać w postaci sumy wartości przybliżonej i poprawki, którą należy

wyznaczyć, czyli

pi

i

p

i

V

V

V













(

4

0

)

D

l

a

w

y

z

n

a

c

z

e

n

i

a

p

o

p

r

a

w

e

k

i

p

V





k

o

r

z

y

s

t

a

s

i

ę

z

p

r

a

w

a

d

l

a

w

ę

z

ł

ó

w

i

p

r

a

w

a

d

l

a

o

c

z

e

k

s

i

e

c

i

w

e

n

t

y

l

a

c

y

j

n

e

j

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wzór ten można także zapisać w postaci:

i

i

i

V

V

V













(41)

gdzie:

i

V



- błąd (odchyłka) strumienia objętości powietrza, m

3

/s.

i

V



Dla pojedynczej bocznicy z wentylatorem o charakterystyce

 

V

l

l

tdv

tdv





fv

tdv

l

l



W

o

b

e

c

t

e

g

o

 





 





2

2

2

2

i

i

i

i

f

i

i

f

i

tdv

V

V

V

V

R

V

V

R

V

l































(

4

2

)

G

d

y

i

V





j

e

s

t

m

a

ł

e

m

o

ż

n

a

p

o

m

i

n

ą

ć

s

k

ł

a

d

n

i

k

 

2

i

V





.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Po przekształceniu otrzymamy:

i

i

f

i

i

i

f

i

tdv

i

V

R

V

V

R

l

V









2











(43)

R

o

z

w

a

ż

a

j

ą

c

p

r

z

e

p

ł

y

w

p

o

w

i

e

t

r

z

a

n

i

e

w

p

o

j

e

d

y

n

c

z

e

j

b

o

c

z

n

i

c

y

,

l

e

c

z

w

s

i

e

c

i

z

ł

o

ż

o

n

e

j

z

N

o

c

z

e

k

n

i

e

z

a

l

e

ż

n

y

c

h

,

p

o

p

r

a

w

k

ę

s

t

r

u

m

i

e

n

i

a

o

b

j

ę

t

o

ś

c

i

p

o

w

i

e

t

r

z

a

w

y

z

n

a

c

z

a

s

i

ę

d

l

a

o

c

z

k

a

z

e

w

z

o

r

u

:





































B

tdv

f

B

f

V

l

V

R

c

V

V

R

ltdv

c

V

























2

2

(

4

4

)

g

d

z

i

e

:



-

n

u

m

e

r

o

c

z

k

a

;



=

1

,

2

,

.

.

.

,

N

,

N

-

l

i

c

z

b

a

o

c

z

e

k

n

i

e

z

a

l

e

ż

n

y

c

h

,



-

n

u

m

e

r

b

o

c

z

n

i

c

y

;



=

1

,

2

,

.

.

.

,

B

,

B

-

l

i

c

z

b

a

b

o

c

z

n

i

c

w

s

i

e

c

i

,

c





-

m

a

c

i

e

r

z

i

n

c

y

d

e

n

c

j

i

o

c

z

k

o

w

o

-

b

o

c

z

n

i

c

o

w

e

j

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Tok postępowania postępowania w metodzie H. Crossa jest

następujący:

1

) P rzy jm uje się w przy bliżeniu zerow y m dow olne kierunki przepły w u

pow ietrza w bocznicach sieci w enty lacy jnej oraz w artości strum ieni pow ietrza w

bocznicach tak jednak, aby w każdy m w ęźle spełnione by ło praw o dla w ęzłów

sieci w enty lacy jnej.

2)

W y szukuje się oczka niezależne w sieci stanow iące tzw . bazę oczek.

3)

W oparciu o rekurency jne w zory na popraw ki strum ieni objętości pow ietrza

- dla sieci pasy w nej

 





















































































b

tdv

f

b

f

tdv

V

l

V

R

V

V

R

l

V

1

1

1

1

1

1

1

1

2











(45)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

-

dla sieci aktywnej

 





























































































b

n

tdv

n

fn

b

nv

n

n

fn

tdv

n

V

l

V

R

l

V

V

R

l

V

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2











(46)

w y zn a cza się w k a żd y m p r zy b liżen iu



p op r a w k i

 





V



(

 





n

V



) d la

w szy stk ich oczek sta n ow ią cy ch b a zę oczek .

4)

S tr u m ien ie ob j ętości p ow ietr za w b o czn ica ch w p r zy b liżen iu





1





w y zn a cza się ze w zor u :

- d la sieci p a sy w n ej





 

 



































1

0

1

V

V

V







(47)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

-

dla sieci aktywnej





 

 



































1

0

1

n

n

n

V

V

V







(48)

przy czym znaki poprawek muszą uwzględniać kierunek obchodzenia

oczka i kierunek przepływu powietrza w bocznicy. Jeśli kierunki te są

zgodne to poprawkę przyjmujemy (w sumie algebraicznej) ze znakiem

plus, w przeciwnym przypadku z minusem.

5

)

Z

b

ie

żn

o

ś

ć

m

e

to

d

y H

. C

ro

ss

a

n

ie

je

s

t za

p

e

w

n

io

n

a

, le

c

z o

s

ią

g

a

ln

a

w

p

rzyp

a

d

k

u

, g

d

y w

a

rto

śc

i ilo

c

zyn

u





V

R

f



(





n

fn

V

R 

) są

m

a

łe

d

la

b

o

c

zn

ic

w

s

p

ó

ln

yc

h

d

la

k

ilk

u

o

c

ze

k

.

6

)

O

b

lic

ze

n

ia

p

o

w

ta

rza

m

y ta

k

d

łu

g

o

, a

ż w

a

rto

śc

i p

o

p

ra

w

e

k

b

ę

d

ą

m

n

ie

jsze

o

d

d

o

p

u

szc

za

ln

yc

h

.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Przykład zastosowania metody H. Crossa

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Strumień

Oczko I

Oczko II

Oczko III Oczko IV Oczko V

Oczko VI

Oczko VII Oczko VIII

Oczko IX

Oczko X

V

1

Sp

c

300

300

3576,8

0

0

0

0

0

0

0 91,34028

1

Rf*V*!V!

1130

1615

1500

0

0

0

0

0

0

0 49,22222

2

Licznik

830

1315

-2076,8

0

0

0

0

0

0

0 22,25665

3

Rf*!V!

43

33,5

21

0

0

0

0

0

0

0 69,08363

4

Poch.

-4

-4

-9,2

0

0

0

0

0

0

0 71,47887

5

Mianownik

90

71

51,2

0

0

0

0

0

0

0 140,5625

6

Poprawka

-9,22222 -18,5211

40,5625

0

0

0

0

0

0

0

0
0
0
0
0
0
0

Przybliżenie "0"

Wyniki

0
0

60

77,65812

0

40

54,512497

0

50

35,743272

0

10

41,914848

0

90

90,255769

0

100

132,17062

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

Poprawki w oczkach w przybliżeniu 11

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

Metoda regulacji A. Sałustowicza

Naukowe zasady projektowania rozpływów wymuszonych powietrza w
pasywnych sieciach wentylacyjnych bez prądów zależnych zostały podane, w
1930 roku, przez A. Sałustowicza w jego pracy dyplomowej na Akademii
Górniczej; samą jednak ideę tego sposobu spotykamy już u Protodiakonowa.

W metodzie Sałustowicza wyróżnia się trzy warianty:

a) wariant dysypacyjny (zwany regulacją bezpośrednią dodatnią), oparty na

wentylatorach głównych, tamach dławiących i najtrudniejszym oczku
krytycznym,

b) wariant kumulacyjny (nazywany regulacją pośrednią ujemną), oparty na

wentylatorach głównych, wentylatorach pomocniczych i najtrudniejszym
oczku krytycznym,

c) wariant kombinowany (zwany regulacją mieszaną), oparty na wentylatorach

głównych, tamach dławiących, wentylatorach pomocniczych i pośrednim
oczku krytycznym.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

W

m

etodzie regulacji A. Sałustowicza korzysta się z zależności



























b

r

f

b

f

f

l

l

l

1

1

(1)

gdzie:



f

l - w

ypadkow

a dysypacja energii w

oczku zew

nętrznym

sieci, J/m

3

,



f

l - dysypacja energii w

bocznicy



oczka zew

nętrznego



sieci, J/m

3

,

l

f r



- dysypacja lub kum

ulacja energii w

r-tym

regulatorze zlokalizow

anym

w

bocznicy

oczka zew

nętrznego sieci.

D

y

s

y

p

a

c

j

e

e

n

e

r

g

i

i

max

f

l

,

l

f

m

i

n

,

l

f

m

w

o

c

z

k

a

c

h

k

r

y

t

y

c

z

n

y

c

h

w

y

b

i

e

r

a

m

y

z

w

y

p

a

d

o

w

y

c

h

d

y

s

y

p

a

c

j

i

e

n

e

r

g

i

i

w

y

z

n

a

c

z

o

n

y

c

h

d

l

a

w

s

z

y

s

t

k

i

c

h

N



n

i

e

z

a

l

eż

n

y

c

h

o

c

z

e

k

z

e

w

n

ę

t

r

z

n

y

c

h

s

i

e

c

i

,

s

t

o

s

u

j

ą

c

n

a

s

t

ę

p

u

j

ą

c

e

z

a

l

e

ż

n

o

ś

c

i

:

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

b ) w w a r i a n c i e k u m u l a c y j n y m ( d l a n a jł a t w i e j s z e g o o c z k a k r y t y c z n e g o )

l

m i n

l

m i n l

f

f

b

f

m i n











 









1

( 3 )

(





 1 2

, , . . . . , N

)

c )

w w a r i a n c i e k o m b i n o w a n y m ( d l a p oś r e d n i e g o o c z k a k r y t y c z n e g o )

l

m a x l

m i n l

f m

f

f

 













,

( 4 )

a

)

w

w

a

r

i

a

n

c

i

e

d

y

s

s

y

p

a

c

y

j

n

y

m

(

d

l

a

n

a

j

t

r

u

d

n

i

e

j

s

z

e

g

o

o

c

z

k

a

k

r

y

t

y

c

z

n

e

g

o

)

l m

a

x

l m

a

x

l

f

f

b

f

m

a

x







 









1

(

2

)

(







1

2

,

,

.

.

.

.

,

N

)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

Spiętrzenie wentylatorów głównych wyznaczamy z zależności:

a) w wariancie dysypacyjnym

max

f

g

t

l

l 

(5 )

b) w wariancie kumulacyjnym

min

f

g

t

l

l 

(6 )

c) w wariancie kombinowanym

m

f

g

t

l

l 

(7)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

W

a

r

ia

n

t

d

y

s

s

y

p

a

c

y

jn

y

i

k

o

m

b

in

o

w

a

n

y

(

r

e

g

u

la

c

ja

b

e

z

p

o

ś

r

e

d

n

ia

d

o

d

a

t

n

ia

i

m

ie

s

z

a

n

a

)

r

e

a

liz

o

w

a

n

e

s

ą

z

a

p

o

m

o

c

ą

t

a

m

d

ła

w

ią

c

y

c

h

z

lo

k

a

liz

o

w

a

n

y

c

h

w

b

o

c

z

n

ic

a

c

h



w

c

h

o

d

z

ą

c

y

c

h

w

s

k

ła

d

o

c

z

e

k

z

e

w

n

ę

t

r

z

n

y

c

h



,

t

z

n

.

o

c

z

e

k

w

k

t

ó

r

y

c

h

w

y

p

a

d

k

o

w

e

d

y

s

s

y

p

a

c

je

e

n

e

r

g

ii



f

l

s

ą

m

n

ie

js

z

e

o

d

p

o

w

ie

d

n

io

o

d

s

p

ię

t

r

z

e

ń

w

e

n

t

y

la

t

o

r

ó

w

g

łó

w

n

y

c

h

w

y

z

n

a

c

z

o

n

y

c

h

z

z

a

le

ż

n

o

ś

c

i

(

5

)

o

r

a

z

(

7

)

.

D

y

s

s

y

p

a

c

ja

e

n

e

r

g

ii

w

t

a

m

a

c

h

d

ła

w

ią

c

y

c

h

z

lo

k

a

liz

o

w

a

n

y

c

h

w

p

o

s

z

c

z

e

g

ó

ln

y

c

h

b

o

c

z

n

ic

a

c

h



w

c

h

o

d

z

ą

c

y

c

h

w

s

k

ła

d

o

c

z

e

k

ła

t

w

y

c

h

r

ó

w

n

a

je

s

t

o

d

p

o

w

ie

d

n

io

r

ó

ż

n

ic

y

m

ię

d

z

y

s

p

ię

t

r

z

e

n

ia

m

i

w

y

z

n

a

c

z

o

n

y

m

i

z

w

z

o

r

ó

w

(

5

)

o

r

a

z

(

7

)

d

la

g

-t

e

g

o

w

e

n

t

y

la

t

o

r

a

g

łó

w

n

e

g

o

,

a

w

y

p

a

d

k

o

w

ą

d

y

s

s

y

p

a

c

ją

e

n

e

r

g

ii

w

o

c

z

k

u

z

e

w

n

ę

t

r

z

n

y

m



w

y

z

n

a

c

z

o

n

ą

z

z

a

le

ż

n

o

ś

c

i

(

2

)

o

r

a

z

(

4

)

.

D la wariantów dyssypacyjnego oraz kombinowanego ważna jest relacja





f

g

t

t

l

l

l





(8)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu wymuszonego powietrza

O

p

ó

r

t

a

m

d

ł

a

w

i

ą

c

y

c

h

z

l

o

k

a

l

i

z

o

w

a

n

y

c

h

w

p

o

s

z

c

z

e

g

ó

l

n

y

c

h

b

o

c

z

n

i

c

a

c

h

w

c

h

o

d

z

ą

c

y

c

h

w

s

k

ł

a

d

ł

a

t

w

y

c

h

o

c

z

e

k

o

k

r

e

ś

l

a

s

i

ę

z

z

a

l

e

ż

n

o

ś

c

i

2









V

l

R

t

t





(

9

)

g

d

z

i

e





V



-

s

t

r

u

m

i

e

ń

o

b

j

ę

t

o

ś

c

i

p

o

w

i

e

t

r

z

a

w

b

o

c

z

n

i

c

y

,

m

3

/

s

.

W

w

a

r

i

a

n

t

a

c

h

k

u

m

u

l

a

c

y

j

n

y

m

i

k

o

m

b

i

n

o

w

a

n

y

m

s

t

o

s

o

w

a

n

e

są

w

e

n

t

y

l

a

t

o

r

y

p

o

m

o

c

n

i

c

z

e

w

b

o

c

z

n

i

c

a

c

h

w

c

h

o

d

zą

c

y

c

h

w

s

k

ł

a

d

t

r

u

d

n

y

c

h

o

c

z

e

k

z

e

w

n

ę

t

r

z

n

y

c

h

,

t

j

.

o

c

z

e

k

,

w

k

t

ó

r

y

c

h

w

y

p

a

d

k

o

w

e

d

y

s

s

y

p

a

c

j

e

e

n

e

r

g

i

i

l





są

w

i

ę

k

s

z

e

o

d

p

o

w

i

e

d

n

i

o

o

d

s

p

ię

t

r

z

e

ń

w

e

n

t

y

l

a

t

o

r

ó

w

g

ł

ó

w

n

y

c

h

w

y

z

n

a

c

z

o

n

y

c

h

w

e

d

ł

u

g

z

a

l

e

ż

n

o

ś

c

i

(

6

)

o

r

a

z

(

7

)

.

Spiętrzenia wentylatorów pomocniczych

zlokalizowanych w bocznicach

wchodzących w skład trudnego oczka zewnętrznego równe są odpowiednio
różnicy między wypadkowymi dyssypacjami energii w tych oczkach a
spiętrzeniem wentylatorów głównych obliczonych według wzorów (6) oraz (7)
dla g-tego wentylatora głównego pracującego w tym oczku, tzn.

tg

l

l

l

tpp









(10)

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania wymuszonego rozpływu powietrza

Zaletą

metody A. Sałustowicza jest to, że wybór oczek zewnętrznych

(dróg niezależnych) nie nastręcza żadnych trudności.

Wadą

natomiast jest fakt, że w niektórych wypadkach występują

niezależne oczka wewnętrzne (najczęściej na podszybiach).

W metodzie tej trudność tę pomijano na ogół przez tamowanie

bocznic tworzących cykle wewnętrzne.

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania wymuszonego rozpływu powietrza

Dopływ

Wypływ

2-8-9

1-4-8-9 1-3-5-7-9 1-3-6-7-9

kg/m

7

m

3

/s

J /m

3

J /m

3

J /m

3

J /m

3

J /m

3

1

2

3

0,14

70

686

686

686

686

2

1

6

0,18

10

18

18

3

3

4

0,16

40

256

256

256

4

3

6

0,22

30

198

198

5

4

5

0,12

5

3

3

6

4

5

0,24

35

294

294

7

5

7

0,17

40

272

272

272

8

6

7

0,15

40

240

240

240

9

7

8

0,1

80

640

640

640

640

640

898

1764

1857

2148

2148

2148

2148

2148

1250

384

291

-

12,5

0,4266667

11,64

-

898

808

808

808

-

866

959

1250

-

30

5

35

1857

1857

1857

1857

959

93

-

-

9,59

0,1033333

-

-

-

291

-

35

OCZKO ZEWNĘTRZNE

Lp

Bocznica

Strumień
objętości

powietrza

V

Dyssypacj

a energii

l

fv

=RV

2

Opór

R

REGULACJ A

MIESZANA

spiętrzenie wentylatora głównego, Pa
dysypacja energii na tamie regulacyjnej, Pa
opór tamy regulacyjnej, kg/m

7

spiętrzenie wentylatora pomocniczego, Pa
wydajność wentylatora, m

3

/s

REGULACJ A

UJ EMNA

spiętrzenie wentylatora głównego, Pa
spiętrzenie wentylatora pomocniczego, Pa
wydajność wentylatora, m

3

/s

suma spadków potencjału w oczku

spiętrzenie wentylatora głównego, Pa
dysypacja energii na tamie regulacyjnej, Pa
opór tamy regulacyjnej, kg/m

7

REGULACJ A

DODATNIA

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza

Wyznaczanie rozpływu powietrza w kopalni

Metody obliczania rozpływu powietrza