Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej

Wentylacja i

pożary I

Wykład 5

Depresja naturalna

Depresja naturalna

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Depresja naturalna

Depresja naturalna

jest to praca wszystkich

czynników natural-nych (zmiany cieplne w
prądzie powietrza, zmiana składu powietrza
kopalnianego, mechaniczne porywanie cząstek
powietrza przez spadającą wodę w szybach i
szybikach, działanie wiatru w atmosferze
zewnętrznej w sąsiedztwie szybów, sztolni lub
upadowych) odniesiona do 1 kg lub 1 m

3

powietrza.

Jej wartość liczbowa odpowiada takiej wielkości depresji
mechanicznej, przy której przez daną kopalnię przepływa
taka sama ilość powietrza jak pod wpływem depresji
naturalnej.

Depresja powstająca wskutek zmian cieplnych w powietrzu
kopalnianym ma największe znaczenie praktyczne spośród
wszystkich depresji wywołanych czynnikami naturalnymi.
Depresję tę za W. Budrykiem nazywa się

depresją cieplną.

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Elementarna depresja naturalna

generowana w elemencie

bocznicy równa się różnicy między elementarną pracą
techniczną powietrza kopalnianego ulegającego przemianie
politropowej a elementarną pracą powietrza atmosferycznego
ulegającego przemianie izentropowej.
 

(73)





dp

v

vdp

dl

dl

dl

s

ts

t

n













Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Dla przemiany izentropowej
 

(74)

Dla przemiany politropowej

(75)
 

Przekształcając kolejno równanie (75) otrzymamy zależność
na wykładnik politropy

(76)
 

pv

p v

p v

p v

v v p p

n

d d

n

w w

n

o o

n

d

d

n

n













1

1

n

v

v

p

p

d

w

n

w

d









 

d

w

d

w

d

w

d

w

p

p

v

v

p

p

n





ln

ln

ln

ln







Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

pv

p v

v

v p p

s

o o

s

o

o

















1

1

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Wstawiając do równania (73) zależności (74) i (75)
otrzymamy:
 

(77)

 

(78)

dl

v p p

v p p

dp

n

o

o

d

d

n

n





















1

1

1

1





 

 

l

dl

v p p

v p p

dp

n

n

d

w

o

o

d

d

n

n

p

p

d

w



























1

1

1

1





Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

(79)

 

gdzie:

- depresja naturalna generowana w bocznicy sieci

wentylacyjnej, J/kg,

- wykładnik izentropy; = 1.4,

- objętość właściwa powietrza na zrębie szybu

wdechowego, m

3

/kg,

- ciśnienie statyczne bezwzględne na zrębie szybu

wdechowego, Pa,

- objętość właściwa powietrza w przekroju dopływu

bocznicy, m

3

/kg,

- odpowiednio ciśnienie statyczne bezwzględne w

przekroju dopływu (d)

i wypływu (w) bocznicy, Pa.

l

v

p

p

p

p

p

p

nv

n

p

p

p

p

n

o

w

o

w

d

o

d

d

w

d

w

n

d













 











































 





























1

1

1

1

1

l

n





v

o

p

o

v

d

p p

d

w

,

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

W literaturze (wg H. Bystronia), wychodząc z teorii potencjału
izentropowego, zależność na depresję naturalną odniesioną do
1 m

3

powietrza można napisać w postaci:

 

(80)

Wiedząc, że atmosferę uwarstwioną izentropowo opisują
równania
 

(81)

oraz

(82)





l

g

dz

nv

s

z

z

d

w







 

dp

ds

g

dz

ds

dp
gdz

s

s

s

s













0

p

idem

p

s

s

o

o













Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

ciśnienie atmosfery uwarstwionej izentropowo będzie równe:
 
 

(83)

 

Uwzględniając we wzorze (80) zależność (81) otrzymamy wzór
na depresję naturalną w postaci:

 

(84)

gdzie:

- depresja naturalna w bocznicy, J/m

3

.





p

p

g

p

z z

s

o

o

o

o





















1

1

1











l

g

dz

dp

nv

m

s

p

p

z

z

sd

sw

d

w



















d

w

m

sd

sw

v

n

z

z

g

p

p

l













l

nv

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Depresja naturalna wg W. Budryka

Depresja naturalna wg W. Budryka

 

(85)

gdzie:

- depresja naturalna, m

lub

(86)

gdzie:

- depresja naturalna,

J/m

3

.

h

dp

n







h

n

h

vdp

dp

g

dp

n

m

m

m























h

n

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Rys. 72. Schemat jednooczkowej sieci wentylacyjnej

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Rys. 73. Depresja cieplna w oczku sieci wentylacyjnej (rys. 72) wg W. Budryka

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Rys. 74. Lokalne depresje naturalne (cieplne)

a) – schemat przestrzenny sieci wentylacyjnej
b) – depresja cieplna kopalni, lokalne depresje cieplne
w poszczególnych bocznicach tej sieci

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Depresja naturalna w świetle I i II zasady termodynamiki

Depresja naturalna w świetle I i II zasady termodynamiki

l

vdp

n





l

Tds

n





 

(87)

 

(88)

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

(89)

gdzie:

H

- głębokość kopalni, m,

- odpowiednio ciężary słupów powietrza w

szybach, N/m

3

,

s

- entropia (właściwa) powietrza, J/(kgK).





2

1







H

h

n

 

1

2

,

D

D

epresja naturalna wg metody

epresja naturalna wg metody

hydrostatycznej

hydrostatycznej

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Definicje

Definicje

Rys. 76. Prognostyczne określenie zmian depresji cieplnej kopalni

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

 Zgodnie ze wzorem (87)
depresja naturalna jest
równa

l

vdp

n





2

2

2

3

2

8

n

m

n

n

m

n

f

V

R

V

A

BL

l











































Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Dyssypacja energii, zgodnie ze wzorem (31), wynosi

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Przyjmując, że

dyssypacja energii jest równa
 

 
Dla sztolni przedstawionych na rysunku z równania ruchu
wynika, że
 

Wobec tego strumień objętości powietrza przepływający przez
sztolnie wyznacza się ze wzoru:

R

R

w

n

m

i

i



















2

2

n

w

f

V

R

l





l

l

f

n



w

n

szt

n

R

l

V





Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie

Przewietrzanie

wyrobisk górniczych

wyrobisk górniczych

tylko pod wpływem działania

tylko pod wpływem działania

depresji naturalnej jest niezgodne z

depresji naturalnej jest niezgodne z

polskimi przepisami górniczymi

polskimi przepisami górniczymi

!!!

!!!

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne

Depresja naturalna generowana w elemencie

Depresja naturalna generowana w elemencie

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

bocznicy sieci wentylacyjnej i całej bocznicy

Przewietrzanie naturalne

Przewietrzanie naturalne