Wentylacja i pożary III

Projekt rozpływu wymuszonego w kopalnianej sieci wentylacyjnej metodą Sałustowicza

Prowadzący:

Dane:

Rejon	Wydobycie W [Mg/d]	Ciężkość pracy	Kategoria zagr. CH4	Temperatura sucha ta [ºC]	Temperatura wilg. tφ [ºC]
1	1200	Ciężka	II	33,0	30,2
2	1100	Umiarkowana	IV	24,6	24,4
3	900	Lekka	IV	23,8	20,0
4	800	Lekka	III	29,4	26,4
5	1300	Umiarkowana	II	27,2	25,6

H_śr = 690 m

1. Schematy przewietrzania

Schemat kanoniczny

Schemat przestrzenny

2. Wyznaczenie niezbędnych ilości powietrza w rejonach wydobywczych.

- ze względu na wydobycie i głębokość

V = k · W [m³/min]

k - współczynnik zależny od głębokości i wydobycia

Rejon	W [Mg/d]	H [m]	k [-]	V [m^3/s]
1	490	1200	0.0083	9.96
2	800	1100	0.013	14.3
3	670	900	0.011	9.9
4	590	800	0.0081	6.48
5	900	1300	0.014	18.2

- ze względu na zagrożenie temperaturowe

w = 0,4 t_a +0,6 t_φ - WBGT_gr [m/s]

V = w · A [m³/s]

Gdzie:

t_a - temperatura sucha [ºC]

t_φ - temperatura wilgotna [ºC]

WBGT_gr - wskaźnik oceny warunków klimatycznych [ºC]

Rejon	praca	WBGTgr	ta [ºC]	tφ [ºC]	w [m/s]	A [m^2]	V [m^3/s]
1	Ciężka	26	33,0	30,2	5.32	14.00	74.48
2	Umiarkowana	28	24,6	24,4	0.30	14.00	4.20
3	Lekka	30	23,8	20,0	0.30	14.00	4.20
4	Lekka	30	29,4	26,4	0.30	14.00	4.20
5	Umiarkowana	28	27,2	25,6	0.30	14.00	4.20

- ze względu na zagrożenie metanowe

V =
[m³/s]

Gdzie:

b - metanonośność pokładów [m³/Mg]

δ - współczynnik nierównomierności wydzielania się gazów (1,5 - 2)

W - wydobycie dobowe [Mg/d]

mg - dopuszczalne stężenie metanu w prądzie wylotowym = 1 [%] dla metanometrii nieautomatycznej

Rejon	kat. zagr.	b [m^3/Mg]	δ	mg [%]	V [m^3/s]
1	II	4.5	1.7	1	10.62
2	IV	15	1.7	1	32.45
3	IV	15	1.7	1	26.55
4	III	8	1.7	1	12.59
5	II	4.5	1.7	1	11.51

- ze względu na rozrzedzenie gazów postrzałowych

k - wsp. ucieczek powietrza (k=0,5)

b - ilość gazów toksycznych wytworzonych przez MW [dm³/kg] (b = 100 [dm³/kg])

m - procentowy rozchód MW w okresie najintensywniejszego strzelania (m=50 [%])

τ - czas oczekiwania po strzelaniu (τ =900 [s])

M_MW - masa odpalanego MW równa M_MW = k' · W (k' = 0,15 [kg/Mg]) [kg]

Rejon	W [Mg/d]	k*	Mmw	m	b	k	T	V
1	1200	0.15	180	50	100	0.5	900	25.00
2	1100	0.15	165	50	100	0.5	900	22.92
3	900	0.15	135	50	100	0.5	900	18.75
4	800	0.15	120	50	100	0.5	900	16.67
5	1300	0.15	195	50	100	0.5	900	27.08

Strumień ostateczny wyznaczono jako maksymalną wartość z 4 warunków.

Rejon	wydobycie	temp	CH4	gazy postrzałowe	Vmax
1	9.96	74.48	10.62	25.00	74.48
2	14.3	4.20	32.45	22.92	32.45
3	9.9	4.20	26.55	18.75	26.55
4	6.48	4.20	12.59	16.67	16.67
5	18.2	4.20	11.51	27.08	27.08

3. Wyznaczenie niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych

- ze względu na pięciokrotną wymianę powietrza w ciągu godziny.

V₁ = 5 · V / 3600 [m³/s]

V - objętość komory [m³]

- ze względu na liczbę Reynoldsa dla kopalń metanowych

V₂ = 0,9
[m³/s]

A - pole przekroju poprzecznego komory [m²]

komora	szerokość	Długość	wysokość	A	Objętość	V1	V2	Vmax
-	m	m	m	m^2	m^3	m^3/s	m^3/s	m^3/s
K1	5.00	20.00	4.00	20.00	400.00	0.56	4.02	4.02
K2	6.00	10.00	4.00	24.00	240.00	0.33	4.41	4.41
K3	5.00	20.00	4.00	20.00	400.00	0.56	4.02	4.02

4. Wyznaczenie strumieni objętości powietrza we wszystkich bocznicach

V_1-2 = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + K1 + K2 + K3 = 74,48 + 32,45 + 26,65 + 16,67 + 27,08 + 4,02 + 4,41 + 4,02 = 189,70 [m³/s]

	Bocznica	V [m^3/s]
Szyb wdechowy	1-2	189.70
rejon 2	2-4	32.45
	2-3	78.50
rejon 1	3-4	74.48
	4-5	106.93
komora 1	3-5	4.02
szyb wydechowy P	5-7	110.96
Straty 10%	6-7	12.33
kanał went P	7-8	123.29
	2-11	78.74
tama 1	2-10	0
tama 2	10-12	0
	11-12	16.67
	10-13	0
	12-13	16.67
rejon 4	13-20	16.67
	11-14	62.07
rejon 5	14-21	27.08
	14-15	27.08
	14-16	7.90
tama 3	15-17	0
	16-17	3.88
komora 2	17-18	4.41
rejon 3	15-18	26.55
	18-19	30.96
komora 3	16-19	4.02
	19-20	34.99
	20-21	51.65
szyb wydechowy L	21-23	78.74
Straty 15%	22-23	13.89
kanał went L	23-24	92.63

5. Parametry bocznic

Nazwa	Bocznica	Obudowa	V	A	w	L	100 Rf	Rf	∑ R
szyb WDECHOWY	1-2	betonowa	189.70	50.27	3.77	1500	0.00106	0.01584	0.01584
rejon - ściana	2-A	zmech.	32.45	12	2.70	400	0.13160	0.52641	0.55170
przekop	A-4	ŁP-5	32.45	8.06	4.03	150	0.01686	0.02529
	2-4		32.45
pochylnia	2-A	ŁP-7	78.50	10.04	7.82	320	0.00974	0.03116		0.03603
przekop	A-3	ŁP-7	78.50	10.04	7.82	50	0.00974	0.00487
	2-3		78.50
przecznica	3-A	ŁP-7	4.02	10.04	0.40	50	0.00974	0.00487		0.00513
komora	A-5	murowa	4.02	20.00	0.20	20.00	0.00129	0.00026
	3-5		4.02
ch.podścianowy	3-B	ŁP-7	74.48	10.04	7.42	50	0.00974	0.00487		0.02361
rejon - ściana	B-4	zmech.	74.48	16	4.66	20	0.09372	0.01874
	3-4		74.48
przekop	4-5	ŁP-9	106.93	13.49	7.93	100	0.00465	0.00465	0.00465
przekop	5-A	ŁP-10	110.96	16.88	6.57	20	0.00266	0.00053	0.07102
szyb WYDECHOWY P	A-7	betonowa	110.96	28.27	3.92	1050	0.00671	0.07049
	5-7		110.96
kanał wentylacyjny	7-8	betonowa	123.29	17	7.25	20	0.18971	0.03794	0.03794
tama	2-10	izolująca	0.00	8.06	0.00	45	0.01686	0.00759	0.00759
przekop	10-A	ŁP-5	0.00	8.06	0.00	70	0.01686	0.01180	0.02782
przekop	A-13	ŁP-5	0.00	8.06	0.00	95	0.01686	0.01602
	10-13		0.00
tama	10-12	izolująca	0.00	8.06	0.00	95	0.01686	0.01602	0.01602
przecznica	2-11	ŁP-7	78.74	10.04	7.84	150	0.00974	0.01461	0.01461
przekop	11-A	ŁP-5	16.67	8.06	2.07	140	0.01686	0.02361	0.03042
ch.podścianowy	A-12	ŁP-7	16.67	10.04	1.66	70	0.00974	0.00682
	11-12		16.67
ch.podścianowy	12-13	ŁP-7	16.67	10.04	1.66	70	0.00974	0.00682	0.00682
rejon - ściana	13-A	zmech.	16.67	12	1.39	50	0.13160	0.06580	0.08722
pochylnia	A-20	ŁP-7	16.67	10.04	1.66	220	0.00974	0.02142
	13-20		16.67
przecznica	11-14	ŁP-7	62.07	10.04	6.18	190	0.00974	0.01850	0.01850
przekop	14-A	ŁP-5	27.08	8.06	3.36	90	0.01686	0.01518	0.60393
ch.podścianowy	A-B	ŁP-7	27.08	10.04	2.70	370	0.00974	0.03603
rejon - ściana	B-21	zmech.	27.08	12	2.26	420	0.13160	0.55273
	14-21		27.08
ch.podścianowy	14-15	ŁP-7	27.08	10.04	2.70	50	0.00974	0.00487	0.00487
przekop	14-16	ŁP-5	7.90	8.06	0.98	60	0.01686	0.01012	0.01012
przecznica	16-17	ŁP-7	3.88	10.04	0.39	70	0.00974	0.00682	0.00682
tama	15-17	izolująca	0.00	8.06	0.00	90	0.01686	0.01518	0.01518
rejon - ściana	15-A	zmech.	26.55	12	2.21	80	0.13160	0.10528	0.11697
przekop	A-18	ŁP-7	26.55	10.04	2.64	120	0.00974	0.01168
	15-18		26.55
przekop	17-A	ŁP-5	4.41	8.06	0.55	25	0.01686	0.00422		0.00430
komora	A-18	murowa	4.41	24.00	0.18	10.00	0.00086	0.00009
	17-18		4.41
przekop	18-19	ŁP-5	30.96	8.06	3.84	50	0.01686	0.00843	0.00843
przekop	16-A	ŁP-5	4.02	8.06	0.50	50	0.01686	0.00843	0.00869
komora	A-19	murowa	4.02	20.00	0.20	20.00	0.00129	0.00026
	16-19		4.02
przekop	19-20	ŁP-5	34.99	8.06	4.34	90	0.01686	0.01518	0.01518
pochylnia	20-21	ŁP-7	51.65	10.04	5.14	170	0.00974	0.01655	0.01655
szyb WYDECHOWY L	21-23	betonowa	78.74	33.18	2.37	1500	0.00401	0.06019	0.06019
kanał wentylacyjny	23-24	betonowa	92.63	15	6.18	20	0.15114	0.03023	0.03023
szyb+zreb P	6-7	betonowa	12.33	28.27	0.44	10	0.006713482	0.00067	0.000671
szyb+zreb L	22-23	betonowa	13.89	33.18	0.42	10	0.004012615	0.00040	0.00040

Średnica szybu wydechowego P	6.0 m
Średnica szybu wdechowego	8.0 m
Średnica szybu wydechowego L	6.5 m

6. Wyznaczenie dyssypacji w bocznicach

Bocznica	V	R	lfv
1-2	189.70	0.01584	569.90
2-4	32.45	0.55170	581.08
2-3	78.50	0.03603	222.04
3-4	74.48	0.02361	130.99
4-5	106.93	0.00465	53.21
3-5	4.02	0.00513	0.08
5-7	110.96	0.07102	874.42
7-8	123.29	0.03794	576.72
2-11	78.74	0.01461	90.55
2-10	0.00	0.00759	0.00
10-12	0.00	0.01602	0.00
11-12	16.67	0.03042	8.45
10-13	0.00	0.02782	0.00
12-13	16.67	0.00682	1.89
13-20	16.67	0.08722	24.23
11-14	62.07	0.01850	71.28
14-21	27.08	0.60393	442.99
14-15	27.08	0.00487	3.57
14-16	7.90	0.01012	0.63
15-17	0.00	0.01518	0.00
16-17	3.88	0.00682	0.10
17-18	4.41	0.00430	0.08
15-18	26.55	0.11697	82.47
18-19	30.96	0.00843	8.08
16-19	4.02	0.00869	0.14
19-20	34.99	0.01518	18.58
20-21	51.65	0.01655	44.17
21-23	78.74	0.06019	373.15
23-24	92.63	0.03023	259.37
6-7	12.33	0.000671	0.10
22-23	13.89	0.000401	0.08

7. Obliczenie strumieni płynących przez wentylatory główne po uwzględnieniu strat zewnętrznych

dla strat zewnętrznych 15%

V_L = V_21-23/0,85 = 92.63 [m³/s]

dla strat zewnętrznych 10%

V_P = V_5-7/0,9 = 123.29 [m³/s]

8. Przeprowadzenie dodatniej, ujemnej i mieszanej regulacji Sałustowicza

				WENTYLATOR L					WENTYLATOR P
Bocznica	V	R	lfv	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1-2	189.70	0.01584	569.90	569.90	569.90	569.90	569.90	569.90	569.90	569.90	569.90
2-4	32.45	0.55170	581.08						581.08
2-3	78.50	0.03603	222.04							222.04	222.04
3-4	74.48	0.02361	130.99							130.99
4-5	106.93	0.00465	53.21						53.21	53.21
3-5	4.02	0.00513	0.08								0.08
5-7	110.96	0.07102	874.42						874.42	874.42	874.42
7-8	123.29	0.03794	576.72						576.72	576.72	576.72
2-11	78.74	0.01461	90.55	90.55	90.55	90.55	90.55	90.55
2-10	0.00	0.00759	0.00
10-12	0.00	0.01602	0.00
11-12	16.67	0.03042	8.45	8.45
10-13	0.00	0.02782	0.00
12-13	16.67	0.00682	1.89	1.89
13-20	16.67	0.08722	24.23	24.23
11-14	62.07	0.01850	71.28		71.28	71.28	71.28	71.28
14-21	27.08	0.60393	442.99		442.99
14-15	27.08	0.00487	3.57			3.57
14-16	7.90	0.01012	0.63				0.63	0.63
15-17	0.00	0.01518	0.00
16-17	3.88	0.00682	0.10				0.10
17-18	4.41	0.00430	0.08				0.08
15-18	26.55	0.11697	82.47			82.47
18-19	30.96	0.00843	8.08			8.08	8.08
16-19	4.02	0.00869	0.14					0.14
19-20	34.99	0.01518	18.58			18.58	18.58	18.58
20-21	51.65	0.01655	44.17	44.17		44.17	44.17	44.17
21-23	78.74	0.06019	373.15	373.15	373.15	373.15	373.15	373.15
23-24	92.63	0.03023	259.37	259.37	259.37	259.37	259.37	259.37

Regulacja dodatnia

Oczko	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Suma dyssypacji energii	1371.70	1807.23	1521.11	1435.88	1427.76	2655.33	2427.27	2243.16
Spiętrzenie wentylatora głównego	1807.23	1807.23	1807.23	1807.23	1807.23	2655.33	2655.33	2655.33
Dyssypacja energii w tamie dławiącej	435.53	-	286.12	371.35	379.47	-	228.06	412.17
Strumień objętości powietrza	16.67	-	26.55	3.88	4.02	-	74.48	4.02
Opór tamy dławiącej Rm	1.5679	-	0.4058	24.6809	23.424	-	0.0411	25.44

Spiętrzenie wentylatora głównego

Δpc_L = 1807.23 [Pa]

Δpc_P = 2655.33 [Pa]

Wydajność wentylatora głównego

V_L = 92,63 [m³/s]

V_P = 123,29 [m³/s]

Regulacja ujemna

Oczko	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Suma dyssypacji energii	1371.70	1807.23	1521.11	1435.88	1427.76	2655.33	2427.27	2243.16
Spiętrzenie wentylatora głównego	1371.70	1371.70	1371.70	1371.70	1371.70	2243.16	2243.16	2243.16
Spiętrzenie wentylatora pomocniczego	-	435.53	149.40	64.18	56.05	412.17	184.11	-
Wydajność wentylatora pomocniczego	-	27.08	26.55	3.88	4.02	32.45	74.48	-

Spiętrzenie wentylatora głównego

Δpc_L = 1371.70 [Pa]

Δpc_P = 2243.16 [Pa]

Wydajność wentylatora głównego

V_L = 92,63 [m³/s]

V_P = 123,29 [m³/s]

Regulacja mieszana

Oczko	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Suma dyssypacji energii	1371.70	1807.23	1521.11	1435.88	1427.76	2655.33	2427.27	2243.16
Spiętrzenie wentylatora głównego	1807.23	1807.23	1807.23	1807.23	1807.23	2655.33	2655.33	2655.33
Dyssypacja energii w tamie dławiącej	435.53	-	286.12	371.35	379.47	-	228.06	412.17
Strumień objętości powietrza	16.67	-	26.55	3.88	4.02	-	74.48	4.02
Opór tamy dławiącej Rm	1.57	-	0.41	24.68	23.42	-	0.04	25.44
Spiętrzenie wentylatora pomocniczego	-	-	-	-	-	-	-	-
Wydajność wentylatora pomocniczego	-	-	-	-	-	-	-	-

Spiętrzenie wentylatora głównego

Δpc_L = 1807.23 [Pa]

Δpc_P = 2655.33 [Pa]

Wydajność wentylatora głównego

V_L = 92,63 [m³/s]

V_P = 123,29 [m³/s]

9. Schemat potencjalny

bocznica	lfv	lm	δΦ [N/m^2]
1-2	569.90		569.90
2-4	581.08		581.08
2-3	222.04		222.04
3-4	130.99	228.06	359.05
4-5	53.21		53.21
3-5	0.08	412.17	412.25
5-7	874.42		874.42
7-8	576.72		576.72
2-11	90.55		90.55
2-10	0.00		0.00
10-12	0.00		0.00
11-12	8.45		8.45
10-13	0.00		0.00
12-13	1.89		1.89
13-20	24.23	435.53	459.76
11-14	71.28		71.28
14-21	442.99		442.99
14-15	3.57		3.57
14-16	0.63		0.63
15-17	0.00		0.00
16-17	0.10		0.10
17-18	0.08	371.35	371.43
15-18	82.47	286.12	368.59
18-19	8.08		8.08
16-19	0.14	379.47	379.61
19-20	18.58		18.58
20-21	44.17		44.17
21-23	373.15		373.15
23-24	259.37		259.37

Węzeł	Φ
1	0
2	-569.90
3	-791.94
4	-1150.98
5	-1204.19
7	-2078.61
8	-2655.33
9	0.00
10	-569.90
11	-660.45
12	-668.90
13	-670.79
14	-731.73
15	-735.30
16	-732.36
17	-732.46
18	-1103.89
19	-1111.97
20	-1130.55
21	-1174.71
23	-1547.86
24	-1807.23
25	0

10. Dobór wentylatorów

• podsieć L

WPG-300/1,4 (WPK-2,8)

Parametry pracy:

- ilość: 1

- wydatek 92,63 [m³/s]

- spiętrzenie 1807,23 [Pa]

- prędkość obrotowa 566,67 [obr/min]

- sprawność 76,75 [%]

- moc 223,93 [kW]

• podsieć P

WPGD-180/1,8

Parametry pracy:

- ilość: 1

- wydatek 123,29 [m³/s]

- spiętrzenie 2655.33 [Pa]

- prędkość obrotowa 427,08 [obr/min]

- sprawność 82,33 [%]

- moc 472,92 [kW]

Charakterystyka wentylatora WPG-200/1,4 (WPK-2,8) - podsieć L

Charakterystyka wentylatora WPGD-180/1,8 - podsieć P

11. Analiza stabilności pracy wentylatorów głównych

Warunek stabilnej pracy

0,9 Δp_cmax > Δp_c

• podsieć L

Δp_cmax = 3200 [Pa]

0,9 Δp_cmax = 2880 [Pa] > 1807,23

Warunek spełniony - praca wentylatora jest stabilna

• podsieć P

Δp_cmax = 3810 [Pa]

0,9 Δp_cmax = 3429 [Pa] > 2829,9

Warunek spełniony - praca wentylatora jest stabilna

12. Analiza ekonomiczności pracy wentylatorów głównych

Warunek ekonomicznej pracy

0,8 η_max < η

• podsieć L

0,8 η_max < η

η_max = 88 [%]

0,8 η_max = 70,4 < 76,75 [%]

Warunek spełniony - praca wentylatora jest ekonomiczna

• podsieć P

ηmax = 86 [%]

0,8 ηmax = 68.8 < 82,33 [%]

Warunek spełniony - praca wentylatora jest ekonomiczna

13. Współpraca wentylatorów

B =
- wentylatory będą współpracowały bezpiecznie

14. Analiza schematu potencjalnego

bocznica	Stopień stabilności kierunku σ
1-2	0.2014
2-4	0.2053
2-3	0.0862
3-4	0.1191
4-5	0.0681
3-5	0.1873
5-7	0.3214
7-8	0.2038
2-11	0.0501
2-10	0.0000
10-12	0.0000
11-12	0.0047
10-13	0.0000
12-13	0.0010
13-20	0.2544
11-14	0.0394
14-21	0.2451
14-15	0.0020
14-16	0.0003
15-17	0.0000
16-17	0.0001
17-18	0.2055
15-18	0.2040
18-19	0.0045
16-19	0.2101
19-20	0.0103
20-21	0.0244
21-23	0.2065
23-24	0.1435

Na podstawie analizy schematu potencjalnego stwierdzono, iż spadek potencjału w szybie nie przekracza 20% spiętrzenia większego wentylatora, co jest racjonalne.

---