Wydział

Górnictwa i

Geoinżynierii

Sławomir Jastrzębski

Bartosz Grzesiak

Górnictwo i

Geologia

Zespół nr 4

Wentylacja i

pożary I

Wyznaczanie współczynnika szczelności

lutnociągu

Nr

ćwiczenia:

4

Data wykonania:

18.01.2014r.

Data oddania:

01.02.2014r.

Ocena:

1.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemami przewietrzania wyrobisk ślepych w

kopalniach. Wyrobiska ślepe w trakcie drążenia, przewietrzane są za pomocą lutniociągu i
wentylatora wymuszającego w nim przepływ powietrza. Zadaniem instalacji lutniociągowej
jest doprowadzenie do miejsca pracy odpowiedniej ilości powietrza. Ilość ta powinna
zapewnić rozrzedzanie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał oraz gazów
postrzałowych do koncentracji nie stwarzającej zagrożenia, jak również zapewnić utrzymanie
w wyrobisku właściwych warunków klimatycznych. W każdym lutniociągu, niezależnie od
stosowanego sposobu (wentylacja ssąca, tłocząca, kombinowana) występują straty powietrza
wskutek jego przepływu przez nieszczelności, połączeń poszczególnych segmentów lutni.


Średnia prędkość przepływu powietrza v

śr

:



d

śr

p

v









2

817

,

0

[m/s]



p

d

– ciśnienie dynamiczne [Pa]



- gęstość powietrza [kg/m

3

]

Wydatek objętościowy przepływu powietrza Q:

śr

v

Q









4

10

621

,

9

[m

3

/s]

Ciśnienie całkowite w punkcie pomiarowym



p

c

:



p

c

=



p

st

+



p

d

[Pa]



p

st

– ciśnienie statyczne [Pa]

Współczynnik strat powietrza p:

w

o

Q

Q

p



Q

w

– wydatek powietrza na odcinku pomiarowym p

o

,

Q

o

– wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno p

1

, p

2

, p

3

, p

4

.

Współczynnik szczelności lutnociągu k:

r

L

a

k





3

3

2

r – opór jednostkowy lutniociągu [Ns

2

/m

9

]

L – długość lutnociągu
k – współczynnik szczelności lutnociągu
a – wartość odczytana z wykresu

2. Wprowadzenie.

2.1. Sposoby przewietrzania lutnociągami.

Rozróżnia się przewietrzanie tłoczące, ssące i kombinowane.

Zaletami przewietrzania tłoczącego są:

- korzystniejsze cieplne warunki pracy w przodku, większe natężenie chłodzenia,
- mniejsze straty powietrza,
- intensywniejsze usuwanie gazów z przodku.

Wadą przewietrzania tłoczącego jest odpływ zużytego powietrza przez wyrobisko, co
przedłuża czas przewietrzania wyrobiska jako całości. Wada ta uwidacznia się szczególnie w
wyrobiskach metanowych i wznoszących się, gdyż metan, jako lżejszy od powietrza, trudno
schodzi w dół i gromadzi się pod stropem, gdzie intensywność przewietrzania jest mała. Jeżeli
chodzi o przewietrzanie wyrobiska jako całości, a nie tylko przestrzeni przyprzodkowej, to
znacznie skuteczniejsze jest przewietrzanie ssące. Usuwa ono bowiem szkodliwe domieszki
(gazy odstrzałowe lub wydzielające się w przodku) w stanie bardziej skoncentrowanym.
potrzeba więc znacznie krótszego czasu i mniejszej ilości powietrza na rozrzedzenie gazów
do tanu bezpiecznego. Gdy chodzi o warunki pracy w przodku i usunięcie z niego
szkodliwych gazów w możliwie najkrótszym czasie, wówczas należy zastosować
przewietrzanie tłoczące. Jeżeli zaś chodzi o stworzenie możliwie najkorzystniejszych
warunków w całym wyrobisku ślepym, to lepsze jest ssące. W celu wykorzystania
korzystnych stron obu sposobów przewietrzania stosuje się sposoby kombinowane.
Wentylację kombinowaną, tj. początkowo po odstrzeleniu w przodku ssącą, a następnie
tłoczącą uzyskać można przez:

- zmianą kierunku obrotów wirnika wentylatorów osiowych,
- zastosowanie urządzenia rewersyjnego,
- zastosowanie dwóch wentylatorów oraz manewrowanie odpowiednimi zasuwami Z1 i

Z2.

2.2. Straty powietrza. Czynniki wpływające na wielkość strat.

Zadaniem urządzenia lutniowego jest doprowadzanie do miejsca pracy (przodku

drążonego wyrobiska) odpowiedniej ilości powietrza. Ta obliczona odpowiednia ilość
powietrza powinna zapewnić rozrzedzenie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał
oraz zapewnić utrzymanie właściwych warunków klimatycznych. W każdym lutnociągu,
niezależnie od stosowanego sposobu wentylacji (ssąca, tłocząca, kombinowana), występują
straty powietrza wskutek jego wypływu przez nieszczelności połączeń poszczególnych
segmentów lutni. Przy dodatniej różnicy ciśnień w lutnociągu p i w wyrobisku p

0

, tzn. przy p-

p

0

> 0, powietrze dopływa z wyrobiska do lutni. W obu przypadkach ilość powietrza

przepływającego przez wentylator V

w

musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przodku

V

0

i ilości V

s

wypływającej przez nieszczelności na całej długości lutnociągu V

w

=V

0

+V

s

. W

praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty V

s

mogą –

nawet kilkakrotnie – przewyższają ilości powietrza V

0

dopływającego do przodku. Znaczenie

strat w przewietrzaniu lutniowym wzrasta niewspółmiernie przy lutnociągach długich, które
stają się coraz bardziej nieodzowne w górnictwie podziemnym. Fakt ten i względy
ekonomiczne stanowią bodziec do podejmowanie coraz to nowszych wysiłków zmierzających
określenia ich wielkości.
Z doświadczenia wiadomo, że wielkość strat powietrza w lutnociągach zależy od:

- długości lutnociągu,
- rodzaju, stanu oraz liczby złączy lutni,
- materiału uszczelniającego i sposobu wykonania uszczelnienia,
- średnicy lutnociągu,
- materiału, z jakiego wykonane są lutnie.

Ponadto wpływ na ilość przepływającego powietrza lutnociągiem nieszczelny wywierają:

- opór wyrobiska (strata naporu w wyrobisku),
- opór wlotu powietrza do lutnociągu,
- zmiana ilości ruchu wywołana dopływem masy przez nieszczelność przewodu (rodzaj

wentylacji: ssąca, tłocząca),

- sposób rozmieszczenia wentylatorów wzdłuż lutnociągu.

Ilościowe określenie wpływu poszczególnych czynników na wielkość strat powietrza, a co z
tym się wiąże, na ilość przepływającego powietrza przez wentylator i jego depresję jest
zagadnieniem złożonym. Ta złożoność problemów skłania czasem niektórych autorów
zajmujących się tymi zagadnieniami do podawania pewnych prostych zasad określenia
wielkości strat powietrza i wymaganej depresji wentylatora lutniowego, zasad opartych na
pewnych subiektywnym wyczuciu i częściowo doświadczeniu praktycznym.

Źródło: „Przewietrzanie kopalń”, praca zbiorowa.

3. Obliczenia.

Parametry powietrza w laboratorium:
t

s

= 18,6



C

t

w

= 13,6



C

p= 987,42 hPa = 98742 Pa

Obliczam

gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym:

T = t

s

+ 273 [K] = 291,6 [K]

p

w

– prężność pary wodnej, obliczona ze wzoru:

A

p

= 0,000677

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia:

T= t

w

+273 = 286,6 [K]

3.1. Zestawienie parametrów wentylacji lutniowej.

1

2

3

4

p

0

1589,22

1422,45

1324,35

1324,35

p

1

388,48

-

-

-

p

2

-

278,11

-

-

p

3

-

-

132,44

-

p

4

-

-

-

70,63

p

0

313,92

951,57

1275,30

1618,65

p

1

274,68

-

-

-

p

2

-

274,68

-

-

p

3

-

-

196,20

-

p

4

-

-

-

78,48

p

0

42,58

40,29

38,87

38,87

p

1

21,05

-

-

-

p

2

-

17,81

-

-

p

3

-

-

12,29

-

p

4

-

-

-

8,98

p

0

0,0410

0,0388

0,0374

0,0374

p

1

0,0203

-

-

-

p

2

-

0,0171

-

-

p

3

-

-

0,0118

-

p

4

-

-

-

0,0086

p

0

1903,14

2374,02

2599,65

2943,00

p

1

663,16

-

-

-

p

2

-

552,79

-

-

p

3

-

-

328,64

-

p

4

-

-

-

149,11

v

śr

[

m

/

s

]

Q [m

3

/s]



p

c

[

N

/

m

2

]

p

8

k

1,80

0,86

0,64

0,53

k [m

3

/N

1/2

*s]

0,44

0,32

0,23

7

a

0,9

1,1

1,35

1,6

a

3

4

5

6

p

0,49

lp

parametr

pkt

długość przewodu (m)

1

2

Δp

d

[

N

/

m

2

]



p

st

[

N

/

m

2

]

3.2. Wykresy zmian ciśnienia całkowitego i współczynnika szczelności wzdłuż

przewodu nieszczelnego.

4. Wnioski

Badania szczelności lutniociągu wykazały, że wraz ze wzrostem długości lutniociągu

maleje współczynnik szczelności lutniociągu k, natomiast wartość ciśnienia w nim spada.
Można więc przyjąć, że zgodnie z dokonanymi wyliczeniami spadek współczynnika
szczelności powoduje wzrost strat w lutniociągu.

Pomiary wydatku powietrza na wylocie do tego zmierzonego na wlocie dał nam obraz

zmian współczynnika strat p. W wyniku tego ustaliliśmy, że zgodnie z przypuszczeniami
powietrze wydobywało się na zewnątrz i kolejno na odległość 1 m dotarło 49% wtłoczonego
powietrza, na 2 m 44%, do 3 m 32% na końcu 4 m odcinka już tylko 23%. Jest to poważny
problem, że tak niewielka część dostaje się do końca wyrobiska gdyż w praktyce wymusza to
stosowanie dużych wydajności wentylatorów do przewietrzania lub zestawów wentylatorów.
Wszystko to wiąże się ze wzrostem kosztów i hałasu w przewietrzanym wyrobisku.

Obrazem strat w lutniociągu jest również wyliczone ciśnienie całkowite w kolejnych

punktach pomiarowych. Dla kolejnych punktów przedstawia się ono następująco:



punkt 1 – 663,16 Pa



punkt 2 – 522,79 Pa



punkt 3 – 328,64 Pa



punkt 4 – 149,11 Pa

Wynika z tego, że część powietrza wydostała się z lutniociągu przez nieszczelności samych
rur jak i połączeń.

W górnictwie najważniejszym współczynnikiem jest współczynnik k. Dąży się do

zwiększenia go w celu uzyskania jak najszczelniejszego lutniociągu. Od efektywności
przewietrzania w dużej mierze zależy komfort pracy oraz bezpieczeństwo. Dostarczenie
odpowiedniej ilości powietrza powoduje rozrzedzenie gazów wydostających się ze skał oraz
powstałych w wyniku strzelania.