OBLICZANIE ZAPOTRZEBOWANIA POWIETRZA DLA CAŁOŚCI

KOPALNI I POSZCZEGULNYCH ŚCIAN

Dane wyjściowe do projektu

1.Określenie struktury obłożenia ludźmi na poszczególnych zmianach.

I zmiana - 40% zatrudnionych ogółem

II zmiana - 30% zatrudnionych ogółem

III zmiana - 30% zatrudnionych ogółem

2. Dane

n - liczba porządkowa = 3

W_d - normatywna wydajność dobowa [Mg/1 osobę]

T_{d br} - wydobycie dobowe brutto ze ścian [MG/dobę]

b - obłożenie na najliczniejszej zmianie - przyjmujemy: b = 40%

W_d = 4 [Mg/1osobę]

T_{d br} = 10000 + 200 ∙ n = 10000 + 200 ∙ 3 = 10600 [Mg/dobę]

3. Postęp ściany ρ [m/dobę]

p =3,6 + 0,2 × n = 3,6 +0,2 ×3= 4,2 [m/dobę]

ρ = 4,2 [m/dobę]

4. Zanieczyszczenie pokładu węgla w granicach 15%

5.Metanowość złoża wynosi 7,0 [m³/t_csw] III - kategoria zagrożenia metanowego

6. Przekrój wnęki ścianowej charakteryzują następujące parametry:

• współczynnik zmniejszenia przekroju f = 0,85

• miąższość pokładu m [m]

• szerokość przy stropie l_st = 3,0 m

• szerokość przy spągu l_sp = 3,5 m

Określenie niezbędnej ilości powietrza

1. Określenie ilości powietrza ze względu na liczbę ludzi zatrudnionych na najliczniejszej zmianie.

Dla wykonania obliczeń korzystamy z wzoru

Q = a · N

gdzie:

a - wielkość wydatku powietrza przypadającego na 1 osobę pracującą pod ziemią [ m³/min], przyjmujemy, że a = 6 m³/min

N - liczba ludzi pracująca na najliczniejszej zmianie

N =

gdzie:

W_d - normatywna wydajność dobowa W_d = 4[Mg/1osobę]

T_{d br} - wydobycie dobowe brutto ze ścian T_{d br} =1120[Mg/dobę]

b - obłożenie na najliczniejszej zmianie - przyjmujemy: b = 40% =,04

N =
1060[osoby]

Całkowita wielkość wydobycia T_{d br} jest sumą wielkości wydobycia z poszczególnych ścian, o parametrach zamieszczonych w tabeli:

Lp.	Nazwa ściany	Długość	Miąższość	Głębokość zalegania
1	B - 2	200	3,00	861
2	B - 5	250	2,9	857
3	B - 3	268	2,3	862

Podstawiając do wzoru T_i = L · m · p · γ otrzymujemy:

gdzie: γ - ciężar objętościowy węgla [Mg/m³]

T_B-2 = 200 · 3,00 · 4,2 · 1,3 = 3276 [Mg/dobę]

T_B-5 = 250 · 2,90 · 4,2 · 1,3 = 3958 [Mg/dobę]

T_B-3 = 268 · 2,30 · 4,2 · 1,3 = 3366 [Mg/dobę]

RAZEM: Σ T_{d br} =10600 [Mg/dobę]

Obliczam niezbędną ilość powietrza

Q₁ = a · N = 6 · 1060 = 6360

2. Obliczenie niezbędnej ilości powietrza ze względu na kategorie zagrożenia

metanowego .

Q₂ =
b_i ⋅ T_i [m³/min]

gdzie :

b_i - jest najmniejszym wydatkiem powietrza przypadającym 1 Mg wydobycia netto ze ścian o różnym stopniu wydzielania metanu. [m³_CH4/Mg_CSW]

T_i - wydobycie dobowe poszczególnych ścian [Mg/dobę]

q_i - dla III kategorii zagrożenia metanowego przyjmujemy 15

b_i = 0,15q_i

gdzie:

b_i=0,15 ⋅ 15 =2,25

⋅

Ostatecznie ustalamy niezbędną ilość powietrza ze względu na zagrożenia metanowe - Q₂.

Q_2i = T_ni ⋅ b_i [m³/min]

Q_2i= 2,25 ⋅10600=23850

∑ Q₂ = 23850 [m³/min]

3. Zapotrzebowanie powietrza przez wzgląd na warunki klimatyczne.

Q_3­­=∑(k_i⋅T_i)

Gdzie :

k_i- jest współczynnikiem określającym najmniejszy wydatek powietrza przypadający na

1 Mg wydobycia netto ze ścian zlokalizowanych na różnych głębokościach.

Lp.	Głębokość eksploatacji	Współczynnik ki
1	< 400 m	< 1,2
2	400 m - 600 m	1,2 - 2,0
3	600 m - 800 m	2,0 - 3,2
4	800 m - 1000 m	3,2 - 4,8
5	> 1000 m	> 4,8

Korzystając z powyższej tabeli przyjmujemy odpowiednie współczynniki k_i dla kolejnych ścian i odpowiadających im głębokości.

Nazwa ściany	Głębokość Zalegania	współczynnik ki
B - 2	861 m	3,3
B - 5	857 m	3,3
B - 3	862 m	3,3

Wielkość wydatku powietrza obliczone ze względu na warunki temperaturowe kształtuje się na następującym poziomie :

Q_{3i =} k_i ⋅ T_ni [m­­^3­­/min]

Q₃=3,3 ⋅ 10600= 34980

∑Q₃^­­­= 34980 m­­^3­­/min

4. Określenie całkowitej ilości powietrza dla kopalni.

Q_Kop= Q_c= max (Q_i)

Z przeprowadzonych przeze mnie obliczeń wynika , że największym wydatkiem powietrza jaki trzeba zapewnić kopalni jest wartość :

Q_c­= Q₃= 34980 m­­^3­­/min

5. Określenie stężenia powietrza na poszczególnych ścianach.

1. Ze względu na prędkość przepływającego powietrza .

V= Q_śc / f ⋅ F [m­­³/s]

f - współczynnik zmniejszenia przekroju f = 0,85

F - przekrój wyrobiska , który obliczamy wg wzoru :

F_B-2= 0,5(3+3,5) ⋅ 3.00 = 9,75 m²

F_B-5= 0,5(3+3,5) ⋅ 2,90 = 9,42 m²

F_B-3= 0,5(3+3,5) ⋅ 2,30 = 7,47 m²

Prędkość powietrza przepływającego w poszczególnych ścianach będzie się kształtowała następująco:

V_B-2= 3276 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 9,75) = 6,59 m/s

V_B-5= 3958 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 9,42) = 8,24 m/s

V_B-3= 3366 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 7,47) = 8,84 m/s

Jak wynika z przeprowadzonych wyliczeń prędkość ta jest większa od prędkości normowej podawanej przez przepisy górnicze równej 5 m/s .

7. Sieć wentylacji.

Sieć wentylacji można zapisać na kilka sposobów , za pomocą schematu :

• poglądowego

• przestrzennego

• kanonicznego

• macierzowego

• ilościowego

• potencjalnego

• pożarowego

W wykonanym przeze mnie ćwiczeniu pierwszym etapem było sporządzenie schematu poglądowego kopalni , naniesienie na kartę trzech czynnych pod względem eksploatacji ścian, dla których w kolejnej części projektu byłoby rozwiązanie sieci wentylacyjnej . Każde z wyrobisk określono nazwą i podano jego położenie ( koty niwelacyjne ). Następnie wykonaliśmy schemat przestrzenny kopalni . Zasady kreślenia tego schematu są usytuowane w odpowiedniej normie .

1. Schemat przestrzenny - nie jest rysunkiem w skali . Rysuje się go w układzie O-X-Y-Z.

• O-X - obrazuje kierunek linii rozciągłości pokładu ( chodnik i przekopy po rozciągłości).

• O-Y - obrazuje kierunek linii prostopadłej do rozciągłości ( przecznice )

• O-Z - obrazuje kierunek linii pionowej do rozciągłości.

Przy jego wykreśleniu należało pamiętać o tym że :

• szyby i szybiki wykonujemy liniami pionowymi

• wyrobiska drążone w kamieniu czyli wyrobiska udostępniające nachylone pod kątem 30^o , lub jako wyrobiska poziome

• wyrobiska w kamieniu biegnące prostopadle do rozciągłości wykonuje się pod kątem 30^o

• wyrobiska biegnące równolegle do rozciągłości wykonujemy poziomo

• wyrobiska wykonane w pokładzie prostopadłe do rozciągłości wykonuje się pod kątem 60^o

• wyrobiska łączące różne poziomy wykonujemy pod kątem 45^o

Na schemacie przestrzennym wszystkim węzłom nadano numer , a ponadto uwzględniono kierunek przepływu powietrza .

2. Schemat kanoniczny

Kolejnym etapem było wykonanie schematu kanonicznego , czyli schematu usytuowania poszczególnych bocznic w sieci wentylacji , przy czym należy pamiętać , aby ilość bocznic i węzłów w schemacie kanonicznym jak i przestrzennym była jednakowa.

3. Schemat potencjalny.

Schemat ten jest niczym innym jak określeniem straty naporu jakie występują w poszczególnych bocznicach . Regulację sieci wentylacyjnej dokonuje się poprzez zastosowanie tam wentylacyjnych.

Ilość dróg niezależnych wyliczamy ze wzoru:

N= B - W + 1

gdzie :

B - ilość bocznic

W - ilość węzłów

Sumowanie strat naporu rozpoczynamy od drogi o najwyższym oporze i tak , dla tej drogi mamy :

H= (maxW_i)

W=suma(R_iQ_i² + r_iQ_i²)

W projekcie przyjmujemy, że H < 5000 Pa

H > 900 Pa

Na podstawie obliczeń dokonujemy doboru wentylatora do sieci wentylacyjnej , wykreślamy jego charakterystykę , a następnie określamy punkt pracy wentylatora .

Lp	Nazwa wyrobiska	Węzeł wlotowy	Węzeł wylotowy	Długość wyrobiska [m]	Rodzaj obudowy	Pole przekr. [m^2]	Opór wyrobiska [Ns^2/m^8]	Wydatek powietrza [m^3/s]	Prędkość powietrza [m/s]	Strata naporu [Nm/m^3]
1	Szyb Bogdanka	1	2	960	murowa	50,3	0,0086	337,71	8,84	981,48
2	Chodnik dojazdowy	2	7	200	murowa	32,5	0,0011	293,66	9,04	97,41
3	Chodnik wentylacyjny	7	8	250	ŁP 6	9,3	0,1256	20,9	9,03	50,69
4	Chodnik taśmowy	8	9	810	ŁP 7	10,9	0,0190	66,97	6,14	85,40
5	Chodnik nadścianowy	9	10	2150	ŁP 7	10,9	0,0190	58,67	5,87	62,74
6	Przecinka	10	11	250	ŁP 8	12,8	0,0093	69,56	5,43	44,71
7	Chodnik podścianowy	11	12	2150	ŁP 7	10,9	0,0190	66,97	6,14	50,69
8	Chodnik polowy III	12	19	870	ŁP 7	10,9	0,0146	20,87	3,80	6,35
9	Chodnik transportowy	2	3	480	Murowa	32,5	0,0010	226,69	8,24	19,48
10	Chodnik odstawczy	3	13	160	ŁP 7	10,9	0,0596	18,76	8,26	50,42
11	Chodnik podścianowy	13	14	1840	ŁP 7	10,9	0,0652	25,14	5,87	44,56
12	Przecinka	14	15	260	ŁP 8	12,8	0,0261	55,21	5,14	7,21
13	Chodnik nadścianowy	15	16	1830	ŁP 7	10,9	0,0245	54,65	6,40	56,41
14	Chodnik podścianowy	4	5	1230	ŁP 7	10,9	0,0596	54,65	5,20	84,21
15	Przecinka	5	6	190	ŁP 8	12,8	0,0456	98,15	5,11	44,76
16	Chodnik nadścianowy	6	17	1820	ŁP 7	10,9	0,0210	87,32	6,10	54,84
17	Chodnik równoległy	17	18	200	ŁP 8	12,8	0,0054	23,56	5,64	6,45
18	Przekop wschodni	18	20	2900	ŁP 8	12,8	0,0008	25,68	6,98	8,21
19	Przekop dojściowy	20	21	200	Murowa	22,5	0,0017	59,24	9,04	15,35
20	Szyb Nadrybie	21	22	820	murowa	50,3	0,0096	85,21	6,17	1093,31
Na podstawie następujących danych tj: całkowita wielkość wydatku powietrza - 371,47 m^3/s suma strat naporu po najtrudniejszej drodze 3657,16 N/m^2 dobieramy wentylator typu WPK - 50 oraz wyliczamy wielkość otworu równoznacznego równego A= 7,39 m^2.

7

---