Politechnika Wroclawska Wrocław

Wydział Górniczy

REFERAT Z KLIMATYZACJI KOPALŃ NA TEMAT:

Metoda PTO-2 prognozowania temperatury i stopnia zawilżenia powietrza w wyrobiskach górniczych z wentylacją opływową.

WYKONAŁ: PROWADZĄCY:

Opis metody PTO-2

Temperaturę powietrza kopalnianego w danym wyrobisku z wentylacją opływową oblicza się z wzoru:

t_w = t_d + ψΔΘ_d + ΩΔt_z + ΦΔt_x

t_d - temperatura powietrza w przekroju dopływu wyrobiska , °C,

ψ - bezwymiarowy współczynnik określony wzorem

ψ = 1- exp[- K(Fo,Bi) x

Fo- liczba Fouriera

a τ

Fo = _

r_s²

Bi- liczba Biota

Bi =

X - bezwymiarowa współrzędna odległościowa:

X =

Gdzie:

K - K(Fo,Bi) - liczba Kirpiczewa wyznaczana z wykresu (rys.1)

a - współczynnik wyrównywania temperatury skał wyznaczany ze wzoru:

a = 0,35(3-2k_w)⋅10^-6

k_w - oznacza jaką część całkowitego obwodu wyrobiska B stanowi węgiel

τ - czas przewietrzania wyrobiska [s]

r_s - promień równoważny wyrobiska:

r_s = 0,1592⋅B

λ - współczynnik przewodzenia ciepła skał:

λ = 0,395(6-5⋅k_w)

l - długość wyrobiska, m,

m - strumień masy powietrza w wyrobisku [kg/s]

c_p - właściwa pojemność cieplna powietrza przy stałym ciśnieniu [J/(kg K)]

α - współczynnik wnikania ciepła z pobocznicy wyrobiska [W/(m² K)]

α =

ΔΘ_d - różnica między temperaturą pierwotną skał t_pg , a temperaturą powietrza w płaszczyźnie przekroju dopływu wyrobiska:

ΔΘ_d = t_pg - t_d

Dalsze symbole oznaczają:

Ω - bezwymiarowy współczynnik :

Ω =

Δt_z - przyrost temperatury powietrza w wyrobisku , wynikający z działania w nim dodatkowych źródeł ciepła:

Δt_z = Σ

Q_i - ciepło wydzielone w jednostce czasu z i-tego źródła ciepła [W]

Ciepło wydzielone z dodatkowych źródeł

Q₁ - ciepło wydzielone z maszyn lub urządzeń elektrycznych czynnych w wyrobisku wyznacza się ze wzoru:

Q₁ = 0,1*N

N - moc znamionowa silnika maszyny lub urządzenia [W]

Q₂ - ciepło wydzielone z procesu utleniania węgla :

Q₂ = q_o * k_w * B * l

q_o - 4,36 [W/m²] dla wyrobisk korytarzowych przewietrzanych powyżej 3 lat

q_o - 7,56 [W/m²] dla pozostałych wyrobisk korytarzowych

q_o - 16,28 [W/m²] dla wyrobisk eksploatacyjnych

k_w - oznacza jaką część całkowitego obwodu wyrobiska B stanowi węgiel

l - długość wyrobiska [m.]

Q₃ - związane jest z wymianą ciepła między rurociągiem, a powietrzem w wyrobisku wyznacza się :

Q_i=r = 7,719*(w_d*D_r)^0,62*(t_r-t_d)* l_r

w_d - prędkość powietrza w przekroju /d/ wyrobiska [m/s]

D_r - średnica rurociągu [m.]

t_r - temperatura powierzchni rurociągu [°C]

t_d - temperatura powietrza w przekroju dopływu wyrobiska [°C]

l_r - długość rurociągu w wyrobisku

Q₄ - ciepło związane z wymianą ciepła między transportowanym na taśmociągu urobkiem a powietrzem w wyrobisku wyznacza się:

Q₄ = 1,1*m_w*L^0,8*[t_pg-(t_n+b)]

m_w - masa urobku przenoszona w jednostce czasu taśmociągiem w wyrobisku [kg/s]

L - długość taśmociągu w wyrobisku [m.]

t_pg - temperatura węgla w caliźnie przodka wydobywczego z którego węgiel jest przenoszony taśmociągiem [°C]

t_n - szacowana średnia temperatura na termometrze wilgotnym w części wyrobiska , gdzie znajduje się taśmociąg [°C]

b - empiryczna wielkość, która zależy od temperatury węgla w caliźnie w przodku wydobywczym oraz od masy urobku transportowanego taśmociągiem.

Dla t_p ≥ 35 °C:

b = 7 °C, dla 11 kg/s ≤ m_w ≤ 33 kg/s

b = 4 °C, dla 33 kg/s ≤ m_w ≤ 55 kg/s

b = 2,5 °C, dla 55 kg/s ≤ m_w ≤ 84 kg/s

Dla t_p = 30 °C ± 4° C :

b = 5 °C, dla 11 kg/s ≤ m_w ≤ 33 kg/s

b = 2 °C, dla 33 kg/s ≤ m_w ≤ 55 kg/s

b = 0,5 °C, dla 55 kg/s ≤ m_w ≤ 84 kg/s

Φ - bezwymiarowy współczynnik:

Φ = ε'*Ω*(1-
)

ε' - liczba bezwymiarowa , która jest wielkością empiryczną zależną od czasu przewietrzania τ:

0,8 - dla bardzo mokrych szybów wdechowych niezależnie od czasu przewietrzania

0,5 - dla normalnie mokrych szybów wdechowych niezależnie od czasu przewietrzania

0,5 - dla wyrobisk poziomych i nachylonych o czasie przewietrzania do 3 m-cy

0,32 - dla wyrobisk poziomych i nachylonych o czasie przewietrzania do 6 m-cy

0,16 - dla wyrobisk poziomych i nachylonych o czasie przewietrzania powyżej 6 m- cy

Δt_x - przyrost temperatury powietrza w wyrobisku związany ze zmianą stanu skupienia wody przez dany wzór :

Δt_x = -
* Δx

a' - ciepło parowania wody [J/kg]

Δx - przyrost stopnia zawilżenia powietrza w wyrobisku

Stopień zawilżenia powietrza X w danym wyrobisku

wyznacza się z wzoru:

x_w = x_d + Δx

x_w - stopień zawilżenia powietrza w przekroju wypływu wyrobiska [kg/kg]

x_d - stopień zawilżenia powietrza w przekroju dopływu wyrobiska [kg/kg]

Δx - przyrost stopnia zawilżenia w wyrobisku [kg/kg]

Δx = l * χ

l - długość wyrobiska [m.]

χ - jednostkowy stopień zawilżenia powietrza [kg/(kg m.)]

Jednostkowy stopień zawilżenia powietrza wyznacza się z bezpośrednich pomiarów , jakie wykonuje się w głębokich kopalniach. Na podstawie tych pomiarów dla każdego rodzaju wyrobiska w zależności od przeznaczenia można wyznaczyć jednostkowy przyrost stopnia zawilżenia korzystając ze wzoru:

χⁿ =

Przy prognozowaniu stopnia zawilżenia w wyrobisku należy do obliczeń wykonywanych zgodnie ze wzorem na Δx wprowadzić korektę jednostkowego stopnia zawilżenia stosując wzór:

χ = χ^m =

gdzie:

m - strumień masy powietrza w projektowanym wyrobisku [kg/s]

m^m - strumień masy powietrza w istniejącym wyrobisku dla którego wyznaczono χⁿ

φ_d - szacowana wilgotność względna powietrza w projektowanym wyrobisku

φ_dm - wilgotność względna powietrza w istniejącym wyrobisku dla którego wyznaczono χ^m.

Θ = Θ(φ) - eksperymentalny potencjał ruchu wilgoci wyznaczony z tablicy:

0,50	0,51	0,53	0,55	0,57	0,59	0,60	0,61	0,63	0,65	0,67	0,69	0,70	0,71
26,2	26,6	27,5	28,4	29,4	30,3	30,9	31,4	32,5	33,6	34,7	36,1	36,8	37,4

0,73	0,75	0,77	0,80	0,83	0,85	0,87	0,90	0,91	0,93	0,95	0,97	0,99	1,00
38,9	40,6	42,6	45,9	49,8	53,2	56,9	63,7	66,1	71,5	78,4	86,8	95,5	100

Znając zaprognozowaną temperaturę powietrza t_w (mierzoną termometrem suchym ) i stopień zawilżenia x_w wyznaczamy z wykresem i-x temperaturę powietrza t'_w (mierzonym termometrem mokrym). Następnie korzystając z niżej podanych wzorów wyznaczamy katastopnie wilgotne:

W≤ 1 K' = (0,35+0,85
)*(36,5-t')

W> 1 K' = (0,10+1,1
)*(36,5-t')

w - prędkość powietrza w wyrobisku [m/s]

t' - temperatura powietrza na termometrze mokrym [°C]

Znając temperaturę powietrza i katastopnie wilgotne można dać odpowiedź czy podjęte środki profilaktyczne są wystarczające dla zapewnienia prawidłowych warunków klimatycznych w danym wyrobisku.

Literatura :

Informacja zespołu ds. klimatyzacji i przewietrzania głębokich kopalń. MGIE. Główne Biuro Studiów i Projektów Górniczych. Katowice 1984

---