Spis treści

I Dane wyjściowe do projektu 3

1. Określenie struktury obłożenia ludźmi na poszczególnych zmianach 3

2. Dane 3

3. Postęp ściany 3

4. Zanieczyszczenie pokładu 3

5. Metanowość złoża 3

6. Przekrój wnęki 3

II Określenie niezbędnej ilości powietrza 4

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

najliczniejszej zmianie 4

2. Określenie ilości powietrza ze względu na kategorię zagrożenia metanowego 5

3. Zapotrzebowanie powietrza ze względu na głębokość zalegania 5

4. Określenie całkowitej ilości powietrza dla kopalni 6

5. Określenie stężenia ilości powietrza dla poszczególnych ścian 6

III Zestawienie danych w tabeli 8

IV Dobór wentylatora 10

V Charakterystyka wentylatora 10

IV Pożary podziemne w kopalniach 11

OBLICZANIE ZAPOTRZEBOWANIA POWIETRZA DLA CAŁOŚCI

KOPALNI I POSZCZEGULNYCH PRZODKÓW

I 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 = 6

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 = 5 [Mg/1osobę]

T_{d br} = 10000 + 200 ∙ n = 10000 + 200 ∙ 6 = 11200 [Mg/dobę]

3. Postęp ścian ρ [m/dobę]

ρ_G-2 = 5 [m/dobę]

ρ_G-5 = 4 [m/dobę]

ρ_G-3 = 4 [m/dobę]

4. Zanieczyszczenie pokładu węgla w granicach 15%

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

6. Przekrój wnęki ścianowej charakteryzują następujące parametry:

• współczynnik zmniejszenia przekroju f = 1,00

• miąższość pokładu m [m]

• szerokość przy stropie l_st = 5,0 m

• szerokość przy spągu l_sp = 5,5 m

II Określenie niezbędnej ilości powietrza

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

Dla wykonania obliczeń korzystamy z wzoru

Q = η · N

gdzie:

η - 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 = 5[Mg/1osobę]

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

b - obłożenie na najliczniejszej zmianie - przyjmujemy: b = 40% =0,4

N =
896[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	G - 2	230	2,26	932
2	G - 5	230	3,10	939
3	G - 3	270	2,92	940

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

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

T_G-2 = 230 · 2,26 · 5 · 1,3 = 3383 [Mg/dobę]

T_G-5 = 230 · 3,10 · 4 · 1,3 = 3709 [Mg/dobę]

T_{G -3} = 270 · 2,92 · 4 · 1,3 = 4108 [Mg/dobę]

RAZEM: Σ T_{d br} =11200 [Mg/dobę]

Obliczam niezbędną ilość powietrza

Q₁ = η · N = 6 · 896 = 5376 [ m³/min]

2. Określenie niezbędnej ilości powietrza ze względu na kategorię zagrożenia metanowego.

Q₂ = Σ a_i · T_i [m³/min]

gdzie:

a_i - jest najmniejszym wydatkiem powietrza przypadającym na 1 Mg wydobycia netto ze ścian o różnym stopniu wydzielania się metanu [m³_CH4/Mg_csw]

T_i - wydobycie dobowe z poszczególnych ścian [Mg/dobę]

q_i - dla III kategorii zagrożenia metanowego przyjmujemy 10

a_i = 0,15 · q_i

gdzie:

a_i = 0,15 · 10 = 1,5

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

Q_2i = T_ni ⋅ a_i [m³/min]

Q_2i = 11200 ⋅ 1,5 = 16800

∑ Q₂ = 16800 [m³/min]

RAZEM: Σ Q₂ = 16800 [Mg/dobę]

3. Zapotrzebowanie powietrza ze względu na głębokość zalegania:

Q₃ = Σ (k_i · T_i)

gdzie:

k_i - jest współczynnikiem określającym najmniejszy wydatek powietrza przypadający na 1Mg wydobycia netto ze ścian zlokalizowanych na różnych głębokościach.

Lp.	Głębokość eksploatacji	Współczynnik ki
1	<400 m	< 1,0
2	400 m÷600 m	1,0 ÷ 1,5
3	600 m÷800 m	11,5 ÷ 2,5
4	800 m÷1000 m	2,5 ÷ 4

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

Nazwa ściany	Głębokość zalegania	Współczynnik ki
G-2	932	3,1
G-5	939	3,1
G-3	940	3,1

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

Q₃ = k_i · T_ni [m³/min]

Q_3G-2 = 3,1 · 3383 = 10487,3 [m³/min]

Q_3G-5 = 3,1 · 3709 = 11497,9 [m³/min]

Q_3G-3 = 3,1 · 4108 = 12734,8 [m³/min]

Po odliczeniu 15% ubytku powietrza na szybie, w poszczególnych przodkach ścianowych wielkość wydatku powietrza kształtuje się:

Q_3G-2 = 0,15 · 10487,3 = 1573,1 [m³/min]

Q_3G-5 = 0,15 · 11497,9 = 1724,6 [m³/min]

Q_3G-3 = 0,15 · 12734,8 = 1910,2 [m³/min]

Q_3G-2 = 10487,3 - 1573,1 = 8914,2 [m³/min]

Q_3G-5 = 11497,9 - 1724,6 = 9773,2 [m³/min]

Q_3G-3 = 12734,8 - 1910,2 = 10824,6 [m³/min]

RAZEM: Σ Q₃ = 29512 [m³/min]

4. Określenie całkowitej ilości powietrza dla kopalni

Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że największym wydatkiem powietrza jaki potrzeba zapewnić kopalni jest wartość:

Q_c = Q₃ = 29512 [m³/min]

5. Określenie stężenia ilości powietrza dla poszczególnych ścianach.

a) - ze względu na prędkość przepływającego powietrza

gdzie:

f - współczynnik zmniejszenia przekroju, f = 1,00

F - przekrój wyrobiska, który obliczamy wg wzorów:

F_G-2 = 0,5 (5+5,5) · 2,26 = 11,87 [m²]

F_G-5 = 0,5 (5+5,5) · 3,1 = 16,88[m²]

F_G-3 = 0,5 (5+5,5) · 2,92 = 15,33[m²]

Prędkość powietrza przepływającego w poszczególnych ścianach będzie się kształtowała następująco:

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

Sieć wentylacyjna

Sieć wentylacyjną można zapisywać na kilka sposobów, za pomocą schematu:

• poglądowego

• przestrzennego

• kanonicznego

• ilościowego

• potencjalnego

• pożarowego

Pierwszym etapem w wykonywanym ćwiczeniu było sporządzenie schematu poglądowego kopalni, naniesienie na kalkę trzech 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, według zasad:

Schemat przestrzenny

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

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

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

• O-Z - obrazuje kierunek linii pionowej do rozciągłości

Przy jego wykreślaniu należało pamiętać o tym, że:

• szyby i szybiki wykonujemy liniami pionowymi o grubości 3D

• wyrobiska drążone w kamieniu czyli wyrobiska udostępniające drążone równolegle do rozciągłości rys. linią poziomą o grubości 2D

• wyrobiska wykonane w kamieniu biegnące równolegle do upadu rys. pod kątem 30˚

• wyrobiska wykonane w pokładzie równolegle do rozciągłości rys. liniami poziomymi

• wyrobiska wykonane w pokładzie równolegle do upadu rys. pod kątem 60˚

• wyrobiska łączące różne poziomy rys. pod kątem 45˚ o grubości D

Na schemacie przestrzennym wszystkim węzłom nadano numery.

Schemat kanoniczny

Schemat kanoniczny czyli schemat usytuowania poszczególnych bocznic w sieci wentylacyjnej, przy czym należy pamiętać, aby ilość bocznic i węzłów zarówno w schemacie kanonicznym jak i przestrzennym była jednakowa.

III Zestawienie danych w tabeli

Lp.	Nazwa	Węzeł	Węzeł	Długość	Rodzaj	Pole	Opór
		wyrobiska	wlotowy	wylotowy	wyrobiska	obudowy	przekroju	metrowego
								wyrobiska
					[m]		[m^2]	[Ns^2/m^7]
1	Szyb S 1-2	1	2	970	murowa	50,3	0,000001
2	Przecznica	2	3	300	ŁP 19	36,71	0,000004
3	Chodnik 2fB	3	4	1800	ŁP 15	27,61	0,0000055
4	Chodnik	4	5	2000	ŁP 15	27,61	0,000012
								nadścianowy 7a
5	Ściana G3	5	6	270	Zmech.	15,06	0,00003
6	Chodnik	6	7	1500	ŁP 15	27,61	0,000012
								podścianowy 7b
7	Zachodni 3	7	13	2280	ŁP 15	27,61	0,0000081
8	Przecznica	3	8	210	ŁP 15	27,61	0,0000081
9	Przekop N -1	8	9	1820	ŁP 19	36,71	0,0000081
10	Chodnik	9	10	3210	ŁP 15	27,61	0,000012
								nadścianowy 5/II
11	Ściana G5	10	11	230	Zmech.	17,36	0,00003
12	Chodnik	11	12	2330	ŁP 15	27,61	0,000012
								podścianowy 4/II
13	Odstawczy -1	12	13	1300	ŁP 19	36,71	0,0000055
14	Odstawczy -1	13	21	530	ŁP 19	36,71	0,0000055
15	Przecznica kier.	2	14	140	ŁP 19	36,71	0,000004
16	Objazd S	14	15	200	ŁP 19	36,71	0,000004
17	Przekop N - 0	15	16	420	ŁP 19	36,71	0,000004
18	Chodnik 4N	16	17	1430	ŁP 15	27,61	0,000012
19	Ściana G2	17	18	230	Zmech.	14,55	0,00003
20	Chodnik 5N	18	19	1530	ŁP 15	27,61	0,000012
21	Polowy 4	19	20	940	ŁP 19	36,71	0,0000055
22	Chodnik taśmowy	20	21	30	ŁP 19	36,71	0,000004
23	Chodnik taśmowy	21	22	1900	ŁP 19	36,71	0,000004
24	Chdnik wentylacyjny	22	23	200	ŁP 19	36,71	0,000004
25	Szyb S 1-3	23	24	909	murowa	50,3	0,000001

Lp.	Opór	Wydatek		Prędkość	Strata	W1	W2	W3
		wyrobiska	powietrza		przepływu	naporu
		[Ns^2/m^8]	[m^3/min]	[m^3/s]	[m/s]	[Nm/m^3]
1	0,00097	29512	491,87	9,78	234,67	234,67	234,67	234,67
2	0,0012	20597,8	343,30	9,35	141,42	141,42	141,42
3	0,0099	10824,6	180,41	6,53	322,22	322,22
4	0,024	10824,6	180,41	6,53	781,15	781,15
5	0,0081	5412,3	90,21	4,99	65,91	65,91
6	0,018	10824,6	180,41	6,53	585,86	585,86
7	0,018468	10824,6	180,41	6,53	601,09	601,09
8	0,001701	9773,2	162,89	5,90	45,13		45,13
9	0,014742	9773,2	162,89	4,44	391,14		391,14
10	0,03852	9773,2	162,89	5,90	1022,02		1022,02
11	0,0069	4886,6	81,44	4,69	45,77		45,77
12	0,02796	9773,2	162,89	5,90	741,84		741,84
13	0,00715	9773,2	162,89	4,44	189,70		189,70
14	0,002915	20597,8	343,30	9,35	343,54	343,54	343,54
15	0,00056	8914,2	148,57	4,05	12,36			12,36
16	0,0008	8914,2	148,57	4,05	17,66			17,66
17	0,00168	8914,2	148,57	4,05	37,08			37,08
18	0,01716	8914,2	148,57	5,38	378,77			378,77
19	0,0069	4457,1	74,29	5,11	38,08			38,08
20	0,01836	8914,2	148,57	5,38	405,26			405,26
21	0,00517	8914,2	148,57	4,05	114,12			114,12
22	0,00012	8914,2	148,57	4,05	2,65			2,65
23	0,0076	29512	491,87	13,40	1838,69	1838,69	1838,69	1838,69
24	0,0008	29512	491,87	13,40	193,55	193,55	193,55	193,55
25	0,000909	29512	491,87	9,78	219,92	219,92	219,92	219,92
					SUMA	5328,02	5407,38	3492,81

IV Dobór wentylatora

Na podstawie następujących danych tj:

Q - całkowita wielkość wydatku powietrza wynosi: 565,65 [m³/s]

W - suma straty naporu po najtrudniejszej drodze wynosi: 5407,4 [N/m²]

dobieram wentylator typu: WPK - 5,3 o obrotach n = 375 [obr./min] oraz wyliczam wielkość otworu równoznacznego równego
9,17 [m²]

gdzie R zostało wyliczone ze wzoru:

Symbol po nazwie wentylatora oznacza średnicę zewnętrzną wirnika, podaną w metrach.

Wirnik tego wentylatora jest napędzany poprzez podatne sprzęgło silnikiem asynchronicznym lub synchronicznym. Wirnik ma profilowane łopatki, wykonane z wysokowytrzymałej stali węglowej. Obudowa w części dolnej jest żelbetowa, w górnej blaszana. Dyfuzor - zależnie od wielkości wentylatora - buduje się blaszany lub żelbetowy. Wylot dyfuzora może być zamknięty za pomocą klapy rewersyjnej przy równoczesnym otwarciu kanału do szybu. Wentylator ma na wlocie kierownice osiowe, umożliwiające ekonomiczną regulację parametrów pracy.

Nominalne parametry wentylatora:

- wydajność Q = 580 [m³/s]

- spiętrzenie całkowite Δh_c = 6000 [Pa]

- liczba obrotów n = 375 [obr/min]

- sprawność całkowita went.
= 0,89

Lp.	Strata naporu	Spiętrzenie wentylatora	Strata naporu na Tamie regulacyjnej	Opór na tamie wentylacyjnej	Wielkości
W1	5328,02	5407,38	79,36	0,0167	kg/m^7
W2­	5407,38			0		0,0169
W­3	3492,8			1914,58		0,0060

V Charakterystyka wentylatora

Całkowita depresja wentylatora jest równa sumie spadków naporu na najtrudniejszej drodze niezależnej.

Podstawiając różne wartości natężenia przepływu powietrza Q do poniższego wzoru można wykreślić krzywą otworu równoznacznego. Krzywa ta jest charakterystyką sieci kopalni. Nanosząc charakterystykę sieci wentylacyjnej określoną otworem równoznacznym na charakterystyki różnych wentylatorów, dobiera się wentylator główny w taki sposób, aby punkt pracy wentylatora znajdował się w pobliżu jego maksymalnej sprawności. Wydajność i depresję wentylatora odczytuje się jako współrzędne punktu przecięcia się charakterystyki depresji z charakterystyką kopalni.

Q	100	200	300	400	500	600
W	169	676	1521	2704	4225	6084

VI Pożary podziemne w kopalniach

Za pożar podziemny uważam pojawienie się w kopalni otwartego ognia tj. żarzącego się lub palącego się płomieniem materiału palnego, lub pojawienie się w powietrzu kopalnianym wszelkich objawów tlenku węgla, węglowodorów, lub dymu.

Zależnie od przyczyny powstania pożarów rozróżnia się dwa rodzaje pożarów:

• Pożary egzogeniczne - powstałe wskutek przyczyn zewnętrznych

• Pożary endogeniczne - powstałe wskutek samozapalenia się węgla

W miarę rozwoju pożaru wzrasta temperatura w jego ognisku, temperatura skał otaczających i temperatura powietrza przepływającego przez ognisko pożaru, wskutek czego wytworzona zostaje dodatkowa depresja cieplna, zwana depresją pożaru.

Najgroźniejszymi zaburzeniami w sieci wentylacyjnej, występującymi w czasie pożarów podziemnych i znanymi z praktyki kopalnianej są:

• odwracanie się prądów powietrza

• wtórne ogniska pożarowe

• wybuchy gazów pożarowych

• cofanie się dymów

Jeżeli pożar powstaje we wznoszącym się prądzie powietrza, prąd główny nie ulega odwróceniu, natomiast ulegają odwróceniu prądy boczne.

Lp

Nazwa

Węzeł

Węzeł

Zaburzenia w czasie pracy

Zabezpieczenia przed zaburzeniami

Wstępny plan

zadymienie

odwrócenie

wtórne

wybuchy

odwrócenia

wtórne

wybuchy

zabezpieczenia

wyrobiska

wlotowy

wylotowy

ogniska

ogniska

pożaru

pożarowe

pożarowe

1

szyb

1

2

2-14-15-

1-zatrzymać wentylator lub wentylatory, pod których

wdechowy

16-17-18-

działaniem znajduje się prąd powietrza płynący

19-20-21-

szybem wdechowym

21-22-23-

2-zamknąć przyszybowe tamy bezpieczeństwa na

24

wszystkich poziomach

3-zapewnić swobodny odpływ dymów (po odwróceniu

się prądu) przez podciągnięcie klatki powyżej zrębu

szybu i ewentualne otwarcie drzwi w chodniku

wyjściowym z szybu, znajdującym się poniżej zrębu

4-zamknięcie tamy TG - 3

2

szyb

23

24

23-24

1-zatrzymać wentylator na szybie wydechowym i

wydechowy

stworzyć warunki dla swobodnego odpływu gazów

pożarowych przez otwarcie klap szybowych na

zrębie tego szybu

2-zamknąć wszystkie tamy przez które powietrze

dopływa do szybu wydechowego

3-zamknięcie zasuwy na kanale wentylacyjnym, w

celu zabezpieczenia wentylatora przed skraplaniem

się na jego łopatkach pary wodnej i węglowodorów

zawartych w gazach pożarowych, które mogą się

zapalić i uszkodzić wentylator

4-przystąpić do aktywnego gaszenia

3

przecznica

2

3

3-4-5-6-7-13-

14-15-16-

21

21

TG - 2

TG - 2

wyłączyć

1-odwrucenie wentylacji przy równoczesnej

22-23-24

17-18-19-

dopływ

stabilizacji sieci i prowadzeniu dalszej akcji od

20-21

prądu do

strony szybu wydechowego, który w tej sytuacji

skrzyżowania

spełnia zadanie szybu wdechowego

21

2-zatrzymanie wentylatora, pod działaniem którego

płynie powietrze w grupowym prądzie, gdzie powstał

pożar i zamknięcie wszystkich tam, przez które

płyną lub mogłyby płynąć dymy do oddziałów

3-skierowanie dymów do szybu wydechowego

najbliższą wydzieloną drogą odgałęziającą się od

grupowego prądu powietrza z miejscem pożaru, przy

zachowaniu dotychczasowej pracy wentylatorów

4

odstawcz 1

13

21

21-22-23-24

14-15-16-

21

21

TG - 2

TG - 2

TG - 2

1-Wyprowadzić załogę z zagrożonego rejonu drogą

17-18-19-

21-20-19-18-17-16-15-14-2 i do szybu wydechowego

20-21

2-Wyłączyć dopływ prądu do rejonu

3-Przystąpić do aktywnego gaszenia z jednoczesnym

wprowadzaniem zastępów ratowniczych

5

ściana G-3

5

6

6-7-13-21-

13-12-11-

13-21

13-21

TR - 3

TR - 3

TR - 3

1-Wyprowadzić załogę z zagrożonego rejonu drogą

22-23-24

10-9-8-3

TG - 2

TG - 2

TG - 2

6-7-13-12-11-10-9-8-3-2 i do szybu wydechowego

i

2-Wyłączyć dopływ prądu do rejonu

21-20-19-

3-Przystąpić do aktywnego gaszenia

18-17-16-

z jednoczesnym wprowadzaniem zastępów

15-14

ratowniczych

6	ściana G-5	10	11	11-12-13-21-	3-4-5-6-7-	13-21	13-21	TR - 4	TR - 4	TR - 4	1-Wyprowadzić załogę z zagrożonego rejonu drogą
				22-23-24	13			TG - 2	TG - 2	TG - 2	11-12-13-7-6-5-4-3-2 i do szybu wydechowego
					i						2-Wyłączyć dopływ prądu do rejonu
					14-15-16-						3-Przystąpić do aktywnego gaszenia
					17-18-19-						z jednoczesnym wprowadzaniem zastępów
					20-21						ratowniczych
7	ściana G-2	17	18	18-19-20-21-	21-13-12-	21	21	TG - 4	TG - 4	TG - 4	1-Wyprowadzić załogę z zagrożonego rejonu drogą
				22-23-24	11-10-						18-19-20-21-13-12-11-10-9-8-3-2 i do szybu
					9-8-3-2						wydechowego
					i						2-Wyłączyć dopływ prądu do rejonu
					21-13-7-6-						3-Przystąpić do aktywnego gaszenia z jednoczesnym
					5-4-3-2						wprowadzaniem zastępów ratowniczych

16

---