ZAJĘCIA PROJEKTOWE

WENTYLACJA LUTNIOWA

1. Wyznaczanie koniecznej objętości powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego.

1. Ze względu na minimalną prędkość powietrza:

$$\dot{V} = A*w_{\min}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

A-pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m² ( przy stosowaniu obudowy ŁP- liczone w świetle obudowy),

w_min –minimalna prędkość powietrza, m/s (Dobierana wg. Obowiązujących przepisów w zależności od zagrożenia metanowego).

1. Ze względu na ilość wydzielającego się metanu:

$${\dot{V}}_{\min} = \frac{V_{\text{CH}_{4}}}{C_{\text{CH}_{4}} - V_{\text{CH}_{4\ 0}}}*100\ \ \left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

V_CH4- ilość wydzielającego się metanu, $\frac{m^{3}}{s}$

C_CH4- dopuszczalne stężenie metanu w prądzie powietrza zużytego, % ( wg przepisów C_CH4 = 1% lub 1, 5 % jeśli stosuje się metanometrię automatyczną).

V_CH4 0 – dopuszczalne stężenie metanu w prądzie powietrza świeżego , %

(0,5 % lub 1% gdy stosuję się metanometrię automatyczną).

1. Ze względu na ilość gazów powstałych podczas urabiania przy użyciu materiałów wybuchowych:

   1. dla wentylacji ssącej:

$${\dot{V}}_{\min} = \frac{0,3}{\tau}\sqrt{\frac{M}{A}*L_{\text{od}}\text{\ \ }}\text{\ \ \ }\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

τ- czas wyczekiwania po odstrzale, min ( przyjmuję się 30 minut)

M- masa materiały wybuchowego użyta jednorazowo od odstrzału przy prowadzeniu robót, kg

L_od –długość strefy odstrzału liczona wg. Wzoru:

L_od = 15 + M  [m]

1. dla wentylacji tłoczącej:

$${\dot{V}}_{\min} = 0.13*\frac{A}{\text{τ\ }}*\sqrt[3]{\frac{k\phi*M*L^{2}*\eta_{I}^{2}}{A}}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack\ $$

gdzie:

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m²

τ- czas wyczekiwania po odstrzale, min ( przyjmuje się 30 minut)

kϕ – współczynnik uwzględniający stopień zawilgocenia prowadzonego wyrobiska,

M- masa materiału wybuchowego użyta jednorazowo do odstrzału przy prowadzeniu wyrobiska ślepego, kg

L – długość wyrobiska ślepego, m

η_I – sprawność lutniociągu.

Warunek: Jeśli długość wyrobiska ślepego L jest mniejsza od odległości krytycznej L_kr ,które wyznacza się z zależności:

$$L_{\text{kr}} = 100*\frac{kd*M*Vg}{A*C_{\text{CO}}}\text{\ \ }\left\lbrack m \right\rbrack$$

gdzie:

kd- wskaźnik dyfuzji turbulentnej swobodnego strumienia ( dla przyjętych warunków wentylacji wyrobisk ślepych można przyjąć kd-0,6)

M- masa materiału wybuchowego użyta jednorazowo do odstrzału przy prowadzeniu robót, kg

Vg- ilość gazów odstrzałowych wydzielających się po odstrzeleniu na tlenek węgla , $\frac{m^{3}}{\text{kg}}$

A-pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m²

C_CO- dopuszczalne stężenie tlenku węgla, % (wg. przepisów C_CO = 0, 015 % )

1. Ze względu na temperaturę powietrza (dla wentylacji ssącej i tłoczącej):

$${\dot{V}}_{\min} = \frac{1}{\rho_{m}}*\frac{- {\dot{q}}_{\text{sm}}\text{BL}}{c_{p}\left( \vartheta_{0} - t_{\text{sd}} \right)\left\lbrack \ln\left( \vartheta_{0} - t_{\text{sp}} \right) - ln\left( \vartheta_{0} - t_{\text{sd}} \right) \right\rbrack}\text{\ \ \ }\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

q_sm- średni jednostkowy strumień ciepła, $\frac{J}{\left( m^{2}s \right)}$ ( przyjmować: dla kopalń węgla

$q_{\text{sm}} = 6,66\ \frac{J}{\left( m^{2}s \right)}\ $, dla kopalń rud miedzi w LGOM $q_{\text{sm}} = 7,64\ \frac{J}{\left( m^{2}s \right)}$),

B- obwód wyrobiska górniczego, m (w przypadku obudowy ŁP obliczać $B = 4,16\sqrt{A}$ ),

A- pole przekroju poprzecznego wyrobiska, m²

L- długość wyrobiska, m

ρ_m – średnia gęstość powietrza w wyrobisku , $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$(przyjmować dla kopalń węgla

$\rho_{m} = 1,14\ do\ 1,16\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}\ $, dla kopalń rud miedzi LGOM $\rho_{m} = 1,12\ do\ 1,14\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$),

c_p – właściwa pojemność cieplna (ciepło właściwe), $c_{p} = 1005\ \frac{J}{\left( \text{kg\ K} \right)}$,

ϑ₀ –temperatura pierwotna górotworu, obliczona ze wzoru:

$$\vartheta_{0} = T_{\text{os}} + \frac{H - H_{0}}{\Gamma_{m}}\text{\ \ }\left\lbrack C \right\rbrack$$

T_os – temperatura średnia wieloletnia bezpośrednio nad powierzchnią Ziemi (przyjąć T_os = 8 C),

H – głębokość, dla której określona jest temperatura pierwotna górotworu, m

H₀ – głębokość, do której sięgają sezonowe zmiany temperatury powietrza atmosferycznego, (przyjąć H₀ = 25 m),

Γ_m – średni stopień geotermiczny na danym obszarze ( przyjmować dla kopalń węgla

Γ_m = 33 m/C, dla kopalń rud miedzi LGOM Γ_m = 29 m/C),

t_sd – temperatura sucha w przekroju dopływu powietrza do wyrobiska, C,

t_sp – temperatura sucha powietrza w przodku wyrobiska (można przyjmować: t_sp = 28 C 

przy normalnym czasie pracy -7,5 h lub t_sp = 33 C przy skróconym czasie pracy do 6h).

1. Regulacja i obliczenia lutniociągu.

1. Pole przekroju poprzecznego lutniociągu:

$$A_{L} = \frac{\pi*D_{L}^{2}}{4}\text{\ \ \ }\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

gdzie:

D_L- średnica lutniociągu, m

1. Opór właściwy bezwładnościowy:

$$R_{b} = \frac{\rho_{n}}{2*A_{L}^{2}}\text{\ \ \ }\left\lbrack \frac{\text{Ns}^{2}}{m^{8}} \right\rbrack$$

gdzie:

ρ_n- gęstość powietrza kopalnianego , $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$ (przyjąć $\rho_{n} = 1,2\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$ )

A_L- pole przekroju poprzecznego lutni, m²

1. Sprawność lutniociągu:

$$\eta_{I} = \frac{2}{1 + a*k + e^{a*k}}$$

gdzie:

k- współczynnik nieszczelności lutniociągu zależny od uszczelnienia,

1. Współczynnik zależny od rodzaju wentylacji, tj:

dla wentylacji ssącej:

$$a = \operatorname{*}{\left( \frac{\rho_{m}}{\rho_{n}} \right)^{\frac{1}{2}}*\frac{D_{L}}{S_{L}}}*\frac{1}{r_{\text{ul}}}*\left\lbrack \left( R_{z} + R_{b} + r_{\text{ul}}*L_{L} \right)^{\frac{3}{2}} - \left( R_{z} + R_{b} \right)^{\frac{3}{2}} \right\rbrack$$

gdzie:

ρ_n-gęstość powietrza kopalnianego , $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

ρ_m-średnia gęstość powietrza kopalnianego w drążonym wyrobisku, $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

(przyjąć $\rho_{n} = 1,2\ \ \frac{\text{kg}}{m^{3}},\ \ \rho_{m} - jak\ w\ punkcie\ I.1$)

D_L-średnica lutniociągu, m

S_L-długość pojedynczej lutni, m

r_ul-opór jednostkowy lutniociągu, $\frac{\text{Ns}^{2}}{m^{9}}$

R_z-opór zasuwy (przy wentylacji ssącej nie stosuje się zasuwy w związku z tym R_z = 0)

R_b-opór właściwy bezwładnościowy, $\frac{\text{Ns}^{2}}{m^{9}}$

L_L-długość lutniociągu, m

dla wentylacji tłoczącej:

$$a = \operatorname{*}{\left( \frac{\rho_{m}}{\rho_{n}} \right)^{\frac{1}{2}}*\frac{D_{L}}{S_{L}}}*\frac{1}{r_{\text{ul}}}*\left\lbrack \left( R_{z} + r_{\text{ul}}*L_{L} \right)^{\frac{3}{2}} - \left( R_{z} \right)^{\frac{3}{2}} \right\rbrack$$

gdzie:

ρ_n-gęstość powietrza kopalnianego , $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

ρ_m-średnia gęstość powietrza kopalnianego w drążonym wyrobisku, $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

(przyjąć $\rho_{n} = 1,2\ \ \frac{\text{kg}}{m^{3}},\ \ \rho_{m} - jak\ w\ punkcie\ I.1$)

D_L-średnica lutniociągu, m

S_L-długość pojedynczej lutni, m

r_ul-opór jednostkowy lutniociągu, $\frac{\text{Ns}^{2}}{m^{9}}$

R_z-opór zasuwy (przy wentylacji ssącej nie stosuje się zasuwy w związku z tym R_z = 0)

L_L-długość lutniociągu, m

1. Opór właściwy lutniociągu:

dla wentylacji ssącej:

$$R_{L} = \left( R_{z} - R_{b} \right)*\eta_{I}^{2} + 2R_{b} + r_{\text{ul}} + L_{L}*\eta_{I}\text{\ \ }\frac{\text{kg}}{m^{7}}$$

dla wentylacji tłoczącej:

$$R_{L} = \left( R_{z} + 2R_{b} \right)*\eta_{I}^{2} - R_{b} + r_{\text{ul}} + L_{L}*\eta_{I}\text{\ \ }\frac{\text{kg}}{m^{7}}$$

gdzie:

R_z-opór zasuwy (przy wentylacji ssącej nie stosuje się zasuwy w związku z tym R_z = 0)

R_b-opór właściwy bezwładnościowy, $\frac{\text{Ns}^{2}}{m^{8}}$

η_I- sprawność lutniociągu

r_ul-opór jednostkowy lutniociągu, $\frac{\text{Ns}^{2}}{m^{9}}$

L_L-długość lutniociągu, m

1. Dobór wentylatora lutniowego dla panujących warunków w wyrobisku ślepym

1. Obliczenie wydajności wentylatora:

$${\dot{V}}_{w} = \frac{{\dot{V}}_{p}}{\eta_{I}}\text{\ \ \ }\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

gdzie:

${\dot{V}}_{p} = \max\left( {\dot{V}}_{n} \right),\ gdzie\ n = 1,2,3,$-obliczony maksymalny strumień powietrza świeżego niezbędny do przewietrzenia prowadzonego wyrobiska, $\frac{m^{3}}{s}$

η_I - sprawność lutniociągu

1. Obliczanie spiętrzenia wentylatora lutniowego:

$${p}_{c} = R_{L}*{\dot{V}}_{\text{w\ \ \ \ }}^{2}\left\lbrack \text{Pa} \right\rbrack$$

gdzie:

R_L - opór lutniociągu

${\dot{V}}_{w}$ - wydajność wentylatora lutniowego, $\frac{m^{3}}{s}$

1. Dobór wentylatora.