Wydział Górnictwa i Geoinżynierii	SENDOREK MATEUSZ BRUDKOWSKI RAFAŁ	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:

[m/s]

Δp_d - ciśnienie dynamiczne [Pa]

ρ - gęstość powietrza [kg/m³]

Wydatek objętościowy przepływu powietrza Q:

[m³/s]

Ciśnienie całkowite w punkcie pomiarowym Δp_c:

Δp_c = Δp_st+Δp_d [Pa]

Δp_st - ciśnienie statyczne [Pa]

Współczynnik strat powietrza p:

Q_w - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym p_o,

Q_o - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno p₁, p₂, p₃, p₄.

Współczynnik szczelności lutnociągu k:

r - opór jednostkowy lutniociągu [Ns²/m⁹]

L - długość lutnociągu

k - współczynnik szczelności lutnociągu

a - wartość odczytana z wykresu

2. Wprowadzenie.

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.

1. 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 p₀, tzn. przy p-p₀ > 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 V₀ i ilości V_s wypływającej przez nieszczelności na całej długości lutnociągu V_w=V₀+V_s. W praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty V_s mogą - nawet kilkakrotnie - przewyższają ilości powietrza V₀ 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]

1. Zestawienie parametrów wentylacji lutniowej.

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.

---