Powietrze kopalniane, skład, najwyższe dopuszczalne stężenia.

Powietrze kopalniane, wypełniające wyrobiska górnicze, jest roztworem powietrza atmosferycznego, pary wodnej i gazów oraz pyłów wydzielających się w kopalni. Powietrze wprowadzone do wyrobisk górniczych, o składzie niewiele odbiegającym od składu powietrza atmosferycznego, nosi nazwę powietrza świeżego. Po przewietrzeniu miejsc pracy, gdy skład takiego powietrza ulega znacznym zmianom, nosi ono nazwę powietrza zużytego. Powietrze przepływające wyrobiskami górniczymi ulega ciągłym zmianom zarówno w sensie fizycznym (zmiany ciśnienia, temperatury, prędkości, gęstości) jaki i chemicznym (dopływ gazów, zanieczyszczeń, zmniejszanie się lub zwiększanie zawartości pary wodnej).

Wszędzie tam gdzie w kopalni muszą przebywać ludzie, powietrze kopalniane musi mieć odpowiedni skład i odpowiednią temperaturę. Zgodnie z przepisami górniczymi wszystkie dostępne wyrobiska i pomieszczenia należy tak przewietrzać, aby zawartość tlenu w powietrzu nie była mniejsza niż 19% (objętościowo), a najwyższe dopuszczalne stężenia gazów w powietrzu nie przekraczały następujących wartości:

Rodzaj gazu	NDS mg/m^3 (objętościowo w % )	NDSCh mg/m^3 (objętościowo w %)
Dwutlenek węgla	9 000 (1.0)	27 000 (1.0)
Tlenek węgla	30 (0.0026)	180 (0.015)
Tlenek azotu	5 (0.00026)	10 (0.00052)
Dwutlenek siarki	20 (0.000075)	50 (0.0019)
Siarkowodór	10 (0.0007)	20 (0.0014)

NDS - wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pacy, określonego w Kodeksie Pracy, przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

NDSCh - wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, jeżeli występuje w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej nić 2 razy w ciągu zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina.

Zawartość metanu w powietrzu kopalnianym nie powinna przekraczać:

- 1 % - w rejonowych prądach powietrza zużytego,

- 0.75 % - w szybie wydechowym.

Gdy stosujemy metanometrię automatyczną zawartość metanu w rejonowych prądach powietrza zużytego może wynosić - 1.5 %.

W razie stwierdzenia w wyrobisku zawartości metanu powyżej 2 %, należy niezwłocznie wycofać ludzi z zagrożonych wyrobisk, wyłączyć sieć elektryczną, unieruchomić maszyny i inne urządzenia, a wejścia do tych wyrobisk zagrodzić, zawiadamiając najbliższą osobę dozoru ruchu. Obowiązek wyłączenia urządzeń elektrycznych nie dotyczy tych urządzeń, które zostały dopuszczone do pracy przy zawartości metanu powyżej 2 %.

CO₂ - gaz bezbarwny, bezwonny, o smaku lekko kwaśnym, niepalny, niewybuchowy, jest gazem duszącym, zbiera się na dole wyrobiska gdyż jest cięższy od powietrza (ciężar 1,96 g/cm³),

CO - gaz bezbarwny, bez zapachu, bez smaku, trujący, gromadzi się w górnych częściach wyr. gdyż jest lżejszy od powietrza (ciężar 1,25 g/cm³), wybuchowy w granicach 14 do 29% w temp. normalnej i 7,5 do 29% w temp. 600˚,

NO, NO₂ - gaz trujący, niewybuchowy, o gryzącym zapachu

SO₂ - gaz trujący, niepalny, bezbarwny, o ostrym gryzącym zapachu, silnie drażniący drogi oddechowe. Rozpuszczalny m.in. w wodzie i acetonie

H₂S - gaz łatwopalny, trujący, bezbarwny, o zapachu zgniłych jaj, wybuchowy w granicach 4 do 46%, gaz trujący,

Udostępnione pokłady węgla lub ich części zalicza się do czwartej kategorii zagrożenia metanowego jeżeli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego w ilości powyżej 8 m³/Mg w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wystąpił nagły wypływ metanu albo wyrzut metanu i skał.

I) 0,1-2,5 II) 2,5 - 4,5 III) 4,5 - 8

Udostępnione złoża rud metali nieżelaznych lub ich części zalicza się do:

I kategorii zagrożenia metanowego jeżeli stwierdzono w powietrzu występowania metanu o zawartości powyżej 0,1%

II kategorii zagrożenia metanowego jeżeli występuje możliwość wzmożonego wydzielania się lub nagłego wypływu metanu z górotworu lub z wody dopływającej do wyrobisk.

Udostępnione złoża soli lub ich części zalicza się do:

I kategorii zagrożenia metanowego jeśli stwierdzono występowanie metanu pochodzenia naturalnego lub łącznie z innymi gazami wybuchowymi pochodzenia naturalnego o łącznej zawartości większej niż 0,1%

II kategorii zagr. metanowego jeśli wystąpił nagły wpływ metanu pochodzenia naturalnego oddzielnie lub łącznie z innymi gazami lub wyrzut metanu i skał, w wyniku których zawartość gazów wybuchowych w pow. była większa niż 1%.

Dla powietrza suchego - równanie stanu

R_p-indywidualna stała =287 J/kg*K

Dla pary wodnej w/g równania stanu

e - prężność ( ciśnienie) pary wodnej nienasyconej [Pa]

R_e- indywidualna stała = 461,5 J/kg*K

E - Prężność pary wodnej w stanie nasycenia (gdy wilg. względna wynosi 100%) tj w takim stanie, że w tej samej chwili określona ilość cząsteczek przechodzi w stan pary z ciekłego i ta sama z lotnego w stan cieczy.

Wilgotność bezwzględna określa ilość gramów pary wodnej przypadającej na 1 m³ powietrza (jest więc gęstością pary wodnej) w danych warunkach ciśnienia i temperatury.

Wilgotność względną
określa się procentowym stosunkiem wilgotności bezwzględ­nej powietrza w danej temperaturze i ciśnieniu do wilgotności bezwzględnej w stanie nasycenia w tych samych warunkach.

Wilgotność właściwa x określa zawartość masy pary wodnej wyrażonej w gra­mach lub kilogramach, przypadającą na 1 kg powietrza suchego.

Entalpia właściwa powietrza suchego - ilość ciepła, jaką należy doprowadzić do jednostki masy pow. suchego o temp. t=0 w warunkach stałego ciśnienia by jego temp. wzrosła do temp. t.

Entalpia właściwa pary wodnej - ilość ciepła potrzebna do odparowania 1kg wody o t=0 i podgrzania otrzymanej pary wodnej od temp =0 do temp. t

Entalpia właściwa powietrza wilgotnego - jest równa sumie entalpii właściwej powietrza suchego i ilości ciepła potrzebnego do przemiany x kg wody o temp. t=0 w parę wodną o temp. t. Jednostka: Dżul / kg powietrza suchego

C_v - ciepło właściwe powietrza suchego przy stałej objętości: 718 J/kgK

C_p - ciepło właściwe powietrza suchego przy stałym ciśnieniu: 1005 J/kgK

C_w - ciepło właściwe pary wodnej przy stałym ciśnieniu: 1926 J/kgK

C_ww - ciepło właściwe wody: 4190 J/kgK

r - utajone ciepło parowania: 2500 000 J/kg

Są dwie metody wyznaczania straty naporu:

Metoda pośrednia a) należy znać koty wysokościowe.

b) należy znać prędkości przepływu powietrza w obu przekrojach.

c). należy znać ciśnienia bezwzględne p₁ p₂ w obu przekrojach.

d). należy znać temperaturę suchą i wilgotną do wyznaczenia gęstości.

W =

Metoda bezpośrednia

manometry mierzą różnicę ciśnień, które działają bezpośrednio nad zwierciadłem cieczy wypełniającej naczynie po­łączone

Jeżeli dwa zbiorniki o małej objętości, znajdujące się na tej samej wysokości, połączone są z manometrem, to ciśnienie nad zwierciadłem cieczy jest w przybli­żeniu takie samo jak w zbiorniku. W tym przypadku można pominąć różnicę ci­śnień hydrostatycznych , pochodzących od ciężaru słupa gazu wypełniającego na­czynia połączone. W takim razie różnica poziomów wykazuje różnicę ciśnień w zbiornikach, niezależnie od rodzaju gazów wypełniających zbiornik. Jeżeli zbiorni­ki znajdują się na różnych poziomach wysokościowych, to miara różnicy poziomów cieczy wypełniającej ramiona naczynia połączonego wykazuje różnicę ciśnień

Jednostki oporu: 1R_G = 1000M = 9,81Bd

Budryk (Bd) [N*s²/m⁸] - opór takiego przewodu, który pod wpływem depresji 1 Pa przepływa 1m³ w ciągu sekundy.

Gibal (R_G) [Kg*s²/m⁸] - opór takiego przewodu, przez który pod wpływem depresji 1mm słupa wody przepływa 1m³ powietrza w ciągu sekundy

Miurg (M) - opór takiego przewodu, przez który pod wpływem depresji 1/1000 mm słupa wody przepływa 1m³ powietrza w ciągu sekundy.

Przez rozwiązanie systemu wentylacyjnego rozumie się wyznaczenie naturalnego rozdziału przepływu powietrza, określenie kierunku przepływu powietrza w poszczególnych bocznicach. Znać należy strukturę tego schematu, opory poszczególnych bocznic, charakterystykę źródeł depresji.

W przypadku systemu normalnego na którym to systemie bocznice połączone są szeregowo lub równolegle oraz gdy wentylator jest zlokalizowany na zewnątrz tego systemu istnieje możliwość rozwiązania tego systemu za pomocą skończonej liczby działań algebraicznych a wydatek wentylatora otrzymuje się z punktu przecięcia charakterystyki tego wentylatora z charakterystyką oporu wypadkowego tego systemu.

W=RV²

Otwór równoznaczny (A) - pole powierzchni takiego okrągłego otworu w cienkiej ściance, przez który przy danej depresji przepływa taka sama ilość powietrza jak przez dany przewód.

Regulacja systemu wentylacyjnego - określenie depresji i wydatków wentylatora oraz parametrów regulatorów ilości powietrza dla zapewnienia żądanych wydatków przepływu powietrza w poszczególnych bocznicach.

Rozróżnia się regulację: dodatnią (tamy), ujemną (wentylatory o działaniu zgodnym z przepływem powietrza), mieszaną

Do regulacji systemu za pomocą tam potrzebne są:

— schemat przestrzenny lub kanoniczny przewietrzania,

— opór bocznic wentylacyjnych,

— wymagane wydatki powietrza na poszczególne bocznice,

— kierunki przepływu prądów powietrza w poszcz. bocznicach wenty­lacyjnych.

Prądami niezależnymi są takie prądy, które odgałęziają się od grupowych prą­dów powietrza świeżego i po przewietrzeniu wyrobisk eksploatacyjnych lub in­nych (komory MW, komory pomp, transformatorów itp.) łączą się w prądy grupowe powietrza zużytego. Tamy umieszcza się na początku prądów niezależnych. Rejon wentylacyjny to wyrobiska przewietrzane prądem niezależnym w sensie wentylacyjnym.

---