1
Etap III.
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w kopalni
1. Założenia do obliczeń projektowych.
Dla wykonania obliczeń zakłada się:
• zanieczyszczenie węgla, %, (przyjmujemy - 20% roboty eksploatacyjne, 40% - roboty
przygotowawcze),
• We – metanonośność pokładu eksploatowanego, m3 CH4/Mg c.s.w,
(przyjmujemy: III KZM - pierwszy pokład, III KZM - drugi pokład, IV KZM – trzeci pokład),
– pokład …. (ściana ….): … m
3
CH
4
/Mg czystej substancji węglowej
– pokład …. (ściana … ): … m
3
CH
4
/Mg czystej substancji węglowej
– pokład …. (ściana …): … m
3
CH
4
/Mg czystej substancji węglowej
– pokład …. (drążony chodnik …..): … m
3
CH
4
/Mg czystej substancji węglowej
– pokład …. (drążony chodnik …..): … m
3
CH
4
/Mg czystej substancji węglowej
• postęp ścian, (przyjmujemy w przedziale 50-120 m/m-c),
• współczynnik nierównomierności wydzielania metanu: c=1,65
• gęstość węgla: ρ=1,35 Mg/m
3
Przekrój wnęki ścianowej trapez:
- podstawa dłuższa niższa 4,5 [m],
- podstawa wyższa 3,0 [m].
- współczynnik zmniejszenia przekroju ściany f=0,9
W oparciu o parametry geometryczne ścian są odczytane z map pokładowych. Na tej
podstawie oblicza się wydobycie dobowe brutto i odpowiednio dobowe netto pomniejszone o
wielkość zanieczyszczeń.
Wyniki należy zestawić tabelarycznie. (poniżej przykład).
• przy obliczaniu niezbędnej ilości powietrza w kopalni każdorazowo należy uwzględniać
wymagania aktualnych przepisów górniczych, w szczególności przepisów dotyczących
zapewnienia we wszystkich wyrobiskach kopalni właściwe go składu powietrza (to jest
minimalnej zawartości tlenu oraz nieprzekroczenia dopuszczalnej ilości gazów
niebezpiecznych dla zdrowia i życia ludzi i/lub niebezpiecznych ze względu na możliwość
wybuchu lub zapalenia) i jego temperatury, a także dotyczących minimalnej i maksymalnej
prędkości powietrza.
•obliczenia niezbędnej ilości powietrza w miejscach jego zapotrzebowania, to jest w:
wyrobiskach eksploatacyjnych, wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych niezaleŜnym
prądem powietrza, komorach funkcyjnych oraz wyrobiskach technologicznych otamowanych
tamami rozdzielającymi (wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i drogi
ucieczkowe),
2
• zbilansowanie obliczonej niezbędnej ilości powietrza z wszystkich
miejsc jego zapotrzebowania w kopalni i sprawdzenie, czy w żadnym wyrobisku nie są
przekroczone dopuszczalne prędkości powietrza; w grupowych drogach powietrza zużytego
należy uwzględnić 10% rezerwy w stosunku do dopuszczalnej maksymalnej prędkości
powietrza (ze względu na bilansowanie powietrza o różnych parametrach fizycznych),
2. iezbędna ilość powietrza w kopalni:
Niezbędna ilość powietrza w kopalni wyznacza się obliczając:
1. ΣV
e
- sumę niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych, m
3
/min,
(3 warunki)
2. Σ V
kf
- sumę niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych, m
3
/min, (5-krotna
objętość komory funkcyjnej),
3. Σ V
wt
- sumę niezbędnych ilości powietrza świeżego w wyrobiskach technologicznych
otamowanych tamami rozdzielającymi, m
3
/min, (nomogram)
4. Σ V
kn
- sumę niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych
niezależnymi prądami powietrza (obliczenia wentylacji lutniowej), m
3
/min.
2.1 Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w poszczególnych miejscach jego
zapotrzebowania
• Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych, szybach,
szybikach i wyrobiskach korytarzowych z opływowym prądem powietrza
Warunek 1)
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu na minimalną dopuszczalną prędkość
powietrza.
Niezbędną ilość powietrza ze względu na minimalną dopuszczalną, prędkość powietrza dla
wyrobisk eksploatacyjnych, szybów, szybików i wyrobisk korytarzowych z opływowym
prądem powietrza, należy wyznaczać korzystając ze wzoru:
V = 60 * A * w
min
gdzie:
V- ilość powietrza, m
3
/min.
A - pole przekroju Użytecznego wyrobiska, m
2
,
w
min
- prędkość minimalna powietrza wymagana przepisami, m/s
3
Dopuszczalne prędkości powietrza w wyrobiskach korytarzowych:
1) prędkość powietrza w wyrobiskach w których nie odbywa się regularny ruch ludzi, może
być zwiększona do 10 m/s
Warunek 2)
Dla wyznaczania niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach wybierkowych celowe jest
korzystanie z optymalnej prędkości powietrza, równej dla tych wyrobisk 2,0 m/s.
Warunek 3)
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu na występowanie zagrożenia
metanowego.
Niezbędną, ilość powietrza ze względu na występowanie zagrożenia metanowego
(począwszy od II kategorii zagrożenia metanowego) dla wyrobisk z opływowym prądem
powietrza należy wyznaczać na podstawie prognozy metanowości bezwzględnej. Na
podstawie wyników takiej prognozy można wyznaczyć potrzebną ilość powietrza dla
określonego wyrobiska, korzystając z zależności:
gdzie :
k
max
- maksymalna procentowa zawartość metanu w wylotowym prądzie
powietrza z tego wyrobiska, %CH
4
;
k – procentowa zawartość metanu w prądzie powietrza dopływającym do tego
4
wyrobiska, % CH
4
;
V
CH
4
– prognozowana metanowość bezwzględna, m
3
/min;
c - współczynnik nierównomierności wydzielania się metanu w ścianie; c = 1,65.
Prognozowana metanowość bezwzględna
Metanowość bezwzględna oznaczająca liczbę metrów sześciennych metanu
wydzielającego się do atmosfery kopalnianej (bez metanu odprowadzanego rurociągami
odmetanowania) oblicza się z zależności:
V
CH
4
– prognozowana metanowość bezwzględna, m
3
/min;
W
e
- metanonośność pokładu eksploatowanego, m
3
CH
4
/Mg
csw
.
m
e
– miąższość pokładu eksploatowanego, m,
m
i
– miąższość pokładów wyżej i niżej zalegających od pokładu
eksploatowanego, m,
Wi – metanonośność pokładów wyżej i niżej zalegających od
pokładu eksploatowanego, m
3
CH
4
/Mg
csw
,
A
n
- wydobycie węgla netto z pokładu eksploatowanego (dla
którego są wykonywane obliczenia), Mg/db,
Na wykresie poniżej przedstawiono η
i
- stopień odgazowania pokładów wyżej i niżej
zalegających od pokładu eksploatowanego, (krzywa odgazowania):
5
Dopuszczalne zawartości metanu w wyrobiskach wybierkowych oraz drążonych
korytarzowych i szybach (szybikach)
W przypadku, gdy z prądu powietrza dopływającego do określonego wyrobiska ani nie jest
pobierane powietrze dla przewietrzania drążonego wyrobiska, ani też nie ma w nim odstawy
urobku, zwykle można przyjąć k = 0%. W przeciwnym przypadku wartość k określa się na
podstawie odpowiednich prognoz, a przy ich braku z ostrożności można przyjąć k=0.5%.
Przy takiej bowiem zawartości metanu, powietrze traktować można jeszcze jako powietrze
świeże
2.2 Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w komorach funkcyjnych, przewietrzanych
niezależnym prądem powietrza
• Niezbędne ilości powietrza dla komór funkcyjnych (z wyjątkiem komór ładowania
akumulatorów) należy obliczać uwzględniając wymóg przepisów dotyczący
potrzeby co najmniej pięciokrotnej wymiany powietrza w ciągu godziny, stosując wzór :
•
V
kf
= 0,1 * V
k
[m
3
/min]
•
gdzie:
V
k
jest objętością komory funkcyjnej, w m
3
.
Wartość V
kf
niezależnie od wyniku obliczeń powinna być nie mniejsza niż 30 m
3
/min.
Obliczenia
Założyć liczbę komór funkcyjnych (n=3-6).
Przyjmuje się komory o wymiarach:
• długość: …. m
• szerokość: ….m
• wysokość: …. m
• Obliczyć objętość V
k
=…. m
3
6
• Ilość powietrza na komorę
V
i
=0,1・Vk=….. m
3
/min
• Ilość powietrza dla wszystkich komór
V
kf
=n・Vi=….. m
3
/min
Przykładowy układ komór funkcyjnych przy szybie wdechowym:
2.3. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych
otamowanych tamami rozdzielającymi
Niezbędne ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych otamowanych tamami
rozdzielającymi (wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i drogi ucieczkowe) należy
dobierać w taki sposób, by w wyrobiskach tych zachowany był właściwy skład powietrza;
Opór Rw0 wyrobiska technologicznego otamowanego tamami rozdzielającymi należy
przyjmować w zależności od rodzaju układu tam rozdzielających, obejmującego dwie tamy
połączone szeregowo jako :
• dla typowych tam w wyrobiskach odstawczych R
wo
= od 1,5 kg/m
7
do 2,0 kg/m
7
,
• dla tam drewnianych z drzwiami R
wo
= 5 kg/m
7
,
• dla tam murowanych z drzwiami R
wo
= od 20 kg/m
7
do 25 kg/m
7
,
• dla tam specjalnej konstrukcji wykonanych w potencjalnym spięciu wentylacyjnym między
szybami: wdechowym i wydechowym na nieczynnym poziomie wentylacyjnym R
wo
=100
kg/m
7
.
7
omogram do określenia ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych:
Ilość powietrza w wyrobiskach otamowanych:
• Dla wyrobisk otamowanych w bocznicach np:. 6-9, 21-24, 35-16 przyjmuje się tamy
murowane z drzwiami o oporze Rwo=20 kg/m
7
i spadek naporu od 400 do 1000 Pa.
• Według nomogramu na poprzednim rysunku odczytuje się się ilość powietrza
V
wt
=….. m
3
/min.
8
2.4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych
niezależnymi prądami powietrza (obliczanie wentylacji lutniowej dla drążonego ślepego
wyrobiska)
Metanonośność pokładu W
ch
=…. m
3
/Mg
CSW
, w zależności od kategorii przyjąć intensywność
wydzielania metanu z calizny:
q
0
=…….. m
3
/(m
2
min).
Określić pozostałe dane:
• Wydobycie brutto z chodnika:
A
b
=….. Mg/d
• Wydobycie netto z chodnika:
A
n
=…. Mg/d
• Miąższość pokładu w chodniku:
m=….m
• Postęp chodnika
p= ….m/d
• Metanowość bezwzględna z metody prognozy KD Barbara:
V
CH
4
=….. m
3
/min
• Dopuszczalna zawartość metanu dla wentylacji lutniowe:
k
max
=1%
• Zawartość metanu na wlocie do wyrobiska ślepego:
k=0,5%
Metanowość bezwzględna z metody prognozy KD Barbara: V
CH
4
q
1
,q
2
– metanowość w m
3
/min
T – wielkość uwzględniająca zmniejszanie się wydzielania metanu z odsłoniętej powierzchni
w czasie drążenia.
k – współczynnik przyjmowany w zależności od długości prowadzenia wyrobiska w m-cach:
• 1 m-c:K=0
• 2 m-c:K=0,5
• 3 m-c:K=1,0
• 4 m-c:K=1,373
• 5 m-c:K=1,625
• 6 m-c:K=1,7811
n – kolejny dzień prowadzenia wyrobiska, d
t – czas prowadzenia wyrobiska w miesiącac.
Dane do obliczeń wentylacji lutniowej:
Przyjąć rozmiar obudowy chodnika i określić pole poprzecznego przekroju.
Długość wyrobiska L oczytać z mapy,
Przyjąć:
- średnicę lutniociągu (600-800-1000mm)
- opór jednostkowy r Ns
2
/m
9
,
- współczynnik nieszczelności k, m
3
/sN
-0,5
Obliczyć ilość powietrza dla wentylatora V
kn
w opływowym prądzie:
9
gdzie:
V
p
– niezbędna ilość powietrza w przodku z uwagi na zagrożenie metanowe , należy obliczyć
wg metody KD Barbara, m
3
/min
Tabele ze współczynnikami:
Obliczenie niezbędnej ilości powietrza w kopalni:
• Niezbędną ilość powietrza doprowadzonego do kopalni należy obliczać bilansując
niezbędne ilości powietrza w miejscach jego zapotrzebowania według wzoru:
gdzie:
•V
k
- niezbędna ilość powietrza w kopalni, m
3
/min,
• ΣV
e
- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych, m
3
/min,
• Σ V
kf
- suma niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych, m
3
/min,
• Σ V
wt
- suma niezbędnych ilości powietrza świeżego w wyrobiskach technologicznych
otamowanych tamami rozdzielającymi, m
3
/min,
10
• Σ V
kn
- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych
niezależnymi prądami powietrza (w tym niezależne prądy dla przewietrzania drążonych
wyrobisk), m
3
/min.
Ilość powietrza w kanale wentylacyjnym, równą wydajności wentylatora V
w
przy określonym
szybie wydechowym, oblicza się jako sumy ilości powietrza wypływającego z dołu kopalni
V
k
i strat zewnętrznych powietrza V
z
.
Całkowitą ilość powietrza wypływającego z kopalni Vw jest równa ilości powietrza
przepływającego przez wentylator głównego przewietrzania.
Obliczanie ilości powietrza dopływającego do kanału wentylacyjnego z atmosfery
zewnętrznej (straty zewnętrzne).
Straty zewnętrzne powietrza Vz są zależne głównie od sposobu zamknięcia zrębu szybu.
Nomogram do określenia strat zewnętrznych powietrza w zależności od straty naporu na
uszczelnieniu zrębu szybu.
1 . szyby z wyciągiem klatkowym z klapami,
2. szyby z wyciągiem klatkowym z budynkiem depresyjnym,
3. szyby z wyciągiem klatkowym z budynkiem i klapami,
4. szyby z wyciągiem klatkowym lub skipowym, z uszczelnionym trzonem wieży szybowej,
11
5. szyby wyłącznie wentylacyjne głuche zamknięcie szybu.