Projekt z klimatyzacji kopalń

W ramach projektu należy wykonać:

1. Prognozę temperatury powietrza w szybie wdechowym metodą J. Wacławika.
2. Prognozę temperatury suchej i wilgotnej dla każdego z wyrobisk korytarzowych oraz prognozę temperatury

powietrza w wyrobisku ścianowym metodą J. Voss’a.

3. Sprawdzić czy spełnione są następujące normy klimatyczne:

a) polska
b) francuska
c) propozycja „Cuprum”
d) belgijska
e) australijska
f) bułgarska
g) amerykańska
h) niemiecka

4. Stosując metodę J. Voss’a wyznaczyć w sposób iteracyjny jaka powinna być temperatura powietrza na

wlocie do wyrobiska ścianowego, tak żeby na wylocie z niego temperatura powietrza nie przekraczała 28°C.

5. Wyznaczyć zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej.
6. Zaproponować efektywny sposób odprowadzania ciepła z MK.
7. Dokonać doboru MK oraz narysować szkic rozmieszczenia urządzeń w wyrobiskach.

Uwagi dodatkowe

-

obliczenia wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego MS „EXCEL”,

-

w przypadku, gdy temperatura powietrza w wyrobiskach chodnikowych przekroczy 28°C lub na wylocie ze
ściany będzie niższa od 28°C proszę zwrócić się do prowadzącego o korektę danych wejściowych,

-

potrzebne współczynniki dobrać z literatury:
[1] Wacławik J., Cygankiewicz J., Knechtel J.: Warunki klimatyczne w kopalniach głębokich,
Poradnik, PAN, Kraków 1995

[2] Czapliński A., Zwolan : Górnictwo, Materiały pomocnicze do ćwiczeń, Lublin 1984.

1

W

STĘP TEORETYCZNY DO OBLICZANIA TEMPERATURY POWIETRZA

 Temperatura sucha powietrza na podszybiu

Z

ASTOSOWANO DO OBLICZEŃ METODĘ

J.

W

ACŁAWIKA

.

Zgodnie z tą metodą temperatura sucha powietrza na podszybiu szybu wdechowego jest

równa:

 























































































q

q

c

V

c

g

c

V

s

q

s

T

s

T

d

p

p

p

os

s













.

.

exp

1

gdzie:
T

os

- średnioroczna temperatura powietrza atmosferycznego, °C,



- gradient geotermiczny, °C/m., przy czym:





1







- stopień geotermiczny, m/°C,

 s - współrzędna bieżąca, m,




- współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m K),



*

q - bezwymiarowy strumień cieplny, wyznaczany z wzoru:

i

K

q







2

*

 c

p

- ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, c

p

= c

pa

= 1005 J/(kg K),

 g - przyspieszenie ziemskie, g = 9,80665 m/s

2

,

 Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu wyznaczana z nomo-

gramów lub wzorów empirycznych jako funkcja liczb Fouriera i Biota, Ki = f (F

o

, Bi),

jeżeli:

1

0



F

)

9

)

2

(

245

,

0

(

02

,

1

2

o

o

F

F

o

Bi

F

Ki

































Bi

Bi

Ki

Bi

Bi

Ki

Ki

2

,

1

2

,

1

jeżeli:

1

001

,

0

0





F

)

log

05

,

0

1

(

)

,

(

0

10

0

F

S

Bi

F

Ki









gdzie:



















K

Bi

A

K

Bi

A

S

0

10

log

02

,

0

1

F

A











 F

o

– liczba Fouriera dana wzorem:

2

o

o

r

a

F











- czas przewietrzania wyrobiska, s,

2

 a - współczynnik wyrównywania temperatury, m

2

/s, równy:

s

s

c

a









 c

s

- pojemność cieplna skał, J/(kg K),





s

- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m

3

,

 Bi - liczba Biota dana wzorem:





o

k

i

r

B









k

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m

2

K),

















2

,

0

8

,

0

336

,

3

e

m

k

D

w



 V



- strumień objętości powietrza, m

3

/s,





- gęstość powietrza, kg/m

3

, liczona ze wzoru:

V

a

T

R

p







 p - ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru prędkości, Pa, które

można wyznaczyć z przybliżonego wzoru:





















100

8

3214

,

133

H

p

p

o

 p

o

- ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego, Tr,

 H- głębokość szybu liczona od powierzchni ziemi, m,
 R

a

- indywidualna stała gazowa powietrza suchego, R

a

= 287,04 J/(kg K),

 T

V

- temperatura wirtualna powietrza, K,

s

V

T

x

T









)

6

,

0

1

(

T

s

= 273,15 + T

s

(s)

 T

s

- temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

 T

s

(s) - temperatura powietrza w przekroju wylotu szybu wdechowego,°C,

 x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,

)

(

622

,

0

pn

pn

p

p

p

x















 p

pn

- ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, Pa,























pod

s

pod

s

pn

t

t

p

.

.

3

,

237

27

,

17

exp

5

,

610

 Temperatura wilgotna na podszybiu

Wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:





p

t

t

p t

t

p

ww

ww

sw

ww















 

 



610 5

17

237

0

, exp

,27

,3

,000644

przy czym:

3

p

p

p

pn

 



p

t

t

pn

s

s



















610 5

17

237

, exp

,27

,3

gdzie:



p

p

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa,



pn

p - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia w temperaturze t

s

, Pa ,





- wilgotność względna powietrza, %,



t t

s

w

,

- odpowiednio temperatury powietrza mierzone termometrem suchym i wilgot-

nym

,

o

C

.

P

ROGNOZOWANIE TEMPERATURY SUCHEJ POWIETRZA W WYROBISKACH GÓRNICZYCH

O

BLICZENIA WYKONANO METODĄ

J.

V

OSSA

Jako dane wyjściowe na dopływie przyjmujemy parametry powietrza na wypływie

wyrobiska poprzedniego. Wyznacza się kolejno:

 Liczbę Fouriera ze wzoru:

2

o

e

o

r

a

F







gdzie:





- czas przewietrzania wyrobiska, s,



e

a - ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury, m

2

/s, równy:

s

s

e

e

c

a











c

s

- pojemność cieplna skał, J/(kg K),





s

- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m

3

,



Bi - liczba Biota dana wzorem:

e

s

o

k

i

r

B

















k

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m

2

K),

 Temperaturę suchą powietrza wyznacza się ze wzoru:

































L

r

c

m

Ki

B

t

t

t

t

pa

a

e

s

sd

x

x

sw

0

.

exp





przy czym :





t

t

r

B Ki

q

m g z

z

L

x

pm

s

e

za

a

w

d

























0

 

.

.

.

gdzie:



t

pm

- średnia temperatura pierwotna skał otaczających wyrobisko, °C, przy czym:

4





t

t

t

pm

pd

pw

 



1
2



t

t

pd

pw

,

- odpowiednio temperatura pierwotna skał w przekroju dopływu i wypływu,

°C, liczona ze wzoru:











z

H

t

t

p

0



k

m

w



4 65

0.8

.

gdzie:



t

0

- temperatura skał na głębokości

z



,°C,





- stopień geotermiczny, m/°C,



r

o

- promień równoważny wyrobiska, m, przy czym:

r

o

=

2



A

B





s

- współczynnik ciepła konwekcyjnego ogrzewającego powietrze suche, równy ilo-

razowi ciepła konwekcyjnego do ciepła całkowitego,



e



-ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie



skalnym, W/(m K),



A - pole przekroju, m

2

,



B - obwód wyrobiska, m.,



L - długość wyrobiska, m.,



c

pa

- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c

pa

= 1005 J/(kgK),





m

a

- strumień masy powietrza suchego, kg/s,

d

d

md

d

d

a

V

w

A

m





















w

m

- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się strumień masy

powietrza, m/s,



z z

d

w

, - odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju dopływu i wypływu wyrobiska,

dla którego wykonuje się prognozę temperatury powietrza, m,





q

za

- zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła, W/m, przy czym:





L

cz

N

q

s

z

za

1

1000

6

,

0















N

z

- moc dodatkowych źródeł ciepła, kW,



cz

s

- współczynnik określający jaka część energii z dodatkowych źródeł wpływa na

podwyższenie temperatury mierzonej termometrem suchym,

 Prognozowanie temperatury wilgotnej powietrza w wyrobiskach górniczych

Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyro-

bisku górniczym prowadzić możemy dopiero po prognostycznym wyznaczeniu temperatu-
ry mierzonej termometrem suchym.

 Temperaturę wilgotną w wyrobisku górniczym wyznaczamy ze wzoru:





x

x

r

c t

r

c t

c

t

t

r

c t

w

d

b

pw sd

b

pw sw

pa

sw

sd

b

pw sw

s















 

















1

1



gdzie:



x

d

- stopień zawilżenia powietrza na dopływie wyrobiska, kg/kg,



x

w

- stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska, kg/kg,

5



r

b

- ciepło parowania wody w termometrze 0°C; r

b

=

2500000

J/kg,



c

pw

- pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu, c

pw

= 1927 J/(kg K).

 Ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza p

w

na końcu wyrobiska wyznacza się z

przybliżonego wzoru:





2

3

8

m

f

n

d

w

n

d

w

w

A

BL

z

z

g

p

p















gdzie:



f



- liczba oporu wyrobiska



n



- gęstość powietrza dla warunków normalnych,

3

/

20

,

1

m

kg

n





,

D

OBÓR MASZYNY KLIMATYZACYJNEJ

 Wyznaczenie temperatury powietrza na wlocie do wyrobisk po zastosowaniu jego

chłodzenia

Temperaturę na wlocie do wyrobiska określamy przy założeniu, że temperatura sucha

powietrza w całym wyrobisku nie powinna przekraczać 28°C. Zależność na temperaturę su-
chą powietrza na dopływie przedstawia wzór:

t

t

B Ki

m c

r

L

t

sd

x

s

e

a

pa

x









 

























(

)

exp



28

0

 

Wyznaczona z tego wzoru temperatura powietrza t

sd

będzie temperaturą jaką otrzyma-

my po wymieszaniu strumieni powietrza przepływających przez maszynę klimatyzacyjną i
wyrobiskiem (obok maszyny klimatyzacyjnej).

 Wyznaczenie parametrów powietrza na wypływie z maszyny klimatyzacyjnej

Zakłada się, że powietrze wypływające z maszyny klimatyzacyjnej będzie miało wil-

gotność względną



= 100 %. Wobec tego t

sMK

= t

wMK

. Chcąc wyznaczyć żądane parametry

powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej przyjmuje się wstępnie temperaturę powie-
trza na wypływie z maszyny równą t

sMK

. Obliczenia prowadzi się iteracyjnie. Oblicza się ko-

lejno:

 ciśnienie cząstkowe pary wodnej p

pd

, Pa,





wd

sd

wd

wd

pd

t

t

p

t

t

p





























000644

,

0

3

,

237

27

,

17

exp

5

,

610

 ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia p

pnd

, Pa,





















sd

sd

pnd

t

t

p

3

,

237

27

,

17

exp

5

,

610

 stopień zawilżenia powietrza x

d

, kg/kg,

pd

pd

d

p

p

p

x







622

,

0

 entalpię 1+x kg powietrza wilgotnego h

d

, kJ/kg,

6





d

sd

sd

d

x

t

t

h













926

,

1

2500

005

,

1

 gęstość powietrza wilgotnego

d



, kg/m

3

,







 



d

sd

d

d

x

t

x

p















622

,

0

15

,

273

5

,

461

1



 strumień masy powietrza wilgotnego

d

m

 , kg/s,

d

d

V

m











 strumień masy powietrza suchego

sd

m

 , kg/s,

d

d

sd

x

m

m





1





 ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze t

sw

dla powietrza wylotowe-

go z maszyny klimatyzacyjnej p

pnw

, Pa,





















sw

sw

pnw

t

t

p

3

,

237

27

,

17

exp

5

,

610

 stopień zawilżenia powietrza x

nw

na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu nasyce-

nia powietrza w temperaturze t

sw

, kg/kg,

pnw

pnw

nw

p

p

p

x







622

,

0

 entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej h

w

, kJ/kg,









sw

w

d

w

sw

sw

w

t

x

x

x

t

t

h





















19

,

4

926

,

1

2500

005

,

1

Następnie wyznacza się temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza pły-

nących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko (obok MK).

 strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK) m

1

, kg/s,

d

c

V

V

m









)

(

1







 strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną m

MK

, kg/s,

d

MK

V

m











 stopień zawilżenia powietrza

m

x , kg/kg,

MK

MK

MK

m

m

m

x

m

x

m

x











1

1

1

 entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza

m

h , kJ/kg,

MK

MK

MK

m

m

m

h

m

h

m

h











1

1

1

Entalpię poszczególnych strumieni liczymy ze wzoru:

x

t

c

r

t

c

h

h

h

s

pw

b

s

pa

w

a

















)

(

gdzie:
 h - entalpia powietrza wilgotnego, J/(1+x)kg,
 h

a

- entalpia powietrza suchego, J/kg,

 h

w

- entalpia pary wodnej, J/kg,

 r

b

- ciepło parowania wody w temperaturze 0°C, r

b

=

2500000

J/kg,

 c

pw

- pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu, c

pw

=

1927

J/(kg K),

 x - stopień zwilżenia, kg/kg.

7

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:

t

h

x

x

sm

m

m

m











2500

1

1

,005

,926

Dla wyznaczenia temperatury wilgotnej powietrza t

wm

po zmieszaniu strumieni oblicza

się kolejno:
 ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p

pw

, Pa,

m

m

pw

x

x

p

p







622

,

0

 temperaturę wilgotną powietrza t

ww

dla zmieszanych strumieni wyznacza się przy znanych

wartościach p, p

pw

i t

sw

z równania:

)

(

000644

,

0

3

,

237

27

,

17

exp

5

,

610

ww

sw

ww

ww

pw

t

t

p

t

t

p





























W dalszej kolejności porównuje się czy wyznaczona temperatura t

sm

jest równa tempe-

raturze t

sd

. Jeżeli temperatury te są różne, to przyjmujemy nową wartość temperatury t

sMK

na

wylocie z maszyny klimatyzacyjnej i powtarzamy tok obliczeń. Obliczenia kończym, gdy
t

sm

=t

sd

. Wyznaczona w ten sposób temperatura t

sMK

=t

wMK

jest temperaturą szukaną, która po-

zwala wyznaczyć zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej.

 Obliczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej

Zdolnością chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej jest ilość ciepła, jaką maszyna odbiera

od powietrza w parowniku w jednostce czasu. Dla wyznaczenia zdolności chłodniczej MK
wyznacza się różnicę entalpii powietrza przepływającego przez maszynę

h



, kJ/kg,

w

d

h

h

h







Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:

h

m

Q

sd









gdzie:
 Q - zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej, kW.

A

NALIZA WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH

Dla chodnika odstawczego i ściany sprawdzono warunki klimatyczne przed i po zasto-

sowaniu klimatyzowania powietrza. Dla określenia czy w tych wyrobiskach panują odpo-
wiednie warunki klimatyczne zbadano zgodność wyznaczonych dla tych wyrobisk parame-
trów z obowiązującymi w Polsce i na świecie normami. Określono warunki klimatyczne wg
norm:
 polskiej,
 francuskiej,
 „Cuprum”,
 belgijskiej,
 australijskiej,
 bułgarskiej,
 amerykańskiej,
 niemieckiej.

8

O

BLICZENIA PROGNOSTYCZNE TEMPERATURY POWIETRZA I ZDOLNOŚCI CHŁODNICZEJ MASZYNY

KLIMATYZACYJNEJ

Obliczenia przeprowadzono dla schematu wyrobisk kopalni „Kinga” przedstawionych na
rys. 1.

podszybie

przekop przewozowy

pr

ze

ko

p

pol

ow

y

chodnik odstawczy

śc

ia

na

Rys. 1. Schemat wyrobisk kopalni „Kinga” dla których prowadzono prognozę tempe-
ratury powietrza

Współczynniki wykorzystane w projekcie zostały dobrane na podstawie literatury [1,3] i

przedstawiono je w poniższych tabelach:

Dla kopalń węglowych:
Nazwa wyrobiska



e



s

Chodniki kamienne

5,8

0,35

Chodniki przyścianowe węglo-
we

Ściany prowadzone na zawał
gdy są zainstalowanych MK

7

0,25

Ściany prowadzone na zawał
gdy niema zainstalowanych MK

7

0,15

9

Dla LGOM -u
Rodzaj wyrobiska



e



s

Prądy grupowe świeżego po-
wietrz

4

0,29

Roboty eksploatacyjne

2,36

0,29

Współczynnik przewodzenia ciepła



.

Rodzaj skał

Górny śląsk

Bogdanka

LGOM

Zlepieńce i żwirowce

3,4

Piaskowiec gruboziarnisty

3,5

4,0

2,3

Piaskowiec drobnoziarnisty

3,1

2,5

Łupki piaszczyste

2,2

Łupki ilaste

2,1

1,5

Węgiel kamienny

0,6

0,4

Dolomit

2,5

margle miedzionośne

2,5

Ciepło właściwe skał i ich gęstość

c

s

i



s

Rodzaj skał

c

s

J/(kg K),



s

kg/m

3

,

Zlepieńce i żwirowce

961

2200

Piaskowiec gruboziarnisty

696

2400

Piaskowiec drobnoziarnisty

705

2500

Łupki piaszczyste

850

2550

Łupki ilaste

1000

2600

Węgiel kamienny

439

1300

Dolomit

1001

2600

margle miedzionośne

1962

2800

5.1. Szyb wdechowy – podszybie

Do obliczeń prognostycznych temperatury powietrza przyjęto następujące parametry:

Tos = 7,7 °C



= 2,5

c

s

= 705 J/(kg K)

s



= 2500 kg/m

3

f



=

0,39012969

Zestawienie wyników

Szyb wdechowy – podszybie

Gradient geotermiczny,



,°C

0,030303

Współrzędna bieżąca, s, m.

1030

Pole przekroju, A, m

2

44,179

Prędkość powietrza, w

m.

, m/s

7

Bezwymiarowy strumień cieplny,

*

q

2,87

Liczba Fouriera, Fo

20,67608

Liczba Biota, Bi

15,86293

Współczynnik wyrównywania temperatury, a, m

2

/s

1,42E-06

Promień równoważny wyrobiska, r

o

, m.

3,75

Czas przewietrzania,



, lata

6,5

10

Liczba Kirpiczewa, Ki

0,46

Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,

k



, W/(m

2

K)

10,57528

Temperatura wirtualna, T

V

, K

292,6

Gęstość powietrza,



, kg/m

3

1,321

Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa

110976,73

Stopień zawilżenia na wypływie, x

w

, kg/kg

0,0085

Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p

pnd

, Pa

2055,21

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej, p

pd

, Pa

1500,30

Temperatura sucha na podszybiu, Ts(s),°C

17,94

Temperatura wilgotna na wypływie z szybu, t

ww

,°C

14,19

5.2. Przekop przewozowy
Przyjęto następujące parametry:

c

s

= 705J/(kg K)

s



= 2500 kg/m

3

e



= 5,8 W/(mK)

s



= 0,35

f



=

0,04983974

Zestawienie wyników

Przekop przewozowy

Temperatura sucha na dopływie, t

sd

,°C

17,94

Temperatura wilgotna na dopływie, t

wd

,°C

14,19

t

x

40,59

Średnia temperatura pierwotna, t

pm

,°C

38,3

Liczba Fouriera, Fo

112,246

Liczba Biota, Bi

14,411716

Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a

e

, m

2

/s

3,29E-06

Liczba Kirpiczewa, Ki

0,34

Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,

k



, W/(m

2

K)

15,213

Promień równoważny wyrobiska, r

o

, m.

1,92

Stopień zawilżenia, x

0,0085

Temperatura wirtualna, T

V

, K

292,6

Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa

110976,733

Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa

110976,74

Gęstość powietrza,



, kg/m

3

1,321

Strumień masy powietrza suchego,

a

m



93,029

Moc dodatkowych źródeł ciepła, N

z

, kW

270

Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz

s

0,19

Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,

za

q , W/m.

13,50

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,

o

C

20,98

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,

o

C

16,41

11

5.3. Przekop polowy

Przyjęto następujące parametry:

c

s

= 850 J/(kg K)

s



= 2550 kg/m

3

e



= 5,8 W/(mK)

s



= 0,35

f



=

0,03141409

Zestawienie wyników

Przekop polowy

Temperatura sucha na dopływie, t

sd

,°C

20,98

Temperatura wilgotna na dopływie, t

wd

,°C

16,41

t

x

40,01

Średnia temperatura pierwotna, t

pm

,°C

38,0

Liczba Fouriera, Fo

91,272968

Liczba Biota, Bi

7,479494

Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a

e

, m

2

/s

2,68E-06

Liczba Kirpiczewa, Ki

0,34

Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,

k



, W/(m

2

K)

9,9869

Promień równoważny wyrobiska, r

o

, m.

1,52

Stopień zawilżenia, x

0,0107

Temperatura wirtualna, T

V

, K

296,0

Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa

110976,74

Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa

111212,08

Gęstość powietrza,



, kg/m

3

1,309

Strumień masy powietrza suchego,

a

m



34,03

Moc dodatkowych źródeł ciepła, N

z

, kW

200

Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz

s

0,21

Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,

za

q , W/m.

16,47

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,

o

C

25,47

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,

o

C

24,17

5.4. Chodnik odstawczy
Przyjęto następujące parametry:

c

s

= 705J/(kg K)

s



= 2500 kg/m

3

e



= 8,1 W/(mK)

s



= 0,35

f



=

0,049839744

Zestawienie wyników

Chodnik odstawczy

Temperatura sucha na dopływie, t

sd

,°C

25,47

Temperatura wilgotna na dopływie, t

wd

,°C

24,17

12

t

x

44,98

Średnia temperatura pierwotna, t

pm

,°C

37,5

Liczba Fouriera, Fo

78,37890

Liczba Biota, Bi

3,08499

Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a

e

, m

2

/s

4,60E-06

Liczba Kirpiczewa, Ki

0,33

Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,

k



, W/(m

2

K)

6,431702

Promień równoważny wyrobiska, r

o

, m.

1,36

Stopień zawilżenia, x

0,0140

Temperatura wirtualna, T

V

, K

301,1

Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa

111212,08

Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa

111329,70

Gęstość powietrza,



, kg/m

3

1,288

Strumień masy powietrza suchego,

a

m



15,456

Moc dodatkowych źródeł ciepła, N

z

, kW

340

Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz

s

0,24

Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,

za

q , W/m.

62,77

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,

o

C

32,04

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,

o

C

28,68

5.5. Ściana
Eksploatacja prowadzona jest do granic z zawałem stropu.
Przyjęto następujące parametry:

c

s

= 439 J/(kg K)

s



= 1300 kg/m

3

e



= 7 W/(mK)

s



= 0,25

f



=

0,6538

Zestawienie wyników

Ściana

Temperatura sucha na dopływie, t

sd

,°C

32,04

Temperatura wilgotna na dopływie, t

wd

,°C

28,68

t

x

74,20

Średnia temperatura pierwotna, t

pm

,°C

37,2

Liczba Fouriera, Fo

19,016946

Liczba Biota, Bi

4,85681

Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a

e

, m

2

/s

1,23E-05

Liczba Kirpiczewa, Ki

0,48

Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,

k



, W/(m

2

K)

5,959527

Promień równoważny wyrobiska, r

o

, m.

1,426

Stopień zawilżenia, x

0,0187

Temperatura wirtualna, T

V

, K

308,6

Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa

111329,70

Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa

111447,15

Gęstość powietrza,



, kg/m

3

1,258

Strumień masy powietrza suchego,

a

m



15,097

13

Moc dodatkowych źródeł ciepła, N

z

, kW

360

Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz

s

0,28

Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,

za

q , W/m.

252

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,

o

C

36,25

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,

o

C

32,15

Ponieważ temperatura powietrza w chodniku odstawczym i ścianie przekracza 28°C nale-

ży zastosować chłodzenie powietrza za pomocą maszyny klimatyzacyjnej. Zaproponowano
maszynę klimatyzacyjną o działaniu pośrednim, która będzie równocześnie chłodziła powie-
trze w obu wyrobiskach.

5.6. Prognoza temperatury suchej w chodniku odstawczym

Zagadnienie to polega na określeniu temperatury suchej na wylocie z chodnika od-

stawczego, w którym zainstalowana jest maszyna klimatyzacyjna. Aby otrzymać na wylocie z
chodnika odstawczego temperaturę suchą t

sw

równą 28°C, temperatura sucha powietrza po

wymieszaniu strumieni t

sp

powinna wynosić 19,37°C.

5.7. Maszyna klimatyzacyjna w chodniku odstawczym

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p

pd

, Pa

2920,27

Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia p

pnd

, Pa

3256,01

Stopień zawilżenia powietrza x

d

, kg/kg

0,0168

Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego h

d

, kJ/kg

68,31

Gęstość powietrza wilgotnego



, kg/m

3

1,288

Strumień masy powietrza wilgotnego

d

m

 , kg/s

8,586

Strumień masy powietrza suchego

sd

m

 , kg/s

8,44

Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p

pnw

, Pa

1595,75

Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, x

nw

, kg/kg

0,0090

Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, h

w

, kJ/kg

37,36

Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK,

1

m

 , kg/s

6,869

Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną,

MK

m



, kg/s

8,586

Stopień zawilżenia powietrza

x

m

, kg/kg

0,0125

Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni

h

m

, kJ/kg

51,11

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p

pw

, Pa

2188,40

Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK,

h



, kJ/kg

30,95

Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW

261,369

Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, t

swMK

=t

wwMK

,°C

13,98

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, t

sm

,°C

19,37

Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, t

wm

,

o

C

18,05

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,°C

28,0

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,°C

21,01

5.8. Prognoza temperatury suchej na ścianie

Polega to na określeniu temperatury suchej na wylocie ze ściany, do której dopływa po-

wietrze chłodzone wcześniej. Temperatura sucha na dolocie do maszyny klimatyzacyjnej wy-

14

nosi 28°C, wilgotna 13,98°C. Aby otrzymać na wylocie ze ściany temperaturę suchą równą
28°C, temperatura sucha wymieszanych strumieni powinna wynosić 19,37°C.

5.9. Maszyna klimatyzacyjna na ścianie

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p

pd

, Pa

1986,19

Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia p

pnd

, Pa

4764,04

Stopień zawilżenia powietrza x

d

, kg/kg

0,0113

Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego h

d

, kJ/kg

56,96

Gęstość powietrza wilgotnego



, kg/m

3

1,275

Strumień masy powietrza wilgotnego

d

m

 , kg/s

8,50

Strumień masy powietrza suchego

sd

m

 , kg/s

8,41

Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p

pnw

, Pa

2177,20

Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, x

nw

, kg/kg

0,0124

Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, h

w

, kJ/kg

50,30

Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK,

1

m

 , kg/s

6,800

Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną,

MK

m



, kg/s

8,500

Stopień zawilżenia powietrza

x

m

, kg/kg

0,0119

Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni

h

m

, kJ/kg

53,26

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p

pw

, Pa

2092,39

Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK,

h



, kJ/kg

6,66

Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW

56,015

Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, t

swMK

= t

wwMK

,°C

18,86

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, t

sm

,°C

22,87

Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, t

wm

,

o

C

19,66

Temperatura sucha na wypływie, t

sw

,°C

28,0

Temperatura wilgotna na wypływie, t

ww

,°C

21,37

6. Sprawdzenie norm klimatycznych

Przed zastosowaniem klimatyzacji tylko w chodniku odstawczym i na ścianie nie są

spełnione normy klimatyczne. Praca w tych wyrobiskach jest zabroniona. Norma polska do-
puszcza wykonywanie pracy w tych wyrobiskach jedynie w czasie akcji ratowniczych.

Normy

Chodnik odstawczy

Ściana

Przed klimatyza-

cją

Po zastosowaniu

klimatyzacji

Przed klimatyza-

cją

Po zastosowaniu

klimatyzacji

polska

praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

francuska

praca niemożliwa praca 8 h

praca niemożliwa praca 8 h

cuprum

praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

belgijska

praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

australijska

praca zabroniona praca 7,5 h

praca zabroniona praca 7,5 h

bułgarska

praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

amerykańska praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

niemiecka

praca zabroniona praca 8 h

praca zabroniona praca 8 h

15

7. Szkic rozmieszczenia urządzeń klimatyzacyjnych w wyrobiskach

1. chłodnica wody chłodzącej – skraplacz

2.

tama z przejściem dla ludzi i oknem regulacyjnym

3.

maszyna klimatyzacyjna

4.

chłodnica powietrza (chłodziarka) 214,5 kW

5.

chłodnica powietrza (chłodziarka) 3,28 kW

L

ITERATURA

:

1. Wacławik J., Cygankiewicz J., Knechtel J. : Poradnik „ Warunki klimatyczne w kopal-

niach głębokich ”, PAN, Kraków 1995.

2. Holek S. „Opracowanie potencjału ruchu wilgoci i opartych na nich metod prognozowa-

nia mikroklimatu wyrobisk górniczych”

3. Z. Nędza, F. Rosiek „Wentylacja kopalń”, Wrocław 1981

4.

A. Czapliński, Zwolan „Górnictwo, Materiały pomocnicze do ćwiczeń”, Lublin 1984r.