Wpływ przewietrzania

na warunki klimatyczne

   temperatury i wilgotności powietrza wlotowego,

   głębokości zalegania i temperatury pierwotnej skał,

     zawilgocenia skał i wyrobiska,
     sposobu przewietrzania wyrobisk,
     sposobu rozcięcia kopalni, kolejności wybierania pól eksploatacyjnych

     czasu przewietrzania,
     wydatku powietrza,
     wymiarów wyrobiska,

     własności fizycznych skał,

 mocy i czasu pracy maszyn i urządzeń oraz od

wydajności innych źródeł ciepła.

Warunki klimatyczne w wyrobiskach

eksploatacyjnych głębokich kopalń

zależą głównie

od:

•temperatura powietrza
•wilgotność powietrza
•prędkość powietrza

Na mikroklimat w wyrobiskach
górniczych wpływają głównie:

•sprężanie lub rozprężanie powietrza

podczas przepływu między punktami o
różnych wysokościach (różnych
ciśnieniach),

•wymiana ciepła między górotworem a

przepływającym powietrzem,

• zmiana wilgotności powietrza, wymiana

wilgoci

pomiędzy

powietrzem

a

wilgotnymi ociosami wyrobisk,

•procesy utleniania (np. węgla),
•wydzielanie ciepła przez pracujące

maszyny.

Temperatura powietrza w kopalni
zależy od wielu czynników, spośród
których najważniejsze to:

• wilgotności powietrza wlotowego do kopalni

z atmosfery,

• procesów parowania wody ze skał w

wyrobisku kopalnianym,

• parowania wody ze ścieków, kałuż na spągu,

wycieków z otworów wiertniczych, szczelin

itp.

• parowania wody rozpylonej w wyrobisku w

celu zmniejszenia ilości pyłu wydzielanego
w czasie pracy urządzeń urabiających,
rozdrabniających i transportujących,

• parowania wody z urobku transportowanego

przez wyrobiska,

Wilgotność powietrza kopalnianego
zmienia się pod wpływem
następujących czynników:

• struktury sieci wentylacyjnej,
• stosowanych systemów eksploatacji,
• koncentracji wydobycia w poszczególnych

rejonach kopalni,

• stosowanych przekrojów wyrobisk,
• rodzaju kopaliny (łatwości wzniecania pyłu),
• zagrożenia pożarowego,
• zagrożenia gazowego.

Prędkość powietrza w wyrobiskach
kopalnianych zależy głównie od:

Do niedawna przy podejmowaniu decyzji

na temat rozcięcia kopalni przy

projektowaniu podstawowe znaczenie

miały kryteria geologiczne i

eksploatacyjne (zasoby i ich jakość,

budowa geologiczna złoża, w tym

nachylenie pokładów, długość wyrobisk,

transport urobku itd.).

Przy projektowaniu głębokich kopalń w

skałach o wysokiej temperaturze

pierwotnej oraz przy rozbudowie i

rekonstrukcji istniejących kopalń i

otwieraniu nowych poziomów konieczne

staje się uwzględnienie warunków

klimatycznych.

Struktura sieci wentylacyjnej

powinna umożliwić doprowadzenie

do wyrobisk eksploatacyjnych

dużych ilości powietrza.

Nie oznacza to, że przez całą

kopalnię musi przepływać stale taka

sama ilość powietrza.

W wielu przypadkach zachodzi

konieczność czynnego regulowania

ilości powietrza, w zależności od

tego, czy na danej zmianie prowadzi

się w danym rejonie roboty

wybierkowe czy tylko

przygotowawcze i remontowe.

Do racjonalnych środków służących

poprawie cieplnych warunków pracy

bez stosowania klimatyzacji należą:

• wybór racjonalnych z punktu widzenia wymiany

ciepła schematów rozcięcia kopalni, przewietrzania i
kolejności wybierania pól eksploatacyjnych,

• wybór racjonalnego wydatku powietrza w kopalni,

jego rozdziału i prędkości przepływu,

• wybór korzystnych z punktu widzenia wymiany

ciepła wariantów systemów eksploatacji, wymiarów
wyrobisk,
zmniejszenie wydajności cieplnej lokalnych źródeł
ciepła,
zmniejszenie ucieczek powietrza.

Przegląd struktur sieci

wentylacyjnej

Powietrze świeże należy doprowadzić
najkrótszą drogą na podszybie i stąd
prądami grupowymi i rejonowymi do
szybu wentylacyjnego. Ruch powietrza
w kopalniach podziemnych zapewnia
się stosując wentylatory, które instaluje
się na powierzchni lub w wyrobiskach
podziemnych.

Schemat przewietrzania

kopalni zespołowej

(wariant I)

Schemat przewietrzania

kopalni zespołowej

(wariant II)

Wentylacja bezpośrednia

po zgłębieniu szybów do

złoża

Sieć wentylacyjna – etap

docelowy

Racjonalne schematy

rozcięcia kopalni,

przewietrzanie i

kolejność wybierania pól

eksploatacyjnych

Ilość ciepła odprowadzana od masywu

skalnego do powietrza

przepływającego przez wyrobiska

kopalniane zależy między innymi od

wielkości pola powierzchni wymiany

ciepła, które jest równe polu

powierzchni odpowiednich wyrobisk.

Złoża kopalin zalegających na dużych

głębokościach są eksploatowane przy

użyciu środków zapewniających duże

wydobycie w poszczególnych przodkach.

Jednocześnie pola nadania kopalń powinny

być dostatecznie duże w celu zapewnienia

odpowiednio długiego okresu istnienia

kopalni.

Z uwagi na wysokie koszty inwestycyjne

dąży się do ograniczenia liczby szybów

udostępniających złoże. W związku z tym

długości dróg powietrza mogą być znaczne

i mogą charakteryzować się dużą

zmiennością długości w okresie wybierania

poszczególnych partii złoża.

Geometryczna struktura kopalnianej sieci

wentylacyjnej obejmuje przestrzenne

rozmieszczenie głównych wyrobisk

udostępniających (szyby i przekopy) oraz

lokalizację głównych wentylatorów w sieci.

Na poniższym rysunku przedstawiono

układ głównych wyrobisk udostępniających

głębokiej kopalni o dużym wydobyciu.

Istotną cechą tej struktury jest

rozmieszczenie pojedynczych szybów w

trzech liniach.

Układ głównych wyrobisk

udostępniających kopalni

o dużym wydobyciu

Schemat przestrzenny

przewietrzania z

peryferyjnym

usytuowaniem szybów

(wentylacja ssąca)

Schemat przestrzenny

przewietrzania z

peryferyjnym

usytuowaniem szybów

(wentylacja tłocząca)

Przy takich samych wymiarach pola

nadania kopalni, a w szczególności

przy takiej samej długości tego pola,

w zależności od przyjętego sposobu

udostępnienia i przewietrzania,

odcinek drogi powietrza świeżego od

podszybia do najbardziej oddalonego

od szybu położenia przekopu

równoległego do dłuższej krawędzi

pola nadania, odpowiadającej

kierunkowi rozciągłości złoża, może

mieć różną długość

Wpływ kolejności wybierania

pola eksploatacyjnego na

temperaturę powietrza

kopalnianego

Temperatura powietrza w wyrobiskach kopalnianych
zależy od okresu przewietrzania. Czas
przewietrzania wyrobisk przygotowawczych zależy
od kolejności drążenia tych wyrobisk i od kolejności
wybierania złoża w eksploatowanym polu
Większy wpływ na wartość temperatury powietrza
wywierają ucieczki powietrza, które w dużym
stopniu zależą od przyjętej kolejności wybierania
złoża. W przypadku eksploatacji od granic ucieczki
powietrza w obrębie pola eksploatacyjnego
występują w bardzo ograniczonym stopniu.
Natomiast przy wybieraniu do granic mogą osiągać
20 - 30% ogólnej ilości powietrza wpływającej w
rejon robót. Ucieczki powietrza mogą przyczyniać się
do przenoszenia ciepła ze zrobów do prądu
powietrza

.

Wpływ wydatku

przepływającego

powietrza

Ze wzrostem strumienia powietrza

przepływającego przez wyrobisko

powiększa się pojemność cieplna

płynącej strugi i przy tej samej ilości

ciepła dopływającej od otoczenia

następuje mniejszy przyrost

temperatury. Jednocześnie, w związku

ze wzrostem prędkości przepływu

powietrza, zwiększa się wartość

współczynnika przejmowania ciepła i

powiększa się strumień ciepła

przenoszony od ochładzających się skał

do powietrza kopalnianego

Wpływ wydatku

przepływającego

powietrza

Na wydatek powietrza

przepływającego przez wyrobiska

kopalni podziemnej mają wpływ nie

tylko warunki klimatyczne, lecz

także składniki gazowe, które należy

rozcieńczyć do koncentracji nie

stwarzających niebezpiecznych

stanów. W górnictwie węglowym

takim składnikiem zwykle jest

metan, a w kopalniach rud metali

toksyczne gazy wydzielane w

maszynach napędzanych silnikami

spalinowymi oraz gazy wydzielające

się podczas urabiania skał za

pomocą materiałów wybuchowych.

Uzyskanie żądanego

rozdziału powietrza

Osiągnięcie żądanego wydatku w całej kopalni

i rozdziału powietrza na wyrobiska

wydobywcze i komory nazwa się regulacją

sieci wentylacyjnej. Regulacja sieci

wentylacyjnej w ścisłym rozumieniu tego

terminu jest oddziaływaniem na wentylację w

celu zmniejszenia jej odchyleń od stanu

pożądanego. Dla uzyskania żądanego

rozdziału powietrza można także zmniejszyć

opory wyrobisk. W konkretnej sieci

kopalnianych wyrobisk można uzyskać

założone ilości powietrza na wiele sposobów.

W przypadku regulacji rozpływu z

zastosowaniem wentylatorów podziemnych

i znajdujących się na powierzchni

poszukuje się drogi najłatwiejszej z

najmniejszą sumą dyssypacji energii.

Wentylatory podziemne należy umieszczać

poza tą drogą.

Ze względów bezpieczeństwa pracy w

kopalni przyjęto zasadę regulowania za

pomocą tam ( wentylatorów)

umieszczonych w prądach niezależnych.

Dla wszystkich dróg prowadzących od

szybu wdechowego do wentylatorów,

zgodnie z założonymi kierunkami

przepływu, sumuje się spadki potencjałów

powietrza.

Wilgotność powietrza

Utajone ciepło właściwe parowania

wilgoci ma wysoką wartość. W związku

z tym przyrost wilgotności powoduje

duże zmiany temperatury powietrza.

W klimatyzacji ciepło kondensacji pary
wodnej powietrza ma istotny wpływ na

moc cieplną maszyn klimatyzacyjnych.

Wilgotność powietrza

W przypadku chłodzenia powietrza

w wyrobiskach kopalnianych

konieczne jest podejmowanie

odpowiednich działań i środków,

które zapewnią możliwe małe

nagrzanie i nawilżenie powietrza i

dzięki temu przyczynią się do

niższych kosztów klimatyzacji.

-    zwiększenia strumienia objętości
powietrza,
-    zwiększenie prędkości w wyrobiskach

eksploatacyjnych do 2 m/s,

-    zmniejszenie wilgotności (



) we

wszystkich drogach powietrza
świeżego,
-    skrócenie dróg powietrza świeżego,
-    wyeliminowanie dodatkowych źródeł
ciepła,
-    wyeliminowanie szeregowego
przewietrzania

wyrobisk.

Możliwość poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

istniejących można uzyskać przez:

a)  projektować duże powierzchnie przekrojów dla
szybów wdechowych i głównych przekopów
udostępniających.
b)  dla nowych szybów przeanalizować ich
lokalizację pod

kątem najkrótszych dróg

powietrza świeżego do przyszłych

pól

eksploatacyjnych.
c)  zmniejszyć do minimum liczbę wyrobisk
doprowadzających powietrze świeże do
przodków, żeby prędkość powietrza była

bliska

lub równa prędkości dopuszczalnej.
d)  wykonywać hydroizolację szybów wdechowych i
wyrobisk z

grupowymi prądami powietrza

świeżego, w których występować może duży
wypływ wody.

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

e)  projektować ujęcie wody wypływającej z
górotworu oraz

wody technologicznej.

Woda ujęta w miejscach wypływu

winna być

odprowadzona ściekami krytymi lub rurociągami.
f)  stosować chłodzenie powietrza sprężonego na
powierzchni, a w miarę możliwości projektować
instalacje rurociągów

powietrza sprężonego w

szybach wydechowych i

wyrobiskach z prądami

powietrza zużytego.
g) wyeliminować odstawę urobku z wyrobisk,
którymi doprowadzone jest powietrze świeże do
wyrobisk

eksploatacyjnych, co można osiągnąć

przez stosowanie niezależnego przewietrzania
wyrobisk odstawczych lub transport urobku w
wyrobiskach z prądem powietrza

zużytego.

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

h)  rozwiązywać zraszanie na wysypach i przesypach

taśmociągów przy możliwie najmniejszym

zużyciu

wody; dotyczy to zwłaszcza

taśmociągów

zlokalizowanych w

wyrobiskach z prądami powietrza
świeżego płynącymi do miejsc pracy.
i)   unikać odprowadzenia powietrza zużytego z

wyrobisk ślepych i innych wyrobisk z

dodatkowymi

źródłami ciepła do wyrobisk z

opływowym prądem

powietrza świeżego

płynącymi do miejsc pracy.
j)   projektując przewietrzanie, jak również
opracowując

prognozę temperatury

powietrza dla drążonego

wyrobiska

korytarzowego, należy przestrzegać

zaleceń dotyczących wentylacji lutniowej.

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

k)  w czasie drążenia wyrobisk korytarzowych
dochodzi się w

określonych przypadkach do

warunków, w których uprzednie środki nie
zapewniają prawidłowych warunków klimatycznych

w tych wyrobiskach. Dlatego też konieczne jest

wykonanie

obliczeń prognostycznych można

dopiero dać odpowiedź na pytanie, jakie należy
przedsięwziąć środki, aby w danym

wyrobisku

zapewnione były warunki klimatyczne dopuszczone

obowiązującymi przepisami.

l)  przy projektowaniu rozcinki i przewietrzaniu
rejonów eksploatacyjnych uzasadnione jest
uwzględnienie następujących środków pasywnego
zwalczania zagrożenia temperaturowego:

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

-   w rejonach, które zlokalizowane są poniżej I poziomu
krytycznego, gdzie

temperatura pierwotna masywu

skalnego jest większa od 30°C należy dążyć

do

wyeliminowania wszystkich dodatkowych źródeł ciepła z
grupowych

prądów powietrza świeżego

doprowadzonego do ścian, jak również tak

projektować

oddział produkcyjny, by możliwe było stosowanie intensywnego

przewietrzania oddziału,

-   należy eliminować odstawę urobku z wyrobisk, którymi
doprowadzane jest

powietrze świeże. Eliminacji tej

dokonać można przez zlokalizowanie odstawy w
wyrobiskach, którymi płynie powietrze zużyte lub przez
stosowanie niezależnego przewietrzania wyrobisk
odstawczych,
-   należy dążyć do lokalizacji urządzeń elektromechanicznych
np. pomp do

urządzeń hydraulicznych na wylotach ze

ścian zamiast na ich wlotach.

Szczególnie

ma to duże

znaczenie dla ścian zmechanizowanych,

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

-   należy odprowadzić powietrze zużyte z wyrobisk ślepych i
innych wyrobisk z

dodatkowymi źródłami ciepła,

stosując lutniociąg łączący te wyrobiska z

wyrobiskiem z

opływowym prądem powietrza nie płynącym do miejsc pracy,

jak np. do ściany,

-   kierunki przemieszczenia frontów ścianowych należy tak
dobierać, aby nie występował przepływ powietrza przez zroby
zawałowe ani też nie zachodziło

wynoszenie ciepła ze

zrobów do miejsc pracy załogi,
-   w przypadku gdy istnieje konieczność stosowania
eksploatacji do pola,

należy wykonywać szczelne pasy

podsadzkowe lub np. z anhydrytu wzdłuż

chodników

przyścianowych,
-   nadmierne nawilżanie prądów powietrza świeżego należy
likwidować przez stosowanie racjonalnego zraszania oraz
ujęcie wody w miejscach jej

wypływu i odprowadzenie jej

krytymi ściekami lub rurociągami,
-   dla nie dopuszczenia do nagrzania i nawilżania powietrza
świeżego należy unikać szeregowego przewietrzania ścian.

Dla poprawy warunków

klimatycznych w kopalniach

projektowanych i modernizowanych

należy:

Podjęte przedsięwzięcia muszą być poparte
obliczeniami prognostycznymi temperatury
powietrza.

Prognozowanie temperatury powietrza
pozwoli określić temperaturę powietrza w
projektowanym wyrobisku. Na podstawie
tych obliczeń można podjąć decyzję o
przyjęciu do realizacji danego sposobu
rozprowadzenia powietrza względnie ustalić
potrzebę stosowania urządzeń chłodniczych i
określić wymagane moce tych urządzeń

.