Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej
Wentylacja
kopalń
Wykład 1
Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej
Wentylacja
kopalń
Wykład 1
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Termodynamika jest działem fizyki zajmującym się analizą zjawisk
związanych z przemianami energii w dostatecznie dużych zbiorowiskach
cząstek materii.
Można w niej wyróżnić trzy kierunki:
termodynamikę teoretyczną,
chemiczną i techniczną.
Termodynamika techniczna kładzie szczególny nacisk na przemiany
energetyczne zachodzące w maszynach cieplnych. W termodynamice
technicznej zazwyczaj świadomie rezygnuje się z pełnej ścisłości na rzecz
przystępności opisu zjawisk.
W zależności od przyjętej skali opisu układu podlegającego przemianie
energetycznej rozróżnia się trzy działy termodynamiki —
termodynamikę
statystyczną, kwantową i fenomenologiczną.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Termodynamika statystyczna
uwzględnia cząsteczkową budowę materii, a
więc mikroskopowy opis układu, wymagający znajomości ogromnej
liczby parametrów charakteryzujących stan atomów i cząsteczek — np.
składowych prędkości, współrzędnych punktów położenia. Analiza tak
złożonego opisu jest możliwa jedynie z wykorzystaniem metod
statystycznych.
Termodynamika kwantowa
także jest oparta na mikroskopowym opisie
układu z uwzględnieniem dodatkowo praw mechaniki kwantowej.
Termodynamika fenomenologiczna
zajmuje się opisem makroskopowym,
traktując rozważany układ jako całość bez szczegółowego wnikania w
wewnętrzną jego strukturę.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Termodynamika bada warunki przemiany energii jednego rodzaju w
drugi i charakteryzuje te przemiany od strony ilościowej.
Zajmuje się zwłaszcza prawami, jakie obowiązują podczas
przekształcania ciepła w pracę mechaniczną i przeciwnie.
Istota równoważności ciepła i energii mechanicznej ma swoje źródło w
bezładnym ruchu cząsteczek i atomów.
Jedną z metod badania zjawisk cieplnych jest metoda statystyczna
zmierzająca do wytłumaczenia cieplnych właściwości ciał na podstawie
fizyki statystycznej.
Większość klasycznych praw termodynamiki została jednak odkryta
doświadczalnie, na ogół bez żadnych założeń co do budowy cząsteczkowej
badanych ciał.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Prawa termodynamiki wiążą ze sobą wielkości fizyczne odnoszące się do ciał
makroskopowych, które umiemy mierzyć za pomocą przyrządów fizycznych,
jak termometr czy manometr i nie wymagają wcale mikroskopowej
interpretacji opartej na kinetyczno-molekularnym modelu budowy materii.
Można je wydedukować z bezpośredniej obserwacji zjawisk za pomocą
wyłącznie pojęć makroskopowych.
Naukę, która stosuje taką właśnie metodę badania procesów cieplnych,
nazywamy termodynamiką fenomenologiczną.
Termodynamika fenomenologiczna opiera się na trzech prawach
stanowiących uogólnienie prawidłowości obserwowanych w przyrodzie,
zwanych
pierwszą, drugą i trzecią zasadą termodynamiki
.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Pierwsza zasada termodynamiki
dotyczy równoważności ciepła i pracy,
stanowi szczególny przypadek zachowania energii.
Druga zasada termodynamiki
zajmuje się warunkami zamiany ciepła na
pracę.
Trzecia zasada termodynamiki
głosi nieosiągalność temperatury zera
bezwzględnego.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Chcąc obserwować jakieś zjawisko fizyczne musimy skupić swą
uwagę na pewnym ciele fizycznym lub grupie ciał, nie możemy
bowiem obserwować równocześnie wszystkich zjawisk zachodzących
we wszystkich ciałach. Taki zbiór ciał nazywamy
układem fizycznym
.
Substancje, które biorą udział w wymianie ciepła lub w procesach
przekształcania ciepła w pracę i przeciwnie, nazywamy
czynnikami
termodynamicznymi.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Zespół rozpatrywanych ciał, wymieniających energię (ciepło) między
sobą albo z innymi ciałami (zewnętrznymi), nazywamy
układem
termodynamicznym.
Układ termodynamiczny nie wymieniający materii z otoczeniem
nazywamy
układem zamkniętym
.
Jeżeli w dowolnie długim okresie żadna właściwość układu
termodynamicznego, nie wymieniającego z otoczeniem ani materii, ani
energii nie zmienia się, to układ jest w stanie równowagi
termodynamicznej.
Układ, w którym zachodzi wymiana materii z otoczeniem nazywamy
układem otwartym
.
Podstawowe pojęcia aerotermodynamiki górniczej
Definicje
Powierzchnia ograniczająca układ termodynamiczny, przepuszczalna
tylko dla ciepła i nie dopuszczająca do przepływu masy jest nazywana
przegrodą diatermiczną
.
Jeśli powierzchnia ograniczająca układ nie przepuszcza ciepła, to
zamknięty układ termodynamiczny nazywamy układem izolowanym
cieplnie lub
układem adiabatycznym
.
Przed przystąpieniem do termodynamicznego badania układu ciał w
myśli wyodrębnia się ten układ za pomocą tzw.
osłony diabatycznej
,
tj. osłony kontrolnej, przepuszczającej masę i energię.
Każdą z wielkości fizycznych opisujących stan fizyczny układu
termodynamicznego nazywamy
parametrem stanu
.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Powietrze atmosferyczne jest roztworem różnych gazów chemicznie
obojętnych względem siebie, wśród których przeważają ilościowo
cztery składniki:
azot, tlen, argon i dwutlenek węgla.
Powietrze suche (standardowe) jest to powietrze atmosferyczne,
z którego usunięto parę wodną.
Skład chemiczny powietrza suchego (czystego) podano w tabeli 5.1.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Tabela 5.1
Skład chemiczny powietrza suchego (czystego)
Rodzaj gazu
Wzór chemiczny Udział masowy
(w %)
Udział objętościowy
(w %)
Tlen
0
2
23,01
20,93
Azot
N
2
75,51
78,10
Argon
Ar
1,286
0,9325
Dwutlenek węgla
CO
2
0,04
0,03
Wodór
H
2
0,001
0,01
Neon
Ne
0,0012
0,0018
Hel
He
0,00007
0,0005
Krypton
Kr
0,0003
0,0001
Ksenon
Xe
0,00004
0,000009
Masa drobinowa Ma powietrza suchego i jego indywidualna stała gazowa Ra
wynoszą odpowiednio:
Ma = 28,97 = idem
,
Ra = 287,04 J/(kgK) = idem
.
Zawartość pary wodnej w powietrzu atmosferycznym jest zmienna, przy czym w naszym
klimacie jej udział objętościowy zmienia się od
0,08
do
2,5%
.
W powietrzu występują także zanieczyszczenia gazowe i pyły.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Powietrze kopalniane
jest roztworem powietrza atmosferycznego
i gazów wydzielających się w kopalni.
Zgodnie z przepisami górniczymi powietrze w wyrobiskach kopalnianych,
w których przebywają lub mogą. przebywać ludzie powinno zawierać co naj-
mniej
19% (objętościowo) tlenu (O
2
) oraz co najwyżej 1% (objętościowo)
dwutlenku węgla (C0
2
).
Zawartość szkodliwych dla zdrowia gazów w powietrzu świeżym nie
powinna przekraczać następujących wartości: tlenek węgla (CO) —
0,0026%, dwutlenek azotu (NO
2
) — 0,000 26%, dwutlenek siarki (SO
2
) —
0,000 75% oraz siarkowodór (H
2
S) — 0,0007%.
Zawartość
metanu (CH
4
)
w powietrzu świeżym nie powinna natomiast
przekraczać
0,5%.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Rodzaj gazu
NDS
mg/m
3
(objętościowo w % )
NDSCh
mg/m
3
(objętościowo w %)
Dwutlenek
węgla
-
(1.0)
-
(1.0)
Tlenek węgla
30
(0.0026)
180
(0.015)
Tlenek azotu
5
(0.00026)
10
(0.00052)
Dwutlenek
siarki
20
(0.00075)
50
(0.0019)
Siarkowodór
10
(0.0007)
20
(0.0014)
NDS - najwyższe dopuszczalne stężenie średnio ważone w okresie 8 godzin,
NDSCh - najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe w czasie nie dłuższym niż 30
min. w okresie zmiany roboczej.
UWAGA:
W zakładach górniczych stosujących maszyny z napędem spalinowym zawartość
tlenków azotu określa się na podstawie stężenia dwutlenku azotu.
W razie stwierdzenia, że skład powietrza nie odpowiada wymaganiom określonym powyżej,
należy niezwłocznie wycofać ludzi, a wejście do zagrożonego wyrobiska zagrodzić.
W miejscach takich mogą być wykonywane tylko prace z zakresu ratownictwa górniczego i
przeciwpożarowe.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Składniki wybuchowe powietrza kopalnianego
Gaz
Własności
Gęstość
względna
(pow. = 1)
NDS
%
Granice
wybuch.
%
Temp.
zapłonu
o
C
Źródło powstawania
Tlenek węgla
(CO)
Bez barwy,
smaku i zapachu
0,967
0,0026
12,5 ÷ 74,0
605
Roboty strzelnicze, pożary,
wybuchy metanu i pyłu
węglowego, silniki
spalinowe
Siarkowodór
(H
2
S)
Bez barwy, o
słodkawym
smaku i zapachu
zgniłych jaj
1,19
0,0007
4,3 ÷ 45,5
270
Pokłady soli, gnicie
substancji organicznych,
pożary, materiały
wybuchowe, wody
gruntowe
Metan (CH
4
)
Bez barwy,
smaku i zapachu
0,55
< 2
5,0 ÷ 15,0
595
Występuje w górotworze
w stanie wolnym lub
sorpcyjnym
Wodór (H
2
)
Bezbarwny
0,0695
< 0,5
4,0 ÷ 75,6
560
Pokłady soli potasowych,
ładowanie baterii i
akumulatorów
Amoniak
(NH
3
)
Bez barwy o
ostrym zapachu
0,59
-
15,0 ÷ 28,0
680
Roboty strzelnicze,
gaszenie pożarów wodą
Węglowodory ciężkie
Propan
(C
3
H
8
)
1,56
2,1 ÷ 9,5
470
Z robót górniczych w
mało
zmetamorfizowanym
węglu i robót
strzelniczych
Etan (C
2
H
6
)
3,1 ÷ 15
Butan
(C
4
H
10
)
2,06
1,5 ÷ 8,5
365
Etylen (C
2
H
4
)
1,26
2,7 ÷ 34,0
425
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Składniki toksyczne powietrza kopalnianego
Gaz
Własności
Gęstość
względ
na
(pow. =
1)
NDS
%
Granice
wybuch.
%
Własności
toksyczne
Źródło
powstawania
Tlenek węgla
(CO)
Bez barwy,
smaku i zapachu
0,967
0,0026
12,5 ÷ 74,0
Silnie trujący
Roboty strzelnicze,
pożary, wybuchy
metanu i pyłu
węglowego, praca
silników spalinowych
Siarkowodór
(H
2
S)
Bez barwy, o
słodkawym
smaku i
charakterystyczn
ym zapachu
zgniłych jaj
1,19
0,0007
4,3 ÷ 45,5
Silnie toksyczny,
podrażnia drogi
oddechowe i oczy
Pokłady soli, gnicie
substancji
organicznych, pożary,
rozkład materiałów
wybuchowych, wody
gruntowe
Amoniak
(NH
3
)
Bez barwy o
ostrym,
charakterystyczn
ym zapachu,
dobrze
rozpuszczalny w
wodzie
0,59
-
15,0 ÷ 28,0
Trujący, silnie podrażnia
błony śluzowe i skórę
Roboty strzelnicze,
gaszenie pożarów
wodą
Tlenki azotu
(NO, NO
2
,
N
2
O
4
)
Brunatny kolor i
ostry zapach
13,4 ÷
2,7
0,00026
-
Bardzo silnie toksyczne,
podrażniają błony
śluzowe oczu, dróg
oddechowych oraz płuca
Roboty strzelnicze,
silniki spalinowe
Dwutlenek
siarki (SO
2
)
Bezbarwny, o
bardzo
drażniącym
zapachu i
kwaśnym smaku
2,23
0,000075
-
Silnie trujący, podrażnia
błony śluzowe dróg
oddechowych i oczu
Pożary kopalniane,
roboty strzelnicze
Dwutlenek
węgla (CO
2
)
Bez barwy i
zapachu,
o smaku słabo
kwaśnym, łatwo
rozpuszczalny w
wodzie
1,52
1,0
-
Duszący
Wydziela się z węgla i
skał, powstaje w
czasie pożarów,
wybuchów metanu
lub pyłu węglowego i
robót strzelniczych
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Zawartość metanu w powietrzu kopalnianym nie powinna przekraczać:
- 0.5 % - w prądach powietrza świeżego,
- 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 %.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
W polach niemetanowych, w razie stwierdzenia w próbach powietrza
pobranych do analizy laboratoryjnej zawartości 0.1 % metanu lub wyższej
oraz w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny również w
razie stwierdzenia w pokładzie węgla metanonośności powyżej 0.1 m
3
/Mg w
przeliczeniu na czystą substancję węglową kierownik ruchu zakładu
górniczego obowiązany jest niezwłocznie:
1) zastosować niezbędne rygory bezpiecznego prowadzenia robót w
warunkach powstałego zagrożenia metanowego,
2) powiadomić właściwy organ państwowego nadzoru górniczego,
3) zlecić badanie stanu zagrożenia metanowego jednostce naukowo-
badawczej wskazanej przez Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
W praktyce kopalnianej powietrze przepływające wyrobiskiem
górniczym jest w rzeczywistości roztworem powietrza suchego i wody,
czyli powietrzem wilgotnym.
Woda
w powietrzu może występować w trzech stanach skupienia, tj.
w stanie
lotnym (gazowym), ciekłym i stałym
.
W razie występowania w powietrzu wilgoci w stanie ciekłym, tj.
zawieszonych w tym powietrzu cząstek wody, mamy do czynienia z
powietrzem zamglonym
.
Jeśli w powietrzu występuje woda w stanie stałym, to w powietrzu
występuje szron. W temperaturze i ciśnieniu powietrza występujących
w kopalniach podziemnych może następować kondensacja pary
wodnej, a także odparowanie mgły.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Powietrze kopalniane stanowi roztwór powietrza suchego i pary
wodnej, które zachowują się jak gazy doskonałe i w związku z
tym spełniają prawo Daltona.
Założenie to jest słuszne, jeżeli ciśnienie i temperatura powietrza
nie są zbyt wysokie.
Wymienione założenia spełnia powietrze kopalniane.
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
J
e
d
ną
z
p
o
d
s
t
a
w
o
w
y
c
h
w
ł
a
ś
c
i
w
o
ś
c
i
k
o
p
a
l
n
i
a
n
e
j
s
i
e
c
i
w
e
n
t
y
l
a
c
y
j
n
e
j
j
e
s
t
z
m
i
e
n
n
oś
ć
s
k
ł
a
d
u
c
h
e
m
i
c
z
n
e
g
o
p
o
w
i
e
t
r
z
a
k
o
p
a
l
n
i
a
n
e
g
o
.
U
t
r
u
d
n
i
a
t
o
b
a
d
a
n
i
e
o
b
i
e
g
ó
w
t
e
r
m
o
d
y
n
a
m
i
c
z
n
y
c
h
(
n
p
.
p
r
z
e
pł
y
w
u
p
o
w
i
e
t
r
z
a
w
s
i
e
c
i
w
e
n
t
y
l
a
c
y
j
n
e
j
)
,
p
o
n
i
e
w
aż
w
t
r
a
k
c
i
e
t
y
c
h
b
a
d
a
ń
w
y
m
a
g
a
s
i
ę
ż
e
b
y
s
kł
a
d
c
z
y
n
n
i
k
a
t
e
r
m
o
d
y
n
a
m
i
c
z
n
e
g
o
b
y
ł
s
t
a
ł
y
.
W
a
r
u
n
e
k
t
e
n
s
p
e
ł
n
i
a
p
o
w
i
e
t
r
z
e
s
u
c
h
e
(
s
t
a
n
d
a
r
d
o
w
e
)
.
D
l
a
t
e
g
o
t
eż
c
z
ę
s
t
o
p
o
w
i
e
t
r
z
e
k
o
p
a
l
n
i
a
n
e
z
a
s
tę
p
u
j
e
s
i
ę
p
o
w
i
e
t
r
z
e
m
s
u
c
h
y
m
.
W
t
y
m
c
e
l
u
k
o
r
z
y
s
t
a
s
i
ę
z
p
o
j
ę
c
i
a
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
y
w
i
r
t
u
a
l
n
e
j
p
o
w
i
e
t
r
z
a
k
o
p
a
l
n
i
a
n
e
g
o
v
T
.
Temperatura wirtualna powietrza kopalnianego jest to taka wartość
temperatury, jaką musiałoby mieć powietrze suche, aby pod tym samym
ciśnieniem jego gęstość była równa gęstości powietrza kopalnianego w
temperaturze absolutnej T zmierzonej termometrem suchym.
Można ją wyznaczyć ze wzoru:
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
T
M
r
M
X
M
X
M
T
N
i
i
i
O
H
O
H
a
v
1
1
2
2
)
1
(
(
2
.3
)
gdzie:
a
M - masa drobinowa powietrza suchego,
X - stopień zawilżenia powietrza, [
X
] = kg pary/kg powietrza suchego,
i
r - udział objętościowy i-tego składnika suchego roztworu gazowego (bez pary wodnej) w
wilgotnym roztworze (powietrzu kopalnianym),
i
M - masa drobinowa i-tego składnika suchego roztworu gazowego (bez pary wodnej) w
wilgotnym roztworze,
T - temperatura bezwzględna powietrza kopalnianego,
i - wskaźnik składnika roztworu gazowego, przy czym
N 1
oznacza liczbę wszystkich
składników suchego roztworu gazowego otrzymanego po usunięciu pary wodnej z
powietrza kopalnianego.
Dla wyznaczenia temperatury wirtualnej powietrza kopalnianego korzysta
się najczęściej z przybliżonego wzoru
T
X
T
v
)
6
.
0
1
(
(2.1.5)
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
2
.1
. Gę
s
t
o
ś
ć
p
o
w
ie
t
r
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
Gę
s
to
ś
c
ią
p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
n
a
z
y
w
a
m
y
s
to
s
u
n
e
k
m
a
s
y
p
o
w
ie
tr
z
a
d
o
je
g
o
o
b
ję
to
ś
c
i.
M
oż
n
a
ją
w
y
z
n
a
c
z
y
ć
z
te
r
m
ic
z
n
e
g
o
r
ó
w
n
a
n
ia
s
ta
n
u
(r
ó
w
n
a
n
ia
C
la
p
e
y
r
o
n
a
) w
p
o
s
ta
c
i:
RT
pv
(2
.1
.1
)
g
d
z
ie
: p
- c
iś
n
ie
n
ie
s
ta
ty
c
z
n
e
, b
e
z
w
z
g
lę
d
n
e
p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
,
P
a
,
R
- s
tała
g
a
z
o
w
a
p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
, J/(
k
g
K
),
T
- te
m
p
e
r
a
tu
r
a
(b
e
z
w
z
g
lę
d
n
a
) p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
m
ie
r
z
o
n
a
te
r
m
o
m
e
tr
e
m
s
u
c
h
y
m
, K
,
v - o
b
ję
to
ś
ć
w
ła
ś
c
iw
a
p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
, m
3
/k
g
, p
r
z
y
c
z
y
m
1
v
(2
.1
.2
)
- gę
s
to
ś
ć
p
o
w
ie
tr
z
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
, k
g
/m
3
.
W
s
t
a
w
i
a
ją
c
z
a
l
e
ż
n
o
ś
ć
(
2
.
1
.
2
)
d
o
r
ó
w
n
a
n
i
a
(
2
.
1
.
1
)
o
t
r
z
y
m
a
m
y
RT
p
(
2
.
1
.
3
)
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
Jeśli dla pow
ietrza kopaln
ianeg
o m
ożem
y przyjąć, że jeg
o skład chem
iczn
y nie odbieg
a od
standard
ow
eg
o, a zm
ienia się w
n
im
tylko zaw
artość pary w
odn
ej, to do w
yzn
aczenia jego g
ęstości
rów
nanie (2.1.3) przekształcam
y do postaci:
v
a
T
R
p
(2.1.4)
D
la w
yzn
aczen
ia tem
peratury w
irtualn
ej pow
ietrza kopalnian
eg
o korzysta się n
ajczęściej z przybliżon
eg
o
w
zoru
T
X
T
v
)
6
.
0
1
(
(2.1.5)
W
ystępujący w
tym
w
zorze stopień
zaw
ilżen
ia w
yznacza się z zależności
p
p
p
p
p
X
622
.
0
(2.1.6)
g
dzie:
p
p
- ciśn
ien
ie cząstkow
e pary w
odn
ej w
pow
ietrzu kopaln
ian
ym
, Pa,
któreg
o w
artość m
ożna odczytać z tablic lu
b częściej w
yzn
aczyć z zależności em
pirycznej
)
(
000644
.
0
)
3
.
237
27
.
17
exp(
5
.
610
w
s
w
w
p
t
t
p
t
t
p
(2.1.7)
s
t - tem
peratu
ra pow
ietrza kopaln
ianeg
o m
ierzona term
om
etrem
such
ym
,C
,
w
t - tem
peratu
ra pow
ietrza kopalnianeg
o m
ierzona term
om
etrem
w
ilgotn
ym
,C
,
Powietrze kopalniane i jego właściwości
Właściwości fizyczne powietrza suchego i wilgotnego
2
.2
. S
tru
m
ień
o
b
ję
to
ś
c
i i s
tru
m
ie
ń
m
a
s
y p
o
w
ie
trz
a
k
o
p
a
ln
ia
n
e
g
o
S
tru
m
ień
ob
ję
tości p
ow
ie
trza
(o
b
ję
tościow
e
n
a
tę
że
n
ie
p
rze
p
ływ
u
) w
w
yrob
isk
u
g
ó
rn
iczym
w
yzn
a
cza
się
z za
le
żn
ości
m
Aw
V
(2
.2
.1
)
g
d
zie
:
A
- p
ole
p
rze
k
ro
ju
p
op
rze
czn
e
g
o
w
yro
b
isk
a
, m
2
,
m
w
- p
rę
d
k
ość śre
d
n
ia
p
ow
ie
trza
w
tym
p
rze
k
roju
,
m
/s.
S
tru
m
ień
m
a
sy p
ow
ie
trza
k
op
a
ln
ia
n
e
g
o je
st n
a
tom
ia
st rów
n
y
m
Aw
V
m
(2
.2
.2
)
- gę
stość p
ow
ie
trza
k
op
a
ln
ia
n
e
g
o, k
g
/m
3
.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
3. Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
3.1. Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna jest układem złożonym z bocznic, węzłów,
oporów miejscowych i wentylatorów, nazywanych elementami sieci
wentylacyjnej.
Wę
z
ł
e
m
s
i
e
c
i
w
e
n
t
y
l
a
c
y
j
n
e
j
n
a
z
y
w
a
m
y
zł
o
ż
o
n
e
w
y
r
o
b
i
s
k
o
g
ó
r
n
i
c
z
e
,
k
t
ó
r
e
sł
u
ż
y
d
o
z
ł
ą
c
z
a
n
i
a
k
r
a
ń
c
ó
w
b
o
c
z
n
i
c
s
i
e
c
i
w
e
n
t
y
l
a
c
y
j
n
e
j
.
P
o
l
e
p
r
z
e
k
r
o
j
u
p
o
p
r
z
e
c
z
n
e
g
o
wę
z
ł
a
s
i
e
c
i
j
e
s
t
w
i
e
l
k
o
ś
c
i
ą
z
m
i
e
n
n
ą
.
Z
m
i
a
n
i
e
p
o
l
a
p
r
z
e
k
r
o
j
u
p
o
p
r
z
e
c
z
n
e
g
o
,
z
m
i
a
n
i
e
k
i
e
r
u
n
k
u
s
t
r
u
m
i
e
n
i
a
o
r
a
z
r
o
z
d
z
i
e
l
a
n
i
u
l
u
b
ł
ą
c
z
e
n
i
u
s
t
r
u
m
i
e
n
i
m
a
s
t
o
w
a
r
z
y
s
z
ą
w
i
r
y
,
k
t
ó
r
e
u
n
i
e
m
oż
l
i
w
i
a
j
ą
w
y
k
o
n
a
n
i
e
p
o
m
i
a
r
u
p
a
r
a
m
e
t
r
ó
w
p
o
w
i
e
t
r
z
a
w
c
e
n
t
r
a
l
n
y
c
h
p
u
n
k
t
a
c
h
wę
z
ł
a
.
D
o
t
y
c
z
y
t
o
s
z
c
z
e
g
ó
l
n
i
e
p
o
m
i
a
r
u
p
a
r
a
m
e
t
r
ó
w
t
e
r
m
i
c
z
n
y
c
h
(
p
,
T
)
p
o
w
i
e
t
r
z
a
.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Węzły dzielimy na węzły niezależne i węzły zależne.
Węzłem niezależnym
jest węzeł, w którym następuje rozdział lub łączenie mas
strumieni powietrza.
W
węźle zależnym
natomiast strumień masy powietrza nie zmienia się.
Węzłem zależnym będzie więc np. miejsce w wyrobisku, w którym następuje
nagła zmiana przekroju poprzecznego wyrobiska, zmiana kierunku strumienia
powietrza lub miejsce umieszczenia w wyrobisku urządzenia wentylacyjnego,
np. tamy regulacyjnej.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Bocznicą sieci wentylacyjnej
nazywamy pojedyncze wyrobisko (lub
połączenie szeregowe (równoległe) kilku wyrobisk) łączące dwa węzły
sieci wentylacyjnej.
Bocznice dzielimy na:
niezależne
- jeśli łączą dwa węzły niezależne,
zależne
- gdy łączą dwa węzły zależne lub węzeł niezależny i zależny.
Oporem lokalnym
przepływu powietrza w sieci wentylacyjnej nazywamy
pracę tarcia wywołaną:
zmianą kierunku przepływu, tzw. opór skrętu kolano,
zmianą (zwiększeniem lub zmniejszeniem) przekroju poprzecznego
wyrobiska,
obecnością odrzwi dławiących.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Wentylatorem górniczym
nazywa się maszynę służącą do sztucznego
wywołania ruchu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej.
Wyróżnia się on spośród wszystkich tego rodzaju maszyn (tj. rzeczywistych,
roboczych, niechłodzonych, wirnikowych maszyn strumieniowych) tym, że
jego istotną właściwością jest łączność z kopalnianą siecią wentylacyjną, w
której działając, wywołuje przepływ powietrza.
Z wymienionych elementów sieci wentylacyjnej, (tzn. bocznic, węzłów,
oporów miejscowych i wentylatorów) zbudowane jest dowolne
oczko sieci
wentylacyjnej - węzłowe lub bezwęzłowe.
Oczkiem bezwęzłowym sieci wentylacyjnej
nazywamy oczko, które jest
szczelnie odgrodzone od sąsiednich oczek.
Natomiast oczko sieci wentylacyjnej, które nie jest odgradzane od sąsiednich
oczek nosi nazwę
oczka węzłowego sieci
. Oczko bezwęzłowe jest układem
ciał, do którego dopływa energia z zewnętrznych źródeł ciepła (np. z
górotworu), a oczko węzłowe sieci - układem ciał, do którego dopływa energia
nie tylko z zewnętrznych źródeł ciepła, lecz także z sąsiednich oczek sieci
wentylacyjnej.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
W oczku bezwęzłowym sieci wentylacyjnej zachodzi przemiana kołowa
powietrza, zwana
obiegiem termodynamicznym (cyklem)
.
Jego istotną właściwością jest zarówno niezmienność składu chemicznego
czynnika termodynamicznego, jak i niezmienność strumienia masy.
Zespół przemian zachodzących w oczku węzłowym kopalnianej sieci
wentylacyjnej nie jest obiegiem termodynamicznym, gdyż na skutek dopływu
masy nie jest zachowany warunek niezmienności strumienia masy.
Zespół tych przemian H. Bystroń nazwał
opływem (semicyklem)
termodynamicznym.
Istotną właściwością opływu termodynamicznego jest niezmienność składu
chemicznego czynnika termodynamicznego i zmienność strumienia masy.
Rozważania na temat sieci wentylacyjnej dotyczą najczęściej przypadku,
gdy w sieci występuje ustalony stan dynamiczny i termiczny, tj. gdy skład
chemiczny powietrza, jego prędkość, ciśnienie, temperatura i inne parametry
są funkcjami tylko miejsca i czasu.
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
3.2. Właściwości kopalnianej sieci wentylacyjnej
K
op
a
ln
ia
n
a
sieć w
e
n
tyla
cyjn
a
, w
które
j w
ystę
p
u
je
u
sta
lon
y sta
n
d
yn
a
m
iczn
y
i te
rm
iczn
y, m
a
n
a
stę
p
u
ją
ce
w
ła
ściw
ości:
S
tru
m
ień
m
a
sy p
ow
ie
trza
w
b
oczn
icy sie
ci (e
le
m
e
n
cie
i-tym
) je
st
w
ie
lkością
n
ie
zm
ie
n
n
ą
(id
e
m
), n
ie
za
le
żn
ą
od
m
ie
jsca
w
te
j b
oczn
icy
i
m
=
id
e
m
.
(3
.2
.1
)
S
tru
m
ień
m
a
sy p
ow
ie
trza
w
oczku
b
e
zwę
złow
ym
sie
ci je
st w
ie
lkością
n
ie
zm
ie
n
ną
, n
ie
za
le
żn
ą
od
m
ie
jsca
w
tym
oczku
m
=
id
e
m
.
(3
.2
.2
)
S
tru
m
ień
m
a
sy p
ow
ie
trza
w
oczku
w
ę
złow
ym
sie
ci je
st w
ie
lkością
zm
ie
n
ną
(
va
riu
s), za
leżn
ą
od
m
ie
jsca
w
tym
oczku
m
=
va
r.
(3
.2
.3
)
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Elementy sieci wentylacyjnej
Masa powietrza, zawarta w kopalnianej sieci wentylacyjnej, ma znaczną
wysokość z, dochodzącą do kilku tysięcy metrów. Zatem wysokość
niwelacyjna z jest wielkością zmienną, zależną od miejsca w sieci
wentylacyjnej
z
= var.
(3.2.4)
Różnice ciśnień powietrza na różnych wysokościach
z
są tak duże, że
wskutek ściśliwości gęstość powietrza
jest wielkością zmienną, zależną od
miejsca w sieci wentylacyjnej
= var.
(3.2.5)
Skład chemiczny
M
powietrza, płynącego w kopalnianej sieci
wentylacyjnej, zmienia się w zależności od miejsca
M
= var,
(3.2.6)
gdzie:
M
- masa drobinowa powietrza (roztworu gazowego).
Kopalniana sieć wentylacyjna i jej właściwości
Rodzaje sieci wentylacyjnych
3.3. Sieć wentylacyjna aktywna i pasywna
S
i
eć
w
e
n
t
y
l
a
c
y
j
n
a
k
a
ż
d
e
j
i
s
t
n
i
e
j
ą
c
e
j
k
o
p
a
l
n
i
j
e
s
t
s
i
e
c
ią
a
k
t
y
w
n
ą
,
g
d
yż
g
ę
s
t
o
ś
ć
m
a
s
y
p
o
w
i
e
t
r
z
a
w
w
y
r
o
b
i
s
k
a
c
h
k
o
p
a
l
n
i
a
n
y
c
h
j
e
s
t
w
i
e
l
k
oś
c
i
ą
z
m
i
e
n
n
ą
.
J
eś
l
i
k
o
p
a
l
n
i
a
j
e
s
t
p
ł
y
t
k
a
(
d
o
4
0
0
m
)
,
t
o
a
k
t
y
w
n
o
ś
ć
j
e
j
s
i
e
c
i
j
e
s
t
m
a
ł
a
.
M
oż
n
a
z
a
t
e
m
t
ę
s
i
e
ć
t
r
a
k
t
o
w
a
ć
j
a
k
o
s
i
eć
p
a
s
y
w
n
ą
,
c
o
j
e
s
t
r
ó
w
n
o
z
n
a
c
z
n
e
z
p
r
z
y
ję
c
i
e
m
z
a
ł
o
ż
e
n
i
a
u
p
r
a
s
z
c
z
a
j
ą
c
e
g
o
,
ż
e
g
ę
s
t
o
ś
ć
m
a
s
y
p
o
w
i
e
t
r
z
a
w
c
a
ł
e
j
pł
y
t
k
i
e
j
k
o
p
a
l
n
i
j
e
s
t
w
i
e
l
k
o
ś
c
i
ą
n
i
e
z
m
i
e
n
n
ą
,
r
ó
w
n
ą
=
1
.
2
0
k
g
/
m
3
.
Przyjęte założenie powoduje, że w bocznicach sieci pasywnej nie występują
depresje naturalne i w związku z tym nazywa się je bocznicami pasywnymi.
Jeśli natomiast kopalnia jest głęboka, aktywność jej sieci jest duża i należy
zarówno dla sieci istniejących jak i projektowanych traktować sieć
wentylacyjną takiej kopalni jak sieć aktywną.
Bocznice takiej sieci nazywa się
bocznicami aktywnymi
. We wszystkich
niepoziomych bocznicach takiej sieci występują depresje naturalne.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Wszystkie wyrobiska wykonane w kopalni, niezbędne do prawidłowego
przygotowania złoża do eksploatacji oraz prowadzenia robót wybierkowych,
tworzą układ, który nazywa się
siecią wyrobisk
.
Każde wyrobisko wchodzące w skład sieci wyrobisk musi być przewietrzane,
dlatego też
sieć wyrobisk utożsamia się z siecią wentylacyjną
Występują wprawdzie w kopalni wyrobiska nie przewietrzane, które nie
powinny być zaliczane do sieci wentylacyjnej, ale praktycznie występuje w
nich pewien minimalny przepływ powietrza, który usprawiedliwia to
utożsamienie. Można również założyć, że stan wynikający z braku przepływu
powietrza w wyrobisku jest wyjątkowym (granicznym) stanem jego
przewietrzania.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sieć wentylacyjna kopalni składa się z bocznic, oporów miejscowych,
wentylatorów itp. elementów sieci wentylacyjnej.
W praktyce kopalniana sieć wentylacyjna jest bardzo złożonym układem
wspomnianych elementów. W wielu sieciach wentylacyjnych kopalń
liczba bocznic i węzłów przekracza kilkaset
.
Aby umożliwić korzystanie z osiągnięć teorii przewietrzania kopalń
oraz praktycznego panowania nad rozpływem powietrza w sieci
wentylacyjnej, trzeba dysponować odpowiednim modelem tej sieci.
W praktyce kopalnianej korzysta się z
modeli graficznych
, a
ostatnio również z
modeli cyfrowych
tych sieci.
Strukturę sieci wentylacyjnej kopalni można zapisać graficznie lub
cyfrowo.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sieć kopalnianą odwzorowuje się graficznie na planach pokładowych,
a także w postaci schematów wentylacyjnych.
Dla prowadzenia prac związanych z przewietrzaniem i klimatyzacją
wyrobisk, profilaktyką przeciwpożarową i zwalczaniem pożarów
podziemnych służby wentylacyjne kopalni przygotowują dokumentację,
która znajduje się w biurze inżyniera wentylacji.
Ze względu na wagę tych zagadnień dla bezpieczeństwa ludzi
dokumentacja ta jest uzupełniana i aktualizowana na bieżąco.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Do ważniejszych dokumentów należą:
plany (mapy) pokładowe,
poglądowy plan przewietrzania,
schemat przestrzenny przewietrzania,
schemat kanoniczny przewietrzania,
schemat ilościowy przewietrzania,
schemat potencjalny (zdjęcie depresyjne) przewietrzania.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
1. Plany (mapy) pokładowe
Plany (mapy) pokładowe przedstawiają wykonany w pewnej skali rzut
wyrobisk na płaszczyznę poziomą (lub także pionową w przypadku
wyrobisk silnie nachylonych).
Oprócz wyrobisk naniesionych przez geodetów, służba wentylacyjna na
planach przedstawia
kierunki przepływu powietrza, urządzenia
wentylacyjne i przeciwpożarowe
.
Na plany (mapy) pokładowe nanosi się
urządzenia wentylacyjne
takie, jak
tamy, mosty, wentylatory naziemne i podziemne, wentylatory i lutniociągi
przewietrzania lokalnego itp.
Nanosi się także
urządzenia przeciwpożarowe
np. rurociągi wodne przeciwpożarowe i podsadzkowe, hydranty, gaśnice,
pociągi przeciwpożarowe i inne środki przeciwpożarowe, środki łączności,
punkty sanitarne, a także miejsca nagromadzenia palnych materiałów lub
urządzeń.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
2. Poglądowy plan przewietrzania
Na podstawie planów (map) pokładowych sporządza się w miarę
potrzeb
poglądowy plan przewietrzania
.
Jest on rzutem na płaszczyznę poziomą wszystkich wyrobisk, przez
które przepływa powietrze, wykonanym w pewnej skali.
Wykonanie tego planu najdogodniej rozpocząć od najniżej zalegającego
pokładu, kreśląc wszystkie drogi powietrza kolorem wybranym dla tego
pokładu. Następnie kalkę przykłada się do planu następnego pokładu
zalegającego bezpośrednio nad poprzednim. Kalkę orientuje się na
podstawie siatki współrzędnych lub odległych od siebie
charakterystycznych wyrobisk.
Nowymi kolorami rysuje się wyrobiska kolejnych pokładów.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys.1. Przekrój kopalni (uproszczenie) i rzut pionowy wyrobisk
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys.2. Poglądowy plan przewietrzania
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
3. Schemat przestrzenny przewietrzania
Na podstawie planu poglądowego lub częściej w oparciu o plany (mapy)
pokładowe kreśli się schemat przestrzenny przewietrzania.
Schemat ten ma przedstawiać przestrzenny obraz wszystkich czynnych
wyrobisk w kopalni. Ze schematu przestrzennego sieci ma wynikać
wznoszący lub schodzący charakter prądów powietrznych w kopalni.
Sposób wykonania tego schematu należy dostosować do lokalnych
warunków geologiczno-górniczych panujących w kopalni.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Ze względu na przejrzystość i prostotę
schemat przestrzenny kreśli
się według uproszczonej izometrii:
szyby i szybiki kreśli się pionowymi liniami podwójnymi - zwykle
kolorem czarnym,
przekopy wydrążone w kierunku równoległym do rozciągłości kreśli
się liniami poziomymi - zwykle kolorem czarnym lub żółtym,
przecznice biegnące w kierunku prostopadłym do rozciągłości kreśli
się linią nachyloną do poziomu pod kątem 30 ,
wyrobiska w pokładzie, narysowane kolorem danego pokładu, kreśli
się poziomo w przypadku chodników po rozciągłości lub pod kątem
60 dla wyrobisk wydrążonych po wzniosie lub upadzie.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Punkty węzłowe i inne charakterystyczne miejsca numeruje się, starając
się stosować zasadę, by powietrze płynęło od węzłów o numerach
niższych do węzłów o numerach wyższych.
Niejednokrotnie kopalniana sieć wentylacyjna jest tak
skomplikowana, że schemat przestrzenny sieci narysowany zgodnie z
tymi zasadami jest nieczytelny.
Wówczas wykonuje się uproszczony schemat, przedstawiając niektóre
części sieci w formie kółek z odpowiednimi napisami (np. oddziały
wydobywcze).
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
W przypadku przecinania się na płaszczyźnie rysunku wyrobisk, które
w rzeczywistości nie mają połączeń między sobą stosuje się zasadę,
by wyrobiska mniej ważne np. przekopy i przecznice względem szybu
w miejscu przecięcia były rysowane półkolem jako obejście.
Wyrobiska główne oraz wyrobiska wybierkowe powinny być na
schemacie opisane. Na schemacie powinny być również naniesione,
podobnie jak na mapie pokładowej, kierunki rozpływu powietrza,
urządzenia wentylacyjne, zabezpieczenie przeciwpożarowe itp.
Znaki umowne, które wykorzystujemy na schematach wentylacyjnych
podane są w PN/G-09004.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
4. Schemat kanoniczny przewietrzania
Na podstawie schematu przestrzennego kreśli się
schemat
kanoniczny, który jest nieskalibrowanym obrazem topologicznym
sieci wentylacyjnej.
Schemat kanoniczny kopalnianej sieci wentylacyjnej orientuje o
sposobie rozprowadzenia powietrza i służy do wszelkich obliczeń
wentylacyjnych. Przy jego pomocy można też badać charakter bocznic
w sieci wentylacyjnej, tzn. ich normalność bądź przekątność.
Rysowanie schematu kanonicznego nie nastręcza trudności gdy w sieci
wentylacyjnej występuje mała liczba szybów i można w niej wydzielić
w miarę niezależne podsieci związane z poszczególnymi szybami
wentylacyjnymi.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rozróżnia się
schematy kanoniczne otwarte i zamknięte
.
Schemat zamknięty uzyskuje się ze schematu otwartego przez
uwzględnienie w nim, że atmosfera zewnętrzna stanowi bocznicę o
nieskończenie dużym przekroju i oporze równym zero, łączącą
dyfuzor wentylatora głównego ze zrębem szybu wdechowego.
Twórcą schematu otwartego był
H. Czeczott
, natomiast schematu
zamkniętego (kołowego)
W. Budryk
.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Fazy rysowania schematu kanonicznego
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Sposoby rysowania schematu kanonicznego przy różnej liczbie szybów
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Schemat kanoniczny otwarty i zamknięty
Rys. A. Schemat kanoniczny otwarty
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Schemat kanoniczny zamknięty
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Schematy kanoniczne sieci płaskiej i niepłaskiej
Rys. A. Schemat kanoniczny sieci płaskiej
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Schemat kanoniczny sieci niepłaskiej
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys.8.3. Schemat kanoniczny dla sieci z rys 8.2
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Odwikływanie schematów kanonicznych
Aby ułatwić posługiwanie się schematem kanonicznym sieci
wentylacyjnej, należy doprowadzić go do jak najprostszej postaci, w
której jest widoczny charakter każdego prądu.
Uzyskuje się to, stosując przy przekształcaniu powikłanego
schematu kanonicznego sieci sposób zewnętrznych węzłów i
zewnętrznych bocznic oraz przegrupowanie bocznic wewnętrznych.
Taki schemat kanoniczny sieci nazywa się jednoznacznym.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Upraszczanie schematów kanonicznych
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Systemy przewietrzania
- proste i złożone,
- normalne i przekątne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Wprowadzenie schematu kanonicznego pozwoliło wykorzystać w
wentylacji kopalń szeregu pojęć z teorii grafów. Schemat ten odpowiada
grafowi liniowemu, spójnemu, zorientowanemu z wlotem i wylotem.
Schemat kanoniczny sieci wentylacyjnej jest grafem płaskim, gdy daje się
przedstawić na rysunku w taki sposób, że bocznice nie mają innych
wspólnych punktów (przecięć) prócz węzłów.
Gdy warunek ten nie jest spełniony, graf jest przestrzenny i na schemacie
kanonicznym wystąpią przecięcia, które należy zastąpić obejściami.
Należy dążyć do tego, żeby liczba przecięć była na schemacie
kanonicznym jak najmniejsza.
Proces przekształcania schematu kanonicznego sieci wentylacyjnej,
polegający między innymi na minimalizacji liczby przecięć nazywa się
odwikływaniem schematu kanonicznego.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
5. Schemat ilościowy przewietrzania
Schemat ilościowy
sporządza się w celu przejrzystego przedstawienia ilości
powietrza przepływającego przez poszczególne bocznice oraz
uwidocznienia np. ucieczek powietrza na urządzeniach wentylacyjnych.
Jest on odmianą schematu kanonicznego, w którym grubość linii
obrazujących bocznice jest proporcjonalna do występującego w nich
strumienia objętości powietrza.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
6. Schemat potencjalny przewietrzania
Schemat potencjalny sieci wentylacyjnej jest skalibrowanym obrazem
topologicznym tej sieci.
Sporządza się go w oparciu o schematy przestrzenny i kanoniczny oraz
wartości potencjału powietrza w węzłach i charakterystycznych
przekrojach bocznic sieci.
W celu jego sporządzenia rysuje się linie ekwipotencjalne (jednakowego
potencjału) i przyporządkowuje im węzły schematu kanonicznego
zgodnie z posiadanym przez nie potencjałem powietrza.
Przyjmuje się przy tym, że potencjał powietrza w głównym węźle wlotowym
do sieci jest równy zero.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rozróżnia się następujące schematy potencjalne:
niekumulacyjny,
kumulacyjny.
W głębokich silnie metanowych kopalniach najbardziej przydatne
okazały się
kumulacyjne schematy potencjalne
, tzn. schematy
potencjalne, na których naniesione są wartości depresji naturalnych w
niepoziomych bocznicach sieci wentylacyjnej.
Schemat potencjalny przedstawia pole potencjału powietrza oraz
rozkład spadków potencjału powietrza w bocznicach sieci
wentylacyjnej i można z jego pomocą opracowywać wiele zagadnień
z zakresu bezpieczeństwa i ekonomiki sieci wentylacyjnej, takich jak
np. badanie stabilności kierunków prądów powietrza w czasie
działania lub postoju wentylatorów głównych, badanie racjonalności
rozkładu spadków potencjału powietrza w sieci itp.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Schemat kanoniczny sieci wentylacyjnej kopalni C
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Niekumulacyjny schemat potencjalny sieci wentylacyjnej kopalni C
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys. A. Kumulacyjny schemat potencjalny sieci wentylacyjnej kopalni C
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rodzaje prądów powietrza
Posługując się schematami przestrzennym i kanonicznym sieci wenty-
lacyjnej można przeprowadzić klasyfikację prądów powietrza w tej sieci.
Wyróżnia się następujące prądy powietrza:
- wznoszący się prąd powietrza, tj. prąd płynący w bocznicy od węzła o
mniejszej wysokości niwelacyjnej do węzła o większej wysokości ni-
welacyjnej,
- schodzący prąd powietrza, tj. prąd płynący od węzła o większej
wysokości niwelacyjnej do węzła o mniejszej wysokości niwelacyjnej,
- normalny prąd powietrza, tj. prąd, którego kierunek nie zależy od oporu
bocznic sąsiednich,
- przekątny prąd powietrza, tj. prąd, którego kierunek zależy od oporu
bocznic sąsiednich.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
- niezależny prąd powietrza, tj. prąd, który oddziela się od prądu powietrza
świeżego i po przewietrzeniu miejsca pracy lub innego pomieszczenia na
dole kopalni dołącza się do prądu powietrza zużytego,
- zależny prąd powietrza, tj. prąd w bocznicach sieci łączących ze sobą
dwa różne prądy powietrza świeżego (np. prąd w bocznicy 3-4 na rys.43)
lub dwa różne prądy powietrza zużytego (np. prąd w bocznicy 18 -19).
Zależne prądy powietrza świeżego są na ogół bardziej niebezpieczne w
czasie pożaru podziemnego niż zależne prądy powietrza zużytego, dlatego
należy dążyć do wyeliminowania tych prądów z sieci wentylacyjnej.
- rejonowy prąd powietrza, tj. niezależny prąd powietrza przewietrzający
kompleks wyrobisk górniczych,
- grupowy prąd powietrza świeżego, tj. prąd powietrza płynący do
najmniej dwóch rejonów wentylacyjnych (np. prąd powietrza w bocznicy
5-6 rys.43).
Grupowym prądem powietrza zużytego nazywa się prąd powietrza płynący
co najmniej z dwóch rejonów wentylacyjnych (np. prąd powietrza w
bocznicy 17-20),
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
- prosty prąd powietrza względem danego źródła energii (mechanicznej
lub naturalnej), tj. prąd, którego kierunek przepływu jest zgodny z
kierunkiem działania tego źródła (np. prądy powietrza 2-3, 2-4, 6-7, 5-
8, 8-9 są proste względem wentylatora W na rys.43),
- odwrócony prąd powietrza, tj. prąd, którego kierunek przepływu jest
niezgodny z kierunkiem działania źródła energii (np. prąd powietrza
w bocznicy 16-k-17 jest odwrócony względem wentylatora W,
rys.43).
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Rys.43. Schemat kanoniczny sieci wentylacyjnej
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Klasyfikację prądów na normalne i przekątne przeprowadza się tzw.
sposobem nieszczelnych tam (rys.I.12).
Metoda ta polega na tym, że szczelnymi tamami odgradza się wszystkie
drogi niezależne, obejmujące klasyfikowany prąd. Jeżeli we wszystkich
drogach niezależnych klasyfikowany prąd zachowuje ten sam kierunek,
zalicza się go do prądów normalnych.
Jeśli znajdzie się co najmniej dwie niezależne drogi, w których
klasyfikowany prąd może płynąć w przeciwnych kierunkach, to zalicza się
go do prądów przekątnych.
Bocznicę sieci, w której płynie przekątny prąd powietrza, nanosimy linią
prostą na jednoznaczny schemat kanoniczny sieci wentylacyjnej.
Kierunek przepływu powietrza w prądzie przekątnym (rys.
I.12) można
wyznaczyć, korzystając z teorii prądów przekątnych, podanej przez H.
Czeczotta w 1908 roku.
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne
Sposoby odwzorowania kopalnianych sieci
wentylacyjnych
Schematy wentylacyjne