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