Bilans Q=E_rd-E_rw+Q_z*Q_nz, Q-strumień ciepła pożaru grzejący masyw skalny[kJ/s],E_rd,rw- strumienie energii odp powietrza dopływającego do ogniska pożaru i gazów pożarowych odpływających od tego ogniska. W praktyce kopalnianej różnica strumieni energii E_rd-E_rw może być pominięta, czyli: Q=Q_z-Q_nz, Q_z-strumień ciepła jaki powstaje w wyniku spalania zupełnego materiału palnego.Q_z=G_p*W_t/3600 W_t-ciepło spalania 1kg materiału w kJ/kg, G_p-ilość kg materiału spalonego w ciągu 1h z założenia G_p=3600*V_an/V_ap, V_an-strumień obj pow suchego zawartego w strumieniu obj pow wilgotnego. V_ap-rzeczywista obj powietrza doprowadzonego do spalania materiału palnego. Q_nz=V_ss*W^*_t, V_ss-strumień obj suchych gazów pożarowych zredukowanej do warunków normalnych [m³/s],W^*_t-ciepło spalania 1m³ mieszaniny CO,H,CH₄ występującego w gazach pożarowych.

Temp pierwotna górotworu
= 281,15+(H-30)/r, H-głębokość ogniska pożaru liczona od powierzchni kopalni, r-stopień geotermiczny = 33 m/K.

Spalanie i rodzaje

Spalanie-proces podczas którego zachodzi gwałtowne utlenienie połączone z wydzieleniem ciepła oraz ewentualnie z zjawiskiem cieplnym. Jest to chemiczna reakcja egzotermiczna do zapoczątkowania której niezbędne jest doprowadzenie tlenu oraz podgrzanie paliwa do określonej temperatury zwanej temp zapłonu. Temp zapłonu jest charakterystyczna dla określonego rodzaju paliwa i zależy od jego składu chem, ciśnienia i temp doprowadzonego tlenu. Punkt zapłonu temp w której wydzielające się gazy z nagrzanego paliwa ulegają zapaleniu.

Rodzaje

- całkowite - jeśli wszystkie palne składniki paliwa ulegną spaleniu

- niecałkowite - gdy pozostaną niespalone pierwiastki palne

- zupełne - gdy spaliny nie zawierają składników palnych

- niezupełne - gdy spaliny zawierają składniki palne(CO,H₂,CH₄)

Ponadto gazy mogą ulec spaleniu:

- kinetycznemu - gdy wcześniej wymieszane są z powietrzem

- dyfuzyjnemu - gdy proces mieszania przebiega równocześnie ze spalaniem

Temp w ognisku pożaru(temp spalania)

T_sp=(W_uη_sp(1-σ))/((1+λ*m_p)c_p) + T_o lub wg pracy T_gp=(1080+73W_m.)+273,15

W_m.-prędkość średnia gazów w ognisku pożaru. Wzór ten ważny jest dla prędkości 0,5÷5,2m/s

W_u-wartość opałowa paliwa kJ/kg

η_sp-sprawność spalania

σ-stosunek ilości ciepła odbieranego w miejscu spalania materiału palnego do całkowitego ciepła wydzielonego w procesie spalania.

λ-współczynnik nadmiaru powietrza - stosunek rzeczywistej obj powietrza doprowadzonego do spalania materiału palnego V_ap do stechiometrycznej obj powietrza V_stp λ=(V_ap/V_stp), dla spalania zupełnego λ=21/(21-79*O₂/N₂), dla spalania niezupełnego λ= 21/(21-79*(O₂-0,5CO)/N₂)

m_p-teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalania 1kg materiału palnego m_p=(1/0,23)*(8c/3+8h+s-o)[kg/kg]

c,h,s,o -masowe udziały w paliwie.

c_p-średnia właściwa pojemność gazów pożarowych (spalin)

T₀-temp powietrza doprowadzonego do miejsca spalania

Temp gazów pożarowych w odległości L

- temp pierwotna górotworu

T_sp- temp spalania

B-obwód przekroju poprzecznego w [m.]

α-współczynnik przejmowania ciepła [W/(m²*K)]

λ_s-współczynnik przewodzenia ciepła w masywie skalnym [W/(m.*K)]

a-współczynnik wyrównania temp skał [m²/s]

τ-czas liczony od powstania pożaru

L-odl od ogniska pożaru

m-strumień masy gazów pożarowych [kg/s]

c_p-właściwa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu

Wartość opałowa paliwa W_u[kJ/kg]-ciepło reakcji spalania w temp 0°C gdy para wodna znajduje się w spalaniu nieulegnie spaleniu. Jeżeli w czasie spalania jedn masy paliwa stałego lub ciekłego lub w odniesieniu do jedn obj paliwa gazowego wywiązuje się k kg wody a wilgotności paliwa wynosi f to różnica ciepła spalania i wartości opałowej W_t-W_u=(k+f)r, r-ciepło parowania wody w 0°C, r=2500 kJ/kg, wtedy W_u=W_t-2500(k+f). Najbardziej rozpowszechniona jest metoda oparta na tzw wzorze zwiększonym

W_u=33900c+121000(h-o/8)+10500s-2500(w+9o/8) - w kamienny

W_u=36450c+109000h-13600o-2500(w+k) - w brunatny

W_u=37200c+106000h-14000o-2500(w+k) - drewno, gaz ziemny, olej napędowy

k=9*h, w-zaw wilgoci w paliwie

Stygnięcie masywu - temp masywu skalnego w sąsiedztwie ogniska pożaru

T(τ)=T_g-(2/π)*T_g
arctg√(τ-τ₀)/τ₀

T_g-temp gazów pożarowych w ognisku pożaru

τ-czas liczony od zaistnienia pożaru w[s]

τ₀-czas liczony od chwili zaistnienia pożaru do chwili gdy stężenie tlenu w gazach pożarowych pobranych z ogniska pożaru lub najbliższego jego sąsiedztwa spadło do 15% [h]

W rozważaniach praktycznych często zachodzi potrzeba określenia czasu τ po upływie którego masyw skalny uzyska z góry określoną temp . Liczymy go z wzoru:

Gaśnięcie pożaru cechuje się spadkiem ilości spalonego materiału w jednostce czasu oraz zwiększeniem się samego stężenia(O₂,CO,CH₄) a wzrostem stężenia tlenu w gazach pożarowych

Prędkość rozprzestrzeniania się pożaru - W_p[m/h] - zależy od prędkości w[m/s], przepływu powietrza w wyrobisku. Jeśli w jest „małe” to pożar rozprzestrzenia się pod prąd powietrza, gdy w odpowiednio wzrośnie wówczas pożar może się rozszerzać zarówno pod prąd jak i z prądem powietrza. Przy dostatecznie dużych prędkościach powietrza pożar będzie się przemieszczał w wyrobisku tylko z prądem powietrza W_p , przy prędkości rozprzestrzeniania się pożaru powstałego wskutek samozapalenia się węgla z prądem powietrza wynosi:W_p=1,2(w-0,5); pod prąd :W_p=0,95w²-1,7w+0,16; W przypadku pożaru powstałego z przyczyn zewnętrznych W_p z prądem lub pod prąd wyniesie W_p=100(w-0,1)/(w+0,8). Prędkość rozprzestrzeniania się frontu rozwiniętego pożaru zwana prędkością rozprzestrzeniania się pożaru z prądem powietrza.

W_p=G_p/M._p G_p-ilość kg materiału spalonego w ciągu 1h G_p=3600V_an/V_ap; M._p - obciążenie pożarowe wyrobiska

Entalpia pow i_p = c_pt = 1,006t kJ/kg

Entalpia x kg pary wodnej i_w = x(2500+1,93t)

Entalpia pow wilgotnego i = i_p+i_w

, i = 1,006t + x(2500 + 1,93t)

W_u = h₂ - h₁ , h₂ = (1+λm._p)c_pT_sp-ent spalin

.h1 = (c'p+λm.pc”p)T0- ent mat palnego i pow

c_p - średnie właściwe pojemności cieplne gazów pożarowych (spalin), powietrza i materiału palnego

m._p - stechiometryczna masa powietrza potzrebna do spalania 1 kg materiału palnego

Bilans Q=E_rd-E_rw+Q_z*Q_nz, Q-strumień ciepła pożaru grzejący masyw skalny[kJ/s],E_rd,rw- strumienie energii odp powietrza dopływającego do ogniska pożaru i gazów pożarowych odpływających od tego ogniska. W praktyce kopalnianej różnica strumieni energii E_rd-E_rw może być pominięta, czyli: Q=Q_z-Q_nz, Q_z-strumień ciepła jaki powstaje w wyniku spalania zupełnego materiału palnego.Q_z=G_p*W_t/3600 W_t-ciepło spalania 1kg materiału w kJ/kg, G_p-ilość kg materiału spalonego w ciągu 1h z założenia G_p=3600*V_an/V_ap, V_an-strumień obj pow suchego zawartego w strumieniu obj pow wilgotnego. V_ap-rzeczywista obj powietrza doprowadzonego do spalania materiału palnego. Q_nz=V_ss*W^*_t, V_ss-strumień obj suchych gazów pożarowych zredukowanej do warunków normalnych [m³/s],W^*_t-ciepło spalania 1m³ mieszaniny CO,H,CH₄ występującego w gazach pożarowych.

Temp pierwotna górotworu
= 281,15+(H-30)/r, H-głębokość ogniska pożaru liczona od powierzchni kopalni, r-stopień geotermiczny = 33 m/K.

Spalanie i rodzaje

Spalanie-proces podczas którego zachodzi gwałtowne utlenienie połączone z wydzieleniem ciepła oraz ewentualnie z zjawiskiem cieplnym. Jest to chemiczna reakcja egzotermiczna do zapoczątkowania której niezbędne jest doprowadzenie tlenu oraz podgrzanie paliwa do określonej temperatury zwanej temp zapłonu. Temp zapłonu jest charakterystyczna dla określonego rodzaju paliwa i zależy od jego składu chem, ciśnienia i temp doprowadzonego tlenu. Punkt zapłonu temp w której wydzielające się gazy z nagrzanego paliwa ulegają zapaleniu.

Rodzaje

- całkowite - jeśli wszystkie palne składniki paliwa ulegną spaleniu

- niecałkowite - gdy pozostaną niespalone pierwiastki palne

- zupełne - gdy spaliny nie zawierają składników palnych

- niezupełne - gdy spaliny zawierają składniki palne(CO,H₂,CH₄)

Ponadto gazy mogą ulec spaleniu:

- kinetycznemu - gdy wcześniej wymieszane są z powietrzem

- dyfuzyjnemu - gdy proces mieszania przebiega równocześnie ze spalaniem

Temp w ognisku pożaru(temp spalania)

T_sp=(W_uη_sp(1-σ))/((1+λ*m_p)c_p) + T_o lub wg pracy T_gp=(1080+73W_m.)+273,15

W_m.-prędkość średnia gazów w ognisku pożaru. Wzór ten ważny jest dla prędkości 0,5÷5,2m/s

W_u-wartość opałowa paliwa kJ/kg

η_sp-sprawność spalania

σ-stosunek ilości ciepła odbieranego w miejscu spalania materiału palnego do całkowitego ciepła wydzielonego w procesie spalania.

λ-współczynnik nadmiaru powietrza - stosunek rzeczywistej obj powietrza doprowadzonego do spalania materiału palnego V_ap do stechiometrycznej obj powietrza V_stp λ=(V_ap/V_stp), dla spalania zupełnego λ=21/(21-79*O₂/N₂), dla spalania niezupełnego λ= 21/(21-79*(O₂-0,5CO)/N₂)

m_p-teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalania 1kg materiału palnego m_p=(1/0,23)*(8c/3+8h+s-o)[kg/kg]

c,h,s,o -masowe udziały w paliwie.

c_p-średnia właściwa pojemność gazów pożarowych (spalin)

T₀-temp powietrza doprowadzonego do miejsca spalania

Temp gazów pożarowych w odległości L

- temp pierwotna górotworu

T_sp- temp spalania

B-obwód przekroju poprzecznego w [m.]

α-współczynnik przejmowania ciepła [W/(m²*K)]

λ_s-współczynnik przewodzenia ciepła w masywie skalnym [W/(m.*K)]

a-współczynnik wyrównania temp skał [m²/s]

τ-czas liczony od powstania pożaru

L-odl od ogniska pożaru

m-strumień masy gazów pożarowych [kg/s]

c_p-właściwa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu

Wartość opałowa paliwa W_u[kJ/kg]-ciepło reakcji spalania w temp 0°C gdy para wodna znajduje się w spalaniu nieulegnie spaleniu. Jeżeli w czasie spalania jedn masy paliwa stałego lub ciekłego lub w odniesieniu do jedn obj paliwa gazowego wywiązuje się k kg wody a wilgotności paliwa wynosi f to różnica ciepła spalania i wartości opałowej W_t-W_u=(k+f)r, r-ciepło parowania wody w 0°C, r=2500 kJ/kg, wtedy W_u=W_t-2500(k+f). Najbardziej rozpowszechniona jest metoda oparta na tzw wzorze zwiększonym

W_u=33900c+121000(h-o/8)+10500s-2500(w+9o/8) - w kamienny

W_u=36450c+109000h-13600o-2500(w+k) - w brunatny

W_u=37200c+106000h-14000o-2500(w+k) - drewno, gaz ziemny, olej napędowy

k=9*h, w-zaw wilgoci w paliwie

Stygnięcie masywu - temp masywu skalnego w sąsiedztwie ogniska pożaru

T(τ)=T_g-(2/π)*T_g
arctg√(τ-τ₀)/τ₀

T_g-temp gazów pożarowych w ognisku pożaru

τ-czas liczony od zaistnienia pożaru w[s]

τ₀-czas liczony od chwili zaistnienia pożaru do chwili gdy stężenie tlenu w gazach pożarowych pobranych z ogniska pożaru lub najbliższego jego sąsiedztwa spadło do 15% [h]

W rozważaniach praktycznych często zachodzi potrzeba określenia czasu τ po upływie którego masyw skalny uzyska z góry określoną temp . Liczymy go z wzoru:

Gaśnięcie pożaru cechuje się spadkiem ilości spalonego materiału w jednostce czasu oraz zwiększeniem się samego stężenia(O₂,CO,CH₄) a wzrostem stężenia tlenu w gazach pożarowych

Prędkość rozprzestrzeniania się pożaru - W_p[m/h] - zależy od prędkości w[m/s], przepływu powietrza w wyrobisku. Jeśli w jest „małe” to pożar rozprzestrzenia się pod prąd powietrza, gdy w odpowiednio wzrośnie wówczas pożar może się rozszerzać zarówno pod prąd jak i z prądem powietrza. Przy dostatecznie dużych prędkościach powietrza pożar będzie się przemieszczał w wyrobisku tylko z prądem powietrza W_p , przy prędkości rozprzestrzeniania się pożaru powstałego wskutek samozapalenia się węgla z prądem powietrza wynosi:W_p=1,2(w-0,5); pod prąd :W_p=0,95w²-1,7w+0,16; W przypadku pożaru powstałego z przyczyn zewnętrznych W_p z prądem lub pod prąd wyniesie W_p=100(w-0,1)/(w+0,8). Prędkość rozprzestrzeniania się frontu rozwiniętego pożaru zwana prędkością rozprzestrzeniania się pożaru z prądem powietrza.

W_p=G_p/M._p G_p-ilość kg materiału spalonego w ciągu 1h G_p=3600V_an/V_ap; M._p - obciążenie pożarowe wyrobiska

Entalpia pow i_p = c_pt = 1,006t kJ/kg

Entalpia x kg pary wodnej i_w = x(2500+1,93t)

Entalpia pow wilgotnego i = i_p+i_w

, i = 1,006t + x(2500 + 1,93t)

W_u = h₂ - h₁ , h₂ = (1+λm._p)c_pT_sp-ent spalin

.h1 = (c'p+λm.pc”p)T0- ent mat palnego i pow

c_p - średnie właściwe pojemności cieplne gazów pożarowych (spalin), powietrza i materiału palnego

m._p - stechiometryczna masa powietrza potzrebna do spalania 1 kg materiału palnego

---