Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych z aerologii górniczej

Wyznaczanie współczynnika szczelności lutnociągu

Wykonał:

Trzcina Katarzyna

Zdyb Monika

Wydział Górniczy

G i G rok III

gr.

Wyznaczanie współczynnika szczelności lutnociągu.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemami przewietrzania wyrobisk

ślepych w kopalniach. Wyrobiska ślepe w trakcie drążenia, przewietrzane są za pomocą lutniociągu i wentylatora wymuszającego w nim przepływ powietrza. Zadaniem instalacji lutniociągowej jest doprowadzenie do miejsca pracy odpowiedniej ilości powietrza. Ilość ta powinna zapewnić rozrzedzanie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał oraz gazów postrzałowych do koncentracji nie stwarzającej zagrożenia, jak również zapewnić utrzymanie w wyrobisku właściwych warunków klimatycznych. W każdym lutniociągu, niezależnie od stosowanego sposobu (wentylacja ssąca, tłocząca, kombinowana) występują straty powietrza wskutek jego przepływu przez nieszczelności, połączeń poszczególnych segmentów lutni.

Istnieje wiele metod umożliwiających określenie wielkości strat powietrza w lutniociągach. Jednym z istotnych czynników decydujących o wielkości strat powietrza w lutniociągach jest szczelność charakteryzowana współczynnikiem szczelności lutniociągu.

r - opór jednostkowy lutniociągu

L - długość lutniociągu

k - współczynnik szczelności lutniociągu

a - odczytany z bezwymiarowego wykresu względny współczynnik strat powietrza w zależności od długości lutniociągu, oporu jednostkowego lutni i współczynnika jego nieszczelności.

Średnia prędkość przepływu powietrza v_śr:

[m/s]

gdzie:

Δp_d - ciśnienie dynamiczne [Pa]

ρ - gęstość powietrza [kg/m³]

Wydatek objętościowy przepływu powietrza Q:

[m³/s]

Ciśnienie całkowite w punkcie pomiarowym Δp_c:

Δp_c = Δp_st+Δp_d [Pa]

Δp_st - ciśnienie statyczne [Pa]

współczynnik strat powietrza p:

gdzie:

Q_w - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym p_o,

Q_o - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno p₁, p₂, p₃, p₄.

2. Wprowadzenie.

• Sposoby przewietrzania lutnociągami.

Rozróżnia się przewietrzanie tłoczące, ssące i kombinowane (ssące i tłoczące).

Zaletami przewietrzania tłoczącego są:

• korzystniejsze cieplne warunki pracy w przodku, większe natężenie chłodzenia,

• mniejsze straty powietrza,

• intensywniejsze usuwanie gazów z przodku.

Wadą przewietrzania tłoczącego jest odpływ zużytego powietrza przez wyrobisko, co przedłuża czas przewietrzania wyrobiska jako całości. Wada ta uwidacznia się szczególnie w wyrobiskach metanowych i wznoszących się, gdyż metan, jako lżejszy od powietrza, trudno schodzi w dół i gromadzi się pod stropem, gdzie intensywność przewietrzania jest mała.

Jeżeli chodzi o przewietrzanie wyrobiska jako całości, a nie tylko przestrzeni przyprzodkowej, to znacznie skuteczniejsze jest przewietrzanie ssące. Usuwa ono bowiem szkodliwe domieszki (gazy odstrzałowe lub wydzielające się w przodku) w stanie bardziej skoncentrowanym. potrzeba więc znacznie krótszego czasu i mniejszej ilości powietrza na rozrzedzenie gazów do tanu bezpiecznego.

Gdy chodzi o warunki pracy w przodku i usunięcie z niego szkodliwych gazów w możliwie najkrótszym czasie, wówczas należy zastosować przewietrzanie tłoczące. Jeżeli zaś chodzi o stworzenie możliwie najkorzystniejszych warunków w całym wyrobisku ślepym, to lepsze jest ssące. W celu wykorzystania korzystnych stron obu sposobów przewietrzania stosuje się sposoby kombinowane.

Wentylację kombinowaną, tj. początkowo po odstrzeleniu w przodku ssącą, a następnie tłoczącą uzyskać można przez:

• zmianą kierunku obrotów wirnika wentylatorów osiowych,

• zastosowanie urządzenia rewersyjnego,

• zastosowanie dwóch wentylatorów oraz manewrowanie odpowiednimi zasuwami Z1 i Z2.

Wentylator lutniowy, niezależnie od sposobu przewietrzania lokalnego, powinien być zainstalowany w odległości 8 do 15 m od wyrobiska przewietrzanego odrębnie (wyprowadzenie do prądu obiegowego). Natomiast odległość końca lutnociągu od czoła przodka wyrobiska ślepego nie powinna być większa od 10 m w polach niemetanowych i 6 m w polach metanowych przy wentylacji ssącej i odpowiednio 10 i 8 m przy wentylacji tłoczącej.

Do przewietrzania lokalnego stosuje się lutnie metalowe o średnicach 400, 500 i 600, 800 i 1000 mm oraz lutnie elastyczne o średnicach od 400 do 1000 mm. Długość pojedynczych lutni metalowych wynosi 2,0 lub 2,5 m, a elastycznych 10 do 15 m.

• Straty powietrza. Czynniki wpływające na wielkość strat.

Zadaniem urządzenia lutniowego jest doprowadzanie do miejsca pracy (przodku drążonego wyrobiska) odpowiedniej ilości powietrza. Ta obliczona odpowiednia ilość powietrza powinna zapewnić rozrzedzenie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał oraz zapewnić utrzymanie właściwych warunków klimatycznych. W każdym lutnociągu, niezależnie od stosowanego sposobu wentylacji (ssąca, tłocząca, kombinowana), występują straty powietrza wskutek jego wypływu przez nieszczelności połączeń poszczególnych segmentów lutni.

Przy dodatniej różnicy ciśnień w lutnociągu p i w wyrobisku p₀, tzn. przy p-p₀ > 0, powietrze dopływa z wyrobiska do lutni. W obu przypadkach ilość powietrza przepływającego przez wentylator V_w musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przodku V₀ i ilości V_s wypływającej przez nieszczelności na całej długości lutnociągu V_w=V₀+V_s.

W praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty V_s mogą - nawet kilkakrotnie - przewyższają ilości powietrza V₀ dopływającego do przodku.

Znaczenie strat w przewietrzaniu lutniowym wzrasta niewspółmiernie przy lutnociągach długich, które stają się coraz bardziej nieodzowne w górnictwie podziemnym. Fakt ten i względy ekonomiczne stanowią bodziec do podejmowanie coraz to nowszych wysiłków zmierzających określenia ich wielkości.

Z doświadczenia wiadomo, że wielkość strat powietrza w lutnociągach zależy od:

• długości lutnociągu,

• rodzaju, stanu oraz liczby złączy lutni,

• materiału uszczelniającego i sposobu wykonania uszczelnienia,

• średnicy lutnociągu,

• materiału, z jakiego wykonane są lutnie.

Ponadto wpływ na ilość przepływającego powietrza lutnociągiem nieszczelny wywierają:

• opór wyrobiska (strata naporu w wyrobisku),

• opór wlotu powietrza do lutnociągu,

• zmiana ilości ruchu wywołana dopływem masy przez nieszczelność przewodu (rodzaj wentylacji: ssąca, tłocząca),

• sposób rozmieszczenia wentylatorów wzdłuż lutnociągu.

Ilościowe określenie wpływu poszczególnych czynników na wielkość strat powietrza, a co z tym się wiąże, na ilość przepływającego powietrza przez wentylator i jego depresję jest zagadnieniem złożonym. Ta złożoność problemów skłania czasem niektórych autorów zajmujących się tymi zagadnieniami do podawania pewnych prostych zasad określenia wielkości strat powietrza i wymaganej depresji wentylatora lutniowego, zasad opartych na pewnych subiektywnym wyczuciu i częściowo doświadczeniu praktycznym.

Źródło: „Przewietrzanie kopalń”, praca zbiorowa.

3. Obliczenia.

Dane:

t_s= 20,6

t_w= 17,2

p= 998,21hPa

z powyższych danych gęstość powietrza wynosi:

ρ=1,67 kg/m

3.1.Zestawienie pomierzonych parametrów wentylacji lutniowej.

POMIAR
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0	150	150	150	150
1	Dynamiczne 1:10	P1	71
		P2		42
		P3			25
		P4				21
		P0	260	260	260	260
2	Statyczne 1:2	P1	193
		P2		112
		P3			42
		P4				12

3.2.Zestawienie obliczonych parametrów wentylacji lutniowej.

OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0	1471,5	1471,5	1471,5	1471,5
1	Dynamiczne 1:10	P1	313,4295
		P2		185,409
		P3			110,3625
		P4				88,78
						92,7045
		P0	2550,6	2550,6	2550,6	2550,6
2	Statyczne 1:2	P1	1893,33
		P2		494,424
		P3			185,409	0
		P4				52,974
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0	34,29722259	34,29722259	34,29722259	34,29722259
1	Vśr	P1	15,82882777
		P2		12,17430631
		P3			9,392681236
		P4				8,424349753
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0	0,032997358	0,032997358	0,032997358	0,032997358
1	Q	P1	0,015228915
		P2		0,0117129
		P3			0,009036699
		P4				0,008105067
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0	4022,1	4022,1	4022,1	4022,1
1	Dpc	P1	2206,7595
		P2		679,833
		P3			295,7715
		P4				141,754
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0
1	p	P1	1,537042615
		P2		0,670820393
		P3			0,580947502
		P4				0,672679308
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0
1	a	P1	0,46151923
		P2		0,354964787
		P3			0,273861279
		P4				0,245627754
OBLICZENIA
Lp.	Wielkość wymiaru	Odcinek pomiaru	Seria pomiarowa
			P1-P0	P2-P0	P3-P0	P4-P0
		P0
1	K	P1	0
		P2		8,344856818
		P3			19,55230654
		P4				32,70829924

4. Wnioski

Badania szczelności lutniociągu wykazały, że wraz ze wzrostem długości lutniociągu wzrasta współczynnik szczelności lutniociągu k, natomiast wartość ciśnienia w nim spada. Można więc przyjąć, że zgodnie z dokonanymi wyliczeniami wzrost współczynnika szczelności powoduje wzrost strat w lutniociągu.

Wyliczenia odnosiły się do wentylacji tłoczącej. Wynika z tego, że powietrze na stanowisku pomiarowym miało mniejsze ciśnienie od tego w lutniociągu więc straty polegały na wypływie z przewodów.

W górnictwie najważniejszym współczynnikiem jest współczynnik k. Dąży się do zmniejszenia go w celu uzyskania jak najszczelniejszego lutniociągu. Od efektywności przewietrzania w dużej mierze zależy komfort pracy oraz bezpieczeństwo. Dostarczenie odpowiedniej ilości powietrza powoduje rozrzedzenie gazów wydostających się ze skał oraz powstałych w wyniku strzelania.

---