Przedmiot: Wentylacja i po

ż

ary II, Wydział: GIG, Kierunek: GIG, Rok: III

2. Obliczanie niezbędnej ilości

2. Obliczanie niezbędnej ilości

powietrza

Opracował: mgr inż. Kazimierz Piergies

Email: [e-mail]

Dla wykonania obliczeń zakłada się:

•

zanieczyszczenie węgla; %, (przyjąć - 20% roboty eksploatacyjne, 40% -
roboty przygotowawcze).

•

W

e

– metanonośność pokładu eksploatowanego, m

3

CH

4

/Mg c.s.w, (przyjąć:

III KZM - pierwszy pokład, III KZM - drugi pokład, IV KZM – trzeci pokład):

– pokład …., ściana …. : … m

3

CH

4

/Mg czystej substancji węglowej;

Wentylacja i po

ż

ary II

Założenia do obliczeń projektowych

4

– pokład …., ściana … : … m

3

CH

4

/Mg czystej substancji węglowej;

– pokład …., ściana … : … m

3

CH

4

/Mg czystej substancji węglowej;

– pokład …., drążony chodnik ….. : … m

3

CH

4

/Mg czystej substancji węglowej;

– pokład …., drążony chodnik …..: … m

3

CH

4

/Mg czystej substancji węglowej.

•

postęp ścian, (przyjąć w przedziale 50-120 m/m-c).

•

współczynnik nierównomierności wydzielania metanu: c = 1,65.

•

gęstość węgla: ρ = 1,3 Mg/m

3

.

2

Założenia do obliczeń projektowych

•

Przekrój wnęki ścianowej ma kształt trapezu o wymiarach:

– podstawa dłuższa (niższa) 4,5 m;

– podstawa wyższa 3,0 m.

•

Współczynnik zmniejszenia przekroju ściany f = 0,9.

•

W oparciu o parametry geometryczne ścian odczytane z map pokładowych
oblicza się wydobycie dobowe brutto i odpowiednio dobowe netto
pomniejszone o wielkość zanieczyszczeń.

Wentylacja i po

ż

ary II

pomniejszone o wielkość zanieczyszczeń.

•

Wyniki należy zestawić tabelarycznie (poniżej przykład).

3

Parametr

Symbol

Jednostka

Ś

ciana D-12

Ś

ciana D-3

Ś

ciana D-8

Długo

ść

L

m

150

140

190

Wysoko

ść

h

m

3

2,4

3

Pole przekroju

A

m

2

8,29

6,63

8,29

Post

ę

p

p

m/mc

80

100

80

Wydobycie brutto

Ab

Mg/db

2300

2200

3000

Wydobycie netto

An

Mg/db

2100

2000

2700

Obliczanie niezbędnej ilości powietrza

w kopalni

•

Przy

obliczaniu

niezbędnej

ilości

powietrza

w

kopalni

każdorazowo

należy

uwzględniać

wymagania

aktualnych

przepisów górniczych, w szczególności przepisów dotyczących
zapewnienia we wszystkich wyrobiskach kopalni właściwego
składu powietrza (to jest minimalnej zawartości tlenu oraz

Wentylacja i po

ż

ary II

składu powietrza (to jest minimalnej zawartości tlenu oraz
nieprzekroczenia dopuszczalnej ilości gazów niebezpiecznych
dla zdrowia i życia ludzi i/lub niebezpiecznych ze względu na
możliwość wybuchu lub zapalenia) i jego temperatury, a także
dotyczących minimalnej i maksymalnej prędkości powietrza.

4

Kolejność obliczania niezbędnej ilości

powietrza w kopalni

•

Obliczenie niezbędnej ilości powietrza w miejscach jego zapotrzebowania, to
jest

w:

wyrobiskach

eksploatacyjnych,

wyrobiskach

korytarzowych

przewietrzanych niezależnym prądem powietrza, komorach funkcyjnych oraz
wyrobiskach

technologicznych

otamowanych

tamami

rozdzielającymi

(wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i drogi ucieczkowe).

Wentylacja i po

ż

ary II

(wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i drogi ucieczkowe).

•

Zbilansowanie obliczonej niezbędnej ilości powietrza z wszystkich miejsc jego
zapotrzebowania w kopalni i sprawdzenie, czy w żadnym wyrobisku nie są
przekroczone dopuszczalne prędkości powietrza; w grupowych drogach
powietrza zużytego należy uwzględnić 10 % rezerwy w stosunku do dopu-
szczalnej maksymalnej prędkości powietrza (ze względu na bilansowanie
powietrza o różnych parametrach fizycznych).

5

Niezbędna ilość powietrza w kopalni

1. ΣV

e

- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych,

szybach, szybikach i wyrobiskach korytarzowych z opływowym prądem
powietrza, m

3

/min, (3 warunki),

2. ΣV

kf

- suma niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych, m

3

/min,

(5 - krotna objętość komory funkcyjnej),

Wentylacja i po

ż

ary II

3. ΣV

wt

- suma niezbędnych ilości powietrza doprowadzanego w wyrobiskach

technologicznych

otamowanych

tamami

rozdzielającymi,

m

3

/min,

(nomogram),

4. ΣV

kn

- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (obliczenia wentylacji
lutniowej), m

3

/min.

6

•

Warunek 1) Obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu na
minimalną dopuszczalną prędkość powietrza

•

Niezbędną ilość powietrza (V) ze względu na minimalną dopuszczalną,
prędkość powietrza dla wyrobisk eksploatacyjnych, szybów, szybików
i wyrobisk korytarzowych z opływowym prądem powietrza, należy wyznaczać
korzystając ze wzoru:

Wentylacja i po

ż

ary II

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza

w wyrobiskach eksploatacyjnych

korzystając ze wzoru:

V = 60 · A· w

min

, m

3

/min

gdzie:

A – pole przekroju użytecznego wyrobiska, m

2

;

w

min

– prędkość minimalna powietrza wymagana przepisami, m/s.

7

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

eksploatacyjnych

Prędkości powietrza

Rodzaj wyrobiska górniczego

Pr

ę

dko

ść

powietrza, m/s

minimalna

maksymalna

Szyb lub szybik zjazdowy

0,15

12,0

Wyrobiska korytarzowe w polach metanowych

0,3

8,0

1)

Wentylacja i po

ż

ary II

8

Pozostałe

wyrobiska

korytarzowe

w

tym

otamowane

tamami

rozdzielaj

ą

cymi

-

8,0

Wyrobiska wybierkowe w polach metanowych

0,3

5,0

Wyrobiska wybierkowe w polach niemetanowych

0,15

5,0

Wyrobiska z trakcj

ą

elektryczn

ą

w polach metanowych (klasa „a”

zagro

ż

enia wybuchem metanu)

1,0

8,0

Wyrobiska o upadzie od 5°do 10°ze schodz

ą

cym pr

ą

dem powietrza

0,5

8,0

1)

Wyrobiska przewietrzane za pomoc

ą

wentylacji lutniowej w polach

niemetanowych lub zaliczonych do I kategorii zagro

ż

enia metanowego

0,15

1)

Pr

ę

dko

ść

powietrza w wyrobiskach, w których nie odbywa si

ę

regularny ruch ludzi, mo

ż

e by

ć

zwi

ę

kszona do 10 m/s.

•

Warunek 2) Dla wyznaczania niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach
wybierkowych celowe jest korzystanie z optymalnej prędkości powietrza,
równej dla tych wyrobisk 2,5 m/s.

Wentylacja i po

ż

ary II

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

eksploatacyjnych

9

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w poszczególnych

miejscach jego zapotrzebowania

•

Warunek 3) Obliczenie niezbędnej ilość powietrza ze względu na
występowanie zagrożenia metanowego

•

Począwszy od II kategorii zagrożenia metanowego dla wyrobisk z opływowym
prądem powietrza, niezbędną ilość powietrza, należy wyznaczać na
podstawie prognozy metanowości bezwzględnej. Niezbędną ilość powietrza
dla określonego wyrobiska, ze względu na zagrożenie metanowe określa
zależność:

Wentylacja i po

ż

ary II

zależność:

gdzie :

c - współczynnik nierównomierności wydzielania się metanu w ścianie;

(przyjąć c = 1,65);

V

CH4

– prognozowana metanowość bezwzględna, m

3

/min;

k

max

- maksymalna procentowa zawartość metanu w wylotowym prądzie

powietrza z tego wyrobiska, %CH

4

;

k – procentowa zawartość metanu w prądzie powietrza dopływającym do

tego wyrobiska, %CH

4

.

10

, m

3

/min

•

Metanowość bezwzględną oznaczającą liczbę metrów sześciennych metanu
wydzielającego się do atmosfery kopalnianej (bez metanu odprowadzanego
rurociągami odmetanowania) oblicza się z zależności:

gdzie :

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

eksploatacyjnych

, m

3

/min

Prognozowana metanowość bezwzględna

Wentylacja i po

ż

ary II

11

W

e

– metanonośność pokładu eksploatowanego, m

3

CH

4

/Mg csw;

m

e

– miąższość pokładu eksploatowanego, m;

m

i

– miąższość pokładów wyżej i niżej zalegających od pokładu eksploa-

towanego, m;

W

i

– metanonośność pokładów wyżej i niżej zalegających od pokładu eks-

ploatowanego, m

3

CH

4

/Mg csw;

η

i

– stopień odgazowania pokładów wyżej i niżej zalegających od pokładu

eksploatowanego, (krzywa odgazowania);

A

n

– wydobycie węgla netto z pokładu eksploatowanego (dla którego są

wykonywane obliczenia), Mg/db.

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

eksploatacyjnych

Prognozowanie metanowości bezwzględnej

Wentylacja i po

ż

ary II

Krzywa odgazowania

12

1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

eksploatacyjnych

Prognozowanie metanowości bezwzględnej

Lp.

Rodzaj wyrobiska

Sposób zabezpieczenia przewietrzania, dr

ąż

enia

Dopuszczalne

zawarto

ś

ci metanu

k

max

, %

1.

Wybierkowe

bez metanometrii automatycznej

2,0

2.

Wybierkowe

metanometria automatyczna

2,0

Dopuszczalne zawarto

ś

ci metanu w wyrobiskach wybierkowych oraz dr

ąż

onych korytarzowych i szybach

(szybikach)

Wentylacja i po

ż

ary II

13

W przypadku, gdy z pr

ą

du powietrza dopływaj

ą

cego do okre

ś

lonego wyrobiska ani nie jest pobierane powietrze dla

przewietrzania dr

ąż

onego wyrobiska, ani te

ż

nie ma w nim odstawy urobku, zwykle mo

ż

na przyj

ąć

k = 0 %. W przeciwnym

przypadku warto

ść

k okre

ś

la si

ę

na podstawie odpowiednich prognoz, a przy ich braku z ostro

ż

no

ś

ci mo

ż

na przyj

ąć

k=0,5 %. Przy takiej bowiem zawarto

ś

ci metanu, powietrze traktowa

ć

mo

ż

na jeszcze jako powietrze doprowadzane.

3.

Dr

ąż

one korytarzowe

metanometria automatyczna, wentylacja tłocz

ą

ca, tradycyjna

2,0

4.

Dr

ąż

one korytarzowe

metanometria automatyczna, wentylacja tłocz

ą

ca, kombajnem

przy jego pracy

1,0

5.

Dr

ąż

one korytarzowe

metanometria automatyczna, wentylacja tłocz

ą

ca, bez pracy

kombajnu

2,0

6.

Dr

ąż

one korytarzowe

metanometria automatyczna, wentylacja lutniowa ss

ą

co-tłocz

ą

ca,

urz

ą

dzenia odpylaj

ą

ce

1,0

7.

Dr

ąż

one korytarzowe

metanometria automatyczna, wentylacja lutniowa ss

ą

ca

1,0

8.

Szyb (szybik)

wentylacja lutniowa

1,0

•

Niezbędne ilości powietrza dla komór funkcyjnych (z wyjątkiem komór
ładowania akumulatorów) należy obliczać uwzględniając wymóg przepisów
dotyczący potrzeby co najmniej pięciokrotnej wymiany powietrza w ciągu
godziny, stosując wzór:

V = 0,1· V , m

3

/min

Wentylacja i po

ż

ary II

2. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza

w komorach funkcyjnych, przewietrzanych

niezależnym prądem powietrza

V

kf

= 0,1· V

k

, m

3

/min

gdzie:

V

k

– objętość komory funkcyjnej, m

3

.

Wartość V niezależnie od wyniku obliczeń powinna być nie mniejsza niż

30 m

3

/min.

14

•

Założyć liczbę komór funkcyjnych (n=3-6).

•

Przyjmuje się komory o wymiarach:

– długość: …. m;

– szerokość: ….m;

Wentylacja i po

ż

ary II

2. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w komorach

funkcyjnych, przewietrzanych niezależnym prądem powietrza

Obliczenia

– szerokość: ….m;

– wysokość: …. m.

•

Objętość komory V

k

=…. m

3

.

•

Ilość powietrza na komorę:

V

i

= 0,1· V

k

=….. m

3

/min.

•

Ilość powietrza dla wszystkich komór:

V

kf

= n· V

i

=….. m

3

/min.

15

•

Niezbędne ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych otamowanych
tamami rozdzielającymi (wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe
i drogi ucieczkowe) należy dobierać w taki sposób, by w wyrobiskach tych
zachowany był właściwy skład powietrza.

•

Opór R

wo

wyrobiska technologicznego otamowanego tamami rozdzielającymi

Wentylacja i po

ż

ary II

3. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza

w wyrobiskach technologicznych

otamowanych tamami rozdzielającymi

•

Opór R

wo

wyrobiska technologicznego otamowanego tamami rozdzielającymi

należy przyjmować w zależności od rodzaju układu tam rozdzielających,
obejmującego dwie tamy połączone szeregowo jako :

– dla typowych tam w wyrobiskach odstawczych R

wo

= od 1,5 kg/m

7

do 2,0

kg/m

7

;

– dla tam drewnianych z drzwiami R

wo

= 5 kg/m

7

;

– dla tam murowanych z drzwiami R

wo

= od 20 kg/m

7

do 25 kg/m

7

;

– dla tam specjalnej konstrukcji wykonanych w potencjalnym spięciu

wentylacyjnym

między

szybami:

wdechowym

i

wydechowym

na

nieczynnym poziomie wentylacyjnym R

wo

=100 kg/m

7

.

16

3. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi

Wentylacja i po

ż

ary II

17

Nomogram do okre

ś

lenia ilo

ś

ci powietrza w wyrobiskach technologicznych

3. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach

technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi

•

Dla wyrobisk otamowanych w bocznicach np.: 6-9, 21-24, 35-16 przyjmuje się
tamy murowane z drzwiami o oporze R

wo

=20 kg/m

7

i spadek naporu od 400

do 1000 Pa.

•

Według nomogramu na poprzednim rysunku odczytuje się ilość powietrza

Ilo

ść

powietrza w wyrobiskach otamowanych

Wentylacja i po

ż

ary II

18

•

Według nomogramu na poprzednim rysunku odczytuje się ilość powietrza
V

wt

=….. m

3

/min.

•

Metanonośność pokładu W

ch

=…. m

3

/Mg csw.

•

Wydzielania metanu z calizny: q

0

=…….. m

3

/(m

2

·min); (przyjąć w zależności od

kategorii ZM).

Wentylacja i po

ż

ary II

4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach

korytarzowych przewietrzanych niezależnymi

prądami powietrza (obliczanie wentylacji

lutniowej dla drążonego ślepego wyrobiska)

kategorii ZM).

•

Określić pozostałe dane:

–

wydobycie brutto z chodnika: A

b

= ….. Mg/d;

–

wydobycie netto z chodnika: A

n

= …. Mg/d;

–

miąższość pokładu w chodniku: m = …. M;

–

postęp chodnika p = …. m/d;

–

metanowość bezwzględna z metody prognozy KD Barbara: V

CH4

= …..

m

3

/min;

–

dopuszczalna zawartość metanu dla wentylacji lutniowe: k

max

= 1 %;

–

zawartość metanu na wlocie do wyrobiska ślepego: k = 0,5 %.

19

Wentylacja i po

ż

ary II

4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (obliczanie

wentylacji lutniowej dla drążonego ślepego wyrobiska)

Metanowość bezwzględna z metody prognozy KD Barbara

, m

3

/min

, m

3

/min

, m

3

/min

•

T – wielkość uwzględniająca zmniejszanie się wydzielania metanu

z odsłoniętej powierzchni w czasie drążenia;

•

k – współczynnik przyjmowany w zależności od długości

prowadzenia wyrobiska w m-cach;

•

n – kolejny dzień prowadzenia wyrobiska, d;

•

t – czas prowadzenia wyrobiska w miesiącach.

20

Miesiąc

współczynnik k

1

0

2

0,5

3

1,0

4

1,373

5

1,625

6

1,7811

•

Pole przekroju poprzecznego A = …. m

2

, (przyjąć na podstawie dobranego

rozmiaru obudowy).

•

Długość wyrobiska L = … m, (oczytać z mapy).

•

Średnica lutniociągu D = …. mm, (przyjąć: 600, 800 lub 1000 mm).

Wentylacja i po

ż

ary II

4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (obliczanie

wentylacji lutniowej dla drążonego ślepego wyrobiska)

Dane do obliczeń wentylacji lutniowej:

•

Średnica lutniociągu D = …. mm, (przyjąć: 600, 800 lub 1000 mm).

•

Opór jednostkowy r = …. Ns

2

/m

9

.

•

Współczynnik nieszczelności k = ….. m

3

/sN

0,5

.

•

Obliczyć ilość powietrza dla wentylatora V

kn

w opływowym prądzie:

gdzie:

V

p

– niezbędna ilość powietrza w przodku z uwagi na zagrożenie metanowe,

należy obliczyć wg metody KD Barbara.

21

, m

3

/min

, m

3

/min

Wentylacja i po

ż

ary II

4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (obliczanie

wentylacji lutniowej dla drążonego ślepego wyrobiska)

Dane do obliczeń wentylacji lutniowej:

Współczynniki

Średnica lutni,

mm

Opór jednostkowy,

kg/m

8

Lutnia metalowa

Współczynnik k

charakteryzujący

jakość uszczelnienia,

uszczelnienie

22

Lutnia metalowa

400

2,15

500

0,55

600

0,2

800

0,05

1000

0,0015

jakość uszczelnienia,

m

3

/sN

0,5

uszczelnienie

k < 1,5·10

-5

dobre

1,5·10

-5

< k < 3·10

-3

dostateczne

k > 3·10

-3

niedostateczne

•

Niezbędną ilość powietrza doprowadzonego do kopalni (V

k

) należy obliczać

bilansując niezbędne ilości powietrza w miejscach jego zapotrzebowania
według wzoru:

gdzie:

Wentylacja i po

ż

ary II

Obliczenie niezbędnej ilości

powietrza w kopalni

gdzie:

Σ

V

e

- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych,

m

3

/min;

Σ

V

kf

- suma niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych, m

3

/min;

Σ

V

wt

- suma niezbędnych ilości powietrza świeżego w wyrobiskach

technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi, m

3

/min;

Σ

V

kn

- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (w tym niezależne
prądy dla przewietrzania drążonych wyrobisk), m

3

/min.

23

•

Ilość powietrza w kanale wentylacyjnym, równą wydajności wentylatora V

w

przy określonym szybie wydechowym, oblicza się z zależności:

gdzie:

Wentylacja i po

ż

ary II

Obliczenie niezbędnej ilości powietrza

w kopalni

, m

3

/min

gdzie:

V

k

- ilość powietrza wypływająca z dołu kopalni, m

3

/min;

V

z

- zewnętrzne straty powietrza, m

3

/min.

•

Całkowita ilość powietrza wypływającego z kopalni V

w

jest równa ilości

powietrza przepływającego przez wentylator głównego przewietrzania

24

Wentylacja i po

ż

ary II

Obliczenie niezbędnej ilości powietrza

w kopalni

•

Straty zewnętrzne powietrza

V

z

są

zależne głównie od sposobu zamknię-
cia zrębu szybu (nomogram)

Obliczanie ilości powietrza dopływającego do kanału wentylacyjnego z atmosfery

zewnętrznej (straty zewnętrzne)

25

Nomogram do okre

ś

lenia strat zewn

ę

trznych powietrza

w zale

ż

no

ś

ci od straty naporu na uszczelnieniu zr

ę

bu szybu

Legenda:

1 - szyby z wyciągiem klatkowym z klapami,

2 - szyby z wyciągiem klatkowym z budynkiem

depresyjnym,

3 - szyby z wyciągiem klatkowym z budynkiem i klapami,

4 - szyby z wyciągiem klatkowym lub skipowym,

z uszczelnionym trzonem wieży szybowej

5 - szyby wyłącznie wentylacyjne głuche zamknięcie szybu.