Przedmiot: Wentylacja i po

ż

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

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze

względu na dopuszczalną prędkość

względu na dopuszczalną prędkość

powietrza, zagrożenie metanowe

i temperaturowe

Opracował: mgr inż. Kazimierz Piergies

Email: [e-mail]

Wentylacja i po

ż

ary II

1. Sprawdzenie ilości powietrza ze

względu na dopuszczalną prędkość

powietrza

gdzie:

V

i

- ilość powietrza doprowadzana do wyrobiska ścianowego, m

3

/min;

F - pole poprzecznego przekroju wyrobiska ścianowego, m

2

;

f – współczynnik zmniejszenia przekroju poprzecznego ściany

eksploatacyjnej, (przyjąć f = 0,85).

2

2. Sprawdzenie ilości powietrza ze

względu na dopuszczalne stężenie metanu

gdzie:

c – współczynnik nierównomierności wydzielania metanu, (przyjąć c = 1,65);

Wentylacja i po

ż

ary II

c – współczynnik nierównomierności wydzielania metanu, (przyjąć c = 1,65);

V

CH

4

– prognozowana ilość wydzielającego się metanu na ścianie, m

3

/min;

V

i

– ilość powietrza doprowadzanego do ściany, m

3

/min;

k

o

– stężenie metanu w prądzie powietrza dopływającym do ściany, %.

3

Po sprawdzeniu ilo

ś

ci powietrza nale

ż

y wykona

ć

schemat

kanoniczny sieci wentylacyjnej z naniesionymi ilo

ś

ciami

powietrza (w m

3

/min) dla ka

ż

dej z bocznic.

Wentylacja i po

ż

ary II

Temperatura powietrza na ko

ń

cu obliczanego wyrobiska:

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze

względu na zagrożenie temperaturowe

gdzie:

t

os

- temperatura powietrza na wlocie do wyrobiska,

o

C, (na podszybiu

szybu wdechowego przyj

ąć ś

rednioroczn

ą

temperatur

ę

równ

ą

18,0

o

C)

σ

= gradient geotermiczny, K/m; (przyj

ąć

σ

= 0,0357 K/m),

dz/ds

– stosunek ró

ż

nicy wysoko

ś

ci do długo

ś

ci wyrobiska,

s

– współrz

ę

dna bie

żą

ca, długo

ść

wyrobiska, m; (odczyta

ć

ze schematu

pogl

ą

dowego)

λ

- współczynnik przewodnictwa cieplnego skał, W/mK; (odczyta

ć

z ta-

blicy 1).

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

K

- bezwymiarowy gradient temperatury, gradient ten jest funkcj

ą

dwóch

liczb:

K

(

Bi, Fo

)

gdzie:

Bi

– liczba Biota,

Fo

- liczba Fouriera.

Warto

ść

bezwymiarowego gradientu temperatury (

K

) nale

ż

y odczyta

ć

z tablicy 3. W celu odczytania warto

ś

ci z tablicy nale

ż

y wyznaczy

ć

log

10

Bi

oraz

log Fo

. Warto

ś

ci w tablicy interpolowa

ć

.

oraz

log

10

Fo

. Warto

ś

ci w tablicy interpolowa

ć

.

Liczba Biota (

Bi

) jest okre

ś

lona zale

ż

no

ś

ci

ą

:

Bi

=

α

·

r

o

/

λ

gdzie:

α

– współczynnik przejmowania ciepła,

r

o

– promie

ń

hydrauliczny.

Współczynnik przejmowania ciepła (

α

) jest okre

ś

lony zale

ż

no

ś

ci

ą

:

α

=

3,336(

v

a

0,8

/D

0,2

)

gdzie:

v

a

– pr

ę

dko

ść

powietrza w wyrobisku,

D

–

ś

rednica hydrauliczna.

5

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Pr

ę

dko

ść

powietrza w wyrobisku (

v

a

) nale

ż

y wyznaczy

ć

z zale

ż

no

ś

ci:

v

a

=V

a

/F

gdzie:
V

a

– strumie

ń

powietrza w danym wyrobisku, m

3

/s;

F

– pole poprzecznego przekroju wyrobiska; m

2

,

Ś

rednic

ę

hydrauliczn

ą

(

D

) wyznaczy

ć

z zale

ż

no

ś

ci:

D=4F/P,

m

D=4F/P,

m

gdzie:

P

– obwód wyrobiska, obliczany wg wzoru dla wyrobisk w obudowie ŁP

Promie

ń

hydrauliczny (

r

o

) okre

ś

la zale

ż

no

ść

:

r

o

=

D

/2=2

F/P,

m

.

6

Liczba Fouriera (

Fo

) jest okre

ś

lona zale

ż

no

ś

ci

ą

:

Fo

=

a·

τ

/

r

o

2

gdzie:

a

– współczynnik wyrównania temperatur, odczytujemy z tablicy 2,

τ

– czas przewietrzania wyrobiska, s; (dla wyrobisk w kamieniu

τ

= 6 lat, dla

wyrobisk w pokładzie

τ

=10 m-cy, czas przeliczy

ć

na sekundy).

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

ρ

a

– g

ę

sto

ść

powietrza, kg/m

3

; (przyj

ąć

ρ

a

= 1,25 kg/m

3

),

c

pa

– ciepło wła

ś

ciwe powietrza, J/kg

·

K; (przyj

ąć

c

pa

= 1005 J/kg

·

K),

ϑ

oo

– temperatura pierwotna skał w funkcji gł

ę

boko

ś

ci bezwzgl

ę

dnej obli-

czana wg wzoru,

ϑ

oo

=(-0,044

·

z

)+10,

o

C;

z

– gł

ę

boko

ść

bezwzgl

ę

dna ko

ń

ca wyrobiska, m n.p.m., (odczytana ze

schematu pogl

ą

dowego),

g

- przyspieszenie ziemskie, m/s

2

(przyj

ąć

g

=9,81 m/s

2

);

7

g

- przyspieszenie ziemskie, m/s (przyj

ąć

g

=9,81 m/s );

q

d

– strumie

ń

ciepła od maszyn i urz

ą

dze

ń

, W/m; (przyj

ąć

, w wyrobiskach

w kamieniu: 100 000 W, w wyrobiskach w pokładzie 150 000 W,
w

ś

cianie 300 000 W. Uwaga:

1) urz

ą

dzenia lokalizujemy tylko na drogach powietrza doprowa-

dzanego,

2) moc zainstalowan

ą

w wyrobisku podzieli

ć

przez długo

ść

wyrobiska,

3) przyj

ąć

,

ż

e tylko 20% z tej mocy zamienia si

ę

na ciepło)

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Tablica 1. Współczynnik przewodnictwa

cieplnego skał

λ

, W/(mK)

Tablica 2. Współczynnik przewodnictwa

temperaturowego skał

a,

m

2

/s

8

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Tablica 3. Bezwymiarowy gradient temperatury skał dla ró

ż

nych liczb Fouriera i Biota

Tablica opisana jest warto

ś

ciami liczb Fouriera i Biota podanymi w postaci wykładników o podstawie 10,

na przykład

Fo

**(-1,0) oznacza

Fo

=10

-1,0

=0,1

9

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Tablica 3. cd.

10

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Tablica 3. cd.

11

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

• Prognoz

ę

rozpocz

ąć

od

obliczenia

temperatury

na

poziomie,

przyjmuj

ą

c

ś

rednioroczn

ą

temperatur

ę

na

podszybiu

(18,0

o

C).

Nast

ę

pnie wykona

ć

obliczenia dla wyrobisk w kamieniu przyjmuj

ą

c

obliczon

ą

temperatur

ę

na ko

ń

cu przekopu. W dalszej kolejno

ś

ci

wykona

ć

obliczenia dla pozostałych wyrobisk.

Obliczenia

• Wyniki wraz z przyj

ę

tymi danymi zestawi

ć

tabelarycznie oraz

graficznie temperatur

ę

w funkcji długo

ś

ci wyrobisk (wg przykładu na

rysunku 1).

• W

przedstawionych

wy

ż

ej

wzorach

na

temperatur

ę

powietrza

w wyrobisku nie uwzgl

ę

dniono zmiany zawarto

ś

ci wilgoci (wzrost

wilgoci o 1 g powoduje obni

ż

enie temp. o ok. 2

o

C), zatem

w

przypadku

uzyskania

bardzo

wysokich

temperatur

nale

ż

y

zastanowi

ć

si

ę

nad ich realno

ś

ci

ą

i ewentualnie d

ąż

y

ć

do ich

zmniejszenia.

12

Wentylacja i po

ż

ary II

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

13

Rys. 1. Wyniki prognozy zagro

ż

enia temperaturowego – przykład

3. Sprawdzenie ilości powietrza ze względu na

zagrożenie temperaturowe

Wentylacja i po

ż

ary II

Moc chłodnicz

ą

chłodnicy powietrza oblicza si

ę

wg poni

ż

szej zale

ż

no

ś

ci:

Q =(t

p

- t

z

)

·

m

p

·

c

p

, kW

gdzie:

t

p

- temperatura powietrza chłodzonego, obliczonego z prognozy,

o

C,

t

z

- temperatura powietrza do którego ma by

ć

chłodzone powietrze,

t

z

=

21

o

C,

Obliczanie mocy chłodniczej

21 C,

m

p

– strumie

ń

masowy chłodzonego powietrza, kg/s.

m

p

=

V·ρ

gdzie:

V

- obj

ę

to

ś

ciowa ilo

ść

przepływaj

ą

cego powietrza, m

3

/s;

ρ

- g

ę

sto

ść

powietrza, kg/m

3

;

c

p

- ciepło wła

ś

ciwe powietrza, J/kg K.

1) Obliczenia wykona

ć

dla ka

ż

dego wyrobiska (bocznicy), dla którego

nast

ę

puje przekroczenie dopuszczalnej temperatury.

2) Nast

ę

pnie nale

ż

y zsumowa

ć

moc chłodnicz

ą

i poda

ć

rozwi

ą

zanie układu

klimatyzacji dla prowadzonej eksploatacji.

14

Klimatyzacja kopalń opiera się o układy:

•

maszyn chłodniczych o małej mocy rzędu kilkuset kW o działaniu
bezpośrednim i pośrednim (klimatyzacja lokalna),

•

stacjonarnych maszyn klimatyzacyjnych o mocy rzędu kilku MW chłodzące
wodę w obiegach zamkniętych, która schładza powietrze w chłodnicach
rozmieszczonych w wyrobiskach, (klimatyzacja grupowa),

•

maszyn klimatyzacyjnych o mocy kilku MW umieszczonych na dole

Przykładowe rozwiązania układów klimatyzacji

Wentylacja i po

ż

ary II

•

maszyn klimatyzacyjnych o mocy kilku MW umieszczonych na dole
kopalni, schładzające zimną wodą doprowadzaną do chłodnic powietrza,
a

woda

chłodząca

skraplacz

odprowadzana

jest

rurociągami

na

powierzchnię (klimatyzacja centralna),

•

maszyn klimatyzacyjnych o mocy rzędu kilkudziesięciu MW umieszczone
na powierzchni i schładzające zimną wodą lub solanką sprowadzaną
szybami lub otworami na dół kopalni. Woda zimna jest bezpośrednio
rozprowadzana do chłodnic powietrza na obszarze kopalni (klimatyzacja
centralna).

15

Przykładowe rozwiązania układów klimatyzacji

Wentylacja i po

ż

ary II

Tama wentylacyjna

Zespół maszynowy

Zbiornik wody

Chłodnica wyparna

wody

Parownik

Zastosowanie urz

ą

dzenia chłodniczego bezpo

ś

redniego działania do schładzania powietrza na

wlocie do

ś

ciany

16

Chłodnice powietrza

małej mocy

Przykładowe rozwiązania układów klimatyzacji

Wentylacja i po

ż

ary II

Chłodnica wyparna

wody

Tama wentylacyjna

Chłodnica powietrza

Zastosowanie urz

ą

dzenia chłodniczego po

ś

redniego działania do schładzania powietrza na wlocie

do

ś

ciany chłodnic

ą

powietrza oraz na wylocie

ś

cianowymi chłodnicami powietrza małej mocy

Urz

ą

dzenie chłodnicze

po

ś

redniego działania

Zbiornik wody

17

spr

ęż

arka

zawór eksp.

skraplacz

parownik

agregat chłodniczy

wyparne chłodnice wody

wodna chłodnica powietrza

Przykładowe rozwiązania układów klimatyzacji

Wentylacja i po

ż

ary II

18

chłodnica bezpo

ś

redniego działania

skraplacz

wytwornica lodu

wymiennik ciepła

parownik

skraplacz

ś

cianowe chłodnice powietrza

Przykłady najcz

ęś

ciej wykorzystywanych układów klimatyzacji grupowej