Wrocław, 06.XI.2001

Wentylacja

Projekt 1

Temat: Wentylacja lutniowa

Wykonał: Marek PŁONKA

Dane projektowe

1. wyrobisko drążone w skałach suchych,

2. obudowa ŁP - 5

3. kategoria zagrożenia metanowego: I

4. ilość wydzielającego się metanu 0,001 m³ CH₄/s

5. ilość MW: 42 kg,

6. rodzaj wentylacji: tłocząca

7. długość lutniociągu: 250 m,

8. rodzaj uszczelnienia: złe

1. Wyznaczenie koniecznej objętości strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego

Konieczną objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego wyznacza się ze względu na:

1. minimalną prędkość powietrza żądaną przepisami bhp:

Konieczną objętość strumienia powietrza świeżego
w wyrobisku ślepym ze względu na minimalną prędkość powietrza można wyznaczyć na podstawie wzoru:

(1) , gdzie:

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, [m²],

ω_min - minimalna prędkość powietrza, [m/s] (tabela 1)

Pokład (wyrobisko)	Minimalna prędkość
		m/s
W pokładach niemetanowych i I kat. Zagrożenia metanowego	0.15
W pokładach II, III i IV kat. zagrożenia metanowego	0.30
W szybie lub szybiku	0.15

TABELA 1. Minimalne prędkości strumienia powietrza w wyrobiskach ślepych - przy różnym stopniu zagrożenia metanowego, wyrzutami gazów i skał

2. ilość metanu:

Żądaną objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego ze względu na ilość metanu, tzn. potrzebną dla rozrzedzenia metanu do dopuszczalnego stężenia, można wyznaczyć z wzoru

(2), gdzie:

- ilość metanu wydzielającego się do wyrobiska ślepego, m³/s,

- dopuszczalne stężenie metanu, %.

Dopuszczalne stężenie metanu przyjmuje się zależnie od sposobu kontroli jego stężeń. Gdy stosuje się ciągłą kontrolę zawartości metanu przyjmuje się
= 1,5%. Natomiast w przypadku braku ciągłej kontroli przyjmować
= 1%.

3. ilość i skład gazów odstrzałowych,

Przy stosowaniu wentylacji lutniowej tłoczącej konieczną objętość strumienia po­wietrza świeżego
można wyznaczyć z wzoru

(3), gdzie:

gdzie

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m²,

- czas przewietrzania przodku po robotach strzelniczych, min,

- współczynnik uwzględniający stopień zawilgocenia wyrobiska (tabl. I.25.

Tablica I.25. Zestawienie wartości współczynnika zawilgocenia
(wzór I.130)

Lp.	Charakterystyka wyrobiska ślepego	Dopływ wody m^3/s	Współczynnik
1a	Szyby suche o dowolnej długości	≤ 1
1b	Szyby mokre o głębokości do 200 m	dowolny
1c	Pochyłe lub poziome wyrobiska podziemne drążone w skałach suchych	-	0,8
2a	Szyby mokre o głębokości powyżej 200 m	6
2b	Pochyłe lub poziome wyrobiska drążone częściowo w skałach wodonośnych	-	0,6
3a	Szyby mokre o głębokości powyżej 200 m z opadem wody w postaci deszczu oraz z dopływem wody do przodku	6÷15
3b	Pochyle lub poziome wyrobiska drążone na całej długości w skałach wodonośnych lub drążone przy stosowaniu zasłon wodnych	-	0,3

M - ilość materiału wybuchowego zużytego jednorazowo do odstrzału urobku w przodku, kg,

L - długość wyrobiska ślepego m,

- sprawność lutniociągu.

Konieczna objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego wyraża się wzorem:

(4)

2. Wzory do obliczania lutniociągu:

Obliczanie lutniociągu kopalnianego polega na określeniu:

• objętości strumienia powietrza świeżego na końcu lutniociągu,

• wydajności wentylatora lutniowego,

• spiętrzenia tego wentylatora,

gdy są dane:

• charakterystyka wentylatora lutniowego,

• parametry lutniociągu,

• rodzaj wentylacji lutniowej,

• gęstość masy powietrza.

W celu opracowania bądź to regulacji, bądź też obliczenia lutniociągu kopalnianego konieczna jest znajomość oporu i sprawności lutniociągu. Zgodnie z metodą obliczania i regulacji lutniociągów kopalnianych opracowaną w GIG opór właściwy lutniociągu R_l jest zdefiniowany (wentylacja tłocząca) wzorem:

(5), gdzie

- opór właściwy zasuwy regulacyjnej, m³/(
s),

- opór właściwy "bezwładnościowy", kg/m⁷ (Ns²/m⁸),

- jednostkowy opór właściwy lutniociągu, kg/m⁸ (Ns²/m⁹),

- długość lutniociągu, m,

- sprawność lutniociągu.

Należy podkreślić, że wzór 5 jest słuszny dla lutniociągów o sprawności

> 0,5.

Opór właściwy "bezwładnościowy"
można wyznaczyć korzystając z wzoru

(6)

gdzie
- gęstość umowna masy powietrza suchego;
=1,20 kg/m³,

- pole poprzecznego przekroju lutniociągu, m².

Sprawność lutniociągu kopalnianego można wyznaczyć na podstawie wzoru

(I.154)

gdzie
- strumień objętości powietrza na końcu lutniociągu (w przodku) sprowadzony do

- strumień objętości powietrza na końcu lutniociągu (w przodku), m³/s, warunków normalnych, przy czym
, m³/s,

e - podstawa logarytmu naturalnego,

- strumień objętości powietrza na początku lutniociągu (wydajność wenty­latora lutniowego) sprowadzony do warunków normalnych, m³/s,

- średnia gęstość masy powietrza w lutniociągu, kg/m³,

k - współczynnik nieszczelności lutniociągu, m³/(
s).

Rodzaj Lutni	Średnica lutni D	Opór jednostkowy Lutniociągu
		m	kg/m^8 (Ns^2/m^9)
	Metalowe	0,4	2,110
		0,5	0,540
		0.6	0,186
		0,7	0,049
		1,0	0,0147
	Elastyczne	0,4	1,765
		0,5	0,441
		0,6	0,147
		0,8	0,039

TABELA 2. Jednostkowe opory lutniociągu

- długość lutniociągu, m,

- sprawność lutniociągu. Należy podkreślić, że wzór (5) jest słuszny dla lutniociągu o sprawności:
> 0,5.

(7), gdzie:

e - podstawa logarytmu naturalnego,

k - współczynnik nieszczelności lutniociągu, m³/(
s),

jakość uszczelnienia	[m^3/( s)]
bardzo dobre	0 < k ≤ 0,00003
dobre	0,00003 < k ≤ 0,00015
zadowalające	0,00015 < k ≤ 0,00030
złe	k > 0,00030

TABELA 3. Kryteria jakości uszczelnienia lutniociągów kopalnianych

(8), gdzie:
- średnia gęstość masy powietrza w lutniociągu, kg/m³,

D - średnica lutniociągu, m,

S - długość jednej lutni, m.

średnica lutni	długość lutni
[m]	[m]
0,3; 0,4; 0,5; 0,6	2
0,8; 1,0	2,5

TABELA 4. Zależność między średnicą a długością lutni metalowej.

Spiętrzenie całkowite wentylatora lutniowego na początku lutniociągu można wyznaczyć stosując wzór:

(9), gdzie:

,

- opór normalny lutniociągu:

, gdzie:

ρ_n = ρ_m = 1,2 zatem:
a więc:

3. Obliczenia:

ad.1

a)

, gdzie:

A = 16,88 m (w świetle obudowy ŁP - 10, wg normy PN-66/G-06010),

ω _min = 0,3 (III kategoria zagrożenia metanowego),

[m³/s]

b)

, gdzie:

= 0,0026 m³/s

= 1% (brak ciągłej kontroli zawartości metanu),

m³/s

c)

, gdzie:

A = 16,88 [m²]

= 30 [min]

M = 36 [kg]

Konieczna objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego:

[m³/s]

Opór właściwy lutniociągu:

, gdzie:

, gdzie:

=1,2 kg/m³,

A_l =
=0,2827 m²,

kg/m⁷ (Ns²/m⁸)

= 0,186 kg/m⁸ (Ns²/m⁹)

= 450 m,

, gdzie:

, gdzie:

=
=1,2 [kg/m³],

D = 0,6 [m],

S = 2 [m],

= 0,186 [kg/m⁸], (Ns²/m⁹)

R_b = 7,5053 [kg/m⁷], (Ns²/m⁸)

= 0 [m³/(
s)],

a = 914,4756 [-]

k = 0,00015 m³/(
s)

[-]

R_l = 82,5429 [kg/m⁷], (Ns²/m⁸)

Dla porównania wartość odczytana z tablic wynosi 88,8 [kg/m⁷] dla lutniociągu 500 metrowego zatem można przypuszczać, że opór został wyliczony prawidłowo.

Średnica lutniociągu M	Współczynnik nieszczelności k	Opór lutniociągu, kg/m^7 (Ns^2/m^8)
				długość lutniociągu, m
		m^3/( s)	100	200	300	500	750	1000	1500	2000	3000
	0,6	0,00003	26,1	44,5	62,8	98,1	140,0	179,1	247,8	303.6	378,5
		0,00015	26,1	43,7	60,1	88,8	116,0	134,3	-	-	-
		0,00030	26,0	42,8	57,2	78,9	93,8	-	-	-	-

TABELA 4. Opory lutniociągów metalowych o różnych średnicach i współczynnikach nieszczelności w wentylacji ssącej

Spiętrzenie całkowite:

[Pa]

Strumień wentylatora:

[m³/s]

Dobrano wentylator WLE 603 B. Jest to wentylator elektryczny - napędzany jest silnikami elektrycznymi stanowiącymi jego integralną część. Wentylatory typu WLE-B służą do przewietrzania wy­robisk górniczych w polach I, II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego i mogą być stosowane do pracy ssącej i tłoczącej.

Symbole oznaczają: W - wentylator, L - lutniowy, E - elek­tryczny, A lub B zakres pracy w wyrobiskach o określonych kategoriach zagrożenia metanowego, cyfry 4, 6 itd. - średnice lutni w dm, cyfry 00, 0l, 02 itd. - kolejny wariant konstrukcyjny, cyfra łamana przez 1 - wentylator jednostopniowy.

W typoszeregu wentylatorów WLE-B produkowane są: WLE-603B i WLE-1003B. Są to wentylatory wysoko depresyjne o układzie przeciwbieżnym, tj. mające dwa wirniki o kierunkach obrotów przeciwnych względem siebie. Wirniki napędzane są oddzielnymi silnikami elektrycznymi w obudowie ognio­szczelnej.

Typ wentylatora	Wydajność	Spiętrzenie całkowite	Sprawność zespołu	Sprawność wentylatora	Średnica lutni	Moc silnika napędowego
		m^3/s	Pa	%	%	mm	kW
WLE-603B	5,0	3924	0,67	0,74	600	2x18,5

Rys.1 Schemat wentylacji lutniowej wyrobiska ślepego.

7

---