Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Aerologia górnicza

Projekt przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni.

Budziak Anna

GiG IV

GiBP

Spis treści

1. OBLICZENIA

1. Odliczenia projektowe :

• wydobycie brutto

• wydobycie netto

• przekrój wnęki ścianowej - trapez

• obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu na minimalną dopuszczalną prędkość powietrza

• obliczenie optymalnej ilości powietrza

• obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu na występowanie zagrożenia metanowego

• obliczanie niezbędnej ilości powietrza w komorach funkcyjnych

• obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi

• obliczenia dla wentylacji lutniowej

• określenie niezbędnej ilości powietrza w kopalni

• obliczanie ilości powietrza w kanale wentylacyjnym

• sprawdzenie ilości powietrza na poszczególnych ścianach

2. Prognoza temperatur dla poszczególnych ścian.

1. Zapis struktury sieci wentylacyjnej.

2. Regulacja rozpływu powietrza w sieci wentylacyjnej

• regulacja sieci wentylacyjnej

• dobór wentylatora do sieci wentylacyjnej

• dobór regulatorów rozpływu powietrza

1. Analiza pożarów podziemnych

1. ZAŁĄCZONE SCHEMATY

1. Schemat poglądowy przewietrzania

2. Schemat przestrzenny przewietrzania

3. Schemat kanoniczny sieci wentylacyjnej

4. Schemat potencjalny sieci wentylacyjnej

5. Schemat kanoniczny pożarowy sieci wentylacyjnej

6 . Schematy kanoniczne poszczególnych pożarów.

1. Obliczenia projektowe dla niezbędnej ilości powietrz w kopalni:

Ściana	Pokład	Długość	Miąższość	Wo	Kategoria CH4
F-5	403/1	145 [m]	2,7 [m]	3,5	II
F-9	404/2	135 [m]	2,1 [m]	7	III
F-11	404/4	160 [m]	2,65 [m]	10,5	IV

1. Wydobycie brutto

T_bt= (p * l * m * ρ)/20 [Mg/dobę]

p - postęp [m/m-c]

l - długość ściany [m]

m - miąższość [m]

ρ - gęstość węgla = 1,3 [Mg/m³]

F-5: P = 120

T_bt = 3100 [Mg/dobę]

F-9: P = 140

T_bt = 2600 [Mg/dobę]

F-11: P = 100

T_bt = 2800 [Mg/dobę]

2. Wydobycie netto

T_nt = T_bt * 0,9 [Mg/dobe]

F-5:

T_nt = 2800 [Mg/dobę]

F-9:

T_nt = 2300 [Mg/dobę]

F-11:

T_nt = 2500 [Mg/dobę]

3. Przekrój wnęki ścianowej - trapez

A=((a+b) * m * f)/2 [m²]

a - podstawa dłuższa [m] (3,5 m)

b - podstawa krótsza [m] (3 m)

f - współczynnik zmniejszenia przekroju (0,85)

F-5:

A = 7,46 [m²]

F-9:

A = 5,80 [m²]

F-11:

A = 7,32 [m²]

Obliczenie niezbędnej ilości powietrza ze względu na minimalną dopuszczalną prędkość powietrza.

V_min= 60 * A * w_min [m³/min]

V_min - ilość powietrza [m³/min]

A - pole przekroju użytecznego wyrobiska [m²]

w_min - prędkość minimalna powietrza wymagana przepisami [m/s] (0,3 m/s)

F-5:

V_min = 134,28 [m³/min]

F-9:

V_min = 104,40 [m³/min]

F-11:

V_min = 131,76 [m³/min]

Obliczenie optymalnej ilości powietrza.

V_opt = 60*A*w_opt [m³/min]

V_opt - optymalna ilość powietrza [m³/min]

w_opt - prędkość optymalna powietrza wymagana przepisami [m/s] (2 m/s)

F-5:

V_opt = 895,2 [m³/min]

F-9:

V_opt = 696 [m³/min]

F-11:

V_opt = 878,4 [m³/min]

Obliczenie niezbędnej ilości powietrza ze względu na występujące zagrożenia metanowego.

V_m= c * (100 * V_CH4 )/(k_max - k)

V_CH4 =q₁+q₂+q₃

q₁ =T_bt(w_o-w_o*0,2)/1440 [m³/min]

q₂ = L*m*q_d [m³/min]

[m³/min]

c = 1,65

k _max = 2%

k = 0,5%

kat II Q_d = 2.7*10^-4

kat III Q_d = 3*10^-3

kat IV Q_d = 4*10^-4

F-5:

q₁ = 6,03 [m3/min]

q₂ = 0,106 [m3/min]

q₃ = 0,017 [m3/min]

V_CH4 = 6,15 [m3/min]

V_m = 676,57 [m3/min]

V_m ≈680 [m3/min]

F-9:

q₁ = 10,11 [m3/min]

q₂ = 0,85 [m3/min]

q₃ = 0,013 [m3/min]

V_CH4 = 10,97 [m3/min]

V_m = 1207,16 [m3/min]

V_m ≈ 1200 [m3/min]

F-11:

q₁ = 16,33 [m3/min]

q₂ = 0,17 [m3/min]

q₃ = 0,30 [m3/min]

V_CH4 = 16,80 [m3/min]

V_m = 1848,30 [m3/min]

V_m ≈1800 [m3/min]

Określenie niezbędnej ilości powietrza w komorze funkcyjnej

[m³/min]

- objętość komory [m³] (1250 m³)

n- ilość komór (n = 5)

V = 625 [m³/min] ≈ 600 [m³/min]

Określenie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiska technologiczne otamowane tamami rozdzielającymi:

Tama drewniana z drzwiami R_wo = 5 [kg/m⁷ ] (Strata naporu na tamie 600 [Pa])

Na podstawie nomogramu do określenia ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych:

[m³/min]

V_t = 700 [m³/min]

n - liczba wyrobisk otamowanych (n = 3)

V_n = 2100 [m³/min]

Wentylacja lutniowa:

p = 10 [m/dobę]

n = 120 [dni]

t = 4 [m-cy]

k = 1,373

[m³/min]

[m³/min]

[m³/min]

[m³/min]

l - długość lutniociągu [m]

d - średnica lutniociągu [mm]

- opór lutniociągu [
]

k₁ - współczynnik dla lutniociągu [
]

c = 1,5 %

q₁ = 1,14 [m³/min]

q₂ = 1,19 [m³/min]

= 56,19

V_CH4 = 2,33 [m³/min]

V_pow = 155,25 [m³/min]

V_w = 282,34 [m³/min]

V_w ≈ 300 [m³/min]

Niezbędna ilość powietrza w kopalni:

[m³/min]

V_e = 900 +1200 + 1800 = 3900 [m³/min]

V_kf = 600 [m³/min]

V_wt = 2100 [m³/min]

V_kn = 300 [m³/min]

V_k = 6900 [m³/min]

V_k - niezbędna ilość powietrza w kopalni [m³/s]

V_e - suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych [m³/s]

V_kf - suma niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych [m³/s]

V_wt - suma niezbędnych ilości powietrza świeżego w wyrobiskach technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi [m³/s]

V_kn - suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza [m³/s]

Określenie ilości powietrza w kanale wentylacyjnym:

[m³/min]

V_z = 800 [m³/min]

V_w = 7700 [m³/min]

Sprawdzenie ilości powietrza na poszczególnych ścianach:

- ze względu na dopuszczalne stężenie metanu:

k = (c * V_CH4)/ (V_sc) + k_o ≤ k_max

c = 1,65

k₀ = 0,5 %

F-5:

k = 1,63 % ≤ 2%

F-9:

k = 2,00 % ≤ 2%

F-11:

k = 2,00 % ≤ 2%

- ze względu na prędkość przepływającego powietrza

ν = (V_sc /f*F) ≤ ν_dop

F-5:

v = 2,36 m/s ≤ 5 m/s

F-9:

v = 4,06 m/s ≤ 5 m/s

F-11:

v = 4,82 m/s ≤ 5 m/s

2. Prognoza temperatur:

temperatura powietrza na wlocie do wyrobiska

- gradient geotermiczny

- stosunek różnicy wysokości do długości wyrobiska

s - długość wyrobiska

- współczynnik przewodzenia skał

- bezwymiarowy strumień ciepła

V - strumień powietrza w danym wyrobisku

- gęstość powietrza

- ciepło właściwe powietrza

- temperatura pierwotna skał z funkcji głębokości bezwzględnej wyrobiska

z - głębokość bezwzględna końca wyrobiska [m]

- strumień ciepła od maszyn i urządzeń

- dla wyrobisk w kamieniu

- dla wyrobisk w pokładzie

- dla ściany

Nazwa wyrobiska	Długość wyrobiska [m]	temperatura wchodząca [^0C]	temperatura wychodząca [^0C]
Szyb wdechowy	300	8,5	9,55
Przekop	350	9,55	10,87
Przekop	360	10,87	12,35
Przekop	375	12,35	15,56
Chodnik podścianowy F-5	85	15,56	19,64
Chodnik podścianowy F-5	615	19,64	27,57
Ściana F-5	145	27,57	37,59
Przekop	60	12,3	14,72
Przekop	170	14,77	16,92
Pochylnia	285	16,92	20,80
Chodnik podścianowy F-9	570	20,80	26,55
Ściana F-9	135	26,55	34,28
Szyb wdechowy	125	9,55	10,0
Przekop	300	10,0	12,1
Przekop	400	12,1	14,27
Przekop	850	14,27	16,82
Chodnik badawczy F-11	70	16,82	20,82
Pochylnia	170	20,82	24,88
Chodnik podścianowy F-11	705	24,88	28,27
Ściana F-11	160	28,27	33,38

3. Zapis struktury sieci wentylacyjnej

Sieć wentylacyjną odwzorowaną graficznie w postaci schematów wentylacyjnych zapisuje się w postaci tabelarycznej.

1. Obliczanie aerodynamicznych oporów wyrobisk wykonuje się dwoma metodami.

• w oparciu o opory 100 - metrowych odcinków wyrobisk

opór aerodynamiczny wyrobiska

opór 100 metrów wyrobiska

długość wyrobiska

• z wykorzystaniem aerodynamicznego współczynnika oporu wyrobiska

aerodynamiczny współczynnik wyrobiska

obwód wyrobiska

przekrój wyrobiska

Dla ścian z obudową zmechanizowaną

2. Obliczenie spadków naporu dla poszczególnych bocznic.

ilość powietrza w bocznicy

3. Obliczenie współczynnika przepustowości.

Współczynnik przepustowości wyraża stosunek obliczonej prędkości powietrza w bocznicy do prędkości dopuszczalnej. Współczynnik przepustowości nie może przekraczać jedności, w przeciwnym razie oznaczać to będzie, że została przekroczona prędkość dopuszczalna w danej bocznicy.

Sieć wentylacyjną odwzorowaną graficznie w postaci schematów wentylacyjnych zapisuje się w postaci tabelarycznej na następnej stronie:

lp	Nazwa wyrobiska	Węzeł	Dł. Wyrob.	Pole przek.	Rodzaj obu.	Opór 100m	Op. Bocz.	Ilość pow.	Str naporu	Vpow	Wspł. przepust.
	-	-	m	m^2	-	kg/m^8	kg/m^7	m^3/s	Pa	m/s	-
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Szyb wydobywczy	1,-2	580	28	bet.	0,0069	0,04002	115,00	529,265	4,1071	0,3423
2	przekop	2, - 3	350	32,5	murowa	0,00044	0,00154	58,33	5,240	1,7949	0,2244
3	przekop	3, - 4	360	32,5	murowa	0,00044	0,001584	58,33	5,390	1,7949	0,2244
4	przekop	4, - 5	765	18	ŁP 10	0,0023	0,017595	26,67	12,512	1,4815	0,1852
5	chodnik podsc F5	5, - 6	85	12,8	ŁP 8	0,0055	0,004675	26,67	3,324	2,0833	0,2604
6	chodnik podsc F5	6, - 7	615	12,8	ŁP 8	0,0055	0,033825	15,00	7,611	1,1719	0,1465
7	ściana F5	7, - 8	145	7,46	GLINIK	---	0,041213	15,00	9,273	2,0107	0,4021
8	chodnik nadscian F5	8, - 9	545	12,8	ŁP 8	0,0055	0,029975	15,00	6,744	1,1719	0,1465
9	pochylnia	9, - 10	225	12,8	ŁP 8	0,0055	0,012375	26,67	8,800	2,0833	0,2604
10	przekop	10, - 11	505	18	ŁP 10	0,0023	0,011615	26,67	8,260	1,4815	0,1852
11	przekop	11, - 12	580	32,5	murowa	0,00044	0,002552	105,00	28,136	3,2308	0,4038
12	przekop	12, - 13	425	32,5	murowa	0,00044	0,00187	105,00	20,617	3,2308	0,4038
13	szyb wentyl	13, - 1	580	28	beton.	0,0069	0,04002	115,00	529,265	4,1071	0,3423
14	przekop	4, - 26	60	32,5	murowa	0,00044	0,000264	31,67	0,265	0,9744	0,1218
15	przekop	26, - 27	170	18	ŁP 10	0,0023	0,00391	31,67	3,921	1,7593	0,2199
16	pochylnia	27, - 28	285	12,8	ŁP 8	0,0055	0,015675	31,67	15,719	2,4740	0,3092
17	chodnik podsc F9	28, - 29	570	12,8	ŁP 8	0,0055	0,03135	20,00	12,540	1,5625	0,1953
18	ściana F9	29 - 30	135	5,8	GLINIK	---	0,07334	20,00	29,336	3,4483	0,6897
19	chodnik podscian F9	30, - 31	550	12,8	ŁP 8	0,0055	0,03025	20,00	12,100	1,5625	0,1953
20	pochylnia	31, - 24	725	12,8	ŁP 8	0,0055	0,039875	31,67	39,986	2,4740	0,3092
21	przekop	24, - 25	450	18	ŁP 10	0,0023	0,01035	78,33	63,509	4,3519	0,5440
22	przekop	25, - 11	1205	32,5	murowa	0,00044	0,005302	78,33	32,534	2,4103	0,3013
23	szyb wydobywczy	2, - 14	125	28	beton.	0,0069	0,008625	56,67	27,696	2,0238	0,1687
24	przekop	14 - 15	300	32,5	murowa	0,00044	0,00132	46,67	2,875	1,4359	0,1795
25	przekop	15 - 16	400	32,5	murowa	0,00044	0,00176	46,67	3,833	1,4359	0,1795
26	przekop	16 - 17	850	18	ŁP 10	0,0023	0,01955	46,67	42,576	2,5926	0,3241
27	chodnik badawczy F11	17 - 18	70	12,8	ŁP 8	0,0055	0,00385	30,00	3,465	2,3438	0,2930
28	pochylnia	18 - 19	170	12,8	ŁP 8	0,0055	0,00935	30,00	8,415	2,3438	0,2930
29	chodnik podscian F11	19 - 20	705	12,8	ŁP 8	0,0055	0,038775	30,00	34,898	2,3438	0,2930
30	ściana F11	20 - 21	160	7,32	GLINIK	---	0,047728	30,00	42,955	4,0984	0,8197
31	chodnik badawczy F11	21 - 22	385	12,8	ŁP 8	0,0055	0,021175	30,00	19,058	2,3438	0,2930
32	pochylnia	22 - 23	405	12,8	ŁP 8	0,0055	0,022275	46,67	48,510	3,6458	0,4557
33	przekop	23, - 24	300	18	ŁP 10	0,0023	0,0069	46,67	15,027	2,5926	0,3241
34	KF	14 - 14a	95	32,5	murowa	0,00044	0,000418	10,00	0,042	0,3077	0,0385
35	szyb wentyl	14a, - 13	125	28	beton.	0,0069	0,008625	10,00	0,863	0,3571	0,0298
36	pochylnia	17 - 32	290	12,8	ŁP 8	0,0055	0,01595	5,00	0,399	0,3906	0,0488
37	pochylnia	32 - 33	135	12,8	ŁP 8	0,0055	0,007425	5,00	0,186	0,3906	0,0488
38	chodnik badawczy	33 - 34	1175	12,8	ŁP 8	0,0055	0,064625	5,00	1,616	0,3906	0,0488
39	pochylnia	34, -22	420	12,8	ŁP 8	0,0055	0,0231	5,00	0,578	0,3906	0,0488
40	pochylnia	6,-9	160	12,8	ŁP 8	0,0055	0,0088	11,67	1,198	0,9115	0,1139
41	pochylnia	28,-31	165	12,8	ŁP 8	0,0055	0,009075	11,67	1,235	0,9115	0,1139
42	chodnik badawczy	18,-21	650	12,8	Łp 8	0,0055	0,03575	11,67	4,866	0,9115	0,1139
43	kanał wentylacyjny	35,-1	15	15	beton.	0,014	0,0021	128,3333	34,586	8,5556	0,7130

4. Regulacja rozpływu powietrza w sieci wentylacyjnej:

1. Spadek naporu na drodze niezależnej

R_wi - opór danej bocznicy należącej do drogi niezależnej [kg/m⁷]

V_i - ilość powietrza w danej bocznicy należącej do drogi niezależnej [m³/s]

- strata ciśnienia przyjmowana w zależności od metody regulacji [Pa]

Największa strata naporu występuje na drodze 1, więc przyjmujemy
, r₁=0, a dla pozostałych tam obliczamy ich opór:

r₁= 0,3912 [
]

r₂= 0,1245 [
]

r₄= 4,2408 [
]

r₅= 3,655 [
]

2. Dobór wentylatora do sieci wentylacyjnej

• Wentylator dobieramy dla następujących parametrów:

[Pa]

V_w = 130 [m³/s]

• Otwór równoznaczny kopalni :

[m²]

• Opór kopalni:

[Ns²/m⁸]

Dobrany został wentylator WPK - 3,0 n = 300 [obr/min]

3. Dobór regulatorów rozpływu powietrza

Regulację dodatnią rozpływu powietrza dokonuje się poprzez zabudowę na wlocie do oddziału wydobywczego tamy regulacyjnej.

• Spadek naporu na regulatorze obliczamy według zależności:

spiętrzenie wentylatora głównego [Pa]

spadek naporu na liczonej drodze niezależnej [Pa]

[Pa]

[Pa]

[Pa]

[Pa]

• Dysponując oporem tamy regulacyjnej, wyznaczamy powierzchnię okna regulacyjnego A₀ korzystając ze wzoru :

A_i - przekrój wyrobiska , w którym zabudowano tamę regulacyjną [m²]

A₀₁= 1,806 [m²]

A₀₂= 2,887 [m²]

A₀₄= 0,608 [m²]

A₀₅= 0,674 [m²]

Zestawienie wyników

Nr. Niezależnej drogi wentylacyjnej	Węzły na drodze wentylacyjnej	Strata naporu na drodze wentylacyjnej	Nr. bocznicy z tamą regulacyjna	Opór tamy regulacyjnej	Przekrój okienka w tamie regulacyjnej
-	-	[Pa]	-	[Ns^2/m^8]	[m^2]
1	1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-1	1209,02	4-5	0,3912	1,8062
2	1-2-3-4-26-27-28-29-30-31-24-25-11-12-13-1	1362,41	4-26	0,1245	2,8869
3	1-2-14-15-16-17-18-19-20-21-22-23-24-25-11-12-13-1	1487,22	BRAK	BRAK	BRAK
4	1-2-14-15-16-17-32-33-34-22-23-24-25-11-12-13-1	1381,20	17-32	4,2408	0,6083
5	1-2-14-14a-13-1	1121,72	14-14a	3,655	0,6737

Charakterystyka wentylatora oraz oporu sieci wentylacyjnej

5. Analiza pożarów podziemnych

Lp	Miejsce pożaru	Droga przepływu dymów do szybu wentylacyjnego	Analiza możliwych zaburzeń			Zabezpieczenia sieci wentylacyjnej przed zaburzeniami
			Bocznica wyrobiska		Odwrócenie prądu powietrza		Wtórne ogniska pożarów	Wybuchy na drodze dymów
P1	Przekop 3 - 4	4-26-27-28-29-30-31-24-25-11-12-13-1	4, 24, 11, 13	24, 11	24, 11	TG3, TR4, TR5, TR6, TR9, TR10
P2	Pochylnia 27 - 28	28-29-30-31-24-25-11-12-13-1	24, 11, 13	24, 11	24, 11	TR8, TR4, TR5, TR6, TR10
P3	Przekop 15 - 16	16-17-18-19-20-21-22-23-24-25-11-12-13-1 16-17-32-33-34-22-23-24-25-11-12-13-1	24, 11, 13	24, 11	24, 11	TG4, TR4, TR7, TR10
P4	Przekop 25 - 11	11-12-13-1	11, 13	11	11	TR7, TR10, TR4

---