AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

PROJEKT SYSTEMU PRZEWIETRZANIA KOPALNI KWK „LOLEK”

Wykonał :

Socha Łukasz

IV Rok Gig

TPEZ

I. Obliczenie niezbędnej ilości powietrza w kopalni

1. Założenia do obliczeń projektowych

Zanieczyszczenie węgla:

10% dla robót eksploatacyjnych

50% dla robót przygotowawczych

Nr. ściany Obliczenia		ściana D-1	ściana D-8	ściana D-10
Wydobycie Dobowe	brutto	3312,4 [Mg/db]	2260,05 [Mg/db]	1414,4 [Mg/db]
		netto	2981,16 [Mg/db]	2034,045 [Mg/db]	1272,96 [Mg/db]
Średni postęp ściany		4{m/db]	3 [m/db]	2 [m/db]
metanonośność		II kategoria 4	III kategoria 6	IV kategoria 9
Przekrój wnęki ścianowej		a=3,5 m b=3,0 m m= 2,6 m f=0,85 A= 7,2	a=3,5m b=3,0 m m= 3,05 m f=0,85 A= 8,4	a=3,5 m b=3,0 m m= 3,4 m f=0,85 A= 9,4

2. Określenie niezbędnej ilości powietrza:

1. ze względu na minimalną dopuszczalną prędkość powietrza..

Gdzie:

V - ilość powietrza

A - pole przekroju użytecznego wyrobiska

- prędkość minimalna powietrza wymagana przepisami

Wyrobisko	minimalna prędkość powietrza w[m/s]	Pole przekroju A [ ]	Ilość powietrza V [ ]
ściana D-1	Wmin=0,3 m/s	7,2	V=129,3
ściana D-8	Wmin=0,3 m/s	8,4	V= 151,7
ściana D-10	Wmin=0,3 m/s	9,4	V= 169,1

2. ze względu na zagrożenia metanowe

Q_c = Qu + Qcz + Qch

Q_u - metanowość urobku

Q_cz - metanowość czoła

Q_ch - metanowość chodnika

Q_c - metanowość całkowita

• Q_u = [l * m * V * ρ*(Wo - Wk)/1440

l- długość ściany [m]

m - miąższość [m]

V - postęp dobowy [m/db]

ρ - gęstość węgla [Mg/m³ ]

W_o - metanonośność pokładu [m³CH₄/Mg_c.s.w ], gdzie W_k = 0.2W_o

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
Qu[m^3/min]	5,6	9,9	6,9

• Q_{cz =} l * m * Q_d

l - długość ściany [m]

m - miąższość [m]

Q_D-1 = 2,7 * 10^-4 Q_D-8 = 3 * 10^-4 Q_D-10 = 4 * 10^-4

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
Qcz [m^3/min]	0,13	0,23	0,2

• Q_{ch =} T_nt Σ(m_i * W_oi * η_i)/m * 1,44 * 10^-5

η₁= 54,1/e^0,03721x/m

η₂= 64,1/e^0,03721x/m

x - odległość między pokładami w pionie [m]

m - miąższość

T_nt - wydobycie netto [Mg/dobe]

m - miąższość [m]

W_o - metanonośność pokładu [m³CH₄/Mg_c.s.w ] (odpowiednia, dla kategorii zagrożenia met. )

η_i - oblicza się ,dla poszczególnego pokładu nadległego lub podległego

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
η1	47,9	55,7	110,03
η2	37,4	124,02	112,5
QCH [m^3/min]	16,09	20,25	8,32

• Q_c = Q_u + Q_cz + Q_ch

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
QC [m^3/min]	21,82	30,38	15,42

Dla ścian D-1 i D-2 zakładamy odmetanowie o s skuteczności:

- dla ściany D-1 skuteczność s=30 %

V_{m od}= s*V_m=15,27[m³/min]

- dla ściany D-8 skuteczność s=40 %

V_{m od}= s*V_m=18.2[m³/min]

• V_m= c * (100 * V_CH4 )/(k_max - k)

V_{CH4 =} Q_c

c - współczynnik nierównomierności wydzielania się metanu w ścianie; c = 1,65

V_CH4 - metanowość bezwzględna wg metody „Kopalni doświadczalnej Barbara” [m³/min]

k_max - maksymalna procentowa zawartość metanu w wylotowym prądzie powietrza z tego wyrobiska [%CH₄]

k - procentowa zawartość metanu w prądzie powietrza dopływającym do tego wyrobiska [%CH₄]

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
Vm [m^3/min]	1679,7	2002	1696,2

3. Określenie niezbędnej ilości powietrza w komorach funkcyjnych:

V = 0,1 * Vk [m³/min]

Gdzie:

V_k = 2000 - objętość komory funkcyjnej [m³]

5 - ilość komór funkcyjnych

V = 0,1 * 5*2000 = 1000 [m³/min]

4. Określenie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi

W wyrobiskach eksploatacyjnych stosuję tamy drewniane których opór wynosi
, dyssypacja
; ilość powietrza

5. Obliczanie ilości powietrza dopływającego do kanału wentylacyjnego z atmosfery zewnętrznej ( straty zewnętrzne )

Szyb wentylacyjny jest szybem z wyciągiem klatkowym z budynkiem i klapami, dla którego dyssypacja energii wynosi
; starty zewnętrzne wynoszą wiec

6 Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza (obliczanie wentylacji lutniowej

drążonego ślepego wyrobiska)

V_w = V_o[0,77 exp(
*x)+0,23 exp(-2
*x) = 494,88 [m³/min]

k = 0,0001

r = 0,015

x = 540 [m] - długość wyrobiska

V_o = Q

Q = (Q₁+Q₂)=1

Q₁ = (Wch*Wo*0,8)/1440 =0,58

Q₂ = b*Σm_i*gp =0,42

Wch = 260 [t/dobe] - wydobucie

Wo = 4 - ze względu na II kategorię

b = 540 [m] - długość wyrobiska

Σm_i = 2,6 [m] - miąższość

gp = 3*10^-4 - metanowość

7. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w kopalni

- suma niezbędnej ilości powietrza wyrobiskach eksploatacyjnych

- suma niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach funkcyjnych

- suma niezbędnej ilości powietrza świeżego w wyrobiskach technicznych otamowanych tamami rozdzielającymi

- suma niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach korytarzowych

(1679,7+2002+1696,2)+1000 + 3*600 +494,88 =8173

8. Całkowita ilość powietrza wpływającego do kopalni.

8173+ 900 =9073

9. Sprawdzenie ilości powietrza na poszczególnych ścianach

- ze względu na stężenie metanu:

k = (c * V_CH4)/ (V_i) + k_o ≤ k_max

- ze względu na prędkość przepływającego powietrza

ν = (V_sc /P) ≤ ν_dop

	Ściana D-1	Ściana D-8	Ściana D-10
k [%]	2	2	1,9
ν [m/s]	4,63	3,3	3,01

11 . Ze względu na zagrożenie temperaturowe - prognoza temperatury.

T_os- temperatura powietrza na wlocie do wyrobiska, ^oC, (na wlocie do kopalni przyjmujemy średnioroczna temperaturę równa 8,5^oC)

σ=0,035 K/m - gradient geotermiczny,

dz/ds - stosunek różnicy wysokości do długości wyrobiska,

s - współrzędna bieżąca, długość wyrobiska, m, (odczytana ze

schematu poglądowego)

λ = 2,0 W/mK współczynnik przewodzenia skał,

q* - bezwymiarowy strumień ciepła, q*=f(Fo),(po obliczeniu odczytujemy z tablicy )

F_o = (a*t)/r_o²

a = 1,5*10-6 m²/s - współczynnik wyrównania temperatur,

t - czas przewietrzania wyrobiska, s (czas przeliczamy na sekundy. (dla wyrobisk w kamieniu t= 8lat, dla wyrobisk w pokładzie t=12m-cy),

ro=2*F/P - promień hydrauliczny,

F - pole poprzecznego przekroju wyrobiska,m2,(przyjmujemy przekroje wyrobisk: szyby od

30 do 50m2,wyrobiska w kamieniu od 15 do 30 m2, wyrobiska w pokładzie od 12 do 22m2,ściany pole przekroju jak wcześniej),

P - obwód wyrobiska, obliczany wg wzoru dla wyrobisk w obudowie ŁP P = 4,16

V - strumień powietrza w danym wyrobisku, m3/s.

ρ - gęstość powietrza, 1,25 kg/m3,

Cp - ciepło właściwe powietrza, 1005 J/kg*K,

υ_oo - temperatura pierwotna skał z funkcji głębokości bezwzględnej obliczana wg wzoru

υ_oo =(-0,044*z)+10

z - głębokość bezwzględna końca wyrobiska, mnpm, (odczytana ze schematu poglądowego),

g - przyspieszenie ziemskie

qd - strumień ciepła od maszyn i urządzeń, W/m.(przyjmujemy, oprócz szybów, w wyrobiskach w kamieniu:100000W, wyrobiska w pokładzie 150000W, w ścianie 600000W;Uwaga:moc zainstalowaną w wyrobisku dzielimy przez długość wyrobiska!)

Prognozowanie temperatury.

	2do6	6do7	7do8	8do9	9do10	10do11	11do12	7do16	16do17	17do18	18do19	19do20	20do21	16do26	26do27	27do28	28do29
Tos [^oC]	15,50	16,38	16,93	18,04	19,45	21,21	23,63	16,93	18,00	20,12	26,46	28,81	32,26	18,00	18,70	20,56	25,21
σ [K/m]	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035
dz [m]	10	1	14	10	30	30	20	1	35	55	10	5	20	1	35	60	30
ds [m]	435	60	35	265	150	450	185	200	30	240	50	435	250	390	50	500	150
dz/ds [bez]	0,0230	0,0167	0,4000	0,0377	0,2000	0,0667	0,1081	0,0050	1,1667	0,2292	0,2000	0,0115	0,0800	0,0026	0,7000	0,1200	0,2000
s [m]	435	60	35	265	150	450	185	200	30	240	50	435	250	390	50	500	150
λ [W/mK]	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
F0 [m^2]	50,38	50,38	127,91	127,91	15,99	18,78	28,42	112,91	14,11	18,78	18,78	18,78	24,36	112,91	18,78	18,78	21,77
q* [bez]	2,44	2,44	2,1	2,1	3,07	2,8	2,7	2,14	3,8	2,8	2,8	2,8	2,77	2,14	2,8	2,8	2,89
a [m^2/s]	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06	1,5E-06
t [s]	2,5E+08	2,5E+08	2,5E+08	2,5E+08	3,2E+07	3,2E+07	3,2E+07	2,5E+08	3,2E+07	3,2E+07	3,2E+07	3,2E+07	3,2E+07	2,5E+08	3,2E+07	3,2E+07	3,2E+07
ro [bez]	2,7408	2,7408	1,7201	1,7201	1,7201	1,5873	1,2900	1,8307	1,8307	1,5873	1,5873	1,5873	1,3934	1,8307	1,5873	1,5873	1,4740
F [m^2]	32,5	32,5	12,8	12,8	12,8	10,9	7,2	14,5	14,5	10,9	10,9	10,9	8,4	14,5	10,9	10,9	9,4
P [m]	23,72	23,72	14,88	14,88	14,88	13,73	11,16	15,84	15,84	13,73	13,73	13,73	12,06	15,84	13,73	13,73	12,75
Vmin	7173	7173	2602	2602	2602	2002	2002	4571	2280	2280	2280	1680	1680	2291	2291	1696	1696
V [m^3/s]	123,90	119,55	43,37	43,37	43,37	33,37	33,37	76,18	38,00	38,00	38,00	28,00	28,00	38,18	38,18	28,27	28,27
ρ [kg/m^3]	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25	1,25
Cp [J/kg*K]	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005	1005
00ט [m]	41,02	40,98	40,36	40,80	42,12	40,80	39,92	41,02	39,48	41,90	41,46	41,24	40,36	-21,02	39,48	36,84	35,52
z [m]	-705	-704	-690	-700	-730	-700	-680	-705	-670	-725	-715	-710	-690	705	-670	-610	-580
g [m/s^2]	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81	9,81

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 Wyrobiska	Pole przekroju wyrobiska	Rodzj Obudowy	Opór 100 Metrów wyrobiska	Opór Bocznicy	Wydatek Powietrza	Straty Naporu	Prędkość Powietrza	Współczyn- nik
			Wlot	L	F		R100	R	V	W	V	przepusz- czalności k
			wylot
				[ m ]	m^2	----	kg/ m^8	kg/ m^7	m^3/ s	N/ m^2	m/s	%
1	Szyb wydobywczy Sz/L1	1-2	702	50,26	żelbet	0,0011	0,0077	136,22	143,28	2,71	22,59%
2	Przekop 2	2-3	25	5,5	murowa	0,024	0,0060	16,67	1,67	3,03	37,88%
3	komora funkcyjna	3-4	10	42	murowa	0,024	0,0024	16,67	0,67	0,40	4,96%
4	Przekop 3	4-5	20	5,5	murowa	0,024	0,0048	16,67	1,33	3,03	37,88%
5	szyb wentylacyjny Sz/ML3	5-33	200	44,18	żelbet	0,0018	0,0036	16,67	1,00	0,38	3,14%
6	Wytyczna północna p.705	2-6	435	32,5	murowa	0,0023	0,0100	119,55	142,99	3,68	45,98%
7	Przekop D p.705	6-7	60	32,5	murowa	0,0023	0,0014	119,55	19,72	3,68	45,98%
8	przekop 4	7-8	35	12,8	Łp 8	0,0055	0,0019	43,37	3,62	3,39	42,35%
9	Pochylnia D	8-9	265	12,8	Łp 8	0,0055	0,0146	43,37	27,41	3,39	42,35%
10	Chondnik D-8	9-10	150	12,8	Łp 8	0,0055	0,0083	43,37	15,52	3,39	42,35%
11	Pochylnia	10-13	185	10,9	Łp 7	0,0081	0,0150	10,00	1,50	0,92	11,47%
12	chodnik podścianowy D-1	10-11	450	10,9	Łp 7	0,0081	0,0365	33,37	40,58	3,06	38,26%
13	ściana D-1	11-12	185	7,2	Famur	0,064	0,1184	33,37	313,07	4,63	57,93%
14	chonik nadscianowy D-1	12-13	450	10,9	Łp 7	0,0081	0,0365	33,37	40,58	3,06	38,26%
15	Chodnik	13-14	60	14,5	Łp 9	0,0041	0,0025	43,37	4,63	2,99	37,39%
16	Pochylnia	14-15	165	10,9	Łp 7	0,0081	0,0134	43,37	25,14	3,98	79,57%
17	Pochylnia D-2	15-32	165	14,5	Łp 9	0,0041	0,0068	43,37	12,72	2,99	37,39%
18	Przekop D p.705	7-16	200	14,5	Łp 9	0,0041	0,0082	76,18	47,59	5,25	65,68%
19	Przekop	16-17	30	14,5	Łp 9	0,0041	0,0012	38,00	1,78	2,62	32,76%
20	pochylnia D-1	17-18	240	10,9	Łp 7	0,0081	0,0194	38,00	28,07	3,49	43,58%
21	chodnik	18-19	50	10,9	Łp 7	0,0081	0,0041	38,00	5,85	3,49	43,58%
22	Pochylnia	19-22	250	10,9	Łp 7	0,0081	0,0203	10,00	2,03	0,92	11,47%
23	chodnik podścianowy D-1	19-20	435	10,9	Łp 7	0,0081	0,0352	28,00	27,62	2,57	32,11%
24	ściana D-8	20-21	250	8,4	Famur	0,059	0,1475	28,00	946,88	3,33	41,67%
25	chodnik nadścianowy D-1	21-22	435	10,9	Łp 7	0,0081	0,0352	28,00	27,62	2,57	32,11%
26	chodnik	22-23	65	10,9	Łp 7	0,0081	0,0053	38,00	7,60	3,49	43,58%
27	pochylnia	23-24	485	14,5	Łp 9	0,0041	0,0199	38,00	28,71	2,62	32,76%
28	Przekop E p. 580	24-25	220	14,5	Łp 9	0,0041	0,0090	38,00	13,02	2,62	32,76%
29	Przekop	25-32	50	10,9	Łp 7	0,0081	0,0041	38,00	5,85	3,49	69,72%
30		16-26	390	14,5	Łp 9	0,0041	0,0160	38,18	23,31	2,63	32,92%
31	chodnik D-10	26-27	50	10,9	Łp 7	0,0081	0,0041	38,18	5,90	3,50	43,79%
32	Pochylnia	27-30	150	10,9	Łp 7	0,0081	0,0122	10,00	1,22	0,92	11,47%
33	chodnik podscianowy D-10	27-28	500	10,9	Łp 7	0,0081	0,0405	28,27	32,36	2,59	32,42%
34	ściana D-10	28-29	150	9,4	Famur	0,025	0,0375	28,27	201,71	3,01	37,59%
35	chodnik nadścianowy D-10	29-30	500	10,9	Łp 7	0,0081	0,0405	28,27	32,36	2,59	32,42%
36	chodnik	30-31	35	10,9	Łp 7	0,0081	0,0028	38,18	4,13	3,50	43,79%
37	Pochylnia D-2	31-32	420	14,5	Łp 9	0,0041	0,0172	38,18	25,11	2,63	32,92%
38	Przekop GL. P 580	32-33	550	14,5	Łp 9	0,0041	0,0226	119,55	322,29	8,24	82,45%
39	szyb wentylacyjny Sz/ML3	33-34	580	44,18	żelbet	0,0018	0,0104	136,22	193,71	3,08	25,69%
40	szyb wentylacyjny Sz/ML3	34-35	20	44,18	żelbet	0,0018	0,0004	15,00	0,08	0,34	2,83%
41	kanał wentylacyjny	34-36	30	17,3	żelbet	0,0093	0,0028	151,22	63,80	8,74	72,84%

REGULACJA ROZPŁYWU POWIETRZA W SIECI WENTYLACYJNEJ

1. Obliczenie ilości dróg niezależnych N

N = B - W + 1

gdzie:

B - ilość bocznic w sieci wentylacyjnej

W - ilość węzłów w sieci wentylacyjnej.

N = 41 - 38 + 1 = 4

2 .Spadek naporu na drodze niezależnej

405,46+ 277,78

1418,15,27+ 1113,33

2028,43+ 784

1259,49+ 799

Największa strata naporu występuje na drodze 3, więc przyjmuję
0,
= 0, a dla pozostałych tam obliczam ich opór:

= 0

=5,84

=0,55

=0,05

3. Dobór wentylatora do sieci wentylacyjnej.

gdzie:

k₁ -współczynnik strat (nie powinien przekraczać20% ilości powietrza wypływającego szybem wydechowym),

V_k - strumień powietrza płynący szybem wydechowym, m3/min.

4. Dobór wentylatora.

Wentylator dobieram dla następujących parametrów:

2030[Pa]

136,2

5.Opór całkowity kopalni

R =0,11

6.Otwór równoznaczny kopalni

A =3,6

Dobrany został wentylator WPK 3,1 n = 500

pozostałe parametry wentylatora:

-wydajność : 150

- spiętrzenie całkowite
2150[Pa ]

Charakterystyka wentylatora.

Schemat potencjalny.

Schemat kanoniczny.

Pożar 1.

Pożar 2.

Pożar 3.

Pożar 4.

ANALIZA ZAISTNIAŁYCH POŻARÓW W SIECI WENTYLACYJNEJ

Nazwa pożaru	Miejsce pożaru		Droga przepływu dymów	Odwrócenie prądów	Wtórne ognisko pożaru		Wybuch na drodze dymów	Zabezpieczenie sieci went.
		wyrobisko	bocznica
P1	Przekop D p.705	16-26	26,27,28,29,30,31,32,33, 34,36	16-27	32,33	32,33		Zamknięcie tamy zasadniczej TZ i tamy stabilizacyjnej TS1 TS2
P2	ściana D-8	20-21	21,22,23,24,25,32,33,34,36	32-7 32-16	32,33	32,33		Zamknięcie tamy zasadniczej TZ i tam stabilizacyjnych TS1, TS2, TS3
P3	Ściana D-1	11-12	12,13,14,15,32,33,36	32-16	32,33	32,33		Zamknięcie tamy zasadniczej TZ i tam stabilizacyjnych TS1, TS2, TS3
P4	Przekop GL. P 580	32-33	33,34,36	33,2	33	33		Zamknięcie tamy zasadniczej TZ i tam stabilizacyjnych TS1, TS2,TS3

---