OBLICZANIE ZAPOTRZEBOWANIA POWIETRZA DLA CAŁOŚCI

KOPALNI I POSZCZEGULNYCH ŚCIAN

Dane wyjściowe do projektu

1.Określenie struktury obłożenia ludźmi na poszczególnych zmianach.

I zmiana - 40% zatrudnionych ogółem

II zmiana - 30% zatrudnionych ogółem

III zmiana - 30% zatrudnionych ogółem

2. Dane

n - liczba porządkowa = 3

W_d - normatywna wydajność dobowa [Mg/1 osobę]

T_{d br} - wydobycie dobowe brutto ze ścian [MG/dobę]

b - obłożenie na najliczniejszej zmianie - przyjmujemy: b = 40%

W_d = 4 [Mg/1osobę]

T_{d br} = 10000 + 200 ∙ n = 10000 + 200 ∙ 3 = 10600 [Mg/dobę]

3. Postęp ściany ρ [m/dobę]

p =3,6 + 0,2 × n = 3,6 +0,2 ×3= 4,2 [m/dobę]

ρ = 4,2 [m/dobę]

4. Zanieczyszczenie pokładu węgla w granicach 15%

5.Metanowość złoża wynosi 7,0 [m³/t_csw] III - kategoria zagrożenia metanowego

6. Przekrój wnęki ścianowej charakteryzują następujące parametry:

• współczynnik zmniejszenia przekroju f = 0,85

• miąższość pokładu m [m]

• szerokość przy stropie l_st = 3,0 m

• szerokość przy spągu l_sp = 3,5 m

Określenie niezbędnej ilości powietrza

1. Określenie ilości powietrza ze względu na liczbę ludzi zatrudnionych na najliczniejszej zmianie.

Dla wykonania obliczeń korzystamy z wzoru

Q = a · N

gdzie:

a - wielkość wydatku powietrza przypadającego na 1 osobę pracującą pod ziemią [ m³/min], przyjmujemy, że a = 6 m³/min

N - liczba ludzi pracująca na najliczniejszej zmianie

N =

gdzie:

W_d - normatywna wydajność dobowa W_d = 4[Mg/1osobę]

T_{d br} - wydobycie dobowe brutto ze ścian T_{d br} =1120[Mg/dobę]

b - obłożenie na najliczniejszej zmianie - przyjmujemy: b = 40% =,04

N =
1060[osoby]

Całkowita wielkość wydobycia T_{d br} jest sumą wielkości wydobycia z poszczególnych ścian, o parametrach zamieszczonych w tabeli:

Lp.	Nazwa ściany	Długość	Miąższość	Głębokość zalegania
1	B - 2	200	3,00	861
2	B - 5	250	2,9	857
3	B - 3	268	2,3	862

Podstawiając do wzoru T_i = L · m · p · γ otrzymujemy:

gdzie: γ - ciężar objętościowy węgla [Mg/m³]

T_B-2 = 200 · 3,00 · 4,2 · 1,3 = 3276 [Mg/dobę]

T_B-5 = 250 · 2,90 · 4,2 · 1,3 = 3958 [Mg/dobę]

T_B-3 = 268 · 2,30 · 4,2 · 1,3 = 3366 [Mg/dobę]

RAZEM: Σ T_{d br} =10600 [Mg/dobę]

Obliczam niezbędną ilość powietrza

Q₁ = a · N = 6 · 1060 = 6360

2. Obliczenie niezbędnej ilości powietrza ze względu na kategorie zagrożenia

metanowego .

Q₂ =
b_i ⋅ T_i [m³/min]

gdzie :

b_i - jest najmniejszym wydatkiem powietrza przypadającym 1 Mg wydobycia netto ze ścian o różnym stopniu wydzielania metanu. [m³_CH4/Mg_CSW]

T_i - wydobycie dobowe poszczególnych ścian [Mg/dobę]

q_i - dla III kategorii zagrożenia metanowego przyjmujemy 15

b_i = 0,15q_i

gdzie:

b_i=0,15 ⋅ 15 =2,25

⋅

Ostatecznie ustalamy niezbędną ilość powietrza ze względu na zagrożenia metanowe - Q₂.

Q_2i = T_ni ⋅ b_i [m³/min]

Q_2i= 2,25 ⋅10600=23850

∑ Q₂ = 23850 [m³/min]

3. Zapotrzebowanie powietrza przez wzgląd na warunki klimatyczne.

Q_3­­=∑(k_i⋅T_i)

Gdzie :

k_i- jest współczynnikiem określającym najmniejszy wydatek powietrza przypadający na

1 Mg wydobycia netto ze ścian zlokalizowanych na różnych głębokościach.

Lp.	Głębokość eksploatacji	Współczynnik ki
1	< 400 m	< 1,2
2	400 m - 600 m	1,2 - 2,0
3	600 m - 800 m	2,0 - 3,2
4	800 m - 1000 m	3,2 - 4,8
5	> 1000 m	> 4,8

Korzystając z powyższej tabeli przyjmujemy odpowiednie współczynniki k_i dla kolejnych ścian i odpowiadających im głębokości.

Nazwa ściany	Głębokość Zalegania	współczynnik ki
B - 2	861 m	3,3
B - 5	857 m	3,3
B - 3	862 m	3,3

Wielkość wydatku powietrza obliczone ze względu na warunki temperaturowe kształtuje się na następującym poziomie :

Q_{3i =} k_i ⋅ T_ni [m­­^3­­/min]

Q₃=3,3 ⋅ 10600= 34980

∑Q₃^­­­= 34980 m­­^3­­/min

4. Określenie całkowitej ilości powietrza dla kopalni.

Q_Kop= Q_c= max (Q_i)

Z przeprowadzonych przeze mnie obliczeń wynika , że największym wydatkiem powietrza jaki trzeba zapewnić kopalni jest wartość :

Q_c­= Q₃= 34980 m­­^3­­/min

5. Określenie stężenia powietrza na poszczególnych ścianach.

1. Ze względu na prędkość przepływającego powietrza .

V= Q_śc / f ⋅ F [m­­³/s]

f - współczynnik zmniejszenia przekroju f = 0,85

F - przekrój wyrobiska , który obliczamy wg wzoru :

F_B-2= 0,5(3+3,5) ⋅ 3.00 = 9,75 m²

F_B-5= 0,5(3+3,5) ⋅ 2,90 = 9,42 m²

F_B-3= 0,5(3+3,5) ⋅ 2,30 = 7,47 m²

Prędkość powietrza przepływającego w poszczególnych ścianach będzie się kształtowała następująco:

V_B-2= 3276 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 9,75) = 6,59 m/s

V_B-5= 3958 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 9,42) = 8,24 m/s

V_B-3= 3366 / ( 0,85 ⋅ 60 ⋅ 7,47) = 8,84 m/s

Jak wynika z przeprowadzonych wyliczeń prędkość ta jest większa od prędkości normowej podawanej przez przepisy górnicze równej 5 m/s .

7. Sieć wentylacji.

Sieć wentylacji można zapisać na kilka sposobów , za pomocą schematu :

• poglądowego

• przestrzennego

• kanonicznego

• macierzowego

• ilościowego

• potencjalnego

• pożarowego

W wykonanym przeze mnie ćwiczeniu pierwszym etapem było sporządzenie schematu poglądowego kopalni , naniesienie na kartę trzech czynnych pod względem eksploatacji ścian, dla których w kolejnej części projektu byłoby rozwiązanie sieci wentylacyjnej . Każde z wyrobisk określono nazwą i podano jego położenie ( koty niwelacyjne ). Następnie wykonaliśmy schemat przestrzenny kopalni . Zasady kreślenia tego schematu są usytuowane w odpowiedniej normie .

1. Schemat przestrzenny - nie jest rysunkiem w skali . Rysuje się go w układzie O-X-Y-Z.

• O-X - obrazuje kierunek linii rozciągłości pokładu ( chodnik i przekopy po rozciągłości).

• O-Y - obrazuje kierunek linii prostopadłej do rozciągłości ( przecznice )

• O-Z - obrazuje kierunek linii pionowej do rozciągłości.

Przy jego wykreśleniu należało pamiętać o tym że :

• szyby i szybiki wykonujemy liniami pionowymi

• wyrobiska drążone w kamieniu czyli wyrobiska udostępniające nachylone pod kątem 30^o , lub jako wyrobiska poziome

• wyrobiska w kamieniu biegnące prostopadle do rozciągłości wykonuje się pod kątem 30^o

• wyrobiska biegnące równolegle do rozciągłości wykonujemy poziomo

• wyrobiska wykonane w pokładzie prostopadłe do rozciągłości wykonuje się pod kątem 60^o

• wyrobiska łączące różne poziomy wykonujemy pod kątem 45^o

Na schemacie przestrzennym wszystkim węzłom nadano numer , a ponadto uwzględniono kierunek przepływu powietrza .

2. Schemat kanoniczny

Kolejnym etapem było wykonanie schematu kanonicznego , czyli schematu usytuowania poszczególnych bocznic w sieci wentylacji , przy czym należy pamiętać , aby ilość bocznic i węzłów w schemacie kanonicznym jak i przestrzennym była jednakowa.

3. Schemat potencjalny.

Schemat ten jest niczym innym jak określeniem straty naporu jakie występują w poszczególnych bocznicach . Regulację sieci wentylacyjnej dokonuje się poprzez zastosowanie tam wentylacyjnych.

Ilość dróg niezależnych wyliczamy ze wzoru:

N= B - W + 1

gdzie :

B - ilość bocznic

W - ilość węzłów

Sumowanie strat naporu rozpoczynamy od drogi o najwyższym oporze i tak , dla tej drogi mamy :

H= (maxW_i)

W=suma(R_iQ_i² + r_iQ_i²)

W projekcie przyjmujemy, że H < 5000 Pa

H > 900 Pa

Na podstawie obliczeń dokonujemy doboru wentylatora do sieci wentylacyjnej , wykreślamy jego charakterystykę , a następnie określamy punkt pracy wentylatora .

Lp	Nazwa wyrobiska	Węzeł wlotowy	Węzeł wylotowy	Długość wyrobiska [m]	Rodzaj obudowy	Pole przekr. [m^2]	Opór wyrobiska [Ns^2/m^8]	Wydatek powietrza [m^3/s]	Prędkość powietrza [m/s]	Strata naporu [Nm/m^3]
1	Szyb Bogdanka	1	2	960	murowa	50,3	0,0086	337,71
2	Chodnik dojazdowy	2	7
3	Chodnik wentylacyjny	7	8
4	Chodnik taśmowy	8	9
5	Chodnik nadścianowy	9	10
6	Przecinka	10	11
7	Chodnik podścianowy	11	12
8	Chodnik polowy III	12	19
9	Chodnik transportowy	2	3
10	Chodnik odstawczy	3	13
11	Chodnik podścianowy	13	14
12	Przecinka	14	15
13	Chodnik nadścianowy	15	16
14	Chodnik podścianowy	4	5
15	Przecinka	5	6
16	Chodnik nadścianowy	6	17
17	Chodnik równoległy	17	18
18	Przekop wschodni	18	20
19	Przekop dojściowy	20	21
20	Szyb Nadrybie	21	22

6

---