Politechnika Wrocławska Wrocław 30.05.2000

Wydział Górniczy

Sem. VIII ; EOiP

Wyznaczenie rozpływu wymuszonego

w pasywnych sieciahc wnetylacyjnych

metodą sałustowicza

Wykonał:

Pukacz Dariusz

1. Wyznaczenie strumieni objętości powietrza niezbędnego do przewietrzenia rejonu wentylacyjnego lub komory funkcyjnej.

1. ze względu na wydobycie:

[m³/s]

gdzie: W - wydobycie dobowe pochodzące z danego rejonu, Mg/dobę

k_w - współczynnik określający najmniejszy strumień powietrza, przypadający na tonę średniego wydobycia;

Rejon	W	H	kw	Vw
1	850	680	0,012	10,20
2	900	680	0,012	10,80
3	1220	730	0,007	8,54
4	1460	730	0,007	10,22
5	480	730	0,018	8,64
6	550	780	0,012	6,60
7	1600	780	0,007	11,20

2. ze względu na zagrożenie metanowe

gdzie :

b - średnia gazowość względna wyrobiska górniczego określona z prognozy [m³]

δ - współczynnik nierównomierności wydzielania gazu

m._g - dopuszczalne, graniczne sężenie gazu w prądzie wylotowym [%]

W - wydobycie oddziałowe; [Mg/d]

Rejon	Kategoria zagrożenia metanowego	b [m3/Mg]	W [Mg/d]	δ [%]	mg [%]	Vm [m3/s]
1	III	6	850	1,0	0,8	5,9
2	III	6	900			6,2
3	II	3,5	1220				4,9
4	II	3,5	1460			1,0	5,9
5	II	3,5	480				1,9
6	III	6	550				3,8
7	IV	10	1600				18,5

3. ze względu na MW

[m³/s]

gdzie: M_MW - masa odpalanego MW kg

M_MW = k_MW ⋅ W; k_MW = 0,15

k - współczynnik ucieczek powietrza (k=1)

m - procentowy rozchód MW w okresie najintensywniejszego strzelania (m.=0,5)

b - ilość gazów toksycznych wytwarzanych przez MW (b= 100 l/kg)

τ - czas przewietrzania przodka po robotach strzelniczych (τ=15min)

Rejon	W	MMW	VMW
1	850	127,5	21,25
2	900	135,0	22,50
3	1220	183,0	30,50
4	1460	219,0	36,50
5	480	72,0	12,00
6	550	82,5	13,75
7	1600	240,0	40,00

Rejon	Vw	Vm	VMW	Vmax
1	10,20	5,9	21,25	21,25
2	10,80	6,2	22,50	22,50
3	8,54	4,9	30,50	30,50
4	10,22	5,9	36,50	36,50
5	8,64	1,9	12,00	12,00
6	6,60	3,8	13,75	13,75
7	11,20	18,5	40,00	40,00
				176,50

Sumaryczny strumień powietrza niezbędny do przewietrzania wszystkich rejonów kopalni wynosi:

m³/s

4. strumienie objętości powietrza w komorach

Wstępne określenie strumienia objętości powietrza:

gdzie: A - pole powierzchni przekroju poprzecznego komory [m²]

Strumień objętości powietrza ze względu na pięciokrotną wymianę powietrza w ciągu godziny:

gdzie: V - objętość komory m³,

Komora	A	Długość	V	V1	V2	Vmax
KP	20	40	800	4,02	1,11	4,02
KMW	10	30	300	2,85	0,42	2,85
ZAJEZDNIA	15	60	900	3,49	1,25	3,49
						10,36

Ilość powietrza dopływająca do kopalni wynosi:

k_ri - liczba ujmująca straty powietrza w i-tym rejonie wentylacyjnym

k_ri = 1,2 dla eksploatacji systemem ścianowym z zawałem stropu lub podsadzką hydrauliczną

k_g - liczba ujmująca straty powietrza w grupowych drogach powietrza świeżego

k_g = k_p + k_o + k_s + 1

k_o - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od liczby projektowanych poziomów wydobywczych

(k_o = 0,2) liczba rejonów od 5-10

k_p - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od liczby projektowanych poziomów wydobywczych

(k_p = 0,15) poziomy wydobywcze

k_s - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od rozmieszczenia szybów wdechowych i wydechowych

(k_s = 0,15) - przy mieszanym rozmieszczeniu szybów

k_g = 0,15 + 0,2 + 0,15 + 1 = 1,5

V_cs = (176,50⋅ 1,2 + 10,36) ⋅ 1,5

V_cs = 333,24 m³/s

5. straty wewnętrzne

Straty wewnętrzne obliczono korzystając z następującego wzoru:

Straty grupowe i rejonowe są znajdują się na załączonym rysunku

6. straty zewnętrzne

straty zewnętrzne - 15 [%]

2. Wyznaczenie objętości powietrza i oporów we wszystkich bocznicach sieci.

Opór 100 - metrowego odcinka szybów o przekroju kołowym w obudowie murowej lub betonowej z pełnym wyposażeniem obliczono ze wzoru:

Opór 100 - metrowego dla wyrobisk korytarzowych w obudowie ŁP obliczono ze wzoru:

Opór 100 - metrowego dla wyrobisk komorowych w obudowie murowej lub betonowej obliczono ze wzoru:

Opór 100 - metrowego odcinka dla ścian zmechanizowanych z obudową stalowo-czołową obliczono ze wzoru:

Opór w poszczególnych bocznicach wyznaczono na podstawie wzoru:

Nr bocznicy	Nazwa wyrob.	L	Rodzaj obudowy	A	100rf	Rf	V ze stratami	w	Rf
		[m]		[m^2]	[Ns^2/m^9]	[Ns^2/m^8]	[m^3/s]	[m/s]	[Ns^2/m^8]
1-2	szyb wd.	780	murowa	19,6	0,0217	0,1696	134,70	6,86	0,1696
2-3	w. korytarz.	200	łp12	22,0	0,0014	0,0027	114,55	5,21	0,0027
2-16	wyrobisko	1200	zmech.	24,0	0,0581	0,6970	20,16	0,84	0,6970
3-4	w. korytarz.	300	łp13	24,0	0,0011	0,0033	102,67	4,28	0,0033
3-15	wyrobisko	1000	zmech.	24,0	0,0581	0,5808	11,88	0,50	0,5808
4-5	w. korytarz.	100	łp12	22,0	0,0014	0,0014	10,31	0,47	0,0014
5-a	w. korytarz.	300	łp13	24,0	0,0011	0,0033	5,72	0,24
a	KMW	30	murowa	10,0	0,0062	0,0019	5,72	0,57	0,0085
a-6	w. korytarz.	300	łp13	24,0	0,0011	0,0033	5,72	0,24
5-b	w. korytarz.	200	łp13	24,0	0,0011	0,0022	7,46	0,31
b	KP	40	murowa	20,0	0,0013	0,0005	7,46	0,37	0,0071
b-6	w. korytarz.	400	łp13	24,0	0,0011	0,0044	7,46	0,31
6-14	w. korytarz.	700	łp12	22,0	0,0014	0,0096	10,31	0,47	0,0096
4-7	w. korytarz.	900	łp12	22,0	0,0014	0,0123	92,36	4,20	0,0123
7-8	w. korytarz.	200	łp12	22,0	0,0014	0,0027	54,56	2,48	0,0027
8-a	w. korytarz.	400	łp13	24,0	0,0011	0,0044	5,24	0,22
a	ZAJ	60	murowa	15,0	0,0025	0,0015	5,24	0,35	0,0103
a-17	w. korytarz.	400	łp13	24,0	0,0011	0,0044	5,24	0,22
8-9	w. korytarz.	200	łp12	22,0	0,0014	0,0027	49,32	2,24	0,0027
9-10	w. korytarz.	400	łp12	22,0	0,0014	0,0055	33,95	1,54	0,0055
10-a-12	wyrobisko	700	zmech.	24,0	0,0581	0,4066	23,73	0,99	0,4066
10-b-12	wyrobisko	700	zmech.	24,0	0,0581	0,4066	25,31	1,05	0,4066
12-13	w. korytarz.	400	łp12	22,0	0,0014	0,0055	32,95	1,50	0,0055
9-13	wyrobisko	800	zmech.	24,0	0,0581	0,4647	15,37	0,64	0,4647
13-14	w. korytarz.	300	łp12	22,0	0,0014	0,0041	49,32	2,24	0,0041
14-15	w. korytarz.	400	łp12	22,0	0,0014	0,0055	59,63	2,71	0,0055
15-16	w. korytarz.	500	łp12	22,0	0,0014	0,0068	71,51	0,32	0,0068
16-17	w. korytarz.	650	łp12	22,0	0,0014	0,0089	91,67	4,17	0,0089
7-11	w. korytarz.	500	łp12	22,0	0,0014	0,0068	37,80	1,72	0,0068
11-a-18	wyrobisko	500	zmech.	24,0	0,0581	0,2904	27,60	1,15	0,2904
11-b-18	wyrobisko	500	zmech.	24,0	0,0581	0,2904	27,00	1,13	0,2904
18-19	w. korytarz.	600	łp12	22,0	0,0014	0,0082	37,80	1,72	0,0082
17-19	w. korytarz.	100	łp12	22,0	0,0014	0,0014	96,91	4,41	0,0014
19-20	Szyb wyd.	680	murowa	15,0	0,000024	0,000161	134,70	8,98	0,000161
20-21	kanał went	20	murowa	10,0	0,000310	0,000062	23,77	2,38	0,000062
20-22	Szyb wyd.	30	murowa	15,0	0,000024	0,000007	158,47	10,56	0,000007

3. wyznaczenie niezależnych zewnętrznych oczek sieci. dyssypacja energii w bocznicach oraz dyssypacji w poszczególnych oczkach.

OCZKO I	1-2-16-17-19-20-22
OCZKO II	1-2-3-15-16-17-19-20-22
OCZKO III	1-2-3-4-5-a-6-14-15-16-17-19-20-22
OCZKO IV	1-2-3-4-5-b-6-14-15-16-17-19-20-22
OCZKO V	1-2-3-4-7-8-9-10-a-12-13-14-15-16-17-19-20-22
OCZKO VI	1-2-3-4-7-8-9-10-b-12-13-14-15-16-17-19-20-22
OCZKO VII	1-2-3-4-7-8-9-13-14-15-16-17-19-20-22
OCZKO VIII	1-2-3-4-7-8-17-19-20-22
OCZKO IX	1-2-3-4-7-11-a-18-19-20-22
OCZKO X	1-2-3-4-7-11-b-18-19-20-22

[J/m^3]	W - 1
lf max	3696,31
lf min	3277,87
lf śr	34870,9
lf poś	3489,81

4. regulacja metodą sałustowicza.

• Regulacja dodatnia

;

gdzie: l_m - dyssypacja energii w tamie

l_tg - spiętrzenie wentylatora głównego

l_f - dyssypacja energii w oczku

R_m - opór tamy

- strumień powietrza w bocznicy

R_f - opór powietrza w bocznicy

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Nr wentylatora					W-1
ltg [Pa] spiętrz wentylatora głównego				3696,31
lm [J/m^3] dyssypacji energii w tamie	244,8	375,07	401,3	401,2	31,5	0,0	162,9	418,4	197,0	206,5
Rm [Ns^2/m^8] opór tamy	0,6	2,6576	12,2643	7,2082	0,0559	0,0000	0,6898	15,2395	0,3	0,2833
V [m^3/s]	20,16	11,88	5,72	7,46	23,73	25,31	15,37	5,24	27,6	27

• Regulacja ujemna

gdzie: l_tp - spiętrzenie wentylatora pomocniczego

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Nr wentylatora					W-1
ltg [Pa] spiętrz wentylatora głównego				3277,87
ltp [Pa] spiętrz wentylatora pomocniczego	173,7	43,4	17,2	17,3	386,9	418,4	255,5	0,0	221,5	211,9
Wydajność wentylatora pomocniczego V	20,16	11,88	5,72	7,46	23,73	25,31	15,37	-	27,60	27,00

• Regulacja mieszana

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Nr wentylatora					W-1
ltg [Pa] spiętrz wentylatora głównego				3489,81
ltp [Pa] spiętrz went. pomocniczego	-	-	-	-	175,0	206,5	43,6	-	9,5	0,0
Wydajność wentylatora pomocniczego V	-	-	-	-	23,73	25,31	15,37	-	27,60	0,0
Rm [Ns^2/m^8] opór tamy	0,1	1,2	6,0	3,5	-	-	-	7,7	-	0,0
lm [J/m^3] dysyp. energii w tamie	38,3	168,6	194,8	194,7	-	-	-	211,9	-	0,0
V [m^3/s]	20,16	11,88	5,72	7,46	23,73	25,31	15,37	5,24	27,60	27,00

5. Wyznaczenie potecjału oraz schematu potencjalnego wraz z jego analizą dla regulacji dodatniej.

Dla tamy :

Dla wentylatora :

Potencjał :

gdzie:

l_f - dyssypacja w bocznicy

l_m - dyssypacja na tamie

l_tp - spiętrzenie wentylatora pomocniczego

- spadek potencjału w bocznicy

- potencjał na dopływie do bocznicy

- potencjał na wypływie z bocznicy

Dla regulacji dodatniej:

Bocznica	lf [J/m^3]	lm [J/m^3]	δ [J/m^3]	Węzeł	 [J/m^3]
				1	0
1-2	3077,47		3077,47	2	-3077,47
2-3	35,95		35,952	3	-3113,43
2-16	283,28	244,75	528,029	16	-3605,50
3-4	34,85		34,853	4	-3148,28
3-15	81,97	375,07	457,05	15	-3570,48
4-5	0,15		0,146	5	-3148,43
5-a-6	0,28	375,07	375,352	6	-3523,78
5-b-6	0,40	401,27	401,67	6	-3523,78
6-14	1,02		1,019	14	-3550,99
4-7	105,18		105,175	7	-3253,46
7-8	8,16		8,156	8	-3261,61
8-a-17	0,28	162,95	163,231	17	-3680,33
8-9	6,66		6,665	9	-3268,28
9-10	6,32		6,316	10	-3274,59
10-a-12	228,95	31,50	260,453	12	-3535,05
10-b-12	260,45	0,00	260,453	12	-3535,05
12-13	5,95		5,949	13	-3540,99
9-13	109,77	162,95	272,719	13	-3540,99
13-14	9,997		9,997	14	-3550,99
14-15	19,48		19,485	15	-3570,48
15-16	35,03		35,027	16	-3605,50
16-17	74,83		74,829	17	-3680,33
7-11	9,79		9,787	11	-3263,24
11-a-18	221,23	196,99	418,212	18	-3681,45
11-b-18	211,71	206,50	418,212	18	-3681,45
18-19	11,74		11,745	19	-3693,199
17-19	12,87		12,866	19	-3693,199
19-20	2,93		2,928	20	-3696,127
20-22	0,18		0,179	22	-3696,306

6. Dobór stacji wentylatorów głównych dla najtrudniejszego oczka krytycznego.

WARIANT DYSSYPACYJNY

Δ_pc = 3696,31 [Pa]

_W-1 = 158,47[m³/s]

• Konieczna moc użyteczna

585,75 [kW]

• Opór kopalni

0,15 [Ns²/m⁸]

• Otwór równoznaczny

A_e = 3,10 [m²]

Wstępnie dobieram wentylator typu WPG-280/1,4.

Warunki stabilności:

• warunek kumulacyjny

3696,31 [N/m²]
= 4410,0 [N/m²]

• warunek dyssypacyjny

0,18 [Ns²/m⁸]

K = 1,2

0,15
0,15

• warunek ekonomiczności:

85 [%]
70,4 [%]

Wszystkie warunki są spełnione.

7. Analiza bezpieczeństwa sieci wentylacyjnej.

• Stabilność kierunków przepływu.

Przez stabilność kierunku przepływu powietrza rozumiemy zdolność do utrzymania istniejącego kierunku przy zaistnieniu stosunkowo małych zaburzeń. Obliczyć ją można ze wzoru:

gdzie: l_fλβ - dyssypacja energii w bocznicy β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m.³

l_fλ - suma dyssypacji energii we wszystkich bocznicach β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m.³

Przyjmuje się, że przy
stabilność jest zadowalająca. Ponieważ w moim przypadku stabilność jest zachwiana, jej wartości można zwiększyć przez zmniejszenie oporów głównych prądów powietrza i przez zwiększenie rejonów wentylacyjnych.

• Racjonalność systemów przewietrzania.

Racjonalność możemy wyznaczyć wg. wzoru:

gdzie: l_fλβ - dyssypacja energii w bocznicy β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

l_fλ - suma dyssypacji energii we wszystkich bocznicach β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

Jeżeli
system przyjmuje się za racjonalny, a oznacza to, że 20% rozporządzalnego spiętrzenia idzie na pokonanie oporu ruchu w prądzie rejonowym. Polepszenie warunków możemy uzyskać zwiększając liczbę rejonów.

• Możliwość zaburzeń kierunków prądów powietrznych w razie pożaru podziemnego.

l_f  dyssypacja energii w bocznicy β sieci, J/m³

- strumień objętości powietrza w obranym przekroju tej bocznicy, m³/s

Przy ocenie określanego prądu powietrznego korzysta się z klasyfikacji opartej na następujacych kryteriach:

• bardzo mocny prąd, gdy N_f ≥ 6000 W

• mocny prąd, gdy 1200 W ≤ N_f < 6000 W

• średni prąd, gdy 240 W ≤ N_f < 1200 W

• słaby prąd, gdy 50 W ≤ N_f < 240 W

• bardzo słaby prąd, gdy 0 < N_f < 50 W

Bocznica	Nf	Klasyfikacja
	[W]	[rodzaj prądu]
1-2	414535,2	Bardzo mocny
2-3	4118,1	Mocny
2-16	5710,9	Mocny
3-4	3578,0	Mocny
3-15	973,8	Średni
4-5	1,54	Bardzo słaby
5-a-6	1,6	Bardzo słaby
5-b-6	3,0	Bardzo słaby
6-14	10,51	Bardzo słaby
4-7	9714,4	Bardzo mocny
7-8	445,2	Średni
8-a-17	1,46	Bardzo słaby
8-9	328,47	Średni
9-10	214,56	Słaby
10-a-12	5432,9	Mocny
10-b-12	6591,9	Bardzo mocny
12-13	195,7	Słaby
9-13	1687,2	Mocny
13-14	493,2	Średni
14-15	1161,6	Średni
15-16	2505,0	Mocny
16-17	6859,6	Bardzo mocny
7-11	370,1	Średni
11-a-18	6105,1	Bardzo mocny
11-b-18	5715,9	Mocny
18-19	443,7	Średni
17-19	1247,1	Mocny
19-20	394,7	Średni
20-22	28,52	Bardzo słaby

---