Dyssypacja energii w bocznicy sieci projektowanej: Podczas przepływu jednostkowa praca tarcia dlf jest wyrażona równaniem Darcyego : dlf = λf *(w² / 2) * ds/De; λf - liczba oporu bocznicy sieci wentylacyjnej, De - średnica równoważna bocznicy sieci , po wstawieniu w = V /A i De = 4* A / B do równania otrzymujemy: dlf = (λf / 8) * (B / A³ ) * V² ds Po wstawieniu zależności dlfv = ρn * dlf otrzymujemy dlfν = (λf * ρn / 8) * (B / A³ ) * V² ds , gdzie (λf * ρn / 8) = α f - współczynnik oporu właściwego, jednostkowy opór właściwy r f = α f * B / A³ ; po podstawieniu lfv = r f * ( sw - sd) * V ; Między jednostkowym oporem właściwym bocznicy r f a oporem właściwym tej bocznicy zachodzi zależność: R f = r f (sw - sd); gdzie (sw - sd) - długość wyrobiska; Stąd otrzymujemy wzór na dyssypację energii lfν nadający się do stosowania w kopalni projektowanej: lfν = R * V² związek miedzy lfν i lf v ; lf v = ρm / ρn * lfν ; na podstawie powyższych wzorów otrzymujemy lf v = ρm / ρn * Rf * V ² ; V = ρn / ρm *Vn (zasada ciągłości strumienia masy powietrza) lf v = (ρn / ρm) * Rf * Vn² ; wielkość Rf n = (ρn / ρm) * Rf nazywamy oporem normalnym bocznicy sieci wentylacyjnej . lf v = Rf n * Vn² -dyssypacja energii w bocznicy projektowanej. Opór właściwy wyrobiska R f = α f *BL / A³ lub R f = (λf * ρn / 8) * (B / A³ ) * (sw - sd) ; opór bocznicy sieci korzystając z oporu stumetrowego odcinka R f = 100 r f * (sw - sd)/100 ; [ r f ] = Ns ² / m9 ; związek między λf a α f : λf = 8 * α f / ρn.

12. Praca techniczna wentylatora : Rozważamy wentylator jako maszynę roboczą którą określamy równaniem różniczkowym: ltν δn (s - st ) = ρn [ d(w²) / ds + 1/ ρm * (dp / ds.)+ g dz / ds] gdzie ltν = ρn lt ; s , st - współrzędne bieżąca i wentylatora ; ρ (s - st) - funkcja delta Diraca; całkując równanie wzdłuż drogi s od przekroju dopływu do przekroju wypływu otrzymujemy wzór na pracę techniczną przypadającą na 1 m³ czynnika termodynamicznego o gęstości normalnej ρn; ltν = [(ww² - wd²)/2 + 1 / ρm (pw - pd) +g (zwn - zd)]; zw, zd - wysokości niwelacyjne na wypływie i na dopływie, ρm - średnia gęstość powietrza, ρn - średnia gęstość w warunkach normalnych, Jeśli rozpatrujemy wentylator kopalniany przy założeniu wd = ww, zd = aw i ρn = ρm. to wielkość Δp nazywamy spiętrzeniem statycznym wentylatora statycznym wentylatora: Δp = ltν = pw - pd ; pw - ciśnienie pow. w miejscu dopływu, pd - ciśnienie powietrza w miejscu wypływu, ww, wd - prędkości prędkość na wypływie i dopływie, Spiętrzenie całkowite wentylatora: : Δpc =(pw+(w²w/2)* ρn) - (pd + w²d/2 * ρn); Spiętrzenie całkowitej energii wentylatora: ltν = Δpc + ρn( zw-zd); Między pracą techniczną przypadającą na 1 m³ powietrza o gęstości ρm a pracą techniczną przypadającą na 1 m³ powietrza o gęstości ρn zachodzi związek: ltv=ρm/ρn*ltν [ J/m³]

13.Depresja naturalna - jest to taka wielkość spiętrzenia wentylatora, przy której przepływa przez dany przewód ta sama ilość powietrza, jak i pod wpływem czynników naturalnych. Czynniki wpływające na wielkość depresji naturalnej:

Temperatura powietrza - proces wymiany ciepła pomiędzy przepływającym powietrzem a stałymi. Istotny wpływ na wielkość depresji naturalnej ma temperatura powietrza na powierzchni.

Ciśnienie powietrza - ciśnienie powietrza wpływa na zmiany jego ciężaru właściwego, a tym samym na wielkość depresji naturalnej.

Głębokość kopalni - zależność depresji naturalnej od głębokości jest eksponencjonalna.

Skład powietrza - chemiczny skład powietrza kopalnianego może w pewnym stopniu wpłynąć na jego ciężar właściwy. Wzrost zawartości gazów lekkich i par wody zmniejsza ciężar właściwy powietrza.

Praca wentylatora - praca wentylatora tylko nieznacznie wpływa (do 10%), zmiana ciśnienia atmosferycznego w kopalni i w związku z tym zmienia się ciężar właściwy powietrza.

Połączenie szeregowe i równoległe bocznic sieci

połączenie szeregowe: opór wypadkowy R = Σ R_i ⇒ ( RV² = R₁V₁²+ R₂V₂²+ R₃V₃²) ; strumienie objętości powietrza V = V₁ = V₂ = V₃ ; dysypacja energii l_fv =l_fv1 + l_fv2 + l_fv3 ⇒ l_fv1 = R₁V₁² ; l_fv2 = R₂V₂² ; l_fv3 = R₃V₃² ⇒ l_fv =Σl_fvi dysypacja energii całkowita jest równa sumie dysypacji poszczególnych bocznic

połączenie równoległe: V = Σ V_i ⇒ ( V₁+ V₂+ V₃) strumień objętości powietrza jest równy sumie poszczególnych strumieni ; Ae - otwór równoznaczny sieci wentylacyjnej jest to takiej wielkości okrągły otwór w cienkiej ściance, przez który przy danym spiętrzeniu wentylatora (dysypacja energii) przepływa taki sam strumień objętości powietrza jak przez daną sieć wentylacyjną Ae = 1,19 V/pier. l_fv [m².] dla danej bocznicy ; A_e > 2 m² - sieć wentylacyjna jest szeroka, kopalnia jest łatwa do przewietrzania, Ae = 1-2 [m².] -sieć wentylacyjna kopalni jest średnia, Ae < 1 [m².] - sieć wentylacyjna kopalni jest wąska

Wypadkowy otwór równoznaczny dla połączenia równoległego jest równy sumie otworów równoznacznych poszczególnych bocznic Ae = Σ Ae_i ; Opór połączenia równoległego V = pier l_fv /R , pier l_fv /pierR = Σ pier l_fvi /pierR _i ⇒ 1 /pierR = Σ 1 /pierR _i⇒ R =Σ1 /pier R _i Zależność między otworem równoznacznym a oporem Ae²R = 0,144 g _n ; g _n = 9,80665

Dyssypacja energii w połączeniu równoległym l_fv =l_fv1 = l_fv2 = l_fv3

Warunek stabilizacji pracy wentylatora głównego: Δp_{c pracy} < 0,9 Δp_{c max}

Warunek ekonomiczności wentylator pracuje ze sprawnością min 0,8 η_max , przy η _max >70%

Podział wentylatorów ze względu na sposób pracy: ssący, tłoczący, ssąco-tłoczący

Podział wentylatorów ze względu na wytwarzane spiętzenie: niskoprężne do 1000Pa, wysokoprężne pow 3000 Pa, średnioprężne

Podział wentylatorów ze względu na ich przeznaczenie: główne, pomocnicze, lutniowe

Podział wentylatorów ze względu na wydajność: małe do 30 m³/s, średnie 30 - 100 m³/s, duże pow 100 m³/s

Równanie przepływu powietrza w bocznicy sieci

Równanie określające jednowymiarowy ustalony przepływ powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej może być wyprowadzone na podstawie bilansu energii zestawionego dla odcinka bocznicy ograniczonego dwoma nieskończenie blisko siebie położonymi przekrojami A i A+dA.rys.

Przyjmujemy, że entalpia właściwa czynnika w przekroju A wynosi i, jego prędkość średnia w, środek pola A leży na wysokości z. W przekroju sąsiednim (A+dA) oddalonym o element drogi ds. odnośne wielkości wynoszą:(i+di),(w+dw) oraz(z+dz). Do masy powietrza zawartej między przekrojami I i II dopływa ciepło dq, o którye uboższe są źródła zewnętrzne. Natomiast powietrze zawarte między wymienionymi przekrojami nie wykonuje żadnej pracy zewnętrznej. Zestawiając bilans energii układu, objętego osłoną diabatyczną ograniczamy się do czsu Δτ potrzebnego na to, aby jednostka masy powietrza 1 kg minęła przekrój I, a nast. przek. II. Opierając się na pierwszej zasadzie termodynamiki otrzymujemy: e_rd+dq=e_rw=e_rd+de_roku, skąd po uwzględnieniu zależności e_r=h+w²/2+gz wynika równość:dq+h+w²/2+gz=h+dh+(w+dw)²/2+g(z+dz).

Przyjmując, że dw²=0 oraz upraszczając równanie otrzymujemy zależność: dq=dh+1/2d(w²)+gz. Ponieważ na podst. Wzorów dq+dqf=dqc i dqc=dh-vdp mamy:dq-dh=-vdp-dqf, wobec tego otrzymujemy:1/2d(w²)+vdp+gdz+dqf=0. Uwzględniając związek dlf=dqf uzyskujemy następujące równanie różniczkowe:
.

Jest to równanie ruchu gazów rzeczywistych w szczelnych przewodach, w których nie występują opory lokalne i źródła energii. Jeśli w przewodzie występuje opór miejscowy oraz źródło energii mechanicznej, to równanie ruch przyjmuje postać:

, gdzie δ - dystrybucje delta Diraca, s, sm i st - współrzędne:bieżąca, oporu miejscowego i wentylatora. Równanie ruchu w szczelnym przewodzie, w którym występuje opór miejscowy oraz źródło energii mechanicznej, w przypadku przepływu nieustalonego ma postać:

8. Dyssypacja energii w istniejącej bocznicy sieci

Z równania ruch gazów można wyprowadzić równanie różniczkowe charakteryzujące przepływ powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej w następującej postaci: dl_fv/ ds.=-ρ_n[1/2d(w²)/ds.+1/ρ_mdp/ ds.+gdz/ ds.]

Gdzie l_fv- dyssypacja energii (praca tarcia)przypadająca na 1 m³ powietrza o gęstości ρ_n=1.20kg/m³, przy czym dl_fv=ρ_ndl_f oraz l_fv=ρ_nl_f, ρ_m- gęstość średnia masy powietrza w bocznicy sieci(kg/m³). Całkując to równanie wzdłuż zmiennej s od przekroju dopływu d od przekroju wypływu w , otrzymujemy wzór przybliżony określający dyssypację energii mechanicznej l_fv w bocznicy sieci przypadającą na 1 m³ powietrza o gęstości ρ_n: l_fv=-ρ_n[0,5*(w_w²-w_d²)+1/ρ_m(p._w-p._d)+g(z_w-z_d)], gdzie pd, pw - ciśnienie (statyczne, bezwzględne) w przekroju dopływu d i przekroju wypływu w; wd, ww- średnie prędkości w tych przekrojach; zd,zw-wysokości środków tych przekrojów; ρm -średnia gęstość masy powietrza dana wzorem: ρ_m=(ρ_d+ρ_w)/2.

9.10.opór bocznicy sieci i dyssypacja energii w bocznicy projektowanej

Jeśli w bocznicy sieci wentylacyjnej występuje ustalony stan dynamiczny i termiczny, to prędkość średnia powietrza w dowolnie obranym przekroju poprzecznym tej bocznicy jest wielkością niezmienną, niezależną od czasu (w_m=w=idem), przepływ burzliwy uważa się za ustalony. W wyrobisku górniczym główną składową oporu przepływu powietrza jest tarcie powietrza o ściany tego wyrobiska. Chropowatość ścian wyrobiska górniczego wpływa w sposób zasadniczy na wartość oporu tarcia. Jeśli chropowatość ścian jest większa od grubości warstwy przyściennej, to następuje wzrost tarcia cząstek powietrza o ściany wyrobiska i zwichrzenie zewnętrznych linii prądu powietrza. Podczas tego przepływu jednostkowa praca tarcia dl_f jest wyrażona równaniem Darcy'ego - Weisbacha: dl_f=λ_f*w²/2*ds./D_e, w którym λ_f- liczba oporu bocznicy sieci wentylacyjnej; D_e- średnica równoważna sieci :D_e=4*A/B (a - pole przekroju poprzecznego, B- obwód tego przekroju); w - jest równe w=V/A. Otrzymujemy równanie: dl_f=λ_f/8*B/A³*V²ds., z którego wynika: dl_fv=λ_fρ_n/8*B/A³*V²ds.Wielkość zdefiniowaną wzorem α_f=λ_fρ_n/8 nazywamy współczynnikiem oporu właściwego α[N*s²/m⁴=kg/m³]. Jednostkowy opór właściwy dany jest wzorami: r_f= α_f*B/A³ lub r_f=λ_f*ρ_n/8*B/A³. Ze skojarzenia wzorów wynika równanie: dl_fv= r_fV²ds., z którego otrzymujemy wzór l_fv=r_fLV², w którym L=sw-sd ozn. Długość wyrobiska. Między jednostkowym oporem właściwym bocznicy roku_f a oporem właściwym tej bocznicy zachodzi zależność: R_f=r_fL. Otrzymujemy wzór określający dyssypacje energii l_fv nadający się do stosowania przy projektowaniu przewietrzania kopalń: l_fv=R_f*V². Ponieważ l_fv= (ρ_m/ρ_n)*l_fv, wobec tego otrzymujemy l_fv=(ρ_m/ρ_n)*R_f*V², przy czym uwzględniając zasadę ciągłości strumienia masy powietrza w szczelnym przewodzie, z której wynika wzór:V=(ρ_n/ρ_m)*V_n, otrzymujemy: l_fv=(ρ_n/ρ_m)*R_f*V_n². Wielkość zdefiniowana przez wzór R_fn=(ρ_n/ρ_m)*R_f jest nazywana oporem normalnym bocznicy sieci wentylacyjnej.

7. Równanie przepływu powietrza w bocznicy sieci

Równanie określające jednowymiarowy ustalony przepływ powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej może być wyprowadzone na podstawie bilansu energii zestawionego dla odcinka bocznicy ograniczonego dwoma nieskończenie blisko siebie położonymi przekrojami A i A+dA.rys.

Przyjmujemy, że entalpia właściwa czynnika w przekroju A wynosi i, jego prędkość średnia w, środek pola A leży na wysokości z. W przekroju sąsiednim (A+dA) oddalonym o element drogi ds. odnośne wielkości wynoszą:(i+di),(w+dw) oraz(z+dz). Do masy powietrza zawartej między przekrojami I i II dopływa ciepło dq, o którye uboższe są źródła zewnętrzne. Natomiast powietrze zawarte między wymienionymi przekrojami nie wykonuje żadnej pracy zewnętrznej. Zestawiając bilans energii układu, objętego osłoną diabatyczną ograniczamy się do czsu Δτ potrzebnego na to, aby jednostka masy powietrza 1 kg minęła przekrój I, a nast. przek. II. Opierając się na pierwszej zasadzie termodynamiki otrzymujemy: e_rd+dq=e_rw=e_rd+de_roku, skąd po uwzględnieniu zależności e_r=h+w²/2+gz wynika równość:dq+h+w²/2+gz=h+dh+(w+dw)²/2+g(z+dz).

Przyjmując, że dw²=0 oraz upraszczając równanie otrzymujemy zależność: dq=dh+1/2d(w²)+gz. Ponieważ na podst. Wzorów dq+dqf=dqc i dqc=dh-vdp mamy:dq-dh=-vdp-dqf, wobec tego otrzymujemy:1/2d(w²)+vdp+gdz+dqf=0. Uwzględniając związek dlf=dqf uzyskujemy następujące równanie różniczkowe:
.

Jest to równanie ruchu gazów rzeczywistych w szczelnych przewodach, w których nie występują opory lokalne i źródła energii. Jeśli w przewodzie występuje opór miejscowy oraz źródło energii mechanicznej, to równanie ruch przyjmuje postać:

, gdzie δ - dystrybucje delta Diraca, s, sm i st - współrzędne:bieżąca, oporu miejscowego i wentylatora. Równanie ruchu w szczelnym przewodzie, w którym występuje opór miejscowy oraz źródło energii mechanicznej, w przypadku przepływu nieustalonego ma postać:

11.Dyssypacja energii w oporze miejscowym.

W kopalni projektowanej pracę tarcia l_mv czyli dyssypację energii w oporze miejscowym przypadającą na 1m³ powietrza o gęstości ρ_n można wyznaczyć z relacji:
w której:

ζ - liczba oporu miejscowego (wspł. strat lokalnych), wyznaczona doświadczalnie dla odpowiedniego oporu miejscowego.

W_dw - prędkość średnia powietrza w przekroju dopływu d bądź wypływu w oporu miejscowego.

Wyżej wymieniony wzór jest równoważny następującej zależności:

gdzie:

A_d(w) - pole przekroju dopływu lub przekroju wypływu oporu miejscowego

V²_d(w) - strumień objętości powietrza w wymienionych przekrojach. Korzystając z zależności
można wyznaczyć dyssypację energii w oporze miejscowym przypadającą na 1 m³ powietrza o gęstości ρ_m.

Otrzymujemy więc następujący wzór określający właściwy opór miejscowy:

korzystając ze wzoru
i podstawiając odpowiednio R_mν i R_mn uzyskujemy zalezność:

umożliwiającą wyznaczenie normalnego oporu mejscowego. [kg/m⁷]

Miejscowy opór aerodynamiczny określa się wzorem:
; w którym ρ jest gęstością masy powietrza w przekroju o polu A. Dyssypację energii w miejscowym oporze aerodynamicznym określa wzór:
; gdzie m. oznacza masę strumienia powietrza w oporze miejscowym w przekroju o polu A. [Rm]=[1/(kg*m.)].

12.Praca techniczna wentylatora.

Rozważając pracę maszyny roboczej (np. wentylatora kopalnianego), do której odnosimy równanie różniczkowe

przyjmuje się:
oraz

l_mδ(s-s_m.)=0. Wobec powyższego założenia różniczka przyjmuje postać:

gdzie:

całkując równanie wzdłuż drogi s od przekroju dopływu do przekroju wypływu:

związek ten określa doprowadzoną pracę techniczną, przypadającą na 1m³ czynnika termodynamicznego (np. powietrza) o gęstości normalnej ρ_n. Jeśli założymy, że w_d=w_w i z_d=z_w to wielkość Δp=l_tν definiowaną jako Δp=p_w-p_d nazywa się spiętrzeniem statycznym wentylatora.

Wielkość Δp_cν=l_tν definiowaną wzorem:

nazywamy spiętrzeniem wentylatora.

;

jest to spiętrzenie całkowite wentylatora

Miedzy pracą techniczną przypadającą na 1m³ powietrza o gęstości ρ_n zachodzi związek:
. Wobec tego powyższe wzory w odniesieniu do powietrza o gęstości ρ_m.≠ρ_n można napisać w postaci:

ρ_m.=(ρ_d+ρ_w)/2

;

Według norm całkowite spiętrzenie wentylatora wynosi:

; gdzie:

Δp - różnica ciśnień statycznych między przekrojami krańcowymi d i w wentylatora

Δp_d - przyrost ciśnienia dynamicznego między tymi przekrojami

l_m.(d-w) - sumaryczna dyssypacja energii w oporach miejscowych między przekrojami.

;

13.Depresja naturalna

Na przepływ powietrza w kopalnianej oprócz wentylatorów kopalnianych, mają wpływ czynniki naturalne, jak temperatura powietrza, jego ciśnienie i wilgotność, skład chemiczny powietrza i itp. Wymienione czynniki determinują określone wartości gęstości powietrza. Wpływ gęstości powietrza wiąże się z oczkami sieci, zawierającymi niepoziome bocznice.

Depresja naturalna l_n jest to praca czynników przypadająca na 1 kg powietrza.

Miarą depresji naturalnej, wynikającej z niejednorodności gęstości powietrza kopalnianego, generowanej w oczku sieci jest pole obiegu termodynamicznego.

p

W celach pomiarowych i w obliczeniach numerycznych całkę tę zastępuje się sumą:

Depresją naturalną dl_n (w J/kg) generowaną w elemencie ds. wyrobiska górniczego określa się jako różnicę między politropową pracą techniczną dl_tp=--υdp, a adiabatyczną pracą techniczną dl_ts=-υ_sdp.

Elementarna depresja naturalna jest więc wyrażona równaniem:

Dl_n=-υdp-(-υ_sdp); gdzie:

v - objętość właściwa powietrza ulegającego nieodwracalnej przemianie politropowej w wyrobisku górniczym (v=1/ro)

v_s - objętość właściwa powietrza określona z równania odwracalnej adiabaty

p_d, p_w - ciśnienie powietrza w przekroju dopływu i wypływu

v_d.v_w - objętości właściwe w tych przekrojach

Obliczenie depresji naturalnej dla bocznicy 1-2 na rysunku:

Sumując depresje naturalne wszystkich bocznic wchodzących w skład oczka otrzymuje się depresję naturalną dla danego oczka.

14.Potencjał aerodynamiczny powietrza kopalnianego

Do opisu stacjonarnego przepływu powietrza między wyrobiskami może być stosowany potencjał aerodynamiczny. Potencjał ten wyprowadza się ze wzoru na przepływ gazów w wentylacyjnej sieci kopalnianej.

skoro
; otrzymujemy:

=1,4 dla przemiany adiabatycznej

otrzymujemy wzór na potencjał aerodynamiczny

przy czym p, w i z oznaczają ciśnienie i prędkość powietrza w przekroju poprzecznym wyrobiska, dla którego wyznacza się potencjał aerodynamiczny oraz wysokość geodezyjną środka tego przekroju.

Wzór określający potencjał aerodynamiczny

; gdzie ρ_o i ρ oznaczają gęstość w przekroju dopływu powietrza do kopalni i w przekroju, dla którego obliczono potencjał.

Spadek potencjału δφ zachodzący między przekrojami krańcowymi d i w wyrobiska górniczego jest ujęty zależnością:

z której można otrzymać wzór:

Związek między spadkiem potencjału aerodynamicznego a dyssypacją energii i depresją naturalną:

Spadek potencjału aerodynamicznego odniesionego do 1 m³ powietrza i średniej gęstości ρ_m.,

20) Wypadkowy opór normalnej sieci wentylacyjnej (tabela schodkowa Budryka) Stosuje się do obliczenia rozpływu powietrza w normalnych sieciach pasywnych. Prądy na które rozdziela się całkowity prąd powietrza dzieli się na klasy. Obliczenia rozpoczyna się od najwyższej klasy stosując odpowiednio prawa dla równoległego i szeregowego łączenia bocznic, przy czym przy łączeniu równoległym dodaje się otwory równoznaczne, natomiast przy szeregowym dodaje się opory bocznic. Po zwinięciu sieci do jednego przewodu otrzymuje się opór i otwór równoznaczny całej sieci.

22.Wentylatory kopalniane (rodzaje i charakterystyki pracy wentylatorów)

Charakterystyka wentyl. to zespół trzech krzywych : spiętrzenia , sprawności, mocy. Podzial wentylatorów głównych

1.kierunek przepływu powietrza:- promieniowanie WPK ,-osiowe WOK 2.Sposób pracy -ssące -tłoczące -ssąco-tloczące.3a.Sposób zasysania czynnika gazowego (wentylatory promieniowe) -jednostronnie ssące (jednostrumieniowe) -dwustronie ssące (dwustrumieniowe) 3b. Liczba stopni (wentylatory osiowe) -jednostopniowe -wielostopniowe 4.wytwarzanie spiętrzenia -niskoprężne do1000N/m. -średnioprężne 1000-3000 N/m.-wysokoprężne powyżej 3000N/m.5. wydajność -wentyl. małe do 30m³/s;wentyl. średnie 30-100m³/s wentyl. duże pow. 100m³/s 6.przeznaczenie -główne -pomocnicze(instalowane na dole) -lutniowe 7.sposób zabudowania -poziome -pionowe 8.predkosc obrotowa -wolnobiezna do 500obr/min -szybkobiezne pow 500obr/min 9.moc silnika na zaciskach -małej mocy -sredniej mocy -dużej mocy. Charakterystyki wentyl. wykresy.

23. Stabilność i ekonomiczność pracy wentylatorów

Pracę wentylatora lub wentylatorów w sieci went. nazywamy stabilną jeżeli przy stałych parametrach wentylatora (prędkość obrotów, kąt nachylenia łopatek i inne) jego wydatek i depresja nie ulegają zmianom w czasie pracy. Gdy w czasie pracy wentylatora następują samoczynnie zmiany wydatku i depresji wówczas praca wentylatora jest niestabilna, co powoduje niepewność przewietrzania jak również przeciążenia wentylatora i jego silnika . W praktyce przyjmuje się, że praca went. jest stabilna jeżeli : - chrakt. Przewodu przecina charakt. wentylatora tylko w jednym punkcie, - punkt przecięcia charakt. wentyl. z charakter. Przewodu leży na prawej monotonicznie malejącej części charakterystyki w układzie współrzędnych Δpc _, V. , - wytwarzane w punkcie pracy spiętrzenie jest o 10 % mniejsze od max. spiętrzenia w najwyższym punkcie charakterystyki ( jest to warunek stabilnej pracy wentyl. , - warunek kumulacyjny Δpc ≤ 0,9 Δpc_max , - warunek dysypacyjny R_s ≤(1/k)*R_gr R_s - opór sieci , R_gr =Δpc_max/V_gr² (R_gr - opór sieci przechodzący przez wierzchołek ), k- wsp. Rezerwy równy 1,2÷1,5 . Punkt pracy wentylatora przy ujemnej depresji cieplnej ( wytwarzają się 3 stany które będą występować skokowo, zacznie powietrze drgać - żelbet nie może pracować na rozciąganie i zacznie się niszczyć. Wirnik nie jest przygotowany na tak duże drgania.

Warunek ekon. Pracy wentyl. : η ≥0,8 * η_max , η_max ≥ 0,7

Podziemne pożary, zarówno egzogeniczne jak i endogeniczne, nadal są jednym z najbardziej niebezpiecznych zagrożeń dla dołowych załóg górniczych. Pomimo tego, iż wskaźnik pożarowości (1) z roku na rok maleje, to nadal są powodem tragedii górniczych i dużych strat materialnych.

(1)

gdzie:

N_p - liczba wszystkich pożarów podziemnych powstałych w danym roku kalendarzowym,

T - wydobycie węgla kamiennego netto w milionach ton w roku.

Cechą charakterystyczną egzogenicznych pożarów podziemnych jest otwartość płomienia oraz nagłość występowania z wydzielaniem dużych ilości dymów i gazów pożarowych. Cechy te powodują, że liczba nieszczęśliwych wypadków z ludźmi jest znacznie większa niż podczas pojawienia się pożaru endogenicznego. Profilaktyka zapobiegania pożarom egzogenicznym sprowadza się zazwyczaj do przestrzegania przepisów przeciwpożarowych oraz zdyscyplinowania załogi dołowej.

Pożary endogeniczne występują głównie w kopalniach eksploatujących kopaliny palne, ale również mogą występować w kopalnia prowadzącej eksploatację kopalin niepalnych, w wyrobiskach której nagromadzono materiały skłonne do samozapalenia.

W celu prowadzenia skutecznej profilaktyki przeciwpożarowej oraz prowadzenia efektywnych działań zwalczania pożarów podziemnych, konieczne jest wdrażanie i stosowanie odpowiednich metod oceny, wykrywania i zwalczania tego zagrożenia.

Wg [3], zakłady górnicze eksploatujące węgiel kamienny mają obowiązek prowadzenia rozpoznania możliwości samozapalenia się węgla, w oparciu o badania samozapalności i oznaczenia wskaźnika samozapalności wg Polskich Norm.

Oznaczenie wskaźnika samozapalności stosuje się w celu sprawdzenia skłonności węgla do samozapalenia i może być przeprowadzone dwoma metodami, a mianowicie:

Metodą perhydrolową - polega ona na badaniu szybkości wzrostu temperatury mieszaniny węgla kamiennego i wodnego roztworu nadtlenku wodoru H₂O₂.

Oznaczenie wskaźnika samozapalności węgla metodą perhydrolową wykonuje się przy pomocy układu aparaturowego przedstawionego na rys 1. Przedstawiony układ składa się z termostatu 1, łaźni wodnej 2, w których umieszcza się naczynia Dewara 3 oraz termometrów 4 do kontrolowania szybkości wzrostu temperatury układu. Łaźnia wodna jest włączona w obieg termostatu, co zapewnia jednakowe warunki przeprowadzenia badań niezależnie od temperatury otoczenia. Termostatem ustala się temperaturę łaźni wodnej na poziomie 291K.

W celu oznaczenia skłonności węgla do samozapalenia, naważkę 3g węgla o uziarnieniu 0.06mm zwilżoną wodą destylowana w ilości 1.5cm³, poddaje się działaniu 20-procentowego perhydrolu. Po wprowadzeniu zwilżonej próbki węgla do naczynia Dewara, dodaje się do niego 9cm³ perhydrolu o stężeniu 20%, przy czym perhydrol należy dokładnie mieszać z węglem, aż do uzyskania temperatury 322 - 323K. W czasie trwania reakcji odnotowuje się czas, jaki upłynął od początku trwania reakcji do osiągnięcia przez układ temperatury maksymalnej T_max.

Wielkościami charakterystycznymi są: czas τ_323-363 wzrostu temperatury od 323 do 363K liczony w sekundach, czas τ_max osiągnięcia przez mieszaninę węgla z nadtlenkiem wodoru temperatury maksymalnej oraz wartość temperatury maksymalnej T_max w K.

W zależności od wymienionych wielkości charakterystycznych węgle dzieli się na trzy grupy skłonności do samozapalenia:

1. węgle bardzo skłonne do samozapalenia, gdy

T_max ≥ 363K,

τ_max ≤ 2400s,

τ_232-263 ≤ 150s

2. węgle mało skłonne do samozapalenia, gdy:

T_max ≤ 363K,

2400s < τ_max < 4500s,

150s < τ_232-263 ≤ 360s

3. węgle nieskłonne do samozapalenia, gdy:

T_max < 363K,

τ_max > 4500s,

τ_232-263 > 360s

Metoda wysokotemperaturowa - określa szybkość wzrostu temperatury węgla przy jego utlenianiu powietrzem w warunkach umownych, wyrażoną w stopniach Celsjusza na minutę.

Wskaźnik samozapalności wyznacza się poprzez ciągły pomiar temperatury, specjalnie przygotowane próbki węgla w postaci pastylek, wprowadzonej do strumienia powietrza o stałej temperaturze. Oznaczenie przeprowadza się w urządzeniu przedstawionym na rys. 2, które stanowi: 1-piec, 2-sonda pomiarowa temperatury, 3-próbka węgla, 4-króciec wylotowy komory reakcyjnej, 5-rotametr z regulatorem przepływu, 6-regulator temperatury pieca, 7-bezpieczniki, 8-dioda i załączniki dodatkowego grzejnika, 9-dioda sygnalizacyjna napięć wewnętrznych, 10-zaciski wyjściowe sygnału temperatury, 11-wyświetlacz temperatury, 12-załącznik układu transportu próbki, 13-dioda sygnalizacyjna przekroczenia czasu obliczania wskaźnika, 14-wyświetlacz wskaźnika samozapalności, 15-przyciski zerowania układu obliczania wskaźnika, 16-uchwyt układu transportu próbki, 17-załącznik urządzenia, 18-przełącznik obliczania wskaźnika dla temperatur 237 i 190^oC.

Wskaźnik wyznacza się w dwóch seriach pomiarów:

• w pierwszej serii pomiarów dla zakresu temperatury od 200 do 260^oC

(2)

• w drugiej serii pomiarów dla zakresu temperatury od 165 do 215^oC

(3)

gdzie:

- temperatura, ^oC,

- czas, min.

We wzorach (2) i (3) wielkości (τ₁, t₁), (τ₂, t₂) oraz (τ₁', t₁'), (τ₂', t₂') stanowią współrzędne dowolnych punktów stycznych w punktach odpowiadających temperaturze powietrza w komorze reakcyjnej równej 237^oC dla pierwszej serii pomiarów i 190^oC dla drugiej serii pomiarów (rys. 3).

Energia aktywacji - minimalna energia jaką musi mieć zespół cząstek, aby mogła przebiec reakcja, wyrażona wielkością A w równaniu Arrheniusa
określającym zależność szybkości reakcji k od temperatury T, w którym

R - uniwersalna stała gazowa,

k₀ - współczynnik przedeksponencjalny.

Na podstawie Sz^a i Sz^a' energię aktywacji określa zależność:

J/mol (4)

gdzie:

A - energia aktywacji, J/mol,

Sz^a, Sz^a' - wskaźniki samozapalności w temperaturach 237 i 190^oC/min,

R - stała gazowa równa 8,315 J/(mol·K),

T - temperatura oznaczania wskaźnika Sz^a równa 273 + 237 = 510 K,

T' - temperatura oznaczania wskaźnika Sz^a' równa 273 + 190 = 463 K,

lub w kJ/mol wg wzoru

(5)

Rys.3. Przykład graficznego wyznaczenia wskaźnika Sz^a

Na podstawie wyznaczonego wskaźnika Sz^a oraz wyliczonej energii aktywacji A skłonność węgla do samozapalenia określa się według tabeli 1.

Tab.1. Podział węgli wg skłonności do samozapalenia

Wskaźnik samozapalności Sz^a, ^oC/min	Energia aktywacji A, kJ/mol	Grupa samozapalności	Ocena skłonności węgla do samozapalenia
do 80	powyżej 67	I	Węgiel o bardzo małej skłonności do samozapalenia
		od 46 do 67	II	Węgiel o małej skłonności do samozapalenia
		poniżej 46	III	Węgiel o średniej skłonności do samozapalenia
	powyżej 80 do 100	powyżej 42
		poniżej 42 lub równe			IV	Węgiel o dużej skłonności do samozapalenia
	powyżej 100 do 120	powyżej 34
		poniżej 34 lub równe			V	Węgiel o bardzo duzej skłonności do samozapalenia
powyżej 120	nie normalizuje się

7

1/ρ

---