Politechnika Wrocławska Wrocław :1999-01-28

Wydział Górniczy

Opracowanie

z Klimatyzacji kopalń

1. Metoda PTL-2 prognozowania temperatury i stopnia zawilżenia powietrza w wyrobiskach z wentylacją lutniową

2. Graficzna metoda prognozowania temperatury powietrza kopalnianego

Adam Papuga

Rok V sem. IX

Specjalność : GP

Celem wyznaczania temperatury i stopnia zwilżenia powietrza w wyrobiskach z wentylacją lutniową konieczna jest znajomość wzorów umożliwiających obliczenie następujących wielkości :

• Zagęszczenie strumienia wilgoci wywiązującej się ze skał :

m._h = [ 2,9- 0,0014 *(L_w - x)] * 10^-6

gdzie :

x - współrzędna bieżąca, m.

L_w - długość wyrobiska, m.

• Stopień zawilżenia powietrza w wyrobisku

• w przypadku tłoczącej wentylacji lutniowej :

X_w = X_o +

• w przypadku ssącej wentylacji lutniowej :

X_w = X_o +

gdzie :

X_o- stopień zawilżenia powietrza w prądzie opływowym kg/kg ,

V₀- wydajność wentylatora lutniowego , m³/s ,

η- sprawność lutniociągu,

A_w- pole powierzchni przekroju poprzecznego wyrobiska , m² ,

L₁- dLugość lutniociągu ,m. ,

B - 4,16 *
-obwód wyrobiska , m.

• Przyrost temperatury powietrza pochodzący od wentylatora lutniowego :

Δt_w =

gdzie :

Δp₀- spiętrzenie całkowite wentylatora , Pa ,

η_w -sprawność wentylatora .

• Współczynnik przewodzenia ciepła skał λ , W / mK

λ_g = 0,395 (6-5 k_w),

gdzie :

k_w oznacza jaką część całkowitego obwodu wyrobiska B stanowi węgiel .

• Współczynnik wyrównania temperatury skał a_g , m²/s,

a_g = 0,35 (3-2 k_w) 10^-6,

• Przyrost temperatury powietrza w strefie przodkowej Δ t_sp ,

Δ t_sp =

gdzie :

n- liczba osób pracujących w strefie przodkowej ,

N^j_m.- moc zainstalowana j-tej maszyny w strefie przodkowej , kW

k^j₀- współczynnik obciążenia j-tej maszyny pracującej w strefie przodkowej .

Przy braku danych o mocy maszyn zainstalowanych w projektowanym wyrobisku można przyjąć:

1. jeśli temperatura pierwotna skał t_pg = 30 ^oC, to

Δ t_sp = 2,5 ^oC dla przodków kombajnowych,

Δ t_sp = 0,5 ^oC dla przodków w których stosujemy MW,

2. jeśli temperatura pierwotna skał t_pg = 35 ^oC, to

Δ t_sp = 2,0 ^oC dla przodków kombajnowych,

Δ t_sp = 1,0 ^oC dla przodków w których stosujemy MW.

• Liczba Fouriera F_o

F_o =

gdzie : τ - jest czasem przewietrzania wyrobiska , s

r_s - równoważny promień wyrobiska , m. r_{s =} 0,1592*B

• Średni strumień objętości powietrza płynącego wyrobiskiem v

v = v_o*

• Współczynnik wnikania ciepła z pobocznicy wyrobiska α / v, A_w / do powietrza określany za pomocą wykresu 1 (5.1.1)

• Liczba Biota Bi

Bi =

• Liczba Kirpiczewa Ks / Fo, Bi / określamy za pomocą wykresu 2 (5.1.2)

• Zredukowana liczba Kirpiczewa Ks_r

Ks_r = Ks*[1-

gdzie :

t_pg - temperatura pierwotna skał, ^oC

t_o - temperatura powietrza w prądzie opływowym, ^oC.

• Współczynnik przenikania ciepła przez ścianki lutniociągu k / v, A_w, r/ określamy za pomocą wykresów przedstawionych na rys. 1,2,3 (5.1.3 , 5.1.4 , 5.1.5).

• Pierwiastki równania charakterystycznego μ₁ i μ₂ :

• Dla tłoczącej wentylacji lutniowej:

• Dla ssącej wentylacji lutniowej:

gdzie : r - jest promieniem lutniociągu, m.

• Współczynniki pomocnicze

• a = 0,004923* r * k,

• b = 0 (tłocząca went. lutn.) i b = 0,004923* Ks_r * λ_g (ssąca went. lutn.) ,

• d₁ = ( b + μ₁* v)exp (μ₁* L₁),

• d₂ = ( b + μ₂* v)exp (μ₂* L₂),

• d₃ = (t₀ + t_w - t_pg) / a (tłocząca went. lutn.) i d₃ = (t₀ - t_pg) / a (ssąca went. lutn.) ,

• C = (_Δt_sp- d₂*d₃) / (d₁- d₂),

• D = (d₁*d₃ - _Δt_sp) / (d₁- d₂),

• Temperatura powietrza w lutniociągu t₁

• Dla tłoczącej wentylacji lutniowej:

t₁ = t_pg + (a*C)exp(μ₁* x) + (a*D)exp(μ₂* x) + (x*sinγ) / Γ

• Dla ssącej wentylacji lutniowej:

t₁ = t_pg + (a+b+μ₁*v)*C exp(μ₁* x) + (a+b+μ₂*v)*D exp(μ₂* x) + (x*sinγ) / Γ

• Temperatura powietrza w wyrobisku t_w

• Dla tłoczącej wentylacji lutniowej:

t_w = t_pg + (a+b+μ₁*v)*C exp(μ₁* x) + (a+b+μ₂*v)*D exp(μ₂* x) + (x*sinγ) / Γ

• Dla ssącej wentylacji lutniowej:

t_w = t_pg + (a*C)exp(μ₁* x) + (a*D)exp(μ₂* x) + (x*sinγ) / Γ

gdzie :

γ- kąt nachylenia wyrobiska , rad ,

Γ- stopień geotermiczny,

Dane
Wegiel	10%
Skała płona	90%
Długość wyrobiska Lw [m.]	600
Długość lutniociągu L1 [m.]	595
Pole przekr. wyrobiska Aw [m^2]	14,3
Dobowy postęp drążenia [m./d]	5,5
Temperatura pierwotna skał tpg [^oC]	34
Średnica lutniociągu [m^2]	0,8
Sprawność lutnoociągu  	0,7
Wydajność wentylatora WLE-800B v [m^3/s]	6,38
Spiętrzenie wentylatora pc [Pa]	1720
Temp. powietrza w prądzie opływowym to [^oC]	22
Stopień zwilżenia pow. w pr. opływ. Xo [kg/kg]	0,009
Moc maszyn Nm [kW]	50
Promień lutniociągu r [m.]	0,4
Promień równoważny wyrobiska rs [m.]	2,504
Kąt nachylenia wyrobiska	0
Stosunek pow. odkrytej węgla do całkowitej kw	0,1
Liczba osób prac n	8
Współczynnik obciążenia maszyn ko [-]	0,95
Średni czas przewietrzania [s]	6283636

PTL-2

Obliczenia
Przyrost temperatury pow. płynącego przez went. lutn. Δtw [^oC]						1,94
Współczynnik przewodzenia ciepła skał g [W/mK]						2,17
Współczynnik wyrównywania temperatury skał ag [m^2/s]						9,8E-07
Przyrost temperatury powietrza w strefie przodkowej tsp [^oC]						0,46
Współ. przenikania ciepła przez ścianki lutniociągu k [W/m^2K]						1,37
Współ. wnikania ciepła z pobocznicy wyrob. do powietrza  [W/m^2K]						2,75
Liczba Fouriera Fo						0,98
Liczba Biota Bi						3,17
Liczba Kirpiczewa Ks						0,85
Zagęszczenie strumienia wilgoci ze skał mh [kg/m^2s]						2,90E-06
Zredukowana liczba Kirpiczewa Ksr						4,31
Wentylacja tłocząca
Pierwiastek równania charakterystycznego 1 [m.-1]						-4,7877E-04
Pierwiastek równania charakterystycznego μ2 [m.-1]						9,1160E-03
Współczynnik pomocniczy μa [m2/s]						2,6978E-03
Współczynnik pomocniczy b						0
Współczynnik pomocniczy d1 [m^2/s]						-1,9221E-03
Współczynnik pomocniczy d2 [m^2/s]						1,1036E+01
Współczynnik pomocniczy d3 [sK/m^2]						-2,9882E+03
Współczynnik pomocniczy C [sK/m^2]						-2,9877E+03
Współczynnik pomocniczy D [sK/m^2]						-4,6083E-01
x	mh	Xw	t1	tw
[m.]	[kg/m^2s]	[kg/kg]	[^oC]	[^oC]
0	2,06E-06	0,0131	23,94	31,3
200	2,34E-06	0,0123	24,6	31,1
400	2,62E-06	0,0115	25,2	30,5
500	2,76E-06	0,0101	25,4	28,0
600	2,90E-06	0,0090	25,6	26,06

Metoda graficzna

x	X [m.]	pg[^0C]	td[^0C]	ΔQd	qi	Δtz [^0C]	ϕ	Ω	Δ t [^0C]	tw [^0C]
1,83	600	32	26,1	5,9	850	0,142	0,90	0,28	5,35	31,45
1,53	500	32	25,4	6,6	861	0,143	0,86	0,32	5,72	31,12
1,22	400	32	25,2	6,8	865	0,144	0,80	0,36	5,49	30,69
0,61	200	32	24,6	7,4	874	0,145	0,65	0,51	4,88	29,48
0,31	100	32	24	8,0	883	0,147	0,48	0,65	3,94	27,94

---