WENTYLACJA ODRĘBNA - wg J. Roszkowskiego

SPOSOBY PRZEWIETRZANIA LUTNIOCIĄGAMI

Rozróżnia się przewietrzanie tłoczące, ssące i kombinowane (ssące i tłoczące) ­rys. 8.1.

Zaletami przewietrzania tłoczącego są:

- korzystniejsze cieplne warunki pracy w samym przodku, większe natęże­nie chłodzenia,

- mniejsze straty powietrza,

- intensywniejsze usuwanie szkodliwych gazów z przodku.

Wadą przewietrzania tłoczącego jest odpływ zużytego powietrza przez wyro­bisko, co przedłuża czas przewietrzania wyrobiska jako całości. Wada ta uwidacz­nia się szczególnie w wyrobiskach metanowych i wznoszących się, gdyż metan, jako lżejszy od powietrza, trudno schodzi w dół i gromadzi się pod stropem, gdzie intensywność przewietrzania jest mała.

Jeżeli chodzi o przewietrzanie wyrobiska jako całości, a nie tylko przestrzeni przyprzodkowej, to znacznie skuteczniejsze jest przewietrzanie ssące. Usuwa ono bowiem szkodliwe domieszki (gazy odstrzałowe lub wydzielające się w przodku) w stanie bardziej skoncentrowanym. Potrzeba więc znacznie krótszego czasu i mniejszej ilości powietrza na rozrzedzenie gazów do stanu bezpiecznego.

Gdy chodzi o warunki pracy w przodku i usunięcie z niego szkodliwych gazów w możliwie najkrótszym czasie, wówczas należy zastosować przewietrzanie tłoczą­ce. Jeżeli zaś chodzi o stworzenie możliwie najkorzystniejszych warunków w całym wyrobisku ślepym, to lepsze jest przewietrzanie ssące. W celu wykorzystania ko­rzystnych stron obu sposobów przewietrzania stosuje się sposoby kombinowane (rys. 8.1c).

Wentylację kombinowaną, tj. początkowo po odstrzeleniu w przodku ssącą, a następnie tłoczącą uzyskać można przez:

• zmianę kierunku obrotów wirnika wentylatorów osiowych,

• zastosowanie urządzenia rewersyjnego,

• zastosowanie dwóch wentylatorów oraz manewrowanie odpowiednimi za­suwami Z1 i Z2 (rys. 8.1d).

Wentylator lutniowy, niezależnie od sposobu przewietrzania lokalnego, powi­nien być zainstalowany w odległości 8 do 15 m od wyrobiska przewietrzanego odrębnie (wyprowadzenie do prądu obiegowego). Natomiast odległość końca lut­niociągu od czoła przodku wyrobiska ślepego nie powinna być większa od 10 m w polach niemetanowych i 6 m w polach metanowych przy wentylacji ssącej i odpowiednio 10 i 8 m przy wentylacji tłoczącej.

Do przewietrzania lokalnego stosuje się lutnie metalowe o średnicach 400, 500 i 600, 800 i 1000 mm oraz lutnie elastyczne o średnicach od 400 do 1000 mm. Dłu­gość pojedynczych lutni metalowych wynosi 2,0 lub 2,5 m, a elastycznych 10 do 15 m.

Lutnie metalowe o małych średnicach łączy się w lutniociąg przez wsuwanie, a o średnicach większych 600, 800, 1000 mm przez z śrubowanie kołnierzy. Wadą lutni metalowych jest znaczna ich masa, trudności z uszczelnieniem połączeń, z czym związane są duże straty powietrza.

W tablicy 8.1 podano opory 1 m różnych lutni w zależności od ich średnicy i materiału, z którego wykonane są lutnie.

Tablica 8.1. Wartości współczynnika oporu
i opory jednostkowe lutni

Rodzaj lutni	Średnica lutni d mm	Bezwymiarowy współczynnik oporu	Opór jednostkowy kg/m^8 (Ns^2/m^9)
Metalowe	400	0,02220	2,1100
		500	0,01730	0,5400
		600	0,01569	0,1960
		800	0,01653	0,0490
		1000	0,01511	0,0147
	Elastyczne	400	0,01858	1,7650
		500	0,01416	0,4410
		600	0,01175	0,1470
		800	0,01320	0,0390

Straty powietrza. Czynniki wpływające na wielkość strat. Zadaniem urządzenia lutniowego jest doprowadzenie do miejsca pracy (przodku drążonego wyrobiska) odpowiedniej ilości powietrza. Ta obliczona odpowiednia ilość powietrza powin­na zapewnić rozrzedzenie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał oraz gazów odstrzałowych do koncentracji nie stwarzającej zagrożenia, jak również zapewnić utrzymanie właściwych warunków klimatycznych. W każdym lutniocią­gu, niezależnie od stosowanego sposobu wentylacji (ssąca, tłocząca, kombinowa­na), występują straty powietrza wskutek jego wypływu przez nieszczelności połączeń poszczególnych segmentów lutni.

Przy dodatniej różnicy ciśnień w lutniociągu p i w wyrobisku po, tzn. przy p - po > 0, powietrze wypływa przez nieszczelności do wyrobiska, a przy różnicy ujemnej (p - po < 0) powietrze dopływa z wyrobiska do lutni. W obu przypadkach ilość powietrza przepływającego przez wentylator
musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przodku
i ilości
wypływającej przez nieszczelności na całej długości lutniociągu
=
+
.

W praktyce górniczej stwierdzano niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty powietrza
mogą - nawet kilkakrotnie - przewyższać ilości powietrza
dopływającego do przodku. Znaczenie strat w przewietrzaniu lutniowym wzrasta niewspółmiernie przy lutniociągach długich, które stają się coraz bardziej nieodzow­ne w górnictwie podziemnym. Fakt ten i względy ekonomiczne stanowią bodziec do podejmowania coraz to nowszych wysiłków zmierzających do zmniejszenia wy­stępujących strat, jak również do prawidłowego określania ich wielkości.

Z doświadczenia wiadomo, że wielkość strat powietrza w lutniociągach zależy od:

• długości lutniociągu,

• rodzaju, stanu oraz liczby złączy lutni,

• materiału uszczelniającego i sposobu wykonania uszczelnienia,

• średnicy lutniociągu,

• materiału, z jakiego wykonane są lutnie.

Ponadto wpływ na ilość przepływającego powietrza lutniociągiem nieszczelnym wywierają:

- opór wyrobiska (strata naporu w wyrobisku), - opór wlotu powietrza do lutniociągu,

- zmiana ilości ruchu wywołana dopływem masy przez nieszczelność prze­wodu (rodzaj wentylacji: ssąca, tłocząca),

- sposób rozmieszczenia wentylatorów wzdłuż lutniociągu.

Ilościowe określenie wpływu poszczególnych czynników na wielkość strat po­wietrza, a co z tym się wiąże, na ilość przepływającego powietrza przez wentyla­tor i jego depresję jest zagadnieniem złożonym. Ta złożoność problemów skłania czasem niektórych autorów zajmujących się tymi zagadnieniami do podawania pewnych prostych zasad określenia wielkości strat powietrza i wymaganej depre­sji wentylatora lutniowego, zasad opartych na pewnym subiektywnym wyczuciu i częściowo doświadczeniu praktycznym.

NIEKTÓRE METODY OBLICZANIA LUTNIOCIĄGÓW KOPALNIANYCH NIEROZGAŁĘZIONYCH Z JEDNYM LUB WIELOMA WENTYLATORAMI ZABUDOWANYMI NA POCZĄTKU LUTNIOCIĄGU

Badania zjawiska ucieczek powietrza zapoczątkowane zostały w roku 1920 przez autorów niemieckich M. Berlowitza i A. Jassego. Z szeregu późniejszych rozwią­zań tego zagadnienia scharakteryzowano:

• metodę J. Tarnowskiego,

• metodę W N. Woronina jako najbardziej znaną z licznych opracowań nau­kowców radzieckich,

• metodę R. Loissona i J. Ulmo reprezentującą rozważania francuskie,

• metodę J. Pawińskiego i J. Roszkowskiego,

• metodę H. Bystronia.

PORÓWNANIE NIEKTÓRYCH WYNIKÓW ROZWIĄZAŃ TEORETYCZNYCH W ZAKRESIE WENTYLACJI LUTNIOWEJ Z WYNIKAMI POMIARÓW W KOPALNIACH ORAZ OBSERWACJAMI W PRAKTYCE GÓRNICZEJ

Porównanie niektórych metod obliczania kopalnianych lutniociągów nierozgałęzionych

W dotychczasowych rozważaniach przedstawiono niektóre, zdaniem autorów, ważniejsze rozwiązania teoretyczne dotyczące obliczania, czyli projektowania, różnych lutniociągów kopalnianych. Nasuwa się jednak pytanie, którą z tych teo­rii powinno się stosować w codziennej praktyce ruchowej, która z nich pozwala na uzyskiwanie optymalnych rozwiązań. Odpowiedź na to pytanie można otrzy­mać tylko przez porównanie wyników obliczeń teoretycznych z wynikami uzyska­nymi z pomiarów przeprowadzanych w warunkach dołowych. Dla uzyskania możliwości dokonania takich porównań w latach 1970-1973 w jednej z kopalń przeprowadzono cykl pomiarów dołowych na dwu instalacjach lutniowych. Jedna z nich zabudowana była w poziomym przekopie długości 900 m, wyłączonym z ruchu dla przeprowadzenia pomiarów. Druga zabudowana była w przekopie drą­żonym, który miał uzyskać końcową długość 1360 m.

Szczegóły dotyczące przeprowadzanych pomiarów oraz zestawienia uzyskiwa­nych wyników można znaleźć w publikacjach.

Porównanie wyników pomiarów z rozwiązaniami teoretycznymi przeprowadzo­no dla lutniociągów nie rozgałęzionych, z wentylatorem (wentylatorami) zabudo­wanymi na początku przewodu przez obliczenie współczynnika nieszczelności k dla różnych długości odcinków pomiarowych, oraz przez obliczenie zależności ilości powietrza od długości lutniociągu według wzorów podanych dla poszczególnych metod i porównanie wyników obliczeń z danymi uzyskanymi z pomiarów.

Podstawiając kolejno wyniki uzyskane z pomiarów dla poszczególnych odcin­ków lutniociągu (50, 100, 150m itd.) do odpowiednich wzorów, otrzymano war­tości współczynnika nieszczelności k dla tych odcinków. Obliczono w ten sposób wartości współczynnika nieszczelności k dla poszczególnych odcinków lutniocią­gu, tak dla wentylacji ssącej, jak i tłoczącej, oraz dla różnej liczby wentylatorów i różnego sposobu ich zabudowy.

Na tej podstawie sporządzono dla przykładu wykres (rys. 8.15) zależności współczynnika nieszczelności k od długości lutniociągu, dla poszczególnych me­tod obliczeniowych.

Na podstawie opracowanych wyników pomiarów opublikowanych przez GIG, a także na podstawie badań autorów, wprowadza się następującą klasyfikację lutniociągów ze względu na ich nieszczelności:

0 < k ≤ 0,00003 uszczelnienie bardzo dobre

0,00003 < k ≤ 0,00015 uszczelnienie dobre

0,00015 < k ≤ 0,00030 uszczelnienie zadowalające

k > 0,00030 uszczelnienie złe

Według tych samych metod obliczono również wydatek powietrza w zależno­ści od długości lutniociągu. Wielkość współczynnika k przyjęto przy tym za śre­dnią arytmetyczną poszczególnych jego wartości obliczonych dla różnych długości odcinków lutniociągu, począwszy od 400 m. Odległości od 0 do 400 m pominię­to, gdyż wartość współczynnika k jest dla krótkich lutniociągów nieszczelnych niemiarodajna. Obliczono ilości powietrza dla odcinka lutniociągu 400÷900 m przy różnych sposobach wentylacji, różnej liczbie wentylatorów i różnym sposo­bie ich zabudowy, poszczególnymi metodami teoretycznymi.

Rys. 8.15. Wykresy zależności współczynnika k od długości lutniociągu dla poszczególnych metod

Wyniki obliczeń przedstawiono graficznie w formie wykresów obrazujących wydatek ilości powietrza w przodku. Dla przykładu na rys. 8.16 przedstawiono zależności wydatków od długości lutniociągu, uzyskane z pomiarów. Analiza wy­kresów umożliwia porównanie ze sobą wyników obliczeń teoretycznych oraz kon­frontację tych wyników z danymi uzyskanymi z pomiarów.

Rys. 8.16. Wykresy zależności wydatków od długości lutniociągu

Analizując wykresy, na których przedstawiono zależności współczynnika nie­szczelności k od długości lutniociągu, można sformułować pewne ogólne prawi­dłowości:

- w miarę zwiększania długości lutniociągu wartość współczynnika k zmniej­sza się, przy czym to zmniejszenie jest mniej więcej równomierne dla wszy­stkich metod; krzywe obrazujące zależności współczynnika k od długości lutniociągu mają zbliżony do siebie kształt i nachylenie,

- dla odcinków lutniociągu krótszych od około 300 do 350 m wartość współ­czynnika k maleje o wiele szybciej niż dla odcinków lutniociągu powyżej 350 m; krzywe obrazujące zależność współczynnika k od długości lutnio­ciągu są bardziej nachylone dla krótszych odcinków lutniociągów (rys. 8.15),

- wielkości współczynników k obliczone metodami H. Bystronia, J. Pawiń­skiego-J. Roszkowskiego, W.A. Woronina i R. Loisson-J. Ulmo są zbliżo­ne do siebie - krzywe obrazujące wielkości współczynników przebiegają mniej więcej wspólnie.

Dla lutniociągów nierozgałęzionych, z wentylatorami rozmieszczonymi w tra­sie, obliczono odległość l wentylatora w przewodzie według metody J. Pawińskie­go oraz rozmieszczenie kilku wentylatorów według metody J. Strzemińskiego. Zarówno obliczenie odległości pierwszego wentylatora w trasie metodą J. Pawiń­skiego, jak i obliczenie metodą J. Strzemińskiego odległości dwu i trzech wenty­latorów rozmieszczonych w trasie lutniociągu wykazały, że wyniki są bardzo zbliżone do tych, jakie otrzymano przy przeprowadzaniu pomiarów. Różnice po­między obliczeniami i wynikami pomiarów nie przekraczały 3%, co szczególnie w przypadku długich lutniociągów nie ma praktycznego znaczenia.

Analiza wyników liczbowych oraz ich graficznego przedstawienia pozwala na następujące stwierdzenia:

- obliczenie wydatków w zależności od długości lutniociągu, z wentylatorem na początku przewodu, dokonywane przy stosowaniu różnych metod, daje wyniki zbliżone do siebie - krzywe ilustrujące te wyniki przebiegają pra­wie identycznie we wszystkich przypadkach dla dwóch metod - metody H. Bystronia oraz metody J. Pawińskiego-J. Roszkowskiego,

- obliczona zależność wydatku od długości lutniociągu, z wentylatorem na po­czątku przewodu, metodami H. Bystronia i J. Pawińskiego-J. Roszkowskiego, która we wszystkich badanych przypadkach jest prawie identyczna, pokrywa się z rzeczywistą zależnością tego wydatku uzyskaną z pomiarów z wystarcza­jącą dokładnością,

- obliczanie odległości pomiędzy wentylatorami w lutniociągu z wentylato­rami rozmieszczonymi w trasie, zarówno metodą J. Pawińskiego dla dwu wentylatorów, jak i metodą J. Strzemińskiego dla n wentylatorów daje wyniki zbliżone do wyników uzyskiwanych z pomiarów.

Niektóre wnioski praktyczne, dotyczące eksploatacji instalacji wentylacyjnych, z analizy wyników pomiarów dołowych oraz rozwiązań teoretycznych

Analiza wyników uzyskanych z pomiarów pozwala na sformułowanie pewnych wnio­sków dotyczących budowy i eksploatacji instalacji lokalnego przewietrzania. Wiele tych wniosków jest zresztą zgodnych z wynikami dotychczasowej praktyki górniczej.

Z analizy wyników pomiarowych w zakresie wentylacji lutniowej wynika mię­dzy innymi, że:

- wentylacja tłocząca pozwala na uzyskiwanie wydatku tej samej instalacji wentylacyjnej o 5,4 do 37,2% większej niż przy wentylacji ssącej;

- wentylacja tłocząca pozwala na znaczne obniżenie strat powietrza na całej długości lutniociągu w stosunku do wentylacji ssącej;

- straty powietrza wynikające z nieszczelności złącz poszczególnych segmen­tów lutni są bardzo duże, ale są większe przy wentylacji ssącej niż tłoczą­cej; podstawową rolę odgrywa tutaj sposób budowy i uszczelnienia lutniociągu; w dobrze uszczelnionym lutniociągu straty podczas przepro­wadzania pomiarów mieściły się w granicach 40 do 50%.

Stwierdzenia te pozwalają na wyciągnięcie ważnych wniosków praktycznych. Pierwszy wniosek dotyczy efektywności instalacji lokalnego przewietrzania, która zależy w znacznej, a nawet głównej mierze od szczelności połączeń pomiędzy poszczególnymi segmentami lutni. Dlatego przy budowie lutniociągów powinno się używać lutni łączonych na styk (a nie wsuwanych jedna w drugą) i skręcanych śrubami. Jest rzeczą oczywistą, że pomiędzy dwoma segmentami łączonych lutni powinna się znajdować odpowiednia uszczelka.

Drugi wniosek dotyczy rodzaju stosowanej wentylacji, którą - jako znacznie wydajniejsza - powinna być wentylacja tłocząca. Wentylacja tłocząca ma jednak jedną podstawową wadę, a mianowicie przy urabianiu w przodku materiałami wy­buchowymi cała długość wykonanego już wyrobiska jest zanieczyszczona gazami odstrzałowymi. Ze względu na niezbyt duże prędkości powietrza w wyrobiskach z wentylacją odrębną zanieczyszczenie powietrza gazami odstrzałowymi utrzymu­je się przez dłuższy czas, szczególnie przy większych długościach wyrobisk. Wpły­wa to oczywiście szkodliwie na zdrowie tych pracowników, którzy pracują poza przodkiem, wzdłuż całej długości drążonego wyrobiska (pracownicy obsługi i trans­portu, cieśle, mechanicy, dozór itp.). Dlatego przy wentylacji tłoczącej powinno się w okresie bezpośrednio po wykonaniu robót strzelniczych stosować - do czasu usunięcia gazów odstrzałowych z przodku - wentylację ssącą. Aby to było moż­liwe, muszą być spełnione dwa warunki:

- instalacja wentylacyjna powinna być tak budowana, aby istniała możliwość stosowania na przemian wentylacji ssącej i tłoczącej,

- instalacja wentylacyjna powinna być zaopatrzona w urządzenie do wyko­nywania rewersji wentylacji, sterowane przez załogę z przodku.

Warunek pierwszy może być łatwo spełniony przez zastosowanie lutni łączonych na styk (a nie wsuwanych), warunek drugi może być spełniony przez zastosowanie np. takiego prostego urządzenia do rewersji wentylacji, jakie pokazano na rys. 8.17.

Z porównania wydatku instalacji z wentylatorem lub wentylatorami zabudo­wanymi na początku lutniociągu z wydajnością instalacji z wentylatorami rozmie­szczonymi w trasie wynika, że:

- przy tej samej liczbie zabudowanych wentylatorów, tzn. na przykład dwa wentylatory zabudowane na początku przewodu albo jeden wentylator za­budowany na początku, a drugi w trasie lutniociągu, otrzymywane w dru­gim przypadku wydatki są wyższe przy wentylacji ssącej o około 23% i mniej więcej takie same przy wentylacji tłoczącej;

- zwiększenie długości lutniociągu i konieczność dostarczania nim coraz więk­szej ilości powietrza do przodku zmusza do stosowania wentylatorów ­w przypadku stosowania ich na początku przewodu - o coraz większej mocy; w takim przypadku podciśnienie (nadciśnienie) w lutniociągu będzie coraz większe (do 10 kPa), w związku z czym uszczelnienie złączy poszcze­gólnych segmentów lutni i ich połączenia muszą być coraz wytrzymalsze; rozmieszczenie natomiast wentylatorów wzdłuż lutniociągu pozwala na zmniejszenie wytrzymałości złączy.

Z wymienionych stwierdzeń wynika, że instalacja wentylacji lokalnej z wenty­latorami rozmieszczonymi w trasie może być w pewnych warunkach, szczególnie przy dużych długościach ślepych wyrobisk, efektywniejsza niż instalacja z wenty­latorami zabudowanymi na początku przewodu. Trzeba zwrócić uwagę na fakt, że budowa instalacji z wentylatorami rozmieszczonymi w trasie lutniociągu jest bardziej pracochłonna. Wynika to stąd, że przy zabudowie każdego następnego wentylatora trzeba przebudowywać na nowe miejsca wszystkie pozostałe wenty­latory. Obecnie "Szczegółowe przepisy prowadzenia ruchu i gospodarki złożem w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny i brunat­ny" wymagają, aby wentylatory lutniowe były zainstalowane na początku lutnio­ciągu w prądzie powietrza wytworzonym przez wentylator główny.

Zastosowania specjalne wentylacji lutniowej

1

35

---