1. Sposoby przewietrzania kopalń podziemnych.

Przewietrzanie uważa się za właściwe jeśli spełnione są normy dotyczące granicznych stężeń składników powietrza kopalnianego, temp., intensywn. Chłodzenia, i średnich prędkości przepływu. Wyrobiska należy przewietrzać aby zawartośc tlenu nie była mniejsza niż 19% a NDS nie przekraczały: di tlenek węgla1%, CO 0,0026%, tlenek azotu 0,00026% siarkowodór 0,0007%. Zawartośc metanu nie powinna przekraczac w rejonowych prądach pow. zużytego 1% w automatycznej metanometrii 1,5%, w szybach wydechowych 0,75%obj.przy przewietrzaniu grupy przodków zaw metanu w powietrzu doprowadzanym do każdego przodka nie może przekraczac 0,5% i w autom metanom.1%

2. Kopalniana siec wentylacyjna i jej elementy. Kop.sieć wen. jest układem złożonym zazwyczaj z kilkuset i więcej bocznic sieci, węzłów sieci, oporów miejscowych i wentylatorów, nazywanych elementami sieci wentylacyjnej. Węzłem sieci wentylacyjnej nazywamy złożone wyrobisko górnicze, które służy do złączania krańców bocznic sieci wentylacyjnej. Węzły dzielimy na węzły niezależne i węzły zależne. Węzłem niezależnym jest węzeł, w którym następuje rozdział lub łączenie mas strumieni powietrza. W węźle zależnym natomiast strumień masy powietrza nie zmienia się. Węzłem zależnym będzie więc np. miejsce w wyrobisku, w którym następuje nagła zmiana przekroju poprzecznego wyrobiska, zmiana kierunku strumienia powietrza lub miejsce umieszczenia w wyrobisku urządzenia wentylacyjnego, np. tamy regulacyjnej. Bocznicą sieci wentylacyjnej nazywamy pojedyncze wyrobisko (lub połączenie szeregowe (równoległe) kilku wyrobisk) łączące dwa węzły niezależne sieci wentylacyjnej. Oporem lokalnym przepływu powietrza w sieci wentylacyjnej nazywamy pracę tarcia wywołaną: zmianą kierunku przepływu, tzw. opór skrętu (kolano), zmianą (zwiększeniem lub zmniejszeniem) przekroju poprzecznego wyrobiska, obecnością odrzwi dławiących. Wentylatorem górniczym nazywa się maszynę służącą do sztucznego wywołania ruchu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Z wymienionych elementów sieci wentylacyjnej, (tzn. bocznic, węzłów, oporów miejscowych i wentylatorów) zbudowane jest dowolne oczko sieci wentylacyjnej - węzłowe lub bezwęzłowe. Oczkiem bezwęzłowym sieci wentylacyjnej nazywamy oczko, które jest szczelnie odgrodzone od sąsiednich oczek. Natomiast oczko sieci wentylacyjnej, które nie jest odgradzane od sąsiednich oczek nosi nazwę oczka węzłowego sieci. Oczko bezwęzłowe jest układem ciał, do którego dopływa energia z zewnętrznych źródeł ciepła (np. z górotworu), a oczko węzłowe sieci - układem ciał, do którego dopływa energia nie tylko z zewnętrznych źródeł ciepła, lecz także z sąsiednich oczek sieci wentylacyjnej.

3. Zasady sporządzania schematów przestrzennych i kanonicznych kopalnianej sieci wentylacyjnej.

Schemat przestrzenny przewietrzania Na podstawie planu poglądowego lub częściej w oparciu o plany (mapy) pokładowe kreśli się schemat przestrzenny przewietrzania. Schemat ten ma przedstawiać przestrzenny obraz wszystkich czynnych wyrobisk w kopalni. Ze schematu przestrzennego sieci ma wynikać wznoszący lub schodzący charakter prądów powietrznych w kopalni. Sposób wykonania tego schematu należy dostosować do lokalnych warunków geologiczno-górniczych panujących w kopalni.

Schemat kanoniczny przewietrzania Na podstawie schematu przestrzennego kreśli się schemat kanoniczny, który jest nieskalibrowanym obrazem topologicznym sieci wentylacyjnej. Schemat kanoniczny kopalnianej sieci wentylacyjnej orientuje o sposobie rozprowadzenia powietrza i służy do wszelkich obliczeń wentylacyjnych. Przy jego pomocy można też badać charakter bocznic w sieci wentylacyjnej, tzn. ich normalność bądź przekątność.

Rozróżnia się schematy kanoniczne otwarte i zamknięte. Schemat zamknięty uzyskuje się ze schematu otwartego przez uwzględnienie w nim, że atmosfera zewnętrzna stanowi bocznicę o nieskończenie dużym przekroju i oporze równym zero, łączącą dyfuzor wentylatora głównego ze zrębem szybu wdechowego. Twórcą schematu otwartego był H. Czeczott, natomiast schematu zamkniętego (kołowego) W. Budryk.

4. Rodzaje prądów powietrza:

1) wznoszący się prąd powietrza, tj. prąd płynący w bocznicy od węzła o mniejszej wysokości niwelacyjnej do węzła o większej wysokości niwelacyjnej,

2) schodzący prąd powietrza, tj. prąd płynący od węzła o większej wysokości niwelacyjnej do węzła o mniejszej wysokości niwelacyjnej,

3) normalny prąd powietrza, tj. prąd którego kierunek nie zależy od oporu bocznic sąsiednich,

4) przekątny pr. pow., tj. prąd którego kierunek zależy od oporu bocznic sąsiednich,

5) niezależny pr. pow. tj. prąd który oddziela się od prądu powietrza świeżego i po przewietrzeniu miejsca pracy lub innego pomieszczenia na dole kopalni dołącza się do prądu powietrza zużytego,

6) zależny pr. pow. tj. prąd w bocznicach sieci łączących ze sobą dwa różne prądy powierza świeżego lub dwa różne prądy powietrza zużytego,

7) rejonowy pr. pow. tj. niezależny prąd powietrza przewietrzający kompleks wyrobisk górniczych, np. chodnik podścianowy, ściana i chodnik nadścianowy,

8) grupowy pr. pow. świeżego, tj. prąd powietrza płynący do co najmniej dwóch rejonów wentylacyjnych,

9) prosty pr. pow. względem danego źródła energii (mechanicznej lub naturalnej), tj. prąd, którego kierunek przepływu jest zgodny z kierunkiem działania tego źródła,

10) odwrócony pr. pow. tj. prąd którego kierunek przepływu jest niezgodny z kierunkiem działania źródła energii.

5. Rozprowadzenie powietrza w kopalni rozpatrujemy w 8 aspektach z uwagi na: 1) bezpieczeństwo pożarowe, 2) bezpieczeństwo wobec metanu, 3) bezpieczeństwo wobec CO₂, 4) bezpieczeństwo wobec pyłu, 5) warunki klimatyczne, 6) niezawodność przewietrzania, 7) ekonomikę przewietrzania, 8) automatyzację kontroli przewietrzania. Ad. 1. - nie dopuszczać do odwrócenia prądów powietrza, - projektować właściwe wysokości pięter, - unikać prądów słabych, - stosować wznoszące przewietrzanie, - unikać prądów schodzących, - unikać prądów przekątnych, - nie dopuszczać do pożarów endogenicznych w zrobach, - prowadzić powietrze wzdłuż calizny węglowej, - wyrównywać potencjały wokół pól pożarowych, - stosować spiętrzenia wentylatorów głównych powyżej 800 Pa (80 mmH₂O). Ad. 2. - stosować duże prędkości powietrza, - stosować spiętrzenia wentylatora co najmniej 2400 Pa, - przy średnich i dużych zagrożeniach metanowych stosować w rejonach (ścianach) system „H”. Ad. 3. - stosować wentylację o dużych spiętrzeniach, - stosować schodzące przewietrzanie, - przy wentylacji ssącej stosować mocne prądy powietrza żeby nie dopuścić do cofania CO₂. Ad. 4. - stosować prędkość powietrza około 2 m/s, - nie umieszczać tam regulacyjnych przy taśmociągach. Ad. 5. - prowadzić powietrze świeże najkrótszą drogą do miejsc pracy (rejonów), - prowadzić możliwie duże ilości powietrza, - w prądach powietrza świeżego nie utrzymywać źródeł ciepła, - w szybach wdechowych stosować hydroizolację, - w wyrobiskach ujmować wodę w ścieki kryte. Ad. 6. - stosować dwa szyby niezbyt blisko siebie, - stosować dwa wyjścia z każdej ściany (jeżeli zagrożenie tąpaniami - trzy), - stosować rezerwowe wentylatory, - utrzymywać urządzenia wentylacyjne w należytym stanie. Ad. 7. - rozprowadzać powietrze racjonalnie (w oddziałach duże spadki potencjału, a poza rejonami małe), - unikać wąskich przekrojów wentylacyjnych, - nie tolerować dużych strat wewnętrznych i zewnętrznych powietrza, - nie tolerować nieszczelnych lutniociągów, - nie tolerować małych sprawności wentylatorów. Ad. 8. - stosować metanometrię automatyczną, - stosować anemometrię automatyczną, - wprowadzać automatyczną kontrolę i regulację rozpływu powietrza. Generalne zasady (wynikające głównie z przepisów) są następujące: - rejony przewietrzać niezależnymi prądami powietrza, - powietrze świeże doprowadzać najkrótszymi drogami do poziomów wydobywczych, skąd prądami wznoszącymi odprowadzać na poziom wentylacyjny i dalej do szybu wydechowego, - powietrze można sprowadzać w dół jeśli nachylenie: < 5°; 5 Ⴘ 10° - jeśli w > 0,5 m/s, - stosować wentylatory ssące przy szybach wydechowych, - stosować dużą liczbę rejonów wentylacyjnych przewietrzanych niezależnymi prądami powietrza, - do każdego rejonu powietrze świeże doprowadzać jedną drogą, - w jednym rejonie nie powinno pracować więcej niż 100 ludzi w kopalni metanowej i 130 w kopalni niemetanowej. Rozprowadzanie w robotach eksploatacyjnych. Przy eksploatacji do granic z zawałem stropu i przy centralnym rozmieszczeniu szybów powietrze przepływa przez zawał i przy nieczystym wybieraniu (pozostawiona np. ława węgla przy kruchym stropie) może dojść do powstania pożaru. Często w celu ograniczenia filtracji powietrza przez zroby, wykonuje się pasy podsadzkowe wzdłuż obydwu chodników, tj. podstawowego i wentylacyjnego oraz stosuje się dodatkowo uszczelnianie. Przy stosowaniu w kopalniach podsadzki hydraulicznej i przy solidnym jej wykonaniu, rozmieszczenie szybów nie ma tak istotnego znaczenia jak przy eksploatacji z zawałem stropu.

6. Prawo dla węzłów sieci wentylacyjnych pasywnych i aktywnych.

Sieć wentylacyjna aktywna i pasywna Sieć wentylacyjna każdej istniejącej kopalni jest siecią aktywną, gdyż gęstość masy powietrza w wyrobiskach kopalnianych jest wielkością zmienną. Jeśli kopalnia jest płytka (do 400 m), to aktywność jej sieci jest mała. Można zatem tę sieć traktować jako sieć pasywną, co jest równoznaczne z przyjęciem założenia upraszczającego, że gęstość masy powietrza w całej płytkiej kopalni jest wielkością niezmienną, równą ρ= 1.20 kg/m3.Przyjęte założenie powoduje, że w bocznicach sieci pasywnej nie występują depresje naturalne i w związku z tym nazywa się je bocznicami pasywnymi. Jeśli natomiast kopalnia jest głęboka, aktywność jej sieci jest duża i należy zarówno dla sieci istniejących jak i projektowanych traktować sieć wentylacyjną takiej kopalni jak sieć aktywną. Bocznice takiej sieci nazywa się bocznicami aktywnymi. We wszystkich niepoziomych bocznicach takiej sieci występują depresje naturalne.

7. Wyznaczanie oporów bocznic sieci wentylacyjnej W kopalni istniejącej można wykonać pomiary dyssypacji energii i objętości strumieni powietrza i z kolei wyznaczyć opory bocznic. Dla kopalni istniejącej lub projektowanej opory bocznic sieci można obliczyć korzystając z odnośnych tablic współczynników oporów. W obranej bocznicy, w której objętość strumienia powietrza jest stała, zmieniać się może zarówno rodzaj obudowy, jak i pole przekroju poprzecznego bocznicy. Chcąc wyznaczyć opór takiej bocznicy dzieli się ja na n odcinków o jednakowej obudowie i jednakowym polu przekroju. Bocznica taka jest wówczas połączeniem szeregowym n elementów. - projektowana;

Według H. Darcy jednostkowa elementarna praca tarcia jest równa

Wyrażenie nazywamy oporem aerodynamicznym wyrobiska i

oznaczamy przez R, przy czym [R] = m^-4.

Dyssypacja energii w wyrobisku (bocznicy)

  Można także wykorzystać inny wzór na prędkość powietrza w wyrobisku

8. Opór szeregowego, równoległego i mieszanego połączenia bocznic sieci.

Połączenie szeregowe bocznic: Jeśli bocznica składa się z kilku wyrobisk różniących się np. rodzajem obudowy lub przekrojów połączonych szeregowo to jej opór wypadkowy jest sumą oporów poszczególnych wyrobisk
. Analogicznie jest wyznaczany opór wypadkowy szeregowo połączonych bocznic. Dla dwóch bocznic o oporach R_f1 i R_f2 połączonych szeregowo opór wypadkowy jest równy: R_fw= R_f1+ R_f2. Wypadkowa dyssypacja energii przy założeniu, że ρ = ρ_n = 1.20 kg/m³ jest równa:
²+
²=
²=
². Połączenie równoległe bocznic: W każdej z bocznic połączonych równolegle, przy założeniu, że ρ₁ = ρ₂ = ρ_n, powstaje taka sama dyssypacja energii. Wynika to z faktu, że w stanie ustalonym algebraiczna suma spadków potencjału w oczku powinna być równa zero. Dla przypadku ogólnego opór połączenia równoległego bocznic jest równy:
. Rozdział powietrza w połączeniu szeregowym i równoległym: Rozpływ powietrza w sieci można wyznaczyć stosując w tym celu prawa dla szeregowego i równoległego łączenia bocznic i w efekcie uzyskuje się opór wypadkowy sieci wentylacyjnej. Znając opór wypadkowy sieci wentylacyjnej i równanie charakterystyki wentylatora można wyznaczyć analitycznie lub graficznie ilość powietrza przepływającego przez sieć, a następnie postępując odwrotnie niż przy wyznaczaniu oporu wypadkowego sieci znajduje się rozpływ powietrza w całej sieci wentylacyjnej. Przy połączeniu szeregowym bocznic, dla kolejnych strumieni objętości powie­trza, sumuje się odpowiednio rzędne charakterystyk bocznic, otrzymując w wyni­ku wypadkową charakterystykę połączenia szeregowego. Dla połączenia równoległego bocznic sumuje się natomiast odpowiednio dla kolejnych dyssypacji energii odcięte, otrzymując w wyniku charakterystykę wy­pad­kową połączenia równoległego.

9. Czynniki charakteryzujące przepływ powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej 1) Prędkość powietrza w podziemnych wyrobiskach górniczych jest jednym z zasadniczych czynników determinujących warunki klimatyczne w kopalni. O doborze prędkości powietrza w wyr.górn. decydują nie tylko warunki klimatyczne, ale także szereg innych czynników, jak np. zapewnienie statecznie burzliwego przepływu powietrza w wyrobiskach, zapobieganie tworzeniu się przystropowych warstw metanu, zwalczanie zapylenia powietrza itp. Mając na uwadze względy zdrowotne i techniczno-ekonomiczne, prędkość powietrza kopalnianego musi się zawierać w ściśle określonym zakresie, ustalonym na podstawie praktyki górniczej oraz badaniami naukowymi. Dopuszczalne prędkości powietrza: 1) prędkość maksymalna [m/s] 5 - ściany i zabierki, 8 - wyrobiska korytarzowe, 12 - szyby i szybiki zjazdowe, 10 - w czasie robót remontowych; 2) prędkości minimalne powietrza [m/s]: a) 0,3 - w polach metanowych - dla wszystkich rodzajów wyrobisk, b) 1 - trakcją elektryczną - dla wszystkich rodzajów wyrobisk, c) w polach niemetanowych: 0,15 - dla ścian; 0,10 - dla zabierek; 0,15 - wyrobisk korytarzowych. W dowolnym poprzecznym przekroju wyrobiska prędkość powietrza nie jest jednakowa we wszystkich punktach tego przekroju. Największe prędkości wystepują zazwyczaj w środkowej części przekroju wyrobiska, a najmniejsze - przy ścianach (ociosach) wyrobiska. 2) Objętość i materia strumienia Objętość strumienia powietrza (objetościowe natężenie przepływu) V˚ w wyrobisku górniczym wyznacza się na podstawie pomiarów prędkości średniej powietrza w_m w obranym przekroju poprzecznym wyrobiska i pola A tego przekroju, korzystając z zależności V˚=A·w_m W sieci wentylacyjnej, w której występuje ustalony stan dynamiczny i termiczny, masa strumienia powietrza m_β w szczelnej bocznicy β tej sieci jest wielkością niezmienną, niezależną od miejsca w tej bocznicy co ujęte jest równaniem ciągłości strumienia masy m˙_β=ρ_β (s)V˚_β(s)=idem, gdzie ρ_β (s) - gęstość masy powietrza w przekroju poprzecznym o współrzędnej bieżącej s bocznicy β sieci wentylacyjnej, V˚_β(s) - objętość strumienia powietrza w tym przekroju. 3) Rodzaje przepływu powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej W bocznicach kopalnianej sieci wentylacyjnej mogą zachodzić dwa rodzaje przepływów powietrza: laminarny, czyli uwarstwiony oraz turbulentny, czyli burzliwy. Laminarny przepływ powietrza jest spokojny i warstwowy. Oddzielne warstwy powietrza przesuwają się równolegle do osi wyrobiska , nie mieszając się miedzy sobą. Turbulentny przepływ charakteryzuje się tym, że elementy płynu poruszają się w sposób nieuporządkowany i po bardzo zawiłych torach w skutek czego powstają ciągłe chaotyczne zaburzenia przepływu. Dla stwierdzenia rodzaju przepływu powietrza w wyrobisk.górn. wyznacza się dla tego wyrobiska liczbę Reynoldsa (Re) przy korzystaniu z relacji Re = w_m·D_e/v_p gdzie w_m - średnia prędkość powietrza [m/s], D_e - średnica równoważna wyrob.górn.[m], v_p - lepkość kinematyczna powietrza kopaln.=15·10^-6 [m²/s]

10. Równania przepływu powietrza w wyrob.górn.

Objętość strumienia powietrza (objetościowe natężenie przepływu) V˚ w wyrobisku górniczym wyznacza się na podstawie pomiarów prędkości średniej powietrza w_m w obranym przekroju poprzecznym wyrobiska i pola A tego przekroju, korzystając z zależności V ˚= A·w_m

• Liczba Reynoldsa:

Re = Wm * De/vp; De = 4A/B; B = 4,16 A

Wm- średnia prędkość; De- średnica równoważna; A- pole przekroju; B- obwód tego przekroju;

Vp- kinematyczny współczynnik lepkości;

• Równanie ciągłości dla przepływu stacjonarnego: md=mw strumień masy powietrza na dopływie = na wypływie

• Ogólne równanie przepływu powietrza w bocznicy sieci:

• Równanie Bernouliego:

vn*dp + ½ dw² + gdz + dlf =0 vn= 1/ ρn ρn= 1,20 kg/m³

dlf- dyssypacja energii vn- objętość właściwa

• Równanie Darcy (elementarna praca tarcia): dlf = λf * ½ w² * ds/De λf - liczba oporu bocznicy sieci went.

11. Depresja naturalna- praca wszystkich czynników naturalnych odniesionych do 1kg lub 1m³ powietrza. Powstaje tylko w wyrobiskach naturalnych zaś w prostych = 0 -zmiany cieplne w prądzie powietrza, -zmiana składu powietrza kopalnianego, -działanie wiatru w atmosferze zewn. w sasiedliwe szybów, szkolni lub upadowych, -mechaniczne porywanie cząstek powietrza przez opadającą wodę w szybach lub szybikach. Wychodzi się z teorii potencjału izentropowego i ma ona postac: l_nv=-g∫(ρ-ρ_s)dz (H.Bystronia), depresja naturalna- l_nw-(p_sw-p_sd)-g*ρ_m(z_w-z_d) J/m³ . Przewietrzenie naturalne tylko pod wpływem działania depresji naturalnej jest niezgodne z polskimi przepisami górniczymi. l_n=∫vdp, R_w=Σ(ρ_n/ρ_m)²R_i, l_f=R_wV_n² , Metoda hydrostatyczna: h_n=H(γ_2-γ₁) H- głębokość Kopalni, γ_1, γ₂- ciężary słupów powietrza w szybach.

12.Potencjał aerodynamiczny, schemat potencjalny i jego zastosowania Schemat potencjalny sieci wentylacyjnej jest skalibrowanym obrazem topologicznym tej sieci. Sporządza się go w oparciu o schematy przestrzenny i kanoniczny oraz wartości potencjału powietrza w węzłach i charakterystycznych przekrojach bocznic sieci. W celu jego sporządzenia rysuje się linie ekwipotencjalne (jednakowego potencjału) i przyporządkowuje im węzły schematu kanonicznego zgodnie z posiadanym przez nie potencjałem powietrza. Przyjmuje się przy tym, że potencjał powietrza w głównym węźle wlotowym do sieci jest równy zero. Dzięki schematom potencjalnym można opracować wiele zagadnień z zakresu bezpieczeństwa i ekonomiki sieci wentylacyjnej ( np. badanie stabilności kierunków prądów powietrza w czasie działania lub postojów wentylatorów głównych, badania racjonalności rozkładu spadków potencjału powietrza w sieci. Rodzaje schematów potencjalnych: niekumulacyjny i kumulacyjny (używany w głębokich, silnie metanowych kopalniach) - schemat potencjalny, na którym naniesione są wartości depresji naturalnych w niepoziomych bocznicach sieci wentylacyjnej. Racjonalny rozkład spadków potencjału. Ze względu na stabilność prądów rejonowych oraz ze względu na ekono­miczność wentylacji (zwalczanie wąskich przekrojów wentylacyjnych) rozkład spadków potencjału powietrza w sieci wentylacyjnej jest uważany za racjonalny, gdy spadki potencjału w rejonach wentylacyjnych są możliwie duże, a sumy spad­ków potencjału poza rejonami wentylacyjnymi - możliwie małe.

Potencjał aerodynamiczny-służy do opisu stacjonarnego przepływu powietrza wyrobiskami górniczymi. Potencjał jest wyprowadzany z równania ruchu gazów bądź cieczy rzeczywistych i równania
_. Po przekształceniach uzyskuje się związek

Φ=
- p₀]+ 0,5(w²- w₀²)+ g(z-z₀)

Przy czym p, w i z są to ciśnienie i prędkość powietrza w przekroju poprzecznym wyrobiska w miejscu, dla którego wyznacza się potencjał aerodynamiczny oraz wysokość geodezyjną środka tego przekroju . Potencjał aerodynamiczny φ pokazany wzorem jest wyrażony w j/kg. W praktyce najczęściej potencjał ten wyraża się w J/m3, pzy czym korzysta się z zależności

W której Po i P oznaczają gęstość odpowiednio w przekroju dopływu powietrza do kopalni i w przekroju, dla którego wyznaczono potencjał φ w J/kg. Spadek potencjału δϕ (J/kg), zachodzący między przekrojami krańcowymi (d) i (w) wyrobiska górniczego ujmuje wzór:

Znając dyssypację energii użytecznej zachodzącą w bocznicy sieci wentylacyjnej, np. obliczoną ze wzoru oraz wartość ciągu naturalnego generowanego w tej bocznicy, wzór , spadek potencjału aerodynamicznego zachodzący w tejże bocznicy może być wyznaczony z zależności δϕ= l_f- e_n

Spadek potencjału odniesiony do 1m³ powietrza o średniej gęstości powietrza p_m pokazuje wzór δϕ_v =0,5(p_d+p_w)(l_f-e_n). Korzystając z tej zależności można sporządzić schematy potencjalne istniejących sieci wentylacyjnych, które znajdują zastosowanie w badaniach tych sieci.

13. Dyssypacje mocy użytecznej i stabilność prądów powietrznych.

Dyssypacje mocy użytecznej wyznacza się z zależności: N_u=R_fV³=l_fvV; N-dyssypacja mocy użytecznej w bocznicy sieci wentylacyjnej; R opór właściwy bocznicy kg/m⁷; V strumień objętości powietrza w tej bocznicy m^3/s; l dyssypacja energii użytecznej w bocznicy J/m³

Ocneniając określony prąd powietrza w kopalni podziemnej korzysta się z podziału prądów powietrznych na bardzo mocne, mocne, średnie, słabe i bardzo słabe. Za bardzo mocne prądy powietrza uważane są prądy powietrzne, w których dyssypację N mocy użytecznej są nie mniejsze niż 6000 W w kopalniach węgla i 4800 W w kop. Rud miedzi. O mocnym prądzie powietrza w kopalni węgla mówi się wtedy gdy dyssypacja mocy w tym prądzie jest zawarta w przedziale od 1200 W do 6000 W. Dla kop rud miedzi przedział ten wynosi od 1200 do 4800 W. Prąd powietrza jest traktowany jako średnio mocny, gdy dyssypacja mocy użytecznej w tym prądzie w przypadku kopalń węgla jest mniejsza od 1200 W, ale nie mniejsza niż 240 W. Dla kop rud miedzi przedział ten wynosi od 1200 do 300 W. Prąd powietrzny uważany jest za słaby, gdy dyssypacje mocy użytecznej wynoszą od 240 do 50 W w kopalniach węgla i od 300 do 50 W w kopalniach rud miedzi. Ze względu na łatwość odwracania się bardzo słabych prądów powietrznych tzn prądów dla których dyssypacje mocy użytecznej są nie większe od 50 W, nie należy ich tolerować w praktyce górniczej zarówno kopalń węgla kamiennego, jak też rud miedzi. Przejawianie dostatecznie dużych dyssypacji mocy użytecznej w poszczególnych bocznicach kopalnianych sieci wentylacyjnych jest jednym z podstawowych warunków zapewnienia bezpieczeństwa tych sieci w aspekcie prewencji zaburzeń kierunkow przepływu prądów powietrznych. Należy bowiem podkreślić, że zaburzenie kierunków przepływu powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych w czasie pozarów podziemnych były powodem wielu dużych katastrof górniczych

14. Prawo dla oczek sieci wentylacyjnych pasywnych i aktywnych.

∑Є_il_fi+∑Є_jl_fj=∑Є_kl_nk+∑Є_wl_nw gdzie:

Є_i - czynnik znakowy dyssypacji energii w bocznicy i-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek przepływu powietrza w tej bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, natomiast ma wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne,

Є_{j -} czynnik znakowy dyssypacji energii na oporze miejscowym w bocznicy j-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek przepływu powietrza w tej bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne oraz 0 jeśli w tej bocznicy nie występuje opór miejscowy,

Є_k - czynnik znakowy depresji naturalnej w bocznicy k-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek działania depresji w bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, natomiast ma wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne,

l_fi - dyssypacja energii w i-tej bocznicy, [J/kg]

l_fj - - dyssypacja energii na oporze miejscowym w j-tej bocznicy [J/kg]

l_{nk -} depresja naturalna działająca w k-tej bocznicy [J/kg]

l_tdw - praca techniczna wentylatora działającego w w-tej bocznicy[J/kg]

Zależność nazywa się prawem dla oczek sieci wentylacyjnej lub rzadziej II prawem Kirchhoffa.

Prawo dla oczek sieci wentylacyjnej, czasami nazywane II prawem Kirchhoffa ma postać:
, gdzie:
- czynnik znakowy dyssypacji energii w bocznicy i-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek przepływu powietrza w tej bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, natomiast ma wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne,
- czynnik znakowy dyssypacji energii na oporze miejscowym w bocznicy j-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek przepływu powietrza w tej bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne oraz 0 jeśli w tej bocznicy nie występuje opór miejscowy,
- czynnik znakowy depresji naturalnej w bocznicy k-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek działania depresji w bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, natomiast ma wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne,
- czynnik znakowy wentylatora w bocznicy w-tej, przy czym czynnik ten ma wartość +1, jeśli kierunek działania wentylatora w bocznicy jest zgodny z kierunkiem obchodzenia oczka, wartość -1, jeśli kierunki te są przeciwne oraz 0 jeśli w tej bocznicy nie działa wentylator.
- dysypacja energii w i-tej bocznicy, J/kg,
- dysypacja energii na oporze miejscowym w j-tej bocznicy, J/kg,
- depresja naturalna działająca w k-tej bocznicy, J/kg,
- praca techniczna wentylatora działającego w w-tej bocznicy, J/kg.

15. Wyznaczenie niezbędnych ilości strumienia objętości powietrza w kopalni podziemnej.

Zgodnie z przepisami, całkowita ilość powietrza doprowadzona do wszystkich wyrobisk zakładu górniczego powinna być taka aby zapewnione było utrzymanie wymaganego składu powietrza i jego temperatury, przy czym ilość powietrza w przeliczeniu na jednostkę nie powinna być mniejsza niż 6m³/s.

Wyznaczenie niezbędnych strumieni i objętości powietrza ze względu na: 1) minimalną prędkość powietrza w wyrobisku ślepym: Vmin=A_*w_min [m³/s] gdzie A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego [m²], w_min - minimalna prędkość powietrza [m/s], 2) ilość metanu: Vr=V_CH4/C_CH4 - C_oCH4* 100, gdzie V_CH4 - ilość wydzielającego się metanu do wyrobiska ślepego [m³_CH4/s], C_CH4 - dopuszczalne stężenie metanu [%], C_oCH4 - stężenie metanu w pradzie opływowym [%]; 3) ilość i skład gazów odstrzałowych: a) dla wentylacji tłoczącej Vo=0,13_*(A/τ)_{* pierw.}³ (k_φ*M*L²*η_L²)/A [m³/s], b) dla ssącej Vo=(0,3/τ)_*√(M/A)_*L_od [m³/s], c) dla kombinowanej Vo=0,13_*(A/τ)_{* pierw.}³ (k_φ*M*L_s²*η_L²)/A [m³/s] gdzie A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego [m²],τ - czas przewietrzania przodka po robotach strzelniczych, k_φ - współczynnik uwzględniający stopień zawilgocenia wyrobiska, M - ilość materiału wybuchowego zużytego jednorazowo do odstrzału urobku w przodku [kg], długość wyrobiska ślepego [m], η_L- sprawność lutniociągu, Lod - długość strefy odrzutu gazów po odstrzale materiału wybuchowego [m], L_s - odległość końca lutniociągu ssącego od czoła przodka [m]; 4) warunki klimatyczne: Vmin=(1/ρ_m)_*-q_sm*B_*L/c_p*(Яo-t_sd)[ln(Яo-t_sp)-ln(Яo-t_sd)], [m³/s], gdzie q_sm- średni jednostkowy strumień ciepła [J/(m²s), B - obwód wyrobiska górniczego [m], L- długość wyrobiska [m], ρ_m- średnia gęstość powietrza w wyrobisku [kg/m³], c_p- właściwa pojemność cieplna (ciepło właściwe), Яo - temper. pierwotna górotworu, t_sd- temp. sucha w przekroju dopływu powietrza do wyrobiska [^oC], t_sp- temp. sucha powietrza w przodku wyrobiska [^oC].

16. Wyznaczenie naturalnego rozpływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej polega na określeniu: a) kierunków i strumieni objętości powietrza w bocznicach sieci, b) parametrów punktów pracy wentylatorów, jeśli a priori znane są: schematy przewietrzania kopalni, opory bocznic sieci, charakterystyki wentylatorów, przy czym dla aktywnych sieci wentylacyjnych dodatkowo konieczna jest znajomość pola temperatury powietrza kopalnianego. Dla sieci pasywnych normalnych, prostych lub złożonych w których jedynym źródłem energii wywołującym przepływ powietrza jest np. wentylator główny, rozpływ powietrza można wyznaczyć w sposób ścisły. Stosuje się w tym celu najczęściej prawa dla szeregowego i równoległego łączenia bocznic i w efekcie uzyskuje opór wypadkowy sieci wentylacyjnej. Znając opór wypadkowy sieci wentyl. i równanie charakterystyki wentylatora można wyznaczyć analitycznie lub graficznie ilość powietrza przepływającego przez sieć a następnie postępując odwrotnie niż przy wyznaczaniu oporu wypadkowego sieci znajduje się rozpływ powietrza w całej sieci wentylacyjnej.

17. Wyznaczenie wymuszonego rozpływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej sprowadza się do: a) określenia całkowitych spiętrzeń wentylatorów głównych i pomocniczych, b) dyssypacji energii w tamach dławiących i oporów tych tam, jeżeli znane są: schematy przewietrzania kopalni, rozpływ powietrza kopalnianego, tj. kierunki i strumienie objętości powietrza w bocznicach sieci, opory tych bocznic, oraz w przypadku aktywnej sieci wentylacyjnej dodatkowo rozkład (pole) temperatury powietrza kopalnianego.

18. Wentylatory głównego przewietrzania: typy wentylatorów, praca indywidualna i zespołowa.

TYPY WENTYLATORÓW - Dzielą się na: 1.Kierunek przepływu powietrza: promieniowanie WPK i osiowe WOK, 2.Sposób pracy: ssące, tłoczące, ssąco-tloczące, 3a.Sposób zasysania czynnika gazowego: promieniowe, jednostronnie ssące (jednostrumieniowe) -dwu stronie ssące (dwustrumieniowe), 3b. Liczba stopni (wentylatory osiowe) jednostopniowe i wielostopniowe, 4.Wytwarzanie spiętrzenia: niskoprężne do1000N/m., średnioprężne 1000-3000 N/m. i wysokoprężne powyżej 3000N/m,5. Wydajność: wentyl. małe do 30m³/s, wentyl. średnie 30-100m³/s wentyl. I duże pow. 100m³/s 6.Przeznaczenie: główne, pomocnicze(instalowane na dole), lutniowe 7.Sposób zabudowania: poziome i pionowe 8.Prędkość obrotowa: wolnobieżna do 500obr/min i szybkobieżne pow. 500obr/min 9.Moc silnika na zaciskach: małej mocy, średniej mocy i dużej mocy.

PRACA INDYWIDUALNA - Wentylatory główne są dobierane stosownie do potrzeb danej kopalni, z uwzględnieniem jej rozwoju. Z uwagi na zachodzące zmiany w sieci wentylacyjnej, konieczne jest stosowanie regulacji pracy wentylatorów głównych. Regulację pracy wentylatorów można uzyskać przez: zmianę liczby obrotów wirnika wentylatora, zmianę kąta ustawienia łopatek wirnika lub kierownicy, zmianę nastawienia aparatu kierowniczego oraz zmianę oporu sieci, w której pracuje wentylator.

PRACA ZESPOŁOWA - W kopalni zazwyczaj zainstalowane są stacje wentylatorowe przy kilku szybach wydechowych. W każdej z tych stacji działa zwykle jeden wentylator główny, a drugi stanowi rezerwę. W praktyce kopalń węgla lub rud niekiedy zachodzi konieczność stosowania zespołowej pracy wentylatorów głównych w układzie szeregowym lub w układzie równoległym

1. zespołowa praca wentylatorów głównych w układzie szeregowym. Przy działaniu identycznych wentylatorów głównych w układzie szeregowym wydajność każdego z nich jest jednakowa. Charakterystykę wypadkową wentylatorów w układzie szeregowym otrzymuje się jako wynik dodawania rzędnych punktów (charakterystyk indywidualnych) o tych samych odciętych,

2. zespołowa praca wentylatorów głównych w układzie równoległym. Przy działaniu wentylatorów głównych w układzie równoległym spiętrzenie całkowite każdego z nich jest jednakowe. Przy kreśleniu wypadkowej charakterystyki wentylatorów w układzie równoległym należy więc sumować ich wydajności odpowiadające obranym spiętrzeniom całkowitym, tj. dodawać odcięte punktów (charakterystyk indywidualnych) o tych samych rzędnych.

19. Charakterystyka wentylatora wyraża związki między spiętrzeniem całkowitym ၄p_c, mocą N i sprawnością ၨ a wydajnością V wentylatora, przy czym zwykle wydajność jest strumieniem objętości powietrza o gęstości masy 1,20 kg/m3, przepływającego przez płaszczyznę wlotu lub wylotu wentylatora. Jeśli na charakterystykę spiętrzenia wentylatora, uzyskaną dla stałej liczby obrotów wirnika n, nałoży się charakterystykę sieci, to punkt przecięcia tych dwóch charakterystyk, zwany punktem pracy, określa spiętrzenie całkowite wentylatora ၄pc oraz wydajność wentylatora V.

Wydajność wentylatora wyrażana jest w m³/s, a niekiedy w m³/min lub m³/h. Charakterystykę wentylatora sporządza się często tylko dla dodatnich wydajności wentylatora, przy których powietrze wypływa z wentylatora jego dyfuzorem.

20. Wentylacja lutniowa: rodzaje wentylacji, wentylatory lutniowe, rodzaje lutniociągów.

RODZAJE WENTYLACJI - ssąca, tłocząca, kombinowana, dodatkowo dla uniknięcia zagrożeń wywołanych gazami odstrzałowymi stosować można tzw. Wentylację rewersyjną.

WENTYLATORY LUTNIOWE - powinny być zainstalowane w odległości od 8 do 15 m od wyrobiska przewietrzanego odrębnie. Natomiast odległość końca lutniociągu od czoła przodka wyrobiska ślepego nie powinna być większa od 10 m a w polach niemetalowych i 6 m w polach metanowych przy wentylacji ssącej i odpowiednio 10 i 8 m przy wentylacji tłoczącej.

ROODZAJE LUTNIOCIĄGÓW - do przewietrzania wyrobisk udostępniających i przygotowawczych stosuje się: metalowe lutnie wsuwane o średnicy 0,4, 0,5, 0,6m; metalowe lutnie kołnierzowe od 0,4 do 1,0m oraz lutnie elastyczne o średnicy od 0,4 do 1,0m.

21. Urządzenia wentylacyjne (tamy, kanały, mosty itp.)

Urządzenia wentylacyjne są środkami pomocniczymi dla rozprowadzania powietrza w kopalni. Stosowane są one w celu uzyskania żądanych objętości strumieni powietrza w wyrobiskach górniczych. Ze względu na przeznaczenie dzieli się je na: urządzenia uniemożliwiające lub utrudniające przepływ powietrza w wyrobiskach górniczych (tamy wentylacyjne, zamknięcia zrębów szybów wentylacyjnych, włazy do kanałów wentylacyjnych); urządzenia ułatwiające przepływ powietrza w wyrobiskach górniczych: (kanały wentylacyjne, urządzenia do rewersji wentylacji kopalni, mosty wentylacyjne, wentylatory pomocnicze). Tamy wentylacyjne: to przegrody zbudowane w poprzek wyrobiska górniczego przeznaczone do oddzielenia prądów powietrza lub do odizolowania wyrobisk wentylacyjnie czynnych od wyrobisk wentylacyjnie nie czynnych. Ze względu na przeznaczenie tamy wentylacyjne dzielą się na: izolacyjne, oddzielające, regulacyjne; Ze względu na konstrukcję: tamy głuche i z drzwiami; Ze względu na stosowany materiał tamy: drewniane i murowe. Należy je budować w zwięzłym i nie spękanym górotworze. W spągu, stropie i ociosach w wybranym miejscu dla tamy należy wykonać wrąb do nienaruszonej calizny (bez użycia MW). Ściana tamy ma szczelnie przylegać do dna wrębów uprzednio wykonanych poza obudową wyrobiska. Zamknięcia zrębów szybów wentylacyjnych stosuje się w celu uniknięcia tzw. krótkiego spięcia wentylacyjnego pomiędzy atmosferą zewnętrzną, a kanałem wentylacyjnym głównym. Wejścia śluzowe do kanałów wentylacyjnych służą do przejścia ludzi z powierzchni kopalni do kanałów wentylacyjnych głównych. Rozróżnia się dwa typy wejść śluzowych: poziome do kanałów wentylacyjnych usytuowanych na powierzchni terenu, pionowe do kanałów wentylacyjnych usytuowanych pod powierzchnią terenu. Kanały wentylacyjne główne służą do połączenia wentylatora głównego z szybem wentylacyjnym dla wentylatorów czynnych oraz rezerwowych. Przez kanał przepływa całkowita ilość powietrza odprowadzonego przy wentylacji ssącej i doprowadzonego przy wentylacji tłoczącej do sieci wentylacyjnej. Opór kanału powinien być jak najmniejszy. Przy wykonywaniu kanału wentylacyjnego przy danym szybie: pole poprzecznego kanału powinno być dostatecznie duże, połączenie kanału z szybem powinno być wykonane w postaci łagodnego zakrętu, długość kanału powinna być mała, kształt przekroju kanału powinien być kołowy, oś kanału i oś wentylatora promieniowego jednostronnie ssącego lub osiowego powinny znajdować się w jednej płaszczyźnie. Urządzenia do rewersji wentylacji głównej umożliwiają zmianę kierunku wszystkich prądów powietrza w kopalni. Rewersję wentylacji można wykonać przez zmianę kierunku obrotów wirnika wentylatora osiowego, za pomocą urządzenia do rewersji wentylacji złożonego z kanału rewersyjnego i z tam zasuw rewersyjnych. Mosty wentylacyjne to urządzenia umożliwiające oddzielenie różnych prądów powietrza w miejscu skrzyżowań wyrobisk, którymi te prądy płyną. Mosty powinny być wykonywane bez drzwi w celu uniknięcia ucieczek powietrza, w przypadku długiego czasu istnienia mostu wentylacyjnego, mosty takie wykonuje się w postaci chodnika objazdowego w górotworze nie spękanym, na skrzyżowaniach rejonowych lub grupowych.

22. Kontrola stanu wentylacji kopalń Kontr. st.went.kop. tak głównej jak i odrębnej ma zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa i komfortu pracy ludzi zatrudnionych w kopalniach. Konieczność przeprowadzania systematycznej kontroli stanu wentylacji kopalń wynika z niestacjonarnego (tzn. zależnego od czasu) przepływu powietrza w kopalni, wydzielania się gazów do wyrobisk górniczych, wymiany ciepła między górotworem i powietrzem itd. Kontrola stanu wentylacji głównej kopalni obejmuje przede wszystkim: prędkości i ilości powietrza, parametry fizykochemiczne powietrza, spadki potencjału izentropowego, depresje naturalne i dysypacji energii oraz urządzenia wentylacyjne i przeciwpożarowe. Kontrola stanu wentyl. odrębnej wyrobisk ślepych obejmuje: prędkości i ilości powietrza w wyrobiskach ślepych oraz w prądach opływowych, z których pobierane jest powietrze świeże do przewietrzania wyrobisk ślepych, parametry fizykochemiczne powietrza w wyrobisku ślepym, prawidłowość zabudowania i działania wentylatorów lutniowych, prawidłowość zainstalowania i szczelność lutniociągów.

Vdp+½ dw² +gdz+(ρn/ ρm)² R/L Vn² ds+(ρn/ ρm)² Rl Vn² δ(s-swn) ds--(∆pc/ ρn) δ(s-sl) ds = 0 δ(s-sx) ds - delta Diraca

---