Politechnika Wrocławska Wrocław

Wydział Górniczy

Rok V Sem. 9

Referat z Klimatyzacji Kopalń

Temat : „ Czynniki kształtujące warunki klimatyczne w wyrobiskach górniczych ”

Wykonał : Mariusz Górecki

W S T Ę P

Warunki klimatyczne w wyrobiskach górniczych zależą od następujących czynników:

• temperatury powietrza

• wilgotności powietrza

• prędkości przepływu powietrza

• ciśnienia atmosferycznego powietrza

• promieniowania cieplnego otoczenia

Z kolei na wielkość wymienionych czynników w wyrobiskach górniczych wpływa cały szereg przyczyn, na które człowiek może oddziaływać tylko w pewnym stopniu. Decydujące znaczenie w uzyskaniu dobrych warunków klimatycznych w kopalniach mają trzy pierwsze czynniki, czyli temperatura, wilgotność i prędkość przepływu powietrza. Na rysunku 1 przedstawiony jest szkic ujmujący procesy transportu ciepła w wyrobisku kopalnianym (wg rysunku K.R Vosta).

Rys.1 Szkic ilustrujący wymianę ciepła w wyrobisku

P przewodnictwo ciepła, D - dyfuzja wilgotności, K - konwekcja, R - promieniowanie,

E - parowanie wody

W pracy tej przyjęto, że w przekroju poprzecznym wyrobiska występują różnice temperatur ścianek skalnych. W związku z tym, oprócz przewodnictwa i konwekcji, występuje także promieniowanie cieplne. Różnice temperatur występują głównie nierównomiernego ochładzania skał oraz parowania wilgoci ze spągu i obniżenia w tym procesie temperatury skał.

1. TEMPERATURA POWIETRZA KOPALNIANEGO

Jednym z czynników kształtujących warunki klimatyczne w kopalni jest temperatura powietrza. Z kolei na temperaturę powietrza w wyrobisku górniczym, oprócz jego temperatury na wlocie, zasadniczy wpływ ma:

• Wymiana ciepła między górotworem a przepływającym powietrzem,

• Zmiana ciśnienia atmosferycznego powietrza, wynikająca ze zmiany głębokości,

• Ciepło wydzielane przez pracujące maszyny i urządzenia energomechaniczne,

• Wydatek masowy powietrza,

• Ruch i zmiana zawartości wody w górotworze i powietrzu,

• Ciepło wydzielone w procesie utleniania węgla i skał,

• Wymiana ciepła między powietrzem sprężonym, przepływającym w rurociągach i wypływającym z pracujących maszyn,

• Ciepło wymienione między powietrzem a mieszaniną podsadzkową,

Ponadto w niektórych przypadkach pewien wpływ na zmianę temperatury powietrza przepływającego przez wyrobiska górnicze może mieć także ciepło:

• Wydzielane przez pracującą załogę,

• Pobrane w procesie desorpcji metanu i dwutlenku węgla,

Najważniejszy wpływ na zmianę temperatury powietrza kopalnianego mają cztery pierwsze czynniki.

1. PRZENOSZENIE CIEPŁA MIĘDZY GÓROTWOREM A PRZEPŁYWAJĄCYM POWIETRZEM.

Ciepło płynące ze skał do powietrza przepływającego w wyrobiskach górniczych ma duży wpływ na ukształtowanie się jego temperatury. Zjawisko to zaobserwowano już dawno i uznano że temperatura powietrza przewietrzającego wyrobiska dąży, zgodnie z prawami termodynamikami, do wyrównania się z temperaturą skał otaczających.

Charakter oraz intensywność wymiany ciepła między otaczającym górotworem a przepływającym powietrzem zależy od wielu czynników, wśród których do najważniejszych należą:

• Pierwotna temperatura skał otaczających,

• Temperatura i wydatek powietrza płynącego w wyrobisku,

• Własności geotermiczne skał,

• Wymiary geometryczne wyrobiska,

• Czas przewietrzania wyrobiska,

Zakłada się, że górotwór jest ciałem stałym, jednorodnym, izotropowym o własnościach termicznych niezależnych od temperatury i czasu.

gdzie:

υ - temperatura górotworu

r_w - promień wodzący

ϕ - kąt kierunkowy współrzędnych walcowych

s - współrzędna bieżąca mierzona wzdłuż osi wyrobiska

τ - czas przewietrzania

a - współczynnik wyrównywania temperatury w skałach

Analizując wpływ temperatury górotworu na wpływ powietrza kopalnianego przyjmuje się, że pole temperatury skał jest symetryczne względem osi wyrobiska s.Zakłada się także, że składowe gradientu temperatury w otaczającym wyrobisko górotworze w kierunku radialnym są znacznie większe od składowych gradientu w kierunku osi wyrobiska. Dwa ostatnie założenia sprowadzają równanie przewodzenia ciepła w górotworze do następującej postaci:

Zmienne niezależne przyjmują wartości z przedziałów:

1. WPŁYW WŁASNOŚCI TERMICZNYCH SKAŁ NA PRZEPŁYW CIEPŁA MIĘDZY GÓROTWOREM A POWIETRZEM

Znaczący wpływ na ilość przenoszonego ciepła między górotworem a powietrzem mają własności fizykotermiczne skał. Zaliczyć do nich należy:

• współczynnik wyrównania temperatury a_s, m²/s,

• współczynnik przewodzenia ciepła λ_s, W/m⋅K,

• Ciepło właściwe górotworu c_s [ J / kg ⋅ K ]

• Gęstość właściwa górotworu ρ_s [ kg / m³ ]

Między własnościami fizykotermicznymi skał zachodzi następujący związek:

Jak widać z powyższej zależności wielkość współczynnika wyrównywania temperatury a jest wprost proporcjonalna do współczynnika przewodzenia ciepła i odwrotnie proporcjonalna do ciepła właściwego i gęstości właściwej skał.

Tabela 1. Średnie wartości własności termicznych skał w różnych zagłębiach.

Lp.	Rodzaj skały	λ [ W / m⋅K ]	a⋅10^-5 [ m^2/s ]	Γ [ m / K ]	Uwagi
	Kopalnie złota				RPA
1	Kwarcyt ze strefy eksploatacji	4,92	2,0	120
2	Kwarcyt na głębokości 4200 m	5,3 - 6,6	2,2
3	Kwarcyt z Witwatersrandu	4,2 - 6,1	1,7	90 - 110
4	Skała wylewna	3,0 - 3,6	1,2	75
	Zagłębie Ruhry i Westfalii	-	-	30 - 45	Niemcy
5	Piaskowce	3,84	1,8	-
6	Łupki piaszczyste	3,3	1,5	-
7	Łupki ilaste	2,9	1,3	-
8	Kopalnie okręgu D'Anderlues	4,47	6,5	45	Belgia
9	Kopalnie okręgu Fontanie	-	-	51
10	Kopalnie okręgu Campine	1,0 - 1,6	0,4 - 0,6	27 - 32
	Zagłębie Donieckie	-	-	27 - 36	byłe ZSRR
11	Piaskowiec	2,56	1,2	-
12	Łupek iglasty	1,77	0,82	-
13	Węgiel	0,25	0,21	-

Z tablicy wynika, że największe wartości przyjmują współczynniki przewodzenia ciepła i wyrównania temperatury w skałach zmetamorfizowanych oraz w skałach mocnych, w skałach które cechują się największą gęstością, a więc kwarcytach oraz w piaskowcach. Natomiast w węglach kamiennych oraz mułowcach współczynniki λ_s oraz a_s przyjmują mniejsze wartości. Wraz ze wzrostem współczynnika przewodzenia ciepła oraz współczynnika wyrównania temperatury skał wzrasta stopień geotermiczny. Zmiana współczynnika przewodzenia ciepła skał powoduje prawie proporcjonalną zmianę współczynnika wyrównania temperatury skał. Miedzy stopniem geotermicznym Γ a współczynnikiem przewodzenia ciepła λ_s istnieje następująca zależność:

2. WPŁYW WILGOTNOŚCI NA KOPALNIANE WARUNKI KLIMATYCZNE

W wyrobiskach zachodzą procesy wymiany energii i masy między prze­pływającym powietrzem a źródłami ciepła i wilgoci. Powodują one zmiany wilgotności i temperatury powietrza oraz skał otaczających wyrobisko.

Wilgotność powietrza kopalnianego zmienia się pod wpływem następu­jących czynników:

• wilgotności powietrza wlotowego do kopalni z atmosfery, zależnej przede wszystkim od lokalnych warunków klimatycznych oraz zmieniającej się w okresie roku od wyższych wartości wilgotności właściwej latem do niższych w okresie zimowym i podlegającej losowym zakłóceniom w czasie,

• procesów parowania wody ze skał w wyrobisku kopalnianym, zależnych przede wszystkim od wilgotności i temperatury skał wokół wyrobiska i przepływającego powietrza,

• parowania wody ze ścieków, kałuż na spągu, wycieków z otworów wiertniczych, szczelin itp.,

• parowania wody rozpylanej w wyrobisku w celu zmniejszenia ilości pyłu powstającego w czasie pracy urządzeń urabiających, rozdrabniających i transportujących, ­

• parowania wody z urobku transportowanego przez wyrobiska. Podczas chłodzenia powietrza w urządzeniach klimatyzacyjnych zwykle następuje zmniejszenie jego wilgotności.

Źródłem wilgoci w wyrobiskach kopalnianych mogą być także procesy utlenienia (np. spalania), w których powstaje woda. Para wodna może dopływać do powietrza przenikającego przez zroby i wpływającego następnie do wyrobisk.

W skałach woda przemieszcza się jako faza ciekła, zaadsorbowana lub gazowa. Mogą być realizowane różnorodne mechanizmy fizyczne ruchu wilgoci. W procesach parowania, skraplania, adsorpcji i desorpcji wody zachodzą procesy wymiany masy i ciepła między poszczególnymi fazami. Mają one wpływ na temperaturę skał.

Opracowano wiele teorii ruchu wilgoci w ciałach kapilarnych i kapilar­no-porowatych. Jednak proces wymiany ciepła i wilgoci między skałami a powietrzem przepływającym w wyrobisku kopalnianym nadal nie jest zbadany w dostatecznym stopniu.

Mimo że znane są mechanizmy przepływu ciepła i wilgoci, to brak pomiarów parametrów charakteryzujących własności transportowe skał. Znaczenie tego zagadnienia wiąże się z dużym wpływem wilgotności po­wietrza na cieplne warunki pracy. Obok temperatury i prędkości przepływu wilgotność powietrza jest podstawowym czynnikiem kształtującym komfort pracy. Utajone ciepło właściwe parowania wilgoci ma wysoką wartość. W związku z tym przyrost wilgotności powoduje duże zmiany temperatury powietrza. W klimatyzacji ciepło kondensacji pary wodnej powietrza ma istotny wpływ na moc cieplną ziębiarek.

Pierwszą próbą opracowania metody bilansu ciepła i wilgoci w powietrzu kopalnianym była publikacja E. Mundry'ego. Praca ta uzupełnia model J.C. Jaegera przez uwzględnienie procesu parowania wody zachodzącego w wyrobisku. Proces przejmowania wilgoci od skał przez powietrze opisujące wzór Lewisa. Parowanie odbywa się kosztem entalpii powietrza. Rozpatrywane są przypadki poziomego i pionowego wyrobiska. Przyjęto, że wilgotność właściwa i temperatura powietrz wlotowego jest stała:

x = x₀ = const. T_s = T_os = const.

gdzie:

X₀ - wilgotność właściwa powietrza na wlocie do wyrobiska, kg/kg

T₀ - temperatura powietrza wlotowego, °C

Zwykle zakłada się, że w niewielkim przedziale temperatury wilgotność właściwą w stanie nasycenia można wyrazić liniową zależnością od temperatury:

x'' = E +GT

gdzie:

x'' - wilgotność właściwa w stanie nasycenia, kg / kg

E,G - stałe otrzymane z aproksymacji x'' = x (T)

3. WPŁYW PRZEWIETRZANIA NA KOPALNIANE WARUNKI KLIMATYCZNE

Do niedawna przy podejmowaniu decyzji na temat rozcięcia kopalni przy jej projektowaniu podstawowe znaczenie miały kryteria geologiczne i eksploatacyjne ( zasoby i ich jakość, budowa geologiczna złoża w tym nachylenie pokładów, długość wyrobisk, transport urobku itd. ). Przy projektowaniu głębokich kopalń w skałach o wysokiej temperaturze pierwotnej oraz przy rozbudowie i rekonstrukcji istniejących kopalń i otwieraniu nowych poziomów konieczne staje się uwzględnienie warunków klimatycznych.

W warunkach głębokich kopalń węgla i rud najpoważniejszymi i najtrudniejszymi do zwalczania zagrożeniami są stale działające zagrożenia klimatyczne (wysoka temperatura i wilgotność powietrza), a także zagrożenia toksyczne gazami odstrzałowymi i spalinowymi. W kopalniach węgla występują także zagrożenia związane z możliwością wystąpienia wybuchów metanu i pyłu węglowego, nagłych wyrzutów skał i gazu lub pożarów endogenicznych kopalni użytecznej. W kopalniach występują również zagrożenia związane z możliwością powstania pożarów materiałów lub urządzeń palnych. Wynika stąd, że struktura sieci wentylacyjnej kopalni węgla kamiennego lub rudy powinna być kształtowana z myślą o zwalczaniu zagrożeń, jakie mogą wystąpić w powietrzu kopalnianym.

Najskuteczniejszym środkiem zwalczania zagrożeń klimatycznych i toksy­cznych oraz związanych z możliwością wybuchu metanu jest intensywny przepływ dużej ilości powietrza przez wyrobiska. Warunki klimatyczne mogą być kształtowane przez stosowanie urządzeń chłodniczych. Jednak sztuczne schładzanie powietrza jest niezmiernie kosztowne i technicznie skompliko­wane. Mogą one mieć znaczenie w regulowaniu komfortu pracy w przodkach wyrobisk eksploatacyjnych, a także w drążonych ślepych wyrobiskach udostępniających i przygotowawczych. Struktura, sieci wentylacyjnej powinna umożliwić doprowadzenie do wyrobisk eksploatacyjnych dużych ilości powietrza. Nie oznacza to, że przez całą kopalnię musi przepływać stale taka sama ilość powietrza. W wielu przypadkach zachodzi konieczność czynnego regulowania ilości powietrza, w zależności od tego, czy na danej zmianie prowadzi się w danym rejonie roboty wybierkowe czy tylko przygotowawcze i re­montowe. Poprawę komfortu pracy w wyrobiskach głębokich kopalń można uzyskać środkami wentylacyjnymi oraz przez podjęcie innych działań, które mają ograniczyć wzrost temperatury i wilgotności powietrza kopalnianego. Biorąc pod uwagę wysokie koszty chłodzenia powietrza kopalnianego służby wentylacyjne powinny dążyć do uzyskania możliwie korzystnych cieplnych warunków pracy bez stosowania maszyn chłodniczych i urządzeń klimatyzacyjnych. Także w przypadku chłodzenia powietrza w wyrobiskach kopalnianych konieczne jest podejmowanie odpowiednich działań i środków, które zapewnią możliwie małe nagrzanie i nawilżenie powietrza i dzięki temu przyczynią się do niższych kosztów klimatyzacji.

Do racjonalnych środków służących poprawie cieplnych warunków pracy bez stosowania klimatyzacji należą:

• wybór racjonalnych z punktu widzenia wymiany ciepła schematów rozcięcia kopalni, przewietrzania i kolejności wybierania pól eksploata­cyjnych,

• wybór racjonalnego wydatku powietrza w kopalni, jego rozdziału i prędkości przepływu,

• wybór korzystnych z punktu widzenia wymiany ciepła wariantów systemów eksploatacji, wymiarów wyrobisk,

• zmniejszenie wydajności cieplnej lokalnych źródeł ciepła, - zmniejszenie ucieczek powietrza.

3.1. RACJONALNE SCHEMATY ROZCIĘCIA KOPALNI, PRZEWIETRZANIE I KOLEJNOŚĆ WYBIERANIA PÓL EKSPLOATACYJNYCH

Ilość ciepła odprowadzana od masywu skalnego do powietrza przepły­wającego przez wyrobiska kopalniane zależy między innymi od wielkości pola powierzchni wymiany ciepła, które jest równe polu powierzchni od­powiednich wyrobisk. Wielkość ta zależy od długości i obwodu wszystkich wyrobisk, poczynając od podszybia aż do przodka. Im mniejsze jest pole tej powierzchni, tym mniejszego należy oczekiwać nagrzania powietrza ciepłem od ochładzających się skał oraz ciepłem od procesów utleniania.

Złoża kopalin zalegających na dużych głębokościach są eksploatowane przy użyciu środków zapewniających duże wydobycie w poszczególnych przodkach. Jednocześnie pola nadania kopalń powinny być dostatecznie duże w celu zapewnienia odpowiednio długiego okresu istnienia kopalni. Z uwagi na wysokie koszty inwestycyjne dąży się do ograniczenia liczby szybów udostępniających złoże. W związku z tym długości dróg powietrza mogą być znaczne i mogą charakteryzować się dużą zmiennością długości w okresie wybierania poszczególnych partii złoża.

Geometryczna struktura kopalnianej sieci wentylacyjnej obejmuje.prze­strzenne rozmieszczenie głównych wyrobisk udostępniających (szyby i prze­kopy) oraz lokalizację głównych wentylatorów w sieci.

Rys 3.1 Układ głównych wyrobisk udostępniających: a - rozmieszczenie szybów w rzucie poziomym ; b - schemat przestrzenny ; c - przekrój pionowy A - A

Na rysunku 3.1 przedstawiono układ głównych wyrobisk udostępniających głębokiej kopalni o dużym wydobyciu. Istotną cechą tej struktury jest rozmie­szczenie pojedynczych szybów w trzech liniach. Na linii środkowej zlokalizowane są szyby wdechowe, które jednocześnie są szybami wydobywczymi. Z wenty­lacyjnego punktu widzenia jest to korzystny wariant struktury kopalnianej. W praktyce trudno jednak przyjąć rozproszony układ głównych szybów wydo­bywczych i dlatego grupuje się w jednym miejscu dwa lub więcej szybów wdechowych, które stanowią tzw. zespół wydobywczy. Na rysunkach 3.2 i 3.3 przedstawiony jest schemat przestrzenny przewietrzania z peryferyjnym roz­mieszczeniem szybów wentylacyjnych. W strukturze tej szyby wdechowe zgru­powane są w jeden zespół wydobywczy. W przypadku kopalń rud należy także brać pod uwagę struktury sieci wentylacyjnej kopalni, w której przewietrzanie jest tłoczące lub wentylatory rozmieszczone są w wyrobiskach podziemnych.

Rys 3.2. Schemat przestrzenny przewietrzania sieci wyrobisk z peryferyjnym rozmieszczeniem szybów wentylacyjnych.

Rys 3.3. Schemat przewietrzania kopalni z peryferyjnym rozmieszczeniem szybów

Rys. 3.4. Funkcje szybów w okresie budowy kopalni:

A - w okresie budowy kopalni ; b - stan docelowy

Na rysunku 3.4 przedstawiony jest schemat przestrzenny przewietrzania kopalni rudy z zastosowaniem podziemnych wentylatorów dla docelowego wydobycia. Układ ten może być budowany w taki sposób, że każdy zespół szybów stanowi w okresie prowadzenia inwestycji samodzielną jednostkę wentylacyjną i transportową. Bezpośrednio po zgłębieniu szybów do złoża możliwe jest podjęcie na dość szeroką skalę robót korytarzowych dzięki dużej ilości powietrza, jaką zapewnia układ wyrobisk. Jednocześnie podwójny układ szybów stwarza odpowiednie warunki bezpieczeństwa dla ludzi pracujących na dole. Podstawowe znaczenie mają roboty zmierzające z dwóch stron do uzyskania połączenia między zespołem centralnym szybów wydobywczych a szybami peryferyjnymi. W etapie docelowym następuje zmiana funkcji niektórych szybów. Wszystkie szyby peryferyjne stają się szybami wdechowymi, natomiast centralne szyby wydobywcze szybami wy­dechowymi. Wentylatory podziemne powinny być w zasadzie zainstalowane w prądach powietrza zużytego, gdyż uniknie się podgrzewania świeżego powietrza przez same wentylatory. Taka lokalizacja wymaga jednak śluzo­wania dróg transportu urobku do szybów wydobywczych.

Podziemny układ wielowentylatorowy ma pewne zalety i wady w zestawieniu z klasycznym dla polskiego górnictwa układem wentylatorów na powierzchni. Lokalizacja stacji wentylatorów na powierzchni niewątpliwie zapewnia:

• prostszą i tańszą instalację wentylatora i układu zasilania,

• łatwiejszy dostęp dla przeprowadzenia napraw w ruchu normalnym i w przypadku awarii, prostszą i bezpieczniejszą kontrolę pracy wentylatora,

• mniejsze prawdopodobieństwo uszkodzenia wentylatora w razie pożaru, - mniejszą niekontrolowaną recyrkulację powietrza wewnątrz sieci wen­tylacyjnej.

Podziemna lokalizacja wentylatorów ma następujące zalety:

• wszystkie wyloty (wloty) szybów są wolne od zamknięć i urządzeń wentylacyjnych, co pozwala na swobodne wykorzystanie szybów do wydobycia oraz do innych celów,

• niepotrzebna jest budowa oddzielnych kanałów wentylacyjnych, dzięki cze­mu unika się strat energii na pokonanie oporów ruchu powietrza w tych kanałach, - nie występują zewnętrzne straty powietrza.

Podziemny układ wielowentylatorowy, w którym możliwe są zarówno połączenia szeregowe, jak i równoległe wentylatorów, ma dodatkowe zalety:

• zapewnia bardziej intensywne i efektywne przewietrzanie rejonów odległych od szybów,

• pozwala uzyskać dowolną wielkość spiętrzenia i wydatku przepływu przy ograniczonych wielkościach spiętrzenia i wydatku pojedynczych wentylatorów, - stwarza możliwość stosukowo łatwej rozbudowy sieci przez instalowanie nowych wentylatorów,

• w przypadku awarii jednego wentylatora przewietrzanie jest zmniejszane, a nie zatrzymywane,

• podziemny układ wentylatorów może stwarzać korzystne warunki do przeprowadzenia rewersji prądu powietrza w poszczególnych częściach kopalni.

Zapewnienie sprawnej pracy wielowentylatorowego podziemnego systemu sta­wia większe wymagania odnośnie do właściwego doboru poszczególnych wenty­latorów oraz kontroli warunków ich pracy i współpracy. Jednak przy zachowaniu pewnych środków ostrożności oraz zastosowaniu techniki zdalnej kontroli i ste­rowania system ten stwarza warunki do przewietrzania głębokich kopalń rud.

Przy takich samych wymiarach pola nadania kopalni, a w szczególności przy takiej samej długości tego pola, w zależności od przyjętego sposobu udostępnienia i przewietrzania, odcinek drogi świeżego powietrza od podszybia do najbardziej oddalonego od szybu położenia przekopu równoległego do dłuższej krawędzi pola nadania, odpowiadającej kierunkowi rozciągłości złoża, może mieć różną długość (Tab. 3.1).

Tablica 3.1 Największe długości przekopów kierunkowych przy różnych rozcięciach złoża (w km)

Długość krawędzi pola nadania	System przewietrzania
		centralny	przekątny	skrzydłowy	kombinowany
5	2,5	2,5	1,25	0,83
7,5	3,75	3,75	1,88	1,25
10	5	5	2,5	1,67
12,5	6,25	6,25	3,13	2,08
15	7,5	7,5	3,75	2,5

W tablicy 3.1 podana jest jedynie długość odcinka drogi świeżego powietrza równoległego do rozciągłości złoża. Całkowita długość drogi musi uwzględniać wyrobiska wydrążone w kierunku nachylenia złoża, po upadzie lub po wzniosie, które we wszystkich systemach przewietrzania są takie same.

Długości dróg świeżego powietrza przy centralnym i przy przekątnym roz­mieszczeniu szybów są jednakowe. Z tego względu w dalszej analizie rozróżniane będą trzy schematy przewietrzania: centralny, skrzydłowy i kombinowany.

Przy rozmieszczeniu szybów odpowiadającym skrzydłowemu i kombino­wanemu systemowi przewietrzania obszar górniczy daje się podzielić na dwie lub trzy „niezależne" części. Długość drogi powietrza świeżego w tym przypadku odpowiednio zmniejsza się, dwa lub trzy razy w porównaniu z centralnym schematem przewietrzania.

Poprawę warunków klimatycznych w wyrobiskach eksploatacyjnych i przy­gotowawczych można uzyskać przez zmianę kierunku przepływu powietrza z wznoszącego na schodzący (tzw. przewietrzanie homotropowe). Przewie­trzanie prądem wznoszącym jest korzystniejsze z punktu widzenia stabilności ruchu powietrza i gazów podczas pożaru podziemnego. Okoliczność ta może mieć rozstrzygające znaczenie przy określaniu kierunku prądu powietrza. W tym drugim przypadku droga świeżego powietrza znajduje się na wyższym poziomie, a więc w skałach o niższej temperaturze pierwotnej. W przypadku przewietrzania prądem schodzącym, prócz efektu niższej temperatury pier­wotnej skał, urobek transportowany jest w wyrobiskach ze zużytym po­wietrzem. Na podstawie odpowiednich obliczeń prognostycznych opartych na bilansie cieplnym można porównać warunki klimatyczne panujące przy różnych kierunkach przepływu powietrza. Przy temperaturze powietrza wpływającego do grupowego prądu powietrza równej w różnych miesiącach roku od 8 do 22°C, w zależności od wydatku przepływającego powietrza i długości drogi świeżego powietrza, temperatura w końcowym odcinku przekopu jest niższa o 1÷4°C w przypadku przewietrzania homo tropowego w porównaniu z przewietrzaniem prądem wznoszącym. Przy takiej samej temperaturze powietrza kopalnianego wpływającego z przekopu głównego do przekopu polowego o długości 500 m, przy wydatku powietrza 20 m³/s temperatura powietrza jest niższa o ok. 1°C w przypadku przewietrzania homotropowego. W kopalniach eksploatujących nachylone pokłady, w za­leżności od kąta nachylenia wyrobiska, prędkości ruchu powietrza, długości drogi świeżego powietrza i głębokości robót temperatura powietrza na wlocie do wyrobiska eksploatacyjnego jest niższa o 1 - 4°C w przypadku wentylacji homotropowej w porównaniu z wentylacją wznoszącą

3.2. WPŁYW KOLEJNOŚCI WYBIERANIA POLA EKSPLOATACYJNEGO NA TEMPERATURĘ POWIETRZA KOPALNIANEGO

Temperatura powietrza w wyrobiskach kopalnianych zależy od okresu przewietrzania. Czas przewietrzania wyrobisk przygotowawczych zależy od kolejności drążenia tych wyrobisk i od kolejności wybierania złoża w eks­ploatowanym polu.

Przy wybieraniu pola górniczego od granic długość dróg wentylacyjnych w pierwszym okresie przewietrzania jest znaczna. Zależy ona przede wszy­stkim od wymiarów całego pola nadania i od schematu rozcięcia kopalni. Czas istnienia wyrobiska przygotowawczego w takim przypadku jest zwykle krótki. W związku z tym temperatura powietrza wpływającego do przodka jest wyższa w porównaniu z przypadkiem wybierania do granic. Przy dalszej eksploatacji złoża i zbliżaniu się frontu przodków do pól mniej oddalonych od szybów różnica w wartościach temperatury powietrza kopalnianego w obu analizowanych przypadkach kolejności wybierania złoża jest nieznaczna. Większy wpływ na wartość temperatury powietrza wywierają ucieczki po­wietrza, które w dużym stopniu zależą od przyjętej kolejności wybierania złoża. W przypadku eksploatacji od granic ucieczki powietrza w obrębie pola eksploatacyjnego występują w bardzo ograniczonym stopniu. Natomiast przy wybieraniu do granic mogą osiągać 20-30% ogólnej ilości powietrza wpływającej w rejon robót. Ucieczki powietrza mogą przyczyniać się do przenoszenia ciepła ze zrobów do prądu powietrza.

3..3. WPŁYW WYDATKU PRZEPŁYWAJĄCEGO POWIETRZA

Ze wzrostem strumienia powietrza przepływającego przez wyrobisko powiększa się pojemność cieplna płynącej strugi i przy tej samej ilości ciepła dopływającej od otoczenia następuje mniejszy przyrost temperatury. Jednocześnie, w związku ze wzrostem prędkości przepływu powietrza, zwiększa się wartość współczynnika przejmowania ciepła i powiększa się strumień ciepła przenoszony od ochładza­jących się skał do powietrza kopalnianego. Zmiana wartości współczynnika przejmowania ciepła może mieć widoczny wpływ na temperaturę powietrza w wyrobiskach o krótkim okresie istnienia. Przy dużych liczbach Fouriera bezwymiarowe strumienie cieplne, określone przy różnych liczbach Biota, mają zbliżone wartości. Na wydatek powietrza przepływającego przez wyrobiska ko­palni podziemnej mają wpływ nie tylko warunki klimatyczne, lecz także składniki gazowe, które należy rozcieńczyć do koncentracji nie stwarzających niebezpie­cznych stanów. W górnictwie węglowym takim składnikiem zwykle jest metan, a w kopalniach rud metali toksyczne gazy wydzielane w maszynach napędzanych silnikami spalinowymi oraz gazy wydzielające się podczas urabiania skal za pomocą materiałów wybuchowych.

Wielu autorów rozważa tzw. optymalną prędkość przepływu prądu świeżego powietrza. Definicję tej wielkości formułuje się na podstawie wpływu tej prędkości na temperaturę powietrza kopalnianego.

W celu przeanalizowania wpływu wielkości wydatku przepływającego powietrza na wartość temperatury przy różnych rozcięciach złoża obliczone zostały średnie wartości i amplitudy sezonowych zmian temperatury powietrza na podszybiach i w wylotowym przekroju przekopu kierunkowego.

Literatura

[1] Frycz A.: Klimatyzacja kopalń. Wyd. „Śląsk”, Katowice 1981

[2] Wacławik J. i inni: Warunki klimatyczne w kopalniach głębokich. Kraków 1998

Czynniki kształtujące warunki klimatyczne w wyrobiskach górniczych.

- 2 -

---