Politechnika Wrocławska Wrocław 27.02.05

Wydział Geoinżynierii Górnictwa i Geologii

Projekt z klimatyzacji kopalń

Wykonał:

Łukasz Smacha

Prowadzący:

Dr inż. F. Rosiek

Dane projektowe

Temat nr 5E

PARAMETRY	Szyb wdechowy	Przekop przewozow	Przekop polowy	Chodnik odstawczy	Ściana
Numer wyrobiska	1	2	3	4	5
Długość, L, m	1040	2220	1910	820	230
Pole przekroju, A, m^2		14	10	8	8
Średnica, D, m	7,5
Prędkość powietrz, wm, m./Prędkość	10	4,4	2,5	1,2
Czas przewietrzania, τ, lata	6	4	2,5	1,5	0,1
Wysokość niwelacyjna, Zd, m	150	-850	-850	-810	-800
Wysokość niwelacyjna, Zw, m	-850	-850	-810	-800	-780
Rodzaj skał otaczających	Piaskowiec drobnoziarnisty	Piaskowiec gruboziarnisty	Piaskowiec drobnoziarnisty	Łupek ilasty	Węgiel
Moc maszyn kW		180	230	260	350
Współczynnik Czs		0,25	0,20	0,28	0,28

- Stopień geotermiczny Γ = 31C;

- Rejon: kopalnia Bogdanka;

- Wilgotność względna na podszybiu szybu wdechowego wynosi 78%

- Przez MK przepływa V = 400 m³/min;

- Różnica temperatur w wyrobiskach klimatyzowanych wynosi Δt_S ≤ 3,5°C.

1. Prognoza temperatury suchej i wilgotnej

1. Prognoza temperatury suchej i wilgotnej metodą J. Wacławika

1.1.1. Prognoza temperatury suchej na podszybiu.

Zgodnie z tą metodą temperatura sucha powietrza na podszybiu szybu wdechowego jest równa:

gdzie:

T_os - średnioroczna temperatura powietrza atmosferycznego, °C,

- gradient geotermiczny, °C/m., przy czym:

- stopień geotermiczny, m/°C,

s - współrzędna bieżąca, m,

- współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m K),

- bezwymiarowy strumień cieplny, wyznaczany z wzoru:

c_p - ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, c_p = 1005 J/(kg K),

g - przyspieszenie ziemskie, g = 9,80665 m/s²,

Ki - liczba Kirpiczewa

jeżeli:

F_o - liczba Fouriera dana wzorem:

- czas przewietrzania wyrobiska, s,

a_e- ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s, równy:

c_s - pojemność cieplna skał, J/(kg K),

- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m³,

Bi - liczba Biota dana wzorem:

- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m²K),

w_m - prędkość średnia powietrza w wyrobisku, m/s

- ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru prędkości, Pa, które wyznaczono ze wzoru:

p_o - ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego, p_o = 750 Tr,

H- głębokość szybu liczona od powierzchni ziemi, m,

R_a- indywidualna stała gazowa powietrza suchego, R_a = 287,04 J/(kg K),

T_V - temperatura wirtualna powietrza, K,

T_s - temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,

x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,

p_pn - ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, Pa,

1.1.2. Prognoza temperatury wilgotnej na podszybiu.

Wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:

przy czym:

gdzie:

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia w temp. t_s, Pa ,

- wilgotność względna powietrza, %,

- odpowiednio temperatury powietrza mierzone termometrem suchym i wilgotnym, ^oC.

1.1.3. Prognoza temperatury suchej dla przekopu polowego

Zmianie ulega wzór na T_s(S) resztę oblicza się tak jak powyżej. Wzór na T_s(S) ma postać:

gdzie:

v_oo - temperatura pierwotna skał, °C

T_os - temperatura powietrza na wlocie do przekopu (przyjmujemy temperaturę na wylocie obliczoną dla przekopu przewozowego) °C

s - długość wyrobiska, m,

q _d- zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła, W/m

L - długość wyrobiska, m

N_z - moc zainstalowanych maszyn, kW

C_zs - współczynnik od dodatkowych źródeł,

1. Prognoza temperatury suchej i wilgotnej metodą J. Vossa

1.2.1. Prognoza temperatury suchej w przekopie przewozowym

Jako dane wyjściowe na dopływie przyjmujemy parametry powietrza na wypływie wyrobiska poprzedniego. Wyznacza się kolejno:

• Liczbę Fouriera ze wzoru:

gdzie:

• 
  - czas przewietrzania wyrobiska, s,

• 
  - ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury, m²/s, równy:

• c_s - pojemność cieplna skał, J/(kg K),

• 
  - gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m³,

• Bi - liczba Biota dana wzorem:

• 
  - współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m²K),

• Temperaturę suchą powietrza wyznacza się ze wzoru:

przy czym :

gdzie:

• 
  - średnia temperatura pierwotna skał otaczających wyrobisko, °C, przy czym:

• 
  - odpowiednio temperatura pierwotna skał w przekroju dopływu i wypływu, °C, liczona ze wzoru:

gdzie:

• t₀ - temperatura skał na głębokości
  ,°C,

• 
  - stopień geotermiczny, m/°C,

• r_o - promień równoważny wyrobiska, m, przy czym:

r_o =

• 
  - współczynnik ciepła konwekcyjnego ogrzewającego powietrze suche, równy ilorazowi ciepła konwekcyjnego do ciepła całkowitego,

• 
  -ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie

• skalnym, W/(m K),

• A - pole przekroju, m²,

• B - obwód wyrobiska, m.,

• L - długość wyrobiska, m.,

• c_pa- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c_pa = 1005 J/(kgK),

• 
  - strumień masy powietrza suchego, kg/s,

• 
  - prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się strumień masy powietrza, m/s,

• 
  - odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju dopływu i wypływu wyrobiska, dla którego wykonuje się prognozę temperatury powietrza, m,

• 
  - zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła, W/m, przy czym:

• N_z - moc dodatkowych źródeł ciepła, kW,

• cz_s- współczynnik określający jaka część energii z dodatkowych źródeł wpływa na podwyższenie temperatury mierzonej termometrem suchym,

1.2.2.Prognozowanie temperatury wilgotnej powietrza w przekopie przewozowym.

Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyrobisku górniczym prowadzić możemy dopiero po prognostycznym wyznaczeniu temperatury mierzonej termometrem suchym.

• Temperaturę wilgotną w wyrobisku górniczym wyznaczamy ze wzoru:

gdzie:

• x_d - stopień zawilżenia powietrza na dopływie wyrobiska, kg/kg,

• x_w - stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska, kg/kg,

• r_b - ciepło parowania wody w termometrze 0°C; r_b = 2500000 J/kg,

• c_pw - pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu, c_pw = 1927 J/(kg K).

• Ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza p_w na końcu wyrobiska wyznacza się z przybliżonego wzoru:

gdzie:

• 
  - liczba oporu wyrobiska

• 
  - gęstość powietrza dla warunków normalnych,
  ,

1.2.3. Prognozę temperatury suchej i wilgotnej dla pozostałych wyrobisk czyli :chodnika odstawczego oraz ściany wykonano przy pomocy metody J. Vossa.

Dane i wyniki obliczeń prognozowanej temperatury suchej i wilgotnej dla szybu metodą J. Wacławika

Przyspieszenie ziemskie	g	m/s^2	9,80665
Długość	L	m	1040
Średnica	D	m	7,5
Powierzchnia przekroju	A	m^2	37,551
Prędkość powietrza	wm	m/s	10
Czas przewietrzania		s	189216000
Wysokość niwelacyjna	zd	m	150
Wysokość niwelacyjna	zw	m	-850
Stopień geotermiczny	Γ	m/°C	31
Gradient geotermiczny	σ	°C/m	0,034
Współrzędna bieżąca	s	m	700
Współczynnik ciepła konwekcyjnego	s	-	0,6
Gęstość piaskowca drobnoziarnistego	ρs	kg/m^3	2500
Ciepło właściwe skał	cs	J/(kg*K)	705
Współczynnik przewodnictwa cieplnego		W/(mK)	3,1
Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego	cp	J/(kgK)	1005
Strumień objętości powietrza	V	m^3/s	375,518
Stała uniwersalna	Ra	J/(kg*K)	287,04
Przyjęta temperatura sucha	ts	°C	18,19
Temperatura sucha	Ts	K	291,34
Ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego	po	Pa	101300
Głębokość szybu liczona od powierzchni ziemi	H	m	1040
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	2087,750122
Stopień zawilzenia	X	kg/kg	0,009137381
Wilgotność względna		%	78
Temperatura wirtualna	Tv	K	292,9372507
Gęstość powietrza	ρ	kg/m^3	1,337698639
Promień równoważny	ro	m	3,1875
Ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury	ae	m2/s	1,75887⋅10^-6
Liczba Fouriera	Fo	-	32,75593786
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu	k	W/(m2K)	14,53215442
Liczba Biota	Bi	-	14,9423362
Liczba Kirpiczewa	Ki	-	0,420439796
Bezwymiarowy strumień cieplny	q*	-	2,64170115
Prognozowana temperatura sucha	Ts(s)	°C	18,16386119
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	1628,445095
Prognozowana temperatura wilgotna	tww	°C	15,82866679

Dane i wyniki obliczeń prognozowanej temperatury suchej i wilgotnej dla przekopu przewozowego metodą J. Wacławika

Przyspieszenie ziemskie	g	m/s^2	9,80665
Długość	L	m	2220
Powierzchnia przekroju	A	m^2	14
Prędkość powietrza	wm	m/s	4,4
Czas przewietrzania		s	126144000
Wysokość niwelacyjna	zd	m	-850
Wysokość niwelacyjna	zw	m	-850
Stopień geotermiczny	Γ	m/°C	31
Gradient geotermiczny	σ	°C/m	0,034
Współczynnik ciepła konwekcyjnego	s	-	0,35
Gęstość piaskowca gruboziarnistego	ρs	kg/m^3	2400
Ciepło właściwe skał	cs	J/(kg*K)	696
Współczynnik przewodnictwa cieplnego		W/(mK)	3,5
Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego	cp	J/(kgK)	1005
Strumień objętości powietrza	V	m^3/s	61,6
Stała uniwersalna	Ra	J/(kg*K)	287,04
Przyjęta temperatura sucha	ts	°C	18,16386119
Temperatura sucha	Ts	K	291,3138612
Ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego	po	Pa	101300
Cisnienie stat. powietrza na wlocie do wyrobiska	p	Pa	112480
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	2084,326431
Stopień zawilzenia	X	kg/kg	0,009122177
Temperatura wirtualna	Tv	K	292,9083111
Gęstość powietrza	ρ	kg/m^3	1,337830804
Promień równoważny	ro	m	1,798873744
Ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury	ae	m2/s	2,09531⋅10^-6
Liczba Fouriera	Fo	-	81,67944828
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu	k	W/(m2K)	8,448547448
Liczba Biota	Bi	-	3,963924486
Liczba Kirpiczewa	Ki	-	0,340010704
Bezwymiarowy strumień cieplny	q*	-	2,136350259
Prognozowana temperatura sucha	Ts(s)	°C	21,72858849
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	1625,775275
Prognozowana temperatura wilgotna	tww	°C	22,22677532

Dane i wyniki obliczeń prognozowanej temperatury suchej i wilgotnej dla przekopu polowego metodą J. Wacławika

Przyspieszenie ziemskie	g	m/s^2	9,80665
Długość	L	m	1910
Powierzchnia przekroju	A	m^2	10
Prędkość powietrza	wm	m/s	2,5
Czas przewietrzania		s	78840000
Wysokość niwelacyjna	zd	m	-850
Wysokość niwelacyjna	zw	m	-810
Stopień geotermiczny	Γ	m/°C	31
Gradient geotermiczny	σ	°C/m	0,034482759
Współczynnik ciepła konwekcyjnego	s	-	0,35
Gęstość piaskowca drobnoziarnistego	ρs	kg/m^3	2500
Ciepło właściwe skał	cs	J/(kg*K)	705
Współczynnik przewodnictwa cieplnego		W/(mK)	3,1
Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego	cp	J/(kgK)	1005
Strumień objętości powietrza	V	m^3/s	25
Stała uniwersalna	Ra	J/(kg*K)	287,04
Przyjęta temperatura sucha	ts	°C	21,72858849
Temperatura sucha	Ts	K	294,8785885
Ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego	po	Pa	101300
Cisnienie stat. powietrza na wlocie do wyrobiska	p	Pa	112480
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	2599,230191
Stopień zawilzenia	X	kg/kg	0,011417047
Temperatura wirtualna	Tv	K	296,8985741
Gęstość powietrza	ρ	kg/m^3	1,319850601
Promień równoważny	ro	m	1,520325798
Ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury	ae	m2/s	1,75887⋅10^-6
Liczba Fouriera	Fo	-	59,99372854
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu	k	W/(m2K)	5,558846948
Liczba Biota	Bi	-	2,726212395
Liczba Kirpiczewa	Ki	-	0,344645857
Bezwymiarowy strumień cieplny	q*	-	2,165473786
Prognozowana temperatura sucha	Ts(s)	°C	27,16235701
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej	pp	Pa	2027,399549
Prognozowana temperatura wilgotna	tww	°C	20,95499872

Dane i wyniki obliczeń prognozowanej temperatury suchej i wilgotnej dla chodnika odstawczego metodą J. Vossa

Przyspieszenie ziemskie	g	m/s^2	9,80665
Długość	L	m	820
Powierzchnia przekroju	A	m^2	8
Obwód wyrobiska	B	m	11,76625684
Prędkość powietrza	wm	m/s	1,2
Czas przewietrzania		s	47304000
Wysokość niwelacyjna	zd	m	-810
Wysokość niwelacyjna	zw	m	-780
Stopień geotermiczny	Γ	m/°C	31
współczynnik określający jaka część energii ze źródeł dodatkowych wpływa na podwyższenie temperatury	Czs		0,28
Współczynnik ciepła konwekcyjnego	s	-	0,35
Gęstość łupka ilastego	ρs	kg/m^3	2600
Ciepło właściwe skał	cs	J/(kg*K)	1000
Współczynnik przewodnictwa cieplnego		W/(mK)	2,1
Liczba oporu wyrobiska	f	-	0,082095
Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego	cp	J/(kgK)	1005
Strumień objętości powietrza	V	m^3/s	12,52790728
Stała uniwersalna	Ra	J/(kg*K)	287,04
Moc maszyn	N	kW	260
Temperatura sucha	Ts	K	299,5305187
Przyrost na głębokości	z	m	10
Gęstość powietrza	ρ	kg/m^3	1,304990342
Promień równoważny	ro	m	1,359820733
Ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury	ae	m2/s	8,07692E⋅10^-^7
Liczba Fouriera	Fo	-	20,6623872
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu	k	W/(m2K)	5,380194172
Liczba Biota	Bi	-	9,953876984
Współczynnik	k∞	-	0,468046047
Liczba Kirpiczewa	Ki	-	0,450397419
Strumień masy powietrza suchego	ma	kg/s	12,52790728
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła	qza	W/m	53,26829268
Temperatura pierwotna na dopływie	tpd	°C	38
Temperatura pierwotna na wypływie	tpw	°C	37,67741935
Średnia temperatura pierwotna	tpm	°C	37,83870968
	tx	°C	59,202812
Prognozowana temperatura sucha	tsw	°C	31,17246988
Ciepło parowania wody w temp 0 °C	rb	J/kg	2500000
Pojemność cieplna pary wodnej	cpw	J/kgK	1927
Stopień zawilżenia na końcu wyrobiska	xw	kg/kg	0,014595116
Ciśnienie statyczne bezwzględne na końcu wyrobiska	pw	Pa	112949,5245
Prognozowana temperatura wilgotna	tww	°C	25,02783522

Dane i wyniki obliczeń prognozowanej temperatury suchej i wilgotnej dla ściany J. Vossa

Przyspieszenie ziemskie	g	m/s^2	9,80665
Długość	L	m	230
Powierzchnia przekroju	A	m^2	8
Obwód wyrobiska	B	m	11,766
Prędkość powietrza	wm	m/s	1,2
Czas przewietrzania		s	3153600
Wysokość niwelacyjna	zd	m	-800
Wysokość niwelacyjna	zw	m	-780
Stopień geotermiczny	Γ	m/°C	31
współczynnik określający jaka część energii ze źródeł dodatkowych wpływa na podwyższenie temperatury	Czs		0,28
Ekwiwalentny wsp. przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie skalnym	e	W/(mK)	7
Współczynnik ciepła konwekcyjnego	s	-	0,25
Gęstość węgla	ρs	kg/m^3	1300
Ciepło właściwe skał	cs	J/(kg*K)	439
Współczynnik przewodnictwa cieplnego		W/(mK)	0,4
Liczba oporu wyrobiska	f	-	0,616015
Właściwa pojemność cieplna powietrza suchego	cp	J/(kgK)	1005
Strumień objętości powietrza	V	m^3/s	12,30523475
Stała uniwersalna	Ra	J/(kg*K)	287,04
Moc maszyn	N	kW	350
Temperatura sucha	Ts	K	304,3224699
Przyrost na głębokości	z	m	20
Gęstość powietrza	ρ	kg/m^3	1,281795286
Promień równoważny	ro	m	1,359820733
Ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury	ae	m2/s	1,05134⋅10^-7
Liczba Fouriera	Fo	-	1,793026333
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu	k	W/(m2K)	5,380194172
Liczba Biota	Bi	-	48,77399722
Współczynnik	k∞	-	0,832742133
Liczba Kirpiczewa	Ki	-	0,821060168
Strumień masy powietrza suchego	ma	kg/s	12,30523475
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła	qza	W/m	255,6521739
Temperatura pierwotna na dopływie	tpd	°C	37,67741935
Temperatura pierwotna na wypływie	tpw	°C	37,03225806
Średnia temperatura pierwotna	tpm	°C	37,35483871
	tx	°C	92,85249677
Prognozowana temperatura sucha	tsw	°C	36,03734075
Ciepło parowania wody w temp 0 °C	rb	J/kg	2500000
Pojemność cieplna pary wodnej	cpw	J/kgK	1927
Stopień zawilżenia na końcu wyrobiska	xw	kg/kg	0,020250332
Ciśnienie statyczne bezwzględne na końcu wyrobiska	pw	Pa	112948,8212
Prognozowana temperatura wilgotna	tww	°C	29,74281267

Współczynniki wykorzystane w projekcie zostały dobrane na podstawie literatury [1,3] i przedstawiono je w poniższych tabelach:

Dla kopalń węglowych:

Nazwa wyrobiska
Chodniki kamienne	5,8	0,35
Chodniki przyścianowe węglowe
Ściany prowadzone na zawał gdy są zainstalowanych MK	7	0,25
Ściany prowadzone na zawał gdy niema zainstalowanych MK	7	0,15

Dla LGOM -u

Rodzaj wyrobiska
Prądy grupowe świeżego powietrz	4	0,29
Roboty eksploatacyjne	2,36	0,29

Współczynnik przewodzenia ciepła λ.

Rodzaj skał	Górny śląsk	Bogdanka	LGOM
Zlepieńce i żwirowce	3,4
Piaskowiec gruboziarnisty	3,5	4,0	2,3
Piaskowiec drobnoziarnisty	3,1	2,5
Łupki piaszczyste	2,2
Łupki ilaste	2,1	1,5
Węgiel kamienny	0,6	0,4
Dolomit			2,5
margle miedzionośne			2,5

Ciepło właściwe skał i ich gęstość i

Rodzaj skał	J/(kg K),	kg/m^3,
Zlepieńce i żwirowce	961	2200
Piaskowiec gruboziarnisty	696	2400
Piaskowiec drobnoziarnisty	705	2500
Łupki piaszczyste	850	2550
Łupki ilaste	1000	2600
Węgiel kamienny	439	1300
Dolomit	1001	2600
margle miedzionośne	1962	2800

2. Ocena warunków klimatycznych w oparciu o wskaźnik klimatyczny

Wskaźnik klimatyczny dla oceny stopnia zagrożenia temperaturowego na poszczególnych poziomach eksploatacyjnych określony jest wzorem:

gdzie:

t_pg - temperatura pierwotna górotworu na danym poziomie,

t_d - dopuszczalna temperatura powietrza w miejscu pracy załogi bez stosowania

skróconego czasu pracy, t_d = 28°C

t_p - temperatura powietrza na podszybiu danego poziomu wydobywczego.

Kryteria stopnia zagrożenia temperaturowego oparte na wskaźniku klimatycznym K zdefiniowane są następująco:

K < 0 - nie ma zagrożenia temperaturowego,

0 < K 0.8 - istnieje niewielkie zagrożenie temperaturowe, któremu można zapobiec przestrzegając głównych zasad racjonalnej wentylacji,

0.8 < K 1.5 - istnieje zagrożenie temperaturowe, któremu można zapobiec

przez takie zaprojektowanie udostępnienia i rozcięcia pokładów oraz

ich eksploatację, aby powietrze świeże dopływające do wyrobisk eksploatacyjnych ulegało możliwie najmniejszemu nagrzewaniu,

K > 1.5 - istnieje znaczne zagrożenie temperaturowe, któremu można zapobiec przez stosowanie innych środków techniczno-organizacyjnych mających na celu zmniejszenie zagrożenia /np. stosowanie skróconego czasu pracy lub urządzeń chłodniczych /.

Dla wyznaczenia wskaźnika K konieczna jest znajomość temperatury powietrza na podszybiu danego poziomu. W kopalniach istniejących wartość tej temperatury otrzymuje się z bezpośrednich pomiarów. Natomiast dla kopalń projektowanych konieczne jest wykonanie obliczeń prognostycznych temperatury powietrza w oparciu o projekt wentylacji kopalni.

3. Normy klimatyczne przed i po zastosowaniu chłodzenia:

Przed zastosowaniem klimatyzacji tylko w chodniku odstawczym i na ścianie nie są spełnione normy klimatyczne. Praca w tych wyrobiskach jest zabroniona. Norma polska dopuszcza wykonywanie pracy w tych wyrobiskach jedynie w czasie akcji ratowniczych.

Normy	Chodnik odstawczy		Ściana
		Przed klimatyzacją	Po zastosowaniu klimatyzacji	Przed klimatyzacją	Po zastosowaniu klimatyzacji
polska	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h
amerykańska	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h
Przepisy technicznej eksploatacji złóż	praca zabroniona	praca 8 h	praca zabroniona	praca 8 h

3.4. Iteracyjny sposób wyznaczenia temperatury powietrza na wlocie chodnika odstawczego i wyrobiska ścianowego.

1. Na wylocie z chodnika ma być 28°

Według obliczeń temperatura na dopływie do chodnika odstawczego wynosi 22,29°C, wtedy na wylocie jest 28°C.

3.4.2. Na wylocie ze ściany ma być 28° i 33°

Według obliczeń temperatura na dopływie do ściany wynosi 22,25°C, wtedy na wylocie jest 28°C.

Według obliczeń temperatura na dopływie do ściany wynosi 27,68°C, wtedy na wylocie jest 33°C.

4. Wyznaczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej o działaniu pośrednim przy pracy 6h.

W wyrobiskach w których została przekroczona temperatura sucha równa 28 ^oC zostaną zamontowane maszyny klimatyzacyjne celem obniżenia tej temperatury. W pierwszej kolejności znaleziono odległość po przekroczeniu której temperatura sucha jest większa od 28^oC. Następnie wyznaczono temperaturę jaka powinna wypływać z maszyny klimatyzacyjnej, żeby temperatura nie przekroczyła w wyrobisku temperatury dopuszczalnej równej 28^oC. Temperaturę sucha powietrza w całym wyrobisku nie powinna przekraczać 28°C, więc należy zastosować odpowiednią ilość maszyn klimatyzacyjnych dzieląc wyrobisko na odcinki.

Przyjęto następujące oznaczenia:

• t_sd temperatura sucha na dopływie do maszyny klimatyzacyjnej

• t_wd temperatura wilgotna na dopływie do maszyny klimatyzacyjnej

• t_sw temperatura sucha na wypływie z maszyny klimatyzacyjnej

• V strumień objętości powietrza płynącego przez maszynę

• V_c strumień objętości powietrza płynącego wyrobiskiem

Przyjęto założenie, że różnica temperatur w wyrobiskach klimatyzowanych Δt_s ≤ 3,5°C

Wyznaczenie parametrów powietrza na wlocie do maszyny klimatyzacyjnej:

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej p_pd

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia p_pnd

• wilgotność względna powietrza φ_d

• stopień zawilżenia powietrza X_d

• entalpię 1+x kg powietrza wilgotnego h_d

• gęstość powietrza wilgotnego
  

• strumień masy powietrza wilgotnego
  

• strumień masy powietrza suchego
  

Wyznaczanie parametrów powietrza na wypływie z maszyny klimatyzacyjnej:

• ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze t_sw dla powietrza wylotowego z maszyny klimatyzacyjnej p_pnw

• stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu nasycenia powietrza w temperaturze t_sw

Ponieważ stopień zawilżenia powietrza X_d jest mniejszy od stopnia zawilżenia powietrza dla stanu nasycenia w temperaturze t_sw na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, to nie nastąpi wykroplenie wody z powietrza. Przyjmuje się w związku z tym: X_w = X_d.

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym

• temperaturę wilgotną powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej t_ww wyznacza się z równania:

- wilgotność względna powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej φ_w %

• entalpia 1+x kg powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej

Następnie wyznacza się temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza płynących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko obok maszyny.

• strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok maszyny klimatyzacyjnej.

• strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną

• stopień zawilżenia powietrza

• entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni

Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:

Dla wyznaczenia temperatury wilgotnej powietrza t_wm po zmieszaniu strumieni oblicza się kolejno:

• ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p_pw

• temperaturę wilgotną powietrza t_ww dla zmieszanych strumieni wyznacza się z równania:

Obliczenie zdolności chłodniczej maszyny klimatyzacyjnej

Zdolnością chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej jest ilość ciepła, jaką maszyna odbiera od powietrza w parowniku w jednostce czasu. Dla wyznaczenia zdolności chłodniczej MK wyznacza się różnicę entalpii powietrza przepływającego przez maszynę

Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:

Pierwsza maszyna klimatyzacyjna została zainstalowana na 141,29 metrze chodnika odstawczego, ponieważ w tym miejscu temperatura osiąga wartość 28 °C.

temperatura sucha na wlocie do MK	tsd	°C	27,999
temp wilgotna na wlocie do MK	twd	°C	19,492
temp sucha na wylocie z MK	tsw	°C	23,7
strumień płynący przez MK	V	m^3/s	6,66
strumień powietrz płynący wyrobiskiem	Vc	m^3/s	9,6
ciśnienie powietrza w miejscu instalacji MK	p	Pa	112949,5245
ciśnienie cząstkowe pary wodnej	ppd	Pa	1 645,775
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia	ppnd	Pa	3778,073817
wilgotność względna powietrza	ϕd	%	43,56121098
stopień zawilżenia powietrza	Xd	kg/kg	0,0092
entalpia 1+x powietrza wilgotnego	hd	kJ/kg	51,629
gęstość powietrza wilgotnego	ρd	kg/m^3	1,299
strumień masy powietrza wilgotnego	md	kg/s	9,458
strumień masy powietrza suchego	msd	kg/s	8,663
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia dla powietrza wylotowego z MK	ppnw	Pa	2929,16798
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK dla stanu nasycenia powietrza	Xnw	kg/kg	0,016
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK	Xw	kg/kg	0,012
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	1 645,775
temp wilgotna powietrza na wylocie z MK	tww	°C	17,98722539
wilgotność względna powietrza na wylocie z MK	ϕw		47,34767462
entalpia 1+x powietrza na wylocie z MK	hw	kJ/kg	51,654
strumień masy powietrza płynący wyrobiskiem obok MK	m1	m^3/s	3,812
stopień zawilżenia powietrza	xm	kg/kg	0,010
entalpia powietrz po zmieszaniu strumieni	hm	kJ/kg	48,604
temperatura sucha powietrza	tsm	°C	25,014
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	1 645,774
temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni	tww	°C	18,45561378
różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK	δh	kJ/kg	4,398
zdolność chłodnicza MK	Q	kW	37,74818487

Druga maszyna klimatyzacyjna została zainstalowana na 595,22 metrze chodnika odstawczego ponieważ w tym miejscu temperatura osiąga wartość 28 °C.

temperatura sucha na wlocie do MK	tsd	°C	27,999
temp wilgotna na wlocie do MK	twd	°C	19,492
temp sucha na wylocie z MK	tsw	°C	23,7
strumień płynący przez MK	V	m^3/s	6,66
strumień powietrz płynący wyrobiskiem	Vc	m^3/s	9,6
ciśnienie powietrza w miejscu instalacji MK	p	Pa	112949,5245
ciśnienie cząstkowe pary wodnej	ppd	Pa	1 645,775
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia	ppnd	Pa	3778,073817
wilgotność względna powietrza	ϕd	%	43,56121098
stopień zawilżenia powietrza	Xd	kg/kg	0,0092
entalpia 1+x powietrza wilgotnego	hd	kJ/kg	51,629
gęstość powietrza wilgotnego	ρd	kg/m^3	1,299
strumień masy powietrza wilgotnego	md	kg/s	9,458
strumień masy powietrza suchego	msd	kg/s	8,663
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia dla powietrza wylotowego z MK	ppnw	Pa	2929,16798
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK dla stanu nasycenia powietrza	Xnw	kg/kg	0,016
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK	Xw	kg/kg	0,012
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	1 645,775
temp wilgotna powietrza na wylocie z MK	tww	°C	17,98722539
wilgotność względna powietrza na wylocie z MK	ϕw		47,34767462
entalpia 1+x powietrza na wylocie z MK	hw	kJ/kg	51,654
strumień masy powietrza płynący wyrobiskiem obok MK	m1	m^3/s	3,812
stopień zawilżenia powietrza	xm	kg/kg	0,010
entalpia powietrz po zmieszaniu strumieni	hm	kJ/kg	48,604
temperatura sucha powietrza	tsm	°C	25,014
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	1 645,774
temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni	tww	°C	18,45561378
różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK	δh	kJ/kg	4,398
zdolność chłodnicza MK	Q	kW	37,74818487

Trzecia maszyna klimatyzacyjna została zainstalowana na 68,74 metrze ściany ponieważ w tym miejscu temperatura osiąga wartość 28 °C.

temperatura sucha na wlocie do MK	tsd	°C	27,999
temp wilgotna na wlocie do MK	twd	°C	21,28
temp sucha na wylocie z MK	tsw	°C	23,7
strumień płynący przez MK	V	m^3/s	7,16
strumień powietrz płynący wyrobiskiem	Vc	m^3/s	10,56
ciśnienie powietrza w miejscu instalacji MK	p	Pa	112 948,82
ciśnienie cząstkowe pary wodnej	ppd	Pa	2 040,98
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia	ppnd	Pa	3778,073817
wilgotność względna powietrza	ϕd	%	54,02176797
stopień zawilżenia powietrza	Xd	kg/kg	0,01145
entalpia 1+x powietrza wilgotnego	hd	kJ/kg	57,37
gęstość powietrza wilgotnego	ρd	kg/m^3	1,30
strumień masy powietrza wilgotnego	md	kg/s	8,65
strumień masy powietrza suchego	msd	kg/s	8,55
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia dla powietrza wylotowego z MK	ppnw	Pa	2929,16798
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK dla stanu nasycenia powietrza	Xnw	kg/kg	0,017
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK	Xw	kg/kg	0,014
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	2 040,98
temp wilgotna powietrza na wylocie z MK	tww	°C	19,87545964
wilgotność względna powietrza na wylocie z MK	ϕw		54,02114087
entalpia 1+x powietrza na wylocie z MK	hw	kJ/kg	57,37
strumień masy powietrza płynący wyrobiskiem obok MK	m1	m^3/s	3,81
stopień zawilżenia powietrza	xm	kg/kg	0,011
entalpia powietrz po zmieszaniu strumieni	hm	kJ/kg	54,31
temperatura sucha powietrza	tsm	°C	25,01
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	2 040,97
temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni	tww	°C	20,3135411
różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK	δh	kJ/kg	4,42
zdolność chłodnicza MK	Q	kW	37,77324065

Czwarta maszyna klimatyzacyjna została zainstalowana na 194,74 metrze ściany ponieważ w tym miejscu temperatura osiąga wartość 28 °C.

temperatura sucha na wlocie do MK	tsd	°C	27,999
temp wilgotna na wlocie do MK	twd	°C	21,28
temp sucha na wylocie z MK	tsw	°C	23,7
strumień płynący przez MK	V	m^3/s	7,16
strumień powietrz płynący wyrobiskiem	Vc	m^3/s	10,56
ciśnienie powietrza w miejscu instalacji MK	p	Pa	112 948,82
ciśnienie cząstkowe pary wodnej	ppd	Pa	2 040,98
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia	ppnd	Pa	3778,073817
wilgotność względna powietrza	ϕd	%	54,02176797
stopień zawilżenia powietrza	Xd	kg/kg	0,01145
entalpia 1+x powietrza wilgotnego	hd	kJ/kg	57,37
gęstość powietrza wilgotnego	ρd	kg/m^3	1,30
strumień masy powietrza wilgotnego	md	kg/s	8,65
strumień masy powietrza suchego	msd	kg/s	8,55
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia dla powietrza wylotowego z MK	ppnw	Pa	2929,16798
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK dla stanu nasycenia powietrza	Xnw	kg/kg	0,017
stopień zawilżenia powietrza na wylocie z MK	Xw	kg/kg	0,014
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	2 040,98
temp wilgotna powietrza na wylocie z MK	tww	°C	19,87545964
wilgotność względna powietrza na wylocie z MK	ϕw		54,02114087
entalpia 1+x powietrza na wylocie z MK	hw	kJ/kg	57,37
strumień masy powietrza płynący wyrobiskiem obok MK	m1	m^3/s	3,81
stopień zawilżenia powietrza	xm	kg/kg	0,011
entalpia powietrz po zmieszaniu strumieni	hm	kJ/kg	54,31
temperatura sucha powietrza	tsm	°C	25,01
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym	ppw	Pa	2 040,97
temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni	tww	°C	20,3135411
różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK	δh	kJ/kg	4,42
zdolność chłodnicza MK	Q	kW	37,77324065

5. Dobór MK w oparciu o dane katalogowe producentów oraz szkic rozmieszczenia urządzeń w wyrobiskach

Dobrano maszynę chłodniczą powietrza LKM 2 - 290 o następujących parametrach:

Moc chłodnicza 290 kW

Moc napędowa 52 kW

Temperatura parowania 5,0 °C

Temperatura skraplania 48 °C

Wydatek powietrza 420 m³/min

Producent Wende Malter

Liczba obrotów silnika 1450/ min

Ilość wody w obiegu otwartym 15,35 m³/h

Ilość wody w obiegu zamkniętym 30,70 m³/h

Szkic rozmieszczenia urządzeń klimatyzacyjnych w wyrobiskach

1. chłodnica wody chłodzącej - skraplacz

2. maszyna klimatyzacyjna

3. chłodnice powietrza (chłodziarki)

6. Odprowadzenie ciepła z MK za pomocą chłodni wyparnej.

Parametry powietrza na dopływie
Temperatura sucha na dopływie	tpsd	°C	28,6
Temperatura wilgotna na dopływie	tpwd	°C	26,5
Ciśnienie powietrza	pd	hPa	1150
Ciśnienie powietrza	pd	Pa	115000
Strumień objętości powietrza	Vp	m^3/min	1500
Strumień objętości powietrza	Vp	m^3/s	25
Ciśnienie cząstkowe pary	ppd	Pa	3304,855925
Ciśnienie cząstkowe pary nasyconej na dopływie	ppw	Pa	3912,086897
Wilgotność względna powietrza na dopływie	φ d	%	84,48
Stopień zawilżenia	xd	kg/kg	0,018403847
Gęstość powietrza na dopływie	ρd	kg/m^3	1,313223998
Strumień masy powietrza	mp	kg/s	32,83059996
Entalpia powietrza na dopływie	hd	kJ/kg	75,73162954
Jednostkowy strumień masy powietrza (gęstość str. masy)	mpj	kg/(m^2s)	6,566119992
Moc chłodnicza wieży (założona)	Q	kW	145
Pole przekroju wieży	Aw	m^2	5
Parametry wody na dopływie
Temperatura wody na dopływie	twd	°C	31,5
Strumień masy wody	mw	kg/s	12
Spadek temperatury wody	Dtw	°C	5
Gęstość strumienia wody	mwj	kg/m^2s	2,4
Rzeczywisty stosunek str. masy wody do str. masy powietrza	B		0,365512662
Zalecana wartość stosunku dla tpwd=30 i twd-tpwd=12,5 (odczyt tab. 4.13)	Bo		1,35
Zalecana wartość stosunku mw/mp (odczyt tab. 4.13)- formuła			1,002439122
Zalecana wartość stosunku mw/mp (odczyt Rys. 4.57)- formuła popr			1,018354205
Współczynnik R	R		0,27075012
Prędkość przepływu powietrza	w	m/s	5
Współczynnik Fo dla wyznaczonego R Odczytano z rys. 4.58	Fo		0,97
Współczynnik Fv dla w Odczytano z rys. 4.58	Fv		0,95
Współczynnik Fwb dla tpwd Odczytano z rys. 4.58	Fwb		0,97
Liczba sit	ns		3
Współczynnik Fs dla trzech sit w wieży. Odczytano z rys. 4.58	Fs		1,02
Wskaźnik efektywności wody	ηw		0,9117321
Obniżenie temperatury wody	Dtw	°C	4,5586605
Różnica między temp. wody i temp. wilgotną powietrza twd-tpwd	Dt		5
Moc chłodnicza wieży (obliczona)	Q	kW	228,33

Wyznaczona moc chłodnicza wieży dla chłodnic.

Ciśnienie cząstkowe nasyconej pary wodnej	p"pnd	Pa	4619,798732
Wilgotność właściwa (teoretyczna)	xT		0,026032883
Wsp sprawności komory zraszania	E		0,86
Wilgotność właściwa (rzeczywista)	xw		0,024964818
Temperatura sucha na wylocie z chłodni	tpsw	C	31,094
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w pow. na wylocie	ppw	Pa	4437,573644
Ciśnienie cząstkowe nasyconej pary wodnej na wylocie	ppnw	Pa	4514,471984
Wilgotność względna pow. na wylocie	φ w	%	98,29662606
Entalpia powietrza na wylocie	hw	kJ/kg	95,10535021
Przyrost zawartości wilgoci w powietrzu	dx	kg/kg	0,00656097
Ilość odparowującej wody	dnw	kg/s	0,215400588
Temperatura wody na wypływie	tww	C	18,84075963
Ciepło odebrane wodzie przez powietrze	Qp	kW	636,0508733
Ciepło stracone przez wode	Qw	kW	636,0204911

7. Propozycja sposobu przewietrzania przodków wyrobisk przygotowawczych wyprzedzających wyrobisko ścianowe

Wyrobiska, które nie są przewietrzane prądami powietrza wytwarzanymi przez wentylator główny, przewietrza się za pomocą lutniociągów. Lutniociągi powinny być wykonywane z lutni metalowych lub trudno palnych antyelektrostatycznych lutni z tworzyw sztucznych.

Do przewietrzania wyrobisk przygotowawczych wyprzedzających wyrobisko ścianowe zaproponowano wentylację lutniową ssącą. Długość tych wyrobisk nie przekracza 60m, dlatego można zastosować wentylatory wolno strumieniowe, wytwarzające strugę strumienia na odległość, co najmniej 45 m, umieszczone w wolnych przekrojach wyrobisk z opływowym prądem powietrza.

---