Wydział Górniczy

III Projekt z Wentylacji Kopalń - Pożary podziemne

Wyznaczenie rozpływu wymuszonego

w pasywnych sieciahc wnetylacyjnych

metodą sałustowicza

Rok IV, EOiP Prowadzący:

Rok akademicki 1999/2000 dr Barbara Madeja Strumińska

1. Wyznaczenie strumieni objętości powietrza niezbędnego do przewietrzenia rejonu wentylacyjnego lub komory funkcyjnej.

1. ze względu na wydobycie:

[m³/s]

gdzie: W - wydobycie dobowe pochodzące z danego rejonu, Mg/dobę

k_w - współczynnik określający najmniejszy strumień powietrza, przypadający na tonę średniego wydobycia; (tabela XXXIII.3. „Wentylacji Kopalń” Nędza, Rosiek)

Rejon	W	H	kw	Vw
1	800	870	0,014	11,20
2	950	720	0,012	11,40
3	1600	720	0,009	14,40
4	1740	720	0,008	13,92
5	450	720	0,017	7,65
6	500	720	0,020	10,00

2. ze względu na zagrożenie gazowe

[m³/s]

gdzie: F_p - ilość spalanego paliwa kg/h

ρ - gęstość powietrza Mg/m³

q - niezbędna ilość powietrza potrzebna do spalenia 1 kg paliwa kg/kg

λ_n - współczynnik nadmiaru powietrza

[m³/s]

Rejon	Fp	Vsp
1	15,2	18,24
2	15,2	18,24
3	19,8	23,76
4	19,8	23,76
5	6,4	7,68
6	6,4	7,68

3. ze względu na MW

[m³/s]

gdzie: M_MW - masa odpalanego MW kg

M_MW = k_MW ⋅ W; k_MW = 0,15

k - współczynnik ucieczek powietrza

m - procentowy rozchód MW w okresie najintensywniejszego strzelania

b - ilość gazów toksycznych wytwarzanych przez MW

τ - czas przewietrzania przodka po robotach strzelniczych

Rejon	W	kMW	VMW
1	800	120,0	0,33
2	950	142,5	0,40
3	1600	240,0	0,67
4	1740	261,0	0,73
5	450	67,5	0,19
6	500	75,0	0,21

Rejon	Vw	Vsp	VMW	Vmax
1	11,20	18,24	0,33	18,24
2	11,40	18,24	0,40	18,24
3	14,40	23,76	0,67	23,76
4	13,92	23,76	0,73	23,76
5	7,65	7,68	0,19	7,68
6	10,00	7,68	0,21	10,00
				101,68

Sumaryczny strumień powietrza niezbędny do przewietrzania wszystkich rejonów kopalni wynosi:

m³/s

4. strumienie objętości powietrza w komorach

Wstępne określenie strumienia objętości powietrza:

gdzie: A - pole powierzchni przekroju poprzecznego komory [m²]

Strumień objętości powietrza ze względu na pięciokrotną wymianę powietrza w ciągu godziny:

gdzie: V - objętość komory m³,

Komora	A	Długość	V	V1	V2	Vmax
KP	30	50	1500	2,46	2,08	2,46
KMC	30	100	3000	2,46	4,17	4,17
KMW	10	40	400	1,42	0,56	1,42
Zajezdnia	25	80	2000	2,25	2,78	2,78
Warsztaty	30	70	2100	2,46	2,92	2,92
						13,75

Ilość powietrza dopływająca do kopalni wynosi:

k_ri - liczba ujmująca straty powietrza w i-tym rejonie wentylacyjnym

k_ri = 1,2 dla eksploatacji systemem ścianowym z zawałem stropu lub podsadzką hydrauliczną

k_g - liczba ujmująca straty powietrza w grupowych drogach powietrza świeżego

k_g = k_p + k_o + k_s + 1

k_o - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od liczby projektowanych poziomów wydobywczych (k_o = 0,2) liczba rejonów >5<10

k_p - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od liczby projektowanych poziomów wydobywczych (k_p = 0,1) dwa poziomy wydobywcze

k_s - liczba ujmująca straty powietrza w zależności od rozmieszczenia szybów wdechowych i wydechowych (k_s = 0,15 przy mieszanym rozmieszczeniu szybów)

k_g = 0,1 + 0,2 + 0,15 + 1 = 1,45

V_cs = (101,68 ⋅ 1,2 + 13,75) ⋅ 1,45

V_cs = 196,86 [m³/s]

5. straty wewnętrzne

Straty wewnętrzne obliczono korzystając z następującego wzoru:

Straty grupowe i rejonowe są znajdują się na załączonym rysunku.

6. straty zewnętrzne

straty zewnętrzne - 15 [%]

102,2 [m³/s];
129,4 [m³/s]

2. Wyznaczenie objętości powietrza i oporów we wszystkich bocznicach sieci.

Opór 100 - metrowego odcinka szybów o przekroju kołowym w obudowie murowej lub betonowej z pełnym wyposażeniem obliczono ze wzoru:

Opór 100 - metrowego odcinka wyrobisk otorkretowanych w obudowie kotwiowej obliczono ze wzoru:

Opór 100 - metrowego odcinka wyrobisk nieotorkretowanych w obudowie kotwiowej obliczono ze wzoru:

Opór w poszczególnych bocznicach wyznaczono na podstawie wzoru:

Wyniki obliczeń znajdują się w załączonej tabeli nr1.

3. wyznaczenie niezależnych zewnętrznych oczek sieci. dyssypacja energii w bocznicach oraz dyssypacji w poszczególnych oczkach.

Obliczenia dyssypacji energii znajdują się w załączonej tabeli nr 2.

OCZKO I	1-2-6-20-21-22-23-25
OCZKO II	1-2-6-7-9-19-20-21-22-23-25
OCZKO III	1-2-6-7-9-19-21-22-23-25
OCZKO IV	1-2-6-7-9-10-22-23-25
OCZKO V	1-2-6-7-8-12-13-14-15-16-18
OCZKO VI	1-2-6-7-9-10-11-14-15-16-18
OCZKO VII	1-2-6-7-9-10-11-13-14-15-16-18
OCZKO VIII	1-2-6-8-12-13-14-15-16-18
OCZKO IX	1-2-3-12-13-14-15-16-18
OCZKO X	1-2-3-4-A-5-15-16-18
OCZKO XI	1-2-3-4-B-5-15-16-18

[J/m^3]	W - 1	W - 2
lf max	2839,2	3669,3
lf min	2567,3	3208,3
lf śr	2703,27	3438,77
lf poś	2790,0	3516,8

4. regulacja metodą sałustowicza.

Regulacja dodatnia

;

gdzie: l_m - dyssypacja energii w tamie

l_tg - spiętrzenie wentylatora głównego

l_f - dyssypacja energii w oczku

R_m - opór tamy

- strumień powietrza w bocznicy

R_f - opór powietrza w bocznicy

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
Nr wentylatora	W-1				W-2
ltg [Pa] spiętrz wentylatora głównego	2839,23				3669,29
lm [J/m^3] dyssypacji energii w tamie	271,9	48,1	49,3	0,0	152,5	19,1	0,0	290,0	400,1	461,0	456,4
Rm [Ns^2/m^8] opór tamy	35,2	0,5	0,8	0,0	17,9	0,0	0,0	143,8	23,0	76,2	1,4
V [m^3/s]	2,78	10	7,68	23,76	2,92	23,76	18,24	1,42	4,17	2,46	18,24

Regulacja ujemna

gdzie: l_tp - spiętrzenie wentylatora pomocniczego

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
Nr wentylatora	W-1				W-2
ltg [Pa] spiętrz wentylatora głównego	2567,30				3208,25
ltp [Pa] spiętrz wentylatora pomocniczego	0,0	223,9	222,7	271,9	949,5	1082,9	1102,0	812,0	701,9	640,9	645,6
Wydajność wentylatora pomocniczego V	2,78	10,00	7,68	23,76	2,92	23,76	18,24	1,42	4,17	2,46	18,24

Regulacja mieszana

Nr oczka	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI
Nr wentylatora	W-1				W-2
ltg [Pa] spiętrz went. gł.	2789,96				3516,79
ltp [Pa] spiętrz went. pomocniczego	---	1,2	0,0	49,3	0,0	133,4	152,5	---	---	---	---
Wydajność wentylatora pomocniczego V	2,78	10,00	7,68	23,76	2,92	23,76	18,24	1,42	4,17	2,46	18,24
Rm [Ns^2/m^8] opór tamy	28,8	---	0,0	---	0,0	---	---	68,2	14,2	51,0	0,9
lm [J/m^3] dysyp. energii w tamie	222,7	---	0,0	---	0,0	---	---	137,5	247,6	308,5	303,9
V [m^3/s]	2,78	10,00	7,68	23,76	2,92	23,76	18,24	1,42	4,17	2,46	18,24

5. Wyznaczenie potecjału oraz schematu potencjalnego wraz z jego analizą dla regulacji dodatniej.

Dla tamy :

Dla wentylatora :

Potencjał :

gdzie:

l_f - dyssypacja w bocznicy

l_m - dyssypacja na tamie

l_tp - spiętrzenie wentylatora pomocniczego

- spadek potencjału w bocznicy

- potencjał na dopływie do bocznicy

- potencjał na wypływie z bocznicy

Dla regulacji dodatniej:

Bocznica	lf [J/m^3]	lm [J/m^3]	dF [J/m^3]	Węzeł	F [J/m^3]
				1	0
1-2	821,73		821,73	2	-821,73
2-3	15,44		15,437	3	-837,16
3-12	0,48	400,11	400,587	12	-1237,75
3-4	11,25		11,253	4	-848,42
4-A-5	0,26	461,04	461,30	5	-1309,72
4-B-5	4,94	456,36	461,301	5	-1309,72
5-15	33,65		33,655	15	-1343,37
2-6	125,54		125,543	6	-947,27
6-7	137,65		137,652	7	-1084,92
6-8	0,34	289,97	290,31	8	-1237,58
6-20	0,41	271,93	272,340	20	-1219,61
7-8	0,16	152,50	152,66	8	-1237,58
7-9	81,89		81,887	9	-1166,81
9-10	49,20		49,197	10	-1216,01
9-19	4,23		4,231	19	-1171,04
19-20	0,52	48,05	48,570	20	-1219,61
19-21	0,69	49,27	49,957	21	-1221,00
20-21	1,39		1,386	21	-1221,00
21-22	4,23		4,235	22	-1225,23
10-22	9,23	0,00	9,226	22	-1225,23
22-23	1409,35		1409,354	23	-2634,59
23-25	204,65		204,648	25	-2839,23
10-11	20,23		20,230	11	-1236,24
11-13	2,38	0,00	2,384	13	-1238,62
11-14	7,45	19,07	26,517	14	-1262,75
8-12	0,17		0,169	12	-1237,75
12-13	0,87		0,867	13	-1238,62
13-14	24,13		24,134	14	-1262,75
14-15	80,62		80,620	15	-1343,37
15-16	2259,37		2259,368	16	-3602,74
16-18	66,547		66,547	18	-3669,29

6. Dobór stacji wentylatorów głównych dla najtrudniejszego oczka krytycznego.

1. Dobór wentylatora głównego W-1 w szybie wentylacyjnym

WARIANT DYSSYPACYJNY

Δ_pc = 2893,23 [Pa]

_W-1 = 102,2 [m³/s]

• Konieczna moc użyteczna

290,17 [kW]

• Opór kopalni

0,27 [Ns²/m⁸]

• Otwór równoznaczny

A_e = 2,28 [m²]

Wstępnie dobieram wentylator typu WPG-200/1,4.

Warunki stabilności:

warunek kumulacyjny

2893,23 [N/m²]
= 4050 [N/m²]

warunek dyssypacyjny

0,43 [Ns²/m⁸]

K = 1,2

0,27
0,36

warunek ekonomiczności:

80 [%]
70,4 [%]

Wszystkie warunki są spełnione.

2. Dobór wentylatora głównego W-2 w szybie wentylacyjnym

WARIANT DYSSYPACYJNY

Δ_pc = 3669,29 [Pa]

_W-1 = 129,4 [m³/s]

• Konieczna moc użyteczna

474,81 [kW]

• Opór kopalni

0,22 [Ns²/m⁸]

• Otwór równoznaczny

A_e = 2,54 [m²]

Wstępnie dobieram wentylator typu WPG-240/1,4.

Warunki stabilności:

warunek kumulacyjny

3669,29 [N/m²]
= 4050 [N/m²]

warunek dyssypacyjny

0,27 [Ns²/m⁸]

K = 1,2

0,22
0,22

warunek ekonomiczności:

87 [%]
70,4 [%]

Wszystkie warunki są spełnione.

7. Analiza bezpieczeństwa sieci wentylacyjnej.

1. Stabilność kierunków przepływu.

gdzie: l_fλβ - dyssypacja energii w bocznicy β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

l_fλ - suma dyssypacji energii we wszystkich bocznicach β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

- stabilność zadowalająca

Wyniki znajdują się w załączonej tabeli.

2. Racjonalność systemów przewietrzania.

gdzie: l_fλβ - dyssypacja energii w bocznicy β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

l_fλ - suma dyssypacji energii we wszystkich bocznicach β oczka zewnętrznego λ sieci aktywnej, J/m³

- system racjonalny

Wyniki znajdują się w załączonej tabeli.

3. Bezpieczeństwo współpracy kilku wentylatorów.

gdzie: l'_fλβ - wielkość spadku naporu na drodze od szybu wdechowego do najdalej wysuniętego węzła na schemacie potencjalnym, w którym rozgałęzia się prąd grupowy powietrza świeżego, J/m³

Δpc'_min- wielkość spiętrzenia wentylatora o mniejszej depresji dla danej pary wentylatorów, J/m³

- bezpieczeństwo zapewnione

Ostatnim węzłem w którym rozdziela się prąd świeżego powietrza jest węzeł 10.

= 0,43 < 0,67

Warunek spełniony.

---