5. Projektowanie wentylacji odrębnej wyrobisk ślepych

5.1. Sposoby przewietrzania wyrobisk ślepych

Zgodnie z obowiązującymi przepisami bhp, w kopalniach polskich wszystkie miejsca pracy i wyrobiska, dla których nie da się stosować prądów powietrza płynącego boczni­cami sieci, a przewietrzanie przez dyfuzję jest zabronione, muszą być przewietrzane przy stosowaniu lutni wentylacyjnych. Przewietrzanie tych miejsc pracy i wyrobisk, zwanych wyrobiskami ślepymi, przy stosowaniu lutni wentylacyjnych, można uzyskać:

- przez wykorzystanie energii wentylatora głównego i depresji naturalnej (rys. I.49 a, b),

- za pomocą wentylatorów lutniowych lub dysz powietrza sprężonego (rys. I.50 a, b, c).

Rys. I.49. Przykłady wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych przy wykorzystaniu wentylatora głównego

Rys. I.50. Przykłady wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych przy stosowaniu wentylatorów lutniowych

Wentylacja lutniowa, a w szczególności wentylacja lutniowa z wentylatorami lutnio­wymi lub dyszami; jest stosowana prawie wyłącznie w wyrobiskach udostępniających lub przygotowawczych.

Rozróżnia się następujące rodzaje wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych:

- ssąca (rys. I.51a),

- tłocząca (rys. I.51b),

- kombinowana (rys. I.51c, d).

Dla uniknięcia zagrożeń wywołanych gazami odstrzałowymi i pyłami w długich wyrobiskach ślepych stosuje się tzw. lutniową wentylację rewersyjną.

Rys. I.51. Rodzaje wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych

Na rys. I.51e pokazano przykład przewietrzania wyrobiska ślepego przy stosowaniu wentylacji rewersyjnej, polegającej na zabudowaniu w wyrobisku ślepym jednego lutnio­ciągu z wentylatorem tłoczącym W_t wentylatorem ssącym W_s oraz zasuwami Z₁ i Z₂ na początku tego lutniociągu. Po wykonaniu robót strzelniczych w wyrobisku ślepym czynny jest przez określony okres czasu wentylator ssący W_s, przy zamkniętej zasuwie Z₂ i otwartej zasuwie Z₁. Po usunięciu gazów odstrzałowych i pyłu z wyrobiska ślepego zatrzymuje się wentylator ssący W, oraz uruchamia się wentylator tłoczący W_t, zamyka zasuwę Z₁, a otwiera się zasuwę Z₂, jak to pokazano na rys. I.51e.

Dla uzyskania odpowiednio intensywnej wentylacji strefy przyprzodkowej wyrobisk ślepych przepisy wymagają, aby odległość końca lutniociągu od czoła przodku nie była większa niż:

10 m - w polach niemetanowych i nie zagrożonych wyrzutami gazów i skał,

6 m - w polach metanowych lub zagrożonych wyrzutami gazów i skał przy sto­sowaniu wentylacji ssącej,

8 m - w polach metanowych lub zagrożonych wyrzutami gazów i skał przy stosowaniu wentylacji tłoczącej lub kombinowanej.

5.2. Wyznaczenie koniecznej objętości strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego

Konieczną objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego wyznacza się ze względu na:

1. minimalną prędkość powietrza żądaną przepisami bhp,

2. ilość metanu,

3. ilość i skład gazów odstrzałowych,

4. zapylenie powietrza,

5. warunki klimatyczne.

Ad1. Konieczną objętość strumienia powietrza świeżego
w wyrobisku ślepym ze względu na minimalną prędkość powietrza można wyznaczyć na podstawie wzoru

(I.135)

gdzie

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m²,

w_min - minimalna prędkość powietrza, m/s.

Biorąc pod uwagę wzór (I.135) oraz prędkości minimalne powietrza wymagane przepisami, otrzymuje się konieczne objętości strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego przedstawione w tabl. I.24.

Tablica I.24. Minimalne prędkości i konieczne objętości strumienia powietrza w wyrobiskach ślepych - przy różnym stopniu zagrożenia metanowego, wyrzutami gazów i skał

Pokład (wyrobisko)	Minimalna prędkość	Konieczna objętość strumienia powietrza
		m/s	m^3/s
W pokładach niemetanowych i I kat. zagrożenia metanowego	0.15	0.15
W pokładach II, III i IV kat. zagrożenia metanowego	0.30	0.30
W szybie lub szybiku	0.15	0.15

Ad 2. Żądaną objętość strumienia powietrza świeżego w przodku wyrobiska ślepego ze względu na ilość metanu, tzn. potrzebną dla rozrzedzenia metanu do dopuszczalnego stężenia, można wyznaczyć z wzoru

(I.136)

gdzie
- ilość metanu wydzielającego się do wyrobiska ślepego, m³/s,

- dopuszczalne stężenie metanu, %.

- stężenie metanu w prądzie opływowym, %

Dopuszczalne stężenie metanu przyjmuje się zależnie od sposobu kontroli jego stężeń. Gdy stosuje się metanometrię automatyczną (ciągłą kontrolę zawartości metanu) przyjmuje się
= 1,5%. Natomiast w przypadku braku ciągłej kontroli przyjmować
= 1%.

Ilość metanu
wydzielającego się do wyrobiska ślepego (chodnika) drążonego w pokładach węgla można wyznaczyć na podstawie wzoru

(I.137)

gdzie

a - grubość pokładu, m,

j - metanonośność pokładu, m³CH₄/t,

- średnia prędkość drążenia wyrobiska (postęp wyrobiska), m/miesiąc,

z_s - głębokość strefy szczelinowatej (odprężonej), m.

Metanonośność pokładu przyjmuje się (do wykonania ćwiczenia projektowego) zależnie od kategorii zagrożenia.

• I kat. zagr. metanowego 0,1÷2,5 m³/Mg,

• II kat. zagr. metanowego 2,5÷4,5 m³/Mg,

• III kat. zagr. metanowego 4,5÷8,0 m³/Mg,

• IV kat. zagr. metanowego > 8,0 m³/Mg.

Dla danej kategorii należy przyjmować górną wartość. Dla kategorii IV zagr. metanowego przyjmować w zakresie 8,1÷15 m³/Mg.

Ad 3. Dla wyznaczenia objętości strumienia powietrza świeżego
w przodku wy­robiska ślepego koniecznej do rozrzedzenia i usunięcia gazów i pyłów odstrzałowych opracowano szereg wzorów empirycznych dla poszczególnych rodzajów wentylacji lutniowej.

a. Przy wentylacji tłoczącej konieczną objętość strumienia powietrza świeżego w przod­ku wyrobiska ślepego można wyznaczyć korzystając z wzoru

(I.138)

gdzie

A - pole przekroju poprzecznego wyrobiska ślepego, m²,

- czas przewietrzania przodku po robotach strzelniczych, min,

- współczynnik uwzględniający stopień zawilgocenia wyrobiska (tabl. I.25.

Tablica I.25. Zestawienie wartości współczynnika zawilgocenia
(wzór I.130)

Lp.	Charakterystyka wyrobiska ślepego	Dopływ wody m^3/s	Współczynnik
1a	Szyby suche o dowolnej długości	≤ 1
1b	Szyby mokre o głębokości do 200 m	dowolny
1c	Pochyłe lub poziome wyrobiska podziemne drążone w skałach suchych	-	0,8
2a	Szyby mokre o głębokości powyżej 200 m	6
2b	Pochyłe lub poziome wyrobiska drążone częściowo w skałach wodonośnych	-	0,6
3a	Szyby mokre o głębokości powyżej 200 m z opadem wody w postaci deszczu oraz z dopływem wody do przodku	6÷15
3b	Pochyle lub poziome wyrobiska drążone na całej długości w skałach wodonośnych lub drążone przy stosowaniu zasłon wodnych	-	0,3

M - ilość materiału wybuchowego zużytego jednorazowo do odstrzału urobku w przodku, kg,

L - długość wyrobiska ślepego m,

- sprawność lutniociągu.

Przy wyznaczaniu koniecznej objętości strumienia powietrza świeżego w przodku długiego wyrobiska ślepego ze względu na gazy odstrzałowe przy stosowaniu wentylacji tłoczącej należy uwzględnić proces zmniejszania się stężenia tych gazów w powietrzu odprowadzanym tym wyrobiskiem z przodku. Stwierdzono, że przy stosowaniu wenty­lacji tłoczącej w długim wyrobisku ślepym następuje zmniejszenie stężenia gazów od­strzałowych w powietrzu płynącym tym wyrobiskiem do granic obowiązujących prze­pisami w pewnej krytycznej odległości
od czoła przodku.

Jeśli zatem długość wyrobiska ślepego L jest mniejsza od odległości granicznej
, to we wzorze (I.138) w miejsce parametru L należy podstawić
.

Odległość graniczną można wyznaczyć z wzoru

(I.139)

gdzie
- wskaźnik dyfuzji turbulentnej swobodnego strumienia (dla przeciętnych wa­runków wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych można przyjąć
= 0,6),

- ilość gazów odstrzałowych wydzielających się po odstrzeleniu 1 kg materiału wybuchowego w przeliczeniu na tlenek węgla, m³/kg,

- dopuszczalne stężenie tlenku węgla, %.

Tablica I.26. Zależność ilości gazów odstrzałowych od zwięzłości skał

Gazy odstrzałowe, Vg m^3/kg	Warunki strzelania	Zwięzłość skał w skali Protodiakonowa
				4	6	8	10	12	14	16	18
	Ilość gazów odstrzałowych (m^3 w przeliczeniu na tlenek węgla wydzielające się z 1 kg materiału wybuchowego)	bez zraszania	0,04	0,035	0,033	0,030	0,040	0,055	0,060	0,065
		ze zraszaniem	0,010	0,015	0,020	0,030	0,040	0,050	0,060	0,065

Ilość wydzielających się gazów odstrzałowych zależy od warunków strzelania oraz zwięzłości urabianych skał (tabl. I.26).

Zgodnie z określonymi warunkami dopuszczalne stężenie tlenku węgla po robotach strzelniczych wynosi
= 0,015%. Przyjmując zatem z tabl. I.26
= 0,04m³ gazów odstrzałowych na 1 kg zużytego materiału wybuchowego, otrzymuje się zgodnie z wzorem (I.139) odległość krytyczną

(I.140)

b. Przy stosowaniu wentylacji lutniowej ssącej konieczną objętość strumienia po­wietrza świeżego
można wyznaczyć z wzoru

(I.141)

gdzie
oznacza długość strefy odrzutu gazów po odstrzale materiału wybuchowego w przodku, m (pozostałe oznaczenia jak we wzorze (I.138).

Długość strefy odrzutu gazów odstrzałowych
określa wzór

(I.142)

c. Przy wentylacji lutniowej kombinowanej konieczną objętość strumienia powietrza

świeżego w przodku wyrobiska ślepego można wyznaczyć z wzoru

(I.143)

gdzie
oznacza odległość końca lutniociągu ssącego od czoła przodku; pozostałe oznaczenia są jak we wzorze (I.138).

Dla uniknięcia recyrkulacji powietrza w lutniociągu tłoczącym zabudowanym w po­bliżu przodku, wydajność tłoczącego wentylatora lutniowego powinna być mniejsza o około 20% od objętości strumienia powietrza na końcu lutniociągu ssącego.

Ad 4. Konieczną objętość strumienia powietrza świeżego
w przodkach wyrobisk ślepych ze względu na zapylenie powietrza w tych wyrobiskach można wyznaczyć ko­rzystając z wzorów:

- dla wyrobisk ślepych, w których pył jest wytwarzany w sposób ciągły (np. przy stosowaniu kombajnów)

(I. 144)

przy czym

- dla wyrobisk, w których pył jest wytwarzany okresowo (np. po wykonaniu robót strzelniczych)

(I.145)

gdzie
- intensywność wytwarzania pyłu (natężenie zapylenia), mg/s,

- wskaźnik nierównomierności wytwarzania pyłu,

- dopuszczalne stężenie pyłu w powietrzu, mg/m³,

- stężenie pyłu w powietrzu dopływającym do wyrobiska ślepego, mg/m³,

- stężenie pyłu w powietrzu po wykonaniu robót strzelniczych, mg/m³.

Ad 5. W literaturze krajowej, jak i zagranicznej, istnieje szereg wzorów i metod dla wyznaczania żądanej objętości strumienia powietrza w przodkach wyrobisk ślepych ze względu na warunki klimatyczne w kopalni. Z uwagi na złożony przebieg przemian termodynamicznych zachodzących w wyrobisku ślepym oraz w lutniociągu wzory te są na ogół skomplikowane.

5.3. Typy i parametry lutni wentylacyjnych

Do przewietrzania udostępniających i przygotowawczych wyrobisk ślepych w kopal­niach polskich stosuje się:

• metalowe lutnie wsuwane o średnicy 0,4, 0,5 i 0,6 m,

• metalowe lutnie kołnierzowe o średnicy od 0,4 do 1,0 m oraz

• lutnie elastyczne o średnicy od 0,4 do 1,0 m.

Wymagania techniczne dla lutni metalowych określone są normami:

- dla lutni wsuwanych (rys. I.52) - PN-59/G-43001,

- dla lutni kołnierzowych (rys. I. 53) ­

• 
  0,4; 0,5; 0,6 m - PN-73/G-43021,

• 
  0,7; 0,8; 1,0 m - PN-67/G-43022.

Rys. I.52. Metalowa lutnia wsuwana

Rys. I.53. Metalowa lutnia kołnierzowa

Również w ww. Polskich Normach podano wymagania techniczne dla kolan, trójników, zwężek i dyfuzorów stosowanych w lutniach metalowych.

Długość obecnie stosowanych lutni metalowych o średnicach 0,3, 0,4, 0,5 i 0,6 m wynosi 2,0 m, a lutni o średnicach 0,8 i 1,0 m jest równa 2,5 m.

Lutnie elastyczne (rys. I.54) są wykonywane bądź to z tkaniny bawełnianej (lutnie typu B-1), bądź też z tkaniny poliamidowej (lutnie typu B-2) powlekanej dwustronnie polichlorkiem winylu. Obecnie produkuje się lutnie elastyczne o średnicach 0,4, 0,5, 0,6 i 0,8 m, przy czym długość jednej lutni wynosi 15 m, a długość tzw. lutni szybowej jest równa 10 m.

W tablicy I.27 zestawiono wartości jednostkowych oporów właściwych
, dla lutniociągów zbudowanych z nowych, nie uszkodzonych i starannie zmontowanych lutni. Stwierdzono, że jednostkowe opory właściwe lutniociągów niestarannie zabudowanych i źle zmontowanych, jak również lutniociągów wykonanych z lutni zardzewiałych są większe od 10 do 80% od jednostkowych oporów właściwych lutniociągów o tej samej średnicy, ale zbudowanych z nowych, nie uszkodzonych i starannie zmontowanych lutni.

Przy projektowaniu wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych należy również uwzględnić opory lokalne różnego rodzaju kształtek stosowanych w lutniociągach kopalnianych (tabl. I.28).

Tablica I.27. Jednostkowe opory lutniociągu

Rodzaj lutni	Średnica lutni D	Opór jednostkowy lutniociągu
		m	kg/m^8 (Ns^2/m^9)
	Metalowe	0,4	2,110
		0,5	0,540
		0.6	0,186
		0,7	0,049
		1,0	0,0147
	Elastyczne	0,4	1,765
		0,5	0,441
		0,6	0,147
		0,8	0,039

Rys. I.54. Lutnia elastyczna

Dyssypację energii l w kształtkach lutniowych pokazanych w tabl. I.28 można wyzna­ć z wzoru

(I. 146)

gdzie
- liczba oporu lokalnego (tabl. I.28),

- średnia prędkość powietrza w przekroju l oporu lokalnego, m/s,

- gęstość masy powietrza w tym przekroju, kg/m³.

Jednostką dyssypacji energii jest J/m³.

Przy wyznaczaniu dyssypacji energii dla kształtek a, b, d, e, f, i, j (tabl. I.28) należy we wzorze (I.146) uwzględnić średnią prędkość powietrza w przekroju l znajdującym się przed oporem lokalnym, a w kształtkach oznaczonych literami c, g oraz h - prędkość powietrza - za oporem lokalnym.

Tablica I.28. Liczby oporu lokalnego i długości równoznaczne

Na podstawie wyników badań GIG przeprowadzonych w kilkudziesięciu kopalniach węgla można stwierdzić, że współczynniki nieszczelności k lutniociągów starannie za­budowanych i dobrze uszczelnionych, wykonanych z nie uszkodzonych lutni, kształtują się następująco:

• dla metalowych lutni wsuwanych uszczelnionych bandażami płóciennymi maczanymi w zaprawie cementowej

k = 0,00035 m³/(
s)

• dla metalowych lutni kołnierzowych uszczelnionych uszczelkami gumowymi

k = 0,00002 m³/(
s)

• dla lutni elastycznych

k = 0,00009 m³/(
s).

Jakość uszczelnienia lutniociągów kopalnianych można oceniać według następujących kryteriów

- uszczelnienie bardzo dobre 0 < k ≤ 0,00003 m³/(
s) (I.147)

- uszczelnienie dobre

0,00003 m³/(
s) < k ≤ 0,00015 m³/(
s) (I.148)

- uszczelnienie zadowalające

0,00015 m³/(
s) < k ≤ 0,0003 m³/(
s) (I.149)

- uszczelnienie złe

k > 0,0003 m³/(
s) (I.150)

5.4. Metody regulacji i obliczania lutniociągów kopalnianych

Przy projektowaniu zarówno rozgałęzionych, jak i nie rozgałęzionych lutniociągów kopalnianych konieczne jest najczęściej opracowanie tzw. regulacji lutniociągów, a w mniejszym stopniu zachodzi potrzeba ich obliczania.

Regulacja lutniociągu kopalnianego polega na określeniu:

• wydajności wentylatora lutniowego,

• spiętrzenia tego wentylatora,

• oporu lutniociągu, tj. oporu pokonywanego przez wentylator lutniowy,

gdy są dane:

- objętość strumienia powietrza na końcu lutniociągu,

- parametry lutniociągu: średnica, długość jednej lutni i całego lutniociągu, opór jednostkowy lutniociągu, współczynnik nieszczelności, opór zasuwy regulacyjnej,

- rodzaj wentylacji lutniowej (ssąca, tłocząca),

- gęstość masy powietrza.

Obliczanie lutniociągu kopalnianego polega na określeniu:

• objętości strumienia powietrza świeżego na końcu lutniociągu,

• wydajności wentylatora lutniowego,

• spiętrzenia tego wentylatora,

gdy są dane:

- charakterystyka wentylatora lutniowego,

- parametry lutniociągu,

- rodzaj wentylacji lutniowej,

- gęstość masy powietrza.

W celu opracowania bądź to regulacji, bądź też obliczenia lutniociągu kopalnianego konieczna jest znajomość oporu i sprawności lutniociągu. Zgodnie z metodą obliczania i regulacji lutniociągów kopalnianych opracowaną w GIG opór właściwy lutniociągu R_l jest zdefiniowany wzorem

• dla wentylacji lutniowej ssącej

(I.151)

• dla wentylacji lutniowej tłoczącej

(I.152)

gdzie

- opór właściwy zasuwy regulacyjnej, m³/(
s),

- opór właściwy "bezwładnościowy", kg/m⁷ (Ns²/m⁸),

- jednostkowy opór właściwy lutniociągu, kg/m⁸ (Ns²/m⁹),

- długość lutniociągu, m,

- sprawność lutniociągu.

Należy podkreślić, że wzory (I.151 i I.152) są słuszne dla lutniociągów o sprawności

> 0,5.

Opór właściwy "bezwładnościowy"
można wyznaczyć korzystając z wzoru

(I.153)

gdzie
- gęstość umowna masy powietrza suchego;
=1,20 kg/m³,

- pole poprzecznego przekroju lutniociągu, m².

Sprawność lutniociągu kopalnianego można wyznaczyć na podstawie wzoru

(I.154)

gdzie
- strumień objętości powietrza na końcu lutniociągu (w przodku) sprowadzony do

- strumień objętości powietrza na końcu lutniociągu (w przodku), m³/s, warunków normalnych, przy czym
, m³/s,

e - podstawa logarytmu naturalnego,

- strumień objętości powietrza na początku lutniociągu (wydajność wenty­latora lutniowego) sprowadzony do warunków normalnych, m³/s,

- średnia gęstość masy powietrza w lutniociągu, kg/m³,

k - współczynnik nieszczelności lutniociągu, m³/(
s).

Współczynnik a występujący we wzorze (I.154) można wyznaczyć z wzoru

- dla lutniociągu ssącego

(I.155)

- dla lutniociągu tłoczącego

(I.156)

gdzie
- średnia gęstość masy powietrza w lutniociągu, kg/m³,

D - średnica lutniociągu, m,

S - długość jednej lutni, m.

Żądane spiętrzenie całkowite wentylatora lutniowego na początku lutniociągu można wyznaczyć stosując wzór

(I.157)

gdzie
oznacza opór normalny lutniociągu (ssącego, tłoczącego) obliczony z wzoru

Obliczone na podstawie wzorów (I.151) i (I.152) wartości oporów właści­wych dla lutniociągów metalowych nierozgałęzionych o różnych średnicach i współ­czynnikach nieszczelności zestawiono:

- dla wentylacji ssącej w tabl. I.29,

- dla wentylacji tłoczącej w tabl. I.30.

W tablicy I.31 zestawiono sprawności nierozgałęzionych lutniociągów ssących, a w tabl. I.32 podano sprawności nierozgałęzionych lutniociągów tłoczących wyznaczone na podstawie wzoru (I.154).

Tablica I.29. Opory lutniociągów metalowych (o różnych średnicach, współczynnikach nieszczelności i długościach) przy wentylacji ssącej

Średnica lutniociągu m	Współczynnik nieszczelności k	Opór lutniociągu, kg/m^7 (Ns^2/m^8)
				długość lutniociągu, m
		m^3/( s)	100	200	300	500	750	1000	1500	2000	3000
	0,4	0,00003	247,8	453,1	651,6	1024,2	1439,0	1791,0	2310,9	2609,5	-
		0,00015	243,9	428,1	584,4	810,0	947,1	-	-	-	-
		0,00030	239,1	399,9	514,6	622,1	-	-	-	-	-
	0,5	0,00003	69,3	122,5	174,5	274,4	390,4	495,1	669,5	797,8	933,2
		0.00015	68,9	118,7	163,5	236,9	298,5	330.7	-	-	-
		0,00030	68,4	114,1	151,4	200,3	-	-	-	-	-
	0,6	0,00003	26,1	44,5	62,8	98,1	140,0	179,1	247,8	303.6	378,5
		0,00015	26,1	43,7	60,1	88,8	116,0	134,3	-	-	-
		0,00030	26,0	42,8	57,2	78,9	93,8	-	-	-	-
	0,8	0,00003	7,3	12,2	17,0	26,5	38,1	49,2	70,0	88,7	119,1
		0,00015	7,3	12,1	16,7	25.1	34,3	41,9	52,2	57,0	-
		0,00030	7,3	11,9	16,2	23,5	30,4	34,7	-	-	-
	1,0	0.00003	2,5	3,9	5,4	8,2	11,8	15,2	21,8	27,9	38,5
		0,00015	2,5	3,9	5,3	7,9	11,0	13,6	17,8	20,5	-
		0,00030	2,5	3,9	5,2	7,6	10,1	12,1	14,1	-	-

Tablica I.30. Opory lutniociągów metalowych (o różnych średnicach, współczynnikach nieszczelności i długościach) przy wentylacji tłoczącej

Średnica lutniociągu m	Współczynnik nieszczelności k	Opór lutniociągu, kg/m^7 (Ns^2/m^8)
				długość lutniociągu, m
		m^3/( s)	100	200	300	500	750	1000	1500	2000	3000
	0,4	0,00003	246,6	449.8	646,0	1013,2	1419,3	1762,9	2267,1	2552,5	-
		0,00015	237,9	413,2	559,6	766,3	884,6	-	-	-	-
		0,00030	227,6	372,8	472,2	556,1	-	-	-	-	-
	0,5	0,00003	69,4	121,6	172,9	271,3	384,9	487,3	656,6	780,1	907,8
		0.00015	67,3	114,4	156,5	224,0	278,7	305,4	-	-	-
		0,00030	65,1	106,4	138,9	179,0	-	-	-	-	-
	0,6	0,00003	26,0	44,2	62,2	97,0	138,1	176,2	243,0	296,9	368,5
		0,00015	25,5	42,3	57,7	83,9	108,4	124,2	134,9	-	-
		0,00030	24,8	39,9	52,6	70,7	81,9	-	-	-	-
	0,8	0,00003	7,3	12,1	16,9	26,3	37,8	48,7	69,1	87,4	116,9
		0,00015	7,2	11,8	16,2	24,2	32,9	39,7	48,1	53,0	-
		0,00030	7,1	11,4	153,0	21,9	27,8	31,4	-	-	-
	1,0	0.00003	2,5	3,9	5,3	8.3	11,7	15,1	21,6	27,6	38,0
		0,00015	2,5	3,8	5,2	7,7	10,6	13,0	16,8	19,1	-
		0,00030	2,4	3,7	5,0	7,2	9,3	10,9	12,6	-	-

Tablica I.31. Sprawności lutniociągów (o różnych średnicach, współczynnikach nieszczelności i długościach) przy wentylacji ssącej

Średnica lutni	Współczynnik nieszczelności k	Sprawność lutniociągu,
				długość lutniociągu, m
m	m^3/( s)	100	200	300	500	750	1000	1500	2000	3000
0,4	0,00003	0,99	0,98	0,97	0,93	0,88	0,83	0,71	0,60	0,42
		0,00015	0,96	0,91	0,85	0,71	0,56.	0,42	-	-	-
		0,00030	0,93	0,83	0,72	0,53	0,33	-	-	-	-
	0,5	0,00003	0,99	0,99	0,98	0,95	0,92	0,88	0,80	0,72	0,56
		0,00015	0,97	0,94	0,90	0,80	0,68	0,56	0,37	-	-
		0,00030	0,95	0,88	0,81	0,65	0,48	-	-	-	-
	0,6	0,00003	1,00	0,99	0,98	0,97	0,94	0,91	0,85	0,79	0,66
		0,00015	0,98	0,95	0,92	0,85	0,75	0,66	0,49	-	-
		0,00030	0,96	0,91	0,85	0,73	0,58	0,45	-	-	-
	0,8	0,00003	1,00	0,99	0,99	0,98	0,97	0,95	0,91	0,87	0,79
		0,00015	0,99	0,97	0,96	0,91	0,85	0,79	0,66	0,54	0,34
		0,00030	0,98	0,95	0,91	0.83	0,73	0,63	0,45	-	-
	1,0	0,00003	t,00	1,00	0,99	0,99	0,98	0.97	0,94	0,91	0,85
		0,00015	0,99	0,98	0,97	0,94	0,89	0,84	0,74	0,64	0,47
		0,00030	0,98	0,96	0,94	0,88	0,80	0,72	0,57	0,44	-

Tablica I.32. Sprawności lutniociągów (o różnych średnicach, współczynnikach nieszczelności i długościach) przy wentylacji tłoczącej

Średnica lutni	Współczynnik nieszczelności k	Sprawność lutniociągu,
				długość lutniociągu, m
m	m^3/( s)	100	200	300	500	750	1000	1500	2000	3000
0,4	0,00003	0,99	0,98	0,97	0,93	0,88	0,83	0,72	0,61	0,43
		0,00015	0,97	0,92	0,86	0,72	0,57	0,43	-	-	-
		0,00030	0,94	0,85	0,74	0,54	0,34	-	-	-	-
	0,5	0,00003	1,00	0,99	0,98	0,96	0,92	0,89	0,81	0,72	0,56
		0,00015	0,98	0,95	0,91	0,81	0,69	0,58	0,38	-	-
		0,00030	0,96	0,90	0,83	0,67	0,50	-	-	-	-
	0,6	0,00003	1,00	0,99	0,99	0,97	0,95	0,92	0,86	0,79	0,66
		0,00015	0,99	0,96	0,93	0,86	0,77	0,67	0,50	0,35	-
		0,00030	0,97	0,93	0,87	0,75	0,60	0,47	-	-	-
	0,8	0,00003	1,00	1,00	0,99	0,98	0,97	0,95	0,92	0,88	0,79
		0,00015	0,99	0,98	0,96	0,92	0,86	0,80	0,67	0,55	0,35
		0,00030	0,99	0,96	0,93	0,85	0,75	0,65	0,47	-	-
	1,0	0,00003	1,00	1,00	0,99	0,99	0,98	0,97	0,94	0,91	0,85
		0,00015	0,99	0,99	0,97	0,94	0,90	0,85	0,75	0,66	0,48
		0,00030	0,99	0,97	0,95	0,89	0,82	0,74	0,58	0,45	-

W celu regulacji lub obliczenia rozgałęzionego lutniociągu będącego normalną siecią wentylacyjną należy sporządzić jego schemat przestrzenny czy schemat kanoniczny. Następnie lutniociąg rozgałęziony należy uprościć do równoważnych mu coraz to mniej złożonych (o mniejszej liczbie lutniociągów nierozgałęzionych) lutniociągów rozgałęzionych z odpowiednimi, zastępczymi (obliczeniowymi) zasuwami regulacyjnymi. Upra­szczając kolejno dany lutniociąg rozgałęziony, dochodzi się w końcu do jednego lutnio­ciągu nierozgałęzionego z wentylatorem na początku tego lutniociągu i zastępczą (ob­liczeniową) zasuwą regulacyjną na jego końcu. Lutniociąg ten jest oczywiście równoważny regulowanemu lub obliczanemu lutniociągowi rozgałęzionemu. Z kolei stosując wzory (I.151), (I.152), (I.154) i (I.157) można określić opór lutniociągu oraz żądane parametry punktu pracy wentylatora lutniowego, tj. jego spiętrzenie całkowite oraz wydajność.

5.5. Typy wentylatorów lutniowych

Do wentylacji lutniowej wyrobisk ślepych w kopalniach polskich zwykle stosuje się wentylatory osiowe, a rzadko wentylatory promieniowe. Podstawowe wymagania tech­niczne dla jednostopniowych i dwustopniowych wentylatorów osiowych miejscowego przewietrzania lutniowych określone są normą PN-66/G-0416.

Zgodnie z obowiązującymi obecnie przepisami bhp pneumatyczne wentylatory lut­niowe wolno stosować we wszystkich wyrobiskach górniczych niezależnie od ich kategorii zagrożenia metanowego.

W polach zaliczonych do kategorii I zagrożenia metanowego wolno stosować wenty­latory lutniowe o napędzie elektrycznym, pod warunkiem zachowania rygorów doty­czących pracy urządzeń elektrycznych w odnośnych pomieszczeniach.

W polach zaliczonych do kategorii II, III i IV zagrożenia metanowego wolno stosować wentylatory lutniowe o napędzie elektrycznym przy zachowaniu wymienionych rygorów i spełnieniu następujących dodatkowych warunków:

- wentylator lutniowy musi być zainstalowany na początku lutniociągu,

- początek lutniociągu musi być wyprowadzony do prądu opływowego na odle­głość co najmniej 8 m,

- przy stosowaniu wentylacji ssącej silnik wentylatora lutniowego powinien być przewietrzany prądem powietrza wytwarzanym przez wentylator główny lub przewietrzany powietrzem pobieranym z tego prądu, a przy stosowaniu wentylacji tłoczącej silnik elektryczny wentylatora może być przewietrzany prądem powietrza płynącym wewnątrz lutniociągu.

Wentylatory lutniowe w polach metanowych muszą pracować bez przerwy (całą dobę).

W tablicy I.33 zestawiono parametry wentylatorów lutniowych osiowych stosowanych obecnie w kopalniach polskich, a na rys. I.55 przedstawiono charakterystyki tych wenty­latorów.

Wentylatory lutniowe napędzane silnikami elektrycznymi wykonuje się obecnie w dwóch wersjach oznaczonych literami A i B. W wentylatorach lutniowych wykonanych w wersji A silnik napędzający wentylator jest przewietrzany powietrzem płynącym w lut­niociągu. Wentylatory tego typu można stosować do wentylacji tłoczącej lub ssącej wyrobisk ślepych w polach niemetanowych jak i metanowych I kategorii zagrożenia metanowego oraz do wentylacji tłoczącej wyrobisk ślepych w polach metanowych kate­gorii II, III i IV zagrożenia metanowego. W wentylatorach lutniowych wykonanych w wersji B silnik napędzający wentylator jest zabudowany w specjalnej komorze od­izolowanej od powietrza płynącego w lutniociągu i jest przewietrzany powietrzem pły­nącym obok lutniociągu. Taki sposób przewietrzania silnika w wentylatorach wersji B umożliwia stosowanie tych wentylatorów zgodnie z wymaganymi przepisami do wentylacji tłoczącej i do wentylacji ssącej wyrobisk ślepych zarówno w polach niemetanowych, jak i w polach metanowych o dowolnej kategorii zagrożenia metanowego.

Wentylator lutniowy WLE-400A o średnicy 0,4 m jest wentylatorem dwustopniowym z wirnikami współbieżnymi (rys.I.56a), natomiast w dwustopniowych wentylatorach lutniowych (WLE-500, WLE-600, WLE-800, WLE-1000) o średnicach od 0,5 do 1,0 m wykonanych zarówno w wersji A, jak i w wersji B są zabudowane wirniki przeciwbieżne (rys.I.56b). Przez odłączenie drugiego stopnia z wentylatorów dwustopniowych i zastąpienie go odpowiednim układem łopatek kierowniczych otrzymuje się wentylatory jednostopniowe oznaczone symbolem A/1 lub B/1 (rys.I.57).

Rys.I.56. Schemat dwustopniowych wentylatorów lutniowych

a - z wirnikami współbieżnymi, b - z wirnikami przeciwbieżnymi

Rys. I.57. Schemat jednostopniowego wentyla­tora lutniowego

Dla uzyskania żądanej objętości strumienia powietrza świeżego w przodkach wyrobisk ślepych, zależnie od długości wyrobisk, stosuje się różne sposoby zabudowywania wentylatorów lutniowych w lutniociągach. Przy przewietrzaniu krótkich wyrobisk ślepych najczęściej zabudowuje się wentylator lutniowy na początku lutniociągu (rys.I.58).

W długich wyrobiskach ślepych często stosuje się układ wentylatorów lutniowych zabudowanych na początku lutniociągu, połączonych szeregowo (rys.I.58b) bądź równolegle (rys.I.58c), bądź też szeregowo-równolegle (rys.I.58d) lub też używa się kilku wentylatorów zabudowanych w lutniociągu w określonych odstępach (rys.I.58e).

Należy podkreślić, że zgodnie z obowiązującymi przepisami bhp wentylatory lutniowe należy zainstalować na początku lutniociągów, tj. w prądzie powietrza świeżego.

Rys. I.58. Przykłady zabudowania wenty­latorów lutniowych w lutniociągach

PRZEPISY. Dział IV Przewietrzanie i klimatyzacja

Rozdział 3

Przewietrzanie za pomocą lutniociągów, pomocniczych urządzeń wentylacyjnych lub przez dyfuzję

§ 254.

1. Wyrobiska, które nie są przewietrzane prądami powietrza wytwarzanymi przez wentylator główny, powinny być przewietrzane za pomocą lutniociągów.

2. Lutniociągi powinny być wykonywane z lutni metalowych lub trudno palnych antyelektrostatycznych lutni z tworzyw sztucznych.

3. Wyrobiska można przewietrzać pomocniczymi urządzeniami wentylacyjnymi, jeżeli długość tych wyrobisk nie jest większa niż:

1) w polach niemetanowych i polach zaliczonych do pierwszej kategorii zagrożenia metanowego:

a) 15 m przy nachyleniach do 10° (we wzniosie i upadzie),

b) 10 m przy nachyleniach powyżej 10° (we wzniosie i upadzie),

2) w pokładach zaliczonych do drugiej, trzeciej i czwartej kategorii zagrożenia metanowego:

a) 6 m przy nachyleniach do l0° (we wzniosie i upadzie),

b) 4 m przy nachyleniach powyżej 10° (we wzniosie i upadzie).

§ 255.

1. Wyrobiska można przewietrzać przez dyfuzję, jeżeli długość tych wyrobisk nie jest większa niż:

1) w polach niemetanowych i pokładach zaliczonych do pierwszej kategorii zagrożenia metanowego:

a) 10 m przy nachyleniu do 10° (we wzniosie i upadzie),

b) 6 m przy nachyleniu powyżej 10° (we wzniosie i upadzie),

2) 2 m w pokładach metanowych zaliczonych do drugiej, trzeciej lub czwartej kategorii zagrożenia metanowego.

2. W polach metanowych przewietrzanie przez dyfuzję wnęk odmetanowania, wnęk wiertniczych oraz dojść do tam izolacyjnych i pożarowych jest zabronione.

3. W polach metanowych przelewowe komory pomp oraz wloty do podszybi długości do 10 m, w których strop na całej długości ma wznios wynoszący co najmniej 15° w kierunku szybu, mogą być przewietrzane przez dyfuzję lub pomocniczymi urządzeniami wentylacyjnymi, jeżeli zapewniony jest prawidłowy skład powietrza.

4. W zakładach górniczych eksploatujących kopalinę niepalną kierownik ruchu zakładu górniczego może zezwolić na przewietrzanie przez dyfuzję wyrobisk o długościach większych od ustalonych w ust.1, pod warunkiem spełnienia wymogów w § 215 ust. 2.

§ 256.

1. Przewietrzanie lutniociągiem może być ssące, tłoczące lub kombinowane.

2. Odległość lutniociągu od czoła przodka nie może być większa:

1) w pokładach niemetanowych i nie zagrożonych wyrzutami gazów i skał - niż 10 m,

2) w pokładach metanowych lub zagrożonych wyrzutami gazów i skał:

a) przy wentylacji ssącej - niż 6 m,

b) przy wentylacji tłoczącej lub kombinowanej - niż 8 m.

3. W uzasadnionych wypadkach przy stosowaniu wentylacji tłoczącej odległość określona w ust. 2 pkt. 1 może być zwiększona do 15 m za zgodą kierownika ruchu zakładu górniczego.

4. W wyrobiskach drążonych kombajnami należy stosować wentylację ssącą lub kombinowaną z ssącym lutniociągiem pomocniczym, wyposażonym w urządzenie odpylające, z tym że:

1) przy wentylacji ssącej odległość lutniociągu ssącego od czoła przodka nie powinna być większa niż 3 m,

2) przy wentylacji kombinowanej odległość lutniociągu ssącego z odpylaczami od czoła przodka nie powinna być większa niż 6 m, a odległość lutniociągu tłoczącego - większa niż 12 m.

§ 257.

1. Odległość lutniociągu od czoła przodka w szybach (szybikach) nie może być większa niż 4 przy wentylacji tłoczącej i kombinowanej oraz 2 przy wentylacji ssącej, gdzie s oznacza powierzchnię przekroju wyrobiska pionowego w wyłomie, wyrażoną w m².

2. W szybach (szybikach), w których pomost znajduje się w odległości mniejszej od czoła przodka niż określona w ust.1, koniec lutniociągu powinien znajdować się między przodkiem a pomostem.

§ 258.

1. Lutniociąg powinien być wyprowadzony do przepływającego prądu powietrza na odległość co najmniej 8 m w takim kierunku, aby nie występowała recyrkulacja powietrza.

2. Przepis ust. 1 nie dotyczy lutniociągów pomocniczych stosowanych:

1 ) przy wentylacji kombinowanej,

2) dla usuwania nagromadzeń metanu,

3) dla poprawy warunków klimatycznych.

3. W wyrobisku, z którego pobierane jest powietrze do przewietrzania wyrobiska przy użyciu lutniociągu, powinna płynąć taka ilość powietrza, aby nie występowała jego recyrkulacja, a na odcinku lutniociągu w prądzie przepływającym powinna być utrzymana wymagana prędkość powietrza.

4. Przy wentylacji kombinowanej ilość powietrza doprowadzana lutniociągiem zasadniczym powinna być większa od ilości pobieranej przez lutniociąg pomocniczy.

§ 259.

1. Prędkość powietrza w ślepym wyrobisku przewietrzanym przy użyciu lutniociągu powinna wynosić:

1) w pokładach niemetanowych i zaliczonych do pierwszej kategorii zagrożenia metanowego co najmniej 0,15 m/s,

2) w pokładach zaliczonych do drugiej, trzeciej i czwartej kategorii zagrożenia metanowego co najmniej 0,30 m/s.

2. W drążonym wyrobisku o przekroju poprzecznym w wyłomie ponad 20 m² lutniociągu prędkość powietrza może być mniejsza niż określona w ust.1, jeżeli zapewnione jest utrzymanie dopuszczalnych zawartości gazów oraz właściwych warunków klimatycznych.

§ 260.

W szybie (szybiku) przewietrzanym przy użyciu lutniociągu prędkość powietrza powinna wynosić co najmniej 0,15 m/s.

§ 261.

W szybach głębionych z powierzchni w złożach metanowych lutniociąg powinien być wyprowadzony na wysokość co najmniej 3 m ponad poziom terenu, a w razie gdy wentylator znajduje się w budynku - co najmniej 0,5 m ponad jego dach.

§ 262.

Przy każdym szybie (szybiku) lub nadsięwłomie drążonym w złożu metanowym, oprócz wentylatora czynnego powinien być wentylator rezerwowy.

§ 263.

Pomosty w drążonych szybach (szybikach) lub nadsięwłomach powinny być tak wykonane, aby zapewniały stale swobodny przepływ powietrza uniemożliwiający nagromadzenie się metanu pod lub nad tymi pomostami.

§264.

1. Wyrobiska drążone metodą nadsięwłomu w pokładach metanowych powinny być przewietrzane prądem powietrza wytwarzanym przez wentylator główny.

2. Dukla wiertnicza w polu metanowym drążona metodą nadsięwłomu może być przewietrzana za pomocą lutniociągu tylko do wysokości 15 m.

§265.

Wentylatory lutniowe w polach metanowych powinny pracować bez przerwy. W razie przerwy awaryjnej w pracy wentylatora należy roboty wstrzymać, wycofać ludzi, a wejście do wyrobiska zagrodzić.

§ 266.

1. W szybach głębionych z powierzchni w warunkach zagrożenia metanowego elektryczne silniki wentylatorów zabudowanych na początku lutniociągu powinny być przewietrzane bezpośrednio z atmosfery.

2. W polach metanowych w pokładach zaliczonych do drugiej, trzeciej i czwartej kategorii zagrożenia metanowego elektryczne silniki wentylatorów zabudowanych na początku lutniociągu powinny być przewietrzane świeżym powietrzem pobieranym bezpośrednio z prądu obiegowego.

§ 267.

Szczegółowy sposób:

1) projektowania przewietrzania za pomocą lutniociągów,

2) stosowania przewietrzania za pomocą lutniociągów,

3) stosowania przewietrzania lutniociągami z urządzeniami odpylającymi w wyrobiskach korytarzowych drążonych kombajnami,

4) stosowania przewietrzania lutniociągami z urządzeniami chłodniczymi,

5) stosowania lutni z tworzyw sztucznych,

6) kontroli stanu wentylacji wyrobisk przewietrzanych lutniociągami

określa załącznik nr 5 do rozporządzenia.

§ 268.

1. Wentylatory lutniowe powinny znajdować się na początku lutniociągu w prądzie powietrza wytworzonym przez wentylator główny.

2. Wentylator lutniowy może być zabudowany w innym miejscu niż określone w ust.1 przy zachowaniu warunków ustalonych w załączniku nr 5 do rozporządzenia.

1

4

---