Politechnika Wrocławska Wydział Geoinżynierii Górnictwa i Geologii Studia Stacjonarne Specjalność EPiOZ Rok IV Semestr VIII

Wrocław, 31 maja 2008 r.

Projekt z wentylacji i pożarów III

Temat: Zaprojektowanie wymuszonego rozpływu powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych

Wykonał: Łukasz Wysocki

Prowadząca: dr inż. Barbara Madeja - Strumińska

• Cel projektu

Celem projektu jest za zaprojektowanie wymuszonego rozpływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Projekt ten dotyczy kopalni rudy miedzi, w której nie występują zagrożenia metanowe.

• Dane projektowe

Na podstawie schematu wyrobisk kopalnianych wykonano schemat przestrzenny kopalni, czyli obraz wszystkich czynnych wyrobisk. Na rysunku 2.1. zaprezentowano taki właśnie schemat. Na schemacie tym określono numery węzłów niezależnych i zależnych oraz kierunki przepływu powietrza.

Projektowana sieć wentylacyjna charakteryzuje się występowaniem pięciu rejonów wydobywczych oraz czterech komór funkcyjnych. Znamienną jest informacja o istnieniu trzech szybów w sieci, z czego jeden z nich jest szybem wdechowym, a pozostałe wydechowymi.

Rysunek 2.1. Schemat przestrzenny kopalnianej sieci wentylacyjnej

Na podstawie schematu przestrzennego kopalnianej sieci wentylacyjnej utworzono schemat kanoniczny tejże sieci. Schemat ten został zamieszczony na rysunku 2.2.

Rysunek 2.2. Schemat kanoniczny kopalnianej sieci wentylacyjnej

Parametry charakteryzujące rejony wydobywcze zestawiono w tabeli 2.1.

Tabela 2.1. Dane wejściowe dotyczące rejonów wydobywczych

Rejon	Głębokość	Wydobycie dobowe	Ciężkość pracy	Kategoria zagrożenia metanowego	Ilość spalanego paliwa	Temperatura
		H [m]	W [Mg/d]	-	-	[kg/h]	ta [ºC]	tφ [ºC]
I	1045	1080	lekka	-	12,4	24,2	21,0
II	850	1200	lekka	-	12,4	23,8	22,2
III	790	650	ciężka	-	18,2	22,2	22,0
IV	785	560	umiarkowana	-	18,2	30,4	27,4
V	780	900	lekka	-	10,2	32,6	29,6

• Wyznaczenie niezbędnych strumieni objętości powietrza w rejonach wentylacyjnych oraz w komorach funkcyjnych oraz we wszystkich pozostałych bocznicach sieci a także wydajności wentylatorów głównych z uwzględnieniem strat zewnętrznych

1. Wyznaczenie niezbędnego strumienia objętości ze względu na wydobycie

Obliczenia rozpoczęto od wyznaczenia niezbędnego strumienia ze względu na wydobycie. Wykorzystano ku temu zależność


[m³/s],

w której:

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

k_w - współczynnik określający najmniejszy strumień powietrza, przypadający na tonę średniego wydobycia, m³/s.

Wyniki obliczeń dla wszystkich rejonów zamieszczono w tabeli 3.1.

Tabela 3.1. Wyniki obliczeń strumienia objętości ze względu na wydobycie

Rejon	Bocznica	W	głębokość	współczynnik	strumień
				[Mg/d]	H [m]	kw	Vw [m^3/s]
I	3 - c	1 080	925,0	0,014	15,1
II	11 - 12	1 200	850,0	0,015	18,0
III	13 - i	650	820,0	0,017	11,1
IV	14 - 15	560	825,0	0,017	9,5
V	h - 16	900	830,0	0,016	14,4

2. Wyznaczenie niezbędnego strumienia objętości ze względu na obecność maszyn spalinowych

Niezbędną objętość strumienia dla tego czynnika obliczono z zależności


[m³/s],

gdzie:

F_p - ilość spalanego paliwa, kg/h.

Wyniki obliczeń dla wszystkich rejonów zamieszczono w tabeli 3.2.

Tabela 3.2. Wyznaczenie objętości powietrza ze względu na ilość spalanego paliwa

Rejon	Bocznica	Fp [kg/h]	Vw [m^3/s]
I	3 - c	12,4	14,88
II	11 - 12	12,4	14,88
III	13 - i	18,2	21,84
IV	14 - 15	18,2	21,84
V	h - 16	10,2	12,24

3. Wyznaczenie niezbędnego strumienia objętości ze względu na temperaturę

Niezbędny strumień powietrza obliczono z zależności


[m³/s],

gdzie:

A - pole przekroju poprzecznego, m²,

w_min. - wymagana prędkość ze względu na temperaturę, m/s.

Wartość w_min obliczono z zależności


,

w której:

t_a - temperatura sucha, ºC,

t_φ - temperatura wilgotna, ºC,

t_zk - temperatura zastępcz, ºC.

Temperatura zastępcza klimatu to wskaźnik WBGT graniczne dla danego rodzaju ciężkości pracy tj. dla pracy ciężkiej t_zk = 30 ºC, dla pracy umiarkowanej t_zk = 28 ºC, a dla pracy ciężkiej t_zk = 26 ºC,

Obliczone wartości zamieszczono w tabeli 3.3.

Tabela 3.3. Obliczanie niezbędnej objętości strumienia ze względu na temperaturę

Rejon	Bocznica	A	Temperatura		Ciężkość pracy	tzk	w	w	V
				[m^2]		ta [ºC]	tφ [ºC]		[ºC]	[m/s]	[m/s]	[m^3/s]
I	3 - c	4,5	24,2	21,0	lekka	30	-7,7	0,3	1,35
II	11 - 12	4,8	23,8	22,2	lekka	30	-7,2	0,3	1,44
III	13 - i	4,8	22,2	22,0	ciężka	26	-3,9	0,3	1,44
IV	14 - 15	4,8	30,4	27,4	umiarkowana	28	0,6	0,6	2,88
V	h - 16	5,1	32,6	29,6	lekka	30	0,8	0,8	4,08

4. Wyznaczenie niezbędnego strumienia objętości ze względu na materiały wybuchowe

Masę wykorzystanego materiału dla jednej zmiany strzałowej przybliżono zależnością


[kg],

gdzie:


- współczynnik przeliczeniowy równy 0,15 kg/Mg,

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

Strumień objętości uwzględniający ten czynnik obliczono z równania


[m³/h],

gdzie:

k - współczynnik ucieczek powietrza, k = 0,7,

M_MW - masa odpalanego materiału, kg,

m - procentowy rozchód gazów postrzałowych w okresie najintensywniejszym, m = 50%,

τ - czas, który należy odczekać po odstrzeleniu urobku przez MW, 900 s,

b - ilość gazów toksycznych wytwarzanych przez MW, b = 100 l/kg.

Obliczenia zamieszczono w tabeli 3.4.

Tabela 3.4. Obliczanie niezbędnej objętości strumienia ze względu na ilość gazów postrzałowych

Rejon	Bocznica	W	MMW	V
				[Mg/d]	[kg/d]	[m^3/s]
I	3 - c	1 080	81,0	15,8
II	11 - 12	1 200	90,0	17,5
III	13 - i	650	48,8	9,5
IV	14 - 15	560	42,0	8,2
V	h - 16	900	67,5	13,1

5. Wyznaczenie niezbędnego strumienia w rejonach uwzględniającego wszystkie czynniki

Obliczone we wcześniejszych podrozdziałach wartości strumieni objętościowych zamieszczono w tabeli 3.5. Z wartości tych dla każdego z rejonów wybrano maksymalną wartość, która będzie wartością powietrza, jaką trzeba doprowadzić do rejonu.

Tabela 3.5. Zestawienie maksymalnych objętości powietrza

Rejon	Bocznica	Strumień objętości ze względu na				wartość obliczeniowa strumienia
				wydobycie	spalanie paliwa		temperaturę	ilość MW
				[m^3/s]	[m^3/s]	[m^3/s]	[m^3/s]	[m^3/s]
I	3 - c	19,4	14,9	1,4	15,8	19,4
II	11 - 12	18,0	14,9	1,4	17,5	18,0
III	13 - i	9,1	21,8	1,4	9,5	21,8
IV	14 - 15	9,5	21,8	2,9	8,2	21,8
V	h - 16	13,5	12,2	4,1	13,1	13,5

6. Wyznaczenie niezbędnego strumienia w komorach

Jeśli chodzi o przewietrzanie komór to przepisy wskazują na konieczność 5 krotnego przewietrzania komory w ciągu godziny. W związku z tym wymagany strumień objętości można obliczyć z zależności


[m³/s],

gdzie:

L - długość komory, m,

A - pole powierzchni, m².

Minimalny strumień obliczono także z zależności

Tabela 3.6. Minimalny strumień objętości powietrza w komorach

komory	A	L	V1	V2	V
		[m^2]	[m]	[m^3/s]	[m^3/s]	[m^3/s]
K1	30	160	6,7	2,5	6,7
K2	28	160	6,2	2,4	6,2
K3	29	190	7,7	2,4	7,7
K4	31	80	3,4	2,5	3,4

7. Wyznaczenie wydajności wentylatorów

Dla potrzeb projektu przyjmuje się, że straty zewnętrzne dla wentylatora 21 - 22 są równe 10 %, natomiast dla wentylatora 8 - 9 są równe 15 %. Wydajności wentylatorów obliczono z zależności

Tabela 3.7. Wydajność wentylatorów

Strumień	Strumień w szybie wydechowym	straty	Wydajność wentylatorów
		[m^3/s]	[%]	[m^3/s]
8 - 9	32,3	15	38,0
21 - 22	86,3	10	95,9

• Wyznaczenie oporów wszystkich bocznic sieci

Opory bocznic wyznaczono na zasadzie znajomości oporu 100 metrowego odcinka znając z literatury tą wartość dla konkretnej obudowy oraz konkretnego przekroju wartość oporu dla bocznicy obliczono z zależności


[Ns²/m⁹],

gdzie:

r_f - opór 100 metrowego odcinka bocznicy, Ns²/m⁹,

L - długość bocznicy, m.

Zestawienie wszystkich bocznic zgodnie z oznaczeniami dla rysunku 2.1 oraz 2.2 zamieszczono w tabeli 4.1.

Tabela 4.1. Opory oraz inne parametry bocznic występujących w sieci wentylacyjnej

Bocznica	Nazwa Wyrobiska	V	L	Rodzaj obudowy	A	w	100 rf	Rb	Rn
					[m^3/s]	[ m ]		[m^2]	[m./s]	[Ns^2/m^9]	[Ns^2/m^8]	[Ns^2/m^8]
1 - 2	Szyb wlotowy	118,6	925	Murowa	5,5	21,56	0,00881	0,08154	0,08154
2 - a	pochylnia	25,7	190	ŁP	7	3,67	0,02399	0,04558	0,10795
a - 3	Chod. Węgl.	25,7	260	ŁP	7	3,67	0,02399	0,06237
2 - b	chodnik	6,7	140	ŁP	7	0,95	0,02399	0,03358		0,13037
	komora	6,7	160	Murowa	30	0,22	0,00052	0,00083
	chodnik	6,7	210	ŁP	7	0,95	0,02399	0,05038
b - 4	pochylnia	6,7	190	ŁP	7	0,95	0,02399	0,04558
3 - 4	chodnik	6,2	45	ŁP	7	0,89	0,02399	0,01080		0,02376
	komora	6,2	160	Murowa	28	0,22	0,00060	0,00097
	chodnik	6,2	50	ŁP	7	0,89	0,02399	0,01199
3 - c	ściana ekspl.	19,4	300	Zmechanizowana	3,6	5,40	0,548049	1,64415		1,67742
c - 5	chodnik	19,4	260	ŁP	9	2,16	0,01280	0,03328
4 - 5	pochylnia	12,9	300	ŁP	7	1,84	0,02399	0,07197	0,07197
5 - d	wyrobisko wentylacyjne	32,3	189	ŁP	7	4,62	0,02399	0,04534	0,18979
d - 8	Szyb wylotowy	32,3	925	Murowa	5,0	6,47	0,01562	0,14445
2 - 10	przekop	86,3	400	murowa	20	4,31	0,00129	0,00518	0,00518
10 - e	dowierzchnia	7,7	210	ŁP	9	0,85	0,01280	0,02688	0,04410
e - 12	chodnik	7,7	80	ŁP	17	0,45	0,00261	0,00209
	Komora	7,7	190	Murowa	29	0,26	0,00056	0,00106
	Chodnik podścianowy	7,7	110	ŁP	9	0,85	0,01280	0,01408
10 - 11	chodnik nadścianowy	78,6	380	ŁP	20	3,93	0,00174	0,00661	0,00661
11 - 12	ściana ekspl.	18,0	210	zmachanizowana	4,8	3,75	0,42161	0,88538	0,88538
11 - f	pochylnia	60,6	210	ŁP	9	6,74	0,01280	0,02688	0,03076
f - 13	Przekop	60,6	300	murowa	20	3,03	0,00129	0,00388
13-15	pochylnia	3,4	10	ŁP	9	0,38	0,01280	0,00128		0,00381
	Komora	3,4	80	murowa	31	0,11	0,00156	0,00125
	pochylnia	3,4	10	ŁP	9	0,38	0,01280	0,00128
13 - 14	Chodnik	43,7	90	ŁP	9	4,85	0,01280	0,01152	0,01152
14 - i	chodnik	21,8	140	ŁP	9	2,43	0,01280	0,01792	1,11410
i - 16	ściana ekspl.	21,8	260	zmechanizowana	4,8	4,55	0,42161	1,09619
14 - h	ściana ekspl.	21,8	200	zmechanizowana	4,8	4,55	0,42161	0,84322		0,85474
h - 15	Chodnik	21,8	90	ŁP	9	2,43	0,01280	0,01152
15 - g	Pochylnia	25,3	60	ŁP	9	2,81	0,01280	0,00768		0,03967
g - 16	Chodnik wentylacyjny	25,3	250	ŁP	9	2,81	0,01280	0,03200
16 - 17	Chodnik wentylacyjny	47,1	100	ŁP	9	5,24	0,01280	0,01280	0,01280
13 - j	ściana ekspl.	13,5	520	zmechanizowana	5,1	2,65	0,42161	2,19237	2,26276
j-k	chodnik podścianowy	13,5	100	ŁP	9	1,50	0,01280	0,01280
k - 18	Chodnik wentylacyjny	13,5	450	ŁP	9	1,50	0,01280	0,05759
12 -l	Chodnik	25,7	340	ŁP	9	2,85	0,01280	0,04351		0,13443
l -m	Wyrobisko wentylacyjne	25,7	420	ŁP	9	2,85	0,01280	0,05375
m - n	Przekop	25,7	300	murowa	20	1,28	0,00129	0,00388
n - 17	Wyrobisko wentylacyjne	25,7	260	ŁP	9	2,85	0,01280	0,03328
17 - 18	Wyrobisko wentylacyjne	72,8	260	ŁP	9	8,09	0,01280	0,03328	0,03328
18 -21	Szyb wylotowy	86,3	830	Murowa	6,0	14,38	0,00523	0,04341	0,04341

• Wyznaczenie dyssypacji energii dla każdej oczka niezależnego

Bazę oczek niezależnych obliczono stosując równanie


[-]

gdzie:

B - liczba bocznic,

W - liczba węzłów,

il_wl - liczba wlotów do sieci otwartej,

il_wyl - liczba wylotów z sieci otwartej.

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymano




Dobrano więc 9 oczek wiodących przez atmosferę o następujących bocznicach dla pierwszego wentylatora

Oczko I:	1-2-10-11-13-18-21,
Oczko II:	1-2-10-11-13-14-16-17-18-21,
Oczko III:	1-2-10-11-13-14-15-16-17-18-21,
Oczko IV:	1-2-10-11-13-15-16-17-18-21,
Oczko V:	1-2-10-11-12-17-18-21,
Oczko VI:	1-2-10-12-17-18-21,

oraz dla drugiego wentylatora

Oczko VII:	1-2-3-5-8,
Oczko VIII:	1-2-3-4-5-8,
Oczko IX:	1-2-4-5-8.

Dyssypację energii w bocznicach sieci wentylacyjnej obliczono stosując zależność


[Pa],

gdzie:

R_f - opór bocznicy, Ns²/m⁸,

V - strumień objętości powietrza w bocznicy, m³/s.

Wyniki obliczeń dyssypacji energii dla wszystkich bocznic zamieszczono w tabeli 6.1, w następnym rozdziale.

• Regulacja przepływu powietrza w sieci metodą Sałustowicza

Regulacje metodą Sałustowicza dokonano trzema wariantami

• wariant dyssypacyjny, czyli metoda dla najtrudniejszego oczka krytycznego,

• wariant kumulacyjny,czyli dla najłatwiejszego oczka krytycznego,

• wariant kombinowany, czyli dla pośredniego oczka krytycznego.

W wariancie dyssypacyjnym regulacja realizowana jest za pomocą tam dławiących zlokalizowanych w bocznicach niezależnych wchodzących w skład oczek zewnętrznych, w których dyssypacje energii są mniejsze od dobranego spiętrzenia wentylatora. Spiętrzenie wentylatora jest równe maksymalnej dyssypacji z rozpatrywanych oczek przechodzących przez dany wentylator główny.

Dyssypacja tamy dławiącej dla i - tego oczka obliczana jest z zależności


[Pa],

gdzie:

l_fmax - maksymalna dyssypacja rozpatrywanych oczek dla danego wentylatora, Pa,

l_fi - dyssypacja energii w danym oczku, Pa.

Znając dyssypację tamy dławiącej l_ti oraz strumień objętości powietrza V_i przepływający przez bocznicę, w której znajduje się tama można obliczyć opór tamy wentylacyjnej z równania


[Ns²/m⁸].

W wariancie kumulacyjnym regulacja jest dokonywana za pomocą wentylatorów pomocniczych usytuowanych w bocznicach niezależnych wchodzących w skład oczek gdzie dyssypacja energii jest większa od dobranych spiętrzeń wentylatorów. Spiętrzenie wentylatora jest równe minimalnej dyssypacji z rozpatrywanych oczek przechodzących przez dany wentylator główny.

Spiętrzenie wentylatora pomocniczego i - tego oczka obliczana jest z zależności


[Pa],

gdzie:

l_fmin - minimalna dyssypacja rozpatrywanych oczek dla danego wentylatora, Pa,

l_fi - dyssypacja energii w danym oczku, Pa.

Wariant kombinowany polega na wybraniu oczka o średniej wartości dyssypacji energii i wstawieniu w odpowiednich bocznicach tam dławiących i wentylatorów zgodnie z zasadami z dwóch wcześniejszych wariantów.

Wyniki obliczeń dla trzech wariantów zgodnie z podanymi powyżej wzorami podano w tabeli 6.1.

Tabela 6.1. Regulacja przepływu metodą Sałustowicza

Bocznica		lf	Oczko
				[Pa]	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX
1 - 2		1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02	1147,02
2 - 3		71,09							71,09	71,09
2 - 4		5,79									5,79
3 - 4		0,92								0,92
3 - 5		633,92							633,92
4 - 5		11,96								11,96	11,96
5 - 6		198,36							198,36	198,36	198,36
2 - 10		38,53	38,53	38,53	38,53	38,53	38,53	38,53
10 - 12		2,58						2,58
10 - 11		40,84	40,84	40,84	40,84	40,84	40,84
11 - 12		286,86					286,86
11 - 13		113,05	113,05	113,05	113,05	113,05
13-15		0,05				0,05
13 - 14		21,98		21,98	21,98
14 -16		531,41		531,41
14 - 15		407,70			407,70
15 - 16		25,36			25,36	25,36
16 - 17		28,42		28,42	28,42	28,42
13 - 18		412,39	412,39
12 - 17		88,46					88,46	88,46
17 - 18		176,25		176,25	176,25	176,25	176,25	176,25
18 -20		323,11	323,11	323,11	323,11	323,11	323,11	323,11
Wariant dyssypacyjny	Σlf	[Pa]	2074,94	2420,61	2322,26	1892,63	2101,07	1775,95	2050,39	1429,34	1363,12
		max lf	[Pa]	-	2420,61	-	-	-	-	2050,39	-	-
		lt	[Pa]	345,67	-	98,35	527,98	319,53	644,65	-	621,05	687,26
		V	[m^3/s]	13,5	-	21,8	3,4	18,0	7,7	-	6,2	6,7
		Rt	[Ns^2/m^8]	1,90	-	0,21	44,50	0,99	11,01	-	16,04	15,46
	Wariant kumulacyjny	Σlf	[Pa]	2074,94	2420,61	2322,26	1892,63	2101,07	1775,95	2050,39	1429,34	1363,12
		min lf	[Pa]	-	-	-	-	-	1775,95	-	-	1363,12
		lfp	[Pa]	298,99	644,65	546,31	116,68	325,12	-	687,26	66,22	-
		Vfp	[m^3/s]	13,5	21,8	21,8	3,4	18,0	-	19,4	6,2	-
	Wariant kombinowany	Σlf	[Pa]	2074,94	2420,61	2322,26	1892,63	2101,07	1775,95	2050,39	1429,34	1363,12
		pośr lf	[Pa]	-	-	-	1892,63	-	-	-	1429,34	0,00
		lt	[Pa]	-	-	-	-	-	116,68	-	-	66,22
		V	[m^3/s]	-	-	-	-	-	7,7	-	-	6,7
		Rt	[Ns^2/m^8]	-	-	-	-	-	1,99	-	-	1,49
		lfp	[Pa]	182,31	527,98	429,63	-	208,44	-	621,05	-	-
		Vfp	[m^3/s]	13,5	21,8	21,8	-	18,0	-	19,4	-	-

Na podstawie wyników obliczeń sporządzono trzy schematy sieci wentylacyjnych, na których zamieszczono elementy regulujące - rysunek 6.1, 6.2 i 6.3.

Rysunek 6.1. Schemat kanoniczny sieci z urządzeniami pomocniczymi - wariant dyssypacyjny	Rysunek 6.2. Schemat kanoniczny sieci z urządzeniami pomocniczymi - wariant kumulacyjny
Rysunek 6.3. Schemat kanoniczny sieci z urządzeniami pomocniczymi - wariant kombinowany

• Wyznaczenie spadków potencjałów w bocznicach sieci dla najtrudniejszego oczka

Spadek potencjałów w bocznicy, dla wariantu dyssypacyjnego obliczono za pomocą formuły


[J/kg],

gdzie:

l_f - dyssypacja energii w bocznicy, Pa

l_m - dyssypacja energii w oporze miejscowym, Pa.

Zakładając, że dyssypacja w węźle nr 1 jest równa zeru dyssypację w kolejnym węźle obliczono stosując zależność


[J/kg],

gdzie:


- potencjał w węźle 2, J/kg.

Spadki potencjałów w bocznicach oraz wartości potencjałów w węzłach zamieszczono w tabeli 7.1. Na podstawie wyników sporządzono schemat potencjalny sieci wentylacyjnej zamieszczony na rysunku 7.1.

Tabela 7.1. Wyniki obliczeń spadków potencjałów oraz potencjałów w węzłach

Bocznica	lf	lm		Węzeł
		[Pa]	[Pa]		[J/kg]		[J/kg]
1 - 2	1147,02	-	1147,02	wspólne
2 - 3	71,09	-	71,09	1	0,00
2 - 4	5,79	687,26	693,06	2	-1147,02
3 - 4	0,92	621,05	621,97	Wg1
3 - 5	633,92	-	633,92	3	-1218,11
4 - 5	11,96	-	11,96	4	-1840,07
5 - 6	198,36	-	198,36	5	-1852,03
2 - 10	38,53	-	38,53	6	-2050,39
10 - 12	2,58	644,65	647,24	Wg2
10 - 11	40,84	-	40,84	10	-1185,55
11 - 12	286,86	319,53	606,40	11	-1226,39
11 - 13	113,05	-	113,05	12	-1832,79
13 - 15	0,05	527,98	528,02	13	-1339,44
13 - 14	21,98	-	21,98	14	-1361,41
14 - 16	531,41	0,00	531,41	15	-1769,11
14 - 15	407,70		407,70	16	-1794,48
15 - 16	25,36		25,36	17	-1822,90
16 - 17	28,42		28,42	18	-1999,14
13 - 18	412,39	345,67	758,06	19	-2322,26
12 - 17	88,46		88,46
17 - 18	176,25		176,25
18 -20	323,11		323,11




Rysunek 7.1. Schemat potencjalny sieci wentylacyjnej




• Dobór wentylatorów

Wentylatory dobrano biorąc pod uwagę następujące parametry:

• Wentylator I: V_w = 38,0 m³/s, Δp_c = 2050,39 Pa,

• Wentylator II: V_w = 95,9 m³/s, Δp_c = 2322,26 Pa.

Konieczną moc użyteczną obliczono z zależności


[kW]

gdzie:

V_w - wydatek wentylatora, m³/s,

Δp_c - spiętrzenie wentylatora, Pa.

Opór kopalni zaś obliczono ze wzoru


[Ns²/m⁸].

Stąd otwór równoznaczny jest równy


,[m].

Wyniki obliczeń dla obydwu wentylatorów zamieszczono w tabeli 8.1.

Tabela 8.1. Dane wejściowe do doboru wentylatorów

	Wentylator 1	Wentylator 2
Vw [m^3/s]	38,03	95,86
Δpc [Pa]	2 050,39	2 322,26
Nu [kW]	77,98	222,62
R [Ns^2/m^8]	1,30	0,25
Ae [m]	1,04	2,37

Jako wentylator pierwszy został wybrany wentylator WPG - 180/1,4. Natomiast wentylator drugi to WPG - 200/1,4. Następnie poprzez trzy warunki sprawdzono słuszność wyboru wentylatorów. Warunek kumulacyjny opisuje zależność


,

warunek dyssypacyjny zależność


,

gdzie:


,

oraz warunek ekonomiczności


.

Oprócz stabilności wentylatorów sprawdzono, czy zapewnione będzie bezpieczne współdziałanie wentylatorów głównych. Do tego celu obliczono wskaźnik bezpieczeństwa korzystając z zależności


,

gdzie:


- moduł (wartość bezwzględna) potencjału w węźle sieci, w którym następuje rozdział powietrza na dwie podsieci wentylacyjne (ostatni węzeł przed wentylatorami), J/m³,


- spiętrzenie całkowite wentylatora głównego o spiętrzeniu mniejszym, Pa.

Wskaźnik ten powinien być mniejszy lub równy wartości 0,67. Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymano


,

co oznacza, że warunek bezpiecznej współpracy wentylatorów jest spełniony.

1. W badaniach bierze się pod uwagę wszystkie kombinacje par szybów wydechowych

Dla obydwu wentylatorów odczytano z charakterystyk (rysunek 8.1 i 8.2) stosowne wartości. Wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli 8.2.




Rysunek 8.1. Charakterystyka wentylatora WPG - 180/1,4 z zaznaczonym punktem pracy




Rysunek 8.2. Charakterystyka wentylatora WPG - 200/1,4 z zaznaczonym punktem pracy

Tabela 8.2. Warunki słuszności wyboru wentylatora

		wentylator 1	wentylator 2
Δp­­­c	[Pa]	2 050,39	2 322,26
0,9 · Δp­­­c max	[Pa]	2 070,00	3 060,00
warunek kumulacyjny		tak	tak
R	[Ns^2/m^8]	1,30	0,25
Rgr/1,2	[Ns^2/m^8]	1,32	0,31
warunek dyssypacyjny		tak	tak
η	[-]	79,00	82,00
0,8 · ηmax	[-]	70,4	70,4
warunek ekonomiczności		tak	tak

• Wnioski

Największy wpływ na wybrany strumień objętości powietrza w bocznicy miało wydobycie urobku z głębokości oraz ilość spalanego paliwa. Jeżeli chodzi zaś o komory to konieczność pięciokrotnej wymiany powietrza w ciągu godziny decydowało o wielkości niezbędnego strumienia.

Zaprojektowana sieć jest dobra, gdy dyssypacja energii w rejonach jest dużo większa niż w bocznicach przyszybowych oraz w samym szybie. W projekcie tym mimo tego, że szyb jest wykonany w obudowie murowej o stosunkowo dużej powierzchni przekroju jego opór a co za tym idzie wielkość dyssypacji jest duża. Wynika to z faktu obecności osprzętu - szyb oprócz funkcji wentylacyjnej pełni wiele innych funkcji, a także z długości szybu, w którym mieści się aż 9 stumetrowych odcinków. Wartość dyssypacji w szybach można znacząco zmniejszyć zwiększając jego średnice, jednakże wywołałoby to trudności z doborem wentylatora.

Stosunkowo duże opory na rejonach wynikają z niewielkich rozmiarów poprzecznych wyrobiska oraz sam charakter obudowy o dużym oporze stumetrowego odcinka. Dlatego dosyć łatwo uzyskać dużą dyssypację energii w rejonach. Dzięki temu pomimo występowania prądów zależnych niebezpieczeństwo obrócenia kierunku powietrza jest mniejsze.

Metoda Sałustowicza projektowania rozpływu powietrza pozwala na szybkie określenie parametrów sieci wentylacyjnej. W obecnych czasach jest ona stosowana jednak jedynie jako pierwsze przybliżenie.

W wariancie dyssypacyjnym należy dobrać wentylator o większym spiętrzeniu i nadmiar energii dla wybranych bocznic dyssypować na tamach. W przypadku, gdy dyssypacja energii w najtrudniejszym oczku krytycznym jest dużo większa od dyssypacji dla wszystkich pozostałych oczek wariant dyssypacyjny jest nieekonomiczny i warto wtedy zastosować wariant kumulacyjny. Wariant kombinowany jest wariantem pośrednim.

Przy projektowaniu rozpływu powietrza tą metodą warto przeanalizować te trzy warianty i wtedy wybrać ten najbardziej korzystny. W analizie należy kierować się tym czy zawodność i koszty zakupu, montażu oraz utrzymania wielu wentylatorów pomocniczych oraz głównego nie będą większe od zawodności, kosztów zakupu, montażu oraz utrzymania jednego większego wentylatora głównego i wielu tam wentylacyjnych.

16

---