Projekt z klimatyzacji kopalń
W ramach projektu należy wykonać:
1. Prognozę temperatury powietrza w szybie wdechowym metodą J. Wacławika.
2. Prognozę temperatury suchej i wilgotnej dla każdego z wyrobisk korytarzowych oraz prognozę temperatury
powietrza w wyrobisku ścianowym metodą J. Voss’a.
3. Sprawdzić czy spełnione są następujące normy klimatyczne:
a) polska
b) francuska
c) propozycja „Cuprum”
d) belgijska
e) australijska
f) bułgarska
g) amerykańska
h) niemiecka
4. Stosując metodę J. Voss’a wyznaczyć w sposób iteracyjny jaka powinna być temperatura powietrza na
wlocie do wyrobiska ścianowego, tak żeby na wylocie z niego temperatura powietrza nie przekraczała 28°C.
5. Wyznaczyć zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej.
6. Zaproponować efektywny sposób odprowadzania ciepła z MK.
7. Dokonać doboru MK oraz narysować szkic rozmieszczenia urządzeń w wyrobiskach.
Uwagi dodatkowe
-
obliczenia wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego MS „EXCEL”,
-
w przypadku, gdy temperatura powietrza w wyrobiskach chodnikowych przekroczy 28°C lub na wylocie ze
ściany będzie niższa od 28°C proszę zwrócić się do prowadzącego o korektę danych wejściowych,
-
potrzebne współczynniki dobrać z literatury:
[1] Wacławik J., Cygankiewicz J., Knechtel J.: Warunki klimatyczne w kopalniach głębokich,
Poradnik, PAN, Kraków 1995
[2] Czapliński A., Zwolan : Górnictwo, Materiały pomocnicze do ćwiczeń, Lublin 1984.
1
W
STĘP TEORETYCZNY DO OBLICZANIA TEMPERATURY POWIETRZA
Temperatura sucha powietrza na podszybiu
Z
ASTOSOWANO DO OBLICZEŃ METODĘ
J.
W
ACŁAWIKA
.
Zgodnie z tą metodą temperatura sucha powietrza na podszybiu szybu wdechowego jest
równa:
q
q
c
V
c
g
c
V
s
q
s
T
s
T
d
p
p
p
os
s
.
.
exp
1
gdzie:
T
os
- średnioroczna temperatura powietrza atmosferycznego, °C,
- gradient geotermiczny, °C/m., przy czym:
1
- stopień geotermiczny, m/°C,
s - współrzędna bieżąca, m,
- współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m K),
*
q - bezwymiarowy strumień cieplny, wyznaczany z wzoru:
i
K
q
2
*
c
p
- ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, c
p
= c
pa
= 1005 J/(kg K),
g - przyspieszenie ziemskie, g = 9,80665 m/s
2
,
Ki - liczba Kirpiczewa charakteryzująca ochłodzenie się górotworu wyznaczana z nomo-
gramów lub wzorów empirycznych jako funkcja liczb Fouriera i Biota, Ki = f (F
o
, Bi),
jeżeli:
1
0
F
)
9
)
2
(
245
,
0
(
02
,
1
2
o
o
F
F
o
Bi
F
Ki
Bi
Bi
Ki
Bi
Bi
Ki
Ki
2
,
1
2
,
1
jeżeli:
1
001
,
0
0
F
)
log
05
,
0
1
(
)
,
(
0
10
0
F
S
Bi
F
Ki
gdzie:
K
Bi
A
K
Bi
A
S
0
10
log
02
,
0
1
F
A
F
o
– liczba Fouriera dana wzorem:
2
o
o
r
a
F
- czas przewietrzania wyrobiska, s,
2
a - współczynnik wyrównywania temperatury, m
2
/s, równy:
s
s
c
a
c
s
- pojemność cieplna skał, J/(kg K),
s
- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m
3
,
Bi - liczba Biota dana wzorem:
o
k
i
r
B
k
- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m
2
K),
2
,
0
8
,
0
336
,
3
e
m
k
D
w
V
- strumień objętości powietrza, m
3
/s,
- gęstość powietrza, kg/m
3
, liczona ze wzoru:
V
a
T
R
p
p - ciśnienie statyczne bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru prędkości, Pa, które
można wyznaczyć z przybliżonego wzoru:
100
8
3214
,
133
H
p
p
o
p
o
- ciśnienie powietrza na zrębie szybu wdechowego, 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,
s
V
T
x
T
)
6
,
0
1
(
T
s
= 273,15 + T
s
(s)
T
s
- temperatura sucha powietrza w miejscu pomiaru prędkości, K,
T
s
(s) - temperatura powietrza w przekroju wylotu szybu wdechowego,°C,
x - stopień zawilżenia powietrza, kg/kg,
)
(
622
,
0
pn
pn
p
p
p
x
p
pn
- ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, Pa,
pod
s
pod
s
pn
t
t
p
.
.
3
,
237
27
,
17
exp
5
,
610
Temperatura wilgotna na podszybiu
Wyznacza się z zależności na ciśnienie cząstkowe pary wodnej w postaci:
p
t
t
p t
t
p
ww
ww
sw
ww
610 5
17
237
0
, exp
,27
,3
,000644
przy czym:
3
p
p
p
pn
p
t
t
pn
s
s
610 5
17
237
, exp
,27
,3
gdzie:
p
p
- ciśnienie cząstkowe pary wodnej, Pa,
pn
p - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia w temperaturze t
s
, Pa ,
- wilgotność względna powietrza, %,
t t
s
w
,
- odpowiednio temperatury powietrza mierzone termometrem suchym i wilgot-
nym
,
o
C
.
P
ROGNOZOWANIE TEMPERATURY SUCHEJ POWIETRZA W WYROBISKACH GÓRNICZYCH
O
BLICZENIA WYKONANO METODĄ
J.
V
OSSA
Jako dane wyjściowe na dopływie przyjmujemy parametry powietrza na wypływie
wyrobiska poprzedniego. Wyznacza się kolejno:
Liczbę Fouriera ze wzoru:
2
o
e
o
r
a
F
gdzie:
- czas przewietrzania wyrobiska, s,
e
a - ekwiwalentny współczynnik wyrównywania temperatury, m
2
/s, równy:
s
s
e
e
c
a
c
s
- pojemność cieplna skał, J/(kg K),
s
- gęstość pozorna skał otaczających wyrobisko, kg/m
3
,
Bi - liczba Biota dana wzorem:
e
s
o
k
i
r
B
k
- współczynnik przejmowania ciepła z górotworu, W/(m
2
K),
Temperaturę suchą powietrza wyznacza się ze wzoru:
L
r
c
m
Ki
B
t
t
t
t
pa
a
e
s
sd
x
x
sw
0
.
exp
przy czym :
t
t
r
B Ki
q
m g z
z
L
x
pm
s
e
za
a
w
d
0
.
.
.
gdzie:
t
pm
- średnia temperatura pierwotna skał otaczających wyrobisko, °C, przy czym:
4
t
t
t
pm
pd
pw
1
2
t
t
pd
pw
,
- odpowiednio temperatura pierwotna skał w przekroju dopływu i wypływu,
°C, liczona ze wzoru:
z
H
t
t
p
0
k
m
w
4 65
0.8
.
gdzie:
t
0
- temperatura skał na głębokości
z
,°C,
- stopień geotermiczny, m/°C,
r
o
- promień równoważny wyrobiska, m, przy czym:
r
o
=
2
A
B
s
- współczynnik ciepła konwekcyjnego ogrzewającego powietrze suche, równy ilo-
razowi ciepła konwekcyjnego do ciepła całkowitego,
e
-ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie
skalnym, W/(m K),
A - pole przekroju, m
2
,
B - obwód wyrobiska, m.,
L - długość wyrobiska, m.,
c
pa
- właściwa pojemność cieplna powietrza suchego, c
pa
= 1005 J/(kgK),
m
a
- strumień masy powietrza suchego, kg/s,
d
d
md
d
d
a
V
w
A
m
w
m
- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się strumień masy
powietrza, m/s,
z z
d
w
, - odpowiednio wysokości niwelacyjne przekroju dopływu i wypływu wyrobiska,
dla którego wykonuje się prognozę temperatury powietrza, m,
q
za
- zagęszczenie strumienia od dodatkowych źródeł ciepła, W/m, przy czym:
L
cz
N
q
s
z
za
1
1000
6
,
0
N
z
- moc dodatkowych źródeł ciepła, kW,
cz
s
- współczynnik określający jaka część energii z dodatkowych źródeł wpływa na
podwyższenie temperatury mierzonej termometrem suchym,
Prognozowanie temperatury wilgotnej powietrza w wyrobiskach górniczych
Prognozowanie temperatury powietrza mierzonej termometrem wilgotnym w wyro-
bisku górniczym prowadzić możemy dopiero po prognostycznym wyznaczeniu temperatu-
ry mierzonej termometrem suchym.
Temperaturę wilgotną w wyrobisku górniczym wyznaczamy ze wzoru:
x
x
r
c t
r
c t
c
t
t
r
c t
w
d
b
pw sd
b
pw sw
pa
sw
sd
b
pw sw
s
1
1
gdzie:
x
d
- stopień zawilżenia powietrza na dopływie wyrobiska, kg/kg,
x
w
- stopień zawilżenia powietrza na wypływie z wyrobiska, kg/kg,
5
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:
2
3
8
m
f
n
d
w
n
d
w
w
A
BL
z
z
g
p
p
gdzie:
f
- liczba oporu wyrobiska
n
- gęstość powietrza dla warunków normalnych,
3
/
20
,
1
m
kg
n
,
D
OBÓR MASZYNY KLIMATYZACYJNEJ
Wyznaczenie temperatury powietrza na wlocie do wyrobisk po zastosowaniu jego
chłodzenia
Temperaturę na wlocie do wyrobiska określamy przy założeniu, że temperatura sucha
powietrza w całym wyrobisku nie powinna przekraczać 28°C. Zależność na temperaturę su-
chą powietrza na dopływie przedstawia wzór:
t
t
B Ki
m c
r
L
t
sd
x
s
e
a
pa
x
(
)
exp
28
0
Wyznaczona z tego wzoru temperatura powietrza t
sd
będzie temperaturą jaką otrzyma-
my po wymieszaniu strumieni powietrza przepływających przez maszynę klimatyzacyjną i
wyrobiskiem (obok maszyny klimatyzacyjnej).
Wyznaczenie parametrów powietrza na wypływie z maszyny klimatyzacyjnej
Zakłada się, że powietrze wypływające z maszyny klimatyzacyjnej będzie miało wil-
gotność względną
= 100 %. Wobec tego t
sMK
= t
wMK
. Chcąc wyznaczyć żądane parametry
powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej przyjmuje się wstępnie temperaturę powie-
trza na wypływie z maszyny równą t
sMK
. Obliczenia prowadzi się iteracyjnie. Oblicza się ko-
lejno:
ciśnienie cząstkowe pary wodnej p
pd
, Pa,
wd
sd
wd
wd
pd
t
t
p
t
t
p
000644
,
0
3
,
237
27
,
17
exp
5
,
610
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia p
pnd
, Pa,
sd
sd
pnd
t
t
p
3
,
237
27
,
17
exp
5
,
610
stopień zawilżenia powietrza x
d
, kg/kg,
pd
pd
d
p
p
p
x
622
,
0
entalpię 1+x kg powietrza wilgotnego h
d
, kJ/kg,
6
d
sd
sd
d
x
t
t
h
926
,
1
2500
005
,
1
gęstość powietrza wilgotnego
d
, kg/m
3
,
d
sd
d
d
x
t
x
p
622
,
0
15
,
273
5
,
461
1
strumień masy powietrza wilgotnego
d
m
, kg/s,
d
d
V
m
strumień masy powietrza suchego
sd
m
, kg/s,
d
d
sd
x
m
m
1
ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia w temperaturze t
sw
dla powietrza wylotowe-
go z maszyny klimatyzacyjnej p
pnw
, Pa,
sw
sw
pnw
t
t
p
3
,
237
27
,
17
exp
5
,
610
stopień zawilżenia powietrza x
nw
na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej dla stanu nasyce-
nia powietrza w temperaturze t
sw
, kg/kg,
pnw
pnw
nw
p
p
p
x
622
,
0
entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej h
w
, kJ/kg,
sw
w
d
w
sw
sw
w
t
x
x
x
t
t
h
19
,
4
926
,
1
2500
005
,
1
Następnie wyznacza się temperaturę powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza pły-
nących przez maszynę klimatyzacyjną i wyrobisko (obok MK).
strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem (obok MK) m
1
, kg/s,
d
c
V
V
m
)
(
1
strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną m
MK
, kg/s,
d
MK
V
m
stopień zawilżenia powietrza
m
x , kg/kg,
MK
MK
MK
m
m
m
x
m
x
m
x
1
1
1
entalpię powietrza po zmieszaniu strumieni powietrza
m
h , kJ/kg,
MK
MK
MK
m
m
m
h
m
h
m
h
1
1
1
Entalpię poszczególnych strumieni liczymy ze wzoru:
x
t
c
r
t
c
h
h
h
s
pw
b
s
pa
w
a
)
(
gdzie:
h - entalpia powietrza wilgotnego, J/(1+x)kg,
h
a
- entalpia powietrza suchego, J/kg,
h
w
- entalpia pary wodnej, J/kg,
r
b
- ciepło parowania wody w temperaturze 0°C, r
b
=
2500000
J/kg,
c
pw
- pojemność cieplna pary wodnej przy stałym ciśnieniu, c
pw
=
1927
J/(kg K),
x - stopień zwilżenia, kg/kg.
7
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza:
t
h
x
x
sm
m
m
m
2500
1
1
,005
,926
Dla wyznaczenia temperatury wilgotnej powietrza t
wm
po zmieszaniu strumieni oblicza
się kolejno:
ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p
pw
, Pa,
m
m
pw
x
x
p
p
622
,
0
temperaturę wilgotną powietrza t
ww
dla zmieszanych strumieni wyznacza się przy znanych
wartościach p, p
pw
i t
sw
z równania:
)
(
000644
,
0
3
,
237
27
,
17
exp
5
,
610
ww
sw
ww
ww
pw
t
t
p
t
t
p
W dalszej kolejności porównuje się czy wyznaczona temperatura t
sm
jest równa tempe-
raturze t
sd
. Jeżeli temperatury te są różne, to przyjmujemy nową wartość temperatury t
sMK
na
wylocie z maszyny klimatyzacyjnej i powtarzamy tok obliczeń. Obliczenia kończym, gdy
t
sm
=t
sd
. Wyznaczona w ten sposób temperatura t
sMK
=t
wMK
jest temperaturą szukaną, która po-
zwala wyznaczyć zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej.
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
h
, kJ/kg,
w
d
h
h
h
Zdolność chłodniczą maszyny klimatyzacyjnej wyznacza się ze wzoru:
h
m
Q
sd
gdzie:
Q - zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej, kW.
A
NALIZA WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH
Dla chodnika odstawczego i ściany sprawdzono warunki klimatyczne przed i po zasto-
sowaniu klimatyzowania powietrza. Dla określenia czy w tych wyrobiskach panują odpo-
wiednie warunki klimatyczne zbadano zgodność wyznaczonych dla tych wyrobisk parame-
trów z obowiązującymi w Polsce i na świecie normami. Określono warunki klimatyczne wg
norm:
polskiej,
francuskiej,
„Cuprum”,
belgijskiej,
australijskiej,
bułgarskiej,
amerykańskiej,
niemieckiej.
8
O
BLICZENIA PROGNOSTYCZNE TEMPERATURY POWIETRZA I ZDOLNOŚCI CHŁODNICZEJ MASZYNY
KLIMATYZACYJNEJ
Obliczenia przeprowadzono dla schematu wyrobisk kopalni „Kinga” przedstawionych na
rys. 1.
podszybie
przekop przewozowy
pr
ze
ko
p
pol
ow
y
chodnik odstawczy
śc
ia
na
Rys. 1. Schemat wyrobisk kopalni „Kinga” dla których prowadzono prognozę tempe-
ratury powietrza
Współczynniki wykorzystane w projekcie zostały dobrane na podstawie literatury [1,3] i
przedstawiono je w poniższych tabelach:
Dla kopalń węglowych:
Nazwa wyrobiska
e
s
Chodniki kamienne
5,8
0,35
Chodniki przyścianowe węglo-
we
Ściany prowadzone na zawał
gdy są zainstalowanych MK
7
0,25
Ściany prowadzone na zawał
gdy niema zainstalowanych MK
7
0,15
9
Dla LGOM -u
Rodzaj wyrobiska
e
s
Prądy grupowe świeżego po-
wietrz
4
0,29
Roboty eksploatacyjne
2,36
0,29
Współczynnik przewodzenia ciepła
.
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
c
s
i
s
Rodzaj skał
c
s
J/(kg K),
s
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
5.1. Szyb wdechowy – podszybie
Do obliczeń prognostycznych temperatury powietrza przyjęto następujące parametry:
Tos = 7,7 °C
= 2,5
c
s
= 705 J/(kg K)
s
= 2500 kg/m
3
f
=
0,39012969
Zestawienie wyników
Szyb wdechowy – podszybie
Gradient geotermiczny,
,°C
0,030303
Współrzędna bieżąca, s, m.
1030
Pole przekroju, A, m
2
44,179
Prędkość powietrza, w
m.
, m/s
7
Bezwymiarowy strumień cieplny,
*
q
2,87
Liczba Fouriera, Fo
20,67608
Liczba Biota, Bi
15,86293
Współczynnik wyrównywania temperatury, a, m
2
/s
1,42E-06
Promień równoważny wyrobiska, r
o
, m.
3,75
Czas przewietrzania,
, lata
6,5
10
Liczba Kirpiczewa, Ki
0,46
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,
k
, W/(m
2
K)
10,57528
Temperatura wirtualna, T
V
, K
292,6
Gęstość powietrza,
, kg/m
3
1,321
Ciśnienie statyczne powietrza, p, Pa
110976,73
Stopień zawilżenia na wypływie, x
w
, kg/kg
0,0085
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p
pnd
, Pa
2055,21
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej, p
pd
, Pa
1500,30
Temperatura sucha na podszybiu, Ts(s),°C
17,94
Temperatura wilgotna na wypływie z szybu, t
ww
,°C
14,19
5.2. Przekop przewozowy
Przyjęto następujące parametry:
c
s
= 705J/(kg K)
s
= 2500 kg/m
3
e
= 5,8 W/(mK)
s
= 0,35
f
=
0,04983974
Zestawienie wyników
Przekop przewozowy
Temperatura sucha na dopływie, t
sd
,°C
17,94
Temperatura wilgotna na dopływie, t
wd
,°C
14,19
t
x
40,59
Średnia temperatura pierwotna, t
pm
,°C
38,3
Liczba Fouriera, Fo
112,246
Liczba Biota, Bi
14,411716
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a
e
, m
2
/s
3,29E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki
0,34
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,
k
, W/(m
2
K)
15,213
Promień równoważny wyrobiska, r
o
, m.
1,92
Stopień zawilżenia, x
0,0085
Temperatura wirtualna, T
V
, K
292,6
Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa
110976,733
Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa
110976,74
Gęstość powietrza,
, kg/m
3
1,321
Strumień masy powietrza suchego,
a
m
93,029
Moc dodatkowych źródeł ciepła, N
z
, kW
270
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz
s
0,19
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,
za
q , W/m.
13,50
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,
o
C
20,98
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,
o
C
16,41
11
5.3. Przekop polowy
Przyjęto następujące parametry:
c
s
= 850 J/(kg K)
s
= 2550 kg/m
3
e
= 5,8 W/(mK)
s
= 0,35
f
=
0,03141409
Zestawienie wyników
Przekop polowy
Temperatura sucha na dopływie, t
sd
,°C
20,98
Temperatura wilgotna na dopływie, t
wd
,°C
16,41
t
x
40,01
Średnia temperatura pierwotna, t
pm
,°C
38,0
Liczba Fouriera, Fo
91,272968
Liczba Biota, Bi
7,479494
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a
e
, m
2
/s
2,68E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki
0,34
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,
k
, W/(m
2
K)
9,9869
Promień równoważny wyrobiska, r
o
, m.
1,52
Stopień zawilżenia, x
0,0107
Temperatura wirtualna, T
V
, K
296,0
Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa
110976,74
Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa
111212,08
Gęstość powietrza,
, kg/m
3
1,309
Strumień masy powietrza suchego,
a
m
34,03
Moc dodatkowych źródeł ciepła, N
z
, kW
200
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz
s
0,21
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,
za
q , W/m.
16,47
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,
o
C
25,47
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,
o
C
24,17
5.4. Chodnik odstawczy
Przyjęto następujące parametry:
c
s
= 705J/(kg K)
s
= 2500 kg/m
3
e
= 8,1 W/(mK)
s
= 0,35
f
=
0,049839744
Zestawienie wyników
Chodnik odstawczy
Temperatura sucha na dopływie, t
sd
,°C
25,47
Temperatura wilgotna na dopływie, t
wd
,°C
24,17
12
t
x
44,98
Średnia temperatura pierwotna, t
pm
,°C
37,5
Liczba Fouriera, Fo
78,37890
Liczba Biota, Bi
3,08499
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a
e
, m
2
/s
4,60E-06
Liczba Kirpiczewa, Ki
0,33
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,
k
, W/(m
2
K)
6,431702
Promień równoważny wyrobiska, r
o
, m.
1,36
Stopień zawilżenia, x
0,0140
Temperatura wirtualna, T
V
, K
301,1
Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa
111212,08
Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa
111329,70
Gęstość powietrza,
, kg/m
3
1,288
Strumień masy powietrza suchego,
a
m
15,456
Moc dodatkowych źródeł ciepła, N
z
, kW
340
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz
s
0,24
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,
za
q , W/m.
62,77
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,
o
C
32,04
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,
o
C
28,68
5.5. Ściana
Eksploatacja prowadzona jest do granic z zawałem stropu.
Przyjęto następujące parametry:
c
s
= 439 J/(kg K)
s
= 1300 kg/m
3
e
= 7 W/(mK)
s
= 0,25
f
=
0,6538
Zestawienie wyników
Ściana
Temperatura sucha na dopływie, t
sd
,°C
32,04
Temperatura wilgotna na dopływie, t
wd
,°C
28,68
t
x
74,20
Średnia temperatura pierwotna, t
pm
,°C
37,2
Liczba Fouriera, Fo
19,016946
Liczba Biota, Bi
4,85681
Ekwiwalentny współ. wyrównywania temp., a
e
, m
2
/s
1,23E-05
Liczba Kirpiczewa, Ki
0,48
Współczynnik przejmowania ciepła z górotworu,
k
, W/(m
2
K)
5,959527
Promień równoważny wyrobiska, r
o
, m.
1,426
Stopień zawilżenia, x
0,0187
Temperatura wirtualna, T
V
, K
308,6
Ciśnienie statyczne powietrza na dopływie, p, Pa
111329,70
Ciśnienie statyczne powietrza na wypływie, p, Pa
111447,15
Gęstość powietrza,
, kg/m
3
1,258
Strumień masy powietrza suchego,
a
m
15,097
13
Moc dodatkowych źródeł ciepła, N
z
, kW
360
Współczynnik wpływający na podwyższenie temperatury, cz
s
0,28
Zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła,
za
q , W/m.
252
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,
o
C
36,25
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,
o
C
32,15
Ponieważ temperatura powietrza w chodniku odstawczym i ścianie przekracza 28°C nale-
ży zastosować chłodzenie powietrza za pomocą maszyny klimatyzacyjnej. Zaproponowano
maszynę klimatyzacyjną o działaniu pośrednim, która będzie równocześnie chłodziła powie-
trze w obu wyrobiskach.
5.6. Prognoza temperatury suchej w chodniku odstawczym
Zagadnienie to polega na określeniu temperatury suchej na wylocie z chodnika od-
stawczego, w którym zainstalowana jest maszyna klimatyzacyjna. Aby otrzymać na wylocie z
chodnika odstawczego temperaturę suchą t
sw
równą 28°C, temperatura sucha powietrza po
wymieszaniu strumieni t
sp
powinna wynosić 19,37°C.
5.7. Maszyna klimatyzacyjna w chodniku odstawczym
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p
pd
, Pa
2920,27
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia p
pnd
, Pa
3256,01
Stopień zawilżenia powietrza x
d
, kg/kg
0,0168
Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego h
d
, kJ/kg
68,31
Gęstość powietrza wilgotnego
, kg/m
3
1,288
Strumień masy powietrza wilgotnego
d
m
, kg/s
8,586
Strumień masy powietrza suchego
sd
m
, kg/s
8,44
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p
pnw
, Pa
1595,75
Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, x
nw
, kg/kg
0,0090
Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, h
w
, kJ/kg
37,36
Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK,
1
m
, kg/s
6,869
Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną,
MK
m
, kg/s
8,586
Stopień zawilżenia powietrza
x
m
, kg/kg
0,0125
Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni
h
m
, kJ/kg
51,11
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p
pw
, Pa
2188,40
Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK,
h
, kJ/kg
30,95
Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW
261,369
Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, t
swMK
=t
wwMK
,°C
13,98
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, t
sm
,°C
19,37
Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, t
wm
,
o
C
18,05
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,°C
28,0
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,°C
21,01
5.8. Prognoza temperatury suchej na ścianie
Polega to na określeniu temperatury suchej na wylocie ze ściany, do której dopływa po-
wietrze chłodzone wcześniej. Temperatura sucha na dolocie do maszyny klimatyzacyjnej wy-
14
nosi 28°C, wilgotna 13,98°C. Aby otrzymać na wylocie ze ściany temperaturę suchą równą
28°C, temperatura sucha wymieszanych strumieni powinna wynosić 19,37°C.
5.9. Maszyna klimatyzacyjna na ścianie
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p
pd
, Pa
1986,19
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia p
pnd
, Pa
4764,04
Stopień zawilżenia powietrza x
d
, kg/kg
0,0113
Entalpia 1+x kg powietrza wilgotnego h
d
, kJ/kg
56,96
Gęstość powietrza wilgotnego
, kg/m
3
1,275
Strumień masy powietrza wilgotnego
d
m
, kg/s
8,50
Strumień masy powietrza suchego
sd
m
, kg/s
8,41
Ciśnienie cząstkowe pary w stanie nasycenia, p
pnw
, Pa
2177,20
Stopień zawilżenia powietrza na wylocie z maszyny klimatyzacyjnej, x
nw
, kg/kg
0,0124
Entalpia 1+x kg powietrza zamglonego na wylocie z MK, h
w
, kJ/kg
50,30
Strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem obok MK,
1
m
, kg/s
6,800
Strumień masy powietrza płynącego przez maszynę klimatyzacyjną,
MK
m
, kg/s
8,500
Stopień zawilżenia powietrza
x
m
, kg/kg
0,0119
Entalpia powietrza po zmieszaniu strumieni
h
m
, kJ/kg
53,26
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wylotowym p
pw
, Pa
2092,39
Różnica entalpii powietrza pomiędzy wlotem i wylotem z MK,
h
, kJ/kg
6,66
Zdolność chłodnicza maszyny klimatyzacyjnej Q, kW
56,015
Temperatura sucha = wilgotnej na wylocie z MK, t
swMK
= t
wwMK
,°C
18,86
Temperatura sucha wymieszanego strumienia powietrza, t
sm
,°C
22,87
Temperatura wilgotna powietrza dla zmieszanych strumieni, t
wm
,
o
C
19,66
Temperatura sucha na wypływie, t
sw
,°C
28,0
Temperatura wilgotna na wypływie, t
ww
,°C
21,37
6. Sprawdzenie norm klimatycznych
Przed zastosowaniem klimatyzacji tylko w chodniku odstawczym i na ścianie nie są
spełnione normy klimatyczne. Praca w tych wyrobiskach jest zabroniona. Norma polska do-
puszcza wykonywanie pracy w tych wyrobiskach jedynie w czasie akcji ratowniczych.
Normy
Chodnik odstawczy
Ściana
Przed klimatyza-
cją
Po zastosowaniu
klimatyzacji
Przed klimatyza-
cją
Po zastosowaniu
klimatyzacji
polska
praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
francuska
praca niemożliwa praca 8 h
praca niemożliwa praca 8 h
cuprum
praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
belgijska
praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
australijska
praca zabroniona praca 7,5 h
praca zabroniona praca 7,5 h
bułgarska
praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
amerykańska praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
niemiecka
praca zabroniona praca 8 h
praca zabroniona praca 8 h
15
7. Szkic rozmieszczenia urządzeń klimatyzacyjnych w wyrobiskach
1. chłodnica wody chłodzącej – skraplacz
2.
tama z przejściem dla ludzi i oknem regulacyjnym
3.
maszyna klimatyzacyjna
4.
chłodnica powietrza (chłodziarka) 214,5 kW
5.
chłodnica powietrza (chłodziarka) 3,28 kW
L
ITERATURA
:
1. Wacławik J., Cygankiewicz J., Knechtel J. : Poradnik „ Warunki klimatyczne w kopal-
niach głębokich ”, PAN, Kraków 1995.
2. Holek S. „Opracowanie potencjału ruchu wilgoci i opartych na nich metod prognozowa-
nia mikroklimatu wyrobisk górniczych”
3. Z. Nędza, F. Rosiek „Wentylacja kopalń”, Wrocław 1981
4.
A. Czapliński, Zwolan „Górnictwo, Materiały pomocnicze do ćwiczeń”, Lublin 1984r.