1
Projekt przewietrzania sieci
wentylacyjnej kopalni
Obliczanie niezbędnej
ilości powietrza
w kopalni
1
Projekt przewietrzania sieci
wentylacyjnej kopalni
Obliczanie niezbędnej
ilości powietrza
w kopalni
2
Założenia do obliczeń projektowych
Dla wykonania obliczeń zakłada się:
• zanieczyszczenie węgla, %, (przyjmujemy - 10% roboty
eksploatacyjne, 50% - roboty przygotowawcze)
• metanonośność, m
3
CH
4
/Mg
c.s.w
, (przyjmujemy: II KZM - pierwszy
pokład, III KZM - drugi pokład, IV KZM – trzeci pokład),
• postęp ścian, (przyjmujemy 40-100 m/m-c),
W oparciu o parametry geometryczne odczytane z map
pokładowych i złożowych oblicza się wydobycie dobowe brutto
i odpowiednio dobowe netto pomniejszone o wielkość
zanieczyszczeń. Wyniki należy zestawić tabelarycznie.
• Przekrój wnęki ścianowej
trapez:
podstawa dłuższa niższa 3,5 [m]
podstawa wyższa 3,0 [m]
współczynnik zmniejszenia przekroju f=0,85
3
Obliczanie niezbędnej ilości
powietrza w kopalni
• Przy obliczaniu niezbędnej ilości powietrza w kopalni
każdorazowo należy uwzględniać wymagania aktualnych
przepisów górniczych, w szczególności przepisów
dotyczących zapewnienia we wszystkich wyrobiskach
kopalni właściwe go składu powietrza (to jest
minimalnej zawartości tlenu oraz nieprzekroczenia
dopuszczalnej ilości gazów niebezpiecznych dla zdrowia
i życia ludzi i/lub niebezpiecznych ze względu na
możliwość wybuchu lub zapalenia) i jego temperatury,
a także dotyczących minimalnej i maksymalnej
prędkości powietrza.
4
Obliczenia niezbędnej ilości powietrza w
kopalni należy prowadzić w następującej
kolejności:
•
obliczenia niezbędnej ilości powietrza w miejscach jego
zapotrzebowania, to jest w: wyrobiskach eksploatacyjnych,
wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych niezależnym prądem
powietrza, komorach funkcyjnych oraz wyrobiskach
technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi
(wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i drogi
ucieczkowe),
•
zbilansowanie obliczonej niezbędnej ilości powietrza z wszystkich
miejsc jego zapotrzebowania w kopalni i sprawdzenie, czy w
żadnym wyrobisku nie są przekroczone dopuszczalne prędkości
powietrza; w grupowych drogach powietrza zużytego należy
uwzględnić 10% rezerwy w stosunku do dopuszczalnej
maksymalnej prędkości powietrza (ze względu na bilansowanie
powietrza o różnych parametrach fizycznych),
•
wykonanie komputerowych obliczeń rozpływu powietrza dla
sprawdzenia uzyskania obliczonych ilości powietrza.
5
Niezbędna ilość powietrza w kopalni
1. ΣV
e
-
suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach
eksploatacyjnych, m
3
/min, (3 warunki)
2. Σ V
kf
- suma niezbędnych ilości powietrza w komorach
funkcyjnych, m
3
/min, (5-krotna objętość komory
funkcyjnej),
3. Σ V
wt
- suma niezbędnych ilości powietrza świeżego w
wyrobiskach technologicznych otamowanych tamami
rozdzielającymi, m
3
/min, (nomogram)
4. Σ V
kn
- suma niezbędnych ilości powietrza w
wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych
niezależnymi prądami powietrza (obliczenia wentylacji
lutniowej), m
3
/min.
6
1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w
poszczególnych miejscach jego
zapotrzebowania
• Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach
eksploatacyjnych, szybach, szybikach i wyrobiskach
korytarzowych z opływowym prądem powietrza
• Warunek 1) Obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu
na minimalną dopuszczalną prędkość powietrza
• Niezbędną ilość powietrza ze względu na minimalną dopuszczalną,
prędkość powietrza dla wyrobisk eksploatacyjnych, szybów,
szybików i wyrobisk korytarzowych z opływowym prądem powietrza,
należy wyznaczać korzystając ze wzoru:
• V = 60 * A * w
min
• gdzie: V- ilość powietrza, m
3
/min.
• A - pole przekroju użytecznego wyrobiska, m
2
,
• w
min
- prędkość minimalna powietrza wymagana przepisami, m/s.
7
Prędkości powietrza
Prędkość powietrza, m/s
Rodzaj wyrobiska górniczego
minimalna
maksymalna
Szyb lub szybik zjazdowy
0,15
12,0
Wyrobiska korytarzowe w polach metanowych
0,3
8,0
1)
Pozostałe wyrobiska korytarzowe w tym
otamowane tamami rozdzielającymi
-
8,0
Wyrobiska wybierkowe w polach metanowych
0,3
5,0
Wyrobiska wybierkowe w polach niemetanowych
0,15
5,0
Wyrobiska z trakcją elektryczną w polach
metanowych (klasa a zagrożenia wybuchem
metanu)
1,0
8,0
Wyrobiska o upadzie od 5° do 10° ze schodzącym
prądem powietrza
0.5
8,0
1)
Wyrobiska przewietrzane za pomocą wentylacji
lutniowej w polach niemetanowych lub
zaliczonych do I kategorii zagrożenia metanowego
0,15
1) Prędkość powietrza w wyrobiskach, w których nie odbywa się regularny ruch ludzi, może być
zwiększona do 10 m/s.
8
1. Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w
poszczególnych miejscach jego
zapotrzebowania
• Warunek 2) Dla wyznaczania niezbędnej
ilości powietrza w wyrobiskach
wybierkowych celowe jest korzystanie z
optymalnej prędkości powietrza, równej
dla tych wyrobisk 2,0 m/s.
9
1.
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza ze względu
na występowanie zagrożenia metanowego
•
Warunek 3) Niezbędną, ilość powietrza ze względu na występowanie
zagrożenia metanowego (począwszy od II kategorii zagrożenia
metanowego) dla wyrobisk z opływowym prądem powietrza należy
wyznaczać na podstawie odpowiednich prognoz metanowości
bezwzględnej. Na podstawie wyników takiej prognozy można wyznaczyć
potrzebną ilość powietrza dla określonego wyrobiska, korzystając z
zależności:
gdzie : k
max
- maksymalna procentowa zawartość metanu w wylotowym prądzie
powietrza z tego wyrobiska, %CH
4
;
k
– procentowa zawartość metanu w prądzie powietrza dopływającym do tego
wyrobiska, %CH4;
V
CH4
– prognozowana metanowość bezwzględna wg metody „Kopalni
doświadczalnej Barbara”, m
3
/min;
c -
współczynnik nierównomierności wydzielania się metanu w ścianie;
c
= 1,65.
k
k
V
c
V
CH
−
⋅
⋅
=
max
4
100
10
Dopuszczalne zawartości metanu w wyrobiskach wybierkowych
oraz drążonych korytarzowych i szybach (szybikach)
W przypadku, gdy z prądu powietrza dopływającego do określonego wyrobiska ani nie jest pobierane
powietrze dla przewietrzania drążonego wyrobiska, ani też nie ma w nim odstawy urobku, zwykle
można przyjąć k = 0%. W przeciwnym przypadku wartość k określa się na podstawie odpowiednich
prognoz, a przy ich braku z ostrożności można przyjąć k=0.5%. Przy takiej bowiem zawartości metanu,
powietrze traktować można jeszcze jako powietrze świeże.
Lp.
Rodzaj
wyrobiska
Sposób zabezpieczenia przewietrzania,
drążenia
Dopuszczalne
zawartości
metanu
k
max
, %
1.
Wybierkowe
bez metanometrii automatycznej
2,0
2
Wybierkowe
metanometria automatyczna
2,0
3.
Drążone
korytarzowe
metanometria automatyczna wentylacja tłocząca,
tradycyjna
2.0
4.
Drążone
korytarzowe
metanometria automatyczna wentylacja tłocząca,
kombajnem przy jego pracy
1,0
5
Drążone
korytarzowe
metanometria automatyczna
wentylacja tłocząca. bez pracy kombajnu
2,0
6.
Drążone
korytarzowe
metanometria automatyczna
wentylacja lutniowa ssąco- tłocząca, urządzenia
odpylające
1,0
7.
Drążone
korytarzowe
metanometria automatyczna
wentylacja lutniowa ssąca
1,0
8.
Szyb (szybik)
wentylacja lutniowa
1.0
11
2.
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w komorach
funkcyjnych, przewietrzanych niezależnym prądem
powietrza
• Niezbędne ilości powietrza dla komór funkcyjnych (z
wyjątkiem komór ładowania akumulatorów) należy
obliczać uwzględniając wymóg przepisów dotyczący
potrzeby co najmniej pięciokrotnej wymiany powietrza w
ciągu godziny, stosując wzór :
•
V = 0,1 * V
k
[m
3
/min]
•
gdzie: V
k
jest objętością komory funkcyjnej, w metrach
sześciennych.
• Wartość V niezależnie od wyniku obliczeń powinna być
nie mniejsza niż 30 m
3
/min.
12
3.
Obliczanie niezbędnej ilości powietrza w wyrobiskach
technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi
Niezbędne ilości powietrza w wyrobiskach technologicznych otamowanych
tamami rozdzielającymi (wyrobiska dojściowe, odstawcze, transportowe i
drogi ucieczkowe) należy dobierać w taki sposób, by w wyrobiskach tych
zachowany był właściwy skład powietrza;
Opór R
w0
wyrobiska technologicznego otamowanego tamami rozdzielającymi
należy przyjmować w zależności od rodzaju układu tam rozdzielających,
obejmującego dwie tamy połączone szeregowo jako :
•
dla typowych tam w wyrobiskach odstawczych R
wo
=
od 1,5 kg/m
7
do 2,0
kg/m
7
,
•
dla tam drewnianych z drzwiami R
wo
= 5 kg/m
7
,
•
dla tam murowanych z drzwiami R
wo
= od 20 kg/m
7
do 25 kg/m
7
,
•
dla tam specjalnej konstrukcji wykonanych w potencjalnym spięciu
wentylacyjnym między szybami: wdechowym i wydechowym na nieczynnym
poziomie wentylacyjnym R
wo
=100 kg/m
7
.
•
(Przyjmujemy spadek naporu równy 500Pa i odczytujemy ilość
powietrza dla przyjętego oporu tamy np. R
wo
= 5 kg/m
7
)
13
3.
Nomogram
do określenia ilości
powietrza
w wyrobiskach
technologicznych
14
4. Obliczenie ilości powietrza w wyrobiskach
korytarzowych przewietrzanych niezależnymi
prądami powietrza (obliczanie wentylacji lutniowej dla
drążonego ślepego wyrobiska)
15
Obliczenie niezbędnej ilości
powietrza w kopalni
• Niezbędną ilość powietrza doprowadzonego do kopalni należy
obliczać bilansując niezbędne ilości powietrza w miejscach jego
zapotrzebowania według wzoru:
• gdzie: V
k
-
niezbędna ilość powietrza w kopalni, m
3
/min,
• ΣV
e
-
suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach
eksploatacyjnych, m
3
/min,
• Σ V
kf
- suma niezbędnych ilości powietrza w komorach funkcyjnych,
m
3
/min,
• Σ V
wt
- suma niezbędnych ilości powietrza świeżego w wyrobiskach
technologicznych otamowanych tamami rozdzielającymi, m
3
/min,
• Σ V
kn
- suma niezbędnych ilości powietrza w wyrobiskach
korytarzowych przewietrzanych niezależnymi prądami
powietrza (w tym niezależne prądy dla przewietrzania drążonych
wyrobisk), m
3
/min.
∑
∑
∑
∑
+
+
+
=
kn
wt
kf
e
k
V
V
V
V
V
16
Obliczenie niezbędnej ilości
powietrza w kopalni
•
Ilość powietrza w kanale wentylacyjnym, równą wydajności wentylatora V
w
przy
określonym szybie wydechowym, oblicza się jako sumy ilości
powietrza wypływającego z dołu kopalni i strat zewnętrznych powietrza V
z
.
•
Całkowitą ilość powietrza wypływającego z kopalni V
w
jest równa ilości
powietrza przepływającego przez wentylator głównego przewietrzania
z
k
w
V
V
V
+
=
17
Obliczanie ilości powietrza dopływającego do kanału
wentylacyjnego z atmosfery zewnętrznej (straty zewnętrzne)
• Straty zewnętrzne powietrza V
z
są zależne głównie od sposobu
zamknięcia zrębu szybu.
1 . szyby z wyciągiem klatkowym z
klapami,
2. szyby z wyciągiem klatkowym z
budynkiem depresyjnym,
3. szyby z wyciągiem klatkowym z
budynkiem i klapami,
4. szyby z wyciągiem klatkowym lub
skipowym, z uszczelnionym
trzonem wieży szybowej
5. szyby wyłącznie wentylacyjne głuche
zamknięcie szybu
Nomogram do określenia strat
zewnętrznych powietrza w
zależności od straty naporu na
uszczelnieniu zrębu szybu