background image

 

Wydział 

Górnictwa i 

Geoinżynierii 

Sławomir Jastrzębski 

Bartosz Grzesiak 

Górnictwo i 

Geologia 

Zespół nr 4 

Wentylacja i 

pożary I 

Wyznaczanie współczynnika szczelności 

lutnociągu 

Nr 

ćwiczenia: 

Data wykonania: 

18.01.2014r. 

Data oddania: 

01.02.2014r. 

Ocena: 

 
 

1. 

Cel ćwiczenia. 

 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  się  z  problemami  przewietrzania  wyrobisk    ślepych  w 

kopalniach.  Wyrobiska  ślepe  w  trakcie  drążenia,  przewietrzane  są  za  pomocą  lutniociągu  i 
wentylatora  wymuszającego  w  nim  przepływ  powietrza.  Zadaniem  instalacji  lutniociągowej 
jest  doprowadzenie  do  miejsca  pracy  odpowiedniej  ilości  powietrza.  Ilość  ta  powinna 
zapewnić  rozrzedzanie  i  wymieszanie  gazów  wydzielających  się  ze  skał  oraz  gazów 
postrzałowych do koncentracji nie stwarzającej zagrożenia, jak również zapewnić utrzymanie 
w  wyrobisku  właściwych  warunków  klimatycznych.  W  każdym  lutniociągu,  niezależnie  od 
stosowanego sposobu (wentylacja ssąca, tłocząca, kombinowana) występują straty powietrza 
wskutek jego przepływu przez nieszczelności, połączeń poszczególnych segmentów lutni.   
 
 
Średnia prędkość przepływu powietrza v

śr

 

d

śr

p

v

2

817

,

0

[m/s] 

p

d 

– ciśnienie dynamiczne [Pa] 

 - gęstość powietrza [kg/m

3

 
Wydatek objętościowy przepływu powietrza Q: 
 

śr

v

Q

4

10

621

,

9

[m

3

/s] 

 
Ciśnienie całkowite w punkcie pomiarowym 

p

c

 

p

c

 = 

p

st

+

p

d 

[Pa] 

p

st

 – ciśnienie statyczne [Pa] 

 
 
 
 
 
 

background image

Współczynnik strat powietrza p: 
 

w

o

Q

Q

p

 

 

Q

w

 – wydatek powietrza na  odcinku pomiarowym p

o

 

Q

o

 – wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno p

1

, p

2

, p

3

, p

4

 
Współczynnik szczelności lutnociągu k: 

r

L

a

k

3

3

2

 

 
r – opór jednostkowy lutniociągu [Ns

2

/m

9

L – długość lutnociągu 
k – współczynnik szczelności lutnociągu  
a – wartość odczytana z wykresu 
 
 

2.  Wprowadzenie. 

 

2.1. Sposoby przewietrzania lutnociągami. 

 

Rozróżnia się przewietrzanie tłoczącessące i kombinowane

Zaletami przewietrzania tłoczącego są: 

-  korzystniejsze cieplne warunki pracy w przodku, większe natężenie chłodzenia, 
-  mniejsze straty powietrza, 
-  intensywniejsze usuwanie gazów z przodku. 

Wadą  przewietrzania  tłoczącego  jest  odpływ  zużytego  powietrza  przez  wyrobisko,  co 
przedłuża czas przewietrzania wyrobiska jako całości. Wada ta uwidacznia się szczególnie w 
wyrobiskach metanowych i wznoszących się, gdyż metan, jako lżejszy od powietrza, trudno 
schodzi w dół i gromadzi się pod stropem, gdzie intensywność przewietrzania jest mała. Jeżeli 
chodzi  o  przewietrzanie  wyrobiska  jako  całości,  a  nie  tylko  przestrzeni  przyprzodkowej,  to 
znacznie skuteczniejsze jest przewietrzanie ssące. Usuwa ono  bowiem  szkodliwe domieszki 
(gazy  odstrzałowe  lub  wydzielające  się  w  przodku)  w  stanie  bardziej  skoncentrowanym. 
potrzeba więc znacznie krótszego czasu i  mniejszej  ilości powietrza na rozrzedzenie gazów 
do  tanu  bezpiecznego.  Gdy  chodzi  o  warunki  pracy  w  przodku  i  usunięcie  z  niego 
szkodliwych  gazów  w  możliwie  najkrótszym  czasie,  wówczas  należy  zastosować 
przewietrzanie  tłoczące.  Jeżeli  zaś  chodzi  o  stworzenie  możliwie  najkorzystniejszych 
warunków  w  całym  wyrobisku  ślepym,  to  lepsze  jest  ssące.  W  celu  wykorzystania 
korzystnych stron obu sposobów przewietrzania stosuje się sposoby kombinowane. 
Wentylację  kombinowaną,  tj.  początkowo  po  odstrzeleniu  w  przodku  ssącą,  a  następnie 
tłoczącą uzyskać można przez: 

-  zmianą kierunku obrotów wirnika wentylatorów osiowych, 
-  zastosowanie urządzenia rewersyjnego, 
-  zastosowanie dwóch wentylatorów oraz manewrowanie odpowiednimi zasuwami Z1 i 

Z2. 

 
 

background image

2.2. Straty powietrza. Czynniki wpływające na wielkość strat. 

 

Zadaniem  urządzenia  lutniowego  jest  doprowadzanie  do  miejsca  pracy  (przodku 

drążonego  wyrobiska)  odpowiedniej  ilości  powietrza.  Ta  obliczona  odpowiednia  ilość 
powietrza powinna zapewnić rozrzedzenie i  wymieszanie gazów wydzielających się ze skał 
oraz  zapewnić  utrzymanie  właściwych  warunków  klimatycznych.  W  każdym  lutnociągu, 
niezależnie  od  stosowanego  sposobu  wentylacji  (ssąca,  tłocząca,  kombinowana),  występują 
straty  powietrza  wskutek  jego  wypływu  przez  nieszczelności  połączeń  poszczególnych 
segmentów lutni. Przy dodatniej różnicy ciśnień w lutnociągu i w wyrobisku p

0

, tzn. przy p-

p

>  0,  powietrze  dopływa  z  wyrobiska  do  lutni.  W  obu  przypadkach  ilość  powietrza 

przepływającego przez wentylator V

w

 musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przodku 

V

0

  i  ilości  V

s

  wypływającej  przez  nieszczelności na  całej  długości  lutnociągu  V

w

=V

0

+V

s

.  W 

praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty V

s

 mogą – 

nawet kilkakrotnie – przewyższają ilości powietrza V

0

 dopływającego do przodku. Znaczenie 

strat w przewietrzaniu lutniowym wzrasta niewspółmiernie przy lutnociągach długich, które 
stają  się  coraz  bardziej  nieodzowne  w  górnictwie  podziemnym.  Fakt  ten  i  względy 
ekonomiczne stanowią bodziec do podejmowanie coraz to nowszych wysiłków zmierzających 
określenia ich wielkości. 
Z doświadczenia wiadomo, że wielkość strat powietrza w lutnociągach zależy od: 

-  długości lutnociągu, 
-  rodzaju, stanu oraz liczby złączy lutni, 
-  materiału uszczelniającego i sposobu wykonania uszczelnienia, 
-  średnicy lutnociągu, 
-  materiału, z jakiego wykonane są lutnie. 

Ponadto wpływ na ilość przepływającego powietrza lutnociągiem nieszczelny wywierają: 

-  opór wyrobiska (strata naporu w wyrobisku), 
-  opór wlotu powietrza do lutnociągu, 
-  zmiana ilości ruchu wywołana dopływem masy przez nieszczelność przewodu (rodzaj 

wentylacji: ssąca, tłocząca), 

-  sposób rozmieszczenia wentylatorów wzdłuż lutnociągu. 

Ilościowe określenie wpływu poszczególnych czynników na wielkość strat powietrza, a co z 
tym  się  wiąże,  na  ilość  przepływającego  powietrza  przez  wentylator  i  jego  depresję  jest 
zagadnieniem  złożonym.  Ta  złożoność  problemów  skłania  czasem  niektórych  autorów 
zajmujących  się  tymi  zagadnieniami  do  podawania  pewnych  prostych  zasad  określenia 
wielkości  strat  powietrza  i  wymaganej  depresji  wentylatora  lutniowego,  zasad  opartych  na 
pewnych subiektywnym wyczuciu i częściowo doświadczeniu praktycznym. 
 
Źródło: „Przewietrzanie kopalń”, praca zbiorowa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

3.  Obliczenia. 

 
Parametry powietrza w laboratorium: 
t

s

= 18,6

t

w

= 13,6

p= 987,42 hPa = 98742 Pa 
 
Obliczam 

gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym: 

 

 

 

T = t

+ 273 [K] = 291,6 [K] 

 

p

w  

– prężność pary wodnej, obliczona ze wzoru: 

 

A

p

 = 0,000677 

 

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasycenia: 

 

T= t

w

+273 = 286,6 [K] 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

3.1. Zestawienie parametrów wentylacji lutniowej.  

1

2

3

4

p

0

1589,22

1422,45

1324,35

1324,35

p

1

388,48

-

-

-

p

2

-

278,11

-

-

p

3

-

-

132,44

-

p

4

-

-

-

70,63

p

0

313,92

951,57

1275,30

1618,65

p

1

274,68

-

-

-

p

2

-

274,68

-

-

p

3

-

-

196,20

-

p

4

-

-

-

78,48

p

0

42,58

40,29

38,87

38,87

p

1

21,05

-

-

-

p

2

-

17,81

-

-

p

3

-

-

12,29

-

p

4

-

-

-

8,98

p

0

0,0410

0,0388

0,0374

0,0374

p

1

0,0203

-

-

-

p

2

-

0,0171

-

-

p

3

-

-

0,0118

-

p

4

-

-

-

0,0086

p

0

1903,14

2374,02

2599,65

2943,00

p

1

663,16

-

-

-

p

2

-

552,79

-

-

p

3

-

-

328,64

-

p

4

-

-

-

149,11

v

śr

  [

m

/

s

]

Q  [m

3

/s]

p

c

  [

N

/

m

2

]

p

8

k

1,80

0,86

0,64

0,53

k [m

3

/N

1/2

*s]

0,44

0,32

0,23

7

a

0,9

1,1

1,35

1,6

a

3

4

5

6

p

0,49

lp

parametr

pkt

długość przewodu (m)

1

2

Δp

d

  [

N

/

m

2

]

p

st

  [

N

/

m

2

]

 

 
 

background image

3.2. Wykresy zmian ciśnienia całkowitego i współczynnika szczelności wzdłuż 

przewodu nieszczelnego. 
 

 

 
 
 
 

background image

4.  Wnioski 

 
 

Badania  szczelności  lutniociągu  wykazały,  że  wraz  ze  wzrostem  długości  lutniociągu 

maleje  współczynnik  szczelności  lutniociągu  k,  natomiast  wartość  ciśnienia  w  nim  spada. 
Można  więc  przyjąć,  że  zgodnie  z  dokonanymi  wyliczeniami  spadek  współczynnika 
szczelności powoduje wzrost strat w lutniociągu. 

 
Pomiary  wydatku  powietrza  na  wylocie  do  tego  zmierzonego  na  wlocie  dał  nam  obraz 

zmian  współczynnika  strat  p.  W  wyniku  tego  ustaliliśmy,  że  zgodnie  z  przypuszczeniami 
powietrze wydobywało się na zewnątrz i kolejno na odległość 1 m dotarło 49% wtłoczonego 
powietrza, na 2 m 44%, do 3 m 32% na końcu 4 m odcinka już tylko 23%. Jest to poważny 
problem, że tak niewielka część dostaje się do końca wyrobiska gdyż w praktyce wymusza to 
stosowanie dużych wydajności wentylatorów do przewietrzania lub zestawów wentylatorów. 
Wszystko to wiąże się ze wzrostem kosztów i hałasu w przewietrzanym wyrobisku. 

 
Obrazem  strat  w  lutniociągu  jest  również  wyliczone  ciśnienie  całkowite  w  kolejnych 

punktach pomiarowych. Dla kolejnych punktów przedstawia się ono następująco: 

  punkt 1 – 663,16 Pa 

  punkt 2 – 522,79 Pa 

  punkt 3 – 328,64 Pa 

  punkt 4 – 149,11 Pa 

Wynika z tego, że część powietrza wydostała się z lutniociągu przez nieszczelności samych 
rur jak i połączeń. 

 
W  górnictwie  najważniejszym  współczynnikiem  jest  współczynnik  k.  Dąży  się  do 

zwiększenia  go  w  celu  uzyskania  jak  najszczelniejszego  lutniociągu.  Od  efektywności 
przewietrzania  w  dużej  mierze  zależy  komfort  pracy  oraz  bezpieczeństwo.  Dostarczenie 
odpowiedniej ilości powietrza powoduje rozrzedzenie gazów wydostających się ze skał oraz 
powstałych w wyniku strzelania.