praktyczny sposób wyznaczania oporów

Nr 87
Prace Naukowe Instytutu Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej
Nr 87
Nr 28
2000
Studia i Materiały
bocznice aktywne,
sieć wentylacyjna
Andrzej STRUMIŃSKI *
Barbara STRUMIŃSKA *
PRAKTYCZNY SPOSÓB WYZNACZANIA
OPORÓW AERODYNAMICZNYCH BOCZNIC
AKTYWNYCH SIECI WENTYLACYJNYCH
W pracy przedstawiono metodę wyznaczania oporów aerodynamicznych wyrobisk górniczych
opartą o kilkakrotne pomiary strumieni objętości powietrza i ciśnienia powietrza w bocznicach sieci
wchodzących w skład niezależnych oczek wewnętrznych. Metoda dotyczy aktywnych sieci wentylacyjnych.
Praca będzie podstawą do dalszych badań prowadzonych w Zakładzie Wentylacji, Pożarów
i Bezpieczeństwa Pracy Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej.
1. WSTĘP
Na przepływ powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej oprócz wentylatorów
kopalnianych, mają wpływ czynniki naturalne, jak temperatura powietrza, jego ciśnienie i wilgotność, skład chemiczny powietrza itp. [2,3]. Wymienione czynniki determinują określone wartości gęstości powietrza. Wpływ gęstości powietrza wiąże się
z oczkami sieci wentylacyjnej, zawierającymi niepoziome wyrobiska górnicze. Tak
więc gęstość powietrza w kopalniach istniejących jest wielkością zmienną, zależną od
miejsca w sieci wentylacyjnej.
Uwzględnianie zmiennej gęstości powietrza przy wyznaczaniu określonych parametrów sieci wentylacyjnej w wielu przypadkach nastręcza poważnych trudności.
Dlatego też często przyjmuje się założenie upraszczające, że gęstość powietrza w kopalni ma wartość stałą, np. ρn = 1,20 kg/m3. Przyjęcie takiego założenia może być jednak uzasadnione tylko wówczas, gdy w kopalni występują małe różnice ciśnienia powietrza, jego składu chemicznego oraz temperatury. Warunki takie występują na ogół
przy małych głębokościach eksploatacji i wówczas można sieć wentylacyjną traktować jako sieć pasywną. Na ogół jednak sieć wentylacyjną trzeba traktować jako aktywną, przy czym gęstość powietrza jest wielkością zmienną i w wyrobiskach niepoziomych występują wówczas lokalne ciągi (depresje) naturalne.
__________
104
* Politechnika Wrocławska, Instytut Górnictwa, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
Znajomość oporów aerodynamicznych wyrobisk górniczych jest niezbędna w
rozwiązywaniu licznych zagadnień wentylacyjnych, a w szczególności doboru wentylatorów głównego przewietrzania do sieci wentylacyjnej, wyznaczaniu naturalnych i
wymuszonych rozpływów powietrza itp. W rzeczywistych sieciach wentylacyjnych
współczesnych kopalń węgla i rud miedzi, w których głębokość eksploatacyjna przekracza 1000 m wszelkie obliczenia i pomiary wentylacyjne powinny być prowadzone
przy uwzględnieniu zmiennej gęstości powietrza kopalnianego. W szczególności wyznaczając opory aerodynamiczne bocznic (wyrobisk górniczych) aktywnej sieci wentylacyjnej, należy uwzględniać generowane ciągi naturalne. Przyczyni się to do
zwiększenia dokładności wyznaczania oporów aerodynamicznych bocznic kopalnianych sieci wentylacyjnych, a co za tym idzie, do usprawnienia różnych obliczeń wentylacyjnych, zwłaszcza obliczeń skomputeryzowanych.
2. PODSTAWOWE ZWIĄZKI STOSOWANE PRZY WYZNACZANIU
OPORÓW AERODYNAMICZNYCH WYROBISK GÓRNICZYCH
W AKTYWNYCH SIECIACH WENTYLACYJNYCH
Chropowatość ścian wyrobiska górniczego wpływa w sposób zasadniczy na wartości oporu tarcia powietrza o ściany tego wyrobiska. Jeśli chropowatość ścian jest
większa od przyściennej warstwy powietrza, to następuje wzrost tarcia cząstek powietrza o ściany wyrobiska i zwichrzenie zewnętrznych linii prądu powietrza. Podczas takiego przepływu jednostkowa praca tarcia dlf jest wyrażona równaniem Darcy’egoWeisbacha [2]
w2 ds
dl f = λ f
⋅
(1)
2 De
gdzie:
λf – liczba oporu bocznicy sieci (wyrobiska górniczego),
w – średnia prędkość powietrza w tej bocznicy,
s – współrzędna bieżąca,
De – średnica równoważna tejże bocznicy dana przez wzór
A
De = 4
(2)
B
w którym A i B oznaczają odpowiednio pole przekroju poprzecznego bocznicy sieci
i obwód tego przekroju.
Uwzględniając ponadto, że
V
(3)
w=
A
105
gdzie V oznacza strumień objętości (objętościowy wydatek) powietrza, po odpowiednich przekształceniach i scałkowaniu równania (1) wzdłuż drogi s, otrzymuje się wzór
na dyssypację energii użytecznej lfv (J/m3), czyli pracę tarcia odniesioną do 1 m3 powietrza o średniej gęstości ρn = 1,20 kg/m3, przy czym
l fv = R V 2
(4)
gdzie R (kg/m7) – to opór właściwy wyrobiska górniczego o długości L (m) ujęty zależnością:
λ f ρn B
R=
⋅ ⋅L
(5)
8 A3
Dyssypację energii lfv (kg/m7) występującą we wzorze (4) dla istniejących bocznic sieci wentylacyjnej można wyznaczyć korzystając z zależności [2,3]
(
)
1

1
( p w − pd ) + g ( z w − z d ) 
l fv = − ρ m  ww2 − wd2 +
ρm
2

(6)
We wzorze (6) wprowadzono następujące oznaczenia:
pd, pw – ciśnienie powietrza w przekroju dopływu (d) i przekroju wypływu (w)
bocznicy d-w, Pa,
wd, ww – średnie prędkości powietrza w tych przekrojach, m/s,
g
– miejscowe przyspieszenie siły ciężkości, m/s2,
zd, zw – wysokości geodezyjne środków tychże przekrojów, m,
ρm
– średnia gęstość powietrza, np. ρm = 0,5 (ρd + ρw), kg/m3.
Gęstość masy powietrza wilgotnego w dowolnym wyrobisku górniczym, w którym skład chemiczny powietrza jest zbliżony do składu powietrza atmosferycznego,
może być wyznaczona ze wzoru wyprowadzonego z równania stanu gazów doskonałych i półdoskonałych, a mianowicie
p
ρ =
(7)
RaTv
gdzie:
p – ciśnienie statyczne bezwzględne zmierzone w miejscu, dla którego wyznaczamy
gęstość powietrza, Pa,
Ra – indywidualne stała gazowa powietrza suchego wynosząca 287,04 J/(kgK),
Tv – temperatura wirtualna powietrza kopalnianego [2] wyznaczona z zależności
przybliżonej
Tv = ( 1 + 0,6 X ) T
(8)
106
We wzorze (8) X oznacza zawartość wilgoci w powietrzu kopalnianym (w kg/kg),
T natomiast temperaturę rzeczywistą tego powietrza (w K).
Zawartość wilgoci (stopień zawilżenia) powietrza wyznacza się korzystające ze
związku
pH 2 O
X = 0,622
(9)
p − pH 2 O
Ciśnienie cząstkowe pary wodnej p H 2O może być wyznaczone z następującej zależności
17,27 tϕ
pH 2O = 610,5 exp
− 0,000644 p ta − tϕ
(10)
237,3 + tϕ
(
)
w której ta i tϕ oznaczają odpowiednio temperaturę zmierzoną termometrem suchym
i termometrem wilgotnym (°C).
Gęstość powietrza kopalnianego będącego roztworem powietrza suchego i pary
wodnej można wyznaczyć także ze wzoru [5]
ρ =
0,002166 ( 1 + X ) p
⋅
X + 0,622
T
(11)
Jeśli skład chemiczny powietrza kopalnianego znacznie różni się od powietrza atmosferycznego, to przy korzystaniu ze wzoru (7) temperaturę wirtualną Tv należy wyznaczyć z zależności [2]




M
Ma
H 2O 

Tv =
X
+
(12)
I−1

( X + 1) M H 2O 

r
M
∑ i i

i= 1


gdzie:
Ma – masa drobinowa powietrza suchego,
M H 2O – masa drobinowa wody,
ri
– udział objętościowy i-tego składnika suchego roztworu gazowego (bez
pary
wodnej) w wilgotnym powietrzu kopalnianym,
i
– wskaźnik składnika roztworu gazowego, przy czym I-1 oznacza liczbę
wszystkich składników suchego roztworu gazowego otrzymanego po usunięciu pary wodnej z powietrza kopalnianego.
Znając dyssypację energii użytecznej w bocznicy sieci obliczoną z zależności (6)
oraz średni strumień objętości powietrza przepływającego tą bocznicą można wyznaczyć opór aerodynamiczny tejże bocznicy korzystając z przekształconego wzoru (4),
a mianowicie
107
R=
l fv
V 2
(13)
Pomiar wielkości wentylacyjnych występujących we wzorach (2) do (6) w podziemiach kopalń węgla, rud lub soli odbywa się na ogół w warunkach sprzyjających
powstawaniu znacznych błędów pomiarowych. Powoduje to, że wyznaczone opory
aerodynamiczne bocznic sieci różnią się znacznie od oporów rzeczywistych. Przejawia się to zwykle dużą różnicą między rozpływami powietrza wyznaczonymi na podstawie programów komputerowych wykorzystujących te opory a rzeczywistymi
(zmierzonymi) rozpływami powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych. Problem ten rozwiązywany jest najczęściej przez stosowanie różnych metod wyrównywania wyznaczonych oporów bocznic sieci wentylacyjnych [6,7]. Zabiegi te są jednak
sztuczne i nie mają na ogół nic wspólnego z rzetelnie wyznaczonymi oporami aerodynamicznymi wyrobisk górniczych, zwłaszcza w przypadku aktywnych sieci wentylacyjnych.
W niniejszym artykule wychodzimy z założenia, że przy wyznaczaniu oporów
bocznic sieci wentylacyjnej dla celów obliczeń komputerowych powinno się brać pod
uwagę określone oczka sieci a nie pojedyncze wyrobiska. Ponadto w oczkach tych
musi się spełnić prawo dla oczek i prawo dla węzłów sieci wentylacyjnych [9].
W ogólnym przypadku w bocznicy sieci aktywnej występują: spadek potencjału
aerodynamicznego δ Φ , dyssypacja energii użytecznej w bocznicy lfv i w oporze miejscowym lmv, lokalny ciąg naturalny env oraz praca techniczna wentylatora ltv. Między
wymienionymi wielkościami zachodzi związek
δ Φ
v
= l fv + lmv − ltv − env
(14)
Dla oczka zamkniętego sieci wentylacyjnej złożonego z i–bocznic spełniają się
relacje:
∑ δ Φ vi = 0
(15)
i
oraz
∑
i
l fvi +
∑
i
l mvi −
∑
i
l tvi −
∑
i
e nvi = 0
(16)
Według pracy [3] spadek potencjału aerodynamicznego w bocznicy sieci (w J/kg)
może być obliczony ze wzoru
1
1


 po  κ  1 2
κ υ 0   po  κ
2
 − pd 

δ Φ = −
pw 
(17)
 p   − 2 ww − wd − g ( z w − zd )
κ − 1   pw 
d 



(
gdzie:
)
108
κ =
υ
cp
cw
– wykładnik izentropowy powietrza kopalnianego,
– objętość właściwa powietrza w przekroju dopływu (0) powietrza
do kopalni, m3/kg,
p0
– ciśnienie powietrza w przekroju (0), Pa.
Lokalny ciąg naturalny en (w J/kg) generowany w bocznicy sieci można wyznaczyć z zależności [3]
1
1


 p0  κ  1  1
κ υ 0   p0  κ
1 




 ( p w − pd )
en =
pw 
− pd 
− 
+
(18)





κ −1
p
p
2
ρ
ρ
w
 d 
 d
  w 

Relacje zachodzące odpowiednio między spadkiem potencjału aerodynamicznego δ Φ (w J/m3) i δ Φ (w J/kg) oraz ciągami naturalnymi env (w J/m3) i en (w J/kg) są
następujące:
0
δ Φ
v
= ρ mδ Φ = 0,5 ( ρ d + ρ w ) δ Φ
env = ρ m en = 0,5 ( ρ d + ρ w ) en
(19)
(20)
Dyssypacja energii użytecznej w oporze miejscowym oraz praca techniczna wentylatora w istniejącej bocznicy sieci można określić w oparciu o pomiar ciśnienia powietrza przed i za oporem lokalnym lub przed i za wentylatorem, przy czym uzyskuje
się:
– dla oporu miejscowego
lmv = pd − pw
(21)
– dla wentylatora podziemnego
ltv = pw − pd
(22)
Prawo dla węzłów sieci wentylacyjnej wyraża zasadę zachowania masy, przy
czym zachodzą relacje:
∑ m di = ∑ m wj
(23)
i
j
∑
i
Vndi =
∑
j
Vnwj
(24)
gdzie:
m d , m w – strumień masy powietrza odpowiednio w przekroju dopływu (d) do węzła
sieci i w przekroju wypływu (w) tego węzła,


Vnd ,Vnw – strumienie objętości normalnej powietrza w tych przekrojach,
109
i, j
– odpowiednio liczba (numer) przekroju dopływu i wypływu powietrza
do węzła sieci.
Dla przepływu ustalonego jednowymiarowego przyjętego w niniejszych rozważaniach dla szczelnej bocznicy sieci zachodzi zależność
m = idem
(25)
lub
m = Vρ = Vn ρ n = idem
(26)
w której ρn = 1,20 kg/m3 oznacza gęstość powietrza dla warunków normalnych,
tj. pn = 101325 Pa, Tn = 293,15 K.
W przypadku, gdy w bocznicy sieci nie występuje opór miejscowy i wentylator
podziemny, to wówczas spadek potencjału w takiej bocznicy wynosi
δΦ
v
= l fv − env
(27)
Jeśli również ciąg naturalny jest równy zeru, to wtedy spadek potencjału jest
równy dyssypacji energii użytecznej, zachodzącej w tej bocznicy.
W celu zobrazowania metody wyznaczania oporów bocznic w aktywnych sieciach wentylacyjnych rozważmy jednooczkową sieć wentylacyjną przedstawioną na
rys.
1.
W bocznicach a i b tej sieci występują jedynie dyssypacje użyteczne lfva i lfvb oraz lokalne depresje naturalne enva1 i envb1. Ponadto w bocznicach tych płyną strumienie objętości powietrza Va1 i Vb1 .
Rys. 1. Jednooczkowa sieć wentylacyjna: a) bez tamy dławiącej, b) z tamą dławiącą o oporach ∆Rma
Fig. 1. One-loop ventilation network a) without choke stopping, b) with choke stopping
of ∆Rma resistance
Dla oczka sieci wentylacyjnej przedstawionego na rys. 1a, zgodnie z (4) i (16)
można napisać następujące równanie
RaVa21 − RbVb21 − e nva1 + e nvb1 = 0
(28)
110
W równaniu (28) strumienie objętości powietrza Va1 i Vb1 są wielkościami znanymi, wyznaczonymi w oparciu o pomiar średnich prędkości powietrza wa i wb oraz
pola przekrojów poprzecznych Aa i Ab tych bocznic (wzór (3). Znane są również lokalne ciągi naturalne enva1 i envb1 generowane w bocznicach a i b (wzory (18) i (20)). Opory Ra i Rb natomiast są niewiadomymi, przy czym, aby je wyznaczyć, należy dysponować układem dwóch równań, w których te niewiadome występują. Dlatego też dalej
przyjmujemy, że w bocznicy 1–a–2 (rys. 1b) będzie umieszczony dodatkowy opór aerodynamiczny ∆Rma o znanej wartości. Po zainstalowaniu tego oporu na dole kopalni
powtarza się pomiary prędkości przepływu powietrza oraz ciśnienia powietrza.
W oparciu o te pomiary wyznaczamy strumienie objętości powietrza Va 2 , Vb 2 oraz depresje naturalne enva2 i envb2. Wartość dodatkowego oporu, np. tamy dławiącej określamy ze wzoru
p − p
∆ Rma = md 2 mw
(29)
Va 2
gdzie pmd, pmw oznaczają ciśnienia powietrza zmierzone odpowiednio przed i za oporem miejscowym. Różnica wymienionych ciśnień może być także wyznaczona zwyczajną
U-rurką bardzo powszechnie używaną w metrologii górniczej. W tym przypadku ww.
różnica ciśnień jest wyliczana ze wzoru
∆ pm = pmd − pmw = ∆ hρ c g
(30)
przy czym ∆h oznacza wysokość słupka cieczy w U-rurce, ρc – gęstość cieczy w tej
rurce a g jak we wzorze (6).
Biorąc pod uwagę wykonane pomiary dla wymienionego oczka sieci można napisać drugie równanie, które ma postać
( Ra +
∆ Rma ) Va22 − RbVb22 − enva 2 + envb 2 = 0
(31)
Rozwiązując układ równań (28) i (31) otrzymujemy
2
 Vb1 
2
2



∆ RmaVa 2 − enva 2 + envb 2 Vb1 + ( enva1 − envb1 ) 
Va1 

Ra =
V V 2 − V V 2
(
)
(
oraz
Rb =
(∆ R
2
maVa 2
b 2 a1
) (
b1 a 2
)
)
− enva 2 + envb 2 Va21 + enva1 − envb1
Vb 2Va1 2 − Vb1Va 2 2
(
) (
)
(32)
(33)
Tak więc dla wyznaczenia oporów rzeczywistych, tj. oporów Ra i Rb przy średnich gęstościach powietrza ρma i ρmb w tych bocznicach, konieczny jest dwukrotny po-
111
miar strumieni objętości powietrza, średnich prędkości przepływu powietrza oraz ciśnień statystycznych bezwzględnych, w obranych stacjach pomiarowych.
Wzory (32) i (33) odnoszą się do oczek sieci wentylacyjnych złożonych z dwóch
bocznic.
W przypadku oczka sieci złożonego z trzech bocznic (rys. 2a) układa się trzy
równania oczkowe, a mianowicie:
RaVa21 + RcVc21 − RbVb21 − enva1 − envc1 + envb1 = 0
( Ra + ∆ Rma1 ) Va22 + RcVc22 − RbVb22 − enva 2 − envc 2 + envb 2 = 0
(34)
( Ra +
(36)
∆ Rma 2 ) Va23 + RcVc23 − RbVb23 − enva 3 − envc 3 + envb3 = 0
(35)
Rys. 2. Trójbocznicowe oczko sieci aktywnej: a) bez tamy dławiącej, b) z tamą dławiącą o oporach ∆
Rma1 i ∆Rma2, c) z tamą dławiącą o oporze ∆Rmc1
Fig. 2. Triple air-split loop of active network a) without choke stopping, b) with choke stopping
of ∆Rma1 and ∆Rma2 resistance, c) with choke stopping of ∆Rmc1 resistance
112
Pierwszy pomiar wykonuje się bez korzystania z dodatkowego oporu, drugi pomiar – przy dodatkowym oporze ∆Rma1 zlokalizowanym w jednej z wybranych bocznic (np. w bocznicy 1–2 - rys. 2b) i trzeci pomiar przy dodatkowym oporze ∆Rma2 w
tej bocznicy, różnym od ∆Rma1. Trzeci pomiar może być również wykonany przy innej
lokalizacji oporu dodatkowego ∆Rm, np. w bocznicy 2–3 (rys. 2d - opór ∆Rmc1) i zlikwidowaniu oporu ∆Rma1. Układ równań oczkowych ma wówczas postać:
RaVa21 + RcVc21 − RbVb21 − enva1 − envc1 + envb1 = 0
(37)
∆ Rma1 ) Va22 + RcVc22 − RbVb22 − enva 2 − envc 2 + envb 2 = 0
(38)
RaVa23 + ( Rc + ∆ Rmc1 ) Vc23 − RbVb23 − enva 3 − envc 3 + envb3 = 0
(39)
( Ra +
Rozwiązując układ równań (34)–(36) lub (37)–(39) względem Ra, Rb i Rc, uzyskuje się wartości tych oporów, przy czym ich dokładność wyznaczenia zależy od dokładności wyznaczenia strumieni objętości powietrza oraz ciśnień barometrycznych.
Jeśli zachodziłaby konieczność wyznaczenia oporów bocznic w oczku sieci złożonym z czterech bocznic (rys. 3), to konieczne jest ułożenie i rozwiązanie czterech
równań oczkowych, a mianowicie:
RaVa21 − RcVc21 + RbVb21 − RdVd21 − enva1 + envc1 − envb1 + envd 1 = 0
(40)
( Ra +
∆ Rma1 ) Va22 − RcVc22 + RbVb22 − RdVd22 − enva 2 + envc 2 − envb 2 + e nvd 2 = 0
(41)
( Ra +
∆ Rma 2 ) Va23 − RcVc23 + RbVb23 − RdVd23 − enva 3 + envc3 − envb3 + e nvd 3 = 0
(42)
( Ra +
∆ Rma 3 ) Va24 − RcVc24 + RbVb24 − RdVd24 − enva 4 + envc 4 − envb 4 + e nvd 4 = 0
(43)
W tym przypadku dodatkowy opór w bocznicy sieci 2–4 (rys. 3b) musi być zmieniany trzykrotnie, np. przez przymykanie okna w tamie dławiącej.
Można również korzystać z dwóch lub trzech oporów dodatkowych zlokalizowanych
w różnych bocznicach sieci. Np. jeśli korzysta się z trzech tam dławiących (rys.
3b,c,d), to wówczas równania oczkowe, z których wyznaczamy opory Ra, Rb, Rc i Rd są
następujące:
(44)
RaVa21 − RcVc21 + RbVb21 − RdVd21 − enva1 + envc1 − envb1 + envd 1 = 0
( Ra +
∆ Rma ) Va22 − RcVc22 + RbVb22 − RdVd22 − enva 2 + envc 2 − envb 2 + e nvd 2 = 0
(44)
RaVa23 − RcVc23 + ( Rb + ∆ Rmb ) Vb23 − RdVd23 − enva 3 + envc 3 − envb3 + e nvd 3 = 0
(45)
RaVa24 − ( Rc + ∆ Rmc ) Vc24 + RbVb24 − RdVd24 − enva 4 + envc 4 − envb 4 + e nvd 4 = 0
(46)
Należy jednak zaznaczyć, że na ogół rzadko zachodzi potrzeba wykonywania
czterokrotnych pomiarów strumieni objętości powietrza i ciśnień powietrza oraz trzy-
113
krotnego określania dodatkowych oporów aerodynamicznych. Z rysunku 3e widać na
przykład, że jeśli wyznaczymy opory trzech bocznic tworzących oczka 1–2–3–1 oraz
4–5–6–4, to dla wyznaczenia oporów bocznic 2–4 i 3–5 oczka 2–4–5–3–2, złożonego
z czterech bocznic, wystarczy ułożenie tylko dwóch równań oczkowych i wprowadzenia tylko jednego oporu dodatkowego, gdyż opory R4-5 i R2-3 są już znane w wyniku
uprzednio wykonanych obliczeń.
Rys. 3. Czterobocznicowe oczko sieci aktywnej: a) bez tamy dławiącej, b) z tamą dławiącą o oporze ∆
Rma, c) z tamą dławiącą o oporze ∆Rmb, d) z tamą dławiącą o oporze ∆Rmc,
e) sieć wentylacyjna złożona z trzech oczek
114
Fig. 3. Quadruple air-split loop of active network a) without choke stopping, b) with choke stopping
of ∆Rma resistance, c) with choke stopping of ∆Rmb resistance d) with choke stopping of ∆Rmc resistance e)
ventilation network made of 3 loops
W praktyce więc najczęściej ma się do czynienia z koniecznością wykonania
dwóch lub trzech serii pomiarów strumieni objętości powietrza i ciśnienia powietrza
oraz stosowaniu jednego lub dwóch oporów dodatkowych zlokalizowanych w odpowiednich bocznicach sieci.
Zrozumiałe jest, że dla każdej serii pomiarowej należy wykonać obliczenia lokalnych ciągów naturalnych env, które występują w równaniach (28), (31–46).
Dodatkowe opory ∆Rm mogą być zlokalizowane w dowolnie wybranych bocznicach wchodzących w skład odnośnego oczka sieci. Jednak wskazane jest lokalizowanie tych oporów w bocznicach, którymi płyną duże strumienie objętości powietrza, co
umożliwia różne przydławienia powietrza w bocznicy sieci (np. przez odpowiednie
przymknięcie okienka regulacyjnego w tamie) i uzyskanie różnych wartości oporów
dodatkowych ∆Rm.
W praktyce kopalnianej do pomiaru prędkości przepływu powietrza można stosować anemometry skrzydełkowe, a do pomiaru ciśnienia powietrza możliwie dokładne
mikrobarometry, np. typu baroluks lub µBAR.
Należy dodać, że opory bocznic sieci wentylacyjnej mogą być wyznaczone bezpośrednio ze wzoru (13), w oparciu o wyznaczone dyssypacje energii użytecznej lfv
oraz strumienie objętości powietrza V . Jednak wówczas, jak już wspomniano, dokładność wyznaczonych oporów może być mała, co w praktyce może prowadzić do
poważnych błędów przy komputerowych obliczeniach rozpływów powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych. Dlatego też uważamy, że współcześnie konieczne
jest poszukiwanie i wdrażanie do praktyki górniczej coraz to nowszych, bardziej dokładnych metod pomiarowych, w oparciu o które wyznaczane są różne parametry sieci wentylacyjnej, a zwłaszcza opory aerodynamiczne bocznic sieci. Tylko wtedy precyzyjne obliczenia komputerowe mogą być rzetelnym odzwierciedleniem kopalnianej
rzeczywistości.
3. ZAKOŃCZENIE
Opracowany sposób wyznaczania oporów aerodynamicznych bocznic aktywnej
sieci wentylacyjnej jest prosty i wymaga podstawowych pomiarów wentylacyjnych,
takich jak: pomiar ciśnienia barometrycznego, średnich prędkości przepływu powietrza oraz temperatury suchej i wilgotnej. Konieczne jest także dokładne wyznaczenie
pól przekrojów poprzecznych w obranych bocznicach sieci wentylacyjnej. Pomiary te
muszą być powtarzane tyle razy, ile występuje bocznic w oczku sieci wentylacyjnej.
Należy także dysponować dodatkowymi oporami w jednej lub kilku bocznicach sieci.
115
Liczba oporów dodatkowych jest zawsze o jeden mniejsza od liczby bocznic sieci, dla
których wyznaczamy opory aerodynamiczne w danym oczku sieci.
Należy wyraźnie podkreślić, że pozytywne rezultaty w zastosowaniu przedstawionej metody wyznaczania oporów aerodynamicznych bocznic kopalnianej aktywnej
sieci wentylacyjnej można uzyskać w zasadzie tylko wówczas, gdy udaje się wyraźnie
zdławić przepływ powietrza w bocznicy, w której stosuje się dodatkowy opór.
W naszym przekonaniu przedstawiona metoda wymaga dalszych badań weryfikacyjnych w kopalniach rud miedzi i węgla kamiennego.
LITERATURA
[1] BUDRYK W., Wentylacja kopalń, cz. 1. Przewietrzanie wyrobisk, Katowice, WGH 1961.
[2] BYSTROŃ H., JAROŃ S., MARKEFKA P., STRUMIŃSKI A., WOJTYCZKA A., Poradnik górnika, t. III, Dz. I: Przewietrzanie kopalń, Katowice, Wyd. „Śląsk” 1975.
[3] BYSTROŃ H., Podstawowe pojęcia i związki opisujące quasi-stacjonarny przepływ powietrza wilgotnego wyrobiskiem górniczym w kopalni podziemnej, „Przegląd Górniczy” nr 11–12, 1982.
[4] DZIURZYŃSKI W., KRUCZKOWSKI J., Pomiar wydatku przepływu w wyrobisku górniczym z zastosowaniem nowych technik pomiarowych, XX Dni Techniki ROW’94, Seminarium nt. „Problemy
przewietrzania wyrobisk dołowych oraz nowoczesne metody kontroli i stabilizacji parametrów w sieci wentylacyjnej” SITG, Wodzisław Śl., 19–20 październik 1994.
[5] ROSZCZYNALSKI W., TRUTWIN W., WACŁAWIK J., Kopalniane pomiary wentylacyjne, Katowice, Wyd. „Śląsk” 1982.
[6] STRUMIŃSKI A., Wyrównywanie materii strumieniem powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych, Prace GIG, Katowice, Wyd. „Śląsk” 1971.
[7] STRUMIŃSKI A., Wyrównywanie wyników pomiarów potencjału powietrza w kopalnianych sieciach
wentylacyjnych, Prace GIG, Katowice, Wyd. „Śląsk” 1971.
[8] STRUMIŃSKI A., MADEJA-STRUMIŃSKA B., Praktyczny sposób wyznaczania oporów aerodynamicznych bocznic kopalnianych sieci wentylacyjnych, „Przegląd Górniczy” nr 6, 1997.
[9] STRUMIŃSKI A., MADEJA-STRUMIŃSKA B., Opracowanie praktycznego sposobu wyznaczania
oporów aerodynamicznych aktywnych bocznic sieci wentylacyjnych, Instytut Górnictwa Politechniki
Wrocławskiej, Raporty 1999, praca niepublikowana.
ELABORATING OF PRACTICAL METHOD OF THE AERODYNAMIC DRAGS
DETERMINATION FOR ACTIVE AIR SPLITS
The method of aerodynamic drags basing on multiple measurements of air stream volume and air
pressure in the air splits being a part of independent internal loops is presented in the study. The
method concern active ventilation networks.Atmosphere testing and its concentrations at the measuring
points was presented. The analysis of results and measuring was carried out and conclusions were
worked out. This research work will be the base for the further investigations carried out in Ventilation,
Fire and Work Safety Department of the Mining Institute of the Wrocław Technical University.