Zastostosowanie schematu potencjalnego i dysypacji mocy do analizy bezpieczeństwa oraz ekonomiczności sieci wentylacyjnej
Bezpieczeństwo sieci wentylacyjnej jest ważnym dla praktyki górniczej elementem BHP w kopalniach podziemnych. Oznacza ono taki stan sieci wentylacyjnej, który zapewnia załodze wykonywanie pracy w warunkach nie zagrażających jej życiu ani zdrowiu, a obejmuje ogół środków i urządzeń służących do osiągnięcia tego stanu; zakłada się również usuwanie lub co najmniej ograniczenie szkodliwości związanych z procesem produkcyjnym, spośród których najniebezpieczniejsze są zagrożenia ze strony pożarów podziemnych lub wybuchów metanu i pyłu węglowego.
Zasady bezpieczeństwa sieci wentylacyjnej, ujmowane w literaturze fachowej i w coraz to nowszych przepisach górniczych, są rozwijane od drugiej połowy XIX stulecia. Przez długi okres czasu w XIX wieku motorem rozwijania tych zasad były głównie katastrofy spowodowane pożarami lub wybuchami metanu i pyłu węglowego. Wiek XX, zwłaszcza druga jego połowa, cechują się prowadzeniem w kraju i za granicą intensywych badań naukowych nad bezpieczeństwem sieci wentylacyjnej.
Opierając się na teorii prądów przekątnych H. Czeczotta i teorii stabilizacji kierunków prądów W. Budryka, jak również na praktyce kopalń krajowych i zagranicznych można stwierdzić, że dla bezpieczeństwa sieci wentylacyjnej podstawowe znaczenie ma zagadnienie łatwości panowania nad kierunkami prądów powietrza. Zagadnienie to jest obecnie bardzo aktualne, a to w związku z koncentracją procesów produkcyjnych.
Zasady i przepisy bezpieczeństwa ze względu na pożary i wybuchy w kopalni, zwłaszcza silnie metanowej, przemawiają za stosowaniem możliwie dużej liczby rejonów wentylacyjnych. Natomiast zasady ekonomiki przemawiają za stosowaniem koncentracji procesów produkcyjnych, co prowadzi do zmniejszenia liczby rejonów wentylacyjnych. Konieczne zatem jest podjęcie szeregu środków profilaktycznych, do których należy zaliczyć stosowanie rejonowych prądów powietrza cechujących się określoną stabilnością kierunków.
Prace przeprowadzone w Głównym Instytucie Górnictwa doprowadziły do stwierdzenia, że w zagadnieniu badania łatwości panowania nad kierunkami prądów powietrza podstawowe znaczenie ma schemat potencjalny sieci wentylacyjnej.
W ostatnich latach w związku z istniejącym w górnictwie dążeniem do koncentracji wydobycia, wzrosło zapotrzebowanie na powietrze w rejonach wentylacyjnych. Stan ten spowodował zwiększenie ilości powietrza płynącego w bocznicach sieci wentylcyjnej, a tym samym zwiększenie dysypacji mocy w tych bocznicach. Pociągnęło to za sobą potrzebę instalowania wentylatorów głównych o coraz większej mocy. Dlatego też coraz większe znaczenie praktyczne ma ekononika przewietrzania kopalni, dla której istotne jest zwalczanie wąskich przekrojów wentylacyjnych, tj. bocznic w których powstają zbyt duże dysypacje mocy.
Dysypacja mocy w sieci wentylacyjnej
Przez dysypację mocy rozumie się rozproszenie (straty) mocy w sieci wentylacyjnej. Znajomość wartości dysypacji mocy w poszczególnych elementach sieci wentylacyjnej pozwala analizować racjonalność jej rozkładu, a tym samym ekonomikę przewietrzania.
Dysypacja mocy Nf w bocznicy sieci wentylacyjnej dana jest wzorem:
Nf = lfv V = dFv V, (1)
gdzie:
- Nf - dysypacja mocy w bocznicy , W,
- lfv - dysypacja energii w bocznicy , J/m3,
- V - strumień objętości powietrza w bocznicy, m3/s,
- dFv - spadek potencjału aerodynamicznego, J/m3.
Kopalniane sieci wentylacyjne składają się zazwyczaj z dużej ilości bocznic. W związku z tym wyłaniają się trudności w badaniu tych sieci. Konieczny więc jest podział bocznic tych sieci na istotne i nieistotne.
Klasyfikacja prądów powietrza ze względu na wartość dysypacji mocy
Według M. Garncarz w górnictwie francuskim przeprowadza się k1asyfikację bocznic sieci wentylacyjnej przy korzystaniu z następujących kryteriów:
- bocznice mocne
Nf ³ 1.2 kW, (2a)
- bocznice średnie
1.2 kW > Nf ³ 0,13 kW, (2b)
- bocznice słabe
Nf < 0,13 kW. (2c)
Za bocznice nieistotne uważa się bocznice słabe oraz mniej ważne bocznice średnie. Według badań francuskich w kopalnianych sieciach wentylacyjnych występuje 25 do 45 % bocznic nieistotnych. Eliminacja bocznic nieistotnych upraszcza znacznie analizę aktualnego stanu wentylacji dla danej kopalni. Decydujące znaczenie dla stabilności prądów przekątnych i zależnych ma występująca w nich dysypacja mocy. Im większa dysypacja mocy występuje w takim prądzie, tym bardziej jest on stabilny.
W wyniku przeprowadzonych w Głównym Instytucie Górnictwa badań prądów zależnych opracowano klasyfikację tych prądów:
- mocny prąd zależny
Nf ³ 1200 W (3a )
- średni prąd zależny
1200 W > Nf ³ 600 W (3b)
- słaby prąd zależny
600 W > Nf ³ 50 W (3c)
- bardzo słaby prąd zależny
Nf < 50 W. (3d )
Dalsze badania nad dysypacją mocy w sieciach wentylacyjnych pozwoliły rozszerzyć powyższą klasyfikację dla prądów zależnych na wszystkie bocznice sieci, przy czym kryteria takiej klasyfikacji są następujące:
- bardzo mocny prąd
Nf ³ 6000 W (4a)
- mocny prąd
6000 W > Nf ³ 1200 W ...
mopsik87