METODY PROGNOZOWANIA WILGOTNOŚCI POWIETRZA W WYROBISKACH GÓRNICZYCH



Podobne dokumenty
Zwalczanie zagrożenia klimatycznego w wyrobiskach eksploatacyjnych na przykładzie rozwiązań stosowanych w Lubelskim Węglu,,Bogdanka S.A.

Klimatyzacja centralna w Lubelskim Węglu Bogdanka S.A.

Wstępna i szczegółowa ocena zagrożenia klimatycznego w kopalniach

Uniwersalne cechy temperatury śląskiej TŚ w normowaniu czasu pracy i bezpieczeństwa cieplnego górników w środowiskach pracy kopalń głębokich

Jednostkowy opór aerodynamiczny lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW TERMICZNYCH DLA ODDZIAŁÓW EKSPLOATACYJNYCH W OPARCIU O POMIARY KOPALNIANE

OCENA SKUTECZNOŚCI KLIMATYZACJI WYROBISK GÓRNICZYCH W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO

PROGNOZA JEDNODNIOWA STĘŻENIA METANU NA WYLOCIE Z REJONU ŚCIANY N-6 W POKŁADZIE 330 W KWK K3

PRZEWIDYWANE ZAGROŻENIE KLIMATYCZNE W KOPALNIACH I ZWIĄZANE Z TYM ZAPOTRZEBOWANIE NA MOC CHŁODNICZĄ

ZMIANA PARAMETRÓW TERMODYNAMICZNYCH POWIETRZA W PAROWNIKU CHŁODZIARKI GÓRNICZEJ Z CZYNNIKIEM R407C***

OCENA POMIARÓW PARAMETRÓW PRACY CHŁODNICY POWIETRZA STUDIUM PRZYPADKU

WYZNACZANIE ZDOLNOŚCI CHŁODNICZEJ CHŁODNIC POWIETRZA W OPARCIU O POMIARY PARAMETRÓW POWIETRZA I WODY

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

Materiały szkoleniowe

KLIMATYZACJA CENTRALNA LGOM. SYSTEMY CENTRALNEJ KLIMATYZACJI ZAPROJEKTOWANE I ZBUDOWANE PRZEZ PeBeKa S.A. DLA KGHM POLSKA MIEDŹ S.A.

CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 4 (77) 2015, s

Wpływ charakterystyki zastępczej otoczenia rejonu wydobywczego na zagrożenie metanowe

ZWALCZANIE ZAGROŻENIA KLIMATYCZNEGO NA PRZYKŁADZIE BUDOWY KLIMATYZACJI GRUPOWEJ W POKŁADZIE 405 PARTIA L

Zwalczanie zagrożenia klimatycznego na przykładzie doświadczeń KHW S.A. KWK Murcki-Staszic

Odmetanowanie pokładów węgla w warunkach rosnącej koncentracji wydobycia

ZAGROŻENIE WYRZUTAMI GAZÓW I SKAŁ

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Ćwiczenie nr 2 Wpływ budowy skraplacza na wymianę ciepła

Układ wentylacji kombinowanej stosowany w Lubelskim Węglu,,Bogdanka S.A.

ZAGROŻENIA GAZOWE CENTRALNA STACJA RATOWNICTWA GÓRNICZEGO G

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

Ćwiczenie 5: Wymiana masy. Nawilżanie powietrza.

KOMPENDIUM WIEDZY. Opracowanie: BuildDesk Polska CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA BUDYNKÓW I ŚWIADECTWA ENERGETYCZNE NOWE PRZEPISY.

Instrukcja stanowiskowa

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: N Iz-EZiZO/41

KARTA PRZEDMIOTU. 1) Nazwa przedmiotu: Projekt inżynierski. 2) Kod przedmiotu: SIG-EZiZO/47

Pomiary ciepła spalania i wartości opałowej paliw gazowych

Nawiew powietrza do hal basenowych przez nawiewne szyny szczelinowe

K raków 26 ma rca 2011 r.

Czym jest chłodzenie ewaporacyjne?

KARTA SCENARIUSZY ROZWOJU TECHNOLOGICZNEGO MECHANIZACJA TECHNLOGIE PODSTAWOWE MECHANIZACJA TECHNOLOGII KLIMATYZACJA KOPALŃ

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

BADANIE PARAMETRÓW PROCESU SUSZENIA

Wentylacja wybranych obiektów podziemnych

WYNIKI BADAŃ PARAMETRÓW AERODYNAMICZNYCH ELASTYCZNYCH LUTNIOCIĄGÓW O MAŁYCH ŚREDNICACH

Analiza efektywności transportu chłodu w układzie centralnej klimatyzacji kopalni podziemnej


Analiza ekonomiczna chłodzenia bezpośredniego i wyparnego

Klimatyzacja 1. dr inż. Maciej Mijakowski

POMIARY WILGOTNOŚCI POWIETRZA

WPŁYW ZMNIEJSZENIA INTENSYWNOŚCI PRZEWIETRZANIA ODDZIAŁU W OKRESIE PRZERWY W WYDOBYCIU NA TEMPERATURĘ POWIETRZA W ODDZIALE PO WZNOWIENIU WYDOBYCIA

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

INFORMACJA TECHNICZNA INSTALACJA CHŁODNICZA O MOCY 60 MW Z CZTEREMA PODAJNIKAMI TRÓJKOMOROWO-RUROWYMI P.E.S.

Sankom: Wykres i-x Molliera wersja 1.5

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

1. CHARAKTERYSTYKA ZAGROŻENIA WENTYLACYJNEGO

W kręgu naszych zainteresowań jest:

Powstanie, struktura i zadania Oddziału CZOK.

1.1. KSZTAŁTOWANIE KLIMATU POMIESZCZEŃ

PORÓWNANIE METOD NORMATYWNYCH PROJEKTOWANIA OBUDOWY STALOWEJ ŁUKOWEJ PODATNEJ STOSOWANEJ W PODZIEMNYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH***

Konsekwencje termodynamiczne podsuszania paliwa w siłowni cieplnej.

Mechanika i Budowa Maszyn

OZNACZENIE WILGOTNOSCI POWIETRZA 1

RZECZPOSPOLITAPOLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

ANALIZA SYSTEMU KLIMATYZACJI DLA KRYTYCH PŁYWALNI Z OSUSZANIEM CZĘŚCI POWIETRZA RECYRKULOWANEGO Z WYKORZYSTANIEM POMPY CIEPŁA

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Autor: dr inż. Andrzej Sobolewski 2018 r. Wstęp

ZASTOSOWANIE GEOMETRII INŻYNIERSKIEJ W AEROLOGII GÓRNICZEJ

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

VAM-FA. Wentylacja z odzyskiem ciepła

Politechnika Gdańska

Forma zajęć: Prowadzący: Forma zajęć: Prowadzący: ZAJĘCIA DLA SZKÓŁ O PROFILU GÓRNICZYM

Rodzaj/forma zadania. Max liczba pkt. zamknięte 1 1 p. poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi

Sprawozdanie ze stażu naukowo-technicznego

Kalkulator Audytora wersja 1.1

Chłodnictwo i klimatyzacja / Kazimierz M. Gutkowski, Dariusz J. Butrymowicz. wyd. 2-1 dodr. (PWN). Warszawa, cop

1. Szczelność powietrzna budynku

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE

ANALIZA I OCENA PARAMETRÓW KSZTAŁTUJĄCYCH ZAGROŻENIE METANOWE W REJONACH ŚCIAN

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Problemy pomiaru ciśnienia i temperatury gazu w warunkach dużych prędkości. Juliusz Makowski Common S.A.

Sprawozdanie ze stażu naukowo-technicznego

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Wnikanie ciepła przy konwekcji swobodnej. 1. Wstęp

Koszty prac profilaktycznych w aspekcie zagrożenia metanowego dla wybranych rejonów ścian eksploatacyjnych

BADANIA WYDZIELANIA METANU DO WYROBISK CHODNIKOWYCH DRĄŻONYCH KOMBAJNAMI W POKŁADACH WĘGLA**

Wpływ zawilgocenia ściany zewnętrznej budynku mieszkalnego na rozkład temperatur wewnętrznych

Średnie miesięczne temperatury powietrza dla sezonu ogrzewczego wentylacji

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

WPŁYW DRENAŻU NA EFEKTYWNOŚĆ ODMETANOWANIA W KOPALNI WĘGLA**

WENTYLACJA I KLIMATYZACJA

Warunki mikroklimatu wyrobisk chodnikowych i ścianowych na wybranym przykładzie

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami wyrobisk górniczych w kopalniach węgla kamiennego. Praca zbiorowa pod redakcją Józefa Kabiesza

ANALIZA ZALEŻNOŚCI MIĘDZY GEOMECHANICZNYMI PARAMETRAMI SKAŁ ZŁOŻOWYCH I OTACZAJĄCYCH NA PRZYKŁADZIE WYBRANYCH REJONÓW GÓRNICZYCH KOPALŃ LGOM. 1.

Rok akademicki: 2015/2016 Kod: GIS WK-n Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Środowiska Specjalność: Wentylacja i klimatyzacja przemysłowa

Analiza Parametrów Meteorologicznych

Zagrożenia pogórnicze na terenach dawnych podziemnych kopalń węgla brunatnego w rejonie Piły-Młyna (woj. Kujawsko-Pomorskie)

Zanieczyszczenia pyłowe i gazowe : podstawy obliczenia i sterowania. poziomem emisji / Ryszard Marian Janka. Warszawa, 2014 Spis treści

Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

Algorytm jednoczesnego sterowania temperaturą i wilgotnością w kanale wentylacyjnym

Transkrypt:

wilgotność powietrza, prognoza warunków klimatycznych wentylacja kopalń Katarzyna WÓJTOWICZ* METODY PROGNOZOWANIA WILGOTNOŚCI POWIETRZA W WYROBISKACH GÓRNICZYCH W pracy przedstawiono wybrane metody prognozowania wilgotności powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych kopalń węgla kamiennego i rud miedzi oraz przeanalizowano podstawowe czynniki wpływające na wilgotność powietrza kopalnianego. W oparciu o wyniki pomiarów dokonano próby wyboru najlepszej z metod prognozowania wilgotności powietrza w wyrobiskach kopalń węgla i rud. 1. WSTĘP Z pośród wielu zagrożeń naturalnych występujących w polskim górnictwie podziemnym, zagrożenie klimatyczne w środowisku pracy jest obecnie jednym z dominujących niebezpieczeństw dla zdrowia i życia człowieka. Rozpoznanie zagrożenia klimatycznego jest potrzebne przy projektowaniu procesu technologicznego i przy ustalaniu bezpiecznych warunków pracy (między innymi: czasu pracy, ciężkość pracy itp.). W wielu krajach do oceny zagrożenia klimatycznego w kopalniach wykorzystuje się zasadniczo parametry powietrza kopalnianego kształtujące warunki klimatyczne. Do tych parametrów należy zaliczyć: temperaturę i wilgotność powietrza oraz jego prędkość przepływu. Oddziaływanie wysokich temperatur i dużej wilgotności na ludzi jest szkodliwe dla ich zdrowia. Może przyczynić się do zakłóceń w funkcjonowaniu organizmu, powodując problemy zdrowotne, takie jak np. zawały serca, osłabienie, wymioty, skurcze i odwodnienie organizmu. Pomimo stosunkowo niewielkiej zawartości pary wodnej w jednostce objętości powietrza, jej wpływ na wielkość przyjmowanego podczas ogrzewania i odbieranego * Politechnika Wrocławska, e-mail: ka.wojtowicz@pwr.wroc.pl

2 podczas chłodzenia ciepła jest istotny. Przyczyną tego jest prawie 2 krotnie większa pojemność cieplna właściwa pary wodnej i 2500 krotnie większe ciepło parowania lub skraplania wody od pojemności cieplnej właściwej powietrza suchego w warunkach ciśnienia atmosferycznego. Odbierając porcji nasyconego powietrza o temperaturze 30 o C i masie 1,0265 kg (w tej masie powietrza wilgotnego znajduje się 1 kg powietrza suchego) 10 kj ciepła obniży się temperaturę tego powietrza do 28 o C przemiana A. Natomiast odbierając jednostce masy powietrza suchego, także o temperaturze 30 o C, tę samą ilość ciepła (10 kj) obniży się jego temperaturę do 20 o C przemiana B (Drenda, 2006). Przedstawione wyżej przemiany powietrza pokazano na wykresie 1, na którym wyraźnie widać, że lepsze efekty poprawy warunków klimatycznych uzyskuje się podczas chłodzenia powietrza o mniejszej wilgotności. Analiza źródeł wilgoci pozwoli na określenie, które ze nich w największym stopniu wpływają na przyrost wilgotności powietrza w wyrobiskach, dzięki czemu skuteczniej będzie można je eliminować. Wykres 1. Przemiany powietrza przy różnych wilgotnościach względnych powietrza przy stałej różnicy entalpii (wykres wykonany za pomocą programu Mollier Sketcher). Graph 1. Alteration of air at different relative humidities of air at constant enthalpy difference (graph constructed using the Mollier Sketcher program).

3 2. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WILGOTNOŚĆ POWIETRZA W WYROBISKACH KOPALNIANYCH Na wilgotność powietrza kopalnianego w wyrobiskach wpływa wiele czynników. Związane są one z procesami wymiany energii i masy pomiędzy przepływającym powietrzem a źródłami ciepła i wilgoci. W warunkach kopalnianych tymi czynnikami są (Frycz, 1969): wilgotność oraz zdolność filtracyjna górotworu, system odwadniania kopalń, wydatek powietrza, temperatura pierwotna skał, głębokość kopalni i związane z nią ciśnienie barometryczne, procesy utleniania. Powietrze absorbuje parę wodną ze ścieków, kałuż na spągu, wycieków z otworów wiertniczych i szczelin. Powoduje to zawsze nawilżenie powietrza i jest to zjawisko bardzo niekorzystne w szczególności, jeśli ma miejsce w prądach powietrza świeżego. Wpływa niekorzystnie na procesy termoregulacyjne organizmów górników oraz powoduje zwiększenie zapotrzebowania na moc chłodniczą. Można temu zapobiec ujmując wodę w rurociągi na drogach głównych i grupowych powietrza świeżego (Frycz, 1969; Wacławik, 1998). Ciepło od górotworu, oprócz ciepła od maszyn i autokompresji, jest głównym źródłem przyrostu wilgotności powietrza w wyrobiskach górniczych. Porównując przyrosty wilgotności powietrza spowodowane dopływem ciepła od maszyn i urządzeń oraz transportowanego urobku z wartościami otrzymanymi z bilansu ciepła, można dojść do wniosku, że w wyrobiskach węglowych mniejsza część energii przechodzi do powietrza w sposób jawny, zaś większa poprzez parowanie wilgoci, w wyrobiskach rudnych wielkości te są w przybliżeniu jednakowe (Wacławik, 2007). Temperatura pierwotna skał w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego jest bardzo zróżnicowana. Średni stopień geotermiczny na tym obszarze wynosi 32,5 m/ o C i waha się od 26 m/ o C w rejonie Rudy Śląskiej do około 42 m/ o C w kopalniach nadwiślańskich (Madeja & Strumińska, 2006). Średnie temperatury skał na obszarze LGOM charakteryzują się dużą zmiennością i dla poszczególnych głębokości złoża wynoszą: 30 o C dla około 700 m p.p.m., 40 o C dla około 900 m p.p.m., i 45 o C dla około 1100 m p.p.m. Średni stopień geotermiczny w części południowo wschodniej złoża wynosi 27,4 m/ o C, a w części południowo zachodniej 30,2 m/ o C (Madeja & Strumińska, 2006). Ciepło generowane we wnętrzu Ziemi powoduje, że przemieszczając się z eksploatacją coraz głębiej, wzrasta temperatura pierwotna skał. Przepływające przez wyrobisko powietrze na ogół ma temperaturę inną niż otaczające skały. Występująca różnica temperatur wywołuje

4 przepływ ciepła. Ciepło z głębi górotworu przenoszone jest w kierunku ścian wyrobisk, od których przejmowane jest przez przepływające powietrze. Transport ciepła w skałach odbywa się przez przewodnictwo cieplne. W 1999 w kopalni Rudna przeprowadzono serię pomiarów, z których wynika, że największy przyrost temper tury i wilgotności wywołuje ciepło dopływające od skał. Struktura oddziałowych sieci wentylacyjnych w kopalniach rud miedzi charakteryzująca się istnieniem dużej ilości wyrobisk wielonitkowych w polach eksploatacyjnych, utrudnia przewietrzanie frontów eksploatacyjnych, a duża powierzchnia kontaktu skał o wysokiej temperaturze pierwotnej nie sprzyja utrzymaniu pożądanych warunków klimatycznych. Korzystne jest, zatem utrzymanie jak najmniejszego pola powierzchni kontaktu między powietrzem a skałami. Sprzyja temu przepływ powietrza świeżego w jak najmniejszej liczbie pasów eksploatacyjnych, mała szerokość i długość pola oraz "wyprostowany front eksploatacyjny" (Wacławik, 2000). Powietrze płynące w wyrobiskach górniczych zmieniających wysokość niwelacyjną podlega różnym ciśnieniom atmosferycznym. Zmiana ciśnienia wpływa na wilgotność powietrza. Wraz ze wzrostem ciśnienia, wilgotność maleje, czyli zdolność nawilżania powietrza maleje wraz z głębokością (Frycz, 1969). Rozpylona woda w wyrobisku, w celu zmniejszenia ilości pyłu powstającego w czasie pracy urządzeń urabiających i rozdrabniających, przyczynia się do wzrostu wilgotności powietrza. W wyniku zraszania urobek nasiąka wodą i podczas transportu para wodna dodatkowo nawilża powietrze (Wacławik, 1998). 3. METODY PROGNOZOWANIA W literaturze spotkać można wiele metod prognozowania warunków klimatycznych w wyrobiskach górniczych. Niektóre z nich opierają się na współczynnikach wyznaczanych doświadczalnie dla kopalń płytkich (Informacja, 1984). Inne wymagają skomplikowanych obliczeń i w praktyce nie są stosowane. Przedstawione poniżej metody lub sposoby wyznaczania wilgotności powietrza opierają się pomiarach podstawowych parametrów wentylacyjnych oraz geometrii wyrobisk. Z uwagi na bardzo odmienne warunki klimatyczne w kopalniach węglowych i rudnych, nie wszystkie metody i sposoby prognozowania stopnia zawilżenia powietrza nadają się do zastosowania w każdym typie wyrobisk. Metoda statystyczna znajduje zastosowanie jedynie w ścianach eksploatacyjnych. Metoda ruchowa (Strumińska & Madeja, 2002) oraz sposoby prognozy zaczerpnięte z prac S. Zwolana i A. Czaplińskiego (Zwolan & Czapliński, 1984) oraz A. Frycza (Frycz, 1969) można wykorzystać do wszystkich typów wyrobisk, chodników podścianowych, ścian eksploatacyjnych oraz chodników rudnych.

5 3.1. METODA RUCHOWA Metodę tę stosuje się w przypadku uruchamiania eksploatacji w kopalniach istniejących lub w przypadku modernizowania struktur kopalnianych sieci wentylacyjnych. Metoda ta oparta jest o badania strumieni ciepła wnikającego do powietrza kopalnianego w istniejących wyrobiskach górniczych (Strumińska & Madeja, 2002). W ruchowej metodzie prognozowania warunków klimatycznych w wyrobiskach górniczych najpierw należy wyznaczyć strumienie ciepła wnikającego do powietrza kopalnianego Q [J/s]. Następnie wylicza się zagęszczenie strumienia ciepła zakładając, że gęstość strumienia ciepła w każdym punkcie wyrobiska jest taka sama. Zagęszczenie strumienia ciepła definiuje wzór (Strumińska & Madeja, 2002): q = Q A [ J m 2 s ] (1) Znając strumienie ciepła, pole powierzchni skał mających kontakt z przepływającym powietrzem, strumień objętości powietrza, jaki płynie tym wyrobiskiem oraz temperaturę na początku wyrobiska, można wyznaczyć temperaturę na końcu wyrobiska korzystając z zależności (Strumińska & Madeja, 2002): - dla temperatury suchej t sw = t sd + q sa c V ρc p [ ] (2) - dla temperatury wilgotnej t ww = t wd + q wa c V ρc p [ ] (3) gdzie: q s, q w zagęszczenie strumienia ciepła, J/m 2 s t sd, t wd temperatura sucha i wilgotna na dopływie do wyrobiska, o C, A c pole powierzchni skał mających kontakt z przepływającym powietrzem, m 2, V strumień objętości powietrza, m 3 /s,

6 ρ gęstość masy powietrza, dla uproszczenia przyjmuje się ρ = 1,20 kg/m 3, c p właściwa pojemność cieplna powietrza kopalnianego; c p = 1005 J/(kgK). Aby zastosować metodę ruchową, konieczna jest znajomość średnich wartości gęstości strumienia ciepła wnikającego do kopalni. Dla obliczeń prognostycznych warunków klimatycznych wykorzystane zostaną średnie wartości gęstości strumienia ciepła wyznaczone przez A. Strumińskiego i B. Madeja Strumińską (Strumińska & Madeja). Wartości gęstości strumienia ciepła zamieszczone są w tabeli 1: Tabela 1. Wartości współczynników gęstości strumienia ciepła wnikającego do kopalni (Strumińska & Madeja, 2002). Table 1. The values of coefficients of heat flux penetrating into the mine (Strumińska & Madeja, 2002). Nazwa parametru LGOM GZW q s J/(m 2 s) 7,64 6,66 q w J/(m 2 s) 5,52 5,65 3.2. METODA STATYSTYCZNA Metoda ta uwzględnia wydobycie dobowe, strumień masy powietrza płynącego wyrobiskiem, długość wyrobiska, temperaturę pierwotną skał oraz temperaturę powietrza dopływającego do ściany. Korzystając z tych danych pomiarowych oraz metody najmniejszych kwadratów w pracy (Knechtel, 2002) przedstawiono empiryczną zależność na przyrost stopnia zawilżenia powietrza w ścianie eksploatacyjnej w postaci wzoru: x = 3,034 10 3 m w 0,279 L 0,271 gdzie: m w wydobycie dobowe kopalni, Mg/d, L długość ściany, m, t pg temperatura pierwotna skał, o C, t d temperatura powietrza wpływającego do ściany, o C, m strumień masy powietrza płynącego przez ścianę, kg/s. ( t pg t d ) 0,643 [ kg ] (4) m kg Z wzoru tego wynika, że im większe wydobycie dobowe oraz większa różnica temperatur, tym większy przyrost stopnia zawilżenia na ścianie. Długość ściany nie ma bezpośredniego wpływu na wilgotność względną. Na zawilżenie największy

7 wpływ ma wilgoć pochodząca z procesów technologicznych wydobycia dobowego i mocy zainstalowanych urządzeń. 3.3. METODA PROGNOZY Z PRACY FRYCZA A. Frycz w swojej pracy (Frycz, 1969) podaje na przyrost wilgotności właściwej powietrza następującą zależność: x = A β R w T s m s gdzie: A powierzchnia wyrobiska, m 2, β współczynnik przejmowania wilgoci, m/s, R w stała gazowa pary wodnej, J/(kgK), T s temperatura powietrza, K, m s strumień masy powietrza, kg/s, p ciśnienie pary wodnej w temperaturze ścianki, Pa, p n ciśnienie pary wodnej w powietrzu, Pa. (p p n ) [ kg kg ] (5) β = 0,0126 w0,9 D 0,1 Gu0,135 [ m2 s ] (6) gdzie: D średnica wyrobiska, m, w prędkość powietrza w wyrobisku, m/s, Gu liczba Guchamana, T s temperatura mierzona termometrem suchym, K, T w temperatura mierzona termometrem wilgotnym, K. Gu = T s T w T s (7) Z przytoczonych zależności wynika, że wymiana wilgoci zależy od liczby Guchmana. Jej wzrost (zmniejszenie wilgoci względnej powietrza) powoduje zmniejszenie przejmowania wilgoci. W wyrobiskach o krótkich okresach przewietrzania (ściany, chodniki podścianowe) decydujący wpływ na ruch wilgoci ma głębokość zalegania wyrobiska wzrost głębokości powoduje zmniejszenie współczynnika przejmowania wilgoci.

8 3.4. METODA Z PRACY S. ZWOLANA I A. CZAPLIŃSKIEGO Sposób ten przyrost stopnia zawilżenia wylicza się na podstawie wzoru (Zwolan & Czapliński, 1984): x = ( h z c p t ps ) 1 r w [ kg kg ] (8) gdzie: Δh z przyrost entalpii powietrza, kj/kg, c p ciepło właściwe powietrza przy stałym ciśnieniu, J/(kgK); c p = 1005 J/(kgK), Δt ps przyrost temperatury powietrza w wyrobisku, o C, r w ciepło parowania wody, kj/kg; r w = 2486 kj/kg. Przyrost entalpii powietrza wylicza się z zależności (Zwolan & Czapliński, 1984): gdzie: ε s współczynnik ciepła konwekcyjnego. Podstawiając zależność (9) do wzoru (8): h z = c p t ps ε s (9) x = ( c p t ps (1 ε s ) ε s ) 1 r w [ kg kg ] (10) W pracy [9] podano wartości współczynnika ciepła konwekcyjnego, które zależą od rodzaju wyrobiska, od tego, czy prowadzone są roboty eksploatacyjne i czy stosowane jest chłodzenie powietrza. Dla chodników, w których nie urabia się ε s = 0,35, a w których urabia się ε s = 0,60. Dla ścian eksploatacyjnych bez chłodzenia powietrza ε s = 0,15, natomiast dla ścian, w których powietrze jest chłodzone ε s = 0,25. Wartości te są bardzo uogólnione. Są to średnie z wielu pomiarów i doświadczeń, jednak warunki w kopalniach są tak zmienne, że należałoby indywidualnie dla każdego przypadku wyliczyć współczynnik ciepła konwekcyjnego.

9 4. WERYFIKACJA METOD PROGNOZOWANIA Na podstawie 46 pomiarów własnych dla kopalń rud miedzi i zamieszczonych w publikacjach (Knechtel, 2005) dla 177 ścian eksploatacyjnych i 298 chodników podścianowych dla kopalń węgla GZW przeprowadzono obliczenia przyrostu stopnia zawilżenia powietrza w poszczególnych wyrobiskach. Otrzymane wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli 2 wraz z ich dokładnościami. Tabela 2. Przyrost wilgotności powietrza w odniesieniu do 100 m wyrobiska. Table 2. Increase the humidity in relation to 100 m excavation. Metoda chodniki podścianowe x [kg/kg] δx x [kg/kg] ściany chodniki prowadzące prąd powietrza świeżego w KGHM δx x [kg/kg] δx ruchowa 0,00029 ±0,00009 0,00061 ± 0,00005 0,00012 ± 0,00003 Zwolan, Czapliński 0,00003 ±0,00001 0,00055 ± 0,00002 0,00012 ± 0,000005 Frycz 0,00051 ±0,00001 0,00291 ± 0,00039 0,00024 ± 0,00001 statystyczna 0,00211 ± 0,00026 Wartości średnie z pomiarów 0,0003 0,00026 0,00042 Prognozę stopnia zawilżenia w chodnikach podścianowych najlepiej przeprowadzić za pomocą metody ruchowej. Wynik uzyskany z prognozy z uwzględnieniem błędu, z jakim został wyznaczony, nie różni się od wyniku rzeczywistego otrzymanego z pomiarów. Natomiast wynik uzyskany z metody prognozy z pracy Zwolana i Czaplińskiego daje wynik dziesięciokrotnie niższy od rzeczywistego. Natomiast metoda opisana przez Frycza daje wynik prawie dwukrotnie większy. Dla ścian eksploatacyjnych metoda ruchowa i metoda Zwolana i Czaplińskiego dają zbliżone wyniki, które są jednak dwukrotnie wyższe od wartości pomierzonych. Metoda statystyczna i metoda Frycza dają odpowiednio ponad ośmioi jedenastokrotnie większe wartości przyrostu wilgotności właściwej. Dla chodników rudnych wszystkie metody prognozy dają za małe wartości stopnia zawilżenia. W metodzie ruchowej, która prognozuje temperatury suchą i wilgotną na końcu wyrobiska, temperatury różnią się od prawdziwych o 6,6 o C w przypadku temperatury suchej i o 5,9 o C dla temperatury wilgotnej. Metoda Zwolana i Czaplińskiego opiera się na współczynniku ciepła

10 konwekcyjnego, którego wartości zależą od tego czy w danym wyrobisku prowadzone są roboty eksploatacyjne lub czy w wyrobisku jest chłodzone powietrze. Prognozowane wartości stopnia zawilżenia na podstawie tego współczynnika dla chodników podścianowych i rudnych różnią się bardzo od tych pomierzonych. Gdy ten współczynnik wyliczono na podstawie (Rosiek & inni, 2005) okazało się, że prognozowana wilgotność właściwa jest prawie taka sama jak wartość rzeczywista. 5. PODSUMOWANIE Zagrożenie klimatyczne jest i będzie jednym z podstawowych zagrożeń, decydującym o bezpieczeństwie załóg dołowych w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych i możliwości prowadzenia robót eksploatacyjnych. Ochrona pracowników przed szkodliwym oddziaływaniem nieprzyjaznego otoczenia na ich zdrowie, realizowana jest przede wszystkim poprzez zwiększenie strumienia objętości powietrza doprowadzanego w miejsca prowadzonych robót. Poprawa warunków pracy tym sposobem jest jednak ograniczona dopuszczalnymi prędkościami przepływu powietrza przez wyrobiska górnicze oraz tym, czy rejon kopalni dysponuje określonymi rezerwami powietrza wentylacyjnego. W przypadku wysokiej temperatury pierwotnej górotworu, rozwiązania zmierzające do poprawy warunków klimatycznych (właściwe planowanie wyrobisk, transport urobku, rozmieszczenie urządzeń elektrycznych oraz racjonalna wentylacja wyrobisk) nie przynoszą określonych skutków i konieczne jest stosowanie urządzeń chłodniczych. Należy określić ilość wody zawartej w powietrzu, aby zainstalowane w wyrobisku urządzenia klimatyzacyjne działały wydajnie i ekonomicznie. Wyżej opisane metody prognozowania wilgotności powietrza pozwolą na szybkie wyznaczenie jej wielkości. Z uwagi na bardzo odmienne warunki klimatyczne w kopalniach węglowych i rudnych, nie wszystkie metody i sposoby prognozowania stopnia zawilżenia powietrza nadają się do zastosowania w każdym typie wyrobisk. Metoda statystyczna znajduje zastosowanie jedynie w ścianach eksploatacyjnych. Metoda ruchowa oraz sposoby prognozy zaczerpnięte z prac S. Zwolana i A. Czaplińskiego oraz A. Frycza można wykorzystać do wszystkich typów wyrobisk, chodników podścianowych, ścian eksploatacyjnych oraz chodników rudnych. Po przeprowadzeniu obliczeń i porównaniu otrzymanych wyników prognozy z wartościami pomierzonymi można stwierdzić, że dla chodników podścianowych najodpowiedniejszą metodą prognozy stopnia zawilżenia jest metoda ruchowa, dla ścian eksploatacyjnych również jest to metoda ruchowa oraz metoda Zwolana i Czaplińskiego. Dla chodników rudnych żadna z metod nie daje wartości zbliżonych do tych rzeczywistych. Jednak, gdyby w metodzie Zwolana i Czaplińskiego

11 uwzględnić dla każdego typu wyrobisk i danej sytuacji geologiczno-górniczej indywidualnie współczynnik ciepła konwekcyjnego, prognozowane wartości wilgotności właściwej byłby zbliżone do tych uzyskiwanych z pomiarów kopalnianych. LITERATURA DRENDA J., Wpływ zawartości wilgoci w powietrzu na efektywność procesów jego chłodzenia, 4 Szkoła Aerologii Górniczej, Kraków, 2006. FRYCZ A., Klimatyzacja kopalń, Wydawnictwo Śląsk, Katowice, 1969. MADEJA STRUMIŃSKA B. i inni, Zwiększenie bezpieczeństwa oraz efektywności klimatyzacji wyrobisk górniczych stosujących podziemne urządzenia chłodnicze diagnozowane termowizyjnie, Wrocław, 2006. KNECHTEL J., Prognozowanie zawilżenia powietrza w wyrobiskach eksploatacyjnych z wykorzystaniem metod statystycznych, 2 Szkoła Aerologii Górniczej, Zakopane, 2002. KNECHTEL J., Wpływ temperatury pierwotnej górotworu na zmiany wilgotności powietrza kopalnianego, Wiadomości Górnicze, Katowice, 10/2005. STRUMIŃSKI A., MADEJA STRUMIŃSKA B., Ruchowa metoda prognozowania warunków klimatycznych w kopalniach głębokich, Szkoła Aerologii Górniczej, Zakopane, 2002. ROSIEK F., SIKORA M., URBAŃSKI J., WACH J., Wyznaczenie współczynników termicznych dla oddziałów eksploatacyjnych w oparciu o pomiary kopalniane, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Górnictwo i Geologia VII, Wrocław, 2005. WACŁAWIK J. i inni, Warunki klimatyczne w kopalniach głębokich, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków, 1998. WACŁAWIKJ., Wpływ temperatury skał na warunki klimatyczne w wyrobiskach eksploatacyjnych, Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 2007. WACŁAWIK J., GAJOSIŃSKI S., TURKIEWICZ W., Bilans cieplny oddziału wydobywczego w kopalni rud miedzi, Czasopismo Naukowo Techniczne Górnictwa Rud, CUPRUM nr 15/2000. ZWOLAN S., CZAPLIŃSKI i A., Górnictwo materiały pomocnicze do ćwiczeń, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin, 1984. Czasopismo Informacja nr 2, Ministerstwo Górnictwa i Energetyki, Główne Biuro Studiów i Projektów Górniczych, Katowice, 1984

12 humidity, weather climate conditions mine ventilation METHODS FOR FORECASTING AIR HUMIDITY IN THE MINE EXCAVATIONS The paper presents a method of predicting the humidity in the exploitation excavation of coal mines and copper ores and analyzed the main factors affecting the humidity of mine air. Based on the results of measurements attemptedchoose the best method of prediction the humidity in the excavation of coal and ore mines.