Prognozowanie metodą J. Voss'a temperatury powietrza w wyrobiskach górniczych na przykładzie kopalń LGOM
W polskich kopalniach rud miedzi zagrożenie klimatyczne rośnie z głębokością eksploatacji. Wyczerpywanie się złóż rud miedzi na małych głębokościach powoduje schodzenie z eksploatacją na coraz to niższe poziomy. Stan ten będzie się w najbliższych latach pogłębiał, a tym samym wzrośnie zagrożenie klimatyczne. W związku z tym nabierają znaczenia metody prognozowania temperatury powietrza kopalnianego, pozwalające wcześnie przewidywać wystąpienie trudnych warunków klimatycznych. Metodą prognozowania temperatury powietrza, która znajduje zastosowanie w polskich kopalniach rud miedzi, jest metoda J. Vossa. Metoda ta może być wykorzystana do wyznaczania pola temperatury powietrza przy wykonywaniu wariantowych obliczeń rozpływu powietrza w sieciach wentylacyjnych, szczególnie przy prowadzeniu obliczeń komputerowych. Zaletą tej metody jest to, że większość potrzebnych w niej współczynników można wyznaczyć na podstawie pomiarów dołowych, przeprowadzanych przez służby wentylacyjne kopalń w czasie wykonywania okresowych analiz rozpływu powietrza. Zaletą jest również możliwość prognozowania temperatury powietrza zarówno mierzonej termometrem suchym jak i wilgotnym.
1. Zależności opisujące metodę prognozowania temperatury powietrza kopalnianego mierzonej termometrem suchym
Metoda J. Vossa została opracowana w latach 1965÷1973 przez Zespół Badawczy ds Klimatyzacji Kopalń w RFN [10,11].
W metodzie tej wychodzi się z podstawowych równań ruchu ciepła i masy, tj. równań opisujących przewodnictwo cieplne, konwekcję i parowanie wilgoci. Wyprowadzona zależność nie uwzlędnia jednak zmian temperatury powietrza wynikających z nachylenia wyrobiska. Dlatego też w niniejszej pracy zmodyfikowano tę metodę tak, aby mogła służyć do prognozowania temperatury w wyrobiskach nachylonych.
Zgodnie z metodą J. Vossa, przedstawioną w pracy [10], prognozowaną temperaturę powietrza na wylocie z wyrobiska, po przyjęciu oznaczeń przyjętych w tej pracy, wyznacza się z zależności:
(1)
gdzie:
- prognozowana temperatura powietrza mierzona termometrem suchym na końcu wyrobiska, °C,
- temperatura powietrza mierzona termometrem suchym na początku wyrobiska, dla którego wykonujemy prognozę, °C,
- temperatura pierwotna skał otaczających wyrobisko, °C,
- współczynnik ciepła konwekcyjnego, które ogrzewa powietrze suche, równy ilorazowi ciepła konwekcyjnego do ciepła całkowitego,
- ekwiwalentny współczynnik przewodzenia ciepła w wilgotnym masywie skalnym,
(…)
… powietrza, °C.
Dla wyznaczenia, występującego w zależnościach (6) i (7) strumienia masy powietrza suchego korzysta się z zależności
(9)
gdzie:
- prędkość średnia powietrza w przekroju, dla którego wyznacza się strumień masy, m/s,
- strumień objętości powietrza w wyrobisku, m3/s, - gęstość powietrza suchego w przekroju, w którym mierzymy prędkość powietrza, kg/m3, przy czym
(10)
- ciśnienie statyczne, bezwzględne powietrza w miejscu pomiaru prędkości powietrza w tym wyrobisku, Pa,
- indywidualna stała gazowa powietrza suchego; = 287,04 J/(kg K),
- temperatura powietrza mierzona termometrem suchym w miejscu pomiaru prędkości
powietrza, K.
Zakładając, że strumień ciepła dopływający z górotworu i od źródeł zewnętrznych do powietrza jest równomiernie rozłożony wzdłuż długości wyrobiska można napisać
(11)
(12)
gdzie:
- zagęszczenie strumienia ciepła dopływającego z górotworu, W/m.
- zagęszczenie strumienia ciepła od dodatkowych źródeł ciepła, W/m, przy czym
(13)
- moc dodatkowych źródeł ciepła, kW,
- współczynnik określający jaka część energii ze źródeł dodatkowych wpływa na
podwyższenie temperatury mierzonej termometrem suchym.
Dla wyrobiska nachylonego pod kątem do poziomu, zgodnie z rys.1, można napisać
(14…
… mierzonej termometrem wilgotnym na końcu wyrobiska wychodzi się z zależności (20) do której wstawia się odpowiednio zależność na entalpię powietrza wilgotnego (41)
gdzie:
- entalpia powietrza wilgotnego, J/(1+x)kg,
- entalpia powietrza suchego, J/kg,
- entalpia pary wodnej, J/kg,
- ciepło parowania wody w temperaturze 0 °C; = 2500000 J/kg,
- pojemność cieplna (ciepło właściwe) pary wodnej przy stałym…
… suchego w przekroju dopływu (d), W, - strumień energii powietrza suchego w przekroju wypływu (w), W,
- strumień ciepła dopływający do powietrza od źródeł zewnętrznych, W,
- strumień ciepła dopływający do powietrza z górotworu, W.
Strumień energii powietrza opisuje zależność [12]:
(4)
gdzie:
- jednostkowy strumień energii równy
(5)
- przyspieszenie siły ciężkości, = 9.80665 m/s2, - wysokość niwelacyjna, m…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)