• Nie Znaleziono Wyników

Index of /rozprawy2/10329

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Index of /rozprawy2/10329"

Copied!
126
0
0

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Górnictwa Podziemnego. Rozprawa doktorska. PROGNOZOWANIE WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH DLA ŚCIAN O WYSOKIEJ KONCENTRACJI WYDOBYCIA mgr inż. Mariusz Kapusta. Promotor dr hab. inż. Jan Szlązak. - Kraków 2011 -.

(2) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Spis treści Spis tabel ................................................................................................................................ 4  Spis rysunków ........................................................................................................................ 5  U. U. U. U. 1. Wstęp ..................................................................................................................................... 7  U. U. 2. Zakres, cel i teza pracy ......................................................................................................... 9  U. U. 3. Sposoby opisu procesów wymiany ciepła w wyrobiskach ścianowych .......................... 10  U. U. 3.1. Rodzaje wymiany ciepła................................................................................................ 11  3.1.1. Wymiana ciepła przez przewodzenie ......................................................................... 12  3.1.2. Wymiana ciepła przez konwekcje .............................................................................. 14  3.1.3. Wymiana ciepła przez promieniowanie ..................................................................... 16  U. U. U. U. U. U. U. U. 4. Mikroklimat w podziemnych zakładach górniczych....................................................... 17  U. U. 4.1. Charakterystyka zagrożeń termicznych. ........................................................................ 17  4.2. Aktualnie obowiązujące przepisy i normy .................................................................... 18  4.3. Wskaźniki i ocena warunków pracy .............................................................................. 19  4.4. Oddziaływanie wysokich temperatur na organizm ludzki. ........................................... 23  U. U. U. U. U. U. U. U. 5. Wybrane metody prognozowania zagrożenia temperaturowego oraz procesy wymiany U. ciepła i wilgoci ......................................................................................................................... 27  U. 5.1. Czynniki kształtujące warunki cieplne w wyrobiskach................................................. 27  5.2. Metoda prognozowania temperatury PTO .................................................................... 27  5.3. Metoda prognozowania temperatury wg prof. Wacławika ........................................... 32  5.4. Metoda wymiany ciepła wg J.Voβ’a ............................................................................. 34  5.5. Metoda wymiany ciepła wg A.F.Woropajewa .............................................................. 37  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 6. Pomiary warunków klimatycznych w wybranych wyrobiskach.................................... 40  U. U. 6.1. Prognozowanie zagrożenia klimatycznego ................................................................... 42  6.1.1. Ściana S-3 w pokładzie 403/1 ................................................................................ 42  6.1.2. Ściana K-9 w pokładzie 357/1 ................................................................................ 44  6.1.3. Ściana B-1 w pokładzie 403/1 ................................................................................ 46  6.1.4. Ściana 10B w pokładzie 416 .................................................................................. 48  6.1.5. Ściana 02b w pokładzie 510 ................................................................................... 52  6.2. Strumień przepływu ciepła i wilgoci ............................................................................. 53  6.2.1. Zmiany wilgotności ................................................................................................ 53  6.2.2. Przyrost ciepła ........................................................................................................ 57  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 7. Określenie ilości ciepła w wyrobiskach ............................................................................ 60  U. U. 7.1. Przyjęta metodyka pomiarowa ...................................................................................... 60  7.2. Rozpływ strumienia masowego powietrza w badanych wyrobiskach ścianowych ...... 68  7.3. Przyrost wilgoci w wyrobiskach ................................................................................... 74  7.4. Przyrost ciepła w ścianach............................................................................................. 79  7.5. Przyrost ciepła od zrobów ............................................................................................. 84  7.6. Przyrost ciepła w wyrobiskach od urządzeń energomechanicznych ............................. 93  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 2.

(3) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 8. Zmodyfikowana metoda prognozowania temperatury Z-PTO...................................... 99  U. U. 8.1. Porównanie wyników pomiarów i prognoz metod dotychczas stosowanych ........... 99  8.2. Prognozowanie temperatury wg metody Z-PTO ......................................................... 103  8.2.1. Podstawowe założenia modyfikacyjne ................................................................. 103  8.2.2. Algorytm prognozowania ..................................................................................... 104  8.3. Weryfikacja metody Z-PTO ........................................................................................ 106  8.3.1. Wyniki prognozy dla serii pomiarowych w badanych ścianach .......................... 106  8.3.2. Wyniki prognozy wzdłuż długości badanych ścian ............................................. 108  8.5. Zastosowanie metody Z-PTO do prognozy rozkładu temperatury i zawartości wilgoci w ścianie ............................................................................................................................. 114  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 9. Wnioski końcowe .............................................................................................................. 118  U. U. 10. Zakończenie..................................................................................................................... 119  U. U. Literatura .............................................................................................................................. 122  U. U. 3.

(4) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Spis tabel 1B. Tabela 1. Proponowany algorytm szacowania ryzyka zawodowego związany z cieplnymi warunkami pracy wg PN-N-18002 ................................................................................... 22  Tabela 2. Wartość współczynnika b ......................................................................................... 30  Tabela 3. Parametry badanych wyrobisk ścianowych .............................................................. 40  Tabela 4. Parametry pięciu wybranych wyrobisk .................................................................... 41  Tabela 5. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie S-3 w pokładzie 403/1 ........... 43  Tabela 6. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie K-9 w pokładzie 357/1 ........... 45  Tabela 7. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie B-1 w pokładzie 403/1 ........... 47  Tabela 8. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie 10B podczas pracy maszyn .... 49  Tabela 9. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie 10B bez pracy maszyn ........... 50  Tabela 10. Wyniki pomiarów i prognozy temperatur w ścianie 02b w pokładzie 510 ............ 52  Tabela 11. Przyrost wilgoci w ścianach: K-3, K-9, B-1, 10B i 02b ......................................... 56  Tabela 12. Przyrost ciepła w ścianach: K-3, K-9, B-1, 10B i 02b ........................................... 58  Tabela 13. Parametry badanych ścian ...................................................................................... 61  Tabela 14. Wyniki pomiarów dla ścian .................................................................................... 66  Tabela 15. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż ścian przewietrzanych systemem na Y ............ 80  Tabela 16. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż ścian przewietrzanych systemem na U ............ 80  Tabela 17. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż ściany od zrobów ............................................. 86  Tabela 18. Wyniki obliczeń przyrost ciepła od zrobów dla ścian przewietrzanych systemem na U .................................................................................................................................. 89  Tabela 19. Wyniki obliczeń przyrost ciepła od zrobów dla ścian przewietrzanych systemem na Y .................................................................................................................................. 92  Tabela 20. Przyrost ciepła w ścianach ...................................................................................... 94  Tabela 21. Dopływ strumienia ciepła w ścianach w trakcie pracy i postoju ............................ 95  Tabela 22. Parametry ścian....................................................................................................... 96  Tabela 23. Wyniki obliczeń udziału ciepła jawnego ................................................................ 97  Tabela 24. Wyniki obliczeń średniej wartości udziału ciepła jawnego w czasie pracy i postoju maszyn .............................................................................................................................. 97  Tabela 25. Wyniki obliczeń średniej wartości udziału ciepła jawnego w czasie pracy i postoju maszyn .............................................................................................................................. 98  Tabela 26. Zestawienie parametrów w badanych ścianach ...................................................... 98  Tabela 27. Zestawienie parametrów w badanych ścianach ...................................................... 98  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 4.

(5) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Spis rysunków 12B. Rys.1. Prognozowane wartości temperatur metodami PTO i prof. Wacławika ...................... 41  Rys.2. Schemat poglądowy rejonu ściany S-3 w czasie pomiaru temperatury powietrza ....... 43  Rys.3. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie S-3 w pokładzie 403/1 ........ 44  Rys.4. Schemat poglądowy rejonu ściany K-9 w czasie pomiaru temperatury powietrza ....... 45  Rys.5. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie K-9 w pokładzie 357/1 ....... 46  Rys.6. Schemat poglądowy rejonu ściany B-1 w czasie pomiaru temperatury powietrza ....... 47  Rys.7. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie B-1 w pokładzie 403/1 ....... 48  Rys.8. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie 10B pokład 416 w czasie pracy maszyn w miesiącu maju ........................................................................................ 50  Rys.9. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie 10B pokład 416 w czasie pracy maszyn w czerwcu .................................................................................................. 51  Rys.10. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie 10B pokład 416 bez pracy maszyn .............................................................................................................................. 51  Rys.11. Temperatury powietrza i prognozy temperatur w ścianie 02b w pokładzie 510......... 53  Rys. 12. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie S-3 ............................................................ 54  Rys. 13. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie K-9............................................................ 55  Rys. 14. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie B-1 ............................................................ 55  Rys. 15. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie 10B w czasie pracy maszyn ..................... 55  Rys. 16. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie 10B bez pracy maszyn.............................. 56  Rys.17. Zmiany wilgotności właściwej w ścianie 02b ............................................................ 56  Rys. 18. Przyrost strumienia ciepła w ścianie S-3.................................................................... 57  Rys. 19. Przyrost strumienia ciepła w ścianie K-9 ................................................................... 57  Rys. 20. Przyrost strumienia ciepła w ścianie K-9 ................................................................... 57  Rys. 21. Przyrost strumienia ciepła w ścianie 10B .................................................................. 58  Rys. 22. Przyrost strumienia ciepła w ścianie 02b ................................................................... 58  Rys. 23. Schemat punktów pomiarowych w ścianie ................................................................ 61  Rys. 24. Schemat poglądowy rejonu ściany 813 ...................................................................... 62  Rys. 25. Schemat poglądowy rejonu ściany 9b-S .................................................................... 63  Rys. 26. Schemat poglądowy rejonu ściany 5 .......................................................................... 63  Rys. 27. Schemat poglądowy ściany 401S ............................................................................... 63  Rys. 28. Rozmieszczenie źródeł ciepła w rejonie ścian ........................................................... 67  Rys. 29. Rozkład zmiany strumienia masy powietrza wzdłuż frontu ściany 809 .................... 68  Rys. 30. Rozkład zmiany strumienia masy powietrza wzdłuż frontu ściany 813 .................... 69  Rys. 31. Rozkład zmiany strumienia masy powietrza wzdłuż frontu ściany 5 ........................ 69  Rys. 32. Rozkład zmiany strumienia masy powietrza wzdłuż frontu ściany 9b-S................... 69  Rys. 33. Rozkład zmiany strumienia masy powietrza wzdłuż frontu ściany 401S .................. 70  Rys. 34. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie 809 .............................. 71  Rys. 35. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie 813 .............................. 71  Rys. 36. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie 5 .................................. 71  Rys. 37. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie 9b-S............................. 72  Rys. 38. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie 401S ............................ 72  Rys. 39. Wyniki obliczeń rozpływu powietrza w chodniku nadścianowym ściany 809.......... 73  Rys. 40. Wyniki obliczeń rozpływu powietrza w chodniku nadścianowym ściany 813.......... 73  Rys. 41. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 809 ........................................... 74  Rys. 42. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 813 ........................................... 75  Rys. 43. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 5 – w czasie pracy maszyn ...... 75  Rys. 44. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 5 – bez pracy maszyn .............. 76  Rys. 45. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 9b-S – w czasie pracy maszyn. 76  Rys. 46. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 9b-S – bez pracy maszyn ......... 77  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 5.

(6) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Rys. 47. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 401S – w czasie pracy maszyn 77  Rys. 48. Wyniki pomiarów przyrostu wilgoci wzdłuż ściany 401S – bez pracy maszyn ........ 78  Rys. 49. Jednostkowe stopień zawilżania powietrza na długości ściany. ................................ 79  Rys. 50. Przyrost strumienia ciepła jawnego, utajonego i całkowitego wzdłuż ściany 809 .... 81  Rys. 51. Przyrost strumienia ciepła jawnego, utajonego i całkowitego wzdłuż ściany 813 .... 82  Rys. 52. Przyrost strumienia ciepła jawnego, utajonego i całkowitego wzdłuż ściany 5 ........ 82  Rys. 53. Przyrost strumienia ciepła jawnego, utajonego i całkowitego wzdłuż ściany 9b-S ... 83  Rys. 54. Przyrost strumienia ciepła jawnego, utajonego i całkowitego wzdłuż ściany 401S .. 83  Rys. 55. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż kanału ściany 5 i od zrobów................................ 87  Rys. 56. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż kanału ściany 9b-S i od zrobów. ......................... 87  Rys. 57. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż kanału ściany 401S i od zrobów. ........................ 88  Rys. 58. Przyrost strumienia ciepła od zrobów dla ściany 5 .................................................... 90  Rys. 59. Przyrost strumienia ciepła od zrobów dla ściany 9b-S............................................... 90  Rys. 60. Przyrost strumienia ciepła od zrobów dla ściany 401S .............................................. 90  Rys. 61. Przyrost strumienia ciepła od zrobów w chodniku nadścianowym ściany 809 ......... 92  Rys. 62. Przyrost strumienia ciepła od zrobów w chodniku nadścianowy ściany 813 ............ 93  Rys. 63. Pomiar i prognoza temperatury powietrza dla ściany 809 ......................................... 99  Rys. 64. Pomiar i prognoza temperatury dla ściany 813 ........................................................ 100  Rys. 65. Pomiar i prognoza temperatury dla ściany 5 ............................................................ 100  Rys. 66. Pomiar i prognoza temperatury dla ściany 9b-S ...................................................... 101  Rys. 67. Pomiar i prognoza temperatury dla ściany 401S ...................................................... 101  Rys. 68. Prognoza temperatury powietrza metodą Z-PTO dla ściany 809............................. 106  Rys. 69. Prognoza temperatury powietrza metodą Z-PTO dla ściany 813............................. 106  Rys. 70. Prognoza temperatury powietrza metodą Z-PTO dla ściany 5................................ 107  Rys. 71. Prognoza temperatury powietrza metodą Z-PTO dla ściany 9b-S ........................... 107  Rys. 72. Prognoza temperatury powietrza metodą Z-PTO dla ściany 401S .......................... 107  Rys. 73. Arkusz pomiarowy do prognozowania temperatury i wilgotności w ścianie 5 metodą Z-PTO ............................................................................................................................. 110  Rys. 74. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany 809 prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 111  Rys. 75. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany 813 prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 111  Rys. 76. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany 5 prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 112  Rys. 77. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany 9b-S prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 112  Rys. 78. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany 401S prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 113  Rys. 79. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w ścianie M-5 ........................... 115  Rys. 80. Przyrost strumienia ciepła wzdłuż ściany M-5 i od zrobów ................................... 116  Rys. 81. Przebieg temperatury i wilgotności właściwej wzdłuż ściany M-5 prognozowany metody Z-PTO ................................................................................................................ 117  U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. U. 6.

(7) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 1. Wstęp 0B. Surowce naturalne pozyskiwane są z coraz głębiej zalegających pokładów a dynamiczny rozwój techniki pozwala na bezpieczną ich eksploatację. Wzrost głębokości ma szczególne znaczenie w przypadku zmian parametrów geotermicznych złóż, co ma bezpośredni wpływ na kształtowanie warunków mikroklimatu w wyrobiskach podziemnych. Tendencja eksploatacji węgla kamiennego z coraz głębiej zalegających pokładów jest obserwowana również w polskim górnictwie. Stanowiska pracy zlokalizowane w takim środowisku stwarzają zagrożenie narażenia pracownika na oddziaływanie czynników niebezpiecznych, szkodliwych i uciążliwych [4, 15]. Światowym liderem eksploatacji z głęboko zalegających pokładów jest Republika Południowej Afryki, w kopalniach której wydobywa się surowce z głębokości ok. 4000 m. Parametrem opisującym zmianę temperatury Ziemi wraz ze wzrostem głębokości jest gradient geotermiczny natomiast odwrotność gradientu określająca co ile metrów w głąb ziemi temperatura wzrośnie o 1°C nazywana jest stopniem geotermicznym. Warto zwrócić uwagę, iż w okolicach Johannesburga stopień jest bardzo duży (110 – 140 m/°C) a temperatury górotworu na tej głębokości dochodzą do 50 °C. W Polsce dla Górnośląskiego Zagłębia Węglowego średni stopień geotermiczny wynosi około 33,2 m/1°C co powoduje, że na głębokościach 1000 m temperatura pierwotna górotworu wynosi ok. 40 °C. W latach 90-tych w polskim górnictwie dokonały się gwałtowne zmiany. Głównym kryterium eksploatacji węgla stały się koszty wydobycia i związany z nimi rachunek ekonomiczny produkcji tego surowca. Zmniejszenie zdolności produkcyjnej kopalń, ograniczenie zatrudnienia przy jednoczesnym wzroście koncentracji wydobycia miały zapewnić tej branży stałą rentowność. Celem osiągnięcia założonych efektów stało się preferowanie eksploatacji ścian wysokowydajnych zlokalizowanych w pokładach o ściśle określonych parametrach. Pokłady, których miąższość przekraczała 1,5 m zaliczono do grupy zasobów przemysłowych, które stanowią część zasobów bilansowych złoża jako przedmiot ekonomicznie uzasadnionej eksploatacji. Taka definicja spowodowała, że wszystkie pozostałe zasoby złóż zostały zakwalifikowane do złóż nieprzemysłowych. W wyniku nieustannie prowadzonych reform i restrukturyzacji sektora podziemnego górnictwa węglowego do chwili obecnej obserwujemy spadek ilości kopalń. Na przestrzeni ostatnich 20 lat w Polsce zamknięto 40 kopalń odnotowując spadek z 71 kopalń w 1989 roku do 31 kopalń w 2009 [36]. Równocześnie nastąpił wzrost wydajności wydobycia węgla 7.

(8) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. w przeliczeniu na jednego pracownika w kopalni. Wzrost koncentracji wydobycia wiązał się ze stałym spadkiem zatrudnienia ale również z zastosowaniem coraz bardziej wydajnych kompleksów ścianowych. Takie działania doprowadziły do niemal całkowitej mechanizacji ścian w procesie produkcyjnym, ograniczając rolę górnika do minimum. Wydobycie węgla z pokładów o zasobach przemysłowych spowodowało, że kopalnie rozpoczęły eksploatacje w znacznie głębiej zalegających pokładach. Równocześnie zaobserwowano gwałtowne zwiększenie mocy urządzeń energomechanicznych w wysoko wydajnych kompleksach ścianowych, który spowodował znaczny wzrost temperatury i zmiany mikroklimatu na stanowiskach pracy [19]. Regulacja temperatury środkami wentylacyjnymi (zwiększanie ilości powietrza) przy tak ogromnych dopływach strumieni ciepła nie dawała oczekiwanych efektów. Przepisy górnicze jednoznacznie określają temperaturę mniejszą lub równą 28°C i intensywność chłodzenia powyżej 11 katastopni wilgotnych jako dopuszczalne warunki pracy dla pełno wymiarowej zmiany roboczej. W przypadku nie dotrzymania powyższych wartości przepisy zobowiązują pracodawcę do stosowania skróconego czasu pracy ograniczając go do 6 godzin [38]. Zastosowanie urządzeń chłodniczych wiąże się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi i dlatego część kopalń podejmuje decyzje ograniczenia czasu pracy górników. Kopalnia „Pniówek” jako pierwsza w Polsce podjęła decyzje zaprojektowania i wdrożenia centralnej klimatyzacji w celu poprawy warunków pracy. Dla zapewnienia warunków klimatycznych pracownikom na poziomach 830 m i 1000 m zastosowano obecnie urządzenia chłodnicze o łącznej mocy 10 MW. Podobne inwestycje lecz o innej mocy zostały również zrealizowane w pozostałych kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. stosując innowacyjne rozwiązania technologiczne [30, 61]. Również inne kopalnie borykające się coraz częściej z pogarszającymi warunkami mikroklimatu wdrażają urządzenia chłodnicze. Często jednak mają kłopoty w utrzymaniu warunków mikroklimatu w całym rejonie eksploatacyjnym na poziomach określonych w przepisach. Problem wymiany ciepła jawnego i niejawnego w ścianie o wysokiej koncentracji wydobycia w chwili obecnej nie został do końca rozpoznany. Nawet zastosowanie maszyn klimatycznych o dużych mocach chłodniczych często nie daje pożądanych efektów, a prognozowane wartości temperatur znacząco odbiegają od tych mierzonych in situ [2, 77]. Tylko głęboka analiza parametrów powietrza, górotworu, warunków eksploatacji i urządzeń energomechanicznych stosowanych w ścianach może pozwolić na optymalne wykorzystanie urządzeń chłodniczych i regulacje mikroklimatu pracy parametrami termodynamicznymi powietrza. 8.

(9) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 2. Zakres, cel i teza pracy 1B. Powietrze atmosferyczne płynąc podziemnymi wyrobiskami górniczymi zmienia swoje parametry termodynamiczne. Wyrobiska górnicze stanowią sieć wentylacyjną kopalni, którą budują bocznice oraz węzły tworząc dynamiczny i skomplikowany układ przepływu powietrza. Kierunek przepływu powietrza wyznacza depresja wentylatorów głównych, pomocniczych oraz gęstość powietrza. W pracy scharakteryzowano procesy wymiany ciepła i wilgoci w wyrobisku, które pochodzą od górotworu i źródeł lokalnych. Zjawiska te zostały już dobrze rozpoznane i opisane pozwalając na prognozowanie temperatur w wyrobisku już na etapie projektowania eksploatacji pokładów [17]. Jednak skuteczność tych prognoz diametralnie spada z chwilą wzrostu koncentracji wydobycia węgla ze ściany jak również wzrostu mocy cieplnej pochodzącej od lokalnych źródeł ciepła. Istotnym więc stała się modyfikacja prognoz temperatury w oparciu o rozpoznanie procesów wymiany ciepła i wilgoci pomiędzy górotworem i lokalnymi źródłami ciepła a przepływającym powietrzem. Celem pracy jest opracowanie metody prognozowania temperatur oraz opis zjawisk i procesów wymiany ciepła w ścianach o wysokiej koncentracji wydobycia. Do realizacji założonego celu autor skupił się na opisie oraz analizie dotychczasowych metod prognozowania zagrożenia klimatycznego. W wyniku przeprowadzonych obliczeń można stwierdzić, iż stosowane obecnie metody prognoz z dużą dokładnością odzwierciedlają rzeczywiste wyniki termodynamiczne powietrza dla ścian o małym i średnim wydobyciu. Wraz ze wzrostem wydobycia prognozowane temperatury zaczynają znacznie odbiegać od temperatur rzeczywistych panujących w wyrobisku. Istotny wpływ na to mają parametry źródeł lokalnych. Na podstawie badań in situ przeprowadzonych dla różnych warunków geologiczno-górniczych oraz określeniu wartości lokalnych źródeł ciepła można próbować modyfikować metody prognozowania temperaturowego. W oparciu o pomiary i obliczenia w pracy zostaną udowodnione następujące tezy: 1. Istnieje zależność pomiędzy rozkładem temperatury wzdłuż frontu ściany a rozkładem strumienia powietrza wynikającym ze stosowanego systemu przewietrzania. 2. Przy dużej koncentracji wydobycia moc urządzeń elektrycznych zabudowanych w ścianach istotnie wpływa na zmianę temperatur.. 9.

(10) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 3. Sposoby opisu procesów wymiany ciepła w wyrobiskach ścianowych 2B. Powietrze kopalniane płynąc przez szereg wyrobisk podziemnych zmienia swoje parametry termodynamiczne. Główny wpływ na zmianę tych parametrów odgrywają: 9 zmiany ciśnień, autokompresja, 9 prędkości przepływu powietrza, 9 temperatury górotworu, 9 moc urządzeń elektrycznych, 9 dopływ innych gazów, 9 zmiany zawartości pary wodnej. Wyrobisko górnicze wykonane w kopalni zaburza jej pierwotną równowagę geotermiczną. W caliźnie otaczającej wyrobisko powstaje gradient temperatury i wilgoci w wyniku czego przy przepływie powietrza wyrobiskiem zachodzi wymiana ciepła i wilgoci pomiędzy górotworem i wyrobiskiem. Istotną rolę w tym procesie odgrywają parametry powietrza na wlocie. Zachodzące zmiany parametrów powietrza są skomplikowane i ściśle związane z okresowymi zmianami temperatury i wilgotności powietrza wlotowego [70, 76]. W takim wyrobisku proces wymiany ciepła zachodzi na wskutek: 9 parowania wilgoci, 9 konwekcji, 9 promieniowania. W wyrobiskach ścianowych charakteryzujących się trudnymi warunkami klimatycznymi istotnym problemem jest ogrzewanie i nawilżanie powietrza [18, 33]. Złożoność procesów wymiany ciepła i wilgoci jak również ciągłe zmiany parametrów fizycznych i chemicznych płynącego powietrza powodują indywidualne podejście do każdej ze ścian [32, 72]. Szczególną uwagę należy zwrócić na: 9 nachylenie ściany (sprężanie lub rozprężanie powietrza), 9 ucieczki powietrza przez zroby (wymiana ciepła i wilgoci), 9 desorpcja gazów (np. metan), 9 samozagrzewanie węgla (proces utleniania), 9 parowanie wody w procesie zraszania (przyrost wilgoci), 9 moce zainstalowanych maszyn (wymiana ciepła), 9 liczebność załogi (wymiana ciepła i wilgoci).. 10.

(11) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Wymiana ciepła w wyrobisku ścianowym odbywa się w sposób jawny (przewodnictwo cieplne, konwekcja, promieniowanie) oraz niejawny poprzez parowanie wody (wilgoć). Zjawisko to występuje na wskutek różnicy temperatur górotworu i przepływającego powietrza. Parametry obu tych ośrodków nie są stabilne zależąc m.in. od czasu i dlatego proces przepływu ciepła jest procesem nieustalonym [9, 31]. Wartość strumienia ciepła przenoszonego od górotworu do przepływającego powietrza zależy m.in. od: 9 temperatury powietrza w wyrobisku, 9 temperatury pierwotnej górotworu, 9 własności fizycznych skał i budowy geologicznej złoża (współczynnik przewodnictwa ciepła, pojemność cieplna i inne), 9 kubatury wyrobiska, 9 prędkości przepływu powietrza, 9 chropowatości ścian wyrobiska, 9 okresu przewietrzania. Ponadto, wpływ na zmianę parametrów termodynamicznych powietrza w ścianie mają tzw. lokalne źródła ciepła. Wartość strumienia ciepła przenoszonego od miejscowego źródła ciepła do przepływającego powietrza jest bardzo zróżnicowana. Do źródeł lokalnych ciepła zaliczamy: 9 urządzenia i maszyny mechaniczne oraz elektryczne, 9 transportowany urobek, 9 desorpcję metanu, 9 rurociągi, 9 parującą w wyrobisku wodę, 9 samozagrzewanie węgla, 9 migrację powietrza przez zroby.. 3.1. Rodzaje wymiany ciepła 13B. Wymiana ciepła to zjawisko występujące wówczas, gdy istnieje różnica temperatur wewnątrz pewnego układu lub między kilkoma układami mogącymi na siebie oddziaływać. Układ o temperaturze wyższej oddaje energię układowi o temperaturze niższej [62, 71]. Rozróżnia się cztery zasadnicze rodzaje wymiany ciepła:. 11.

(12) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. •. Przewodzenie ciepła – polega na przenoszeniu energii wewnątrz ośrodka materialnego, lub z jednego ośrodka do drugiego w warunkach bezpośredniego kontaktu ciał o różnych temperaturach. Jest to przekazywanie energii kinetycznej mikroskopowego ruchu cząsteczek (jonów, atomów).. •. Konwekcja – zachodzi wówczas gdy występuje ruch makroskopowych części płynu o różnych temperaturach i gęstościach. Konwekcja naturalna (swobodna) następuje wskutek różnicy gęstości płynu spowodowanej różnicą temperatury w ośrodku. Konwekcja wymuszona następuje wskutek wymuszenia przepływu ciepła przez pompę lub wentylator.. •. Promieniowanie – polega na przenoszeniu energii przez kwanty promieniowania elektromagnetycznego o określonym zakresie długości fal. W odróżnieniu do konwekcji i przewodzenia nie wymaga ono pośrednictwa ośrodka materialnego w przekazywaniu energii i może rozchodzić się w próżni.. •. Parowanie (wody, potu) – polega na przenoszeniu ciepła wytworzonego wewnątrz organizmu i powoduje utratę ciepła w organizmie. Wydzielanie ciepła następuje przez skórę (odparowanie potu) lub drogami oddechowymi (wydychanie pary wodnej). W pewnych warunkach związane jest ono z kondensacją pary na skórze i powoduje to przyrost ciepła.. 3.1.1. Wymiana ciepła przez przewodzenie 14B. Pole temperatury ϑ = ϑ ( x , y , z ,τ ) jest polem skalarnym. Gdy w żadnym punkcie ciała nie ma źródła ciepła, pole temperatury jest bezźródłowe. Jeśli w rozpatrywanym obszarze zachodzi proces fizyczny lub chemiczny, w wyniku którego następuje zamiana energii w ciepło, pole temperatury jest źródłowe. W stacjonarnym polu temperatury izotermy nie zmieniają położenia w czasie. Gdy pole temperatur jest nieustalone, powierzchnie izotermiczne zmieniają położenie w czasie i każdej chwili τ może odpowiadać inny przebieg izoterm. W skalarnym polu można określić gradient temperatury ciała: r ∂ ϑ ( x , y , z ,τ ). grad ϑ ( x , y , z ,τ ) = i. ∂x. r ∂ϑ ( x, y, z,τ ) r ∂ϑ ( x, y , z ,τ ) +k + j ∂y ∂z. (3.1). W danym punkcie x, y, z ośrodka i w chwili τ gradient temperatury należy interpretować jako wektor prostopadły do izotermy i zwrócony w stronę wzrostu temperatury. W ośrodku izotropowym ze względu na przewodnictwo cieplne linie prostopadłe do powierzchni 12.

(13) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. izotermicznych nazywają się adiabatami lub liniami strumienia cieplnego. Gęstością r. strumienia cieplnego w punkcie x, y, z i w chwili τ nazywa się wektor q ( x , y , z ,τ ), którego moduł jest równy granicy ilorazu strumienia ciepła ΔQ& przewodzonego przez powierzchnię izotermiczną i jej pola Δ F , gdy zmierza ono do zera:. r ΔQ& q ( x, y, z ,τ ) = lim ΔF ΔF → 0. (3.2). r. Wektor gęstości strumienia cieplnego q w dowolnym punkcie ciała izotropowego jest prostopadły do powierzchni izotermicznych i zarazem równoległy do wektora gradientu temperatury. Każdemu skalarnemu polu temperatury ϑ ( x, y , z , τ ) można przyporządkować r. wektorowe pole gęstości strumienia ciepła q ( x , y , z ,τ ). Proces przewodnictwa cieplnego w ciałach izotropowych opisuje prawo J. Fouriera o proporcjonalności wektorów gęstości strumienia cieplnego do gradientu temperatury: r 2 q ( x , y , z ,τ ) = - λ(x,y,z) grad ϑ ( x , y , z ,τ ) , W/(m K),. (3.3). gdzie: λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego, W/(m·K). r Znak minus we wzorze (3.3) wynika z przeciwnych zwrotów wektorów q ( x, y, z ,τ ) i grad. ϑ ( x, y, z ,τ ) : gradient temperatury skał zwrócony jest w stronę wzrostu temperatury, r. natomiast wektor gęstości strumienia cieplnego q od temperatur wyższych do niższych. Przy małych różnicach temperatur i w ciałach jednorodnych na ogół przyjmuje się, że współczynnik przewodnictwa cieplnego jest stały: λ = const. Bilans energii wewnątrz ciała stałego wyraża równanie różniczkowe przewodnictwa cieplnego. Równanie to otrzymuje się bilansując zachodzącą w jednostce czasu zmianę ilości ciepła zawartego w dowolnym obszarze przestrzennym oraz strumienia ciepła dopływającego drogą przewodnictwa (3.3) do tego obszaru przez jego brzeg F. W układzie współrzędnych prostokątnych x, y, z równanie przewodzenia ciepła ma postać: ∂ϑ ( x, y , z ,τ ) λ ⎛ ∂ 2ϑ ( x, y, z ,τ ) ∂ 2ϑ ( x, y, z ,τ ) ∂ 2ϑ ( x, y, z ,τ ) ⎞ ⎟⎟ ⎜ = + + cρ ⎜⎝ ∂x 2 ∂τ ∂y 2 ∂z 2 ⎠. (3.4). gdzie: c – ciepło właściwe ciała, J/(kgK), 3 ρ − gęstość, kg/m .. 13.

(14) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Stosunek współczynnika przewodnictwa cieplnego do iloczynu ciepła właściwego i gęstości ciała:. a=. λ , m2/s cρ. (3.5). jest stałą materiałową, zwaną współczynnikiem przewodnictwa temperaturowego lub dyfuzyjności cieplnej. Wielkość ta charakteryzuje prędkość wyrównywania się temperatury w ośrodku podczas niestacjonarnego przewodzenia ciepła. Równanie różniczkowe (3.4) stanowi. najogólniejszy. związek. między. temperaturą. ciała. oraz. współrzędnymi. przestrzennymi i czasem, który musi być spełniony w polu temperatury ukształtowanym przez proces przewodnictwa cieplnego. Jest ono równaniem różniczkowym o pochodnych cząstkowych, typu parabolicznego. Równanie tego typu opisuje wiele procesów fizycznych, do których, prócz przewodzenia ciepła, należą między innymi dyfuzja, filtracja gazów i cieczy [14, 20]. W stanach ustalonego przewodzenia ciepła temperatura ciała jest funkcją położenia i nie zależy od czasu. Wtedy lewa strona równania przewodnictwa cieplnego (3.4) jest równa zeru, a równanie bilansu ciepła upraszcza się do postaci: ∂ 2 ϑ( x, y, z) ∂ 2 ϑ( x , y, z) ∂ 2 ϑ( x , y, z) + + =0 ∂y 2 ∂z 2 ∂x 2. (3.6). i nie zawiera współczynnika wyrównywania temperatury. Równanie przewodnictwa dla stanu ustalonego w postaci (3.6) jest typu eliptycznego [14].. 3.1.2. Wymiana ciepła przez konwekcje 15B. W wyrobisku górniczym wymiana ciepła następuje pomiędzy górotworem a przepływającym powietrzem. Wymiana ta odbywa się na drodze konwekcji, natomiast w cienkiej warstwie przyściennej na zasadzie przewodzenia [9, 31, 34]. Przejmowanie ciepła oparte jest na prawie Newtona : •. q = α ⋅ (υ g − t p ). (3.7). gdzie: •. q - gęstość strumienia ciepła, W/m2⋅K,. α - współczynnik przejmowania ciepła, W/m2⋅K, υg - temperatura górotworu, °C, 14.

(15) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. tp - temperatura powietrza, °C. Aby obliczyć ilość ciepła dopływającą z górotworu do strumienia przepływającego powietrza należy uwzględnić pole powierzchni wymiany ciepła: Q = α ⋅ (υ g − t p ) ⋅ F. (3.8). gdzie: F – pole powierzchni wymiany ciepła, m2. Określenie współczynnika przejmowania ciepła jest zagadnieniem niezwykle trudnym. Na wartość tego współczynnika mają wpływ m.in. kształt wyrobiska, wielkość, chropowatość, powierzchnia, rodzaj płynu i inne parametry [12, 37]. Współczynnik przejmowania ciepła jest najczęściej wyznaczany z równań wiążących bezwymiarowe liczby kryterialne Nu = Nu (Re, Pr, Gr , Fo ). (3.9). gdzie: Nu =. α ⋅l - liczba Nusselta, liczba podobieństwa cieplnego, λp. Re =. vl - liczba Reynoldsa, podobieństwo mechaniczne, ν. Pr =. v - liczba Prandtla, a. Gr = β Fo =. gl 3 ΔT - liczba Grashofa, ν3. at - liczba Fouriera, liczba jednoczesności l2. l - charakterystyczny wymiar liniowy, m, λp - współczynnik przewodnictwa cieplnego płynu, W/m⋅K, ν - kinematyczny współczynnik lepkości, m2/s,. v - prędkość przepływu, m/s, β - współczynnik rozszerzalności cieplnej płynu, 1/K, ΔT – różnica temperatur, K,. g – przyspieszenie ziemskie, m/s2. 15.

(16) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 3.1.3. Wymiana ciepła przez promieniowanie 16B. Promieniowanie ciepła opisuje prawo Stefana – Boltzmana i jest zdefiniowane jako energia oddawana przez ciało emitujące promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu około 0,4 μm do 800 μm. Fale od 0,4 μm ÷ 0,8 μm to światło widzialne, a dopiero przedział 0,8 μm ÷ 800 μm obejmuje wypromieniowaną energię cieplną [31, 42]. Ilość energii promieniowania E (emisja), którą wysyła ciało jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury. bezwzględnej i określona wzorem: 4. ⎛ T ⎞ 2 E = C⎜ ⎟ ,W/m ⎝ 100 ⎠. (3.10). gdzie: C - stała promieniowania Boltzmana 5,67, W/m2·K4, T – temperatura absolutna, °K.. W wyrobiskach ścianowych promieniowanie cieplne ma charakter bardziej skomplikowany, gdyż wszystkie powierzchnie skalne (strop, ocios, spąg) wzajemnie wymieniają energię pomiędzy sobą. Strumień ciepła wypromieniowany przez i-tą powierzchnię wyrobiska o powierzchni A wynosi: ⎡⎛ T ⎞ 4 ⎛ T j ⎞ 4 ⎤ ⎟⎟ ⎥ Q = Co ⋅ ε i , j ⋅ Ai , j ⎢⎜ i ⎟ − ⎜⎜ ⎢⎣⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎥⎦. (3.11). gdzie: Co – stała promieniowania 5,67, W/m2·K4,. εi,j – współczynnik emisyjności wzajemnej, Ai – pole powierzchni ciała promieniującego, m2, Ti,j – temperatury powierzchni wyrobisk, K.. Wymianę ciepła przez promieniowanie między powierzchnią skalną a powietrzem należy traktować jako gęstość strumienia ciepła promieniowania proporcjonalną do i-tej temperatury powierzchni skalnej ϑi oraz powietrza Tp wykorzystując radiacyjny współczynnik wnikania ciepła: 4 ε ip ⋅ C o ⎡⎛ ϑ i ⎞ 4 ⎛ T p ⎞ ⎤ ⎟ ⎥ ⎢⎜ α ri = ⎟ − ⎜⎜ ⎟ ⎥ ϑ i − T p ⎢⎝ 100 ⎠ 100 ⎝ ⎠ ⎦ ⎣. (3.12). gdzie: εip – współczynnik emisyjności wzajemnej między i-tą powierzchnią a powietrzem. W wyrobiskach ścianowych wymiana ciepła na drodze promieniowania jest wielkością niewielką w całkowitym bilansie ciepła dla stosunkowo niskich temperatur powierzchni skalnych [22]. W związku z tym wielu autorów pomija strumień ciepła związany z promieniowaniem cieplnym. 16.

(17) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 4. Mikroklimat w podziemnych zakładach górniczych 3B. 4.1. Charakterystyka zagrożeń termicznych. 17B. Podstawowymi. czynnikami. powodującymi. wzrost. temperatury. powietrza. w kopalniach i związane z tym zagrożenie cieplne, zwane też zagrożeniem temperaturowym, są zwiększające się głębokości eksploatacji i wzrost instalowanej mocy urządzeń mechanicznych. Z raportu Głównego Instytutu Górnictwa o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych w 2006 roku wynika, że w 22 kopalniach występują wyrobiska, w których temperatura powietrza przekracza 28°C, co stanowi około 70% wszystkich polskich kopalń węgla kamiennego. Jest rzeczą oczywistą, że liczba kopalń w których temperatura powietrza w wyrobiskach przekroczy 28°C będzie się zwiększać, ponieważ będzie wzrastał udział wydobycia węgla z pokładów głębiej zalegających [36]. W miarę wzrostu głębokości eksploatacji wzrasta temperatura pierwotna skał, a tym samym zwiększa się ilość ciepła dopływająca do powietrza na skutek różnicy temperatur pomiędzy powietrzem i górotworem. W wielu przypadkach powoduje to znaczny wzrost zagrożenia cieplnego. Aktualnie najwyższe temperatury pierwotne górotworu występują na poziomach 1000÷1050m w kopalniach Bielszowice, Wujek, Halemba-Wirek, Borynia i wynoszą średnio 41,0÷42,8°C [8]. W niedalekiej przyszłości najprawdopodobniej roboty górnicze będą prowadzone w górotworze, którego temperatura pierwotna będzie sięgała 50°C, a zagrożenie temperaturowe może okazać się jednym z podstawowych zagrożeń decydujących o bezpieczeństwie górników i możliwości prowadzenia robót [81]. Wzrost głębokości poziomów kopalń spowoduje przyrost temperatury powietrza świeżego sprowadzanego szybem wdechowym na skutek kompresji. W wyniku sprężania powietrza wpływającego do kopalni zgodnie z gradientem termicznym temperatura powietrza wzrasta co 100m o 1°C. Można więc zakładać, że na głębokich podszybiach szybów wdechowych temperatura osiągnie wysokie wartości. Moc zainstalowanych maszyn i urządzeń w przodkach wpływa w istotny sposób na przyrost temperatury. Według GIG około 10% mocy urządzeń zamieniane jest na ciepło, które podwyższa temperaturę powietrza w zależności od jego wydatku masowego. Przewidywany w kolejnych latach ogólny wzrost mocy urządzeń w oddziałach eksploatacyjnych wpłynie na pogorszenie warunków klimatycznych [7]. 17.

(18) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Podsumowując, można stwierdzić, że wpływ na kształtowanie środowisk mikroklimatu i warunków cieplnych w podziemnych zakładach górniczych będą miały takie czynniki jak głębokość eksploatacji oraz ciepło pochodzące z urządzeń mechanicznych. Udział pozostałych czynników w ogólnym bilansie wymiany ciepła będzie się zmniejszał.. 4.2. Aktualnie obowiązujące przepisy i normy 18B. Obciążenie termiczne (stres cieplny) człowieka stanowią przedmiot badań specjalistów w zakresie fizjologii, ergonomii oraz fizyki i inżynierii środowiska [68]. Uzyskiwane wyniki są podstawą norm międzynarodowych i europejskich, które w większości stanowią również uregulowanie w naszym Państwie. Głównym dokumentem w dziedzinie obciążeń cieplnych pracowników jest norma ISO 7933 „Środowisko gorące. Analityczne określenie i interpretacja stresu cieplnego z wykorzystaniem obliczenia wymaganej ilości potu” z 1989 roku, przyjęta jako norma europejska EN 12515 w 1997 roku, wydana przez Polski Komitet Normalizacji w marcu 2002 roku jako Polska Norma PN-EN 12515. Dokument ISO 7933 z 2004 roku stanowi, trzecią istotnie zmienioną wersję dokumentu [71]. Do dokumentów pomocniczych należy zaliczyć przede wszystkim: 9 ISO 7726: „Ergonomia środowiska termicznego. Przyrządy do pomiaru wielkości. fizycznych” z roku 1998, wydana przez PKN w marcu 2001 roku jako PN-ISO 7726; 9 ISO 8996: „Ergonomia. Oznaczenie metabolicznej produkcji ciepła” z roku 1990,. wydana przez PKN w maju 1999 jako Polska Norma PN-EN 28996; 9 ISO 9886: „Ocena obciążenia cieplnego na podstawie pomiarów fizjologicznych”. z roku 1992, wydana przez PKN w maju 1999 roku jako PN-ISO 9886; 9 Polska Norma: PN-85/N-08011: „Ergonomia. Środowisko gorące. Wyznaczanie. obciążeń termicznych działających na człowieka w środowisku pracy, oparty na wskaźniku WBGT. Do przepisów dotyczących zagrożenia klimatycznego w podziemnych zakładach górniczych zalicza się: 9 Ustawę z dnia 4 lutego 1994 r., Prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. Nr 27, poz.96. wraz z późniejszymi zmianami);. 18.

(19) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 9 Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca. 2002r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych (Dz.U.Nr 94, poz.841 z 2003 r, Nr 181, poz. 1777 oraz Nr 219, poz. 2227 z 2004r); 9 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002r. w sprawie. bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U. Nr 139, poz.1169 z 2002r wraz z późniejszymi zmianami); 9 Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca. 2002r. w sprawie planów ruchów zakładów górniczych (Dz.U. Nr 94, poz. 840 oraz Nr 181, poz. 1776 z 2003r.).. 4.3. Wskaźniki i ocena warunków pracy 19B. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych [38] według aktualnie. obowiązujących. przepisów. górniczych. miarą. zagrożenia. klimatycznego. w odniesieniu do istniejących miejsc pracy jest wartość powietrza mierzona termometrem suchym oraz intensywność chłodzenia mierzona katatermometrem wilgotnym. Dla polskich podziemnych zakładów górniczych eksploatujących węgiel kamienny przepisy informują, że: 1. Temperatura powietrza w miejscu pracy nie powinna przekraczać 28°C przy wykonywaniu pomiarów termometrem suchym, a intensywność chłodzenia nie powinna być mniejsza od 11 katastopni (mcal/cm2⋅°C) Kw. 2. W przypadku gdy temperatura powietrza mierzona termometrem suchym w miejscu pracy jest większa od 28°C, a nie przekracza 33°C, lub intensywność chłodzenia jest mniejsza od 11 katastopni wilgotnych, stosuje się odpowiednie rozwiązania techniczne dla obniżenia temperatury powietrza lub ogranicza się czas pracy do 6 godzin, liczony łącznie ze zjazdem i wyjazdem dla pracowników przebywających całą zmianę roboczą w miejscu pracy, gdzie parametry klimatyczne są przekroczone. 3. W przypadku gdy temperatura powietrza mierzona termometrem suchym przekracza 33°C można zatrudnić ludzi tylko w akcji ratowniczej [38].. 19.

(20) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Trwają również prace nad zmianą przepisów klimatycznych a Departament Górnictwa przygotował projekt zmian przepisów w celu ustalenia trzech stopni zagrożenia klimatycznego w podziemnych zakładach górniczych: 1. Do pierwszego stopnia zagrożenia klimatycznego zalicza się stanowiska pracy w wyrobiskach podziemnych, na których temperatura zastępcza klimatu jest większa od 26°C i nie przekracza 30°C. 2. Do drugiego stopnia zagrożenia klimatycznego zalicza się stanowiska pracy w wyrobiskach podziemnych, na których temperatura zastępcza klimatu jest większa od 30°C i nie przekracza 32°C. 3. Do trzeciego stopnia zagrożenia klimatycznego zalicza się stanowiska pracy w wyrobiskach podziemnych, na których temperatura zastępcza klimatu jest większa od 32°C lub temperatura zmierzona termometrem wilgotnym jest większa od 34°C lub temperatura zmierzona termometrem suchym jest większa od 35°C. Na stanowiskach pracy zaliczonych do pierwszego i drugiego stopnia zagrożenia klimatycznego stosuje się rozwiązania techniczne w celu obniżenia temperatury lub ogranicza się wymiar czasu pracy. W przypadku, gdy wymiar czasu pracy zagrożonych klimatycznie jest dłuższy niż 2 godziny, pracownicy mogą być zatrudnieni tylko w skróconym czasie pracy, w wymiarze 4 godzin w ciągu sześciogodzinnej zmiany roboczej liczonej łącznie z czasem zjazdu i wyjazdu pracownika. Pracownicy ci podlegają obowiązkowi przeszkolenia w zakresie zagrożeń wynikających z pracy w podwyższonej temperaturze. Na stanowiskach pracy zaliczonych do drugiego stopnia zagrożenia klimatycznego mogą być zatrudnieni tylko pracownicy, którzy dotychczas byli zatrudnieni w warunkach zagrożenia klimatycznego, oraz pracownicy, którzy powracają do pracy po przerwie dłuższej niż 14 dni, spowodowanej chorobą po odbyciu dodatkowych badań lekarskich. Natomiast na stanowiskach pracy zaliczonych do trzeciego stopnia zagrożenia klimatycznego pracownicy mogą być zatrudnieni tylko w czasie prowadzenia akcji ratowniczych.. Miarą zagrożenia klimatycznego w odniesieniu do poziomu eksploatacyjnego jest tzw. wskaźnik klimatyczny K, określany wzorem:. 20.

(21) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. K=. t pg − td td − t p. (3.13). gdzie: tpg – temperatura pierwotna skał na danym poziomie, °C, td – dopuszczalna temperatura powietrza w miejscu pracy (bez stosowania skróconego czasu. pracy) td = 28°C, tp – temperatura powietrza na podszybiu poziomu z którego doprowadza się powietrze świeże. do wyrobisk eksploatacyjnych i przygotowawczych, °C. W zależności od wartości wskaźnika klimatycznego K stopień zagrożenia klimatycznego definiuje się następująco: K < 0 - nie ma zagrożenia temperaturowego,. 0 < K ≤ 0,8 - istnieje niewielkie zagrożenie temperaturowe, któremu można zapobiec przestrzegając głównych zasad racjonalizacji wentylacji, 0,8 < K ≤ 1,5 - dla uniknięcia zagrożenia temperaturowego należy dążyć do takiego udostępnienia i rozcięcia pokładów oraz ich eksploatacji, aby przewietrzanie ściany ulegało możliwie najmniejszemu nagrzaniu, K > 1,5 - konieczne stało się zastosowanie innych środków techniczno –. organizacyjnych mających na celu zmniejszenie zagrożenia temperaturowego (np. stosowanie skróconego czasu pracy, stosowanie urządzeń chłodniczych) [16]. Z kolei miarą zagrożenia klimatycznego w odniesieniu do całej kopalni jest wartość temperatury pierwotnej skał na najgłębszym poziomie eksploatacyjnym. W zależności od tej temperatury wszystkie kopalnie podzielono na cztery grupy: •. Kopalnie o bardzo dużym zagrożeniu klimatycznym – w których temperatura. pierwotna skał na najgłębszym poziomie eksploatacyjnym jest wyższa od 40°C (np. kopalnie: Bielszowice, Halemba-Wirek, Wujek, Pniówek, Polkowice-Sieroszowice); •. Kopalnie o dużym zagrożeniu klimatycznym – w których temperatura pierwotna. skał na najgłębszym poziomie eksploatacyjnym jest wyższa od 35°C, ale nie przekracza wartości 40°C (np. kopalnie: Borynia, Budryk, Jas-Mos, Knurów, Zofiówka); •. Kopalnie o małym zagrożeniu klimatycznym – trzecią grupę tworzą kopalnie. w których temperatura pierwotna skał na najgłębszym poziomie eksploatacyjnym jest 21.

(22) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. wyższa od 30°C, ale nie przekracza wartości 35°C (np. kopalnie: Bogdanka, Makoszowy, Sośnica, Murcki-Staszic); •. Kopalnie niezagrożone klimatycznie – są to kopalnie w których temperatura. pierwotna skał na najgłębszym poziomie eksploatacyjnym jest niższa od 30°C. Na podstawie przepisów można przeprowadzić ocenę ryzyka zawodowego w odniesieniu do zagrożenia klimatycznego [13]. Proponowany algorytm oszacowania ryzyka zawodowego związanego z pracą w podziemnym zakładzie górniczym został oparty w odniesieniu do aktualnie obowiązujących przepisów górniczych [38]. Dlatego przyjęto, że w przypadku, gdy temperatura powietrza mierzona termometrem suchym jest wyższa od 33 °C, wówczas ryzyko zawodowe spowodowane pracą w środowisku gorącym jest duże. Gdy temperatura powietrza, jest w przedziale od 28 °C, do 33 °C, wówczas ryzyko zawodowe jest średnie. Drugim parametrem charakteryzującym warunki cieplne w podziemnych zakładach górniczych jest intensywność chłodzenia mierzona katatermometrem wilgotnym, która powinna być większa od 11 katastopni Kw .W przypadku gdy temperatura powietrza jest mniejsza od 28 °C a intensywność chłodzenia większa od 11 katastopni Kw przyjęto ryzyko zawodowe jako małe. Proponowany model szacowania ryzyka zawodowego przedstawia tabeli 1. Tabela 1. Proponowany algorytm szacowania ryzyka zawodowego związany z cieplnymi warunkami pracy wg PN-N-18002 Temperatura [°C]. < 28 < 28 28 - 33 >33. Intensywność chłodzenia [katastopnie]. oszacowanie ryzyka zawodowego. > 11. male. < 11. średnie duze. dopuszczalność ryzyka zawodowego. dopuszczalne niedopuszczalne. W zależności od wartości wielkości ryzyka zawodowego należy podjąć następujące działania. Gdy ryzyko zawodowe oszacowano jako: 9 małe – działania korygujące są zbędne, należy raz w miesiącu wykonać kontrolę. pomiaru prędkości, temperatury, oraz intensywności chłodzenia powietrza, 9 średnie – należy skrócić czas pracy do 6 godzin lub zabudować w wyrobisku. urządzenia chłodnicze w celu obniżenia temperatury, zwiększyć intensywność przewietrzania wyrobiska, należy raz w tygodniu wykonać kontrolę pomiaru prędkości, temperatury i intensywności chłodzenia, 22.

(23) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 9 duże – należy wycofać ludzi do wyrobisk o dopuszczalnym ryzyku zawodowym,. a wejście do wyrobisk zagrodzić. W takich wyrobiskach mogą być wykonywane tylko prace w ramach akcji ratowniczej. Aby obniżyć temperaturę poniżej 33 °C należy zastosować urządzenia chłodnicze lub zmienić system przewietrzania rejonu [16].. 4.4. Oddziaływanie wysokich temperatur na organizm ludzki. 20B. Górnicy pracujący w podziemnych zakładach górniczych często są narażeni na oddziaływanie skrajnie niekorzystnych warunków mikroklimatu [67, 73]. Przez komfort cieplny rozumie się stan w którym człowiek nie odczuwa ciepła ani chłodu. Z medycznego punktu widzenia temperatura wewnętrzna ciała wynosi wówczas 37 ± 0,3°C, a temperatura skóry mieści się w granicach 32,0 ÷ 34,5°C. Wzrost temperatury wewnętrznej o 1°C powoduje zwiększoną prace narządów wewnętrznych człowieka, a powyżej 3°C upośledzenie funkcji komórek spowodowane wpływem temperatury na szybkość reakcji katalizowanych przez enzymy. Aktywność ta początkowo wzrasta, ale dalszy wzrost temperatury powoduje tak duże zaburzenia funkcji komórek ustroju, że może doprowadzić nawet do zgonu. Stan w którym temperatura wewnętrzna ciała przekracza 38°C nazywamy hipertermią. Ekspozycja na wysoką temperaturę połączona z wysiłkiem fizycznym stanowi obciążenie dla układu krążenia, gruczołów potowych skóry, układu nerwowego i oddechowego. Hipertermia wysiłkowa powoduje kilkakrotny wzrost przepływu krwi przez mięśnie i skórę, przyspieszenie pracy serca oraz 3 ÷ 4 krotny wzrost objętości wyrzutowej serca. Nadmierne rozszerzenie naczyń powoduje spadek ciśnienia tętniczego krwi, którego następstwem może być zapaść obwodowa. Układ oddechowy odpowiada na przegrzanie zwiększeniem częstości oddechów i ich spłyceniem, co powoduje zwiększenie prężności CO2 [24]. Nadmierne pocenie się zwiększa utratę wody i elektrolitów a więc powoduje odwodnienie i dyselektrolitemię. Upośledza w ten sposób prawidłowy proces regeneracji, zmniejsza efektywność pracy oraz powoduje komplikacje zdrowotne. W normalnych warunkach otoczenia człowiek traci ok. 25 ÷ 50 ml wody na godzinę, jednak w okresie zwiększonego wysiłku straty te sięgać mogą 2 ÷ 3 litrów/h i spowodować spadek wydolności nawet o 30%. Podczas pracy mięśniowej, kiedy nasila się tempo spalania składników energetycznych (węglowodorów i kwasów tłuszczowych) w organizmie wzrasta produkcja ciepła. Aby zapobiec przegrzaniu się mięśni, jego nadmiar musi zostać odtransportowany za 23.

(24) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. pomocą krążącej krwi do powierzchni ciała i wydalony przez skórę wraz z potem. W warunkach silnego obciążenia termicznego utrata potu może utrzymywać się po zakończeniu pracy na poziomie 1 litra/h lub wyższym przez wiele godzin [41]. Skutki zdrowotne hipertermii zależą również od wydolności fizycznej pracownika i stopnia jego zaaklimatyzowania do gorąca. Stwierdzono w licznych badaniach, że przyrost temperatury wewnętrznej 1,2 ÷ 1,5°C nawet u osób sprawnych fizycznie i zaadaptowanych do gorąca może zmniejszyć ich zdolność do wysiłku fizycznego o 20%, a gdy temperatura wewnętrzna osiąga 38,8 ÷ 39°C nawet o 35%. U osób o średniej wydolności fizycznej i zaaklimatyzowanych, spadki te wynoszą odpowiednio 50% i 70%. Podczas pracy umysłowej w gorącym mikroklimacie u 40% populacji zwiększa się ilość popełnianych błędów, a czas reakcji na bodźce jest wydłużony. Dalszy niekontrolowany wzrost temperatury wewnętrznej ciała prowadzi do wystąpienia zespołów przegrzania, z których najgroźniejszym jest udar cieplny, a najłagodniejszy to omdlenie cieplne [24]. Wpływ oddziaływania niekorzystnych parametrów mikroklimatu na pracownika może doprowadzić do wypadku. Praca w środowisku gorącym powoduje przegrzanie organizmu a skutki nadmiernego obciążenia cieplnego mogą objawiać się w postaci [46]: 9 Udaru cieplnego – który stanowi zagrożenie dla życia człowieka. Skóra jest gorąca,. sucha, zaczerwieniona a na twarzy sina. Objawami udaru są w szczególności: bóle i zawrotu głowy, nudności, wymioty, ogólne pobudzenie, majaczenie, wreszcie utrata przytomności i śpiączka. Pierwsza pomoc polega na przeniesieniu pracownika do chłodnego lub termicznie umiarkowanego środowiska i na bezzwłocznym ochłodzeniu ciała, np. przez spryskiwanie odzieży zimną wodą lub zastosowanie zimnych okładów i nawiewu powietrza. Ochładzanie ciała należy stosować tak długo, aż temperatura ciało obniży się do 38 ÷ 38,5°C. Dopiero po ochłodzeniu ciała należy pracownika odwieźć do szpitala. 9 Wyczerpania cieplnego – przyczyną wyczerpania cieplnego organizmu jest znaczna. utrata wody oraz soli na wskutek wydzielania potu. Odwodnienie organizmu nie przekraczające 2% masy ciała nie powoduje niekorzystnych objawów i nie wpływa w sposób istotny na zdolność wykonywania pracy. Przy odwodnieniu powyżej tej wartości pojawiają się następujące dolegliwości: bóle i zawroty głowy, nudności, nieskoordynowane ruchy, osłabienie i zmęczenie. W stanie wyczerpania cieplnego temperatura ciała wynosi 37 ÷ 38,5°C. Skóra jest wilgotna i pokryta potem. 24.

(25) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Pracownika z takimi objawami należy umieścić w możliwie chłodnym środowisku w stanie spoczynku i podawać często ale w małych ilościach, napoje zawierające 1,0 ÷ 1,5g soli na litr. Wskazane jest również podawanie witaminy C. 9 Kurcze cieplne – mogą one wystąpić u pracowników, którzy intensywnie się pocą,. wypijają duże ilości płynów, lecz nie uzupełniają utraconych wraz z potem soli mineralnych. Kurcze cieplne są bolesne i obejmują ręce, nogi oraz brzuch. Występują one najczęściej u osób niezaaklimatyzowanych w środowisku gorącym. Kurcze mogą wystąpić w pracy lub po pracy. Profilaktyka polega na spożywaniu podczas pracy większych ilości soli w pokarmach albo piciu napojów zawierających sole mineralne w ilości 1,0 ÷ 1,5g soli na litr. 9 Omdlenie cieplne – może wystąpić u pracowników wykonujących pracę w wysokiej. temperaturze, w postawie stojącej i przy małej aktywności ruchowej. Odpływ krwi do kończyn dolnych, spowodowany postawą stojącą podczas pracy, skutkuje niedotlenieniem mózgu i w efekcie omdleniem. Pracownika takiego należy umieścić w środowisku termicznie neutralnym, w pozycji leżącej – co zapewni dokrwienie mózgu i szybki powrót do stanu normalnego. 9 Zmiany. skórne. –. mogą. wystąpić. u. pracowników. wykonujących. pracę. w mikroklimacie gorącym i przy wysokiej wilgotności powietrza. Wydzielany w takich warunkach pot nie może w całości odparować i wnika do skóry. Powoduje to zmiany na skórze takie jak: potówki, zaczopowanie ujść gruczołów potowych, powstanie pęcherzyków, czasem zapalenie gruczołów potowych. W skrajnych przypadkach takie objawy wymagają leczenia szpitalnego. Podsumowując, można stwierdzić, że w środowisku gorącym temperatura wewnętrzna ciała nie powinna przekraczać 38°C, a ilość wydzielanego w ciągu dniówki roboczej potu nie powinna przekraczać 2600g dla osoby niezaaklimatyzowanej, natomiast do 3900g tj., ok.4l dla osoby zaaklimatyzowanej [46]. Do pracy w klimacie gorącym nie należy dopuszczać osób otyłych, powyżej 45 roku życia, jeżeli dotychczas nie pracowały w mikroklimacie gorącym, o zmniejszonej wydolności fizycznej, z organicznym chorobami serca i układu naczyniowego, z przewlekłymi chorobami układu oddechowego, z chorobami skóry upośledzającymi czynności gruczołów potowych, stale nadużywające alkoholu i leków psychotropowych, przeciwbólowych i hipotensyjnych.. 25.

(26) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. W badaniach wstępnych i okresowych należy oprócz badania lekarskiego wykonać EKG. Badania należy przeprowadzać co 3 lata, a po 45 roku życia co 2 lata. Profilaktyka powinna obejmować aklimatyzację do gorąca. Można ją przeprowadzać w komorze cieplnej lub na gorących stanowiskach pracy przez wykonywanie prac początkowo w krótkim czasie, później w coraz dłuższych okresach. Aklimatyzacja nie jest stanem trwałym i ustępuje po dłużej przerwie w pracy. Tak więc po takiej przerwie niezbędna jest ponowna aklimatyzacja. W czasie pracy należy stosować częstsze odpoczynki lub skracać jej czas w przypadku występowania bardzo niekorzystnych warunków mikroklimatu [24]. Pracownicy powinni otrzymywać dowolną ilość płynów z zawartością soli mineralnych i witaminy C. Niewskazane jest podawanie wody gazowanej [46].. 26.

(27) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. 5. Wybrane metody prognozowania zagrożenia temperaturowego oraz procesy wymiany ciepła i wilgoci 4B. 5.1. Czynniki kształtujące warunki cieplne w wyrobiskach 21B. Czynnikami wpływającym na kształtowanie temperatury powietrza w wyrobisku są: wilgotność, głębokość eksploatacji i związane z nią sprężanie powietrza w szybach wdechowych oraz przepływ ciepła z górotworu do powietrza. Ponadto, nawilżanie powietrza wodami dołowymi i technologicznymi oraz ciepło utleniania węgla i inne dodatkowe źródła ciepła (urządzenia elektro-mechaniczne) powodują dalszy wzrost temperatury [28, 78]. W dotychczasowej literaturze szacowano, że na całkowity bilans ciepła w kopalniach węgla kamiennego przypadał udział dopływu ciepła w ilościach: 9 50% od górotworu, 9 25% od utlenianego węgla, 9 25% od innych dodatkowych źródeł ciepła.. W ostatnich latach można zaobserwować zmianę tych proporcji. Eksploatacja węgla prowadzona jest na coraz większych głębokościach (wzrost temperatury górotworu) i następuje zwiększenie koncentracji wydobycia (źródła lokalne) [60]. Wszystkie te czynniki sprawiają, iż znacznie wzrósł bilans ciepła pochodzący od urządzeń energo-mechanicznych. Poniżej zostaną scharakteryzowane najczęściej stosowane metody przy prognozowaniu temperatury powietrza w kopalniach węgla kamiennego.. 5.2. Metoda prognozowania temperatury PTO 2B. Metoda ta opracowana przez parowników GIG w Katowicach przedstawia prognozowanie temperatury i stopnia zawilżania powietrza w wyrobiskach górniczych z wentylacją opływową [82]. Temperatura powietrza kopalnianego w danym wyrobisku z wentylacją opływową jest obliczana wg wzoru: t w = t d + ψΔθ d + ΩΔt z + φΔt x. (3.14). gdzie: td – temperatura powietrza w przekroju dopływu wyrobiska (°C),. Ψ - bezwymiarowy współczynnik określany wzorem: 27.

(28) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Ψ = 1 − exp [− K (Fo , Bi ) ⋅ x ]. (3.15). przy czym: Fo – liczba Fouriera Fo =. at ro2. (3.16). Bi =. αrS λ. (3.17). Bi – liczba Biota. x - bezwymiarowa współrzędna odległościowa. x=. 2 πλ l m& ⋅ c p. (3.18). gdzie: K = K ( Fo , Bi ) - liczba Kirpiczewa określana z wykresu lub wzoru zamieszczonym w pracy. [82], a – współczynnik wyrównywania temperatury skał wyznaczony ze wzoru: 2 a = 0,35 (3 − 2 k w ) ⋅ 10 −6 (m /s). (3.19). kw – część obwodu wyrobiska B którą stanowi węgiel, t – czas przewietrzania wyrobiska, s, rs – promień równoważny wyrobiska, m: rs = 0,1592 ⋅ B. (3.20). l – długość wyrobiska, m,. m& - strumień masy powietrza, kg/s, cp – właściwa pojemność cieplna powietrza przy stałym ciśnieniu, J/kg⋅K,. α - współczynnik wnikania ciepła z pobocznicy wyrobiska, W/m2⋅K: α=. 6,70 ⋅ w0,75 0 , 25 rs. (3.21). Δθ d - różnica między temperaturą pierwotną skał tpg, a temperaturą powietrza w płaszczyźnie. przekroju dopływu wyrobiska, czyli: Δθ d = t pg − t d. (3.22). Dalsze symbole oznaczają: Ω - bezwymiarowy współczynnik określony wzorem:. 28.

(29) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. Ω=. 1 − exp[− K (Fo, Bi) ) ⋅ x ] K (Fo, Bi ) ⋅ x. (3.23). Δ t z - przyrost temperatury powietrza w wyrobisku, wynikający z działania w nim. dodatkowych źródeł ciepła:. Δt z = ∑. Q& i m& ⋅ c p. (3.24). gdzie Q& i oznacza ciepło wydzielone w jednostce czasu z i-tego źródła ciepła, W. Ciepło wydzielone z dodatkowych źródeł U. Ciepło Q1 wydzielone z maszyn lub urządzeń elektrycznych w wyrobisku wyznacza się. korzystając ze wzoru: Q1 = 0 ,1 ⋅ N. (3.25). gdzie: N – moc znamionowa silnika maszyny lub urządzenia, W. Ciepło Q2 z procesu utleniania węgla określa się ze wzoru:. Q2 = q& o ⋅ k w ⋅ B ⋅ l. (3.26). gdzie: q& o - 4,36 W/m2 dla wyrobisk korytarzowych przewietrzanych więcej niż 3 lata, q& o - 7,56 W/m2 dla pozostałych wyrobisk, q& o - 16,28 W/m2 dla wyrobisk eksploatacyjnych, kw – oznacza jaką część całkowitą obwodu wyrobiska B stanowi węgiel, B – obwód wyrobiska, m, L – długość wyrobiska, m. Ciepło Q3 związane z wymianą ciepła między rurociągiem, a powietrzem w wyrobisku. wyznacza się korzystając ze wzoru: Qi = r = 7,719(wd ⋅ Dr ). 0 , 62. (t r − t d )l r. (3.27). gdzie: wd – prędkość powietrza w przekroju /d/ wyrobiska, m/s, Dr – średnica rurociągu, m, tr – temperatura powierzchni rurociągu, °C,. 29.

(30) Prognozowanie warunków klimatycznych dla ścian o wysokiej koncentracji wydobycia. td – temperatura powietrza w przekroju dopływu wyrobiska, °C, lr – długość lutniociągu w wyrobisku, m. Ciepło Q4 związane z procesem wymiany ciepła między transportowanym na taśmociągi. urobkiem, a powietrzem w wyrobisku wyznacza się korzystając ze wzoru:. [. ]. Q4 = 1,1 ⋅ mw L0,8 t pg − (t n + b ). (3.28). gdzie: mw – masa urobku przenoszonego w jednostce czasu taśmociągiem w wyrobisku, kg/s, L – długość taśmociągu w wyrobisku, m, Tpg – temperatura węgla w caliźnie przodka wydobywczego, z którego węgiel jest. przenoszony taśmociągiem, °C, tn – szacowana średnia temperatura na termometrze wilgotnym w części wyrobiska, gdzie. znajduje się taśmociąg, °C, b – empiryczna wielkość, która zależy od temperatury węgla w caliźnie w przodku. wydobywczym oraz od masy urobku transportowanego taśmociągiem Tabela 2. Wartość współczynnika b. b = 7 °C. tp ≥ 35 °C 11 kg/s ≤ mw ≤ 33 kg/s. b = 4 °C. 33 kg/s ≤ mw ≤ 55 kg/s. b = 2,5 °C. 55 kg/s ≤ mw ≤ 84 kg/s tp = 30 °C ± 4 C. b= 5 °C. 11 kg/s ≤ mw ≤ 33 kg/s. b= 2 °C. 33 kg/s ≤ mw ≤ 55 kg/s. b= 0,5 °C. 55 kg/s ≤ mw ≤ 84 kg/s. φ - bezwymiarowy współczynnik określany wzorem: K (Fo, Bi ) ⎞ ⎛ φ = ε' Ω⎜1 − ⎟ Bi ⎠ ⎝. (3.29). gdzie: ε’ - liczba bezwymiarowa, która jest wielkością empiryczną zależną od czasu τ przewietrzania. i wynosi: ε’ = 0,80 dla bardzo mokrych szybów wdechowych niezależnie od czasu przewietrzania; ε’ = 0,50 dla normalnie mokrych szybów wdechowych niezależnie od czasu przewietrzania;. 30.

Cytaty

Powiązane dokumenty

W przypadku przedstawionym na rysunku 4.8b (a mającym odzwierciedlenie w aktualnych parametrach pracy wielu reaktorów) strumień cieczy pobieranej z komory reaktora np. do

Wentylacja pomieszczenia jest to wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części ma- jąca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego i wprowadzanie

Zaprojektować system ze zmiennymi

Ściana murowana z ociepleniem od strony zewnętrznej tynk zewnętrzny twarda pianka 5,0 cm pustak lub cegła 00.

Na rysunku 6 pokazano położenie ogniska pożaru, położenie tamy oraz wyniki obliczeń rozkładu stężenia tlenku węgla generowanego w ognisku pożaru dla przypadku przepływu

Napływa z nad północnej części Afryki, południowo – wschodniej Europy oraz Azji.. Mniejszej, latem

Prędkość powietrza wlotowego do akumulatora 2A (w pełni uszczelniony) w zależności od prędkości obrotowej wentylatora oraz drogi przepływu w układzie cyrkula-

In contrast to the existing methods for the modelling of the transient response of heat exchangers with extended surfaces in which the weighted steady-state heat transfer