Zwiększenie bezpieczeństwa oraz efektywności klimatyzacji wyrobisk górniczych stosujących podziemne urządzenia chłodnicze diagnozowane termowizyjnie

Pełen tekst

(1)BARBARA MADEJA-STRUMIŃSKA ANDRZEJ STRUMIŃSKI PIOTR ŁUSKA. ZWIĘKSZENIE BEZPIECZEŃSTWA ORAZ EFEKTYWNOŚCI KLIMATYZACJI WYROBISK GÓRNICZYCH STOSUJĄCYCH PODZIEMNE URZĄDZENIA CHŁODNICZE DIAGNOZOWANE TERMOWIZYJNIE. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2006.

(2) .

(3)

(4) * !"#$. Opiniodawca. . -DQ 6=/ =$.. Opracowanie redakcyjne Alina KACZAK. %

(5) % . 7RPDV] 67580, 6.,.

(6) 6SLVWUHFL 1. Wprowadzenie ...................................................................................................................... 5 2.

(7) ...................................................................................................... 8 2.1. ..................................................................................................... 8 2.2. Konwekcja ................................................................................................................... 10 2.3. ................................................................................................. 11 2.4. * .............................................................................................. 14 2.5. .................................................................. 15 3. ' ...................................................... 18 3.1. *

(8) * .............................................. 18 3.2.

(9) .................................................... 19 3.3.

(10) .......................................... 23 3.4.

(11) ....................................................... 24 3.5. ............................................................................................... 25 3.6. ................. 26 4.

(12) ( podziemnych........................................................................................................................ 28 5. *

(13) ............................. 36 5.1.

(14) . ................... 36 5.2. Warunki termiczne w kopalniach rud miedzi w LGOM-ie.......................................... 37 5.3. Warunki termiczne w kopalni Bogdanka..................................................................... 39 6. ! * ........................................................................................ 41 7. * ................................................................................ 44 8.

(15) polskim górnictwie podziemnym ...................................................................................................... 48 8.1. "

(16) #$% ............................................................................... 48 8.1.1.

(17) #$% ................................................. 48 8.1.2. "

(18) #$% ..................................... 51 8.2. "

(19) &' .................................................................................. 52 8.2.1.

(20) &' .................................................... 52 8.2.2. "

(21) (&' ....................................... 55 8.3. "

(22) ................................................................................... 57 8.3.1.

(23) ..................................................... 57 8.3.2. "

(24) ......................................... 60 9. .................................................................... 63 9.1. Klimatyzacja lokalna ................................................................................................... 63.

(25) 9.2. Klimatyzacja grupowa ................................................................................................. 76 9.3. Centralna klimatyzacja w KWK Pniówek ................................................................... 82 9.4. Centralna klimatyzacja w O/ZG Rudna ....................................................................... 83 9.5. Klimatyzacja stanowiskowa w kopalniach rud miedzi ................................................ 85 10.

(26)

(27)

(28)

(29) .............................................. 87 10.1. Charakterystyka stacji prób ......................................................................................... 87 10.2.

(30)

(31)

(32) .................................................................................................... 88 10.3. *

(33)

(34) .............................................................................................. 92 11.

(35)

(36) technicznych ....................................................... 95 12. Diagnostyka termowizyjna obiektów technicznych ............................................................ 99 13.

(37)

(38)

(39)

(40)

(41) * ich budowy ........................................................................................................................ 102 14.

(42)

(43)

(44)

(45) kopalnianego... 114 15.

(46)

(47)

(48)

(49)

(50) termowizyjnych ................................................................................................................. 119 16.

(51)

(52)

(53)

(54)

(55) ........................ 129 17. !

(56) "

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62) kopalnianego...................................................................................................................... 135 Literatura................................................................................................................................. 139.

(63) 1. Wprowadzenie

(64) *

(65)

(66)

(67) r a

(68) *

(69) o * aturalnych. * *

(70)

(71)

(72)

(73)

(74) *

(75)

(76) ( *

(77) * * *

(78)

(79) a

(80)

(81) ! e *

(82)

(83) e

(84)

(85)

(86)

(87)

(88) !

(89)

(90)

(91)

(92) * *

(93)

(94)

(95) *

(96)

(97) * r " * * *

(98)

(99) u #

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

(106) a #

(107)

(108) *

(109)

(110)

(111) o

(112) (

(113)

(114)

(115) .

(116)

(117)

(118) e

(119)

(120)

(121)

(122) r *

(123)

(124)

(125)

(126)

(127)

(128) * spo *

(129)

(130)

(131) #

(132)

(133)

(134) * trza Ziemi $

(135)

(136)

(137)

(138) %

(139) a

(140)

(141) &

(142) (

(143) .

(144) 6.

(145)

(146)

(147) eniotwórczych.. $

(148) *

(149) *

(150)

(151)

(152) * *

(153) *

(154)

(155)

(156) *

(157) a*

(158)

(159) w

(160)

(161) roboczej (do 28 °C), albo w cyklu skróconym do 6 godzin, gdy temperatura sucha powie

(162)

(163) * '( °C, a nie przekracza 33 °C.

(164)

(165) * nawet. )*(+ ,

(166)

(167) . w

(168) w

(169)

(170) wydobycia kopaliny. &

(171)

(172) !

(173) d adu górniczego. *

(174)

(175) kopalniach

(176)

(177) i

(178)

(179) ego.

(180)

(181)

(182) o-.

(183)

(184)

(185)

(186)

(187) k

(188)

(189)

(190)

(191) *

(192)

(193)

(194) W -*. l

(195)

(196) . Pniówek i jedna w kopalni rudy miedzi Rudna.. /

(197)

(198)

(199) aniu bez

(200)

(201)

(202) $

(203) *

(204) 0

(205) powoduje zaburzenie procesu technologicznego w kopalni.. 1

(206)

(207) *

(208) i

(209)

(210) W ramach projektu badawczego 4T12A03527 Ministra Edukacji i Nauki przepro-. *

(211) !

(212) w

(213)

(214) .

(215)

(216)

(217) .

(218) 7. 2

(219)

(220)

(221)

(222) * n!

(223) o

(224) "

(225)

(226)

(227) .

(228) * !

(229) a

(230) * n

(231) 1*

(232) ! k

(233) * ztownych awarii.

(234)

(235)

(236)

(237)

(238) l *

(239) *

(240)

(241) * *

(242)

(243)

(244)

(245)

(246) *

(247)

(248) iczych..

(249) =DVDG\SU]HSá\ZXFLHSáD

(250)

(251)

(252)

(253)

(254)

(255) y

(256)

(257)

(258) wzrost temperatury powietrza kopalnianego oraz jego zawilgocenia. W celu ochrony pracowników przed negatywnymi skutkami trudnych termicznych

(259)

(260)

(261) a-.

(262)

(263)

(264)

(265)

(266)

(267) *

(268)

(269) i

(270) *

(271)

(272) e

(273)

(274)

(275) !" ## °$ %

(276)

(277)

(278)

(279) &

(280)

(281) & ksza od jedenastu katastopni wilgotnych.. '

(282)

(283)

(284)

(285)

(286) a

(287)

(288)

(289) (

(290)

(291) przewodze

(292) ) * !! #" +,. 3U]HZRG]HQLHFLHSáD

(293)

(294)

(295)

(296)

(297)

(298)

(299)

(300)

(301)

(302)

(303)

(304)

(305) -

(306) o

(307)

(308) *

(309)

(310) *szej [22, 61].. '

(311)

(312)

(313)

(314)

(315)

(316)

(317)

(318)

(319) '

(320)

(321)

(322) *

(323)

(324)

(325)

(326) *

(327)

(328) b

(329) *

(330)

(331)

(332)

(333)

(334)

(335) znej (zderzenia).

(336)

(337)

(338)

(339) nie

(340)

(341)

(342) !! +,.

(343) 9. & .

(344)

(345) czasie. ' & -

(346) asu. '

(347) *

(348)

(349)

(350)

(351)

(352) .

(353)

(354) ymiarowe lub trójwymiarowe [22]..

(355)

(356) / q = −λs grad ϑ ,. (2.1). gdzie: q 0 & '1m2, 0

(357)

(358)

(359) '1) ⋅ K), λs gradϑ 0

(360) 21

(361)

(362) gradϑ = i. ∂ϑ ∂ϑ ∂ϑ . +j +k ∂x ∂y ∂z. (2.2). '

(363) * )!!* i, j, k

(364)

(365) Równanie (2.1)

(366)

(367) * *

(368) ewodzone jest jednorodny i izotropowy. '

(369) λs

(370)

(371)

(372) &

(373)

(374)

(375)

(376)

(377) 3

(378) czynnika λs

(379)

(380) '

(381)

(382)

(383)

(384)

(385) wzrostem temperatury. '

(386) λs

(387)

(388)

(389) iczych zestawiono w tabeli 2.1 [31, 61].

(390) λs

(391) '( " *irowce Piaskowce gruboziarniste Piaskowce drobnoziarniste +% yste. +% ). ,nne - . Dolomit Margle miedziono. !

(392) " W glowe 3,4 3,5 3,1 2,2 2,1 0,60 – – – –. # " . Lubelskie $% & Za &! W glowe W glowe " bie Miedzi )*

(393) λs, W/(m ⋅ °C) 2,3 – – 3,4 4,04 2,3 2,9 2,5 – 2,5 – – 1,9 2,5 – 0,66 0,4 – – 2,8 3,0 – 1,8 – – – 2,5 – – 2,5.

(394) 10. 2.2. Konwekcja Konwekcja (unoszenie) polega na przenoszeniu energii przede wszystkim przez.

(395)

(396)

(397) * aturze.. '

(398)

(399)

(400)

(401)

(402)

(403) !! #". 61]: •

(404)

(405)

(406)

(407)

(408)

(409) cych cz

(410) •

(411)

(412)

(413)

(414)

(415)

(416) wzro •

(417)

(418)

(419)

(420) *

(421)

(422) powodu

(423) •

(424)

(425)

(426) . 4*

(427)

(428)

(429)

(430)

(431)

(432)

(433)

(434)

(435)

(436) a prz

(437) ' &

(438) w

(439)

(440)

(441)

(442)

(443)

(444)

(445)

(446)

(447) * ) *

(448)

(449)

(450) .

(451)

(452)

(453)

(454) ) !,* ' n *

(455)

(456) * nwekcja.. ' ' ), )% .

(457) 11. Opis zjawiska konwekcji ujmuje równanie Newtona Q = α A(ϑ − t ) ,. (2.3). gdzie: Q 0

(458)

(459)

(460) A, W, α 0

(461)

(462) ) * '1)2 ⋅ K), A 0

(463)

(464) 2, ϑ 0

(465) 2 t 0 2 '

(466)

(467)

(468) α

(469) * &.

(470) *

(471)

(472)

(473)

(474)

(475)

(476)

(477) g 4 *

(478)

(479) α y

(480)

(481) * 3

(482)

(483) α

(484) 5,0655 '1)2 ⋅ 2*

(485)

(486)

(487) α wynosi 500–7000 W/(m2 ⋅ K), a dla cieczy wrzcych 2000–10 000 W/(m2 ⋅ K) [22, 61], a nawet do 100 000 W/(m2 ⋅ K).. 3URPLHQLRZDQLHFLHSáD

(488)

(489)

(490)

(491) o

(492) l *

(493)

(494) & * 7

(495)

(496)

(497)

(498)

(499) *

(500) &

(501) ) *

(502) - ktromagnetycznych. 8

(503) -

(504) istej.. '

(505)

(506) *

(507)

(508)

(509)

(510) . e

(511)

(512) * r

(513) '

(514) * dla temperatury mniejszej od 700 °$

(515)

(516) i mikrofal [22, 38].. 9

(517)

(518) ) a

(519) *

(520) * owanie padajce..

(521) 12. $

(522)

(523)

(524) #" −1. M λC =. c1  c  exp 2 − 1 dλ ,  λ λT . (2.4). gdzie: MλC – )

(525) *

(526)

(527)

(528)

(529) '1)2 ⋅ µm), λ – & - µm, c1 = 2πhc2 = 3,7417749 ⋅ 108 W ⋅ m–2 ⋅ µm4 –

(530) cka, c2 = hc/k = 4387,69 µm ⋅ 2 0 h = 6,626 ⋅ 10–34 J ⋅ 0 k = 1,381 ⋅ 10–23 12 0 :

(531) c = 2,9979 ⋅ 108 1 0 &

(532)

(533) -

(534) Z ekstremum funkcji (2.4) *

(535) &

(536) * & #" 5 +,. λ m T = 2898 µm ⋅ K,. (2.5).

(537)

(538) & ' 0

(539) 7 - λm & $ M )

(540) *

(541)

(542)

(543)

(544) )!* w przedziale od zera do nie

(545) o *

(546)

(547) ;- 0:

(548) M =σT4. (2.6). gdzie σ = 5,66943 ⋅ 10–8 W/(m2 ⋅ K4*

(549)

(550) ;- 0:

(551) Ze wzoru (2.6) *

(552)

(553)

(554) o-.

(555)

(556)

(557) . W dziedzinach technicznych wzór (2.6)

(558) * !! +, Θ  qC = C0   ,  100  4. (2.7). gdzie qC

(559)

(560)

(561) W/m2, Θ 0

(562)

(563) . C0 = 5,67 W/(m2 ⋅ K4). $ Q ) 1*

(564)

(565)

(566) A czasu wynosi  Θ  = AC0   .  100  4. Q. (2.8).

(567) 13. $

(568)

(569)

(570)

(571) *

(572)

(573) emisyj ελ, &

(574) '

(575)

(576)

(577)

(578)

(579) o

(580)

(581)

(582)

(583)

(584) * o '

(585)

(586)

(587)

(588)

(589) αλ, ρλ i τλ, przy czym [14, 38, 40, 48]: • αλ 0

(590) ) *

(591) & o-.

(592)

(593)

(594) . • ρλ 0

(595) )- *

(596) & omieniowu

(597)

(598) • τλ 0

(599)

(600)

(601)

(602) ) *

(603) & przepusz

(604)

(605) . ' *

(606) -

(607) * .. + + 2 = 1. (2.9). jest nazywane prawem Kirchhoffa [14, 40, 48].. '

(608)

(609) * *

(610) - . i * - Dla mater

(611)

(612)

(613)

(614)

(615) r

(616) τλ = 0 i równanie (2.9)

(617)

(618) .. + = 1 .. (2.10). '

(619)

(620) ελ jest zdefiniowany jako ilo

(621)

(622)

(623) Mλ

(624)

(625) czarne Mλ c o tej samej temperaturze [14, 40]. ελ =. Mλ . M λc. (2.11). '

(626)

(627) *

(628) - promieniowania, kierunku obserwacji, polaryzacji oraz od stanu powierzchni (polero-. * & 55! 5<" 5 " '

(629)

(630) badawczego 4T12A03527, przedstawiono w rozdziale 13 niniejszej monografii.. 8

(631) .

(632) (

(633)

(634) u , 5 "( •

(635) ελ = ε = 1, •

(636) ελ = ε = const < 1, • ε

(637) * - .

(638) 14. :

(639) )!,,*

(640)

(641)

(642) * & M λ = ε M λc ,. (2.12).

(643)

(644) M = εσT 4 .. (2.13). $

(645)

(646)

(647) A

(648) * . obli

(649) &

(650)

(651) * .  Θ  = εAC0   .  100  4. Q. sz. (2.14). '

(652)

(653)

(654) * &

(655)

(656)

(657)  Θ  4  Θ  4  Q 1−2 = ε 1−2 A1C0  1  −  2   ,  100   100  . (2.15). w którym: –

(658)

(659) Θ1, A1 Θ1, Θ2 –

(660)

(661) . ε1–2 –

(662)

(663)

(664) &

(665)

(666) przy czym. ε1− 2 =. 1 1 1 + −1 ε1 ε 2. (2.16). ' & ε1–2

(667)

(668) ε1 * ε2. W szczególnym

(669) & ε1–2 * & ε1, gdy ε2 = 1 lub ε2 ε1 = , * powierzch

(670) ε1–2 = 1.. =áR*RQDZ\PLDQDFLHSáD ' w drodze samego przewodzenia, promieniowania lub samej kon

(671)

(672)

(673)

(674)

(675)

(676) 3

(677)

(678)

(679)

(680) * $

(681)

(682)

(683) a '

(684)

(685)

(686)

(687)

(688)

(689)

(690) omieniowanie αr

(691)

(692)

(693)

(694) .

(695) 15. αr =. Q 1−2 , A1 (Θ1 − Θ 0 ). (2.17). gdzie: Q1−2 –

(696)

(697)

(698)

(699)

(700)

(701) * (2.15), Θ 1 – Θ 0 – temperatura odniesienia.. '

(702)

(703)

(704)

(705)

(706) )Θ0 = T ). 2

(707) )!,6* i (2.17),

(708)

(709)

(710)

(711)

(712)

(713) α r  Θ 1  4  Θ 2  4  ε 1−2 C0   −    100   100    . αr = Θ1 − T. (2.18). 8

(714)

(715)

(716)

(717) ie *

(718)

(719) &

(720)

(721) * q A = (α + α r )(ϑ − t ). (2.19). przy czym α

(722)

(723)

(724)

(725) αr 0

(726) a

(727)

(728)

(729) )!,"* ϑ i t

(730)

(731) owiednio tempera . 3U]HQLNDQLHFLHSáDSU]H]SU]HJURG SáDVN ' *

(732)

(733)

(734)

(735)

(736)

(737) * '

(738)

(739)

(740)

(741)

(742)

(743) t1 (np. gazów * *

(744)

(745)

(746)

(747)

(748) δ

(749)

(750)

(751)

(752)

(753) *

(754)

(755) t2 )

(756) * '

(757)

(758) * &

(759)

(760) . . 7

(761)

(762)

(763)

(764)

(765) e

(766) *

(767)

(768) ϑ1 i ϑ2

(769) * * & y

(770)

(771)

(772)

(773)

(774) o Q = α1 A1 (t1 − ϑ1 ) ,. (2.20).

(775) 16. Q = α 2 A2 (ϑ2 − t2 ) ,. (2.21). gdzie A1 i A2

(776)

(777)

(778)

(779) cieplejszego i zimniejszego.

(780) A1 = A2 = A =

(781) dla którego λ

(782) * )λ = idem), to na podstawie równania Fourie !! +,

(783) * a &

(784) dϑ Q =− = idem , dx Aλ. (2.22). gdzie x

(785)

(786)

(787)

(788) ) !!*. Q. ' . . )!!!* x1 do x2 oraz po

(789) . x2 – x1 = δ otrzymujemy wzór. Q =. λA (ϑ1 − ϑ2 ) . δ. (2.23). 4

(790)

(791) )!!#*

(792) & Q =. λ A0Ψ (ϑ1 − ϑ2 ) , δ. (2.24). gdzie Ψ

(793)

(794)

(795)

(796) *

(797)

(798)

(799)

(800)

(801)

(802)

(803) Ψ = 1. Powierzchnia A0

(804) e-.

(805)

(806)

(807) )!!5* )!!,* i (2.24), *

(808)

(809) & nast * ( t1 − ϑ1 =. Q , α1 A1. (2.25).

(810) 17. ϑ2 − t2 =. Q , α 2 A2. (2.26). ϑ1 − ϑ2 =. Q δ . ΨA0 λ. (2.27).

(811) )!!6* )!!+* i (2.27)

(812)

(813)

(814) d

(815) * *

(816) &

(817) * & Q =. t1 − t2 . 1 1 δ 1 + + α1 A1 ΨA0 λ α 2 A2. (2.28). Równanie (2.28)

(818)

(819) Q = kA0 (t1 − t2 ) ,. (2.29).

(820) * & k=. 1 A0 A δ + + 0 α1 A1 Ψλ α 2 A2. (2.30).

(821)

(822)

(823)

(824)

(825)

(826)

(827) A0 = A1 = A2, to równania (2.28) i (2.30) & Q =. t1 − t 2 1 1 δ + + α1 A0 λA0 α 2 A0. (2.31). oraz k=. 1 , 1 δ 1 + + α1 λ α 2. (2.32).

(828)

(829)

(830)

(831) k] = W/(m2 ⋅ K)..

(832) 'UyGáDFLHSáDZSRG]LHPQ\FK wyrobiskach górniczych

(833)

(834)

(835)

(836)

(837)

(838) *

(839)

(840) * *

(841) w * *

(842)

(843)

(844)

(845) mechaniczne i elektryczne oraz transportowany urobek..

(846)

(847)

(848)

(849)

(850)

(851) ( .

(852) * w wyrobisku woda itp. [31, 61]..

(853)

(854) ( ko-. palniach podziemnych.. 6SU *DQLHSRZLHWU]DNRSDOQLDQHJRZSROXVLáFL *NRFL

(855)

(856)

(857)

(858)

(859) *

(860)

(861)

(862) *

(863)

(864)

(865)

(866)

(867)

(868) y

(869)

(870)

(871)

(872)

(873) wnaniem [22] pυ ν = idem ,. (3.1). gdzie: υ –

(874) 3/kg, ν = idem !

(875)

(876)

(877) • izotermicznej (t = idem) – ν = 1, • izochorycznej (υ = idem) – ν = ∞, • izobarycznej (p = idem) – ν = 0, • izentropowej (dqc " # $ ! ν = cp/cυ dla powietrza κ = cp/cυ = 1,40, cp – %&' ⋅ K),.

(878) 19. cυ – %&' ⋅ K).. ( ') *$

(879)

(880) o pυ = RT ,. (3.2). '$

(881)

(882)

(883) R (J/(kg ⋅ +$$ ! a

(884) '

(885) R = 287,04 /(kg ⋅ K)), T '+$ !

(886)

(887)

(888)

(889) *

(890)

(891) * ,-. w którym p. grad T =. z1 − z 2 R ν . = T2 − T1 g ν − 1. (3.3). /

(892)

(893) 'z1 – z2) odpowia

(894)

(895) 'T2 – T1) o 1 °C (1 K) [2]. (