Proces nawilżania powietrza w wyrobiskach górniczych w świetle rozważań teoretycznych i obserwacji w kopalniach

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓRNICTWO z. 112

________ 1901 Nr kol. 697

Ryszard FRĄCZEK

PROCES NAWILŻANIA POWIETRZA W WYROBISKACH GÓRNICZYCH W ŚWIETLE ROZWAŻAŃ TEORETYCZNYCH I 0BSERWAC3I W KOPALNIACH

St re az c z e n i e . W pracy przedstawiono wyniki dalszych badań nad procesem nawilżania powietrza w wyrobiskach górniczych, które przed­

stawiono w pracy [2] . Dotychczasowy model ruchu wilgoci w wyrobisku górniczym poszerzono o wpływ ciśnienia eksploatacyjnego przy za ło­

żeniu liniowego i nieliniowego przyrostu wilgoci wzdłuż osi w y ro bi­

ska. Podano także ilościowy udział pary wodnej pochodzącej ze ź r ó­

deł wewnątrz i zewnątrz (z górotworu) wyrobiska. W zakończeniu po­

dano najważniejsze wniosk'

* 1. Wprowadzenie

Przy prognozowaniu temperatury powietrza w wyrobiskach górniczych na dokładność wyników znaczny wpły w wywiera zmiana stanu skupienia wody oraz jej ruch w górotworze. Zagadnieniu zmiany stanu skupienia wilgoci na tem­

peraturę powietrza poświęcono wiele prac [4 , 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13] , je­

dnakże do tej pory problem ten nie został zadowalająco rozwiązany. Praca niniejsza stanowi kontynuację badań dotyczących nawilżania powietrza ko­

palnianego, a przedstawionych w pracy autora W - Inspiracją przedstawio­

nych badań była weryfikacja uzyskanych empirycznych zależności służących do obliczania :

- przyrostu wilgotności względnej i wilgotności właściwej A x przy­

padającej na 100 m długości wyrobiska, - współczynnika wymiany wilgoci (5 .

stosowanych przy prognozowaniu temperatury powietrza w k o p a l n i a c h : Pstrow­

ski i K-2 w Lubelskim Zagłębiu Węglowym. Okazało się, że wyprowadzone za­

leżności w pracy [2] dają poprawne rezultaty w niedużej grupie wyrobisk o niewielkiej długości. Celem podniesienia dokładności obliczeń prognos­

tycznych temperatury powietrza i wilgotności wykonsno niniejszą p r s c ę , w której podjęto próbę .ilościowego ujęcia źródeł wilgoci w zależności od przeznaczenia wyrobiska, przy założeniu liniowego i nieliniowego modelu przyrostu wilgoci wzdłuż osi wyrobiska.

100 R. Frączek

2. Charakterystyka procesu- parowania wody w wyrobisku górniczym

Proces parowania wody powodujący zawilgocenie powietrza płynącego w w y ­ robisku górniczym może zachodzić:

- w powietrzu (parowanie wody rozpylonej przez urządzenia zraszające lub parowanie wody opadającej z wyposażenia i obudowy w y r o b i s k a ) ,

- ze swobodnej powierzchni lustra wody, - wewnątrz górotworu.

Na intensywność wymiany wilgoci między przepływającym powietrzem a ota- czajęcym górotworem a także między wodę znajdująca się na powierzchni w y ­ robiska oraz wodę rozpylona w powietrzu będę mięły wpływ:

- kierunek oraz forma ruchu ciepła (wymiana ciepła pa drodze konwekcji, promieniowania czy przewodzenia - zgodnie lub niezgodnie z kierunkiem ruchu wilgoci) ,

- mechanizm ruchu wilgoci wewnątrz górotworu' i z jego powierzchni do po­

wietrza.

Chcąc wyprowadzić wzory na gęstość strumienia wilgoci rozważa się ob­

szar pr ze st r z e n n y , jaki stanowi wycinek wyrobiska o brzegu zaznaczonym linią kreskową na rys. 1. Do tego elementu wyrobiska dopływają: strumień wilgoci parującej na powierzchni wyrobiska oraz strumień wilgoci powstały w wyniku parowania wody i desorbcji pary wodnej zawartej w ota­

czającym wyrobisko górotworze mg .

Si , d

Rys. i. Model ruchu wilgoci w wyrobisku górniczym

Bilans wilgoci ułożony dla wymienionego elementu wyrobiska górniczego wyrazi równanie :

L= Sm-S *■

n j — t i ■ i ' i

m łe/m

ii

5n r

+ mQ2‘) Bds = dm

(

)

i

g d z i e :

np2 - gęstość strumienia, kg/m s,2 8 - obwód wyrobiska, m,

s - współrzędna bieżąca, m.

Przy założeniu modelu liniowego, dyfuzję pary wodnej od powierzchni po­

krytej wodę do otaczającego powietrza, stanowiącą przypadek jednostronnie przepuszczalnej powierzchni granicznej, opisuje prawo dyfuzji Stefana 4.7:

% - £fr<p - Pn> <2>

gdzie :

1

P - P n - różnica ciśnień pary wodnej w warstwie granicznej. Pa.

Przy założeniu, że wielkości, T, p, pp są stałe, po scałkowaniu rów­

nania (i) względem współrzędnej bieżącej s od przekroju dopływowego (d) o współrzędnej srf do przekroju wypływowego (w) o współrzędnej s w uzy­

skamy następującą zależność dla przekroju wyrobiska górniczego:

mw - md (mpz + rag z )BL (3)

g d z i e :

L * (sw - sd ) - długość wyrobiska górniczego, m,

w>d , mw - strumienie masy powietrza kopalnianego odpowiednio na wlocie i wylocie z wyrobiska (d , w ) , kg/s.

Przyjmując założenie, że strumień wilgoci parującej oraz deeorbowanej wewnątrz górotworu możemy w przybliżeniu opisać wzorem (2 ) , w którym ws pó ł­

czynnik przejmowania masy będzie współczynnikiem zastępczym ujmują­

cym ruch wilgoci wewnątrz górotworu oraz z górotworu do powietrza, wzór (3) przyjmie postać:

i

Proces nawilżania powietrza w wy ro bi s k a c h . .._______________________________101

A m A

R“t(p - Pn ) ( fi +f> z ) (4) gdzie :

A - powierzchnia wyrobiska, m ,2 A m - przyrost wilgoci, kg/s.

W procesach suszenia materiałów oraz w zagadnieniu związanych z wy mi a­

ną masy [4, 7, 11] do obliczenia współczynnika orzejmowania masy ¡i sto­

suje się zależność:

Sh1 = c 1ResGub (5)

102 R. Fręczek

gdzie :

- liczba Sberwooda (w pracy [2] stosowano nomenklaturę Nu używanę przez Ł y k o w a ) ,

- liczba Reynoldsa,

Gu 3 t"8' + ¿74 ” *iC2l3a Guchmana, d

D

- średnica zastępcza wyrobiska, m, - współczynnik dyfuzji; m / s ,2 - prędkość powietrza, m/s,

- kinematyczny współczynnik lepkości, m / s ,2

- temperatura powietrza mierzona termometrem suchym.

ts

tw - temperatura powietrza mierzona termometrem wilgotnym.

Wartość' stałej c Ł oraz wykładników a i b wyznacza się empirycz­

nie w zależności od potrzeb (4 , 7, 11] . Stosowanie wartości c, a i b uzyskanych w różnych dziedzinach techniki do potrzeb górnictwa daje po­

prawne rezultaty Jedynie wtedy, jeżeli zachowane sę kryteria podobieństwa określone przez graniczne wartości liczb Re oraz ^ Gu, Majęc poprawnliK' wyznaczone wartości stałych a, b, Cj nie oznacza, że uzyskamy poprawny wynik stosujęc zależność (4), gdyż o tym decyduję jeszcze powierzchnia parowania oraz strumień wilgoci płynęcy bezpośrednio z górotworu.

Z tego względu istnieje potrzeba przeprowadzenia badań empirycznych celem wyznaczenia:

- powierzchni parowania wody, - współczynników przejmowania masy.

Ponieważ mamy jedno równanie (4 ) oraz trzy niewiadome (a, J5 , J&z ) , do dalszej analizy przyjęto uproszczenie polegajęce na tym, że stała c w za­

leżności (5) uwzględnia procentowy udział powierzchni pokrytej wodę do powierzchni całkowitej ( c ^ . W ten sposób ilość niewiadomych zmniejsza się do dwóch , /& 2 ).

Określenie współczynnika przejmowania masy l<> w górotworze wokół w y ­ robiska jest zagadnieniem znacznie trudniejszym. Z literatury [2 , 3, 5, 6, 7, 12, 13j wiadomo, że znaczny wpływ na ruch pary wodnej w górotworze ma:

- suma poprzecznych przekrojów por i szczelin, - napór ciśnienia czynnego,

- temperatura środowiska, - zawartość wody,

- czas.

Ponadto z poczynionych obserwacji wynika, że wpływ na ilość desorbowa- nej pary z górotworu ma także:

- wielkość ciśnienia statycznego w górotworze.

Procas nawilżania powietrza w wyrobiskach. 103

- wytrzymałość mechaniczna skał na ściskanie, - czas od momentu wykonania wyrobiska.

Stosując analizę wymiarowę, warunki tworzenia się oraz ruoh pary w o d ­ nej w górotworze można opisać następującymi liczbami bezwymiarowymi:

Fq = - liczba Fouriera charakteryzująca ruch pary wodnej w

r czasie,

W = - liczbar^charakteryzująca wilgotność górotworu, 9

R = — a — ę„zg - liczba charakteryzująca własności mechaniczne górotwo-

<3q

y r u ,

t, - *

K = ts + - liczba charakteryzująca ruch ciepłe w górotworze,

s

gdzie :

V - okres istnienia wyrobiska, s, r - promień zastępczy wyrobiska, m,

9», “ gęstość przestrzenna wo dy zawartej w górotworze, kg/m3 , 9g - gęstość przestrzenna górotworu, kg/m ,3

z - średnia głębokość położenia wyrobiska względem powierzchni, m, 6 ^ - współczynnik wytrzymałości mechanicznej skał na ściskanie. Pa,

•$>s - temperatura pierwotna górotworu, °C.

Podane liczby bezwymiarowe w pełni nie charakteryzują zachodzącego pro­

cesu, parowania, desorbcji i ruchu pary wodnej w g ó r o t w o r z e , lecz ze wzglę­

du na stosunkowo prostą możliwość ich wyznaczenia mogą znaleźć zastosowa­

nie przy wyznaczeniu liczby S h z dotyczącej tworzenia i ruchu pary w o d­

nej w górotworze w postaci:

Sh = c_F^WeR fK 9 (6)

Z d o

Podstawiając zależności (5) i (6) do wzoru (ś) uzyskamy wzór na obli­

czenie strumienia wilgoci w wyrobiskach górniczych w postaci

A m » jH ^ Cp " pn )(shl + shz> (7)

Przyrost wilgotności właściwej w badanym odcinku wyrobiska uzyskamy, jeżeli podzielimy zależność (7) przez strumień masy powietrza suchego (mg ) płynącego w w y r o b i s k u :

* x " ?T T §? r (p " pn )(Shl + Shz> (8)

104 R. Fręczek

Majęc wilgotność właściwę x JL> x2 oraz ciśnienie bezwzględne powie­

trza, korzystajęc ze znanych wzorów [8, 9] można obliczyć przyrost w i l ­ gotności względnej ¿'f.

tności powietrza przy założeniu liniowej zmiany wilgotności wzdłuż osi w y ­ robiska.

W celu wyprowadzenia wzoru na nieliniowy przyrost wilgoci w powietrzu płynęcym w wyrobisku górniczym, pokazanym na rys. 1, układamy bilans w i l­

goci dla elementu długości wyrobiska

dx -.przyrost wilgotności właściwej powietrza w wyrobisku, kg/kg, x - wilgotność właściwa powietrza, kg/kg,

x g - wilgotność właściwa powietrza przy powierzchni wody, kg/kg, - zastępczy współczynnik wnikanie wilgoci z powierzchni _ wyrobiska

odnoszęcy się do siły napędowej będęcej różnicę wilgotności wła- ś c i w e j , kg/m s, 2

k2 - współczynnik wnikania wilgoci z górotworu, kg/m2s.

Po uporzędkowanlu zmiennych i scałkowaniu zależność (9) przyjmuje pos-

- dynamiczny współczynnik dyfuzji pary wodnej, kg/ms.

Liczby Sherwoods Sh^, Shg, podobnie jak w modelu liniowym, opiszę za-

kładniki s, b, d, e, f, g.

Wzór'na obliczenie przyrostu wilgoc.i' w wyrobisku górniczym, stosujęc siłę napędowę ruchu wilgoci w postaci różnicy ciśnień pary zamiast różni­

cy wilgotności właściwej, będzie miał postać:

Podane zależności (7) i (8) mogę służyć do obliczenia przyrostu wilgo-

dm = m 8dx = (">p + mg )8ds * (x - xs )(k1 + k2 )Bds (9)

gdzie :

tać :

( 10)

Wprowadzajęc :

Sh1

do wzoru (lO) uzyskamy

x b = e*P )T13(shi s A<5d

(u)

gdzie ;

leżności (5) i (6), przy czym określeniu podlegaję stałe Cj-, c2 oraz wy-

Proces nawilżania powietrza w wyrobiskach.. 105

g d z i e :

pd ‘ °w ~ «linienie pary wodnej w oowietrzu na wlocie i wylocie z w y r o ­ biska, Pa,

0 - strumień objętości powietrza suchego, m 3/s.

Użyteczność podanych wzorów (e, 11 , 12) do obliczeń przyrostu w i l g o t ­ ności w wyrobisku górniczym uzyska się dopiero po opracowaniu danych uzy­

skanych z pomiaru.

3. Przygotowanie danych wejściowych do obliczeń

Określenie stałych c ^ c2 oraz wy kł ad ni kó w potęgowych a, b, d, e, f, g wymaga przygotowania wartości liczb bezwymiarowych: R e * G u > F0 > K - ■■

W, Xk, Shw . W tym celu wykonano w wyrobiskach górniczych pomiar(y dotyczę- ce :

- temperatury suchej i w i l g o t n e j 'p o w i e t r z a , - prędkości i ciśnienia powietrza,

- przekroju i długości wyrobisk,

stosujęc odpowiednie metody i przyrzędy pomiarowe podane w pracach ¡2,8.

Na podstawie map pokładowych wyznaczono okres istnienia wyrobiska oraz głębokość zalegania badanego elementu wyrobiska. Na podstawie danych z działu geologicznego poszczególnych kopalń ustalono temperaturę skał oraz rodzaj skał zalegajęcych w stropie.

Gęstość skał oraz współczynnik wy trzymałości skał na ściskanie uz ys ka­

no z pracy C h m u r y W -

Przy obliczaniu liczby R stosowano średnioważone gęstość skał leżą­

cych nad danym wyrobiskiem.

W wyrobiskach węglowych ,stosowano współczynnik wytrzymałości węgla na ściskanie, natomiast w wyrobiskach wykonanych w kamieniu określano śred­

nią wartość współczynnika 6 dla danych wa rstw stratygraficznych, w któ­

rych wykonane jest wyrobisko. Przy określaniu wilgotności górotworu w y k o ­ rzystano dane z dz iałów geologicznych, a w przypadku ich braku korz ys ta­

jąc z pracy autora [3].

Celem określenia ciśnienia pary wodnej w temperaturze ścianki określo­

no jej temperaturę wychodząc z zależności [li, 13, 14]:

<* (t - tg ) = (■?- t ) k ^ . c (13)

g d z i e :

Pf - współczynnik przejmowania ciepła. W/m K,p

c - współczynnik określający procentowy udział ciepła powodujący przy­

rost temperatury suchej powietrza,

kj. - współczynnik nieustalonej wymiany ciepła. W/m K.p

Wartość współczynnika “c" określano podobnie Jak w pracy [ 2 ] z zależ­

ności :

A h s Cp(tg — tj) ^ ^

° = cp U 2 " V + = p p (x2 t2 - x ltl ) + rp (x2 - V gdzie:

A h g - przyrost entalpii właściwej powietrza suchego. O/kg, A h c - przyrost entalpii właściwej, powietrza wilgotnego. O/kg,

c p - ciepło właściwe powietrza suchego. O/kg K, cpp - ciepło właściwe pary wodnej. O/kg K,

rp - ciepło parowania wody, O/kg.

Ponieważ wartość współczynnika “c" zawiera się w granicach 0,2 (dla ścian) do 0,4 (dla szybów) [2], a wartość współczynnika kf dla ścian przyjmuje wartość około 6, a dla szybów około 0,1, można przyjęć bez po­

pełnienia więkezego błędu, że w szybach, wyrobiskach kamiennych oraz wę­

glowych tg = t. Oedynie w ścianach występię różnice temperatury powie­

trza i temperatury powierzchni wyrobiska, co zostało uwzględnione w obli­

czeniach przy założeniu k ^ • oę.

Majęc określone: A, iSg , T, p, pn , Xj, x2 , D, obliczono Shw wyrażejęcę sumę Shj^ oraz Sh2 .

Wyniki pomiarów zamieszczono w pracy [2] , a obliczone liczby bezwymia­

rowe Re, Gu, K, R, W, F , Shw w pracy [l4]. W sumie pomiarami objęto 404 wyrobisk, po 100 w każdej grupie (szyby, wyrobiska k a m i e n n e , wyrobiska w ę ­ glowe, ściany).

106__________________________________________________________________ R. Fraczek

4. Opracowanie danych pomiarowych 1 analiza uzyskanych zależności

Po przygotowaniu danych wejściowych przystępiono do ich matematycznego opracowania. Do obliczeń wykorzystano standardowy program L CL 1900 Sta­

tistical analysis XDS 2/29 oraz maszynę cyfrowę.

Obliczenia wykonano w dwóch etapach. W pierwszym etapie wykonano:

1. Analizę danych wejściowych celem wyeliminowania pomiarów odbiegaję- cych.

2. Przeprowadzono analizę wartości testu Studenta dla wykładników i stałej w zależności:

Shw = c Re8 G u b Fod W® R f K9 (15)

Proces nawilżania powietrze w wyrobiskach 107

przy założeniu poziomu istotności 0,95. Liczby bezwymiarowe o niższym po­

ziomie istotności wyeliminowano z dalszych obliczeń.

3. Przeprowadzono analizę wartości współczynników korelacji uzyskanych w czterech wariantach obliczeń:

a) w wariancie I wszystkie wyrobiska potraktowano łęcznie

b)' w wariancie II ze względu na wartość liczi' K obliczenia wy konano w dwóch grupach wyrobisk: gdy K > 0 i •k < 0,

cl w wariancie III wy konano dalszy podział wyrobisk na: szyby, wyrobiska kamienne, wyrobiska węglowe, ściany,

d) w wariancie IV uwzględniono zmienność wykładników potęgowych przy licz­

bach: Re i G u , zekładajac ż e : a = a ' lg Re, b ■ b'lg Re.

W drugim etapie wykonano obliczenia stełych c ^ c 2 wchodzęcych do za­

leżności (5) i (6). W tym celu zależność w postaci:

podzielono obustronnie przez uzyskujęc nowę funkcję w postaci:

Funkcja powyższa stanowiła podstawę do obliczeń metodę najmniejszych kwa­

dratów wartości Cj, c2 oraz współczynnika korelacji.

Na rys. 2 i 3 przedstawiono zależności między wartościami zmierzonymi Sh„_ oraz obliczonymi Sfi . Z przedstawionych rysunków 2 i 3 wynika, że w z wo dla małych wartości shw2 uzyskano znacznie większe wartości sl-|w o - Róż­

nice te wynoszę odpowiednio dla szybów 500 i dla ścian 1000. Analiza da­

nych pomiarowych i wykonanych obliczań wskazuje, że powstałe różnice d o ­ tyczę wyrobisk suchych, a więc wyrobisk, gdzie nie zachodzi parowanie po­

wierzchniowe wody. W części środkowej przedstawionych wy kresów zachodzi dość dobra zgodność między ShWQ i shw z - Natomiast dla dużych wartości Sh uzyskano mniejsze wartości S h _ . Fakt ten należy tłumaczyć tym, że

W Z ti o

przyjęta powierzchnia wyrobiska Jako iloczyn długości (s) i obwodu (b) nie obejmuje dodatkowych elementów, np. wyposażenis wyrobiska, gdzie także może zachodzić proces parowania wody. Celem uwzględnienia powstałych róż­

nic wy konano dalsze obliczenia wg zależności shwz = “ e ^e Rcie uzyskano nawę zależność w postaci

’6)

(17)

g d z i e :

Cj - ujmuje nieuwzględnlone elementy wyrobiska.

Sz yb y

108 rr^czeK

JT OJ

■H E CO r .

•H e

O >

*<r 2

O O

M c

Ł. 0) co ■H

2 c

*co

*H E

> 1)

C ■H

O n

N o

i . Ł.

CO

H r

E N r-%«

> * TJ

N T> O

o>. 2

•H JC E 0 )

'O •H

•co E o

c C

■N O

o N

H a

CO •H

N r—4

O

• O

r o

■H co

>

a :

•O

O

i- O5

ta ■£>

2 >

N

•H (0

E©

C H

O -oN Ł. O

0) 2

■H JZ

e co N

■H

> E N >

■O c

o o

•H N E O

•H 'O rH

sn .d o o c

<M -H

•H O N co 5 N -C

U")

CO>

o:

Proces newllżerja powietrza w wyrobiskach. 10S

\

T en «¡posófc opisania liczby Shw spowodował także dalszy wzrost ws p ó ł ­ czynnika korelecji. Ostatecznie uzyskano następujące wzory do obliczenia wypadkowej Ijiczuy Shsrwooda :

w szybach:

5hw ™ 2.1 10*5 Re G u “0,5 + 340, gdy K > 0 (l8)

Shw - i,7 10-5 Re G u - 0 '5 + 930 K0 '6 - 270, gdy K < 0 (19)

w wyrobiskecn kamiennych:

Sh ■= 1,37 1C-4 Re0,9 G u 40,5 + 570 W -0,3 R- 0 '7 K0,6 - 150, gdy K < 0 (20) w wyrobiskach węglowych:

Shw = 3 łO-4 Re0,9 G u - 0 '5 + 1200 W -0,3 R- 0 '7 K0 '6 ♦ 600. gdy K < 0 ( u )

w ścianach:

Shw - 8 10-4 Re0,9 G u -0,5 + 110 W -0,3 R-0,7 K0,6 + 600, gdy K < 0 (22)

V N

Mając na uwadze powyższe spostrzeżenia, celem uzyskania większej d o ­ kładności obliczeń należałoby w zależnościach (18-22) uwzględniać pr oc en­

towy udział powierzchni pokrytej wodę.

W wyrobiskach suchych, gdzie nie zachodzi powierzchniowe parowanie w o ­ dy, należy wtedy przyjmować Gu = O.

Nawilżenie powietrza odbywałoby się w wyniku parowania i desorbcji pa­

ry wewnątrz górotworu. W wyrobiskach, w których stwierdza się, że cała po­

wierzchnia Jest wilgotna, należałoby uwzględnić to np. przez dwukrotne -O 5

zwiększenie liczby Gu ' .

2 zależności (l8-22) można określić procentowy udział wilgoci pocho­

dzącej z górotworu w ogólnym bilansie wilgoci nawilżającej powietrze. W tym celu określono średnie arytmetyczne wartości poszczególnych liczb bezwy­

miarowych (wiersze 9-13) , które zestawiono w tablicy 1. W tablicy 1 ze­

stawiono także przedziały liczb bezwymiarowych, w których obowiązuję w y ­ prowadzone zależności (wiersze 1-5). W wierszu 6 Dodano ilość pomiarów (n) , w wierszu 7 liczbę stopni swobody, a w wierszu 8 ogólny współczynnik korelacji!.

*

Wykonane obliczenia wykazały, że średni procentowy udział pary wodnej pochodzącej z procesu parowania i desorbcji pary wewnątrz górotworu od po­

wiednio wynosi: w szybach 9%, w wyrobiskach kamiennych 43%, w wyrobiskach węglowych 4 4 % i w ścianach 12%. Porównanie natomiast bezwzględnych w a r t o ­

1 1 0 a. Frączek

ści liczb Shz wskazuje, że największą wartość uzyskuje ona w wy robis­

kach węglowych.

W wyrobiskach kamiennych wertość jej zmniejsza się, stanowiąc już 70%

wartości Shz uzyskanej w wyrobiskach węglowych, by w szybach spaść do 8%. Oczywiście w orzedstawionej analizie oominięto wilgoć pochodzącą z procesów filtracyjnych, gdyż jej ujęcie wymagałoby zbudowania jeszcze bar­

dziej złożonego modelu ruchu wilgcci w górotworze.

5, Wnioski końcowe

Przedstawione wyniki badań ruchu wilgoci w wyrobiskach górniczych poz­

walają wysnuć nastęoujące wnioski:

a) Przy prognozowaniu wilgotności powietrza kopalnianego nożna posługiwać się zależnością (fi).

b) Ponieważ dotychczasowy sposób określania współczynnika przejmowania wilgoci w pełni nie opisywał procesu ruchu wilgoci w wyrobisku górni­

czym, dlatego proponuje się do obliczeń używać zależności (l8-22).

c) Przeprowadzona analiza uzyskanych zależności (l8-22) wskazuje, że naj­

większe zawilżenie powietrza następuje w ścianach a najmniejsze w szy­

bach. Para wodna pochodząca z parowania wody i desorbcji pary wewnątrz górotworu stanowi 8-44% całości oary nawilżającej powietrze.

d) Decydujący wpły w na wynik prognozy wilgotności powietrza w wyrobisku górniczym ma ookładność określenia powierzchni pokrytej wodą.

Przy korzystaniu z zależności (18-20) należy:

- w wyrobiskach kompletnie suchych przyjąć Gu = O,

- w wyrobiskach kompletnie zawilżonych (dopływ wody w wyniku filtra­

cji) należy przyjąć G u “0,5 . 2,

- w wyrobiskach średnio zawilżonych podane zależności dają dobre wy ni­

ki.

e) Ogólnie stosowany, model zakładający liniowy orzyrost wilgotności po­

wietrza w wyrobiskach górniczych jeat poprawny, gdyż daje zbliżone w y ­ niki do modelu nieliniowego.

Ze względu na prostszą formę i możliwość wykonywania obliczeń bez uży­

cia specjalnych tablic czy maszyn cyfrowych oodano jedynie zależności za­

kładające liniowy przyrost wilgotności w wyrobisku. IV modelu nieliniowym występują bardzo niewielkie wielkości wykładników potęgi, utrudniające ob­

liczenia. a mające wpływ na wynik końcowy.

Proces nawilżania powietrza w wyrobiskach..._______________________________lii

Zestawienie wartości przediiału liczb bezwymiarowych, dla których opracowano zależności (18- 2 2 )

Lp. Wyszczególnienie Szyby Wyr.' W. Kam. W^r. w ę g l . ścian 1 Re . 10® 5 - 4 0 2,5 - 25 1,1 - 11 1,5 - 7

2 Gu . IO*3 2 - 1 4 2 - 1 2 1 - 1 1 2 - 8

3 K . 10'3 1 - 3 6 x 2 - 6 0 1 - 4 5 2 - 30

4 R . 10_1 - 1 9 - 4 , 4 17 - 18 9.3 - 21

5 W - 1,4 - 2,1 1,4 - 2,8 1,4 - 3,1

6 n 109 95 95 107

7 s 80 78 66 71

8 r 0,68 0,62 0,60 0.66

9 Re . 105 18 10 3 ,4 2,9

10 G u Sr • 10J 6,5 5.7 4.3 5.7

11 K sr • 10 14,5 27,3 22,6 17

12

Rśr -2 - 0,35 1,3 1 .44

13 W sr 10 — 1.9 2,0 1.71

I LITERATURA

[1] Chmura K. : Własności fizykoteraiczne skał niektórych polskich r.-;'głę­

bi górniczych. Wyd. "ślęsk", Katowice 1971'.

[2] Fręczek R. : Proces nawilżania powietrza w wyrobiskach górniczych świetle rozważań teoretycznych i obserwacji w kopalniach. ZN Po Śliskiej, s. Górnictwo z.,98, Gliwice 1979.

[3] Fraczek R.: Wpływ głębokości zalecania pokładów węgla na ich zawil gocenie. Przeględ Górniczy nr 9 1976.

[4] Hobler T. : Ruch ciepła i wymienniki. P W T , Warszawa 1967.

£5] Holek S.: Metoda orognozowania zwilżenia, strumienia entalpii, w i l ­ gotności względnej i temperatury powietrza świeżego w wilgotnych w y ­ robiskach górniczych (niepublikowana). Politechnika Wrocławska 1976.

jjö] Kriworuczko A.M. : Opriedielenije intlensiwnosti włagootdaczi poroc w wyrabotkach głubokich szacht. Gornyj żurhał. Izw. Wys. U. Zaw. nr 1 1965.

[7] Łyków A.W. } Tiepło - i massoobmien w processach suszki. Goseqergoiz- dat. Moskwa-Leningrsd 1956.

[8] Praca zbiorowa: Poradnik Górnika T. III Wydawn. ślęsk, Katowice 1972.

[9] Roszczynialski W., Wacławik 0.: Podstawy aerologii górnicze;. Skrypt Uczelniany AGH, Kraków 1977.

[10] Smirnow N.W. , D u m m - B a r k o w s k i O.W. : Krótki kurs statystyki matema­

tycznej dla zastosowań technicznych. PWT, Warszawa 1966.

[ u l Szczerbań A.N. i inni: Rukowodstwo po riegulirowaniju tiopłowogo ri>> - żime szacht. "Niedra", Moskwa 1977.

£12] Voss U . : Ein neues verfahren zur klimarorausberechnung in Steinkcr- len bergwerken Gluckauf - Forsch H . G . ,1969.

.[io] Woropajew A.F.: Tieorija tiepłoobmiena rudnlcznogo wozriucna i g o d ­ nych porod w głubokich szachtach. Izdatielstwo "Niedre"*, Moskwa 19b;.

112 R. Fręc z ek

[l4] Frycz A. 1 inni: Dobór efektywnych oraz ekonomicznych metod i środ­

ków przewietrzanie wyrobisk na dużych głębokościach. Prace Instytutu Techniki Eksploatacji Złóż. Politechniki ślęskiej Gliwice 1975-1979 (n iepublikowana).

Recenzent: Prof. dr hab. inż. Oózef Wacławik

Wpłynęło do Redakcji 24.03.1981 r.

üpouecc yBüaxHeHHH B03£yxa b ropHHX BupadoiKax

H a o cH O B a H H H T e o p e T H n e c K H x p a c c y K a e H H Ü h K a 6 jiio ,5 e H n ii H a m a x i a x

\

P e 3 ¡0 m e

B p a 6 o T e n p H B O flH T C H p e 3 y x b i a T H f la J ib H e a m H x n e c - jie a o B a H H H n p o n e c c a y B x a s H e - H H fl B 0 3 « y x a b r o p H H x B H p a d o i K a x , K o i o p u e n p e s c T a B J i e H K b p a S o i e [ 2 ] , I I p u M e - H i i e i i o i i n o c h x n o p H o n e x b n B H x e H i t a B x a r n b r o p H H x B t i p a o o T K a x p a c r a u p e H a b j i h - H H KeM a K c n ji y a x p i O H H o r o n a B J i e s m a c y n e i o M X H H e it H o r o h H e jiH H e f iH o r o n p z p o c i a B x a r a B n o j i b o c h B t i p a ô o i K H . IIp H B e n e H O T o s e x o j i H n e c T B e H H o e y r i a c i a e B O S H H H e ro n a p a n p o H C X o f l a m e r o H 3 h c t o h h h k o b B K e h B H y f p a ( H 3 r o p H o r o u a c c H B a ) B H p a d O T -

KK. B 3aK JH 0H 6H H H y x a 3 H B a » T C a O CH O BH H e B H B O flH .

S

The Process of Humidification of Air in the Mining Excavation in the Light of Theoretical Considerations and Observations in Mines

S u m m a r y

In this work further results of investigations en the process of humi­

dification of air in the mining excavations which were presented in the work [2 j, are considered. The past model of movement of moisture in the mining excavations was'extended with the exploitation pressure under the assumption of linear and unlinear increment of moisture along the exploi­

tation axle. The quantitative participation of water steam arising from the sources in - side and outside (from the rock mass) of the exploita­

tion are also given. In the end the most important conclusions are pre­

sented .