W alenty FRYDEL
C e n tru m Mechanizacji Górnictwa, KOMAG - Gliwice
LU TN IE WIROWE W WENTYLACJI KOMBINOWANEJ
S treszczen ie. Celem usunięcia zagrożenia pyłowego powstającego podczas drążenia wyrobisk korytarzow ych kom bajnam i stosuje się w en
tylację kombinowaną, w której do nadm u chu pow ietrza w czole wyrobi
sk a używa się lutni wirowych. A rtykuł opisuje istotę w entylacji kom baj
nowej oraz lutnię w irową nowej generacji z w entylatorem . L u tn ia wiro
w a zapew nia stabilizację obłoków pyłowych, dobre usuw anie przystro- powych nagromadzeń m etan u , a tak że auto m atyczn ą w spółpracę z od- pylaczem oraz kombajnem.
ROTODYNAMIC VENTILATION TU BES O F A COM BINED VENTILATION SYSTEM
Sum m ary. In order to elim inate d u st h a z ard s arisin g in th e course of road headings by m eans of ro ad h eaders a combined ventilation system is used where rotodynam ic v en tilatio n tu b es serve for blowing th e a ir a t th e road head. In p ap er describes e ssen tal featu res of the combined ventilation system as well as a rotodynam ic v en tilation tube of a new generation along w ith a fan. The rotodynam ic v en tilatio n tube provides for stabilization of d u st clouds, good elim ination of m eth ane concentrations under th e roof, as well as for an autom atic cooperation w ith a d u st collector and a roadheader.
W IRBELLUTTEN BEI KOM BINIERTEN VENTILATION
Z u sam m en fassung. Um die Staubexplosionsgefahr die bei Kombinehöhlen e n ts te h t zu verm eiden w ird die kom binierte V entilation m it der B enutzung von W irbellutten angew endet. Die Arbeit e n th ä lt das P rinzip d er kom binierten V entilation u nd die L utte neu er Generation m it dem V entilator. Die W irbellutte versichert gute Stabilisierung der Staubw olken als auch die B eseitigung von M ethankonzentrationen, bei au tom atisch er Z usam m enarbeit m it dem Staubabscheider und Kombine.
66 W alenty Frydel
1. WPROWADZENIE
W yrobiska chodnikowe udostępniające złoża węgla kam iennego w większo
ści przypadków przew ietrzane są w entylacją tłoczącą, k tó ra skutecznie usuw a zagrożenia m etanow e i tem peraturow e decydujące w zakresie w arunków p ra cy o możliwościach bezpiecznego d rążenia chodników. W entylacja tłocząca wprow adza jed n a k wysoki stopień zagrożenia pyłowego, gdyż stru m ień powie
trz a wypływający z lu tn i tłoczącej do czoła eksploatowanego w yrobiska wy
dm uchuje z urobku znaczne ilości pyłu, k tó ry tran sportow any prądam i powie
trz a wzdłuż chodnika przedostaje się do p rąd u świeżego pow ietrza wentylacyj
nego, a z nim do innych wyrobisk.
Zagrożenie pyłowe w ystępuje tu zarówno w sam ym chodniku, ja k i przenosi się do innych rejonów kopalni. Celem usunięcia zagrożenia pyłowego pow sta
jącego podczas stosow ania wentylacji tłoczącej przy zachow aniu jej poprze
dnich zalet wprowadzono do stosow ania w górnictwie węgla kam iennego w e n ty la c ję k om b in o w a n ą . Polega ona n a tym , że w czole w yrobiska usy
tuow any je s t krótk i lutniociąg ssący zaw ierający odpylacz, n ato m ia st s tru m ień pow ietrza w tłaczany je s t poprzecznie do w yrobiska przez szczelinę w lu tn i o długości m inim um 10 m. Zasadę działan ia tej w entylacji pokazuje rysu nek 1. W zajemne położenie czoła wyrobiska, szczeliny pow ietrza, wlotu i wylotu lutniociągu ssącego, m inim alne prędkości pow ietrza oraz położenie czujników m etanom etrycznych regulują odrębne przepisy górnicze [1].
N iektóre zależności dla w arunków m etanow ych opisano n a w spom nianym rysunku.
Bezpieczeństwo pracy w w yrobisku wym aga, aby praca odpylacza była autom atycznie sprężona z wypływem pow ietrza z lu tn i tłocznej. Chodzi tu o to, aby w przypadku zatrzym ania pracy odpylacza (w entylatora) z lu tn i tłocz
nej wypływał zw arty stru m ień pow ietrza w k ieru n k u czoła w yrobiska celem zapew nienia należytego usuw ania z niego m eta n u lub innych gazów, nato m iast uruchom ienie odpylacza m usi spowodować wypływ stru m ien ia powie
trz a poprzez szczelinę w lu tn i w k ieru n k u poprzecznym do osi wyrobiska.
Poprzeczny wypływ stru m ien ia pow ietrza przez szczelinę w lu tn i, połączo
ny z w ym uszeniem jego przepływu w k ieru n k u czoła w yrobiska skutkiem w ytw orzenia w nim podciśnienia za pomocą ssącego działania w entylatora odpylacza, stanow i istotę działania wentylacji kom binowanej, będącej w zasa
dzie w entylacją ssącą n a k rótkim odcinku chodnika.
Ponadto niezbędnym wymogiem je s t to, aby natężenie przepływ u strum ie
n ia pow ietrza płynącego przez szczelinę było co najm niej o 20% większe od n atężen ia przepływu pow ietrza przez odpylacz. N adm iar pow ietrza służy do wentylacji tzw. strefy zazębienia rozciągającej się m iędzy wylotem z lutniocią-
Rys. 1. Schemat działania wentylacji kombinowanej z odpylaczem: 1 - świeże powietrze wentylacyjne, 2 - wentylator tłoczący typu WLE, 3 - lutniociąg elastyczny (lutnia), 4 - lu tn ia wirowa (nawiewna) ze szczeliną, 5 - strum ień wtłaczanego powietrza płynący w kierunku wylotu z wyrobiska, 6 - strum ień wtłaczanego powietrza płynący w kierunku czoła wyrobiska, 7 - klapa dławiąca, 8 - czoło wyrobiska, 9 - ssawa, 10 - krótki lutniociąg ssący, 11 - odpylacz, 12 - wyrobisko korytarzowe, 13 - chodnik wentylacyjny, 14 - lutnia zasobnikowa; A - strefa świeżego powietrza, B - strefa powietrza o wysokim stężeniu pyłu, C - maks. 12 m przy pracy urządzenia odpylającego; maks. 8 m przy postoju urządzenia odpylającego, Z - strefa zazębienia maks. 15 m, Q - ilość powietrza zasysanego przez odpylacz, w - minimalna prędkość powietrza w strefie A; w = %, f - pole przekroju poprzecznego wyrobiska nie zabudowanego urządzeniami, 1,2Q - m inimalna ilość powie
trz a wtłoczonego do wyrobiska, 0,2Q - m inim alna ilość powietrza kierowanego do strefy zazębienia
Fig. 1. Scheme of combined ventilation system with a dust collector
68 W alenty Frydel
gu ssącego zawierającego odpylacz a początkiem szczeliny w lu tn i tłocznej (wirowej).
S tru m ień pow ietrza płynący wyrobiskiem w k ieru n k u jego czoła m usi mieć odpowiednią prędkość oraz ta k ą stru k tu rę , aby mógł u trzym ać obłok pyłowy tylko w bliskim otoczeniu strefy u rab ian ia, a tak że aby zapobiegał grom adze
n iu się m etan u przy stropie chodnika. Odpowiednie uk ształtow anie stru m ie n ia pow ietrza oraz jego w spółpraca z odpylaczem są realizow ane za pomocą lu tn i wirowych.
2. LUTNIE WIROWE
Znane lu tnie wirowe zbudowane są z cienkościennych r u r (lutni) o średnicy wew nętrznej 600 lub 800 mm, w których usytuow ano szczelinę pow ietrzną o wym aganej przepisam i długości 10 m. Zm iana k ieru n k u przepływ u pow ietrza odbywa się za pomocą klapy umieszczonej n a końcu lu tn i i przestaw ianej siłownikiem pneum atycznym , którego ru ch sterow any je s t zaworem elektro- pneum atycznym . P raca zaworu sprzężona je s t z p racą odpylacza, co zapew nia pożądaną autom atyczną współpracę obu urządzeń, a tym sam ym sterow anie prąd am i pow ietrza w wyrobisku.
Rysunek 2a i b w yjaśnia działanie lu tn i wirowej z autom atycznie sterow aną k lap ą oraz pokazuje zestaw niezbędnych zespołów autom atyki, tak ich jak:
zawór ełektropneum atyczny, sm arow nica olejowa, siłownik pneum atyczny oraz system niskoprądowego zasilania zaw oru w obudowach iskrobezpiecz- nych.
Przedstaw iona lu tn ia w irowa z autom atycznie stero w aną k lap ą m a pewne w ady ruchowe. Pierw szą z nich je s t uzyskiw anie zbyt m ałych prędkości wy
pływu stru m ienia pow ietrza ze szczeliny lu tni, gdyż zwiększenie jego energii kinetycznej wymagałoby stosow ania w entylatorów WLE o wyższym spiętrze
niu oraz ponoszenie większych s tr a t ucieczek energii (powietrza) przez nie
szczelności w lu tn i tłocznej. D rugą w ad ą tego typu lu tn i je s t „zbyt skompliko
w any uk ład zasilania i sterow ania” ja k n a w aru n ki pracy w yrobiska chodniko
wego, gdzie najw ażniejszy je s t postęp chodnika n a zm ianę (autom atyka wy
m aga pewnych dodatkowych prac oraz sta ra n n ej obsługi).
Chcąc wyeliminować powyższe wady lu tn i wirowej opracowano specjalną jej odmianę, tj. lu tn ią w ir o w ą z w e n ty la to r e m , k tó ra um ożliw ia zm ianę k ieru n k u przepływu pow ietrza w lu tn i za pomocą w iru powietrznego, wytwo
rzonego w irnikiem w entylatora. Silnik elektryczny w entylatora lu tn i wirowej oraz silnik elektryczny odpylacza łatwo połączyć ze sobą do równoległej pracy, co spełnia wymóg autom atycznej w spółpracy odpylacza i lu tn i wirowej. Wen-
Współdziałanie lu tni wirowej z odpylaczem
Przewietrzane wyro Ciska korytarzowego wentylach kombinowaną z odpylaczem przy -wtoczonym odpylaczu 7 (wentyla torze 31
- zamknetei k la p « 8 lu tn i wirowej lnow«wr*j| 6
Praca odpylacza 7 (wentylatora 31 jest sprzężona z pracą rozdzielacza 9 W yrobisko jest w trakcie drążenia
1 - lutn iocią g ssący 6 -lu tn io wirowa (nawiewna I 7-odpytacz 7 - szczelina lutni wirowej (nawiewnej i
3 - wentylator 8 - klapa
( .- lu tn ia (toczna 9 - rozdzielacz 5 - zasobnik lutni elastycznej 1 0 - siłownik
Przewietrzanie wyrobiska korytarzowegowentylocja komomowoną z odpylaczem przy -zatrzymanym odpylaczu 7 (wentylatorze 31
-o tw a rte j kla p ę 8 lu tn i wirowej (nawiewnej I 6.
Praca odpylacza 7 (wentylatora 31 jest sprzężona z proco rozdzielacza 9.
Układ prądów powietrza jak dla typowej wcrtylacy tłoczącej Wyrobisko me jest drążone I postój lub przebudowa I.
1 1 - dZwigma otwierająca i zamykająca klapę 1 2 - wytącznk Styczrakowy
13 - smarownica U - f i l t r powietrza
Rys. 2a i b. Lutnia wirowa z klapą sterowaną automatycznie zaworem elektropneumatycz- nym (rozdzielacz 9)
Fig. 2a, 2b. Rotodynamic ventilation tube w ith automatic flap valve
ty la to r lu tn i dostarcza niezbędną energię do zapew nienia odpowiednich p ręd kości wypływu strum ienia pow ietrza ze szczeliny lu tn i bez dodatkowego ob
ciążenia w entylatora wtłaczającego pow ietrze do wyrobiska. U sytuow anie lu tn i wirowej z wentylatorem p rzed staw ia ry su n e k 3 i 4. Prędkość wypływu
70 W alenty Frydel
Rys. 3. Usytuowanie lutni wirowej z wentylatorem w wyrobisku chodnikowym przewie
trzanym wentylacją kombinowaną z odpylaczem typu IO-600/U/
Fig. 3. Location of rotodynamic ventilation tube with fan in heading venting by combined ventilation system and dust collector IO-600Ch/U/
Rys. 4. Zasada działania lutni wirowej z wentylatorem. Nadmuch powietrza styczny do obudowy
Fig. 4. Principle of opération of rotodynamic ventilation tube with fan. Blow-in liningwise
pow ietrza ze szczeliny lu tni osiąga wartość 20-25 m/s. Skierow anie ta k rozpę
dzonego stru m ien ia pow ietrza stycznie do obudowy skutecznie u su w a przy- stropow e nagrom adzenie m etanu, a równocześnie w w yrobisku wywołany je s t wirowy przepływ powietrza, co poprawia w aru n k i klim atyczne w strefie u r a biania.
O ptym alizacja elem entów przepływowych lu tn i wirowej z w entylatorem , ta k ic h jak: w irnik w entylatora, szerokość szczeliny oraz b a d a n ia wpływu prędkości pow ietrza n a przystropowe usuwanie nagrom adzeń m etan u , a ta k że stabilizację obłoków pyłowych w strefie u rab ia n ia , je s t obecnie tem atem p ro jek tu badawczego finansowanego przez K om itet B adań Naukowych. Samo działanie i zalety lu tn i wirowej z wentylatorem są ju ż spraw dzone i n a d a ją się do stosow ania w górnictwie.
Koszty zakupu lu tn i wirowej z wentylatorem s ą zbliżone do kosztów zak u
p u lu tn i wirowej z k lap ą sterow aną automatycznie.
Z asada działania lu tn i wirowej z wentylatorem polega n a tym , że n a s tru m ień osiowo płynącego pow ietrza nakłada się w ir pow ietrzny w ytw arzany przez w entylator usytuow any w lutni. Nałożone n a siebie strum ien ie powie
trz a płynąc po liniach śrubowych wypływają przez szczelinę w lu tn i u sytuo
w a n ą stycznie do jej wew nętrznej powierzchni. D użą intensyw ność w iru oraz odpowiedni dobór szerokości szczeliny sprawia, że wypływa przez n ią niem al cały stru m ień powietrza. Niewielki wirujący stru m ie ń pow ietrza wypływający z w ylotu lu tn i m a prędkość osiową zaledwie 0,3 do 0,5 m/s i korzystnie wpływa n a lokalne przew ietrzanie lewej strony wyrobiska, gdzie z zasady um iejscaw ia się lutnię. Umiejscowienie lu tn i z prawej strony je s t też możliwe, aczkolwiek rzadko spotykane.
K orzystna praca lu tn i je s t również widoczna po zatrzy m an iu jej w entylato
ra. Obserwuje się tu znacznie m niejsze straty ucieczek pow ietrza w szczelinie lu tn i w porów naniu z lu tn ią sterow aną klapą. Polepszają się zatem w aru n k i przew ietrzan ia czoła w yrobiska po zatrzym aniu odpylacza, przez co w zrasta bezpieczeństwo pracy w chodniku. Przepływ pow ietrza przez w en tylator lu tn i wirowej nie napotyka tu praktycznie na opór, gdyż w irn ik w entylato ra m a specjalną konstrukcję zapew niającą niskooporowy (rzędu 30 Pa) przepływ pow ietrza przez w irnik, co nie m a wpływu n a n atężenie przepływ u pow ietrza w tłaczanego do wyrobiska.
W entylator lu tn i wirowej nie powoduje też pow staw ania podciśnienia w lu tn i tłoczącej w jej odcinku przed lutnią wirową. N ależy tu zauważyć, że w en tylator lu tn i wirowej zachowuje się odm iennie niż typowy w entylator zam ontow any w tra sie lu tn i tłoczącej, po prostu nie wpływ a on praktycznie n a zm niejszenie ilości powietrza dostarczanego do w yrobiska przez lu tn ię tłoczą
cą niezależnie od tego, czy je s t on włączony czy nie.
A zatem praca lu tn i wirowej z w entylatorem je s t w pełni bezpieczna i nie zakłóca norm alnej wentylacji tłoczącej.
72 Walenty Frydel
3. UWAGI KOŃCOWE
Zastosow anie lu tn i wirowych, ja k się wydaje, decydować będzie o znacznej popraw ie w arunków pracy w czole wyrobiska. Jej upow szechnienie wym aga jed n a k dalszych studiów i b adań eksperym entalnych, w tym również w obie
k tach rzeczywistych. Dla w yjaśnienia przebiegu procesów fizycznych i uzy
sk an ia informacji niezbędnych dla optym alizacji p aram etró w lu tn i i jej współ
d ziałania z in stalacją odpylania i przew ietrzania.
LITERATURA
[1] Zasady przew ietrzania w entylacją kom binow aną w yrobisk korytarzo
wych drążonych kom bajnam i w polach m etanow ych II, III i VI kat.
zagrożenia metanowego. WWK, Katowice 1988.
[2] Frydel W.: Elim inacja zagrożenia pyłowego w ślepych w yrobiskach kory
tarzowych. Kw art. WUG - Bezpieczeństwo Pracy i O chrona Środowiska w Górnictwie, 1(5)71993.
A b stra ct
To elim inate d u st hazard s arising while w orking th e dog headings by m eans of heading m achines a combined ventilation system is applied, w here rotodynam ic ventilation tubes are used for blowing th e a ir a t th e head. This pap er presen ts th e essential featu res of th e combined v en tilation system and also, th e new generation rotodynam ic ventilation tube w orking w ith a fan.
The rotodynam ic tube secures th e stabilization of d u st clouds, sufficient elim ination of m ethane concentrated un d er th e roof and also autom atic cooperation w ith a d u st collector and a h eading m achine.
The a ir w hirl created by th e fan placed in th e rotodynam ic v entilation tube crosses th e axial a ir flow. The two convergent stre a m s flow helically and th en e n te r th e tube slot which contacs th e tub e in n er surface. The in te n sity of the w hirl an d th e rig h t selection of th e slot size m akes it possible to have alm ost th e e ntire swirl directed to th e slot. Slight w hirl stre a m flowing out of th e tube is characterized by axial velocity betw een 0,3 an d 0,5 m /s and contributes to
th e a ir exchange in th e heading. A nother advantage of applying the rotodynam ic ventilation tube m ay be noticed after its fan is stopped. I t is possible to observe considerably lover losses of a ir in th e slot, particu larly in com parison w ith the blade w ith a flap. The conditions of th e a ir exchange are im proved after th e dust collector is stopped, w hich increases th e safety of w ork in th e heading.
