Identyfikatory
Warianty tytułu
Wiek powietrza jako kryterium oceny efektywności wentylacji w przepływach z recyrkulacją
Języki publikacji
Abstrakty
Mining operations in copper mines in the Legnica-Głogów region employ mostly the room and pillar method. Workings up to 60 m long are ventilated by jet fans installed at the inlets. In the present study one of the ventilation efficiency parameters is considered: the mean, local age of air index 8 (Sandberg 1981). It is expressed as the time a particle travels from the inlet to the aired point. In the region where 0 reaches its highest values gas admixtures can hardly be rarefied. Two workings, differing in length and geometrical parameters (cross-sections) are considered in the study. The workings are ventilated with fans WOO-63. Fig. 2 and 3 show predicted age of air distributions for three considered cross-sections (x1-x2)In the chamber 27 m in length (Fig. 2) the mean age of air reaches its maximal value in the inlet section to the blind working, i.e. in the return stream, near the open cross-cat with the streamline fresh air. In the long chamber (Fig. 3) the most adverse conditions occur in the zone stretching from 35 to 55 m from the inlet (i.e. it takes longer to remove or rarefy gaseous admixtures). The maximal standardised value of 9 might be used as a nondimensional criterion of ventilation efficiency. Its maximal admissible value (expressing the efficiency of pollutants removal) is determined by comparing the time-space distribution of concentration of mine gas components with the mean, local age of air field. Accordingly, an assumption is made that at the initial moment the heading is filled with blast gas. Thus determined time-space distributions of gas concentration in the two chambers considered in the study are shown in Fig. 4 and 5. In qualitative terms the concentrations fields are the same as the age of air fields. This similarity is maintained at other time instants too. It appears that ventilation of blind workings aired with jet fans is sufficient as long as the maximal value of the standardised, local age of air is less than 5.
Eksploatacja rud miedzi w kopalniach LGOM polega na rozcinaniu złoża pasami i komorami na filary technologiczne. Komory, o długościach dochodzących do 60 m, tworzą wyrobiska ślepe, które przewietrzane są wentylatorami wolnostrumieniowymi instalowanymi na ich wlotach. Skuteczność przewietrzania tego typu wyrobisk zależy od wielu czynników, wśród których podstawowe znaczenie mają: parametry początkowe strumienia, położenie wentylatora w przekroju poprzecznym wyrobiska, jak i wszelkiego rodzaju przeszkody znajdujące się na drodze strumienia. W celu scharakteryzowania systemu wentylacyjnego pod względem zdolności do usuwania zanieczyszczeń używa się wskaźników określających sprawność procesu przewietrzania. W pracy do oceny efektywności wentylacji wyrobisk ślepych przewietrzanych wentylatorami wolnostrumieniowymi wykorzystano wskaźnik średniego, lokalnego wieku powietrza (Sandberg 1981; Spalding 1958). Wskaźnik ten interpretowany jest jako czas, który upłynął od wlotu cząstki substancji do przewietrzanego obiektu. Równanie transportu średniego, lokalnego wieku powietrza ma postać (Sandberg 1981; Chen i in. 1969). Rozważania zamieszczone w pracy dotyczą dwóch komór różniących się wymiarami poprzecznymi i długościami. Wyrobiska przewietrzane są wentylatorami WOO-63. Oś wentylatorów skierowana jest równolegle do osi wyrobiska. Prędkość powietrza na wylocie z wentylatora wynosi 40 m/s, a pole przekroju dyfuzora 0,2 m. W obliczeniach numerycznych przyjęto, że komory mają kształt prostopadłościanów o wymiarach 5,5 x 2,0 x 27 m (komora niska o długości 27 m) i 5,0 x 4,0 x 60 m (komora wysoka o długości 60 m). Wentylator WOO-63 zainstalowany jest w odległości 1 m od ociosu oraz 0,75 m od stropu w komorze niskiej, w komorze wysokiej natomiast w odległości od stropu równej 1 m. W obliczeniach wykorzystano wyznaczone w (Branny 2002, 2003) pole prędkości przepływu oraz wartości współczynnika lepkości turbulentnej. Na rysunkach 2 i 3 przedstawiono obliczone rozkłady znormalizowanego wieku powietrza dla trzech wybranych przekrojów poziomych (x1-x2). W przypadku komory o długości 27 m (rys. 2) największe wartości średni wiek powietrza osiąga w strefie początkowej wyrobiska ślepego, tzn. w strumieniu powrotnym w pobliżu skrzyżowania komory z wyrobiskiem z obiegowym prądem powietrza. Cecha ta jest charakterystyczna dla przepływów przybliżanych tzw. modelem tłokowym i świadczy o intensywnym mieszaniu powietrza w całym obszarze komory. W komorze długiej (rys. 3) najtrudniejsze warunki, z uwagi na szybkość usuwania i rozrzedzania domieszek gazowych, wystąpią w strefie rozciągającej się między 35 a 55 m. Komora jest intensywnie przewietrzana na długości około 30 m, po czym wskutek zmniejszającej się ilości powietrza świeżego płynącego w kierunku przodka, jak i recyrkulacji powietrza, pogarszają się warunki wentylacyjne określane przez zdolność do rozcieńczania zanieczyszczeń gazowych. Maksymalna znormalizowana wartość 0 w komorze 27 m wynosi około 2,45, natomiast w wyrobisku 60 m zawiera się w przedziale 3,4-3,6. Wskaźnik ten może służyć jako kryterium niemianowane do oceny stanu wentylacji. Jego maksymalną, dopuszczalną wartość z uwagi na szybkość usuwania zanieczyszczeń gazowych określono poprzez porównanie czasoprzestrzennego rozkładu stężeń składników gazowych z polem średniego, lokalnego wieku powietrza. W tym celu przyjęto, że w chwili początkowej wyrobisko zostało wypełnione gazami postrzałowymi. Wyznaczony czasoprzestrzenny rozkład stężenia gazu dla dwóch komór o parametrach jak wyżej przedstawiono na rysunkach 4 i 5. W obu przypadkach jakościowe obrazy rozważanych pól stężeń są identyczne z odpowiednimi polami obrazującymi wiek powietrza. Podobieństwo to zachowuje się również dla innych chwil czasowych. Po kilkunastu minutach przewietrzania stężenie CO w komorze 27 m maleje do około 1% wartości początkowej. Podobną wielkość stężenia w komorze 60 m osiąga się po około 30 min przewietrzania. W kopalniach LGOM przerwa czasowa pomiędzy wykonaniem robót strzałowych a wejściem załogi do przodka wynosi 2-3 godz. Wynika stąd, że wentylacja obu rozważanych komór z uwagi na szybkość usuwania gazów postrzałowych jest wystarczająca. Wykonane eksperymenty numeryczne przy odmiennym usytuowaniu wentylatora w przekroju poprzecznym wyrobiska oraz dla komór o innych wymiarach geometrycznych przedstawiono na rysunku 6. Można więc przyjąć, że w wyrobisku ślepym przewietrzanym wentylatorem wolnostrumieniowym stan wentylacji jest zadawalający, gdy maksymalna wartość znormalizowanego, lokalnego wieku powietrza jest mniejsza od około 5. Kryterium średniego, lokalnego wieku powietrza jest narzędziem, które z powodzeniem można stosować do oceny stanu wentylacji. Koncepcja ta jest szczególnie użyteczna w przypadku badania przepływów recyrkulacyjnych oraz takich, w których mechanizm transportu dyfuzyjnego ma istotne znaczenie. Badanie efektywności wentylacji metodami nieustalonymi, polegające na wyznaczaniu czasoprzestrzennych rozkładów stężeń zanieczyszczeń gazowych, dostarcza identycznych informacji, ale przy większym nakładzie pracy.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
29--41
Opis fizyczny
Bibliogr. 8 poz., il.
Twórcy
autor
- Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30
Bibliografia
- [1] Branny M., 2003: Numerical simulation of airflow in blind headings ventilated with jet fans. Archives of Mining Sciences vol. 48, issue 4.
- [2] Branny M., 2002: Analiza pola prędkości w wyrobiskach ślepych z wentylatorami wolnostrumieniowymi. Materiały 2 Szkoły Aerologii Górniczej, Zakopane.
- [3] Chen M.S.K., Fan L.T., Hwang C.I., Lee E.S., 1969: Air flow models in a confined space - a study in age distribution. Building Science vol. 4.
- [4] Gan G., Awbi H.B., 1994: Numerical prediction of the age of air in ventilated rooms. Roomvent’94 Fourth International Conference, Kraków.
- [5] Praca zbiorowa 1999 (niepubl.): Wytyczne stosowania wentylatorów wolnostrumieniowych w wyrobiskach górniczych kopalń KGHM Polska Miedź S.A. Lubin.
- [6] Scholtz R.,Hanel B.,1988: Computergesutzte Berechnung der Raumluftstrómung. Berlin, VEB Vetlag Technik.
- [7] Sandberg M., 1981: What is Ventilation Efficienty?, Building and Environment, vol. 16, no. 2.
- [8] Spalding D.B., 1958: A note on mean residence-times in steady flows of arbitrary complexity. Chem. Engng. Sci. No. 9.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA1-0009-0007
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.