SITG > Projects > W > Wyznaczanie potencjałów w sieci wentylacyjnej – dlaczego konieczne są korekty

Autorstwa: mgr inż. Stanisław Słowik
Opublikowano: “Przegląd Górniczy” nr 2, kwiecień – czerwiec 2023 r., strony 31 – 38.

Prawidłowy system wentylacji jest podstawą bezpiecznego funkcjonowania kopalni. Jednym z głównych narzędzi stosowanych do analizy wentylacyjnej jest schemat potencjalny. Występują przypadki, że dla poprawnego sporządzenia schematu potencjalnego w punktach węzłowych należy wprowadzić korekty. Zazwyczaj w publikacjach pomija się ten aspekt, a wiedza ta jest przekazywana pracownikom w formie praktycznych uwag opartych na doświadczeniu. Zdecydowano zwrócić uwagę na ten ważny element. Analizując przywołany problem, objaśniono wyprowadzenie równania służącego do obliczania wartości potencjału w przekrojach kopalnianej sieci wentylacyjnej. Wyznaczony potencjał jest wynikiem zastosowania Zasady Zachowania Energii (jej szczególną postać przedstawia równanie Bernoulliego), gdzie bilansuje się energię mechaniczną (kinetyczną i potencjalną) oraz energię ciśnienia przepływającego powietrza. Występują modyfikacje równania służącego do wyznaczania potencjału (Bystroń 1995), jednak Zasada Zachowania Energii jest niezmienna dla każdego z nich. Dlatego analiza przedstawiona w niniejszym artykule wykonana została z wykorzystaniem wspomnianej zasady. Zwrócono uwagę, że wyznaczanie potencjału bez korekt dotyczy nierozgałęzionego przewodu, tj. bez dopływu i odpływu pomiędzy przekrojami pomiarowymi. Przykładem takiego przypadku jest kopalnia, w skład której wchodzi szyb wlotowy, wylotowy i łączące je wyrobisko. Natomiast w przypadku występujących dopływów i odpływów pomiędzy węzłami pomiarowymi sytuacja się komplikuje i wartości potencjału w takich przypadkach mogą być obarczone błędem wynikającym z nie zachowania warunków Zasady Zachowania Energii. Wykazano, przez analizę bilansu pracy i energii, że właśnie w takich okolicznościach należy liczyć się z korektą wartości obliczonych potencjałów. Korektę wskazane jest wprowadzać, wykorzystując w równaniu człon energii ciśnienia, który ze względu na rząd wielkości ma zasadniczy wpływ na wartość potencjału. W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono, że w przypadku występowania dopływu powietrza na odcinku pomiędzy węzłami pomiarowymi należy liczyć się z zawyżaniem wartości potencjału, zaś w przypadku wypływu powietrza pomiędzy węzłami pomiarowymi należy spodziewać się zaniżania wartości potencjału.

Determination of potentials in a ventilation network - why corrections are ncessary

A proper ventilation system is the basis for the safe operation of the mine. One of the main tools used to analyze the ventilation network is the potential diagram. There are cases where corrections are necessary to correctly prepare the potential diagram at the nodal points. Usually, this aspect is ignored in publications, and this konwledge is provided to employees in the form of practical comments based on experience. It was decided to pay attention to this important element. Analyzing the above-mentioned problem, the derivation of the equation used to calculate the potential value in the cross-sections of the mine ventilation network was explained. The determined potential is the result of the application of the Principle of Conservation of Energy (its particular form is presented in the Bernoulli equation), where mechanical energy (kinetic and potential) and pressure energy of flowing air are balanced. There are modifications of the equation used to determine the potential (Bystroń 1995), but the Principle of Conservation of Energy is unchanged for each of them. Therefore, the analysis presented in this article was performed using the above-mentioned principle. It was noted that the determination of the potential without corrections refers to an unbranched duct, i.e. without inflow and outflow between the measurement cross-sections. An example of such a case is a mine that includes an inlet and outlet shaft and an excavation connecting them. However, in the case of inflows and inflows between measurement nodes, the situation becomes more complicated and the potential values in such cases maybe subject to errors resulting from failure to comply with the Principles of Energy Conservation. It was shown by the analysis of the work and energy balance that in such circumstances a correction of the value of the calculated potentials should be taken into account. It is advisable to make the correction using the pressure energy term in the equation, which, due to the order of magnitude, has a significant impact on the potential value. As a result of the analysis, it was found that in the case of air inflow on the section between measuring nodes, one should expect an overstimation of potential values, and in the case of air outflow between measuring nodes, an underestimation of the potential value should be expected.

Słowa kluczowe: przewietrzanie kopalń, bezpieczeństwo sieci wentylacyjnej, potencjał, schemat potencjalny, równanie Bernoulliego, korekta obliczeń potencjału

Keywords: mine ventilation, safety of ventilation network, potential, potential diagram, Bernoulli’s equation, correction of potential calculations