VY_32_INOVACE_Racek_01-1-06-Aerodynamika Důlní větrání VY_32_INOVACE_Racek_01-1-06-Aerodynamika Autor: Mgr. Ing. Ladislav Ráček Tento výukový materiál byl zpracován v rámci projektu EU peníze středním školám - OP VK 1.5. CZ.1.07/1.5.00/34.0195 – Individualizace a inovace výuky

Anotace V tomto materiálu se seznámíme se složitou problematikou důlní aerodynamiky – přes jednotlivé druhy proudění, odpory důlních děl až k rychlosti větrů a stanovení větrné oblasti.

Větrní proudy Laminární Turbulentní

Laminární proudění Laminární proudění je klidné, v jednotlivých navzájem se nemíchajících rovnoběžných proudech.

Turbulentní proudění Turbulentní proudění – částečky ovzduší se pohybují v drahách neuspořádaných a naprosto nepravidelných. Probíhá neustálá výměna částic mezi sousedními vrstvami ovzduší. Tím se promíchává ovzduší. Spotřebovává se tak energie na překonání viskozity ovzduší, ale i energie na samotné promíchávání.

Výskyt turbulentního a laminárního proudění v dole V důlních dílech ovětrávaných větrním proudem je pohyb větrů vždy turbulentní. V jistých případech se lze na dole setkat i s laminárním prouděním: pronikání větrů přes stařiny, uzávěrami, v zásobníku přes jednotlivé vrstvy…

Typy větrních proudů Turbulentní proudy s pevným ohraničením: větrní proudy na třídách, překopech, jámách, lutnách a jiných důlních dílech. Vzduchová hmota se pohybuje v určitém směru – dochází k výměně vzdušin v důlním díle záměnou jednoho objemu vzduchové hmoty druhým.

Volné turbulentní proudy – nemají pevné ohraničení – tvoří se: při proudění větrů z luten do předku, komor aj.… Čerstvé větry vstupují např. do komory jako turbulentní na znečištěné větry a dochází tak k pohybu znečištěných větrů. Čerstvé větry nepřetržitě rozřeďují tyto znečištěné větry. V jeho okolí se tvoří vír z nejpomalejších částic čerstvého proudu a do něho stržených částic znečištěného proudu. Tvar si zachovává jen jádro. Tento děj nazýváme turbulentní difuse.

Aerodynamický odpor důlních děl Aerodynamické odpory,které je třeba při proudění větrů překonávat, jsou zapříčiněny třemi druhy ztrát. Jsou to ztráty: třecí, místní ztráty, ztráta čelní.

Třecí ztráta Třecí ztráta – vzniká tím, že ve vzdušině i v rovném úseku existuje nerovnoměrné rozložení rychlosti, dochází k výměně hybnosti. Nejpatrnější je tato ztráta třením o stěny díla. Čím bude stěna drsnější, tím bude větší odpor tření.

Místní ztráty Místní ztráty – ty se projevují v oblastech změny průřezu díla nebo v místech změny směru proudu a souvisí se změnou setrvačnosti a viskozity vzdušiny. Nutno s tímto odporem počítat v zatáčkách a rozvětveních či spojování proudů. Další odpory vznikají při zužování nebo rozšiřování volného průřezu.

Ztráta čelní Ztráta čelní – jde o tvarový odpor při obtékání těles. Tělesa, která podmiňují vznik tohoto odporu: středové stojky, jámové rozpínky a stojky postavené u boku díla.

Celkový odpor důlního díla Celkový odpor důlního díla dostaneme, když sečteme všechny 3 odpory dohromady. R = Rtř + Rm + Rčel Toto však bude „ideální“ odpor. Ve skutečnosti bude jiný, poněvadž se bude v dole projevovat horský tlak, který bude dílo deformovat, bude bobtnat počva, v dílech se bude dopravovat, budou tam dopravní prostředky, aj.…

Specifický odpor R100 V praxi se proto zavádí specifický odpor R100. Ten vyjadřuje aerodynamický odpor stometrového úseku konkrétního díla – větrní větve. Hodnoty specifických odporů se zjišťují statistickou metodou z velkého počtu měření. Výpočet se pak řídí vztahem: R = R100*Lx (kg/m7) Hodnoty specifických odporů R100 jsou pro konkrétní profily důlních děl a pro jednotlivé typy důlních děl sestavovány tabelárně a jsou v odborné literatuře k dispozici.

Rychlost větrů a průřez větrních cest Rychlost větrů je závislá ne teplotním přírůstku a tlakové spotřebě. Posoudíme-li rychlost větrů podle bezpečnostních předpisů – rychlost 6 a 4 m/s, pak jako optimální rychlost větrů s ohledem na teplotní ohřev a náklady na větrání, které jsou závislé na tlakové spotřebě, pak jako optimální rychlost větrů je v rozmezí 3,7 – 4,6 m/s.

Vlivy na rychlost větrů Optimální rychlost větrů určují i optimální průřez daného důlního díla na základě potřebného množství větrů na pracovištích z hlediska klimatických podmínek. Další podmínky, které nám ovlivňují velikost průřezu cest jsou: geomechanické – ovlivňují ražení i pozdější údržbu bezpečnostní – otřesy, průtrže, samovznícení, přenos proti výbuchu dopravní – rozvoj pásové, závěsné nebo kolejové dopravy

Rychlost větrů Z předešlých hledisek vidíme, že horní hranice rychlosti 4,6 m/s nebude dostačovat. Nebude vyhovovat, ani z hlediska toho, že důl bude ve větší hloubce, a proto bude zapotřebí dostat do dolu větší množství větrů při větším profilu a větší rychlosti větrů.

Větrní oblast Pojem velikost větrní oblasti nabízí představu o jakési prostorové velikosti dobývacího prostoru příslušné větrní oblasti. Tedy laicky řečeno větrní oblast je souhrn větrných cest větraných na jednu výdušnou jámu.

Velikost větrní oblasti Optimální velikost větrní oblasti bude v závislosti na aerodynamických odporech úvodních a výdušných překopů, na průřezech ostatních důlních děl, na objemovém průtoku větrů těmito překopy a důlními díly. Velikost větrní oblasti bude rovněž záviset např. i na ekonomických parametrech dopravy, zkrácení dopravy lidí na pracoviště aj. Musíme brát v úvahu, že čím bude větrní oblast větší, tím bude větrání hůře kontrolovatelné a ovladatelné.

POUŽITÁ LITERATURA PROKOP, Pavel. Větrání hlubinných dolů. Ostrava: ES VŠB, 1985. SUCHAN, Libor. Větrání hlubokých dolů. 1. vydání. Praha: SNTL, 1984.