Wyznaczanie profilu prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym

W artykule przedstawiono wyniki badań pola prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym kopalni podziemnej. Przepływ powietrza w większości wyrobisk górniczych charakteryzuje się zmiennością w czasie i wielkoskalową turbulencją. Dla poznania skali i zakresu zmienności pola prędkości wykonano eksperymenty pomiarowe w wyrobiskach ośmiu kopalń polskich korzystając z systemu wielopunktowego pomiaru, wyposażonego w kilkanaście (max 32) anemometrycznych czujników skrzydełkowych pomiaru prędkości przepływu powietrza (SWPPP). Dla zobrazowania zrejestrowanych danych, opracowano algorytmy i procedury programu IZO przeznaczonego do obróbki wyników pomiarów prędkości przepływu powietrza i wizualizacji na ekranie komputera chwilowej wartości prędkości, pola prędkości przedstawionego na wykresach 2D jako linii jednakowych prędkości (izotachy) lub 3D jako powierzchni obrazującej zmienny w czasie profil prędkości. Wyznaczenie zmiennego w czasie profilu prędkości, wnosi istotny poznawczy element w aspekcie zgodnego z zasadami mechaniki płynów położenia stacjonarnego anemometru w przekroju poprzecznym wyrobiska. Przedstawiono metodykę posługiwania sie opracowanymi komputerowymi narzędziami do wizualizacji pola prędkości i wyznaczenia strumienia objętości przepływu powietrza. Powyższe umożliwia wyznaczyć poprawne do warunków metrologicznych, miejsce lokalizacji anemometru stacjonarnego, adekwatne do warunków przepływu powietrza, w tym do średniej prędkości przepływu powietrza, geometrii wyrobiska i znajdujacych się elementów wyrobiska (taśma, kable, rurociąg, lutniociag).

This paper summarises the studies of airflow velocity fields in mine workings in underground mines. Typically, air flows in mines are time-variant and are subject to multi-scale turbulence. To identify the scale and variability range of the velocity field, measurements were taken in eight Polish collieries using a multi-point system incorporating several (no more than 32) vane anemometer sensors for measuring airflow velocity. To visualise the measurement data, dedicated algorithms and procedures of the IZO program were developed, allowing the registered airflow velocity data to be duly processed and the instantaneous airflow velocity and flow velocity fields to be visualised on the computer screen as velocity contour (isotach) lines (2D graphs) or as surfaces representing time-variant velocity profiles (3D graphs). Determination of the time-variant velocity profile adds a vital cognitive aspect when trying to establish the optimal position of a vane anemometer in the gallery’s cross section, in accordance with the principles of flow mechanics. The methodology is outlined showing how to use the tools for flow velocity field visualisation and for determining the volumetric flow rate in order to find the location of a stationary anemometer position adequate to the airflow velocity conditions (average flow velocity, geometry of the cross section of the gallery) and taking into account the presence of mine equipment (conveyor belts, cables, pipelines, ventilation ducts).