YERALTI HAVALANDIRMASI

Transkript

1 DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ YAYINLARI NO: 336 YERALTI HAVALANDIRMASI Prof. Dr. Ercüment YALÇIN İZMİR 2012

2 ÖNSÖZ Yeraltı ocakları gün geçtikçe daha derinlere inmekte, geniş alanlara yayılmakta, kullanılan makine sayısı artmakta ve havalandırmanın kontrolü zorlaşmaktadır. Bunların sonucu olarak çalışma şartları zorlaşmaktadır. Ocak içinde emniyetli ve rahat bir çalışma ortamı sağlayabilmek için uyulması zorunlu olan yasal standartlar ve zorunluluklar getirilmiştir. Böylece, ocak atmosferinin daha sağlıklı ve emniyetli hale gelmesi amaçlanmıştır. Ancak ocak içindeki tehlikeler hala devam etmekte, büyük can ve mal kayıplarına neden olan kazalar tam olarak önlenememektedir. Bu nedenle ocakta çalışanların sağlığı ve emniyeti için ocak planlaması, ocak sevk ve idaresi, elde edilen tecrübe ve bilgilerin dünya çapında paylaşılmasının önemi her geçen gün artmaktadır. Bu kitap, yeraltı ocakları ve çalışma yerlerinin havalandırma planlanması ve kontrolünden sorumlu olan mühendislere ve öğrencilere, ocak havalandırması ile ilgili konularda kaynak olabilmesi amacıyla yazılmıştır. Ocak havalandırması için gerekli bilgileri içerdiğini düşündüğüm bu kitabın, hem öğrencilerimize hem de meslektaşlarımıza ışık tutacağını düşünmekteyim. Kitabın yazımı sırasında mevcut bilgilerin yanı sıra, teknolojideki gelişmelerin ocak havalandırmasına olan yansımalarına da yer verilmeye çalışılmıştır. Kitapta kullanılan şekillerin ve bilgilerin birçoğunda, Malcolm J. McPherson tarafından yazılmış olan ve Mine Ventilation Services, Inc. ye ait internet sitesi olan adresinde yer alan Subsurface Ventilation Engineering kitabından yararlanılmıştır. Kitaptaki eksik ve yanlışlıklar konusunda yapılacak eleştirileri içtenlikle karşılayıp müteşekkir kalacağımı belirtmek isterim. Prof. Dr. Ercüment YALÇIN

3 İÇİNDEKİLER i İÇİNDEKİLER Sayfa No BÖLÜM 1 HAVALANDIRMAYA GİRİŞ ATMOSFERĠK HAVA HAVANIN FĠZĠKSEL ÖZELLĠKLERĠ Yoğunluk Özgül Ağırlık Özgül Hacim Sıcaklık Özgül Isı Nem Basınç Statik Basınç Hız Basıncı ve Toplam Basınç Ocak Vantilatörünün Yarattığı Basınçlar Statik, Hız ve Toplam Basınçların Ölçülmesi GAZ YASALARI Boyle-Mariotte Yasası Charles ve Gay-Lussac Yasası Hacim ve Kütle AkıĢı HAVA YOĞUNLUĞUNUN HESAPLANMASI BÖLÜM 2 AKIŞKANLAR MEKANİĞİNİN TEMEL PRENSİPLERİ HAREKETLĠ SIVILAR Ġdeal AkıĢkanlarda Bernoulli Denklemi Sürtünmeli AkıĢlarda Bernoulli Denklemi AkıĢ Türleri ve Reynolds Sayısı GĠRDAPLI AKIġLARDA SÜRTÜNME KAYIPLARI Darcy EĢitliği Dairesel Olmayan Kesitlerde Basınç Kaybı Miktarı Darcy Sürtünme Katsayısı ve Reynolds Sayısı Arasındaki ĠliĢki BÖLÜM 3 YERALTI HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ HAVALANDIRMA SĠSTEMĠ ELEMANLARI Vantilatörler Barajlar Hava Kapıları Ayarlı Hava Kapıları... 33

4 . ii YERALTI HAVALANDIRMASI Hava Köprüleri ANA VANTĠLATÖR YER SEÇĠMĠ Ocak Gazlarının Kontrolü Yeraltı Nakliyatı Vantilatör Bakımı Vantilatör Performansı OCAK HAVALANDIRMA GÜZERGÂHI Ocak Direnci Hava Kaçak Kontrolü Hava AkıĢ Yönü KaçıĢ Yolları Hava AkıĢ Mesafesi ve Eski ÇalıĢma Yerleri BÖLGE SĠSTEMLERĠ Sedimenter Yataklar Uzunayak Havalandırma Sistemleri Oda-Topuk Havalandırma Sistemleri Cevher Yatakları BÖLÜM 4 YERALTI HAVALANDIRMA ÖLÇÜMLERİ HAVA MĠKTARI ÖLÇÜMLERĠ Hız Ölçüm Aletleri Duman Tüpleri Anemometre Velometre Pitot Tüpü Sabit Noktalarda Pitot Tüpü Ölçümleri EĢhız Eğrileri Elektrikli Anemometre Kata Termometre Havayolu Kesit Alanının Ölçülmesi BASINÇ ÖLÇÜMLERĠ Pitot Tüpü-Manometre ile Basınç Farkı Ölçümü Ocak Kuyuları ve Çok Eğimli Havayollarında Pitot Tüpü- Manometre ile Basınç Farkı Ölçümü Barometre ile Basınç Farkı Ölçümü Basınç ve Hacim Ölçümlerinin Planlanması NEM ÖLÇÜM ALETLERĠ Higrometre Psikrometre Termohigrograf... 82

5 İÇİNDEKİLER iii BÖLÜM 5 OCAKLARDA HAVA AKIŞI TEMEL ĠLKELER ATKĠNSON EġĠTLĠĞĠ VE HAVAYOLU DĠRENCĠ Metrik Sistemde Direnç Birimi Sürtünme Katsayısının Bulunması OCAKLARDA BASINÇ KAYIPLARI Ocak Basıncı Sürtünme Nedeniyle OluĢan Basınç Kayıpları ġok Kayıpları ġok Faktörü Kullanarak ġok Kayıplarının Bulunması EĢdeğer Uzunluk Yöntemi ile ġok Kayıplarının Bulunması BASINÇ PROFĠLLERĠ Üfleyici Havalandırma Sistemi için Basınç Profili Emici Havalandırma Sistemi için Basınç Profili Yardımcı Havalandırma Sistemleri için Basınç Profili OCAK KARAKTERĠSTĠK EĞRĠSĠ Havayolu Boyutları Havayolunun ġekli EġDEĞER OCAK AÇIKLIĞI EK E5 HAVAYOLU VE BORULAR ĠÇĠN ġok FAKTÖRLERĠ (X) E5.1. Dönemeçler E5.2. Kesit Alanında DeğiĢmeler E5.3. KavĢaklar E5.4. Havayoluna GiriĢ ve ÇıkıĢ E5.5. Engeller ve Daralmalar E5.6. ġok Kayıpları Arasındaki EtkileĢim BÖLÜM 6 OCAK HAVALANDIRMA DEVRELERİ TEMEL ĠLKELER Kirchhoff un 1. Kanunu Kirchhoff un 2. Kanunu DEVRELERDE BAĞLANMA ÇEġĠTLERĠ Havayollarının Seri Bağlanması Seri Bağlı Devrelerin Karakteristik Eğrileri Havayollarının Paralel Bağlanması Paralel Bağlı Devrelerin Karakteristik Eğrileri BASĠT HAVALANDIRMA ġebekelerġnde HAVANIN SERBEST DAĞILIM ANALĠZĠ Basit ġebekelerin Matematiksel Çözümü

6 . iv YERALTI HAVALANDIRMASI BASĠT HAVALANDIRMA ġebekelerġnde HAVANIN KONTROLLU DAĞILIM ANALĠZĠ Kol Vantilatörlerinin Kullanılması Hava Yolu Direncinin Azaltılması (Pozitif Ayarlama) Ayarlı Hava Kapılarının Kullanılması (Negatif Ayarlama) Regülâtör Kesit Alanının Bulunması Ġki Paralel Kol için Regülâtör Kesit Alanı Ġkiden çok Paralel Kol için Regülâtör Kesit Alanları Basit Havalandırma ġebekelerinde Havanın Kontrollü Dağılımında KarĢılaĢılan Durumlar BÖLÜM 7 DOĞAL HAVALANDIRMA DOĞAL HAVALANDIRMANIN KAYNAĞI DOĞAL HAVALANDIRMANIN YÖNÜ DOĞAL HAVALANDIRMA BASINCININ ÖLÇÜLMESĠ DOĞAL HAVALANDIRMA BASINCININ HESAPLANMASI Yoğunluk Farkına Göre Hesaplama Sıcaklık Farkına Göre Hesaplama Vantilatörü Ġki Ayrı Hızda ÇalıĢtırarak Hesaplama DOĞAL HAVALANDIRMA MĠKTARININ BELĠRLENMESĠ DOĞAL HAVALANDIRMANIN KARAKTERĠSTĠK EĞRĠSĠ BÖLÜM 8 MEKANİK HAVALANDIRMA VANTĠLATÖR BASINÇLARI Emici ve Üfleyici Vantilatör Basınçlarının KarĢılaĢtırılması VANTĠLATÖR ÇEġĠTLERĠ Santrifüj Tip Vantilatörler Aksiyel Tip Vantilatörler Santrifüj ve Aksiyel Vantilatörlerin KarĢılaĢtırılması VANTĠLATÖR KARAKTERĠSTĠK EĞRĠLERĠ Santrifüj Vantilatörlerin Karakteristik Eğrisi Aksiyel Vantilatörlerin Karakteristik Eğrisi VANTĠLATÖRÜN PERFORMANSI VANTĠLATÖRÜN SĠSTEME UYGULANMASI VANTĠLATÖR KANUNLARI VANTĠLATÖRLERĠN BĠRLĠKTE KULLANILMASI Vantilatörlerin Seri Bağlanması Vantilatörlerin Paralel Bağlanması Vantilatörlerin Farklı Noktalara yerleģtirilerek Bağlanması.. 197

7 İÇİNDEKİLER v 8.8. VANTĠLATÖR VE DOĞAL HAVALANDIRMA BÖLÜM 9 TALİ HAVALANDIRMA TALĠ HAVALANDIRMA SĠSTEMLERĠ Bariyer Sistemi Vantilatör ve Boru Sistemi Hava Hareketlendiricileri ANA VE YARDIMCI VANTĠLATÖRÜN BĠRLĠKTE ÇALIġMASI UZUN GALERĠLERDE TALĠ HAVALANDIRMA BÖLÜM 10 GEREKLİ HAVA MİKTARI VE HAVALANDIRMA PLANLAMASI GEREKLĠ HAVA MĠKTARININ HESAPLANMASI Ocakta ÇalıĢanların Sayısına Göre Hesaplama Ocak Gazlarına Göre Hesaplama Toz OluĢumuna Göre Hesaplama Kullanılan Patlayıcı Madde Miktarına Göre Hesaplama Dizel Araç Gücüne Göre Hesaplama Ocaktaki Diğer Tesisler için Hesaplama Hava Hızı Sınır Değerleri YARDIMCI HAVALANDIRMADA GEREKLĠ HAVA MĠKTARI Üfleyici Havalandırma Sistemi Emici Havalandırma Sistemi KarıĢık Havalandırma Sistemi OCAK HAVALANDIRMA PLANLAMASI Ana Vantilatör Seçimi Kısa Vadeli Havalandırma Planlaması Optimum Havayolu Boyutu BÖLÜM 11 HAVALANDIRMA ŞEBEKE ANALİZİ HAVALANDIRMA ġebeke ANALĠZĠNĠN TEMELLERĠ Tanımlar ve Kabuller Kirchhoff Kanunları HAVALANDIRMA ġebekelerġnġn ÇÖZÜM YÖNTEMLERĠ EĢdeğer Direnç Yöntemi Krichhoff Kanunları Ġle Çözüm Yöntemi Hardy Cross Tekniği ile Çözüm Yöntemi

8 . vi YERALTI HAVALANDIRMASI HAVALANDIRMA ġebeke ANALĠZ PAKET PROGRAMLARI BÖLÜM 12 OCAK GAZLARI OKSĠJEN (O 2 ) AZOT (N 2 ) KARBON DĠOKSĠT (CO 2 ) KARBON MONOKSĠT (CO) HĠDROJEN (H 2 ) HĠDROJEN SÜLFÜR (H 2 S) SÜLFÜR DĠOKSĠT (SO 2 ) AZOT OKSĠTLERĠ (NO X ) RADON (Rn) BÖLÜM 13 METAN VE METAN DRENAJI METAN GAZI (CH 4 ) Özellikleri Metanın OluĢumu Metan Miktarını Etkileyen Faktörler Metan Yayılım ÇeĢitleri Emisyon ġeklinde Yayılım Üfleyerek Yayılım Ani Metan Püskürmesi METAN PATLAMASI Coward Üçgeni Patlamaların Genel Mekanizması Metan Patlamasının AĢamaları Metanın Patlama Nedenleri KapatılmıĢ Bölgelerde OluĢan Patlatmalar PATLAYICI GAZ KARIġIMLARI METAN GAZININ ÖLÇÜLMESĠ Emniyet Lambası Elektrik Akımı ile ÇalıĢan Aletler Optik Esasa Dayanan Aletler Metan Detektörleri METAN GAZINA KARġI GÜVENLĠK ÖNLEMLERĠ METAN DRENAJI Metan Drenajının Önemi Metan Drenaj Yöntemleri Kömür Damarından Drenaj Yöntemleri

9 İÇİNDEKİLER vii Göçükten Drenaj ÇalıĢan Damar Etrafındaki Tabakalardan Drenaj Terk EdilmiĢ Sahalardan Drenaj Metan Drenajının BileĢenleri Boru Çapları Monitörler Kontrol Ve Emniyet Cihazları Emme Pompaları Metan Drenaj Sisteminin Planlanması ve Tasarımı BÖLÜM 14 TOZ TANIMLAR OCAK TOZLARININ SINIFLANDIRILMASI Toz Tane Boyutuna Göre Sınıflandırma Tozun Fizyolojik Etkisine Göre Sınıflandırma TOZUN AERODĠNAMĠK DAVRANIġI Yerçekimsel Çökelme Brownian Hareketi OCAKLARDA TOZ KAYNAKLARI OCAKLARDA TOZ ÖLÇÜMÜ Konimetre Isısal Çökelticiler Gravimetrik Toz Toplayıcılar Tindalometre KiĢisel Toz Toplayıcılar Radyasyon Detektörü Tozun Kuvars Ġçeriğinin Belirlenmesi Toz Ölçüm Stratejisi OCAK TOZLARININ ZARARLARI Tozun Ġnsan Sağlığına Zararları Tozun Tane Büyüklüğü Havadaki Toz Konsantrasyonu Tozun Silis Ġçeriği Tozlu Havanın Solunma Süresi Tozun Kimyasal BileĢimi Havadaki Toz KarıĢımı Makineler ve GörüĢ Mesafesine Zararları Toz Patlamaları Kömür Tozu Patlamaları Kömür Tozu Patlayabilirliğini Etkileyen Faktörler

10 . viii YERALTI HAVALANDIRMASI Diğer Patlayıcı Tozlar Tozla Mücadele Tozun OluĢumun Önlenmesi Tozun Bastırılması ve Havadan Ayrılması Toz Patlamasının Önlenmesi Toz Patlamalarının Bastırılması TaĢ Tozu Barajları Su Barajları Tetikli Bariyerler ve Patlama Detektörleri BÖLÜM 15 OCAK YANGINLARI OCAK YANGINININ ÖZELLĠKLERĠ OCAK YANGINLARININ SINIFLANDIRILMASI TUTUġMA SEBEPLERĠ Mekanize Ekipmanlar Elektrikli Cihazlar Bant Konveyörler Diğer Sürtünmeli TutuĢturucular Patlamalar ve Patlatmalar Kaynak ĠĢleri Açık Alevler AÇIK ALEVLĠ OCAK YANGINLARI Oksijen Zengin ve Yakıt Zengin Yangınlar Açık Alevli Yangınların Havalandırmaya Etkileri Açık Alevli Yangınlarla Mücadele Su ile Söndürme Köpük Ġle Söndürme Yangınların Havalandırma ile Kontrolü Basınç Kontrolü Tersine Havalandırma GĠZLĠ OCAK YANGINLARI Gizli Ocak Yangınının Mekanizması Oksidasyonun Safhaları Su Buharının Etkisi Kendiliğinden Isınmanın Yönü Kömürün Kendiliğinden Yanabilirliğini Etkileyen Faktörler Yangın Gazları ve Gazların Yorumu Yanma ĠĢlemi ve OluĢan Gazlar Gizli Yangınların Tespiti Patlayabilirlik Diyagramları

11 İÇİNDEKİLER ix Gizli Yangınlarla Mücadele Gizli Yangına KarĢı Önlemler Gizli Yangınların Söndürülmesi YANGIN BARAJLARI Baraj Yerinin Seçilmesi Yangın Barajının Kurulması Yangın Barajının Tekrar Açılması Basınç Denge Barajları BÖLÜM 16 OCAK İKLİMİ OCAKLARDAKĠ ISI KAYNAKLARI Havanın SıkıĢması Kayaç Isısı Mekanize ve Elektrikli Ekipmanlar Yeraltı Suyu Oksidasyon Patlatmalar Kayaç Hareketleri Metabolizma ISI VE NEMĠN ETKĠLERĠ Fizyolojik Etkileri Verimliliğe Etkisi OCAK HAVASINI SOĞUTMA SĠSTEMLERĠ KAYNAKLAR.399