Istota i sposoby modyfikacji transportu kopalnianego

Transkrypt

1 Dariusz Fuksa 1, Anna Wilkosz AGH Akademia Górniczo-Hutnicza 2 Istota i sposoby modyfikacji transportu kopalnianego Wstęp Znaczna część procesu wydobywczego kopalń węgla kamiennego wpisuje się w dziedzinę szeroko rozumianej logistyki. Można do niej zaliczyć cały system, począwszy od zamawiania i składowania materiałów, poprzez monitorowanie ilości i sposobu transportu: urządzeń i materiałów, tworzących infrastrukturę, która umożliwia efektywne oraz bezpieczne wydobycie węgla, załogi do miejsc pracy, niejednokrotnie odległych od szybu o kilkanaście kilometrów, węgla i skały płonnej z przodka do zakładu przeróbczego na powierzchni, gdzie następuje jego wzbogacanie zgodnie z wymaganiami odbiorców. Częścią składową i zarazem nieodłącznym ogniwem procesu eksploatacyjnego każdego zakładu górniczego jest transport kopalniany (transport załogi, materiałów, urządzeń oraz urobku), zarówno w poziomie, jak i w pionie. Kierunek tego transportu, oprócz odstawy urobku (węgla i skały płonnej), odbywa się z powierzchni do przodka i odwrotnie. Należy podkreślić, że strumienie transportowe urobku i skały płonnej oraz sprzętu i materiałów biegną w przeciwnych kierunkach, co stwarza konieczność stosowania odpowiednich rozwiązań dostosowanych do warunków górniczo-geologicznych. Zasadnicze znaczenie w procesie transportu kopalnianego ma transport urobku, ponieważ determinuje on zdolność produkcyjną kopalni. Konieczność pokonywania znacznych odległości zarówno w poziomie, jak i w pionie, rozmieszczenie i struktura wyrobisk górniczych w kopalniach podziemnych wymuszają podział transportu kopalnianego na odstawę, przewóz i ciągnienie. W każdym z tych ogniw stosuje się odmienne środki transportowe dostosowane do wyrobisk i warunków transportowych. Dlatego też bardzo ważna jest optymalizacja całego procesu transportu w czasie i przestrzeni, między innymi pod względem efektywnego czasu wykorzystania maszyn i urządzeń transportowych, wydajności, niezawodności, minimalizacji kosztów, zdolności przepustowych w odniesieniu do zdolności wydobywczych. Ze względu na obszerność powyższych zagadnień w niniejszej publikacji ograniczono się jedynie do przedstawienia istoty i charakterystyki transportu kopalnianego wraz z przykładem jego modernizacji w kopalni węgla kamiennego Bogdanka SA. Charakterystyka transportu kopalnianego Transport kopalniany stanowi całokształt działań mających na celu przemieszczenie urobku, materiałów i ludzi po podziemnych drogach transportowych, realizowany za pomocą odpowiedniego układu środków technicznych. Należy do niego [4]: a) odstawa urobku z przodków eksploatacyjnych na powierzchnię. Ilość wydobywanego urobku jest indywidualnie określana dla danej kopalni i najczęściej przekracza 1 mln ton rocznie, b) transport materiałów z powierzchni do przodków i z przodków na powierzchnię (odzysk materiałów). Do tego celu wykorzystywana jest: 1 Dr hab. inż. D. Fuksa, adiunkt, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Ekonomiki i Zarządzania w Przemyśle, fuksa@agh.edu.pl 2 Mgr inż. A. Wilkosz, doktorant, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Ekonomiki i Zarządzania w Przemyśle, wilkosz@agh.edu.pl 4237

2 kopalniana kolej podziemna (KKP) na poziomych drogach transportowych, wozy ciągnione kołowrotami na pochyłych drogach transportowych, koleje szynowe podwieszone (KSP) oraz koleje szynowe spągowe (KSS) używane do transportu materiału bez konieczności przeładunku - na drogach transportowych poziomych oraz nachylonych do 30, lokomotywy spalinowe na torach KSP i KSS umożliwiające dowóz materiału do ściany, koleje szynowo zębate na torach KKP i KSS, z dodatkową listwą zębatą przy nachyleniach do 30. c) transport ludzi z powierzchni do przodków i z przodków na powierzchnię. Ten rodzaj transportu stosowany jest ze względów ekonomicznych, gdy przodek jest odległy od szybu powyżej 1 km. Do tego celu wykorzystuje się: pociągi KKP na poziomych drogach transportowych, odpowiednio przystosowane KSP i KSS na drogach transportowych poziomych i nachylonych do 25, koleje linowe krzesełkowe (KLK) stosowane w celu wyeliminowania ruchu wahadłowego i opóźnień spowodowanych poprzez oczekiwanie na powrót wagonów KKP i KSS, przenośnik taśmowy o prędkości przystosowanej do jazdy ludzi (2 m/s). Odpowiedni dobór wymienionych środków transportu jest ważnym czynnikiem wpływającym na efektywność działalności kopalń i w efekcie na rentowność branży górniczej. Postępująca mechanizacja i automatyzacja procesu odstawy węgla ma na celu zwiększenie wydajności transportu przy utrzymaniu płynności pracy. Takim usprawnieniom podlega (Rys. 1) [5]: transport poziomy wraz z odstawą urobku, dostawa materiałów, maszyn i urządzeń do przodków wybierkowych, transport załogi, ciągnienie (szyb), wzbogacanie i załadunek urobku do wagonów. Na wydajność transportu kopalnianego wpływają przede wszystkim [5]: posiadane środki techniczne (urządzenia transportowe i przeładunkowe oraz wyposażenie towarzyszące), parametry i stan dróg transportowych, organizacja pracy w transporcie (właściwe rozłożenie w czasie poszczególnych czynności i operacji, dobór sprzętu oraz obłożenia zespołów roboczych). 4238

3 Rys. 1. Schemat mechanizacji transportu materiałów przy użyciu wozów, kolejek i ciągników oponowych (1-lokomotywa kopalniana, 2-dźwig przejezdny, 3-żuraw stały, 4- kolejka naziemna, 5- OBUDOMONT, 6-kolejka podwieszona, 7-ciągnik oponowy, 8-wóz kopalniany, 9-lokomotywa kopalniana, 10-ładowarka do drewna, 11-klatka szybowa, 12-suwnica pomostowa, 13-wózek widłowy, 14-wagon kolejowy) Źródło:[5] Transport węgla kamiennego odstawa Kluczowy w przypadku działalności każdej kopalni węgla kamiennego jest transport poziomy, nazywany transportem głównym. Obok tradycyjnego transportu lokomotywowego ze zwykłymi wozami o sztywnej skrzyni i jego odmian z wozami samowyładowczymi [5] stosuje się też inne sposoby odstawy urobku. Zaliczamy do nich odstawę przenośnikową i bezprzenośnikową środkami technicznymi beznapędowymi. Obecnie rzadziej stosowana odstawa bezprzenośnikowa polega na wykorzystaniu siły ciężkości. W wyrobiskach o odpowiednim nachyleniu urobek zsuwania się pod wpływem własnego ciężaru. Do tego typu odstawy zalicza się [4]: a) zsuwnie proste rynny wykonane z różnych materiałów, układane na spągu. Dzięki mniejszemu współczynnikowi tarcia urobku o zsuwnię niż o spąg, występuje zjawisko samostaczania się urobku już przy 12. Kąty zsuwania się urobku zależą od materiału z jakiego zostały wykonane rynny, przykładowo: węgiel po deskach 30 35, węgiel po blachach stalowych 17 25, węgiel po blachach emaliowanych 12 14, pył węglowy po blachach stalowych 45, b) zsuwnie śrubowe środek odstawy zabudowany w szybiku. Przemieszczanie urobku z poziomu wyższego na poziom niższy następuje pod jego własnym ciężarem, c) zsypnie (komin zsypowy) środek techniczny do opuszczania urobku z niewielkiej wysokości, aby nie następowało jego nadmierne kruszenie. Zsypnie stosowane są przy nachyleniach 50 90, czyli powyżej kąta samostaczania urobku. Ujście zsypni jest zamykane od dołu klapami. 4239

4 Do zalet takiej formy transportu należy zaliczyć prostotę konstrukcji, a co za tym idzie łatwość montażu i obsługi. Brak napędu nie generuje też wydatków związanych z korzystaniem z energii. Do wad zaliczyć można nadmierne kruszenie urobku, wzrost zapylenia oraz ścieranie się podłoża [1]. Odstawa przenośnikowa jest obecnie głównym sposobem transportu urobku z przodka ścianowego ze względu na większą wydajność oraz zdolność do pracy w trudnych warunkach. Do tego typu odstawy zaliczamy [4]: a) przenośniki płytowe ciąg płyt z obrzeżami stosowany do odstawy urobionych skał posiadających silne własności ścierne, które nie mogą przemieszczać się po blachach stalowych rynien pod naciskiem zgrzebeł. Transportowany materiał przemieszcza się razem z płytami. b) przenośniki zgrzebłowe maszyny masowe, których własnością jest zdolność do przemieszczania urobku po rynnach przez połączone łańcuchem zgrzebła. Przenośniki zgrzebłowe stosuje się w: ścianowych systemach podłużnych, w wyrobiskach ścianowych i w chodnikach podścianowych, ścianowych systemach poprzecznych, w pochylniach lub dowierzchniach odstawczych, wyrobiskach przygotowawczych i udostępniających. Przenośniki zgrzebłowe stanowią również istotne wyposażenie maszyn górniczych, np. kombajnów i zaliczamy do nich: przenośniki zgrzebłowe ciężkie (np. Rybnik, Nowomag), przenośniki zgrzebłowe lekkie (np. Skat, Grot) stosowane do odstawy urobku z przodków chodnikowych węglowych, kamienno-węglowych i kamiennych, a także w robotach pomocniczych i ratowniczych. Są one instalowane w kombajnach chodnikowych lub wykorzystywane jako podawarki. Ze względu na miejsce pracy wyróżniamy następujące przenośniki zgrzebłowe: ścianowe służące do odstawy urobku z przodka oraz jako tor jezdny kombajnu lub struga, podścianowe przyjmujące urobek przenośnika ścianowego i przekazujące go na ustawiony współosiowo przenośnik taśmowy, przystosowane do robót przygotowawczych (podwieszane, leżąco-wiszące). c) przenośniki taśmowe urobek przemieszczany jest na taśmie, najczęściej o kształcie niecki. Transport urobku jest główną funkcją tego urządzenia, ale przy spełnieniu określonych wymagań można go także używać do transportu ludzi. Przenośniki w oddziale wydobywczym posiadają taśmy o szerokości 1000 i 1200 mm, natomiast w odstawie głównej, prócz 1200 mm także 1400 mm. Stosowanie przenośników taśmowych ma wiele zalet, do których należą m.in.: niezawodność w trakcie pracy i łatwość jej automatyzacji, możliwość pracy w przeciwnych kierunkach a także dopasowania trasy przenośnika do terenu oraz tworzenie długich tras co pozwala na transport urobku na znaczne odległości [1]. O efektywnym transporcie węgla można mówić wówczas, gdy spełnia on następujące warunki [5]: jest zdolny do przemieszczania dużych mas urobku na znaczne odległości w określonym czasie, w sposób harmonijny łączy przodki wybierkowe z szybem wydobywczym, posiada dużą elastyczność pracy i wysoką sprawność, posiada zdolność wyrównywania różnic czasowych w pracy frontu górniczego i urządzeń wyciągowych, zapewnia właściwe wykorzystanie coraz wydajniejszych urządzeń transportowych i jest najtańszy z ekonomicznego punktu widzenia. Ze względu na postęp techniczno-technologiczny (eksploatację głębiej położonych pokładów) oraz wydłużanie się dróg transportowych (oddalanie się przodków od szybu), do odstawy węgla stosuje się kilka lub kilkanaście szeregowo połączonych przenośników taśmowych. Dzięki zastosowaniu automatyzacji pracy można [5]: zmniejszyć liczbę personelu obsługującego taśmociągi, co skutkuje zwiększeniem wydajności i obniżeniem kosztów własnych, 4240

5 obserwować i kontrolować pracę przenośników, natychmiast wstrzymać pracę taśmociągu w przypadku zakłóceń natury elektrycznej lub mechanicznej, zwiększyć bezpieczeństwo pracy przez odpowiednią sygnalizację ostrzegawczą i porozumiewawczą. Przykładowy kompletny ciąg odstawy urobku w kopalni składa się z [4]: przenośnika zgrzebłowego ścianowego, przenośnika zgrzebłowego podścianowego, przenośnika taśmowego oddziałowego do załadowni, kopalnianej kolei podziemnej (KKP) z lokomotywami przodowymi, z odstawą wozami w kopalniach niemetanowych do szybu, odstawy głównej przenośnikami taśmowymi w kopalniach metanowych lub KKP z lokomotywami spalinowymi do szybu, wozów lub skipu ciągnionego szybem na powierzchnię. W skład głównego dołowego transportu kołowego urobku wchodzą (Rys. 2) [5]: oddziałowe punkty załadowcze wraz ze zbiornikami wyrównawczymi, wyrobiska do przejazdu lokomotyw i wozów o zwiększonych wymiarach i dużym ciężarze (prześwity torów: 750 i 900 mm), lokomotywy o dużym ciężarze i zwiększonym uciągu, wozy samowyładowcze o większej ładowności, zdalne sterowanie zwrotnicami uruchamianymi z jadącej lokomotywy, zbiorniki przyszybowe współpracujące z układem dozowania urobku do naczyń skipowych, urządzenia zabezpieczenia ruchu pociągów na trasie. Rys. 2. Schemat układu transportu urobku w kopalni (1-przenośniki doprowadzające węgiel do płuczki, 2-przenośniki ładujące węgiel do wagonów, 3- dozownik, 4-przenośnik polowy zbiorczy, 5-przenośnik przyścianowy, 6-przodek wydobywczy, 7- dozownik, 8-wóz kopalniany przy załadunku, 9-zbiornik oddziałowy, 10-pociąg kopalniany, 11-skip, 12- zbiorniki odmiarowe, 13-zbiornik wyrównawczy) Źródło:[5] Możliwość mechanicznego usuwania przepadów (niekorzystne nagromadzenie się urobku w chodnikach, w przeróbce produkt dolny przesiewania) i ciągły dopływ urobku zapewniają stacje załadowcze dużej wytrzymałości. Przy ciągłym załadunku można wyeliminować urządzenia do przetaczania 4241

6 wozów (kolejki łańcuchowe, popychaki) wykorzystując do tego celu lokomotywy. Stacja załadowcza do ładowania pociągów w ruchu składa się z (Rys. 3) [5]: zbiornika górniczego skarpowego, urządzeń załadowczych, zbiornika przepadów z przenośnikiem zgrzebłowym czyszczącym, wciągnika elektrycznego do podnoszenia zsypni, układu zdalnego sterowania lokomotywami, pomostu sterującego z pulpitem sterującym. Do magazynowania urobku w stacji załadowczej służy górniczy zbiornik skarpowy. Urobek dostarczany przenośnikiem taśmowym z oddziałów wydobywczych zsypywany jest na pochyłą ścianę zbiornika skarpowego. W celu zwiększenia wykorzystania pojemności zbiornika stosuje się zgrzebłowe urządzenie zgarniające [5]. Rys. 3 Stacja załadowcza do ładowania pociągów w ruchu. Źródło: [5] Przykład modyfikacji transportu w kopalni Bogdanka S.A. W ramach działań restrukturyzacyjnych w obszarze odstawy urobku w kopalni węgla kamiennego Bogdanka S.A. [2]: zmieniono system odstawy głównej z przewozu szynowego wozami Granby na transport taśmowy, wdrożono system transportu materiałów i ludzi za pomocą podwieszanych kolejek o napędzie spalinowym, zmodernizowano maszyny i urządzenia urabiająco-odstawcze (zastosowano przenośniki ścianowe o zwiększonej wydajności i niezawodności, zwiększono głębokość zabioru i prędkość urabiania kombajnu, dopracowano system automatycznej regulacji prędkości posuwu kombajnu oraz układ diagnostyki i sygnalizacji stanów awaryjnych, usprawniono system samoładowania urobku, udoskonalono współpracę obudowy zmechanizowanej z maszyną urabiającą o zwiększonej głębokości zabioru i prędkości posuwu), wyposażono oddziały wydobywcze w nowoczesne maszyny i urządzenia, w tym wysokowydajne kompleksy ścianowe, w celu uzyskania wzrostu koncentracji wydobycia, dobrano maszyny i urządzenia do zaprojektowanego zespołu urabiająco-ładującego, przy spełnieniu zasad prawidłowej współpracy maszyn i urządzeń pomiędzy sobą i z górotworem, tworzących jako całość system o wysokim stopniu niezawodności, zwiększono długości i wybiegi ścian, opracowano programy inwestycyjne ukierunkowane na odtworzenie i modernizację wyposażenia technicznego o światowym standardzie, wprowadzono selektywną gospodarkę złożem ukierunkowaną na minimalizację strat i poprawę jakości eksploatowanego węgla, 4242

7 zmodernizowano urządzenie wyciągowe w szybie wydobywczym oraz stworzono możliwości retencji urobku przy szybie, wdrożono system oddzielania kamienia z urobku pod ziemią. Wprowadzone zmiany spowodowały zwiększenie wydajności transportu dołowego. Natomiast modernizacja parku maszynowego pozwoliła na poprawę wyników ekonomicznych. Wnioski Jak wynika z przedstawionych w niniejszej publikacji zagadnień transport kopalniany jest procesem bardzo złożonym, zdeterminowanym całym spektrum czynników natury technicznej, organizacyjnej, a przede wszystkim warunkami górniczo-geologicznymi. Optymalizacja tego transportu jest warunkiem koniecznym jego efektywności, co przekłada się na efektywność funkcjonowania zakładu górniczego. Sposób optymalizacji transportu kopalnianego będzie przedmiotem dalszych badań i publikacji autorów. Streszczenie W publikacji przedstawiono istotę i scharakteryzowano stosowany w podziemnych kopalniach węgla kamiennego system transportu. Omówiono transport załogi, urządzeń i materiałów oraz urobku. Szczególną uwagę zwrócono na transport węgla i skały płonnej determinujący zdolność wydobywczą przedsiębiorstwa górniczego. Zasygnalizowano konieczność optymalizacji całego przebiegu procesu transportowego, co przekłada się na wydajny i efektywny system logistyczny, będący zarazem warunkiem koniecznym sprawnego i bezpiecznego prowadzenia wydobycia węgla. Zaprezentowano również sposób modernizacji transportu na przykładzie kopalni Bogdanka S.A. Słowa kluczowe: transport kopalniany, przenośniki zgrzebłowe, przenośniki taśmowe, zsypnie. Abstract MINE TRANSPORT ANALYSIS OF HARD COAL HAULAGE The article presents the types of transport in the coal mine and defines what the transport in mine means. Transport of crew, equipment, material and coal was widely described. In article the importance of coal and gangue transport was emphasized as the factor that determines the output efficiency. The need to optimize the entire transport process was also stressed. As the result of this action the company may have efficient and effective logistic system that is the key factor to safe and efficient process of extracting coal. Modernization of transport, especially coal haulage, in Bogdanka Mine was shown as an example. Keywords: hard coal, haulage, transport, efficiency, mining machines. Literatura [1] Honysz J.: Górnictwo t. I, Wydawnictwo Śląsk, Katowice [2] Magda R.: Restrukturyzacja technologiczna w górnictwie i jej aplikacja w kopalni Bogdanka, XX [Dwadzieścia] lat wydobycia węgla kamiennego w kopalni,,bogdanka, Nałęczów 2002: stan na 1 czerwca

8 [3] Wilkosz A.: Odstawa węgla kamiennego teoria a praktyka, Interdyscyplinarne zagadnienia w górnictwie i geologii t. V, J. Drzymała, W. Ciężkowski (red.), Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław [4] Wyciszczok S.: Maszyny i urządzenia górnicze cz. I i II, Wydawnictwo REA, Warszawa [5] Zając E.: Organizacja produkcji w kopalni węgla kamiennego, Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice Publikację wykonano w 2014 roku w ramach badań statutowych zarejestrowanych na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie pod nr