WPŁYW EKSPLOATACJI PODPOZIOMOWEJ NA ROZPŁYW POWIETRZA W SIECI WENTYLACYJNEJ KOPALNI WĘGLA

Transkrypt

1 GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 4 Nikodem SZLĄZAK, Dariusz OBRACAJ, Justyna SWOLKIEŃ AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków WPŁYW EKSPLOATACJI PODPOZIOMOWEJ NA ROZPŁYW POWIETRZA W SIECI WENTYLACYJNEJ KOPALNI WĘGLA Streszczenie. W artykule przedstawiono ewaluację warunków stosowania wentylacji schodzącej według przepisów górniczych w ostatnich kilku dekadach. Omówiono zaburzenia kierunków przepływu powietrza w wyrobiskach ze schodzącym prądem powietrza podczas powstania w nich pożaru. Na podstawie przykładu eksploatacji ściany na głębokości około 170 m poniżej poziomu udostępnienia przeprowadzono analizę możliwości odwrócenia kierunku przepływu powietrza podczas wystąpienia pożaru podziemnego. Maksymalny kąt nachylenia wyrobiska doprowadzającego powietrze wynosił -9,3 o. Przykład wykazał brak możliwości odwrócenia kierunku przepływu przy określonych parametrach struktury sieci wentylacyjnej i przepływającego powietrza. Wskazano na czynniki, które powodują odwracanie się prądów powietrza ze szczególnym uwzględnieniem lokalizacji bocznicy z prądem schodzącym w strukturze sieci wentylacyjnej. Zaakcentowano istotną rolę monitoringu parametrów powietrza i zabezpieczeń przeciwpożarowych w wyrobiskach ze schodzącymi prądami powietrza, które w połączeniu z podejmowanymi działaniami aktywnego zwalczania pożarów praktycznie uniemożliwiają rozwój pożaru w wyrobisku. IMPACT OF SUBLEVEL MINING ON AIR FLOW IN A MINE VENTILATION NETWORK Summary. This article evaluates a descentional ventilation system according to mining regulations over the past few decades. Disturbances in the direction of airflow in intake airways with a descentional air stream while a fire breaks out are discussed. On the basis of an example of mining a longwall at the depth of about 170 m below development level a possibility of changing the direction of airflow during an underground fire is analysed. The maximum angle of inclination of an intake airway is equal to -9,3 o. According to the example there is no possibility of diverting airflow for particular parameters of a ventilation system and airflow. Some factors that lead to diverting of airflows are shown, with a special emphasis on the location of a branch with descending air stream in a ventilation system. The importance of monitoring air parameters and fire protections in intake airways is emphasized. That monitoring system and active control over a fire make the spread of fire in an airway practically impossible.

2 130 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień 1. Wprowadzenie Warunkiem zapewnienia odpowiedniego składu atmosfery kopalnianej, uzyskania jej optymalnych parametrów termodynamicznych w zakresie temperatury, wilgotności i prędkości przepływu jest właściwe wykorzystanie depresji naturalnej i mechanicznej, pod wpływem których następuje przepływ powietrza przez wyrobiska kopalni. Najważniejszym czynnikiem depresji naturalnej są przemiany termodynamiczne przepływającego przez kopalnię powietrza, a wielkość depresji naturalnej wywołanej tymi przemianami określamy mianem depresji cieplnej. Udział pozostałych czynników wpływających na wielkość depresji naturalnej, związanych z porą roku, ciśnieniem atmosferycznym, składem i wilgotnością powietrza, jak również oddziaływania czynników czysto mechanicznych jest stosunkowo niewielki. Najbardziej istotnym czynnikiem wpływającym na wielkość depresji naturalnej jest proces wymiany ciepła pomiędzy przepływającym powietrzem a skałami, a depresję naturalną nazywamy wtedy depresją cieplną. Jak wynika z danych pomiarowych sprawność depresji cieplnej wynosi zaledwie kilka procent, w zależności od głębokości kopalni i wielu innych czynników. Oznacza to, że tylko niewielka część ciepła dostarczanego powietrzu w kopalni jest zamieniana na pracę, natomiast znaczna jego część oddawana jest powietrzu atmosferycznemu. Oczywisty jest fakt, iż w procesie projektowania systemu przewietrzania kopalni dąży się do tego, aby depresja cieplna była jak największa i współdziałała z depresją mechaniczną pracujących wentylatorów. Z tych też powodów najkorzystniejszy jest taki sposób przewietrzania, przy którym powietrze z szybu wdechowego doprowadza się najkrótszą drogą do najniższego punktu w kopalni i przy którym przepływa ono drogami wznoszącymi od tego punktu aż do wylotu szybu wentylacyjnego. Kierunek działania depresji cieplnej w wyrobiskach, w których powietrze płynie odwrotnie, czyli przede wszystkim w szybach wdechowych, jak również w wyrobiskach prowadzących je na upad jest przeciwny do kierunku depresji wentylatorów głównych. Ujemna wielkość depresji występującej w szybie wdechowym może mieć różną wartość i w zależności od struktury sieci wentylacyjnej może bezpośrednio wpływać na ilość przepływającego w nim powietrza. Z podobnym zjawiskiem możemy mieć do czynienia w trakcie zaistnienia pożaru podziemnego. Mimo sukcesywnego schodzenia z eksploatacją na większe głębokości (średnio osiem metrów na rok) kopalnie w dalszym ciągu, przez konieczność minimalizowania jednostkowego kosztu wydobycia, nie głębią nowych szybów, a korytarzowe wyrobiska udostępniające wykonują w znikomym zakresie. Głębienie szybów jest kosztowne

3 Liczba kopalń liczba ścian eksploatacyjnych Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza i długotrwałe i w związku z tym efekty ekonomiczne pojawiają się po bardzo długim czasie. W celu szybkiego i taniego udostępnienia frontu eksploatacyjnego pokłady udostępnia się często wyrobiskami węglowymi z wcześniej wykonanych poziomów, tworząc tzw. podpoziomy. Obecnie w skrajnych przypadkach roboty eksploatacyjne prowadzi się około 200 m poniżej poziomu udostępnienia (Kleszcz, 2008). W 2011 roku na ogólną ilość 31 zakładów górniczych wydobywających węgiel kamienny w 29 kopalniach prowadzono roboty eksploatacyjne 114 ścianami, w tym w 23 kopalniach prowadzono eksploatację za pomocą 48 ścian poniżej poziomu udostępnienia (GIG, ). Pomimo dalszego, sukcesywnego schodzenia z eksploatacją pokładów węgla na coraz większe głębokości przedsiębiorcy, przez konieczność minimalizowania jednostkowego kosztu wydobycia, nie wykonują wyrobisk szybowych, przez co utrzymuje się pewien poziom robót prowadzonych poniżej poziomu udostępnienia, co przedstawiono na rysunku 1.1 (Kleszcz, 2008; PZ-Konopko, 2008) Lata 0 Liczba KWK bez eksploatacji poniżej poziomu udostepnienia Liczba ścian eksploatacyjnych poniżej poziomu udostępnienia Liczba KWK z eksploatacją poniżej poziomu udostepnienia Rys Liczba kopalń i ścian z eksploatacją poniżej poziomu udostępnienia Fig Number of mines and longwalls with sublevel exploitation Głębokość podpoziomów utrzymuje się w kolejnych latach na zbliżonym poziomie. Na rysunku 1.2 przedstawiono liczbę ścian eksploatujących pokłady w określonych przedziałach głębokości poniżej poziomu udostępnienia. W kopalniach o dużych zasobach schodzeniu z eksploatacją na większą głębokość powinna towarzyszyć budowa nowych szybów i poziomów wydobywczych w celu uniknięcia eksploatacji podpoziomowej.

4 132 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień Głębokość poniżej poziomu udostępnienia >100m od 50 do 100m <50m 60 Liczba ścian eksploatacyjnych Lata Rys Liczba ścian prowadzonych w przedziałach głębokości poniżej poziomu udostępnienia w latach Fig Number of longwalls ranging from depth below development level in years Warunki stosowania schodzącego prądu powietrza Zmiany wyposażenia kopalnianych stacji wentylatorów głównego przewietrzania nastąpiły w okresie wzrastającego w Polsce zapotrzebowania na węgiel. Było to realizowane w coraz większej liczbie ścian wydobywczych, co z kolei wymuszało rozwijanie sieci wentylacyjnej kopalń. Z początkiem lat 70. ubiegłego wieku coraz powszechniej były już stosowane wentylatory o spiętrzeniu całkowitym rzędu Pa, a to pozwalało na stopniową zmianę podejścia do przewietrzania, czego wyrazem były zmiany w kolejno wprowadzanych przepisach dotyczących bezpiecznego prowadzenia ruchu zakładu górniczego (Trenczek, 2005c; Trenczek, 2007). W latach obowiązywały Szczegółowe przepisy prowadzenia ruchu i gospodarki złożem w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny i brunatny Zarządzenie nr 38 Ministra Górnictwa i Energetyki z dnia 10.X.1973 r. Według tych przepisów za prąd schodzący uważano prąd powietrza doprowadzany w dół wyrobiskami o nachyleniu do 5, przy łącznej długości wyrobisk ze schodzącym prądem powietrza mierzonych po upadzie do 1000 m, lub o nachyleniu do 10, przy łącznej długości wyrobisk ze schodzącym prądem powietrza do 300 m. Dotyczyło to pól niemetanowych i metanowych I kategorii, natomiast wszystkie oddziały w polach metanowych II, III i IV kategorii należało traktować jako oddziały podpoziomowe przewietrzane prądem schodzącym, jeżeli tylko powietrze było sprowadzane w dół.

5 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza W latach obowiązywały Szczegółowe przepisy prowadzenia ruchu i gospodarki złożem w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny i brunatny Zarządzenie nr 14 MGiE z dnia 28 czerwca 1984 r., w których definicje prądu schodzącego pozostały bez zmian. Zmieniły się natomiast zakresy i warunki przewietrzania schodzącym prądem powietrza, które zostały określone w nowych wytycznych, a od 1994 r. wymagane było wyszczególnienie w Planie Ruchu zastosowanych środków bezpieczeństwa dla oddziałów przewietrzanych prądami schodzącymi. Dopiero obowiązujące w latach Rozporządzenie Ministra Przemysłu i Handlu z dnia 14 kwietnia 1995 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych ograniczyło przewietrzania prądami schodzącymi do nachylenia -10, jeżeli prędkość przepływu powietrza była większa niż 0,5 m/s. W obecnie obowiązujących przepisach nie ma definicji prądu schodzącego powietrza, jednak podano warunki sprowadzania powietrza wyrobiskiem na upad (RMG, 2002) 212: 1. Powietrze doprowadza się możliwie najkrótszą drogą do każdego poziomu wydobywczego, skąd prądami wznoszącymi odprowadza się w kierunku szybu wydechowego. 2. Sprowadzanie powietrza wyrobiskiem na upad dopuszcza się wyłącznie w przypadkach, gdy: średni upad wyrobiska lub bocznicy wentylacyjnej nie przekracza 5, średni upad wyrobiska lub bocznicy wentylacyjnej wynosi od 5 do 10, a prędkość przepływu powietrza jest większa niż 0,5 m/s, powietrze jest odprowadzane z pól zagrożonych wyrzutami dwutlenku węgla lub siarkowodoru. Wyrobiska z prądem powietrza sprowadzanym na upad muszą być odpowiednio wyposażone w sprzęt przeciwpożarowy, a kierownik ruchu zakładu górniczego może odstąpić od powyższych wymagań w uzasadnionych warunkach górniczo-geologicznych. W planie ruchu kopalni muszą być określone rejony przewietrzane prądem powietrza sprowadzanym na upad, wyrobiska przewietrzane na upad oraz zastosowane środki bezpieczeństwa (RMSWiA- Z1, 2002). Z powyższych faktów wynika, że zmiany w podejściu do przewietrzania wprowadzano w sposób elastyczny. Z jednej strony wymuszały one odchodzenie od przewietrzania podpoziomowego prądami schodzącymi w wyrobiskach o nachyleniu większym niż -10, a z drugiej sprowadzanie powietrza na upad obarczały większymi rygorami.

6 134 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień 3. Zabezpieczenia prądów schodzących Ze względu na trudności związane z zabezpieczeniem kopalni przed zadymieniem w przypadku powstania pożaru w schodzącym prądzie powietrza doprowadzanego istniał kiedyś (Maciejasz i Kruk, 1977) obowiązek zabezpieczenia w kopalniach węgla wszystkich oddziałów podpoziomowych przez wykonanie odpowiedniego układu wyrobisk korytarzowych i tam bezpieczeństwa. Miały one umożliwiać w krótkim czasie skierowanie dymów najkrótszą drogą do szybu wydechowego i wyprowadzenie załogi z zagrożonego rejonu do prądu powietrza doprowadzanego. Było to wówczas związane z krótkim okresem działania środków ochrony dróg oddechowych. Po wprowadzeniu aparatów ucieczkowych takie rozwiązania nie były potrzebne. Na rysunku 3.1a przedstawiono przykładowy rejon eksploatacyjny przewietrzany schodzącym prądem powietrza. Powietrze jest doprowadzane do rejonu wyrobiskami Na wlocie do rejonu i wylocie z niego są zabudowane rejonowe tamy bezpieczeństwa T1 i T2. Dodatkowe zabezpieczenie oddziału w przypadku pożaru P w bocznicy 4-5 polega na wykonaniu krótkiego połączenia wyrobiskiem 4-8 upadowej 2-5 z chodnikiem wentylacyjnym Połączenie to w normalnych warunkach przewietrzania jest zamknięte tamami śluzowymi T4 i T5. Ponadto w chodniku za skrzyżowaniem 2 należy wykonać tamę T3. W przypadku powstania pożaru P (rysunek 3.1b) należy zamknąć rejonową tamę bezpieczeństwa T1, otworzyć tamy śluzowe T4 i T5 w krótkim połączeniu 4-8 oraz zamknąć tamę T3. Po odwróceniu się prądu 4-5 dymy wydostające się przez nieszczelności tamy T1 zostaną rozrzedzone silnym prądem powietrza doprowadzanego, płynącego teraz drogą , i skierowane do chodnika wentylacyjnego Po wyprowadzeniu załogi z rejonu do niezadymionego prądu powietrza drogą 7-6 należy zamknąć tamę T2. Rys Zabezpieczenie rejonu eksploatacyjnego przewietrzanego schodzącym prądem powietrza przykład 1: a) w normalnym stanie przewietrzania, b) w wyniku wystąpienia pożaru Fig Protection of mining area ventilated by descending air stream example 1: a) normal ventilation state, b) ventilation state after occurring a fire

7 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Niejednokrotnie zdarzało się, że kopalnia była zmuszona wybierać pokład powyżej istniejącego poziomu wentylacyjnego (rysunek 3.2a), wskutek czego powietrze odprowadzane z rejonu jest sprowadzane pochylnią 5-6 w dół. Taki sposób przewietrzania powoduje nie tylko trudności wentylacyjne (ruch powietrza odprowadzanego jest przeciwny do kierunku działania naturalnej depresji cieplnej), lecz także stwarza dodatkowe zagrożenie w przypadku powstania pożaru w tym prądzie. Prąd powietrza w bocznicy 5-6, odwrócony pod wpływem działania depresji pożaru h w, może powodować zadymienie rejonu eksploatacyjnego, a w dalszej kolejności grupowego prądu powietrza doprowadzanego (rysunek 3.2b). Zabezpieczenie na wypadek pożaru w prądzie schodzącym 5-6 może stanowić system tam bezpieczeństwa. Oprócz rejonowych tam bezpieczeństwa T1 na wlocie do rejonu i T2 na wylocie z rejonu oraz tam śluzowych T3 i T4 w chodniku wentylacyjnym wykonuje się dodatkową tamę bezpieczeństwa T5, w chodniku transportowym, w bocznicy 2-3, w pobliżu węzła 2. W przypadku wystąpienia pożaru P w bocznicy 5-6 (rysunek 3.2b) należy zamknąć tamę T2, która spełnia wtedy funkcję tamy zasadniczej dla pożaru w prądzie wznoszącym (po odwróceniu się prądu 5-6), zostawiając otwartą tamę T1, otworzyć tamy śluzowe T3 i T4 w bocznicy 4-6 oraz zamknąć tamę T5 celem skierowania prądu powietrza doprowadzanego dla rozrzedzenia gazów pożarowych odpływających do szybu wydechowego drogą P Bardzo ważne jest zapewnienie możliwie dużej szczelności tamy zasadniczej T2. Załoga może być wyprowadzona do prądu powietrza doprowadzanego drogą 4-2. Jeżeli pożar został zauważony wcześnie, załoga może wycofać się jeszcze przed odwróceniem się prądu 5-6, a więc w prądzie powietrza doprowadzanego. W przeciwnym przypadku zachodzi konieczność użycia pochłaniaczy ucieczkowych na drodze z rejonu do punktu 4, gdyż wycofanie będzie się odbywać na drodze już zadymionej. Po zmniejszeniu się ilości dymów wypływających z rejonu eksploatacyjnego do punktu 4 należy zamknąć rejonową tamę bezpieczeństwa T1, tym samym izolując pożar. Gdyby udało się ugasić pożar aktywnymi środkami (np. wodą), prowadząc akcję od strony chodnika wentylacyjnego i przechodząc do ognia przez tamę T2, wtedy nie zachodziłaby konieczność zamykania tamy T1.

8 136 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień Rys Zabezpieczenie rejonu eksploatacyjnego przewietrzanego schodzącym prądem powietrza odprowadzanego przykład 2: a) w normalnym stanie przewietrzania, b) w wyniku wystąpienia pożaru Fig Protection of mining area ventilated by descending air stream example 2: a) normal ventilation state, b) ventilation state after occurring a fire Jeżeli drogi ucieczkowe w rozpatrywanym przykładzie 2 są długie lub pokład jest silnie nachylony, to mogą wystąpić trudności podczas wycofania załogi z oddziału, szczególnie wówczas, gdy pożar zostanie zauważony późno i załoga zostanie zaskoczona dymami płynącymi z odwróconego prądu powietrza. Dodatkowe zabezpieczenie schodzącego prądu powietrza doprowadzanego polega wtedy na wykonaniu równoległej pochylni wentylacyjnej 7-8 (rysunek 3.3a). W takim przypadku w obydwu równoległych pochylniach należy na początku i końcu pochylni wykonać tamy bezpieczeństwa T5, T6, T7 i T8, które w czasie normalnej pracy oddziału będą otwarte. W razie wystąpienia pożaru P w jednej z nich, np. w pochylni 5-6, należy zamknąć tamę bezpieczeństwa (zasadniczą) T6, pozostawiając otwarte tamy T5, T7 i T8 (rysunek 3.3b) w pochylni 7-8. Dymy z odwróconego prądu 5-6 skierują się wtedy drogą P do szybu wydechowego. Po uszczelnieniu tamy zasadniczej T6 i zmniejszeniu się dymów wychodzących z tej pochylni można zamknąć tamę T5, izolując w ten sposób powstały pożar. W celu zapewnienia drużynom ratowniczym dojścia do pracy przy uszczelnianiu tamy T6 w prądzie powietrza doprowadzanego należy zamknąć tamę bezpieczeństwa T4 w bocznicy 2-3 i otworzyć tamy śluzowe T2 i T3 w bocznicy 4-6. Zamknięcie tamy T4 jest również wskazane w celu skierowania większej ilości powietrza świeżego do dróg odprowadzenia gazów pożarowych i rozrzedzenia szkodliwych składników tych gazów. Istnieje jednak niebezpieczeństwo powstania wtórnego ogniska pożaru na skrzyżowaniu 5, jeżeli pochylnią 6-5 płyną gazy o wysokiej temperaturze i zawierają składniki palne (CO, CH 4, C x H y ); dlatego należy zamknąć też tamę T1 równocześnie z zamknięciem tamy T6 lub T7 (zależnie od tego, w której pochylni powstał pożar).

9 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Rys Zabezpieczenie rejonu eksploatacyjnego przewietrzanego schodzącym prądem powietrza przykład 3: a) w normalnym stanie przewietrzania, b) w wyniku wystąpienia pożaru Fig Protection of mining area ventilated by descending air stream example 3: a) normal ventilation state, b) ventilation state after occurring a fire Jeżeli pożar powstanie w pochylni 7-8, to w celu skierowania dymów pochylnią równoległą 5-6 do szybu wydechowego drogą należy przede wszystkim zamknąć tamę T7 (tama zasadnicza), a następnie tamy T1 i T4 i otworzyć tamy śluzowe T2 i T3. Dalsze postępowanie jest analogiczne do poprzednio opisanego przykładu 2. Podane przykłady nie wyczerpują wszystkich możliwości zabezpieczenia prądów schodzących powietrza doprowadzanego lub odprowadzanego w przypadku pożaru w tym prądzie. Zasadą jest dążenie do zamiany pożaru w prądzie schodzącym na pożar w prądzie wznoszącym i umożliwienie odprowadzenia dymów najkrótszą drogą do szybu wydechowego oraz zapewnienie bezpiecznego wycofania załogi z oddziału zagrożonego. Takie zasady zostały określone na wypadek możliwości odwrócenia kierunku przepływu dymów w wyniku działania depresji pożaru. Dotyczyło to sytuacji, w których schodzące prądy powietrza nie charakteryzowały się właściwą stabilnością. Wynikało to z niskiej wartości udziału spiętrzenia wentylatora głównego przewietrzania w pokonywaniu oporów ruchu w takim rejonie. Również strumień powietrza sprowadzanego na upad nie był duży w wyniku małej intensywności przewietrzania wyrobisk wybierkowych i dużych oporów wyrobisk. Przy aktualnie wysokich spiętrzeniach wentylatorów głównego przewietrzania (powyżej 3000 Pa) o zaburzeniach w przepływie powietrza decyduje wskaźnik mocy prądu w bocznicy, wynikający ze straty naporu i strumienia objętości przepływającego powietrza.

10 138 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień 4. Analiza struktur sieci wentylacyjnych kopalń węgla Systemy wentylacyjne można podzielić na: systemy nierozgałęzione, tj. takie, które składają się tylko z elementów wentylacyjnych połączonych szeregowo, systemy rozgałęzione (najczęściej spotykane). Systemy rozgałęzione dzielą się na normalne i przekątne. System normalny jest to taki system, który składa się z połączenia elementów szeregowo-równoległych (mieszanych). Bocznice równoległe prostego systemu normalnego zalicza się do klasy I. Każda bocznica klasy I może się rozdzielać na bocznice klasy II, a te z kolei mogą się rozgałęziać na bocznice klasy III itd., tworząc w ten sposób systemy normalne złożone. Każdy zespół bocznic wyższej klasy stanowi dla siebie system normalny prosty, a także część składową bocznicy poprzedniej klasy, wchodząc z innymi jej częściami w połączenie szeregowe. Cechą charakterystyczną systemów normalnych jest to, że bocznice tej samej klasy wychodzące ze wspólnego punktu klasy poprzedniej włącza się następnie w drugim wspólnym punkcie tej klasy. Systemy, w których istnieją bocznice łączące dwa punkty różnych bocznic, nazywa się przekątnymi. Jeżeli system składa się z dwóch bocznic równoległych z jedną bocznicą przekątną, to nosi nazwę systemu przekątnego prostego. Wszystkie inne systemy przekątne noszą nazwę systemów przekątnych złożonych. Każda bocznica w systemie normalnym lub przekątnym może tworzyć cały zespół bocznic normalnych lub przekątnych klas wyższych. Idealna struktura sieci wentylacyjnej powinna się charakteryzować rozdzieleniem głównego prądu powietrza w pobliżu podszybia szybu wdechowego na odpowiednią liczbę niezależnych prądów powietrza i późniejszym połączeniem ich w pobliżu szybu wydechowego. W przypadku przewietrzania podpoziomowego wyrobisk należy szczególną uwagę zwracać na rozwinięcie sieci wyrobisk doprowadzających powietrze do przodków eksploatacyjnych. Występowanie przecinek łączących wyrobiska z prądem powietrza świeżego i zużytego wpływa na zmniejszenie oddziaływania wentylatora na te wyrobiska i w związku z tym następuje zmniejszenie stabilności prądów powietrza sprowadzanego poniżej poziomu udostępnienia.

11 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Komputerowe odwzorowanie sieci wentylacyjnej Matematyczny opis procesu rozpływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej sprowadza się do zbioru równań różniczkowych lub algebraicznych na ogół nieliniowych. Matematyczny model zjawisk związanych z przepływem powietrza i gazów przez sieć wentylacyjną musi zawierać pewne założenia upraszczające. Wynika to ze złożoności samego zjawiska oraz z możliwości dostępnych środków obliczeniowych. Model matematyczny najczęściej jest określony przy przyjęciu następujących założeń upraszczających opis rozpatrywanych zjawisk: przepływ powietrza charakteryzują wielkości fizyczne, takie jak: prędkość, gęstość, ciśnienie, temperatura; przekrój poprzeczny wyrobiska jest wielkością stałą; przepływ powietrza jest traktowany jako jednowymiarowy, co prowadzi do przyjęcia parametrów fizycznych uśrednionych po przekroju poprzecznym wyrobiska; z powodu wolno zmiennych przebiegów wielkości fizycznych zakłada się quasistatyczny model przepływu powietrza; przepływ powietrza jest turbulentny. Przyjmowane założenia upraszczające nie mogą wypaczać charakteru zjawisk, lecz należy pamiętać o ich ograniczeniach (Dziurzyński, 1998; Pawiński i in., 1995; Kloc i in., 2001; Szlązak i in., 2000). Wyrobiska łączą się w węzłach, tworząc strukturę sieciową, która jest niezmienna w rozpatrywanym przedziale czasu. Strukturę sieci wentylacyjnej opisują (Litwiniszyn, 1951; Trutwin, 1968): macierz koincydencji węzłowo-bocznicowej, macierz koincydencji oczkowo-bocznicowej, która odnosi się do zamkniętych dróg wentylacyjnych tworzących tzw. oczka niezależne. Zastosowanie zapisu macierzowego struktury sieci wentylacyjnej znacznie ułatwia ułożenie równań sieciowych, jak również zastosowanie efektywnych metod numerycznych (Dziurzyński i in., 1987b; Dziurzyński i in., 1987b; Dziurzyński, 1985; Trutwin, 1968; Trutwin, 1972). W pracy: Dziurzyński i in., 1987b przedstawiono rozwiązania układu równań o stałych rozłożonych dla sieci wentylacyjnej złożonej z kilkunastu wyrobisk. Otrzymane wyniki porównano z rozwiązaniami uzyskanymi dla modeli uproszczonych, stwierdzając ich praktyczną przydatność. W obliczeniach prowadzonych dla rzeczywistej sieci wentylacyjnej niejednokrotnie nie jest konieczna znajomość rozwiązań dla wszystkich parametrów

12 140 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień przepływu we wszystkich punktach sieci. W związku z tym stosuje się modele uproszczone, pozwalające przyspieszyć i ułatwić uzyskanie efektywnych rozwiązań. Jedną z metod wykorzystywanych przy badaniu zjawisk zachodzących w sieci wyrobisk górniczych jest symulacja komputerowa (Dziurzyński i in., 2006; Dziurzyński i in., 1987b; Dziurzyński i Trutwin, 1978; Rosiek i in., 1996; Trutwin i in., 1991). Zadaniem symulacji komputerowej jest określenie rozpływu powietrza w wyrobiskach górniczych tworzących sieć wentylacyjną. Przepływ powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej jest podstawowym czynnikiem kształtującym warunki pracy w kopalni podziemnej. W ostatniej dekadzie ubiegłego stulecia powstało wiele programów komputerowych, które obliczają rozpływ powietrza w sieciach wentylacyjnych [25]. Generalnie programy te można podzielić na programy obliczające rozpływ w stanach ustalonych oraz nieustalonych. Stworzono modele numeryczne dwu- i trójwymiarowego przepływu powietrza z wymianą ciepła i masy (np. wykorzystanie modelów CFD Numeryczna Dynamika Przepływów) (Heerden i Sullivan, 1996). Do obliczeń w stanach nieustalonych programy te jednak wymagają w dalszym ciągu użycia komputerów o bardzo dużej wydajności. Studiując literaturę (Dziurzyński, 1985; Dziurzyński, 1998; Heerden i Sullivan, 1996; Rosiek i in., 1996) dotyczącą metod symulacji komputerowej w zastosowaniu do badania procesu przewietrzania wyrobisk, można zauważyć duży nacisk na wystarczającą dokładność modelu w odniesieniu do warunków rzeczywistych. W związku z tym przy doborze równań modelu wybiera się często kompromis między złożonością równań modelu a możliwością uzyskania efektywnych rozwiązań, o dobrej jakości. Prowadzi to do ograniczenia grupy opisywanych zjawisk. Aby zrealizować cele niniejszego artykułu, musimy uwzględnić: wpływ parametrów fizycznych na rozpływ powietrza w sieci wyrobisk, szczególnie możliwość odwrócenia kierunków przepływu pod wpływem depresji cieplnej w wyrobiskach nachylonych; zmiany parametrów fizycznych determinujących przepływ powietrza w wyrobiskach kopalnianych, np. wpływ zmian gęstości i ciśnienia powietrza, zmiany w generowaniu depresji cieplnej w wyrobiskach; lokalizację źródła depresji w bocznicach sieci wentylacyjnej. Z uwagi na praktyczne zastosowanie modelów do rozpływów powietrza w stanach ustalonych w kopalnianych sieciach wentylacyjnych wystarczające są uproszczone modele jednowymiarowe. Jednym z praktycznie wykorzystywanych tego typu programów w polskich kopalniach podziemnych jest pakiet programów VENTGRAPH Instytutu Mechaniki

13 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Górotworu PAN w Krakowie, w którym obliczenia rozpływu powietrza są oparte na modelu przedstawionym powyżej. Programy te dzięki graficznej prezentacji wyników łączyły duże możliwości obliczeniowe z łatwością zarówno obsługi programu, jak i interpretacji wyników jego obliczeń. Przyjmowane rozwiązania przepływu powietrza mają charakter statyczny; prowadzi to do układu równań algebraicznych (dla stanu ustalonego). W algorytmie programu VENTGRAPH zastosowano znaną metodę Crossa, używaną do rozwiązywania układu równań dla sieci wentylacyjnej (Dziurzyński i Trutwin, 1978; Pawiński i in., 1995; Rosiek i in., 1996; Roszczynialski, 1979). System jest znamienny z tego powodu, że jest wyposażony w wyróżnione bloki programowe do realizacji zadań związanych z bezpiecznym prowadzeniem przewietrzania kopalni oraz zawiera nowy sposób prezentacji wyników obliczeń komputerowych. Schemat przestrzenny kopalni można odwzorować do postaci cyfrowej, z bezpośrednim powiązaniem symbolu bocznicy i parametrów charakteryzujących przepływ w tej bocznicy. Równocześnie można też umieścić wyniki obliczeń. Pozwala to na dokonywanie w trakcie obliczeń dowolnych animacji na ekranie komputera. Szczególnie jest to istotne w programach, które nazywamy symulacyjnymi. Przyjęty w programie VENTGRAPH sposób prezentacji informacji o stanie sieci wentylacyjnej wymaga przygotowania dwojakiego rodzaju danych. Dotyczą one struktury sieci oraz schematu przestrzennego sieci wentylacyjnej prezentowanej na ekranie komputera. 6. Przykład wpływu depresji cieplnej pożaru na odwrócenie schodzącego prądu powietrza Na rysunku 6.1 przedstawiono fragment schematu przewietrzania ściany podpoziomowej w jednej z kopalń z zaznaczonymi kotami wysokościowymi i wartościami obliczonych potencjałów izentropowych. W tabeli 6.1 podano parametry bocznic rozpatrywanego sytemu.

14 142 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień LEGENDA: powietrze doprowadzane - powietrze odprowadzane - tama wentylacyjna - tama izolacyjna - numer węzła sieci wentylacyjnej kota niwelac yjna, m n.p.m potencjał izentropowy, J/m 3 - kierunek eksploatacji Przekop wsch. równ. Przekop oddz. połudn. Przekop wsch , ,6-600,1-1054, ,3-1045,8 Ch. łącz ,1-588,0-1016, ,5-583,0-1025,0 Przekop wentylacyjny ,5-736,2 340b -599,4-780,0 340a -599,4-775,0 p=2437 Pa ,4-770,0 Poch. taśm. równ. Poch. taśm. Ch. went. 326b -612,5 326a ,5-606,0-612,5-1029,4-856,5 324b ,8-923,9 324a -614,5-605,8-814, ,9-605,8-794, ,1-790, ,4-764,0 Przekop oddz. północny ,3-1006,6 Poch.went ,9-997, ,0-845,0 Chodn. went.ii 329b -675,2 329a -675,2-969,2-849,2 328c -680,1-970,0 Poch.went.I Poch. taśm. 328d -713,6-899,2 Ściana 40 Rys Schemat przewietrzania rejonu ściany 40 przewietrzanej prądem schodzącym powietrza Fig Ventilation layout of longwall 40 ventilated by descending air stream 328e -724,5-924,9 328b -732,7-990,0 328f -742,2-945,4 328a -771,4-948,9 Tabela 6.1 Parametry bocznic systemu wentylacyjnego w rejonie ściany 40 przewietrzanej prądem schodzącym powietrza Węzeł Węzeł Opór wlot. wylot. bocznicy Gęstość średnia Wydatek powietrza Długość bocznicy Depresja naturalna J1 J2 kg/m 7 kg/m 3 m 3 /min m J/m ,0179 1, , ,0333 1, , ,0579 1, , A 3,7775 1, ,35 326A 326B 4,5 1, B ,0133 1, , ,0431 1, , A 0,0555 1, ,24 329A 329B 1,4815 1, B 328C 0,0098 1, C 329 0,3889 1, , D 0,1315 1, ,41 328D 328E 0,0602 1, ,78 328E 328F 0,0497 1, ,77 328F 328A 0,0117 1, ,65 328A 328B 0,0943 1, ,5 328B 329 0,0352 1, ,64

15 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza cd. tabeli ,0126 1, , ,0408 1, , ,0149 1, , ,1607 1, ,11 Rozpatrywaną bocznicą wewnętrzną systemu jest bocznica D-328E-328F-328a- 328b-329. Średni upad wyrobisk wynosi -9,3 o. Bocznicą tą przepływa 1210 m 3 /min powietrza. Do obliczeń wykorzystano program VENTGRAPH (wersja niekomercyjna dydaktyczna). Do odwrócenia kierunku przepływu powietrza w analizowanej bocznicy wymagana jest sumaryczna depresja cieplna w bocznicy na poziomie -533 Pa. Przy mniejszych wartościach depresji następuje spadek ilości dopływającego powietrza. Wartość depresji jest funkcją między innymi przyrostu temperatury w ognisku pożaru. Na rysunku 6.2 przedstawiono wyniki obliczeń możliwych do uzyskania wartości lokalnych depresji cieplnych podczas pożaru o maksymalnej mocy 4300 kw (przy kaloryczności paliwa około 25 MJ/kg i przyroście temperatury w ognisku około 1300 o C). Po ustabilizowaniu się warunków wentylacyjnych przepływ powietrza przez bocznice wynosi 3,2 m 3 /s, a moc pożaru to około 2100 kw. Suma lokalnych depresji cieplnych w tej bocznicy wynosi 522 Pa i jest mniejsza od depresji, która odwraca prąd powietrza (rys. 6.2). W praktyce do takiego rozwoju pożaru w wyrobisku nigdy się nie dopuszcza, w związku z tym ryzyko zaistnienia i przebiegu takiego pożaru nie jest duże. Należy stwierdzić, że na podstawie rozpatrywanego systemu przepisy górnicze właściwie ograniczają sprowadzanie powietrza na upad do nachylenia -10º. Należy jednak pamiętać, że stwierdzenie to jest prawdziwie tylko dla rozpatrywanego przypadku. W innych przypadkach decydujące znaczenie mają topologia sieci wentylacyjnej i lokalizacja takiej bocznicy w sieci wentylacyjnej. Wpływ zaburzeń i odwróceń prądów powietrza można oceniać na podstawie programów komputerowych do obliczeń rozpływów powietrza w sieciach wentylacyjnych kopalń podziemnych w stanach ustalonych oraz nieustalonych (Dziurzyński i in., 1987a; Dziurzyński i Pałka, 2001).

16 144 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień Rys Wyniki symulacji przepływu dymów i generowanych depresji cieplnych w analizowanym systemie wentylacyjnym Fig Simulation results of smoke flow and generated local fire ventilation heads in analysed ventilation system 7. Zabezpieczenie występujących zagrożeń w prądach schodzących Samo sprowadzanie powietrza na upad w zasadzie nie stwarza bezpośredniego zagrożenia bezpieczeństwa ruchu. W pewnych szczególnych uwarunkowaniach może występować pośredni wpływ takiego przewietrzania na stan wentylacji po powstaniu pożaru podziemnego, natomiast inne zagrożenia (gazowe, metanowe) mogą wzrosnąć w przypadku niewłaściwie wykonanej rozcinki pokładu lub zmniejszenia intensywności przewietrzania (Trenczek, 2005b; Trenczek, 2007). Niekorzystne stany wywołane zaburzeniami podczas pożaru w prądzie schodzącym powietrza mogą się objawić: zmniejszeniem prędkości i wydatku powietrza do wartości niższej niż ustalona w projekcie technicznym ściany, zwiększeniem zawartości gazów szkodliwych dla zdrowia (np. tlenku węgla, dwutlenku węgla) lub zmniejszeniem zawartości tlenu w powietrzu, zanikiem przepływu powietrza, przekroczeniem dopuszczalnych zawartości gazów (np. tlenku węgla, dwutlenku węgla) lub niedotrzymaniem minimalnej zawartości tlenu w powietrzu, zmianą (odwróceniem) kierunku przepływu powietrza.

17 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Wzrost zagrożenia metanowego może się objawiać przede wszystkim zwiększającą się zawartością metanu w powietrzu, przy czym może to wystąpić w różnych miejscach. Natomiast w przypadku pożaru w prądzie schodzącym powietrza (zmniejszenie wydatku powietrza, zmiana kierunku powietrza) metan o dużej i niebezpiecznej zawartości może przepłynąć w miejsca, gdzie dotychczas nie występował lub występował w zawartości minimalnej (nieznaczącej). Przewietrzanie wyrobisk ścianowych oraz rejonów wentylacyjnych zlokalizowanych poniżej poziomu udostępnienia winno cechować się odpowiednią stabilnością kierunków i wydatku przepływu powietrza, szczególnie w przypadku współwystępowania zagrożeń metanowego, pożarowego i temperaturowego. Przez stabilność kierunków przepływu powietrza w bocznicy rozumie się zdolność do utrzymania istniejącego kierunku przepływu przy wywołaniu stosunkowo małych zaburzeń w sieci wentylacyjnej w czasie. O zakresie monitorowania i zabezpieczenia rejonu przewietrzanego powietrzem sprowadzanym na upad powinny decydować kompleksowa analiza uwarunkowań występujących w takim rejonie i ocena ich wpływu na poziom zagrożeń w stanach awaryjnych i krytycznych. Powinny one dać również podstawy do określenia odpowiednich procedur postępowania służb dyspozytorskich, dozoru górniczego i kierownictwa kopalni w przypadkach stanów awaryjnych i krytycznych. Jak wykazano w powyżej, o stabilności prądu powietrza decyduje między innymi strumień objętości powietrza, istotne jest więc wyposażenie wyrobisk z prądami powietrza w monitoring co najmniej prędkości powietrza z sygnalizacją alarmową spadku prędkości w określonym interwale czasowym. Pozostałe zabezpieczenia powinny być wykorzystywane zależnie od stopnia prognozowanych zagrożeń naturalnych rejonów przewietrzanych prądami powietrza sprowadzanego na upad. Przedstawiona analiza lokalizacji, zabudowy oraz konstrukcji tam rejonowych i wewnątrzrejonowych tam bezpieczeństwa wskazuje, że w rejonach wentylacyjnych obejmujących pokłady zaliczone do III i IV kategorii zagrożenia metanowego i przy zagrożeniu pożarami endogenicznymi niezbędne jest stosowanie tam wewnątrzrejonowych umożliwiających szybkie zamknięcie rejonu wentylacyjnego po powstaniu pożaru. Tamy o takiej konstrukcji powinny stanowić zabezpieczenia rejonów wentylacyjnych utrzymywanych poniżej poziomu udostępnienia. Rozwiązania dotyczące szybkiej izolacji rejonów górniczych mogą być różne. Można przygotować do zamknięcia zarówno przeciwwybuchowe korki podsadzkowe, korki wodne, jak i inne tamy o charakterze przeciwwybuchowym. Rozwiązanie w kopalni może być oparte na podwójnych tamach bezpieczeństwa wyposażonych we włazy przeciwwybuchowe.

18 146 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień O sposobie zamknięcia zagrożonego rejonu decyduje kierownik akcji, kierując się obowiązującymi przepisami, bezpieczeństwem pracowników, doświadczeniem, warunkami górniczo-geologicznymi oraz dobrem zakładu. Do pomocy w podejmowaniu decyzji kierownik akcji ma zespół fachowców tworzących sztab akcji. Wybierając miejsca na budowę tamy, należy uwzględniać następujące uwarunkowania: rodzaj i stan techniczny obudowy wyrobiska, warunki górniczo-geologiczne (rodzaj skał, ewentualne spękania i rozszczelnienia górotworu), rodzaj uzbrojenia technicznego wyrobiska, jak np. trasy taśmociągów, kable energetyczne, rurociągi: wodne, sprężonego powietrza i podsadzkowe, urządzenia wentylacyjne itp., które mogą ułatwiać lub utrudniać budowę tamy, usytuowanie tamy w takiej odległości od najbliższego skrzyżowania wyrobisk, aby możliwe było zabudowanie komory wyrównawczej (kompensacyjnej) w celu uzyskania wymaganego wyrównania potencjału wokół tamy, transport materiałów i osprzętu niezbędnych do budowy tam, możliwość zabudowy w tamie (oprócz wyposażenia standartowego) rurociągu do podawania za tamę podsadzki, wody lub gazów inertnych, dążenie do zlokalizowania tamy możliwie jak najbliżej ogniska pożaru. Doświadczenia z licznych akcji pożarowych, w trakcie których rozpoczęto izolację zagrożonego rejonu, wykazują, że w początkowym okresie prowadzenia akcji występuje duża nerwowość, która nie zawsze sprzyja racjonalnym decyzjom. Wcześniejsze przygotowanie tam do zamknięcia eliminuje możliwość podjęcia nietrafnych decyzji. W momencie konieczności natychmiastowego zaizolowania zagrożonego rejonu zadaniem zastępu ratowniczego będzie: połączenie i napięcie cięgien linowych, założenie powleczonych płótnem siatek, uszczelnienie całości przekroju płótnem i wypełnienie go właściwym środkiem chemicznym, np. Tekblendem. Rozparcie przestrzeni między kratownicą a tamą można zrealizować workami wypełnionymi środkiem wiążącym. Skrócenie czasu wykonania tamy przeciwwybuchowej oraz jej wzmocnienie przez zastęp ratowników w trakcie trwania akcji pożarowej (zwłaszcza gdy dotyczy to tamy w wylotowym prądzie powietrza) wyraźnie zwiększa bezpieczeństwo ich pracy. Skrócenie czasu tamowania rejonu objętego pożarem to również bardzo istotny aspekt ekonomiczny.

19 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Zasady zabezpieczeń prądów schodzących powietrza W ruchu zakładu górniczego zdarzają się sytuacje awaryjne wpływające na zaburzenia sieci wentylacyjnej. Aktualny poziom automatycznej aerometrii górniczej umożliwia monitorowanie takich zagrożeń aerologicznych, jak: wentylacyjno-gazowe, metanowe, pożarem endogenicznym i działaniem pyłów szkodliwych dla zdrowia (Trenczek, 2005a; Trenczek, 2005b). Jest to realizowane za pomocą systemów monitorowania, w których czujniki o pomiarze cyklicznym są wypierane czujnikami o pomiarze ciągłym i przyrządami wieloczujnikowymi, spośród których szczególnego znaczenia nabierają przyrządy łączące funkcje pomiarowe z funkcjami obliczeniowymi. Uzupełnieniem systemów są czujniki niepomiarowe o działaniu ciągłym, jakimi są czujniki sygnalizacji dymów ACD i ADD oraz dwustanowy czujnik naporu powietrza DCN. W zasadzie stopień rozbudowy i złożoności systemu monitorowania jest dostosowywany do występujących zagrożeń i możliwości finansowych kopalni. Może on jeszcze obejmować monitorowanie zagrożenia tąpaniami (jeśli w kopalni ono występuje), tj. systemy rejestracji wstrząsów i kontroli tąpań, a także systemy alarmowo-rozgłoszeniowe i lokalizacji załogi. Wynika więc z tego, że możliwości monitorowania i zabezpieczania rejonu przewietrzanego prądem powietrza sprowadzanego na upad mogą na dzień dzisiejszy zapewnić (Trenczek, 2005a; Trenczek, 2005b; Trenczek, 2005c; Trenczek, 2007): pomiary zawartości w powietrzu kopalnianym wszystkich podstawowych gazów (O 2, CO 2, CO, CH 4 ), kontrolę wykrywania dymu w wyrobisku, kontrolę zawartości metanu i wyłączenie spod napięcia urządzeń elektrycznych w przypadku przekroczenia wartości progowych, pomiary prędkości przepływu powietrza oraz jego temperatury i wilgotności, kontrolę stanu zamknięcia tam w śluzie wentylacyjnej, pomiary naporu ciśnienia na tych tamach i pomiary potencjału aerodynamicznego w istotnych węzłach, kontrolę zagrożeń sejsmicznych, lokalizację załogi w wyrobiskach dołowych, alarmowanie o zagrożeniu i zdalne rozgłoszenie informacji o sposobie wycofania załogi. O zakresie monitorowania i zabezpieczenia rejonu przewietrzanego powietrzem sprowadzanym na upad powinna decydować kompleksowa analiza uwarunkowań występujących w takim rejonie i ich wpływu na poziom zagrożeń w stanach awaryjnych i krytycznych.

20 148 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień Przedstawione zagadnienia dają podstawy do tego, by sprowadzanie powietrza na upad uczynić maksymalnie bezpiecznym elementem procesu przewietrzania, a zagrożenie załogi i ruchu zakładu zminimalizować. 9. Wnioski 1. Przewietrzanie kopalń jest procesem złożonym, wynikającym z powiązania ze sobą zjawisk spowodowanych: przepływem powietrza i gazów, transportem i wymianą ciepła, zakłóceniami w stanach awaryjnych i krytycznych oraz topologią sieci wentylacyjnej. 2. O zaburzeniach kierunku przepływu powietrza decydują wielkość generowanej depresji cieplnej przez pożar oraz lokalizacja bocznicy z prądem schodzącym powietrza w sieci wentylacyjnej. Bocznice lokalizowane w wyższych klasach charakteryzują się mniejszym udziałem spiętrzenia wentylatora głównego przewietrzania. W takich bocznicach należy dążyć do uzyskiwania prądów powietrza o wskaźniku odpowiadającym co najmniej prądom mocnym. 3. Odwrócenie prądów powietrza może wystąpić przy znacznie rozwiniętym pożarze (o dużej mocy pożaru) w wyrobisku z prądem schodzącym powietrza i przy niedużym udziale spiętrzenia wentylatora głównego przewietrzania w tym wyrobisku. 4. Istniejące systemy monitorowania i zabezpieczania w rejonie przewietrzanym powietrzem sprowadzanym na upad pozwalają zastosować: kontrolę zagrożeń aerologicznych, zabezpieczenia metanometryczne, kontrolę zagrożeń sejsmicznych, automatyczną lokalizację załogi, zdalne alarmowanie o zagrożeniu i powiadomienie załogi o konieczności wycofania się. Takie zabezpieczenie powinno być realizowane zależnie od stopnia prognozowanych zagrożeń naturalnych w tym rejonie. Wyrobiska z prądem schodzącym powinny być wyposażone co najmniej w monitoring prędkości powietrza w tym wyrobisku z sygnalizacją alarmową spadku prędkości w określonym interwale czasowym. 5. Zasadne jest, by sprowadzanie powietrza na upad było poprzedzone: kompleksową analizą uwarunkowań występujących w danym rejonie, oceną ich wpływu na poziom zagrożeń w stanach awaryjnych i krytycznych,

21 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza określeniem minimalnego zakresu monitorowania i zastosowania niezbędnych zabezpieczeń, opracowaniem odpowiednich procedur postępowania służb dyspozytorskich, dozoru górniczego i kierownictwa kopalni w przypadkach stanów awaryjnych i krytycznych. 6. Przy obecnie istniejącej i możliwej do zastosowania technice monitorowania parametrów powietrza oraz procesów technologicznych nie ma potrzeby wykonywania dodatkowych wyrobisk zabezpieczających rejony przewietrzane prądami schodzącymi powietrza. 7. Prowadzenie eksploatacji poniżej poziomu udostępnienia wymaga, aby na etapie projektowania: zapewnić stabilność prądów rejonowych powietrza na poziomie prądów co najmniej mocnych, wyposażyć rejon w tamy wewnątrzrejonowe umożliwiające szybkie zamknięcie rejonu wentylacyjnego po powstaniu pożaru oraz dobrać właściwy system monitoringu. Artykuł został zrealizowany w ramach strategicznego projektu badawczego Narodowego Centrum Badań i Rozwoju pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach, zadanie nr 2, umowa nr SP/K/2/143445/11. BIBLIOGRAFIA 1. Dziurzyński W., Pałka T., Krawczyk J.: Prognoza przewietrzania kopalni w przypadku pożaru w wyrobisku ze schodzącym prądem powietrza. Przegląd Górniczy, t. 62, nr 12, 2006, s Dziurzyński W., Pałka T.: A computer simulation of the influence of fire gases on the flow and distribution of potential in a mine ventilation network. Archives of Mining Sciences, Vol. 46, No. 2, 2001, p Dziurzyński W., Tracz J., Trutwin W.: Numerical simulation of the flow of air and outburst gases in a ventilation network of a mine. Archives of Mining Sciences, Vol. 32, No. 1, 1987, p Dziurzyński W., Tracz J., Trutwin W.: On mathematical models of the flow air and gases due to outbursts in the mine ventilation networks. Archives of Mining Sciences, Vol. 32, No. 1, 1987, p Dziurzyński W., Trutwin W.: Numeryczna metoda obliczania nieustalonego przepływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Wydawnictwa AGH, Kraków, Kwartalnik Górnictwo, r. 2, z. 1, 1978, s Dziurzyński W.: Prognozowanie procesu przewietrzania kopalni głębinowej w warunkach pożaru podziemnego. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Studia, Rozprawy, Monografie, 56, Dziurzyński W.: Stany nieustalone w kopalnianej sieci wentylacyjnej wywołane pożarem egzogenicznym. Praca doktorska, AGH, Kraków Główny Instytut Górnictwa: Raporty roczne ( ) o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego. Wydawnictwo GIG, Katowice

22 150 N. Szlązak, D. Obracaj, J. Swolkień 9. Heerden J., Sullivan P.: The application of CFD evaluation of dust suppression and auxiliary ventilating system used with continuos miners. Proceedings 6th US Mine Ventilation Symposium, Salt Lake City, USA Kleszcz A.: Zagrożenia wynikające z prowadzenia robót górniczych poniżej poziomu udostępnienia. XXXIV Dni Techniki ROP 2008, XXV Seminarium pt. Zagrożenia skojarzone praktyka i teoria, Rybnik Kloc L., Szlązak N., Tor A.: The influence of heating airflow through intake shafts on stability of air streams in a mine Materiały 7. Międzynarodowego Kongresu Wentylacji Kopalń w 2001 roku w Krakowie, Litwiniszyn J.: A Problem of Dynamic of Flow in Conduit Networks. Bulletin of Academy Polonaise Science, Vol. 1, No. 3, Cracow Maciejasz Z., Kruk F.: Pożary podziemne w kopalniach. Wydawnictwo Śląsk, Katowice Pawiński J., Roszkowski J, Strzemiński J.: Przewietrzanie kopalń. Śląskie Wydawnictwa Techniczne, Katowice Konopko W. (red.): Bezpieczne prowadzenie robót górniczych poniżej poziomu udostępnienia złoża w kopalniach węgla kamiennego. Wydawnictwo GIG, Katowice Rosiek F., Sikora M., Urbański J., Wach J.: Odwzorowanie graficzne i modelowanie rozpływu powietrza w sieciach wentylacyjnych kopalni z wykorzystaniem systemu AutoWENT. Materiały konferencji naukowej: Kierunki rozwoju komputeryzacji w górnictwie, Gliwice Roszczynialski W.: Zależność depresji cieplnej kopalni od temperatury powietrza atmosferycznego i natężenia przepływu. Wydawnictwa AGH, Kwartalnik Górnictwo, z. 4, Kraków Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U. nr 139 z 2002 r., poz. 1169). 19. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie planów ruchu zakładów górniczych Załącznik nr 1: Szczegółowe wymagania dotyczące planu ruchu podziemnego zakładu górniczego. 20. Szlązak N., Borowski M., Kloc L., Obracaj D.: Nierównomierności podgrzewania powietrza w szybach wdechowych i jej wpływ na zaburzenia kierunków przepływu. Wydawnictwa AGH, Kwartalnik Górnictwo, z. 4, Kraków Trenczek S.: Automatyczna aerometria górnicza dla kontroli zagrożeń aerologicznych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 3/2005, Katowice Trenczek S.: Monitorowanie zagrożeń aerologicznych, a eksploatacja złóż na dużych głębokościach. Materiały V Konferencji nt. Wybieranie złóż na dużych głębokościach oraz w trudnych warunkach geotermicznych. Wydawnictwo CBPM CUPRUM, Wrocław Trenczek S.: Przewietrzanie wyrobisk kopalnianych powietrzem sprowadzanym na upad. Miesięcznik Wyższego Urzędu Górniczego, nr 12, Trenczek, S.: Przewietrzanie prądami schodzącymi powietrza identyfikacja zagadnień. Górnictwo i Geologia, t. 2, z. 2, 2007, s Trutwin W., Dziurzyński W., Pałka T., Tracz J.: Zastosowanie programów komputerowych do analizy stanu kopalnianej sieci wentylacyjnej. Górotwór jako ośrodek wielofazowy. AGH, Kraków 1991.

23 Wpływ eksploatacji podpoziomowej na rozpływ powietrza Trutwin W.: Modelowanie stanów nieustalonych w sieci wentylacyjnych przy pomocy urządzeń analogowych. Wydawnictwa AGH, Kwartalnik Górnictwo, t. 230, z. 19, Kraków Trutwin W.: Symulacja cyfrowa stanów nieustalonych procesu przewietrzania i regulacji kopalnianych sieci wentylacyjnych. Zeszyty Problemowe Górnictwa, t. 10, z. 2, Abstract Sublevel mining is accompanied by descending air stream in ventilation system. A fully developed fire in an excavation with descending air stream could lead to decreasing amount of air flow and consequently to change in its direction of flow. On the basis of an example of mining a longwall at a depth of about 170 m below development level, an analysis of possibility of reversing the direction of airflow during an underground fire breakout is carried out. The maximum angle of inclination of intake airway was -9.3 o. The example showed that there is no possibility of reversing airflow direction under specified parameters of a ventilation system and airflow. The amount of natural ventilation pressure generated by fire as well as localisation of branch with descending air stream in ventilation network determines the disturbance in air flow direction. Branches located in higher class system of network are characterised by lower contribution of fan head. For such branches, efforts should be made to attain air stream with a power factor corresponding at least to strong air streams. Reversal direction of air streams may occur under highly developed fire (with high fire power) in an excavation with descending air stream and under low participation of fan head in the excavation. Existing monitoring and control systems allow for proper protection of mining area ventilated using descending air streams. Excavations with descending air streams should be equipped with air velocity sensors that send alarm signals in case of drop in air velocity, below a set value, over a specified time interval. Sublevel mining requires, at the design stage, guaranteeing stability of air stream, equipping of mining areas with emergency stoppings that allow for quick shutting down of the ventilation area upon a fire outbreak, and selection of proper monitoring system.