Zwalczanie zagrożenia klimatycznego w wyrobiskach eksploatacyjnych na przykładzie rozwiązań stosowanych w Lubelskim Węglu,,Bogdanka S.A.

Transkrypt

1 Zwalczanie zagrożenia klimatycznego w wyrobiskach eksploatacyjnych na przykładzie rozwiązań stosowanych w Lubelskim Węglu,,Bogdanka S.A.

2 System klimatyzacji centralnej i grupowej zapewniających komfort pracy załogi górniczej. W kopalni LW Bogdanka stosowane są obecnie systemy klimatyzacji centralnej jak i systemy klimatyzacji grupowej, których zadaniem jest zapewnienie odpowiednich warunków klimatycznych prowadzenia robót w drążonych wyrobiskach chodnikowych oraz w wyrobiskach eksploatacyjnych. Obecnie są eksploatowane dwie stacje klimatyzacji centralnej na powierzchni zlokalizowane w polu Stefanów o mocy 6 MW i w polu Bogdanka o mocy chłodniczej 7 MW. Woda lodowa schłodzona w powierzchniowych agregatach chłodniczych rurociągami kierowana jest do trójkomorowego podajnika cieczy zlokalizowanego pod ziemią na poziomie 990 lub 960. W tych miejscach następuję zredukowanie ciśnienia hydrostatycznego cieczy do wartości około 4 MPa. Obieg wody lodowej od agregatów chłodniczych na powierzchni do trójkomorowego podajnika cieczy nazywany jest obiegiem pierwotnym. Od trójkomorowego podajnika cieczy woda lodowa rozprowadzana jest siecią rurociągów podziemnych do chłodnic powietrza zlokalizowanych w rejonach gdzie prowadzone są roboty górnicze. Po odbiorze ciepła w wodnych chłodnicach powietrza woda wraca rurociągami do trójkomorowego podajnika cieczy. Obieg ten nazywany jest obiegiem wtórnym. 2

3 System klimatyzacji centralnej zapewniających komfort pracy załogi górniczej. Zdjęcia Komory trójkomorowego podajnika cieczy zlokalizowana na poziomie 960 m w Bogdance wraz z budynkiem agregatów chłodniczych klimatyzacji centralnej na powierzchni. 3

4 System klimatyzacji centralnej zapewniających komfort pracy załogi górniczej. Zdjęcie układ sterownia i kontrolowania pracy układu dołowego klimatyzacji centralnej w Bogdance. W Bogdance układ klimatyzacji centralnej jest instalacją nowocześniejszą niż obiekt w Stefanowie z uwagi na fakt późniejszego jej wykonania. Instalacja została zaprojektowana w sposób umożliwiający bieżące kontrolowanie zapotrzebowania na moc chłodniczą i wyprodukowania niezbędnej do tego celu ilości wody lodowej. Zastosowanie tego rozwiązania zmniejsza w znacznym stopniu zużycie energii elektrycznej niezbędnej do prawidłowego funkcjonowania układu klimatyzacji centralnej. 4

5 System klimatyzacji grupowej zapewniający komfort pracy załogi górniczej. Oprócz systemu klimatyzacji centralnej w naszym zakładzie są zabudowywane układy klimatyzacji grupowej jako układy wspomagające lub jako jedyne zapewniające doprowadzenie i wytworzenie wody lodowej zasilającej wodne chłodnice powietrza w rejonach eksploatacyjnych. Stosowane są urządzenia chłodnicze typu MK 600, TS 600, które w połączeniu tworzą zespoły agregatów pośredniego działania jako systemy klimatyzacji grupowej. Do chłodzenia powietrza wodą schłodzoną w parownikach pośredniego działania stosowane są wodne chłodnice typu RWK, GCP, CP,oraz SPK do których jest doprowadzana rurociągami stalowymi preizolowanym ochłodzona woda. Zastosowanie rurociągów z izolacją termiczną zapewnia mniejsze straty chłodu w przypadku znacznego oddalenia wodnych chłodnic powietrza od miejsca produkcji wody lodowej. Rurociągi powrotne nie posiadają zabezpieczenia termicznego zapewniając dodatkowe schładzanie powietrza w wyniku różnicy temperatury transportowanego medium a temperatury powietrza przepływającego przez wyrobisko górnicze. 5

6 Rozwiązania poprawiające warunki klimatyczne w rejonach eksploatacyjnych ścian. Wyrobiska ścianowe należą do miejsc o największym zagrożeniu klimatycznym wynikającym z największych wartości temperatury suchej przepływającego powietrza. Na wzrost tej wartości ma wpływ głębokość eksploatacji, związana z stosunkowo wysokimi temperaturami pierwotnymi skał na poszczególnych poziomach wydobywczych zawierająca się w granicach 28,8 33,7 C. Kolejnym negatywnym czynnikiem jest dość daleka, sięgająca nawet 7 kilometrów, droga przepływu powietrza od szybu wdechowego do wyrobisk eksploatacyjnych i moc urządzeń energomechanicznych zainstalowanych w wyrobiskach stanowiących dodatkowe źródło ciepła. Podziemna eksploatacja zakłóca wewnętrzną równowagę geotermiczną, przyczyniając się do procesu wymiany ciepła i wilgoci pomiędzy wyrobiskiem a górotworem. Ważnym czynnikiem wpływającym na te procesy są parametry termodynamiczne powietrza na wlocie. Warto dodać iż znaczący wpływ na wartość temperatury powietrza kopalnianego, oprócz dużych mocy pracujących urządzeń energomechanicznych, ma ilość transportowanego urobku węglowego wyrobiskami górniczymi. Wymiana ciepła w wyrobiskach ścianowych odbywa się na dwa sposoby. Wymiana ciepła w sposób jawny, mianowicie konwekcja, promieniowanie, przewodnictwo cieplne, oraz sposób niejawny poprzez parowanie wody. Procesy te wynikają z różnych wartości temperatury górotworu i powietrza przepływającego. Wartości tych czynników nie są stałe, dlatego też proces wymiany jest dla każdego przypadku indywidualny. Wartości przepływu ciepła pomiędzy powietrzem, a górotworem zależy od wielu czynników: czasu przewietrzania, przekroju porzecznego wyrobiska, temperatury pierwotnej górotworu, prędkości i ilości przepływającego powietrza. Oprócz wyżej wymienionych czynników na zmianę parametrów termodynamicznych powietrza w ścianie mają rozłożone i lokalne źródła ciepła w postaci: zabudowanych rurociągów, transportowanego urobku, urządzeń i maszyn elektromechanicznych. Zagwarantowanie jak najmniejszego zagrożenia klimatycznego w rejonie eksploatacyjnym znajduje swój początek na etapie projektowania frontów eksploatacyjnych. 6

7 Rozwiązania poprawiające warunki klimatyczne w rejonach eksploatacyjnych ścian cd. Przyjęcie prawidłowych założeń umożliwia prowadzenie skutecznej profilaktyki zwalczającej zagrożenie klimatyczne. W fazie projektowania należy uwzględnić zapewnienie podczas całego okresu eksploatacji ściany stabilności prądu powietrza pod względem jego wydatku z uwzględnieniem prowadzonych w danym rejonie wentylacyjnym robót górniczych wpływających na sieć wentylacyjną. Kolejnym ważnym aspektem jest wybranie jak najkrótszej drogi doprowadzenia świeżego powietrza od szybu wdechowego do danego rejonu eksploatacyjnego. Uwzględnienie tego czynnika w znacznym stopniu zmniejsza wartość przyrostu temperatury przepływającego powietrza w wyniku napotkanych na swojej drodze źródeł ciepła. Istotny wpływ ma również droga zużytego prądu powietrza do szybu wydechowego, która powinna obejmować jak najmniejszą grupę stanowisk pracy minimalizując jednocześnie wpływ zagrożenia klimatycznego na pracującą załogę. Zapewnienie temperatury powietrza na wszystkich stanowiskach pracy zlokalizowanych w rejonie ściany eksploatacyjnej nie przekraczającej dopuszczalnej przepisami wartości nie jest możliwe bez zastosowania urządzeń chłodniczych. W związku z powyższym w kopalni systematycznie wprowadzane są nowe układy chłodzenia ścian w zależności od wybiegu, długości, wysokości oraz czynników geologiczno górniczych wyrobiska ścianowego. Rozmieszczenie oraz ilość urządzeń chłodniczych zlokalizowanych w chodniku doprowadzającym świeże powietrze wynika z aktualnego wybiegu i zapotrzebowania na moc chłodniczą. W praktyce jest to od dwóch do czterech chłodnic zabudowanych w wolnym przekroju wyrobiska. Przeważnie są to urządzenia o dużych mocach od 200 do 350kW. Zabudowa tak dużej mocy chłodniczej pojedynczego urządzenia wynika z dość dużego przekroju wyrobiska wynoszącego do 20m 2 i umożliwiającego zabudowę urządzeń o większych gabarytach. W praktyce naszego zakładu z reguły jest zabudowywane urządzenie chłodnicze w granicach do 100m od wlotu do ściany zapewniające optymalne obniżenie temperatury powietrza wpływającej do wyrobiska ścianowego. Powyższe urządzenia współpracują przeważnie z wentylatorami elektrycznymi o wydajności nominalnej około 10 m 3 /s. Poniżej został zamieszczony przykładowy schemat rozmieszczenia urządzeń chłodniczych w rejonie ściany eksploatacyjnej oraz zdjęcia przykładowych urządzeń chłodniczych zabudowywanych w chodnikach przyścianowych. 7

8 Przykładowy schemat rozmieszczenia urządzeni chłodniczych w rejonie ściany 3/V/391 wraz z warunkami klimatycznymi panującymi podczas eksploatacji. Ściana 3/V/391 Lokalizacja i rozmieszczenie mocy urządzeń chłodniczych w rejonie ściany 3/V/391: 1.Chodnik nadścianowy ściany 3/V/391: 5 x RWK 300 kw., 1 x DV 350 kw., 1850 kw., 2. Ściana 3/V/391: 14 x SPK 35 kw., 490 kw., 3. Chodnik podścianowy ściany 3/V/391: 2 x RWK 300 kw., 600 kw., Łączna moc zabudowanych urządzeń chłodniczych w rejonie ściany 3/V/391: 2940 kw., 8

9 Zdjęcia przykładowych urządzeń chłodniczych zabudowywanych w chodnikach przyścianowych. Wodna chłodnica powietrza typu RWK 300. Wodna chłodnica powietrza typu CPW 300. Urządzenie chłodnicze bezpośredniego działania TS. 9

10 Rozwiązania poprawiające warunki klimatyczne w rejonach eksploatacyjnych ścian cd. W chodnikach którymi jest odprowadzane zużyte powietrze ze ścian są zabudowywane urządzenia chłodnicze bezpośredniego działania o mocach od 35 do 350kW. Lokalizacja ich wynika z zapotrzebowania na moc chłodniczą, dla największej liczby stanowisk pracy w danym odcinku wyrobiska, jak również z konieczności zwalczania zagrożenia metanowego na skrzyżowaniu chodnika przyścianowego ze ścianą. Kolejnym kryterium decydującym o zainstalowaniu danej mocy a zarazem gabarytu urządzenia jest dostępność miejsca w wyrobisku, gdzie często oprócz urządzeń odstawy urobku mamy całą gamę urządzeń energomechanicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania procesu technologicznego. Po prawej stronie przedstawiono schemat rozmieszczenia pomocniczych urządzeń chłodniczych na skrzyżowaniu ściany z wyrobiskiem przyścianowym. Rysunek rozmieszczenia pomocniczych urządzeń wentylacyjno-klimatyzacyjnych do zwalczania zagrożenia metanowego oraz poprawy warunków klimatycznych w rejonie skrzyżowania ściany 4/VI/385 z chodnikiem podścianowym 4/VI/

11 Urządzenia zabudowywane w wyrobisku ścianowym. W samych wyrobiskach ścianowych są zabudowywane układy chłodnicze o mocy od 15 do 35kW w zależności od wysokości ściany. Chłodnice są montowane do przystawek przenośnika ścianowego w dolnym biegu ściany ze względu na przyjęty system przewietrzania na,,u powodujący na długości ok. 2/3 wyrobiska ścianowego migrację części powietrza do zrobów, które następnie powraca do wyrobiska na odcinku około 1/3 od wylotu ze ściany. Czynnik ten w znacznym stopniu wpływa na ilość dopływającego strumienia ciepła od zrobów do wyrobiska ścianowego. W praktyce stosowne są układy od kilku do kilkunastu chłodnic ścianowych, które efektywnie obniżają wartość temperatury suchej przepływającego powietrza. 11

12 Podsumowanie i wnioski końcowe. W kopalni LW Bogdanka warunki górniczo geologiczne pozwalają na prowadzenie ścian o długościach do 315 m i wybiegach przekraczających nawet 5000m. Mimo relatywnie niskich temperatur pierwotnych skał występują znaczne trudności wynikające z zagrożenia klimatycznego. Dla zwalczania tego zagrożenia stosowane są systemy klimatyzacji centralnej jak i grupowej. Dla ścian przewietrzanych na,,u można dostrzec duży przyrost ciepła na pierwszych stu metrach od wlotu do ściany. Później następuje spadek gęstości strumienia ciepła i proces stabilizacji parametrów termodynamicznych powietrza. W końcowej części wyrobiska ścianowego następuje ponowny wzrost dopływu strumienia ciepła. Jest to wynikiem dopływu ciepła wynoszonego ze zrobów. Ponadto na wylocie ze ściany występuje również dopływ ciepła od urządzeń energomechanicznych. W wyrobiskach podziemnych na temperaturę przepływającego powietrza mają również wpływ naturalne jak i technologiczne źródła dopływu strumienia ciepła. Generują one pogorszenie panujących warunków klimatycznych co w konsekwencji prowadzi do potrzeby stosowania dodatkowych urządzeń chłodniczych zapewniających właściwe warunki pracy załogi. Przy coraz większym zapotrzebowaniu na moc chłodniczą w celu zapewnienia optymalnych warunków pracy załogi górniczej i ograniczonych możliwości zapewnienia odpowiedniej ilości wody lodowej z systemu klimatyzacji centralnej dla prawidłowego funkcjonowania zespołów chłodniczych stajemy przed barierą technologiczną wymuszającą potrzebę wprowadzania innowacyjnych systemów chłodniczych. 12

13 Dziękuję za uwagę Tomasz Frelich