Zasady klimatyzacji wyrobisk górniczych kopalń węgla kamiennego w skrajnie trudnych warunkach geotermicznych

Transkrypt

1 14 UKD :622.4:622.8 Zasady kliatyzacji wyrobisk górniczych kopalń węgla kaiennego w skrajnie trudnych warunkach geotericznych Ventilation of excavations in hard coal ines in critical geotheric conditions Dr Józef Knechtel* ) Treść: Zaproponowano etodykę zapewniającą zgodne z przepisai paraetry powietrza kopalnianego w wyrobiskach o dużej koncentracji wydobycia, w których panują skrajnie trudne warunki geotericzne. Przedstawiono zintegrowany syste prognozowania, zwalczania i onitorowania zagrożenia kliatycznego dla sieci wyrobisk w głębokiej kopalni węgla kaiennego. Rozważania przeprowadzono w odniesieniu do pozioów, na których teperatura pierwotna skał jest nie tylko wyższa od 40 C, ale również pozioów, na których teperatura ta dochodzi do 50 C. Wyieniony syste składa się z kilku odułów, a ianowicie: koputerowej bazy danych dotyczącej badanego obiektu (kopalni, poziou, partii), zintegrowanej etody prognozowania warunków kliatycznych dla sieci wentylacyjnej w wyrobiskach z opływowyi prądai powietrza oraz w drążonych wyrobiskach z wentylacją odrębną, scheatu teperaturowego rozpatrywanej sieci wentylacyjnej. Metodyka obejuje sposoby efektywnej i ekonoicznej kliatyzacji głębokiego poziou wydobywczego, przy wykorzystaniu scheatu teperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej, oraz rozwiązania kliatyzacyjne dla wyrobisk z wentylacją odrębną drążonych w skałach o teperaturze pierwotnej dużo wyższej od 40 C, kontrolę skuteczności podjętych środków prewencji zagrożenia kliatycznego oraz wprowadzenie ewentualnej korekty. Przy taki podejściu do probleu ożliwe jest zapewnienie prawidłowych warunków kliatycznych w wyrobiskach górniczych o teperaturze pierwotnej skał zbliżonej do 50 C. Abstract: This paper presents a ethodology which deterines the paraeters of ining air in highly productive excavations with critical geotheric conditions. An integrated syste of forecasting, cobating and controlling the cliate hazard for excavation network in a deep hard coal ine was presented. The considerations included levels at which the original teperature is higher than 40 C and those whose original teperature coes up to 50 C. The entioned syste consists of the following odules: an electronic database for the tested object (ine, level, lot); an integrated ethod of forecasting cliate conditions for ventilation network which includes excavations with strealined air currents and excavations with separate ventilation; a teperature schee of the considered ventilation network; a ethodology including an effective and econoic ventilation syste of the deep output levels by the use of the teperature schee of the ventilation network; ventilation solutions for excavations with separate ventilation driven in rocks with the original teperature significantly higher than 40 C; the inspection of efficiency of the taken easures for protection fro the cliate hazard as well as the application of potential corrections. Such an approach ay ensure proper cliate conditions in ining excavations with the original teperature of rocks approaching 50 C. Słowa kluczowe: cieplne warunki pracy, kliatyzacja, przepływ ciepła i asy Key words: theral work conditions, ventilation, flow of heat and ass 1. Wprowadzenie * ) Główny Instytut Górnictwa w Katowicach. Cele pracy jest stworzenie etodyki zapewniającej zgodne z przepisai paraetry powietrza kopalnianego w wyrobiskach o dużej koncentracji wydobycia, w których panują skrajnie trudne warunki geotericzne oraz współwystępują zagrożenia skojarzone (etanowe, pożarowe, kliatyczne). Przedstawiono zintegrowany syste prognozowania, zwalczania i onitorowania zagrożenia kliatycznego dla sieci wyrobisk w głębokiej kopalni węgla kaiennego. W systeie ty chodzi o to, aby paraetry ikrokliatu, zgodne z obowiązującyi przepisai, były zapewnione we wszystkich wyrobiskach danego poziou. Rozważania prowadzi się w odniesieniu do poziou (lub pozioów), na których teperatura pierwotna skał otaczających jest dużo wyższa od 40 C (jednak nie wyższa od 50 C). Wyieniony syste składa się z kilku odułów, a ianowicie: a) koputerowa baza danych dotycząca badanego obiektu (kopalni, poziou, partii), b) zintegrowana etoda prognozowania warunków kliatycznych dla sieci wentylacyjnej obejującej wyrobiska z opływowyi prądai powietrza oraz drążonych wy-

2 Nr 1 PRZEGLĄD GÓRNICZY 15 robisk z wentylacją odrębną (ssącą wentylacją lutniową i tłoczącą wentylacją lutniową), c) scheat teperaturowy rozpatrywanej sieci wentylacyjnej opracowany na podstawie danych zawartych w odule pierwszy oraz wyników prognoz kliatycznych, d) sposoby efektywnej i ekonoicznej kliatyzacji głębokiego poziou wydobywczego przy wykorzystaniu scheatu teperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej, e) rozwiązania kliatyzacyjne dla wyrobisk z wentylacją odrębną drążonych w skałach o teperaturze pierwotnej dużo wyższej od 40 C, f) kontrola skuteczności podjętych środków prewencji zagrożenia kliatycznego oraz wprowadzenie ewentualnej korekty. Przy taki podejściu do probleu jest ożliwe zapewnienie prawidłowych warunków kliatycznych w wyrobiskach górniczych, w których teperatura pierwotna skał jest zbliżona do 50 C. 2. Koputerowa baza danych Przedstawiona tutaj baza danych dotyczy warunków polskich kopalń węgla kaiennego (całej kopalni, poziou, partii). Może ona być wykorzystana w odniesieniu do innych obiektów (np. kopalń iedzi lub innych kopalń głębinowych wydobywających kopaliny użyteczne). Zawiera scheat przestrzenny badanego obiektu (kopalni, poziou, partii), apy izolinii teperatury pierwotnej skał (kopalń GOP, LZW), dane dotyczące własności fizyko-tericznych skał, dane dotyczące geoetrii wyrobisk wchodzących w skład badanej sieci wyrobisk oraz ich wyposażenia, dane dotyczące transportu urobku, posiadanego potencjału chłodniczego, a dla wyrobisk z wentylacją odrębną również dane dotyczące instalacji lutniowej. Sposób tworzenia bazy danych pokazano na przykładzie wirtualnej kopalni węgla kaiennego, prowadzącej eksploatację z trzech głębokich pozioów (rys. 1). Tablice 1, 2 i 3 zawierają dane dotyczące wyrobisk z opływowy prąde powietrza, zaś tablica 4 zawiera dane dotyczące drążonych wyrobisk z wentylacją odrębną. W tablicach 1, 2 i 3, w poszczególnych kolunach zestawiono: nuer bocznicy (wyrobiska), nazwę bocznicy, pole powierzchni przekroju poprzecznego A, struień objętości powietrza płynącego bocznicą V, współczynnik określający, jaka część obwodu wyrobiska jest odsłonięta przez węgiel k w, wysokości geodezyjne przekroju wlotu powietrza do bocznicy z d i jego wypływu z w, długość bocznicy L, rodzaj wyrobiska (RW). Przyjęto, że dla wyrobisk kaiennych RW = 1, dla wyrobisk węglowych RW = 2, dla chodników podścianowych i nadścianowych RW = 3 oraz dla ścian eksploatacyjnych RW = 4. W kolejnych kolunach podano: teperaturę pierwotną skał t pg, czas przewietrzania bocznicy τ, oce zainstalowane urządzeń elektrycznych N oraz asę transportowanego urobku w. W tablicy 4 w poszczególnych wierszach zestawiono: teperaturę powietrza świeżego ierzonego teroetre suchy t 0 i wilgotny t φ0, ciśnienie baroetryczne p 0, jednostkowy opór aerodynaiczny lutniociągu r 0, funkcję intensywności uszkodzeń lutni λ, średnicę lutniociągu D l, przewidywany struień objętości powietrza w strefie przodkowej V k, współczynnik nieszczelności lutniociągu k, długość bocznicy L, pole powierzchni przekroju poprzecznego bocznicy A, współczynnik przewodnictwa cieplnego skał λ q, współczynnik wyrównywania teperatury skał a q, kąt nachylenia wyrobiska γ, stopień geotericzny Γ, grubość ścianki lutniociągu δ l, procentowe przysłonięcie wolnego dla przepływu powietrza przekroju poprzecznego wyrobiska G, teperaturę pierwotną skał na początku wyrobiska (t pg ), postęp wyrobiska P, średnicę rurociągu wodnego D rw i sprężonego powietrza D sp, asę transportowanego urobku w, łączną oc zainstalowaną urządzeń elektrycznych ΣN, długość obwodu wyrobiska odsłoniętą przez węgiel B w, łączną oc przenoszoną przez kable elektryczne ΣN k. Paraetry powietrza świeżego, dopływającego do wyrobiska (t 0 oraz t φ0 ) przyjuje się jako wynik prognozy kliatycznej dla wyrobiska, który to powietrze zostało doprowadzone. Teperaturę pierwotną skał przyjuje się na podstawie ap izolinii [6, 7, 15]. Wielkości charakteryzujące jakość lutniociągu (r 0, k, λ) przyjuje się na podstawie literatury [1, 2, 25, 26], własności fizyko-tericzne skał (λ q, a q ) również przyjuje się na podstawie literatury [3]. Pozostałe wielkości należy przyjąć na podstawie analizy ap pokładowych, planu ruchu i haronograu wydobycia. W tablicach 1 do 4 przyjęto alternatywnie dwie wartości struienia objętości powietrza V. W tablicy 5, dotyczącej posiadanego przez kopalnię potencjału chłodniczego w poszczególnych kolunach podano: typ ziębiarki (wraz z producente), jej oc chłodniczą oraz liczbę sztuk danego typu. Do wyienionej bazy danych należy dołączyć apy izolinii teperatury pierwotnej skał. Można tutaj skorzystać z atlasu ap podanego w pracach [6, 15]. 3. Zintegrowana etoda prognozowania warunków kliatycznych dla sieci wyrobisk Zintegrowana etoda prognozowania warunków kliatycznych składa się z trzech odułów [4, 20]. Pierwszy z nich dotyczy prognozowania paraetrów ikrokliatu w wyrobiskach z opływowy prąde powietrza. Został on opracowany w oparciu o etodę opisaną w pracy [5]. Drugi oduł dotyczy prognozowania warunków kliatycznych w drążonych wyrobiskach z wentylacją odrębną. Został on opracowany na podstawie etod prognozowania opisanych w pracach [8, 9, 10, 11]. Trzeci oduł dotyczy określenia paraetrów powietrza za ziębiarką. W zależności od rodzaju wyrobiska do obliczeń wybieray jeden z dwóch pierwszych odułów. Przykłady praktycznego korzystania z tej etody podano w pracy [20]. 4. Scheat teperaturowy kopalnianej sieci wentylacyjnej Jedny z narzędzi, pozwalający ocenić stopień zagrożenia kliatycznego dla grupy wyrobisk, partii, poziou lub całej sieci wentylacyjnej, jest scheat teperaturowy tej sieci [17]. Jego analiza pozwala nie tylko ocenić stan zagrożenia kliatycznego, jego przyczyny, ale również zasugerować środki poprawy [19]. Scheat teperaturowy przypoina scheat potencjalny kopalnianej sieci wentylacyjnej. Jednak w odróżnieniu od scheatu potencjalnego zawiera on więcej inforacji o bocznicach sieci (wyrobiskach górniczych). Między innyi, rodzaj linii łączących punkty o określonych wartościach teperatury (potencjału ruchu ciepła) jest związany z zakrese długości odpowiadających i wyrobisk. Na trasie wyrobiska zlokalizowane są źródła ciepła (znaki koloru czerwonego) i zina (znaki koloru niebieskiego). Kształty znaków dotyczących źródeł ciepła i zina oznaczają zakres ocy danego źródła. Każda linia a kolor przypisany określoneu zakresowi struienia objętości przepływającego powietrza. Zasadniczy wpływ na teperaturę powietrza na

3 16 Tablica 1. Baza danych do obliczeń prognostycznych paraetrów ikrokliatu powietrza kopalnianego dla poziou 760 Table 1. Database for calculations of probable paraeters of ining air icrocliate for the level of 760 Paraetry powietrza w przekroju dopływu do ciągu wyrobisk: t d = 22,4 0 C; t φd = 17,4 C; φ d = 60,23 %; X d = 0,00932; z 0 Air paraeters in the cross-section of the access to excavations flow: t d = 22,40C; tφd = 17,4 C; φd = 60,23 %; X d = 0,00932; z 0 Lp. Bocznica Nazwa bocznicy (wyrobiska) Partia A A 2 3 /in 3 /s z d V k w z w L RW t pg τ o C dni Objazd szybu I na poz ,8 3600/ ,0/70 0,00-510,0-510, , Przekop S na poz ,8 3000/ ,0/60 0,00-510,0-516, , Pochylnia S1 w pokł ,8 1500/ ,0/30 0,53-516,7-494, , Chodnik podścianowy ściany A1 15,5 1200/ ,0/26,5 0,57-494,2-493, , Ściana A1 w pokł ,5 1200/ ,0/26,5 0,50-493,8-478, ,6 0, Chodnik nadścianowy ściany A1 15,5 1200/ ,0/26,5 0,57-478,8-478, , Pochylnia S1 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 17,8 300/210 5,0/3,5 0,53-494,2-478, , Pochylnia S1 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 17,8 1500/ ,0/30 0,53-478,4-455, , Przekop S na poz. 760 (ciąg dalszy) 21,8 1500/ ,0/30 0,00-516,7-512, , Pochylnia S2 w pokł ,8 1500/ ,0/30 0,53-512,2-489, , Chodnik podścianowy ściany A2 15,0 1200/ ,0/26,5 0,58-489,7-491, , Ściana A2 w pokł ,5 1200/ ,0/26,5 0,50-491,4-476, ,5 0, Chodnik nadścianowy ściany A2 15,0 1200/ ,0/26,5 0,58-476,4-481, , Pochylnia S2 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 17,8 300/210 5,0/3,5 0,53-489,7-481, , Pochylnia S2 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 17,8 1500/ ,0/30 0,53-481,6-457, , Przekop S na poz ,8 1500/ ,0/30 0,00-457,2-452, , Przekop S na poz. 700 (ciag dalszy) 21,8 3000/ ,0/60 0,00-452,7-450, , Objazd szybu II na poz ,8 300/300 5,0/5,0 0,00-450,0-450, , Przekop N na poz ,8 2700/ ,0/55 0,00-450,0-450, , Partia B Przekop N na poz ,8 2400/ ,0/50,0 0,00-510,0-510, , Objazd szybu I na poz ,8 600/600 10,0/10,0 0,00-510,0-510, , Przekop N na poz. 760 (ciąg dalszy) 21,8 3000/ ,0/60,0 0,00-510,0-512, , Pochylnia N1 w pokł ,1 1500/ ,0/30,0 0,53-512,3-497, , Chodnik podścianowy ściany B1 14,8 1200/ ,0/26,5 0,58-497,3-501, , Ściana B1 w pokł ,0 1200/ ,0/26,5 0,50-501,2-516, ,9 0, Chodnik nadścianowy ściany B1 14,8 1200/ ,0/26,5 0,58-516,2-513, , Pochylnia N1 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 18,1 300/210 5,0/3,5 0,53-501,2-513, , Pochylnia N1 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 18,1 1500/ ,0/30,0 0,53-513,1-468, , Przekop N na poz. 760 (ciąg dalszy) 21,8 1500/ ,0/30,0 0,00-512,3-507, , Pochylnia N2 w pokł ,1 1500/ ,0/30,0 0,53-507,4-492, , Chodnik podścianowy ściany B2 14,8 1200/ ,0/26,5 0,58-492,4-489, , Ściana B2 w pokł ,2 1200/ ,0/26,5 0,50-489,7-474, ,4 0, Chodnik nadścianowy ściany B2 14,8 1200/ ,0/26,5 0,58-474,7-476, , Pochylnia N2 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 18,1 300/210 5,0/3,5 0,53-492,4-476, , Pochylnia N2 w pokł. 502 (ciąg dalszy) 18,1 1500/ ,0/30,0 0,53-476,8-437, , Przekop N na poz ,8 1500/ ,0/30,0 0,00-437,5-448, , Przekop N na poz. 700 (ciag dalszy) 21,8 3000/ ,0/60,0 0,00-448,9-450, , N kw W t/d

4 Nr 1 PRZEGLĄD GÓRNICZY 17 Tablica 2. Baza danych do obliczeń prognostycznych paraetrów ikrokliatu powietrza kopalnianego dla poziou 860 Table 2. Database for calculations of probable paraeters of ining air icrocliate for the level of 860 Paraetry powietrza w przekroju dopływu do ciągu wyrobisk: t d = 23,0 C; t φd = 18,1 C; φ d = 61,38%; X d = 0,00975; z 0 Air paraeters in the cross-section of the access to excavations flow: t d = 23,0 C; t φd = 18,1 C; φ d = 61,38%; X d = 0,00975; z 0 Lp. Bocznica Nazwa bocznicy (wyrobiska) Partia C A 2 3 /in 3 /s z d V k w z w L RW t pg τ o C dni Objazd szybu I na poz ,4 2520/ ,0/60,0 0,00-610,0-610, , Przekop S na poz ,4 1740/ ,040,0 0,00-610,0-607, , a Pochylnia S2 w pokł ,8 420/560 6,9/9,3 0,57-607,3-595, , Przekop S na poz. 860 (ciąg dalszy) 21,4 1740/ ,0/40,0 0,00-607,3-602, , Pochylnia S1 w pokł ,8 1740/ ,0/40,0 0,57-602,7-595, , Chodnik podścianowy ściany C1 14,8 1500/ ,0/30,0 0,62-595,2-593, , Ściana C1 w pokł ,4 1500/ ,0/30,0 0,50-593,7-589, ,3 0, Chodnik nadścianowy ściany C1 14, ,0/30,0 0,62-589,2-587, , Pochylnia S1 w pokł. 508 (ciąg dalszy) 17,8 240/600 4,0/10,0 0,57-595,2-587, , Pochylnia S1 w pokł. 508 (ciąg dalszy) 17,8 1740/ ,0/40,0 0,57-587,5-590, , Przekop S na poz ,4 1740/ ,0/40,0 0,00-590,0-591, , Objazd szybu I na poz. 860 (c. d.) 21,4 780/ ,0/20,0 0,00-610,0-608, , Objazd szybu I na poz. 860 (c. d.) 21,4 300/300 5,0/5,0 0,00-608,8-608, , Rozdzielnia na poz ,4 480/900 8,0/15,0 0,00-608,8-607, , Dowierzchnia I 18,0 300/300 5,0/5,0 0,00-608,3-607, , Dowierzchnia I (ciąg dalszy) 18,0 780/ ,0/20,0 0,00-607,1-591, , Przekop S na poz. 840 (ciąg dalszy) 21,4 2100/ ,0/55,0 0,00-591,3-590, , Objazd szybu II na poz ,4 420/300 7,0/5,0 0,00-591,3-590, , Partia D Przekop N na poz ,4 1800/ ,0/40,0 0,00-610,0-609, , a Pochylnia N2 w pokł ,8 404/539 6,7/9,0 0,57-609,3-598, , Przekop N na poz. 860 (ciąg dalszy) 21,4 1800/ ,0/40,0 0,00-609,3-611, , Pochylnia N1 w pokł ,8 1800/ ,0/40,0 0,57-611,1-602, , Chodnik podścianowy ściany D1 14,8 1500/ ,0/30,0 0,62-602,6-600, , Ściana D1 w pokł ,2 1500/ ,0/30,0 0,50-600,7-596, ,6 0, Chodnik nadścianowy ściany D1 14,8 1500/ ,0/30,0 0,62-596,2-598, , Pochylnia N1 w pokł. 508 (ciąg dalszy) 17,8 300/600 5,0/10,0 0,57-602,6-598, , Pochylnia N1 w pokł. 508 (ciąg dalszy) 17,8 1800/ ,0/40,0 0,57-598,1-589, , Przekop N na poz ,4 1800/ ,0/40,0 0,00-589,7-590, , N kw W t/d

5 18 Tablica 3. Baza danych do obliczeń prognostycznych paraetrów ikrokliatu powietrza kopalnianego dla poziou 1080 Table 3. Database for calculations of probable paraeters of ining air icrocliate for the level of 1080 Paraetry powietrza w przekroju dopływu do ciągu wyrobisk: t d = 23,6 C; t φd = 18,7 C; φ d = 61,65%; X d = 0,00992; z 0 Air paraeters in the cross-section of the access to excavations flow: t d = 23,6 C; t φd = 18,7 C; φ d = 61,65%; X d = 0,00992; z 0 Lp. Bocznica Nazwa bocznicy (wyrobiska) Partia E A 2 3 /in 3 /s z d V k w z w L RW t pg τ o C dni Przekop S na poz ,4 2400/ ,0/50,0 0,00-830,0-832, , a Pochylnia S2 w pokł ,0 420/559 7,0/9,3 0,57-832,0-787, , Przekop S na poz (ciąg dalszy) 21,4 2400/ ,0/50,0 0,00-832,0-834, , Pochylnia S1 w pokł ,8 2400/ ,0/50,0 0,58-834,1-810, , Chodnik podścianowy ściany E1 13,5 1800/ ,0/30,0 0,62-810,1-806, , Ściana E1 w pokł ,5 1800/ ,0/30,0 0,50-806,3-794, ,2 0, Chodnik nadścianowy ściany E1 13,5 1800/ ,0/30,0 0,62-794,3-791, , Pochylnia S1 w pokł. 510 (ciąg dalszy) 15,8 600/ ,0/20,0 0,58-810,1-791, , Pochylnia S1 w pokł. 510 (ciąg dalszy) 15,8 2400/ ,0/50,0 0,58-791,4-768, , Przekop S na poz ,4 2400/ ,0/50,0 0,00-768,5-770, , Partia F Przekop N na poz ,4 2400/ ,0/50,0 0,00-830,0-829, , a Pochylnia N2 w pokł ,0 399/532 6,6/8,9 0,57-829,0-799, , Przekop N na poz (ciąg dalszy) 21,4 2400/ ,0/50,0 0,00-829,0-827, , a Przekop N do partii G 21,4 437/583 7,3/9,7 0,00-827,7-831, , Pochylnia N1 w pokł ,8 2400/ ,0/50,0 0,58-827,7-806, , Chodnik podścianowy ściany F1 13,5 1800/ ,0/30,0 0,62-806,7-805, , Ściana F1 w pokł ,6 1800/ ,0/30,0 0,50-805,3-793, ,2 0, Chodnik nadścianowy ściany F1 13,5 1800/ ,0/30,0 0,62-793,3-790, , Pochylnia N1 w pokł. 510 (ciąg dalszy) 15,8 600/ ,0/20,0 0,58-806,7-790, , Pochylnia N1 w pokł. 510 (ciąg dalszy) 15,8 2400/ ,0/50,0 0,58-790,7-770, , Przekop N na poz ,4 2400/ ,0/50,0 0,00-770,7-770, , Dowierzchnia II 17,8 1200/ ,0/30,0 0,00-830,0-770, , N kw W t/d

6 Nr 1 PRZEGLĄD GÓRNICZY 19 Rys. 1. Scheat przestrzenny przewietrzania wirtualnej kopalni węgla kaiennego Fig. 1. Spatial schee of ventilation of a virtual hard coal ine

7 20 Tablica 4. Baza danych dotyczących drążonych wyrobisk z wentylacją odrębną Table 4. Database for excavations with separate ventilation syste Sybol wielkości t 0, C t j0, C Pochylnia S2 w pokł. 508 Pochylnia N2 w pokł. 508 Pochylnia S2 w pokł. 510 Pochylnia N2 w pokł. 510 jako wynik prognozy kliatycznej dla wyrobisk z opływowyi prądai powietrza jako wynik prognozy kliatycznej dla wyrobisk z opływowyi prądai powietrza Przekop N do partii G P 0, Pa r 0, kg/ 8 0,036 0,036 0,036 0,036 0,007 l, % D l, 0,8 0,8 0,8 0,8 1,2 V k, 3 /s 6,0/8,0 6,0/8,0 6,0/8,0 6,0/8,0 6.0/8,0 k, 2,5 /kg 0,5 0, , , , ,00003 L, A, 2 17,8 17,8 16,0 16,0 21,4 l q 1,244 1,244 1,244 1,244 2,370 a q 0, , , , , g, rad -0,0205-0,0249-0,0750-0,0743 0,00262 G, /K 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 d l, 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 G, % t pg, C 38,8 38,9 47,2 47,1 47,0 P, /d D rw, 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 D sp, 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 w, kg/s 3,125 3,125 3,472 3,472 1,157 ΣN, kw B w, 11,0 11,0 9,4 9,4 0,0 ΣN k, kw Tablica 5. Baza danych dotycząca posiadanego przez kopalnię potencjału chłodniczego Table 5. Database for cooling capabilities of the ine Lp. Typ ziębiarki/producent Moc chłodnicza, kw Liczba sztuk 1 CP-300 TERMOSPEC DV -200 WAT DV-150 WAT SPK-50 WAT 95,6 4 5 SCP-40 TERMOSPEC końcu bocznicy, oprócz teperatury powietrza wpływającego do tej bocznicy ają: intensywność przewietrzania bocznicy (wyrobiska), długość bocznicy, teperatura pierwotna skał otaczających, źródła ciepła pochodzące od urządzeń technologicznych, urządzenia chłodnicze. Opis scheatu teperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej i sposób jego zastosowania podano w pracy [17]. Natoiast w pracy [18] podano sposób analizy wyienionego scheatu oraz klasyfikację bocznic (wyrobisk) pod względe przyrostu zagrożenia kliatycznego. 5. Zwalczanie zagrożenia kliatycznego w wyrobiskach z opływowy prąde powietrza Zwalczanie zagrożenia kliatycznego w kopalniach głębokich polega na ograniczeniu nadiernego nawilżania i nagrzewania powietrza. W celu ograniczenia nadiernego nawilżania i nagrzewania powietrza kopalnianego stosuje się znane przedsięwzięcia [13, 21, 24, 27]. Dla danej kopalni, poziou, rejonu dobór środków prewencji zagrożenia kliatycznego usi być dostosowany do konkretnych warunków górniczo-technicznych. Zastosowanie tych środków powinno być poparte wynikai prognoz kliatycznych. Prognozy te należy wykonać wariantowo: dla różnych rozpływów powietrza, z zastosowanie kliatyzacji klasycznej, a także dla wariantu, w który kliatyzacja klasyczna będzie wspoagana innyi środkai prewencji (chłodnice ścianowe, lutniociąg z chłodny powietrze). Sposób zwalczania zagrożenia kliatycznego pokazano na przykładzie wirtualnej kopalni, której scheat przewietrzania przedstawia rysunek 1. Kopalnia posiada trzy pozioy wydobywcze: pozio 760, na który teperatura pierwotna skał t pg1 = 35,2 C, pozio 860, na który teperatura pierwotna skał t pg2 = 38,9 C, pozio 1080, na który teperatura pierwotna skał t pg3 = 47,1 C. Korzystając z zintegrowanej etody prognozowania warunków kliatycznych dokonano oceny zagrożenia cieplnego. Prognozowana teperatura powietrza w przekrojach jego wypływu ze ścian jest bardzo wysoka. Na pozioie 760 jest ona wyższa od 34 C, na pozioie 860 wyższa od 36 C, a na pozioie 1080 wynosi nawet 40 C. Zwiększenie intensywności przewietrzania kopalni pozwoli na obniżenie

8 Nr 1 PRZEGLĄD GÓRNICZY 21 teperatury powietrza na pozioie 760 poniżej 33 C, ale na pozioach głębszych teperatura ta w dalszy ciągu jest dużo wyższa od 33 C. Konieczne jest zate zastosowanie kliatyzacji. Na pozioie 760 teperaturę powietrza nie wyższą od 33 C ożna zapewnić za poocą intensywnej wentylacji. Dla uzyskania teperatury powietrza nie wyższej od 28 C należy zastosować ziębiarki o łącznej ocy chłodniczej równej 2420 kw (rys. 2). Rozkład ocy chłodniczej na pozioie 760 powinien być następujący: w chodniku podścianowy ściany A1 300 kw, w ścianie A1 6 chłodnic o ocy 40 kw każda, w chodniku podścianowy ściany A2 600 kw, w ścianie A2 4 chłodnice o ocy 40 kw każda, w chodniku podścianowy ściany B1 300 kw, w ścianie B1 6 chłodnic po 40 kw, w chodniku podścianowy ściany B2 300 kw, a wzdłuż frontu ściany B2 7 chłodnic po 40 kw. Z analizy rysunku 2 wynika, że przy taki potencjale chłodniczy ożna we wszystkich wyrobiskach z prąde powietrza świeżego zapewnić teperaturę powietrza nie wyższą od 28 C. Na pozioie 860, dla zapewnienia w prądach powietrza świeżego teperatury nie wyższej od 33 C, oprócz intensywnej wentylacji, w chodnikach podścianowych ścian C1 i D1 należy zabudować chłodnice powietrza o ocy chłodniczej 300 kw każda. Natoiast dla zapewnienia teperatury powietrza nie wyższej od 28 C, potrzebny potencjał chłodniczy jest wyższy i wynosi on 2400 kw (rys. 3). Ziębiarki należy zabudować w: pochylni S1 300 kw, chodniku podścianowy ściany C kw, ścianie C kw, pochylni N1 300 kw, chodniku podścianowy ściany D kw, ścianie D kw. Na pozioie 1080 (rys. 4) dla zapewnienia w prądach powietrza świeżego teperatury nie wyższej od 33 C należy zabezpieczyć potencjał chłodniczy w wartości 2370 kw, a ianowicie: w drążonej pochylni S2 200 kw, pochylni N2 150 kw, w przekopie do partii G 200 kw, w chodniku podścianowy ściany E kw, w ścianie E kw, w chodniku podścianowy ściany F kw, w ścianie F kw. Dla zapewnienia teperatury powietrza nie wyższej od 28 C potrzebny potencjał chłodniczy wynosi 4070 kw (rys. 4), a ianowicie: w pochylni S1 300 kw, w chodniku podścianowy ściany E kw, w ścianie E kw, w pochylni N1 300 kw, w chodniku podścianowy ściany F kw, w ścianie F kw. Łączny dla całej kopalni potencjał chłodniczy, potrzebny do zapewnienia w prądach powietrza świeżego teperatury nie wyższej od 33 C, wynosi 2970 kw. Dla zapewnienia teperatury nie wyższej od 28 C potencjał ten wynosi 8890 kw. W pierwszy przypadku do kliatyzacji kopalni wystarczy kliatyzacja grupowa. W drugi przypadku konieczna jest kliatyzacja centralna. Z tablicy 4 wynika, że łączny potencjał chłodniczy, będący do dyspozycji kopalni wynosi ponad 9700 kw. Jest on zate wystarczający do zapewnienia we wszystkich prądach powietrza świeżego teperatury nie wyższej od 28 C. 6. Zwalczanie zagrożenia kliatycznego w wyrobiskach z wentylacją odrębną drążonych w skałach o skrajnie wysokiej teperaturze pierwotnej Trudności z opanowanie wysokiej teperatury powietrza występują w pierwszej kolejności w wyrobiskach z wentylacją odrębną. Intensywność przewietrzania tych wyrobisk jest niejsza w porównaniu z wyrobiskai przewietrzanyi opływowyi prądai powietrza. Czas przewietrzania tych wyrobisk jest Rys. 2. Scheat teperaturowy poziou 760 dla wariantu z potencjałe chłodniczy pozwalający na utrzyanie teperatury powietrza nie wyższej od 28 C Fig. 2. Teperature schee at the level of 760 for the option with cooling capabilities which allow to aintain the air teperature below 28 C

9 22 Rys. 3. Scheat teperaturowy poziou 860 dla wariantu z potencjałe chłodniczy pozwalający na utrzyanie teperatury powietrza nie wyższej od 28 C Fig. 3. Teperature schee at the level of 860 for the option with cooling capabilities which allow to aintain the air teperature below 28 C Rys. 4. Scheat teperaturowy poziou 1080 dla wariantu z potencjałe chłodniczy pozwalający na utrzyanie teperatury powietrza nie wyższej od 28 C Fig. 4. Teperature schee at the level of 1080 for the option with cooling capabilities which allow to aintain the air teperature below 28 C krótszy. Trudno jest zapewnić teperaturę powietrza nie wyższą od 28 C na całej długości drążonego wyrobiska. Zazwyczaj przyjuje się, że teperatura taka a być zapewniona tylko w strefie przodkowej drążonego wyrobiska, natoiast wzdłuż trasy należy zapewnić teperaturę nie wyższą od 33 C. Dla zapewnienia ożliwie dużej intensywności przewietrzania drążonego wyrobiska należy stosować lutniociągi o dużych średnicach i dobrej jakości uszczelnienia. Jeśli wyiary wyrobiska na to pozwalają, zaleca się stosowanie dwóch instalacji lutniowych. W przypadku wentylacji tłoczącej,

10 Nr 1 PRZEGLĄD GÓRNICZY 23 oprócz zwiększenia intensywności przewietrzania, uzyskuje się niejszy przyrost teperatury powietrza płynącego przez wentylator. Należy paiętać o ty, że ze wzroste średnicy lutniociągu aleje jego opór jednostkowy, co a przełożenie na niejsze spiętrzenie wentylatora oraz niejszy pobór ocy [25]. Ważny zagadnienie jest wybór rodzaju wentylacji lutniowej (tłocząca, ssąca, kobinowana, z wentylatore na trasie, z chłodnicai powietrza w lutniociągu tłoczący, itd.). W pracy [16] podano 17 przykładowych scheatów przewietrzania wyrobisk ślepych. Praktyka kopalniana wykazała, że w przypadku długich wyrobisk dobre efekty wentylacyjne i kliatyczne ożna osiągnąć stosując wentylatory lutniowe na trasie, zabudowane w boczniku zasadniczego lutniociągu [13]. W warunkach, gdy teperatura pierwotna skał nie przekracza wartości 50 C, ożna w drążonych wyrobiskach zapewnić warunki kliatyczne zgodne z przepisai. Musi być jednak starannie dobrana instalacja lutniowa (wraz z wentylatore), zapewniona intensywna wentylacja drążonego wyrobiska, a teperatura powietrza w prądzie opływowy powinna być obniżona do około 20 C. Dla zapewnienia wzdłuż trasy wyrobiska teperatury powietrza nie wyższej od 33 C, ziębiarki należy zabudować zarówno w lutniociągu, jak i w wyrobisku (na zewnątrz przewodu lutniowego). Lepsze efekty kliatyczne uzyskuje się stosując chłodnice powietrza o niejszej ocy chłodniczej, ale częściej. Jest to związane z ty, że głębsze schłodzenie powietrza powoduje wzrost struienia ciepła płynącego z górotworu. Z drugiej jednak strony względy praktyczne nie pozwalają na zbyt gęstą lokalizacje chłodnic powietrza. Przy doborze środków prewencji zagrożenia kliatycznego należy, oprócz zastosowania znanych etod [12, 13, 16, 22], wykonać serię alternatywnych prognoz kliatycznych i na podstawie uzyskanych wyników wybrać wariant, który spełni wyagania efektywnej i ekonoicznej kliatyzacji. 7. Kontrola skuteczności stosowanych środków prewencji zagrożenia kliatycznego Dla wyrobisk projektowanych kontrolę podjętych środków skuteczności prewencji zagrożenia kliatycznego dokonujey analizując wyniki wariantowych prognoz kliatycznych. W efekcie wybieray takie warianty, które gwarantują zachowanie paraetrów ikrokliatu powietrza zgodne z obowiązującyi przepisai. W odniesieniu do wyrobisk istniejących wsponianą kontrolę przeprowadzay ierząc paraetry tericzne powietrza na dole kopalni i wyniki poiarów dokuentujey w tablicach [23]. W przypadku, gdy teperatura powietrza jest wyższa od dopuszczalnej przepisai lub intensywność chłodzenia powietrza, wyznaczona według znanych wzorów [27], jest niższa od 11 katastopni (cal/c 2. s) wilgotnych (tzn. 461 W/ 2 ), wówczas należy podjąć odpowiednie środki poprawy warunków kliatycznych i ponownie wykonać poiary w badany wyrobisku. 8. Wnioski Wśród zagrożeń naturalnych, towarzyszących eksploatacji węgla i rud, zagrożenie kliatyczne jest coraz bardziej znaczące. Aktualnie w pięciu polskich kopalniach węgla kaiennego (w skład których wchodzi 7 ruchów) oraz w pięciu kopalniach OKD na Morawach teperatura pierwotna skał na najgłębszy pozioie eksploatacyjny jest wyższa od 40 C. W kilku drążonych wyrobiskach zierzona teperatura pierwotna skał była dużo wyższa od 45 C i dochodziła do 50 C. W tej sytuacji zarówno intensywna wentylacja, jak i kliatyzacja klasyczna, polegająca na stosowaniu chodnikowych chłodnic powietrza jest nie wystarczająca. Zaproponowano syste obejujący prognozowanie, zwalczanie i kontrolę skuteczności podjętych środków prewencji zagrożenia kliatycznego. Jest to syste, w który pozio zagrożenia kliatycznego i sposoby jego zwalczania są ze sobą powiązane. Obok bazy danych oraz zintegrowanej etody prognozowania warunków kliatycznych dla sieci wyrobisk (obejującej wyrobiska z wentylacją główną oraz wentylacją odrębną), podstawową częścią tego systeu jest scheat teperaturowy tej sieci. Daje on nie tylko inforacje o zianach teperatury powietrza i przyczynach tych zian, ale również sugeruje środki ograniczenia zagrożenia kliatycznego. Analizując scheat teperaturowy sieci wentylacyjnej ożna uzyskać inforacje, jak ziana warunków przewietrzania i zastosowany sposób kliatyzacji w jedny rejonie wpływa na warunki kliatyczne w pozostałych rejonach. Wprowadzenie klasyfikacji bocznic pod względe przyrostu zagrożenia kliatycznego [18] oże być poocne w wyodrębnieniu tych wyrobisk, w których należy spodziewać się najtrudniejszych warunków kliatycznych. Rozważania przeprowadzone w rozdziale 5, jak również rzeczywistość kopalniana wskazują na to, że największego zagrożenia kliatycznego należy spodziewać się w chodnikach przyścianowych (doprowadzających powietrze świeże do ściany) oraz w ścianach eksploatacyjnych. Analiza scheatów teperaturowych wskazuje na to, że poważny udział we wzroście zagrożenia kliatycznego ają drążone wyrobiska z wentylacją odrębną. Praca górników w skrajnie trudnych warunkach geotericznych jest ożliwa, o ile będą spełnione następujące warunki: będą to osoby cieszące się dobry zdrowie i zaakliatyzowane do pracy w gorący ikrokliacie, intensywna wentylacja jest wspoagana urządzeniai chłodniczyi, powietrze wpływające do ściany eksploatacyjnej jest schłodzone do teperatury dużo niższej od 28 C, ale wyższej od 20 C, stosuje się chłodzenie powietrza wzdłuż frontu ściany, wydobycie dobowe oraz długość frontu ściany nie powinny być za duże (wielkość wydobycia oraz długość wyrobiska ścianowego dla konkretnych warunków górniczo- -technicznych powinny być poparte wynikai prognoz kliatycznych). Skuteczny środkie pozwalający na zapewnienie wzdłuż frontu wyrobiska ścianowego prawidłowych warunków kliatycznych oże być zabudowa w ścianie lutniociągu z chłodny powietrze. Syulacje [24] koputerowe wykazały, że zastosowanie takiego lutniociągu oże dać pozytywny efekt nawet wtedy, gdy teperatura pierwotna skał otaczających jest zbliżona do 50 C. Bardziej szczegółowe rozważania pokazały, że w warunkach bardzo wysokiej teperatury pierwotnej skał, średnica lutniociągu z chłodny powietrze nie a zasadniczego znaczenia na teperaturę powietrza w ścianie (na zewnątrz przewodu lutniowego). Średnica ta a natoiast duże znaczenie na teperaturę chłodnego powietrza w lutniociągu. Spostrzeżenie to daje ożliwość skutecznej walki z wysoką teperaturą powietrza w wyrobiskach ścianowych o ałych przekrojach. Zaproponowano, sprawdzone w polski górnictwie węgla kaiennego, etody prognozowania teperatury powietrza, opracowane w Zakładzie Aerologii Górniczej GIG. Przedstawiony sposób postępowania przy ocenie, zwalczaniu zagrożenia kliatycznego oraz kontroli podjętych środków prewencji jest aktualny również w przypadku zasto-

11 24 sowania etod prognozowania opracowanych przez innych autorów [27]. Literatura 1. Bystroń H.: Kryteria jakości nierozgałęzionych lutniociągów kopalnianych, Wiadoości Górnicze nr 1/ Bystroń H.: Metody obliczania nie rozgałęzionych lutniociągów kopalnianych i oceny ich jakości aerodynaicznej, Archiwu Górnictwa 35, 3 (1990) 3. Chura K., Chudek M.: Geoteroechanika górnicza, Katowice, Wydaw. Supleent Księgarnia Nakładowa Gapiński D.: Prognozowanie paraetrów ikrokliatu w podzienej sieci wentylacyjnej z wykorzystanie odelowania przepływów powietrza w wyrobiskach przewietrzanych obiegowo i odrębnie. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, Wydanie specjalne nr II/2008, s Holek S.: Opracowanie potencjału ruchu wilgoci i opartych na ni etod prognozowania ikrokliatu wyrobisk. Prace GIG, Seria dodatkowa 6. Knechtel J.: Mapy izolinii pierwotnej teperatury skał Centralnego Okręgu Węglowego LZW dla horyzontów -700, -800 i Dokuentacja prac GIG o sybolu /1, Katowice Knechtel J., Markefka P., Zgryza S.: Mapy teperatury pierwotnej skał Górnośląskiego Okręgu Przeysłowego dla horyzontów -450, -550, -650 i Prace Naukowe GIG, Kounikat nr 719, Knechtel J.: Metoda prognozowania paraetrów ikrokliatu wyrobisk z tłoczącą wentylacją lutniową, uwzględniająca teorię potencjału ruchu wilgoci. Prace Naukowe GIG, Kounikat nr 780, Knechtel J.: Metoda prognozowania teperatury i wilgotności powietrza w ślepych wyrobiskach górniczych. Przegląd Górniczy nr 4/1980, str Knechtel J.: Metoda prognozowania teperatury i wilgotności powietrza w wyrobiskach rozgałęzionych z lutniociągai nie rozgałęzionyi, Przegląd Górniczy nr 2/1984, str Knechtel J.: Metoda prognozowania paraetrów ikrokliatu oparta na teorii potencjału ruchu wilgoci dla wyrobisk z ssącą wentylacja lutniową. Dokuentacja prac GIG o sybolu planistyczny 2501 oraz sybolu koputerowy F6, Katowice Knechtel J.: Modelowe rozwiązania kliatyzacyjne dla robót korytarzowych z uwzględnienie wentylacyjnych środków prewencji zagrożenia kliatycznego oraz z zastosowanie urządzeń chłodniczych. Dokuentacja prac GIG, sybol I.1.9.1; finansowana przez Koitet Badań Naukowych, Katowice Knechtel J.: Zagrożenie kliatyczne w polskich kopalniach węgla. Prace Naukowe GIG. Kounikat nr Knechtel J.: Rozwiązania obniżające koszty kliatyzacji w kopalniach. Przegląd Górniczy nr 11(926)/2000, str Knechtel J., Gapiński D.: Zaktualizowane apy izolinii teperatury pierwotnej skał kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW), Katowice, Wydaw. Głównego Instytutu Górnictwa Knechtel J.: Efektywna i ekonoiczna kliatyzacja rejonów eksploatacyjnych i wyrobisk przygotowawczych. Materiały na spotkanie proocyjne. Katowice. Główny Instytut Górnictwa, Knechtel J.: Opracowanie podstaw scheatu teperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej i jego zastosowanie do oceny i zwalczania zagrożenia kliatycznego w kopalni głębokiej. Prace naukowe GIG Górnictwo i Środowisko nr 1, 2005 s Knechtel J.: Badanie zagrożenia kliatycznego w wyrobiskach wirtualnego oddziału wydobywczego, w który prowadzona jest eksploatacja podpozioowa. Mechanizacja i Autoatyzacja Górnictwa nr 10/429, EMAG-Katowice, Knechtel J.(): Scheat teperaturowy jako nowy środek w profilaktyce zagrożenia kliatycznego rejonów wydobywczych, Prace naukowe GIG Górnictwo i Środowisko, Wydanie specjalne nr II, 2008 s Knechtel J.: Zintegrowany syste prognozowania, bieżącej oceny i zwalczania zagrożenia kliatycznego w głębokiej kopalni węgla kaiennego. Prace naukowe GIG Górnictwo i Środowisko, Wydanie specjalne nr VII, 2008 s Knechtel J.: The influence of theral Insulation of Walls of Workings on Air Teperature. Archives of Mining Sciences Volue 43, Issue 4, page , Kraków Knechtel J.: Zwalczanie zagrożenia kliatycznego w wyrobiskach z wentylacją odrębną drążonych w skałach o skrajnie wysokiej teperaturze pierwotnej. Kwartalnik Pol. Śl. Górnictwo i Geologia, t4, z.3. s , Gliwice Knechtel J.: Wytyczne efektywnej i ekonoicznej kliatyzacji wyrobisk ślepych i oddzia-łów wydobywczych o dużej koncentracji wydobycia (zwłaszcza podpozioowych) prowadzonych w skałach o teperaturze pierwotnej powyżej 40 0 C. Prace GIG, seria Instrukcje nr Knechtel J.: Kliatyzacja ściany za poocą lutniociągu z chłodny powietrze, ateriały konferencyjne 3 Międzynarodowej Konferencji: VĚTRANI, DEGAZACE, KLIMATIZACE A BEZPEČNOST V HORNICTVI, Sepetna, Ostravice na Morawach , str Knechtel J.: Jednostkowy opór aerodynaiczny lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych. Mechanizacja i Autoatyzacja Górnictwa nr, EMAG-Katowice, 2011 str Knechtel J.: Wyniki badań jakości uszczelnienia lutniociągów funkcjonujących w kopalniach węgla kaiennego, Przegląd Górniczy nr 12/2011, str Wacławik J., Cygankiewicz J., Knechtel J.: Warunki kliatyczne w kopalniach głębokich, wyd. II poprawione, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podzienej, Kraków, PAN-Centru Podstawowych Probleów Gospodarki Surowcai Mineralnyi i Energią 1998