Wybrane uwarunkowania eksploatacji podpoziomowej w œwietle badañ

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 2/3 STANIS AW TRENCZEK*, KRYSTIAN WIERZBIÑSKI** Wybrane uwarunkowania eksploatacji podpoziomowej w œwietle badañ Wprowadzenie W przesz³oœci zdarza³o siê, e wyst¹pienie po aru w rejonach podpoziomowej eksploatacji, przewietrzanych schodz¹cym pr¹dem powietrza, powodowa³y niebezpieczne zdarzenia, a nawet tragedie (Budryk 1954; Krotkiewski 1957). Przyczyn¹ tego by³o g³ównie odwracanie siê pr¹dów powietrza, a równie cofanie siê dymów, czym zaskakiwana bywa³a za³oga. Znacz¹ce zmiany uwarunkowañ spowodowa³y, e w rejonach takich przewietrzanie faza statyczna jest wysoce efektywne i tylko zaburzenia faza dynamiczna mog¹ w szczególnych przypadkach zagro enie potencjalne zamieniæ na rzeczywiste (Trenczek 2007a, b). Dotyczy to szczególnie stanu awaryjnego przewietrzania, którym mo e byæ awaria wentylatora g³ównego przewietrzania, awaria œluzy wentylacyjnej, powstanie tzw. krótkiego spiêcia wentylacyjnego, nag³e zwiêkszenie oporu bocznicy (spowodowane np. obwa³em, zawa³em). Wówczas mo e dojœæ do wzrostu takich zagro eñ, jak: wentylacyjno-gazowego, gdy nie bêd¹ zachowane zgodne z obowi¹zuj¹cymi przepisami minimalne i maksymalne prêdkoœci powietrza oraz dopuszczalne zawartoœci gazów w powietrzu kopalnianym, lub nie bêd¹ zachowane wydatki powietrza okreœlone w projekcie technicznym wykonywania danych robót górniczych, klimatycznego, jeœli uci¹ liwoœæ warunków cieplnych przekroczy poziom nieakceptowalny, lub wymagaæ bêdzie profilaktycznego skrócenia czasu pracy, ** Dr in., Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, Katowice; trenk@emag.pl ** Dr in., G³ówny Instytut Górnictwa, Kopalnia Doœwiadczalna Barbara, Miko³ów

2 314 metanowego jeœli wystêpowa³o wczeœniej, gdy nagromadzenie metanu przekroczy progowe wartoœci dopuszczalne lub doprowadzi w zrobach lub w wyrobiskach do powstania wybuchowej mieszaniny metanowo-powietrznej, zagro enie po arem endogenicznym, gdy na wskutek zmniejszenia wydatku powietrza dojdzie do przekroczenia wartoœci kryterialnych tlenku wêgla w op³ywowym pr¹dzie powietrza. Prawdopodobieñstwo wyst¹pienia stanu krytycznego przewietrzania na skutek np. po- aru egzogenicznego, t¹pniêcia jest niewielkie, lecz wykluczyæ go ca³kowicie nie mo na (Trenczek 2005). Jeœli zatem do niego dojdzie, to na pewno spowoduje zagro enie wentylacyjno-gazowe wyst¹pi¹ stê enia gazów zagra aj¹ce yciu. W przypadku wystêpowania zagro enia metanowego mo e wzrosn¹æ zagro enie wybuchem metanu, a przez to tak e zagro enie wybuchem py³u wêglowego. Z kolei w rejonach (wyrobiskach) sklasyfikowanych do III poziomu krytycznego pod wzglêdem zagro enia klimatycznego wzrost temperatury mo e byæ szybki, a jej poziom niebezpieczny. 1. Cel i tematyka badañ rejonów podpoziomowej eksploatacji Nik³e nak³ady na inwestycje zwi¹zane z pog³êbianiem szybów wdechowych powoduj¹, e eksploatacji pok³adów wêgla z rejonów usytuowanych poni ej poziomu udostêpnienia nie da siê wyeliminowaæ. Istotnym elementem zarz¹dzania bezpieczeñstwem staje siê wiêc odpowiedni sposób monitorowania takiego rejonu i zabezpieczania zatrudnionej tam za³ogi. Oznacza to, e powinien on uwzglêdniaæ specyfikê wspó³wystêpuj¹cych warunków geologiczno-górniczych i zagro eñ. Prace w tym kierunku, o tytule Zintegrowany system kontrolno-pomiarowy zagro- eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo podjêto w ramach Zintegrowanego Instytutu Naukowo-Technologicznego. W pierwszym etapie (wrzesieñ grudzieñ 2006 r.) dokonano miêdzy innymi (Trenczek i in. 2006): rozpoznania literaturowego rodzajów podpoziomowej eksploatacji pod wzglêdem poziomu wystêpuj¹cych zagro eñ i sposobu przewietrzania, analizy wybranych przypadków eksploatacji podpoziomowej prowadzonej w warunkach rzeczywistych, próby klasyfikacji nastêpstw, jakie w przypadku stanu krytycznego mog¹ wyst¹piæ w rejonie eksploatacji podpoziomowej, próby klasyfikacji systemów eksploatacji podpoziomowej pod wzglêdem zagro eñ istotnych dla poziomu bezpieczeñstwa, rozpoznania, na podstawie literatury, sposobów monitorowania zagro eñ wentylacyjnego metanowego i po arowego oraz systemów ³¹cznoœciowo alarmowych oraz zaproponowano koncepcjê zintegrowanego systemu kontrolno-pomiarowego zagro eñ wentylacyjnego, metanowego i po arowego s³u ¹cego zabezpieczaniu za³óg górniczych

3 315 zatrudnianych w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo przed skutkami stanów awaryjnych i krytycznych przewietrzania. W etapie drugim dokonano (Trenczek i in. 2007): analizy uwarunkowañ eksploatacji podpoziomowej, pod k¹tem prowadzonych badañ, dla jej w³aœciwego sparametryzowania, badañ w zak³adach górniczych Kompanii Wêglowej S.A., Katowickim Holdingu Wêglowym S.A. i Jastrzêbskiej Spó³ce Wêglowej S.A. w zakresie stosowanych i przewidywanych do stosowania sposobów rozprowadzania powietrza w podpoziomowych rejonach eksploatacyjnych i rejonach ze schodz¹cym pr¹dem powietrza, analizy uzyskanych wyników badañ, selekcji sposobów rozprowadzania powietrza w podpoziomowych rejonach eksploatacyjnych i rejonach ze schodz¹cym pr¹dem powietrza, uœciœlenie wymagañ sprzêtowych, programowych i funkcjonalnych systemu kontroli. Natomiast w kolejnych etapach, jeœli zostan¹ przyznane œrodki na ich sfinansowanie, prace skoncentruj¹ siê ju na wypracowaniu modelu zintegrowanego systemu monitorowania i zabezpieczania za³ogi przed skutkami stanów awaryjnych i krytycznych. 2. Parametryzacja uwarunkowañ aktualnej i planowanej eksploatacji podpoziomowej Jak ju wspomniano, w etapie drugim pracy dokonano ogólnej analizy warunków prowadzenia eksploatacji, w wyniku której wybrano najistotniejsze parametry okreœlaj¹ce rejon podpoziomowej eksploatacji. Parametry te zebrano w czterech charakterystycznych grupach, a objê³y one zarówno prowadzon¹, jak i planowan¹ eksploatacjê (Trenczek i in. 2007). Pierwsza grupa dotyczy³a informacji o lokalizacji rejonu podpoziomowej eksploatacji: poziom udostêpnienia kota niwelacyjna [m], najni sza kota niwelacyjna wlotu do rejonu œciany [m] dotyczy wyrobiska z dop³ywowym pr¹dem powietrza, najwy sza kota niwelacyjna wlotu do rejonu œciany [m] dotyczy, jeœli taki przypadek wystêpuje (wyrobiska z dop³ywowym pr¹dem powietrza), najni sza kota niwelacyjna wlotu do œciany [m] (z ca³ego wybiegu œciany), najni sza kota niwelacyjna wylotu ze œciany [m] (z ca³ego wybiegu), najwy sza kota niwelacyjna wylotu z rejonu œciany [m] dotyczy wyrobiska z odp³ywowym pr¹dem powietrza, najwy sza kota niwelacyjna wlotu do rejonu œciany [m] dotyczy wyrobiska z odp³ywowym pr¹dem powietrza, d³ugoœæ wybiegu œciany z eksploatacj¹ podpoziomow¹ [m], droga ucieczkowa: maksymalna d³ugoœæ [m] i czas wyjœcia [min.], okres (przewidywany) eksploatacji podpoziomowej [m-ce].

4 316 Drug¹ grupê stanowi³y parametry dotycz¹ce zagro eñ wystêpuj¹cych w rejonie eksploatacji podpoziomowej, scharakteryzowanych poziomem dokonanych zaliczeñ i klasyfikacji eksploatowanego pok³adu wêgla i rejonu œciany: stopieñ zagro enia t¹paniami, kategoria zagro enia metanowego pok³adu, kategoria pola metanowego rejonu œciany, stopieñ niebezpieczeñstwa wybuchu metanu pomieszczeñ, kategoria zagro enia wyrzutami gazów i ska³, klasa zagro enia wybuchem py³u wêglowego, stopieñ zagro enia wodnego, klasa zagro enia radiacyjnego naturalnymi substancjami promieniotwórczymi, kategoria zagro enia dzia³aniem py³ów szkodliwych dla zdrowia, grupa samozapalnoœci wêgla, wskaÿnik samozapalnoœci Sz a [ C/min], okres inkubacji po aru [dni], temperatura pierwotna górotworu [ C], wskaÿnik klimatyczny K. Trzecia grupa zawiera³a informacje o parametrach eksploatacji: d³ugoœæ œciany: maksymalna i minimalna [m], wysokoœæ œciany: maksymalna i minimalna [m], wybieg œciany (œredni) [m], maksymalny postêp dobowy [m/dobê], ukierunkowanie eksploatacji: system pod³u ny SPd; system poprzeczny SPp, gruboœæ pok³adu: maksymalna i minimalna [m], œrednie nachylenie pok³adu [ ] oraz kierunek nachylenia (N; E; W; S; NW; NE; SW; SE), sposób kierowania stropem: zawa³ Z; podsadzka P, sposób eksploatacji œciany: do granic DG; od granic OG, zaburzenia tektoniczne w polu œciany: wystêpuj¹ ZT; brak BZT, przedostawanie siê wêgla do zrobów: brak B; wêgiel wystêpuje / szacunkowa gruboœæ warstwy W/... [m], system przewietrzania œciany: U; Y; Z; H; inny, wydatek powietrza dop³ywaj¹cego do rejonu œciany [m 3 /min], wydatek powietrza dop³ywaj¹cego do œciany [m 3 /min], wydatek powietrza odp³ywaj¹cego ze œciany [m 3 /min], wydatek powietrza odp³ywaj¹cego z rejonu œciany [m 3 /min], metanowoœæ wentylacyjna [m 3 CH4/min], mo liwoœæ zwiêkszenia wydatku powietrza: w rejonie œciany o iloœæ... [m 3 /min], w œcianie o iloœæ... [m 3 /min], temperatura (przeciêtna) powietrza ts [ C]: dop³ywowego do rejonu œciany, dop³ywowego do œciany, odp³ywowego ze œciany, odp³ywowego z rejonu œciany.

5 317 W czwartej grupie zgromadzono informacje o podstawowej profilaktyce, z zakresu: profilaktyki t¹paniowej, z wyró nieniem: strzelania wstrz¹sowego (odprê aj¹cego) StW; strzelania urabiaj¹cego StU; innej In; profilaktyki przeciwwybuchowej metanowej, z wyró nieniem: odmetanowania: górotworu OmG, zrobów OmZ, pomocniczych urz¹dzeñ wentylacyjnych PUW, profilaktyki przeciwpo arowej, z wyró nieniem: przemulania zrobów PrZ, inertyzacji zrobów: dwutlenkiem wêgla InCO 2, azotem InN 2, doszczelnianie œrodkami chemicznymi DŒCh, profilaktyki przeciwcieplnej:, z wyró nieniem: stosowania klimatyzacji: lokalnej KlL, grupowej KlG, centralnej KlC, termoizolacji wyrobisk TiW. Informacje te, uzupe³nione o szkice rejonu œciany, zosta³y zebrane z 16 kopalñ Kompani Wêglowej, 5 kopalñ Katowickiego Holdingu Wêglowego i 5 kopalñ Jastrzêbskiej Spó³ki Wêglowej. ród³ami informacji by³y: plany ruchu poszczególnych zak³adów górniczych o okresach obowi¹zywania do 2007 r., do 2008 r. i 2009 r., projekty kompleksowych eksploatacji o okresach obowi¹zywania w przedziale od 2007 r. do 2012 r., projekty eksploatacji wyselekcjonowanych pok³adów obejmuj¹cych ró ne okresy, w tym maksymalnie do 2012 r., plany zagospodarowania z³o a obejmuj¹ce ró ne okresy obowi¹zywania, w tym maksymalnie do 2012 r., prognozy zagro eñ klimatycznych obejmuj¹ce ró ne okresy czasu, maksymalnie do 2013 r., dokumentacje zaliczeñ i klasyfikacji pok³adów do stopni, kategorii, klas i grup odpowiednich zagro eñ, ksi¹ ki kontroli przewietrzania, schematy wentylacyjne sieci i podsieci wentylacyjnych. ¹cznie uzyskano dane o 170 rejonach, w tym o 47 œcianach aktualnie prowadz¹cych podpoziomow¹ eksploatacjê (KW 19, KHW 15 i JSW 13 œcian) oraz o 123 œcianach, w których eksploatacja podpoziomowa jest planowana (KW 66, KHW 27 i JSW 30 œcian). Tak du a baza danych pozwala je uznaæ jako reprezentatywne dla kopalñ wêgla kamiennego w Polsce. Analiza tych danych umo liwi³a dokonanie ró norodnej charakterystyki rejonów podpoziomowej eksploatacji. Jednak ramy tego referatu nie pozwalaj¹ na pe³n¹ ich prezentacjê.

6 Ogólna charakterystyka rejonów ze schodz¹cym pr¹dem powietrza Z ogólnej liczby 170 badanych œcian w dwóch przypadkach po³o enie wyrobisk tworz¹cych strukturê rejonu tzn. wlotu i wylot z rejonu, wlotu i wylot ze œciany znajdowa³o siê powy ej poziomu udostêpnienia podpoziom by³ odcinkowy. St¹d te analiz¹ objêto 168 œcian. Istotnymi czynnikami w analizie uwarunkowañ podpoziomowej eksploatacji s¹: g³êbokoœæ eksploatacji H rozumiana jako najni sza kota niwelacyjna z wyrobisk rejonu (wlotu, wylotu z rejonu, wlotu, wylotu ze œciany) odniesiona do poziomu morza, rozpiêtoœæ podpoziomu Gp rozumiana jako ró nica najni szej koty niwelacyjnej wyrobisk rejonu (wlotu, wylotu z rejonu, wlotu, wylotu ze œciany) a koty niwelacyjnej poziomu udostêpnienia. Z analizy materia³u badawczego wynika, e g³êbokoœæ podpoziomowej eksploatacji (aktualnej i planowanej) zawiera siê w przedziale od m poni ej poziomu morza. Z uwagi na wzrastaj¹cy wraz z g³êbokoœci¹ poziom zagro eñ dokonano podzia³u g³êbokoœci eksploatacji na cztery przedzia³y, w których eksploatacja prowadzona jest: na g³êbokoœci mniejszej od 300 m, H > 300 m, w przedziale g³êbokoœci od 300 m do 600 m, 600 m < H 300 m, w przedziale g³êbokoœci od 600 m do 900 m, 900 m < H 600 m, na g³êbokoœci wiêkszej od 900 m, H 900 m. Podobne podejœcie zastosowano przy podziale zakresu rozpiêtoœci podpoziomu, przy czym razem ze wspomnianymi dwoma œcianami o odcinkowym podpoziomie utworzono piêæ ich typów: podpoziom fragmentaryczny Gp 0m, podpoziom umiarkowany 0 < Gp 100 m, podpoziom œredni 100 m < Gp 200 m, podpoziom g³êboki 200 m < Gp 300 m, podpoziom bardzo g³êboki Gp > 300 m. W efekcie uzyskano podzia³ œcian na 12 grup: G.0.1, gdy H > 300 m i Gp 0m, G.0.2, gdy 600 m < H 300 m i Gp 0m, G.1.1, gdy H > 300 m i 0 < Gp 100 m, G.1.2, gdy 600 m < H 300 m i 0 < Gp 100 m, G.1.3, gdy 900 m < H 600 m i 0 < Gp 100 m, G.2.1, gdy H > 300 m i 100 m < Gp 200 m, G.2.2, gdy 600 m < H 300 m i 100 m < Gp 200 m, G.2.3, gdy 900 m < H 600 m i 100 m < Gp 200 m, G.2.4, gdy H 900 m i 100 m < Gp 200 m, G.3.1, gdy 600 m < H 300 m i 200 m < Gp 300 m, G.3.2, gdy 900 m < H 600 m i 200 m < Gp 300 m, G.4, gdy 900 m < H 600 m i Gp > 300 m, o zró nicowanej liczebnoœci œcian w poszczególnych grupach (rys. 1).

7 319 G.2.4 G.1.3 G.2.3 G.3.2 G.4 G.0.2 G.1.2 G.2.2 G.3.1 G.0.1 G.1.1 G.2.1 Rys. 1. Liczebnoœæ œcian wed³ug grup podpoziomów Fig. 1. Number of longwalls against groups of sublevel extraction Zestawienie rodzajów i wariantów pr¹dów schodz¹cych Breakdown of types and variations of downcast airstreams TABELA 1 TABLE 1 Wariant od poziomu udostêpnienia do wlotu rejonu Rodzaj pr¹dów schodz¹cych od wlotu rejonu do wlotu œciany w œcianie od wylotu œciany do wylotu rejonu Liczba œcian A X X 45 B X X X 6 C X X X X 6 D X X X 27 E X 17 F X X 6 G X X 7 H X X X 2 I X 36 J X X 4 K X X 10 L X 1 M X X 1

8 320 Analiza zebranego materia³u pozwoli³a tak e okreœliæ cztery podstawowe rodzaje pr¹dów schodz¹cych oraz 13 wariantów rejonów eksploatacyjnych od przynale nych do jednego tylkorodzajudoprzynale negodowszystkichczterech. Z ich zestawienia (tab. 1) wynika, e warianty od A do H s¹ przypadkami, w których wlot do rejonu le y poni ej poziomu udostêpnienia. Oznacza to, e schodz¹cy pr¹d powietrza œwie ego wystêpuje poza rejonem wentylacyjnym, co jest niezwykle istotne dla w³aœciwego opracowania zintegrowanego systemu monitorowania. Musi on bowiem uwzglêdniaæ równie stany awaryjne poza rejonem, mog¹ce spowodowaæ skutki w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo. TABELA 2 Przyk³ady uwarunkowañ zagro eñ skojarzonych w kopalniach KHW S.A. TABLE 2 Examples of conditions characterized by associated hazards in collieries of Katowicki Coal Holding Lp. Charakterystyka zagro enia 731/ / 510D 559/ 510D Nr œciany / pok³ad 565/ 510A 507/ 501D 506/ 501D 9b-S/ Stopieñ zagro enia t¹paniami III III III III III III III III Kategoria zagro enia metanowego pok³adu Kategoria pola metanowego rejonu œciany Stopieñ niebezpieczeñstwa wybuchu metanu Kategoria zagro enia wyrzutami gazów i ska³ 4J/502 IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV c c c c c c c c 6. Klasa zagro enia wybuchem py³u wêglowego B B B B B B B B 7. Stopieñ zagro enia wodnego I I I I I I, II I II 8. Klasa zagro enia radiacyjnego naturalnymi substancjami promieniotwórczymi 9. Kategoria zagro enia dzia³aniem py³ów szkodliwych dla zdrowia A B B B B B B A, B 10. Grupa samozapalnoœci wêgla IV III III III III III IV II 11. WskaŸnik samozapalnoœci Sz a [ o C/min] Okres inkubacji po aru [dni] Temperatura pierwotna 13. górotworu [ o 28,5 33,4 33,4 33,4 33,1 33,1 39,3 37,0 C] 14. WskaŸnik klimatyczny K K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5

9 Eksploatacja podpoziomowa w warunkach zagro eñ skojarzonych Z punktu widzenia realnego zagro enia dla za³ogi najbardziej niebezpiecznymi s¹ rejony œcian, których eksploatacja podpoziomowa prowadzona jest (bêdzie) w warunkach wystêpowania zagro eñ: t¹paniami, metanowego, klimatycznego, po arowego i wybuchem py³u wêglowego. Zebrane dane pokazuj¹, e rejonów takich jest i bêdzie du o (Trenczek i in. 2008). Najwiêcej takich przypadków jest w aktualnie prowadzonej i planowanej eksploatacji w kopalniach Katowickiego Holdingu Wêglowego (tab. 2), gdzie czêsto wystêpuje najwy - szy poziom zagro eñ t¹paniami, metanowego, klimatycznego i wybuchem py³u wêglowego, przy zró nicowanym poziomie zagro enia po arowego. TABELA 3 Przyk³ady uwarunkowañ zagro eñ skojarzonych w kopalniach KW S.A. TABLE 3 Examples of conditions characterized by associated hazards in collieries of Coal Company plc Lp. Charakterystyka zagro enia œc. 4/ / 405/2wd Nr œciany / pok³ad 407/ 615 œc. 4/ / 405/2wd 407/ 615 J-12/ 713/ Stopieñ zagro enia t¹paniami III III III III III III III Kategoria zagro enia metanowego pok³adu Kategoria pola metanowego rejonu œciany Stopieñ niebezpieczeñstwa wybuchu metanu Kategoria zagro enia wyrzutami gazów i ska³ IV IV IV IV III IV IV IV IV III c c c c c 6. Klasa zagro enia wybuchem py³u wêglowego B B B B B B B 7. Stopieñ zagro enia wodnego I I I I I I I 8. Klasa zagro enia radiacyjnego naturalny-mi substancjami promieniotwórczymi 9. Kategoria zagro enia dzia³aniem py³ów szkodliwych dla zdrowia B B B B B B B 10. Grupa samozapalnoœci wêgla I I V I I V I 11. WskaŸnik samozapalnoœci Sz a [ o C/min] Okres inkubacji po aru [dni] Temperatura pierwotna górotworu [ o C] 37,5 40, ,5 40, WskaŸnik klimatyczny K K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5

10 322 W kopalniach Kompani Wêglowej przewa nie wystêpuj¹ i wystêpowaæ bêd¹ rejony eksploatacji podpoziomowej o zró nicowanych poziomach zagro eñ (tab. 3). Przy czêsto wystêpuj¹cych najwy szych poziomach zagro eñ t¹paniami i klimatycznego inne zagro enia, takie jak na przyk³ad metanowe, wystêpuje w najwy szej kategorii lub wcale. Podobnie z zagro eniem po arami endogenicznego najczêœciej do najni szej grupy, ale bywaj¹ te rejony sklasyfikowane do grupy najwy szej. Z kolei w kopalniach Jastrzêbskiej Spó³ki Wêglowej rzadkoœci¹ jest wystêpowanie III stopnia zagro enia t¹paniami, natomiast czêsto wystêpuje zagro enie wyrzutami metanu i ska³ oraz wystêpuje zazwyczaj najwy szy poziom zagro eñ metanowego i klimatycznego (tab. 4). TABELA 4 Przyk³ady uwarunkowañ zagro eñ skojarzonych w kopalniach JSW S.A. TABLE 4 Examples of conditions characterized by associated hazards in collieries of Jastrzêbska Coal Company plc Lp. Charakterystyka zagro enia H-4/ 409/3 24/505/ 2p.W3 Nr œciany / pok³ad H-2/ 409/3 G-6a/ 409/4 G-4/ 410 B-1/ 406/1 1. Stopieñ zagro enia t¹paniami III II III I I I I Kategoria zagro enia metanowego pok³adu Kategoria pola metanowego rejonu œciany Stopieñ niebezpieczeñstwa wybuchu metanu Kategoria zagro enia wyrzutami gazów iska³ D-6/ 409/4 IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV c c c c c c c ZW MS 6. Klasa zagro enia wybuchem py³u wêglowego B B B B B B B 7. Stopieñ zagro enia wodnego I I I I I I I 8. Klasa zagro enia radiacyjnego naturalnymi substancjami promieniotwórczymi nie zaliczony nie zaliczony ZW MS nie zaliczony ZW MS nie zaliczony ZW MS nie zaliczony ZW MS nie zaliczony ZW MS nie zaliczony 9. Kategoria zagro enia dzia³aniem py³ów szkodliwych dla zdrowia B B B B B B B 10. Grupa samozapalnoœci wêgla I I I I I I I 11. WskaŸnik samozapalnoœci Sz a [ o C/min] Okres inkubacji po aru [dni] Temperatura pierwotna górotworu [ o C] WskaŸnik klimatyczny K K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5 K>1,5

11 Funkcjonalnoœæ monitorowania podpoziomowej eksploatacji Ju tylko na podstawie tych wybranych, nielicznych przyk³adów mo na oceniæ, e sposób monitorowana i zabezpieczania eksploatacji podpoziomowej musi byæ zró nicowany. Funkcjonalnoœæ odpowiedniego systemu, o roboczej nazwie Zintegrowany System Monitorowania Zagro eñ Eksploatacji Podpoziomowej ZSMZ-EP, powinna umo liwiaæ: ci¹g³e monitorowanie parametrów: stanu zainstalowanych w rejonie urz¹dzeñ wentylacyjnych, powietrza, w tym: kierunek i prêdkoœæ przep³ywu, sk³ad i zawartoœæ gazów, temperaturê, wilgotnoœæ oraz ciœnienie, aktywnoœci sejsmicznej rejonu; bie ¹ce obliczanie odpowiednio opracowanych i normatywnych wskaÿników oceny poziomu zagro eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, a tak e t¹paniami, bezpoœrednie i szybkie sterowanie: uk³adami wy³¹czania energii elektrycznej (blokada pracy maszyn), urz¹dzeniami alarmowo-rozg³oszeniowymi (komunikaty ostrzegawcze i ewakuacyjne), podstawowymi i pomocniczymi urz¹dzeniami wentylacyjnymi. Zapewniæ to powinny: lokalny system kontroli zlokalizowany w obrêbie zabezpieczanego rejonu, z nowoczesn¹ struktur¹ modu³owa i odpowiednimi uk³adami wejœæ/wyjœæ oraz odpowiednimi funkcjami pomiarowymi, obliczeniowymi, wizualizacyjnymi i steruj¹cymi zapewniaj¹cymi bezzw³oczn¹ sygnalizacjê ostrzegawcz¹ i alarmow¹, zestaw czujników pomiarowych o dzia³aniu ci¹g³ym oraz urz¹dzeñ sygnalizacyjnych i wy³¹czaj¹cych sterowanych lokalnie i/lub z powierzchni sk³ad zestawu i iloœæ niezbêdnych czujników zale eæ bêd¹ od uwarunkowañ, czyli typu rejonu podpoziomowej eksploatacji, system transmisji, umo liwiaj¹cy przesy³ wybranych danych na powierzchniê i zdalne sterowanie podstawowymi i pomocniczymi urz¹dzeniami wentylacyjnymi. Oprócz uwzglêdniania warunków naturalnych system spe³niaæ musi odpowiednie warunki techniczne. Poniewa zaliczaæ siê on bêdzie do kategorii wyrobów okreœlanych mianem systemów bezpieczeñstwa, to podlegaæ bêdzie procedurze dopuszczenia przez Wy szy Urz¹d Górniczy. System, wchodz¹ce w jego sk³ad urz¹dzenia do³owe i stacyjne oraz oprogramowanie elementów komputerowych bêd¹ musia³y zatem spe³niaæ wymagania odpowiednich aktów prawnych i norm. Podsumowanie Liczba i poziom zagro eñ wystêpuj¹cych w rejonach eksploatacji podpoziomowej wp³ywaj¹ na poziom niebezpieczeñstwa za³ogi w przypadku stanów awaryjnych i krytycznych przewietrzania takiego rejonu.

12 324 Przeprowadzone badania pokaza³y, e w najbli szych latach zwiêkszaæ siê bêdzie liczba œcian prowadz¹cych podpoziomow¹ eksploatacjê pok³adów wêgla kamiennego: w Kompani Wêglowej z aktualnych 19 do 66 planowanych do eksploatacji po 2009 r., w Katowickim Holdingu Wêglowym z aktualnych 15 do 27 po roku 2009, w Jastrzêbskiej Spó³ce Wêglowej z aktualnych 13 do 30 po roku Analiza materia³u badawczego wykaza³a, e pod wzglêdem podobieñstwa cech da siê wyró niæ 13 wariantów wystêpowania pr¹dów schodz¹cych. Najistotniejsze z punktu widzenia podpoziomów s¹ jednak cztery grupy œcian, w których podpoziom wystêpuje: od poziomu udostêpnienia do wlotu rejonu, od wlotu rejonu do wlotu œciany, w œcianie, od wylotu œciany do wylotu rejonu. Zró nicowanemu poziomowi zagro eñ wystêpuj¹cych przy eksploatacji podpoziomowej odpowiadaæ musi ich selektywne monitorowanie i zabezpieczanie. Zintegrowany system pozwalaæ powinien na: ci¹g³e monitorowanie parametrów: stanu zainstalowanych w rejonie urz¹dzeñ wentylacyjnych, powietrza (kierunek, prêdkoœæ, sk³ad, temperatura, wilgotnoœæ, ciœnienie), a tak e aktywnoœci sejsmicznej rejonu, bie ¹ce obliczanie odpowiednio opracowanych i normatywnych wskaÿników oceny poziomu zagro eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, a tak e t¹paniami, bezpoœrednie i szybkie sterowanie: uk³adami wy³¹czania energii elektrycznej (blokada pracy maszyn), urz¹dzeniami alarmowo-rozg³oszeniowymi (komunikaty ostrzegawcze i ewakuacyjne), podstawowymi i pomocniczymi urz¹dzeniami wentylacyjnymi. LITERATURA B u d r y k W., 1954 Odwracanie siê pr¹dów powietrznych w czasie po arów podziemnych i sposoby zapobiegania. Archiwum Górnictwa i Hutnictwa t. II, z. 2. K r o t k i e w s k i W., 1957 Po ar w kopalni Barbara-Wyzwolenie w 1954 r. Materia³y pokonferencyjne nt. Analiza wiêkszych po arów w kopalniach wêgla. SNTIiTG Zarz¹d G³ówny, Katowice. Trenczek S., 2005 Przewietrzanie wyrobisk kopalnianych powietrzem sprowadzanym na upad. Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie nr 12, Trenczek S., Wierzbiñski K., Krzystanek Z., 2006 Zintegrowany system kontrolno-pomiarowy zagro eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo. Czêœæ I. Dokumentacja Centrum EMAG pracy badawczej nr : Badania wspólne sieci naukowej Zintegrowany Instytut Naukowo Technologiczny etap 3. Katowice, grudzieñ 2006, niepublikowana. Trenczek S., 2007a Przewietrzanie schodz¹cymi pr¹dami powietrza identyfikacja pojêæ. Górnictwo i Geologia, t. 2, z. 2, s , Pol. Œl., Gliwice. Trenczek S., 2007b Eksploatacja podpoziomowa zmiany uwarunkowañ. Górnictwo i Geologia, t. 2, z. 4, , Pol. Œl., Gliwice. Trenczek S., Wierzbiñski K., Krzystanek Z., Tejszerski J., 2007 Zintegrowany system kontrolno-pomiarowy zagro eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo. Czêœæ II. Dokumentacja Centrum EMAG pracy badawczej nr : Badania wspólne

13 325 sieci naukowej Zintegrowany Instytut Naukowo-Technologiczny etap 7. Katowice, grudzieñ 2007, niepublikowana. Trenczek S., Wierzbiñski K., Krzystanek Z., 2008 Uwarunkowania œcian wybieranych podpoziomowo w aspekcie ich monitorowania i zabezpieczania za³ogi. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Œrodowisko. Wydanie Specjalne Nr 1/2008, WYBRANE UWARUNKOWANIA EKSPLOATACJI PODPOZIOMOWEJ W ŒWIETLE BADAÑ S³owa kluczowe Górnictwo, warunki geologiczo-górnicze, eksploatacja podpoziomowa, zagro enia naturalne Streszczenie W stanach awaryjnym i krytycznym przewietrzania rejonów eksploatacji podpoziomowej mo e dojœæ do wzrostu takich zagro eñ, jak wentylacyjno-gazowego, klimatycznego, metanowego, czy zagro enia po arem endogenicznym. Zarz¹dzanie bezpieczeñstwem wymaga odpowiedniego sposobu monitorowania takiego rejonu i zabezpieczania zatrudnionej tam za³ogi. Prace badawcze, o tytule Zintegrowany systemem kontrolno-pomiarowym zagro eñ: wentylacyjnego, metanowego i po arowego, w rejonach œcian wybieranych podpoziomowo podjêto w ramach Zintegrowanego Instytutu Naukowo-Technologicznego. Dokonano ogólnej analizy warunków eksploatacji (podzielonych na cztery charakterystyczne grupy) dla prowadzonej, jak i planowanej eksploatacji. ¹cznie uzyskano bazê z danymi o 170 rejonach, w tym o 47 œcianach aktualnie prowadz¹cych podpoziomow¹ eksploatacjê (KW 19, KHW 15 i JSW 13 œcian) oraz o 123 œcianach, w których eksploatacja podpoziomowa jest planowana (KW 66, KHW 27 i JSW 30 œcian), co pozwala j¹ uznaæ jako reprezentatywn¹ dla kopalñ wêgla kamiennego w Polsce. Z analizy ró norodnej charakterystyki rejonów podpoziomowej eksploatacji omówiono kilka. Wyszczególniono cztery przedzia³y g³êbokoœci podpoziomowej eksploatacji i piêæ ich typów zale noœci od przedzia³u zakresu rozpiêtoœci podpoziomu (rys. 1). Okreœlono te cztery podstawowe rodzaje pr¹dów schodz¹cych oraz 13 wariantów rejonów eksploatacyjnych odprzynale nychdojednegotylkorodzajudoprzynale nego do wszystkich czterech (tab. 1). Wyszczególniono najbardziej niebezpieczne rejony œcian, w których eksploatacja podpoziomowa prowadzona jest (bêdzie) w warunkach wspó³wystêpowania zagro eñ: t¹paniami, metanowego, klimatycznego, po arowego i wybuchem py³u wêglowego. Zebrane dane pokazuj¹, e rejonów takich jest i bêdzie du o. Najwiêcej takich przypadków jest w aktualnie prowadzonej i planowanej eksploatacji w kopalniach KHW (tab. 2), gdzie czêsto wystêpuje najwy szy poziom zagro eñ t¹paniami, metanowego, klimatycznego i wybuchem py³u wêglowego, przy zró nicowanym poziomie zagro enia po arowego. W kopalniach KW przewa nie wystêpuj¹ i wystêpowaæ bêd¹ rejony eksploatacji podpoziomowej o zró nicowanych poziomach zagro eñ (tab. 3). Przy czêsto wystêpuj¹cych najwy szych poziomach zagro eñ t¹paniami i klimatycznego inne zagro enia, takie jak na przyk³ad metanowe, wystêpuje w najwy szej kategorii lub wcale. Podobnie z zagro eniem po arami endogenicznego najczêœciej do najni szej grupy, ale bywaj¹ te rejony sklasyfikowane do grupy najwy szej. Z kolei w kopalniach JSW rzadkoœci¹ jest wystêpowanie III stopnia zagro enia t¹paniami, natomiast czêsto wystêpuje zagro enie wyrzutami metanu i ska³ oraz wystêpuje zazwyczaj najwy szy poziom zagro eñ metanowego i klimatycznego (tab. 4). Zró nicowanemu poziomowi zagro eñ odpowiadaæ musi ich selektywne monitorowanie. Dotyczy to miêdzy innymi parametrów stanu zainstalowanych w rejonie urz¹dzeñ wentylacyjnych, parametrów powietrza (kierunek, prêdkoœæ, sk³ad, temperatura, wilgotnoœæ, ciœnienie), aktywnoœci sejsmicznej rejonu oraz bie ¹cego obliczania odpowiednio opracowanych i normatywnych wskaÿników oceny poziomu zagro eñ wentylacyjnego, metanowego i po arowego, a tak e t¹paniami. Tego typu zintegrowany system pozwalaæ powinien na bezpoœrednie i szybkie sterowanie: uk³adami wy³¹czania energii elektrycznej (blokada pracy maszyn), urz¹dzeniami alarmowo-rozg³oszeniowymi (komunikaty ostrzegawcze i ewakuacyjne), podstawowymi i pomocniczymi urz¹dzeniami wentylacyjnymi.

14 326 SELECTED ASPECTS OF SUBLEVEL EXTRACTION IN TERMS OF RECENT INVESTIGATIONS Key words Mining industry, geological and mining conditions, underlevel minig, mining natural hazards Abstract Some emergency or critical ventilation conditions in the regions of sublevel extraction may lead to increase of mining hazards associated with insufficient disposal of adverse gases, unfavourable changes of climate in excavations, methane buildup or risk of an endogenous fire. Safety management in coal mines imposes the need to apply adequate monitoring methods for such hazardous areas and providing safety to miners who work there. The research studies, entitled The integrated control and measurement system for monitoring of ventilation, methane and fire hazards in regions of longwalls with sublevel extraction were launched within the Integrated Scientific and Technological Institute. The studies encompassed overall analysis of operating conditions (classified into four characteristic groups) for both the mining extractions that are in progress and those that are anticipated in future. Eventually, the database with information about 170 regions has been obtained, including 47 longwalls where sublevel extraction is currently in progress (KW - The Coal Company 19 longwalls, KHW Coal Holding of Katowice 15 longwalls and JSW - Jastrzêbska Coal Company 13 longwalls) as well as 123 longwalls where sublevel extraction is anticipated (KW 66, KHW 27 and JSW 30 longwalls). Therefore, the database can be considered as a representative image of the Polish mining industry. Wide variety of regions with sublevel extraction was subject to versatile analysis, but few of them were discussed in details. The applied classification made it possible to distinguish four depth ranges of sublevel extraction and five types of such excavations, depending on the size and span of sublevels (Fig. 1). Consequently, the most hazardous regions of longwalls could be found out, where sublevel extraction is or shall be carried out under hazardous conditions due to the effect of rock bumps, methane infiltration, detrimental climate, possible fires or coal dust explosions. The collected results give the evidence that such hazardous regions are pretty numerous and the same seems to be expected in future as well. The highest number of such cases associated with current and anticipated coal extraction falls to collieries of KHW Coal Holding of Katowice (Table 2) where the highest level of rock bumping, climatic and coal dust explosion hazards simultaneously occur with variable level of fire hazards. The sublevel extraction regions in collieries of KW (The Coal Company) are endangered by wide variety of differentiated levels of hazards (Table 3). Highest levels of threats due to rock bumps and unfavourable climatic conditions are accompanied by e.g. the methane hazard that may be classified to the highest category or may sometimes never occur. Similarly, hazards of endogenous fires are usually rated to the group of lowest hazard but there are extraction regions where such hazards are extremely high. On the other hand, in collieries operated by the Jastrzêbska Coal Company the 3 rd degree of rock bump hazard is really rare, but these are intensely endangered to methane and rock outbursts and rated to the highest class of methane and climatic hazards (Table 4). Variable levels of mining hazards induce the obligation to keep on selective monitoring of individual threats. The monitoring and supervision scope must comprise parameters and status of ventilating equipment, installed and operated in hazardous regions as well as air parameters (flow direction, composition, temperature, humidity, pressure) in order to continuously calculate relevant and standardized indices for evaluation of ventilation, methane and fire hazards. Seismic activity within the region must be constantly monitored to predict possible rock bumps. All these activities make up an integrated control and measurement system that should make it possible to swiftly react to possible hazards and perform relevant control operations, such as electric power cutoff (immediate stoppage and interlock of machine operation), activation of alarm and annunciator systems (warning and evacuation messages) and emergency switchovers of basic and auxiliary ventilation equipment.