KARTA SCENARIUSZY ROZWOJU TECHNOLOGICZNEGO MECHANIZACJA TECHNLOGIE PODSTAWOWE MECHANIZACJA TECHNOLOGII KLIMATYZACJA KOPALŃ

Transkrypt

1 KARTA SCENARIUSZY ROZWOJU TECHNOLOGICZNEGO MECHANIZACJA TECHNLOGIE PODSTAWOWE MECHANIZACJA TECHNOLOGII KLIMATYZACJA KOPALŃ SYMBOL IK/S 1. WYRÓśNIKI SYSTEMU MASZYNY I URZĄDZENIA: klimatyzacja lokalna, klimatyzacja grupowa, klimatyzacja centralna. 2. SZKIC Przykład klimatyzacji lokalnej 3. OPIS TECHNOLOGII Przykład klimatyzacji centralnej Charakterystyka stanu obecnego /w Polsce i za granicą/ Górnictwo światowe Obecnie stosuje się urządzenia klimatyzacyjne w wielu kopalniach podziemnych na całym świecie. Najbardziej zaawansowaną technikę klimatyzacji kopalń reprezentuje górnictwo złota w Republice Południowej Afryki oraz górnictwo węglowe w Niemczech. W początkowym okresie wprowadzania klimatyzacji do kopalń stosowano urządzenia lokalne o małych mocach chłodniczych. Znajdowały one głównie zastosowanie do chłodzenia powietrza w poszczególnych przodkach drąŝonych wyrobisk korytarzowych i w przodkach eksploatacyjnych. JeŜeli zachodzi konieczność chłodzenia duŝej ilości miejsc pracy na dole kopalni to coraz częściej znajdują zastosowanie centralne urządzenia chłodnicze, których maszyny chłodnicze ustawione są

2 centralnie pod ziemią lub na powierzchni. W technice klimatyzacji kopalń występują obecnie dwie tendencje: stosowanie klimatyzacji lokalnej lub centralnej kombinowanej, stosowanie klimatyzacji centralnej poprzez instalowanie duŝych maszyn klimatyzacyjnych na powierzchni i transportujących zimno na dół. Z doświadczeń niemieckich wynika, Ŝe w kopalniach o duŝym zagroŝeniu temperaturowym proces wprowadzania klimatyzacji przechodzi zasadniczo przez trzy etapy: 1. Klimatyzacja indywidualna W pierwszym etapie klimatyzacji zapotrzebowanie na moc chłodniczą w kopalni na ogół nie przekracza 2 MW. Stosuje się wówczas niestacjonarne urządzenia chłodnicze bezpośredniego działania, których moc jednostkowa nie przekracza 300 kw. 2. Klimatyzacja zdecentralizowana W drugim etapie klimatyzacji zapotrzebowanie na moc chłodniczą w kopalni na ogół wynosi od 2 MW do 6 MW. Dla wytworzenia takiej mocy chłodniczej stosuje się stacjonarne agregaty o mocy 0,5 do 3 MW chłodzące wodę, która rurociągami przesłana jest do lokalnych chłodnic powietrza. Zapotrzebowanie takiego rozwiązania w kopalniach o duŝym zapotrzebowaniu mocy chłodniczej obniŝa w znaczny sposób koszt wytworzenia 1 kw mocy chłodniczej. 3. Klimatyzacja scentralizowana W trzecim etapie klimatyzacji, gdy zapotrzebowanie na moc chłodniczą przekracza wartość 6 MW w kopalni jest stosowana klimatyzacja centralna. Jest to połączenie agregatów pracujących dotychczas w układzie zdecentralizowanym, w jeden system który za pomocą sieci rurociągów izolowanych dostarcza zimną wodę do urządzeń chłodzących powietrze w całej kopalni. Ciepło z wyrobisk odprowadzane jest wodą do wysokociśnieniowego wymiennika lub trójkomorowego podajnika rurowego. Stąd rurociągiem szybowym za pośrednictwem powierzchniowych chłodnic wody ciepło oddawane jest do powietrza atmosferycznego. Zastosowanie takiego rozwiązania obniŝa w znaczny sposób koszt wytworzenia jednostkowej mocy chłodniczej, a w szczególności poprzez moŝliwość zastosowania skojarzonej gospodarki energetyczno-cieplnej. Górnictwo węgla kamiennego dysponuje obecnie rozwiązaniami zapewniającymi stosunkowo efektywne chłodzenie wyrobisk, jednakŝe schodzenie na niŝsze poziomy z eksploatacją wiąŝe się z intensyfikacją zagroŝenia temperaturowego. Wobec powyŝszego naleŝy zintensyfikować i przyspieszyć badania nad skutecznymi urządzeniami klimatyzacyjnymi i doprowadzić je do szybkiego wdroŝenia.

3 Górnictwo polskie W ostatnich latach zaobserwowano w niektórych kopalniach zainteresowanie zapewnienia załogom górniczym ścianowym i wykonującym wyrobiska korytarzowe normalnego czasu pracy, to jest temperatury powietrza poniŝej 28ºC, co wymaga zastosowania urządzeń chłodniczych o wysokich mocach chłodniczych. Bardzo duŝe zagroŝenia klimatyczne występują w kopalniach: Bielszowice, Pokój, Szczygłowice, Wujek Śląsk, Borynia, Halemba, Zofiówka, Budryk, Sośnica- Makoszowy, Rydułtowy Anna, Pniówek, Knurów i JAS-MOS. Obecnie łączna moc urządzeń chłodniczych pracujących w kopalniach węgla kamiennego wynosi ponad 50 MW. Największą ilość stanowią lokalne urządzenia chłodnicze dostarczone przez niemieckie firmy GFW (obecnie WAT) przede wszystkim typu DV-290, nieistniejącą firmę Wende-Malter przede wszystkim typu LKM 290 oraz polskie firmy: Termospec przede wszystkim typu TS-300 oraz Wytwórnię Urządzeń Chłodniczych w Dębicy oferującą urządzenia typu GUC. Całkowita moc lokalnych urządzeń chłodniczych będąca do dyspozycji kopalń węgla kamiennego wynosi ponad 42 MW. Oprócz lokalnych urządzeń chłodniczych od 2000 r. w KWK Pniówek istnieje klimatyzacja centralna o mocy chłodniczej 5 MW (6,4 MW energii elektrycznej i 7,4 MW energii cieplnej), wyposaŝona w nowoczesny energetyczny układ trigeneracyjny, polegający na wytwarzaniu trzech róŝnych form energii (cieplnej, chłodniczej i elektrycznej z jednego głównego gazowego źródła metanu). Instalacja skojarzonego układu energetyczno-chłodniczego w KWK Pniówek jest pierwsza tego typu instalacją w Polsce z zastosowaniem silnika gazowego, który umoŝliwia wytwarzanie tzw. ciepła nisko i wysokotemperaturowego. NaleŜy równieŝ nadmienić, Ŝe w 2004 r. w KWK Zofiówka oddano do eksploatacji klimatyzację grupową o mocy 3 tys. kw. Scenariusz rozwoju mechanizacji do roku 2020, w tym: Ewolucja od stanu obecnego do docelowego W oparciu o analizę stanu aktualnego i doświadczenia światowego górnictwa, prognozuje się następujące perspektywy w zakresie rozwoju klimatyzacji w polskich kopalniach węgla kamiennego: dalszy wzrost zastosowania w kopalniach urządzeń chłodniczych o zdolności chłodniczej do kw o działaniu bezpośrednim i zasięgu obejmującym pojedyncze wyrobiska chodnikowe i ścianowe, dynamiczny wzrost stosowania w kopalniach urządzeń chłodniczych o zdolności chłodniczej od kw o działaniu pośrednim i zasięgu obejmującym grupy

4 wyrobisk chodnikowych i ścianowych, ograniczone wprowadzanie klimatyzacji centralnej o róŝnych konfiguracjach w zaleŝności od potrzeb i moŝliwości inwestycyjnych kopalń, zdecydowane podjęcie działań w kierunku klimatyzacji stanowisk pracy np. wprowadzanie chłodnic powietrza do ścian, kabin klimatyzacyjnych, coraz szersze wprowadzanie urządzeń chłodniczych specjalnych takich jak: komory zraszania, lutniociągi chłodnicze, pneumatyczne urządzenia chłodnicze i urządzenia chłodnicze wykorzystujące mieszaniny lodowo-wodne, które posiadają nieraz bardzo duŝą efektywność chłodniczą. Czynniki warunkujące rozwój Na mikroklimat na stanowisku pracy w górnictwie podziemnym istotny wpływ mają następujące czynniki: temperatura powietrza, wilgotność powietrza, prędkość powietrza, promieniowanie cieplne. W ostatnich latach w polskim górnictwie podziemnym, zwłaszcza węgla kamiennego, wystąpiło znaczne pogorszenie cieplnych warunków pracy spowodowane przede wszystkim: pogarszającymi się warunkami geologiczno-górniczymi wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji i przyrostem temperatury pierwotnej skał, koncentracją produkcji powodującą zwiększenie strumienia ciepła z urobku i górotworu oraz od skumulowanej duŝej mocy urządzeń, współwystępującymi zagroŝeniami naturalnymi (metanowe, poŝarowe), niedostatecznym zakresem zastosowania kompleksowej prewencji wentylacyjnochłodniczej. Opanowanie trudnych warunków klimatycznych w kopalniach podziemnych będzie moŝliwe jedynie poprzez kompleksowe zastosowanie wielu środków technicznych, w tym szczególnie: ograniczenia wilgotności powietrza kopalnianego, intensywnej wentylacji wyrobisk, stosowania klimatyzacji (lokalnej, grupowej, centralnej). Wprowadzenie do kopalń klimatyzacji jest przedsięwzięciem kosztownym, zarówno w zakresie

5 nakładów inwestycyjnych i kosztów ruchowych. Dlatego problem klimatyzacji odgrywa bardzo istotna rolę przy podejmowaniu decyzji o celowości eksploatacji złóŝ na duŝych głębokościach z zastosowaniem klimatyzacji. Odniesienie do kryteriów ogólnych i szczegółowych, tj.: Bezpieczeństwo ZagroŜenia klimatyczne w polskich kopalniach węgla kamiennego w najbliŝszych latach będzie wzrastać, co wiąŝe się przede wszystkim z: wzrostem głębokości na jakiej prowadzone są roboty górnicze, gdzie występuje coraz wyŝsza temperatura pierwotna skał, rosnącą koncentracją produkcji i związaną z tym większą mocą zainstalowanych urządzeń energo-mechanicznych. W związku z tym, Ŝe polskie kopalnie węgla kamiennego będą prowadziły eksploatację na duŝych głębokościach, zapewnienie prawidłowych warunków klimatycznych będzie podstawowym czynnikiem decydującym o wynikach techniczno-ekonomicznych i bezpieczeństwie pracy. Ochrona środowiska NaleŜy dąŝyć do wycofywania z eksploatacji tych urządzeń chłodniczych, których freony zawierają chlor, zastępując je urządzeniami, w których zastosowano freony ekologiczne (np. azotropowe lub zeotropowe). ZrównowaŜony rozwój Rozwój technologiczny urządzeń chłodniczych wpisuje się w zrównowaŝony rozwój regionu. Zastosowanie zaawansowanych technologii przyjaznych środowisku naturalnemu i poprawiających warunki pracy wymaga zatrudnienia specjalistów o wysokich kwalifikacjach. RównieŜ prowadzenie prac badawczo-rozwojowych przyczyni się do wzrostu konkurencyjności polskich urządzeń, przez co zwiększą się obroty producentów. W dalszej konsekwencji nastąpi wzrost zatrudnienia. Skuteczność MoŜliwość zastosowania klimatyzacji grupowej w przypadku pogarszających się warunków geotermicznych w drąŝonych chodnikach i eksploatowanych wyrobiskach ścianowych umoŝliwia: większą elastyczność w dysponowaniu mocą chłodniczą (agregaty chłodnicze zlokalizowane w jednym miejscu umoŝliwiają dystrybucję mocy chłodniczej do

6 odpowiednich partii złoŝa), eksploatację agregatów chłodniczych, przy załoŝonej mocy chłodniczej w dłuŝszym okresie czasu (bez konieczności zmiany lokalizacji tych agregatów), zrzut ciepła skraplania z agregatów chłodniczych bezpośrednio do szybu wentylacyjnego z pominięciem innych wyrobisk. Efektywność Efektem ekonomicznym stosowania klimatyzacji w kopalniach jest obniŝenie średniego jednostkowego kosztu wydobycia w wyniku wydłuŝenia efektywnego czasu pracy i związanego z tym zwiększenia wydobycia. Poprawę efektywności ekonomicznej uzyskuje się w przodkach eksploatacyjnych i przygotowawczych wyposaŝonych w układy klimatyzacyjne, w których prognozuje się wystąpienie temperatury wyŝszej od 28ºC. Parametry technologiczne charakteryzujące rozwój, tj.: Potencjał techniczny na poszczególnych etapach rozwoju 1) Wprowadzenie nowych rozwiązań urządzeń chłodniczych w górnictwie zwanych urządzeniami specjalnymi; takich jak: komory zraszania, lutniociągi chłodnicze, pneumatyczne urządzenia chłodnicze i urządzenia chłodnicze wykorzystujące mieszaniny lodowo-wodne, które posiadają nieraz bardzo duŝą efektywność chłodniczą ( r.) 2) Poprawa efektywność urządzeń chłodniczych pracy poprzez racjonalne wykorzystanie mocy chłodniczej oraz wprowadzenie nowoczesnych rozwiązań w zakresie optymalnego rozprowadzenia ochłodzonego powietrza w wyrobiskach górniczych ( r.) 3) Prowadzenie prac nad kompaktowym systemem klimatyzacji ( r.) ze szczególnym uwzględnieniem: moŝliwości stopniowej rozbudowy i likwidacji w zaleŝności od zapotrzebowania na moc chłodniczą i moŝliwości finansowania inwestycji przez kopalnię, szerokiej moŝliwości w zakresie regulacji mocy chłodniczej oraz charakteryzującą się wysoką pewnością ruchu, Poprawa bezpieczeństwa W wielu kopalniach podziemnych zachodzi potrzeba stosowania urządzeń chłodniczych centralnych duŝej mocy od kilku do nawet kilkudziesięciu MW. Przed podjęciem decyzji o zastosowaniu klimatyzacji grupowej bądź centralnej naleŝy: wykonać prognozę klimatyczną,

7 określić zapotrzebowanie na moc chłodniczą ścian i drąŝonych wyrobisk korytarzowych, opracować koncepcje klimatyzacji kopalń. W kopalniach charakteryzujących się bardzo trudnymi warunkami klimatycznymi posiadającymi lokalne urządzenia chłodnicze o łącznej mocy ok. 2 MW w oparciu o harmonogramy biegu ścian i drąŝenia wyrobisk korytarzowych oraz zapotrzebowania na moc chłodniczą naleŝy rozwaŝyć zastosowanie klimatyzacji grupowej. Przewiduje się, Ŝe do 2015 roku zapotrzebowanie kopalń na moc chłodniczą zwiększy się o ponad 60%. Kierunki prac badawczo-rozwojowych gwarantujące rozwój technologii 1. Dalsze prace nad opracowaniem i wdroŝeniem sposobu przewietrzania wyrobisk eksploatacyjnych, sprzyjającego korzystnym warunkom wentylacyjnym i klimatycznym w tej części wyrobiska, gdzie prowadzone są roboty. 2. Poprawa gospodarki powietrzem, próby określenia niezbędnej ilości powietrza w celu zapewnienia wymaganych warunków klimatycznych i wentylacyjnych przy mniejszych wydatkach powietrza przepływającego przez szyby i przez wyrobiska. 3. Opracowanie koncepcji przewietrzania i klimatyzacji w obrębie wyrobisk eksploatacyjnych zmierzającej do uzyskania zakładanych efektów przy moŝliwie małej mocy chłodniczej. 4. Opracowanie koncepcji i projektu centralnego układu klimatyzacji ze szczególnym uwzględnieniem energetycznej i ekonomicznej optymalizacji układu.