105 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 3 (76) 2015, s. 105-114 Analiza wentylacyjna wykorzystania projektowanych otworów wielkośrednicowych jako wspomagającej drogi doprowadzenia powietrza do wyrobisk kopalni Sławomir Fabich 1), Franciszek Rosiek 2), Marek Sikora 2), Jacek Urbański 2), 1) KGHM CUPRUM sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław s.fabich@cuprum.wroc.pl 2) Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Wrocław Streszczenie Przedstawiono efekty wentylacyjne zastosowania projektowanych otworów wielkośrednicowych dla prowadzenia powietrza na odcinku pokładu solnego, w czasie prowadzenia przebudowy szybu, w jego części przechodzącej przez ten pokład. Szybem ma dopływać do kopalni ok. 70 000 m 3 /min powietrza świeżego, z prędkością ok. 27 m/s. Podczas remontu solnego odcinka szybu prędkość przepływu powietrza musi być ograniczona do ok. 4 m/s, ilość powietrza w szybie nie może przekroczyć 10 000 m 3 /min. Pozostałą część powietrza planuje się doprowadzić do kopalni otworami wielkośrednicowymi. Analizie wentylacyjnej poddano różne modele dopływu powietrza do wyrobisk podszybia, wpływ zmian przekroju szybu na pracę zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów oraz wpływ wykonania dwóch lub czterech otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy pełnej drożności wentylacyjnej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku solnym do 10 000 m 3 /min. Słowa kluczowe: wentylacja kopalń głębokich, otwory wielkośrednicowe, analiza wentylacyjna Ventilation analysis of possible usage of designed raisebores as an additional air supply to mine workings Abstract In this paper, the usage of the designed raisebores as an additional road of air, during the reconstruction of the shaft in rock salt interval, was shown. The amount of the air that has to be delivered to the mine through the shaft is approx. 70000 m 3 /min, and the velocity of the air is up to about 27 m/s. During the reconstruction of the shaft the air velocity has to be reduced to approx. 4 m/s, which means that the amount of air that flaws through the shaft must not exceed 10000 m 3 /min. The remaining amount of air has to be delivered other way. Raisbores were chosen as an option. The analyses were performed to determine the influence of changing the shaft diameter onto the underground fan station, with two or four raisebores included. Those analyses were done for two main shaft configurations: with full patency of the ventilation shaft, and with reducing the amount of air flowing into the shaft (in rock salt depth interval) to 10000 m 3 /min. Key words: deep mine ventilation, raisebores, ventilation analysis
106 Wstęp Idea zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów kopalń LGOM była analizowana od wielu lat. Już w 1978 r. [3] została przedstawiona możliwość budowy szybów o zmiennej średnicy. Proponowano wówczas, aby szyby wykonywać w dwóch średnicach: mniejszej (7,5 m), w części szybu, która była wykonywana w obudowie tubingowej (strefa mrożeniowa) oraz większej, w obudowie betonowej, poniżej tej strefy. Takie rozwiązanie miało zmniejszyć opór aerodynamiczny szybu i umożliwiać zwiększenie ilości powietrza płynącego szybem, przy tych samych parametrach wentylatora. Kolejno w pracach [5-7] badano możliwość optymalizacji oporów takich szybów oraz dalsze zwiększenie ich przepustowości wentylacyjnej, w części o mniejszej średnicy, poprzez wykonanie otworów wielkośrednicowych obok szybu, którymi płynęłaby część powietrza do dolnej części szybu o większej średnicy. Badano również wielkości dyssypacji energii w takich szybach i jej wpływ na zużycie energii przez stacje wentylatorowe. Mimo oczywistych efektów takich rozwiązań, nie zostały one zastosowane w żadnym z nowych szybów w kopalniach LGOM. Najprawdopodobniej wynikało to ze względów technicznych i braków w ówczesnym czasie możliwości precyzyjnego wykonywania otworów wielkośrednicowych kilkuset metrowej długości. Idea ułatwienia dopływu powietrza na coraz większe głębokości przy mniejszym zużyciu energii pojawia się jednak nadal i jednym z możliwych rozwiązań jest wykorzystanie otworów wielkośrednicowych, jako wspomagającej drogi doprowadzenia świeżego powietrza do wyrobisk kopalni. Rozwiązanie to jest niezwykle istotne przy przepływie szybem dużych ilości powietrza, w warunkach gdy zaistnieje konieczność dłuższego wyłączenia jego części, np. na czas remontu obudowy, a w przypadku szybu na odcinku soli kamiennej, zabezpieczonego obudową podatną, na czas jego przebudowy. Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośrednicowych stwarza możliwość przejęcia przez nie części powietrza, dzięki czemu będzie istniała możliwość ograniczenia wielkości przepływu powietrza na odcinku poddanym przebudowie. W niniejszym artykule przedstawiona została analiza opisująca skutki wentylacyjne takiego rozwiązania. 1. Założenia Szyb SW-4 położony jest w obszarze złoża, w którym występuje warstwa soli kamiennej o miąższości około 156 m, zalegająca w przedziale głębokości od 1026 do około 1182 m. Szyb ten na całym odcinku, z wyjątkiem odcinka w soli kamiennej, ma średnicę 7,5 m, przy czym podstawową obudową szybu w strefie poddawanej mrożeniu jest obudowa tubingowa, zaś poniżej betonowa. Na odcinku soli kamiennej średnica nominalna szybu wynosi 10,0 m, przy czym obudową zabezpieczającą wyłom solny jest obudowa powłokowa z tworzywa sztucznego, wzmocniona obudową stalową, kołową, podatną wykonaną z profili stalowych V25, w rozstawie odrzwi co 0,75 m. Rodzaj zastosowanej obudowy w powiązaniu z reologicznymi własnościami soli kamiennej powodują, że wyłom szybowy ulega stopniowemu zaciskaniu. W związku z powyższym każdorazowo, gdy szyb na odcinku solnym osiągnie średnicę 8,0-8,5 m realizowana będzie jego przebudowa [1, 2]. Szyb SW-4 jest szybem z funkcją wentylacyjną, dostarcza do wyrobisk kopalni świeże powietrze. Docelowo zakłada się, że szybem tym będzie płynęło do kopalni 1,2 tys. m 3 świeżego powietrza na sekundę (72 tys. m 3 /min), co daje maksymalną
107 prędkość przekraczającą 27 m/s. W czasie prowadzenia prac związanych z przebudową odcinka solnego szybu, prędkość powietrza na odcinku przebudowywanym nie powinna przekraczać 4 m/s, a zatem ilość powietrza płynącego remontowanym odcinkiem szybu nie może przekroczyć 180 m 3 /s (około 10 tys. m 3 /min). Przeprowadzona analiza zakłada, że pozostała ilość powietrza, tj. 62 tys. m 3 /min, będzie doprowadzona do wyrobisk podszybia otworami wielkośrednicowymi, wykonanymi pomiędzy wlotami poz. 1015 a 1209 m (rys. 1). Założono, że otwory te, o średnicy 3,6 m, bez obudowy, wykonywane będą techniką raise boring. Rys. 1. Schemat alternatywnego wprowadzania powietrza do wyrobisk podszybia Analizie wentylacyjnej poddano różne modele dopływu powietrza do wyrobisk podszybia. Szczegółowo przeanalizowano wpływ zmian przekroju szybu na pracę zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów, a następnie wpływ wykonania dwóch lub czterech otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy pełnej drożności wentylacyjnej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku solnym do maks. 10 tys. m 3 /min. 2. Wyznaczenie oporu szybu oraz projektowanych otworów wiertniczych w oparciu o wzory empiryczne Opory aerodynamiczne zarówno szybu, jak i projektowanych otworów wiertniczych wyznaczono w oparciu o dane literaturowe [4, 8, 9, 10] oraz wcześniej przeprowadzone pomiary w innych szybach.
108 Projektowany opór dowolnego wyrobiska górniczego można wyznaczyć ze wzoru: BL (1) A R 3 gdzie: R opór wyrobiska, Ns 2 /m 8, współczynnik oporu aerodynamicznego wyrobiska (szybu, otworu), Ns 2 /m 4, B obwód wyrobiska, m, L długość wyrobiska, m, A pole powierzchni przekroju poprzecznego wyrobiska, m 2. Dla szybów bez wyposażenia, wykonanych w obudowie betonowej proponuje się przyjmowanie [1, 2] wartości współczynnika oporu aerodynamicznego = 0,002 Ns 2 /m 4, a dla szybów w obudowie tubingowej = 0,0085 Ns 2 /m 4. Korzystając ze wzorów podanych w [1], można wartości współczynników oporu wyznaczyć dokładniej (w układzie SI [Ns 2 /m 4 ]): dla obudowy betonowej: 4 147 10 9,81 (2) 2 D 1,74 2log 2 d o dla obudowy tubingowej: 4 1 10 9,81 (3) 2 2A 0,151 0,22 log Bl gdzie oznaczenia jak we wzorze (1) oraz: D średnica szybu, m, d o średnia wielkość występów obudowy (chropowatość bezwzględna), m, l odległość między środkami żeber obudowy tubingowej, m. Dla szybu o średnicy D = 7,5 m wyznaczone (2) wartości współczynników oporu aerodynamicznego wynoszą odpowiednio = 0,00478 Ns 2 /m 4 (dla chropowatości bezwzględnej 5 cm) oraz dla szybu w obudowie tubingowej = 0,00307 Ns 2 /m 4 (dla odległości między żebrami tubingów 0,5 m). Z przeprowadzonych wcześniej pomiarów oporu w wykonanym szybie, przy założeniu, że chropowatość bezwzględna obudowy betonowej szybu na odcinku 428,5 m wynosi 0,05 m, uzyskano współczynnik oporu = 0,00478 Ns 2 /m 4, natomiast dla obudowy tubingowej (na długości szybu 598,5 m) współczynnik oporu wynosi = 0,009 Ns 2 /m 4. Podobne wartości współczynników przyjęto dla nowego szybu. Zgodnie z danymi projektowymi szyb ten, o średnicy 7,5 m, na odcinku 665,3 m jest wykonany w obudowie tubingowej, zaś na odcinku 361 m w obudowie betonowej. Na poziomie 1015 m wykonane zostały wloty do celów połączenia szybu z planowanymi do wykonania, w okresie późniejszym, lunetami wentylacyjnymi. Poniżej, w warstwie soli kamiennej, na odcinku 155,7 m szyb o średnicy 10,0 m wykonany został w obudowie
109 powłokowej, wzmocnionej pierścieniami stalowymi z profili V25 w rozstawie co 0,75 m. Na poziomie 1209 m wykonano wloty zasadnicze do wyrobisk podszybia. Jak już wspomniano, przed zabudową pierścieni, lico solne zostało zabezpieczone obudową powłokową z tworzywa sztucznego z siatką z tego samego materiału. Z uwagi na własności reologiczne warstwy solnej szyb na tym odcinku ulega zaciskaniu i po osiągnięciu średnicy 8,0-8,5 m ma być przebudowywany ponownie do średnicy 10,0 m. Przyjmując powyższe założenia, uzyskano następujące wartości oporów poszczególnych odcinków szybu: szyb o średnicy 7,5 m (odcinek ~1054 m) R = 0,0021216 Ns 2 /m 8, szyb o średnicy 10,0 m na odcinku soli kamiennej R = 0,0001412 Ns 2 /m 8, szyb o średnicy 8,0 m na odcinku soli kamiennej R = 0,0003282 Ns 2 /m 8, przy czym biorąc pod uwagę odległość między środkami żeber obudowy tubingowej (0,5 m) i ich wysokość (0,14 m) oraz odległość między środkami pierścieni stalowych (0,75 m) i wysokość profili V25 (0,18 m), przyjęto dla obu przypadków ten sam współczynnik oporu aerodynamicznego = 0,009 Ns 2 /m 4. Otwory wiertnicze o średnicy 3,6 m będą wykonane metodą raise boring. Będą miały długość ok. 190 m, przy czym 156 mb. otworu będzie wykonane w soli, a pozostałe w skałach otaczających (głównie anhydryty). Przyjęto, że dla obu odcinków współczynnik oporu aerodynamicznego będzie wyznaczany wg wzoru (1), przy czym dla skał chropowatość bezwzględna będzie wynosić 2 cm, a dla soli 1 cm. Dla średnicy 3,6 m współczynnik oporu aerodynamicznego otworu w skałach będzie miał wartość = 0,0045183 Ns 2 /m 4, a dla soli = 0,0036898 Ns 2 /m 4. Przy zaciśniętym otworze do średnicy 3,0 m współczynnik ten będzie miał wartość = 0,0038841 Ns 2 /m 4. Dla tak przyjętych wartości współczynników oporu aerodynamicznego opory otworów wiertniczych będą miały wartości: dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w skałach R = 0,0014551 Ns 2 /m 8, dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w soli R = 0,00617924 Ns 2 /m 8, dla odcinka o średnicy 3,0 m wykonanego w soli R = 0,01618569 Ns 2 /m 8. Powyższe wartości zostały wprowadzone do modeli cyfrowych i dokonano dla nich wariantowych obliczeń rozpływu powietrza w rejonie nowego szybu, wraz ze spiętrzeniami wentylatorów, które będą musiały być zainstalowane w sieci wentylacyjnej, aby wywołać wymagany przepływ powietrza. 3. Obliczenia modelowe rozpływu powietrza dla założonych wariantów przewietrzania Badania modelowe dotyczyły następujących stanów przewietrzania: a) Szyb w jego projektowanym układzie wentylacyjnym (bez otworów wielkośrednicowych). b) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi (bez tam regulacyjnych na podszybiu). c) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi (bez tam regulacyjnych na podszybiu). d) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do max.
110 10 tys. m 3 /min (tamy regulacyjne na podszybiu) symulacja przebudowy szybu na odcinku soli kamiennej. e) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do max. 10 tys. m 3 /min (tamy regulacyjne na podszybiu) symulacja remontu szybu na odcinku soli kamiennej. Analiza modelowa miała za zadanie określić, jaki będzie wpływ każdego z ww. modeli dopływu powietrza do wyrobisk podszybia na parametry pracy dołowej stacji wentylatorowej. Powyższe stany zamodelowano programem AutoWENT w modelu cyfrowym sieci wentylacyjnej kopalni dla okresu odpowiadającego docelowej rozbudowie sieci wentylacyjnej w rejonie nowego szybu, czyli w okresie, w którym szybem będzie doprowadzane ok. 72 tys m 3 /min powietrza świeżego, a na podszybiu będzie pracowała stacja wentylatorów. W modelach obliczeniowych odwzorowano również wyrobiska planowane na obu poziomach szybu, poprzez które doprowadzane będzie powietrze do otworów wiertniczych i do poszczególnych wentylatorów dołowej stacji wentylatorowej. W modelach określono również wartości oporów tam regulacyjnych, wymaganych dla ograniczenia przepływu powietrza przez przebudowywany odcinek szybu. Tamy te miałyby być zlokalizowane na podszybiu, w rejonach wlotów poz. 1209 m. 4. Analiza wyników uzyskanych dla założonych wariantów przewietrzania W ramach obliczeń utworzono 12 modeli cyfrowych, w których odwzorowano zakładane zmiany w rejonie szybu i jego podszybia, nie zmieniając układu całej sieci wentylacyjnej. Warianty obliczeniowe (tabela 1) dotyczyły analizy rozpływu powietrza dla: średnicy solnego odcinka szybu, wynoszącej odpowiednio 10,0 i 8,0 m przy braku otworów wiertniczych (warianty 1 i 2), przy dwóch otworach wiertniczych o średnicy 3,6 m (warianty 3 i 4) i 3,0 m (warianty 5 i 6) oraz przy czterech otworach wiertniczych o średnicy 3,6 m (warianty 8 i 9), a także 3,0 m (warianty 10 i 11). W dwóch wariantach wyznaczono również rozpływ powietrza przy ograniczonej do 10 tys. m 3 /min ilości powietrza w szybie dla dwóch (wariant 7) oraz czterech (wariant 12) otworów wiertniczych. Tabela 1. Warianty obliczeniowe analizy rozpływu powietrza Wariant nr: Średnica szybu Ilość otworów wielkośrednicowych/średnica na podszybiu Tamy regulacyjne [m] Wariant 1 7,5/10,0 - Wariant 2 7,5/8,0 - Wariant 3 7,5/10,0 2 otw./3,6 m Wariant 4 7,5/8,0 Nie Wariant 5 7,5/10,0 2 otw./3,0 m Wariant 6 7,5/8,0 Wariant 7 7,5/8,0 2 otw./3,6 m Tak Wariant 8 7,5/10,0 4 otw./3,6 m Wariant 9 7,5/8,0 Wariant 10 7,5/10,0 4 otw./3,0 m Nie Wariant 11 7,5/8,0 Wariant 12 7,5/8,0 4 otw./3,6 m Tak
111 Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 2. W poszczególnych kolumnach ww. tabeli przedstawiono obliczone opory szybu w dwóch jego odcinkach, opory otworów wiertniczych oraz wyznaczone ilości powietrza w szybie i otworach. Ilości te wyznaczono jako sprowadzone do warunków normalnych (dla gęstości powietrza = 1,2 kg/m 3 ), a następnie jako strumienie rzeczywiste (dla rzeczywistej gęstości powietrza) w m 3 /min i te wartości przedstawiono w tabeli 2. W kolejnych kolumnach pokazano dyssypację energii [J/m 3, Pa] na solnym odcinku szybu oraz w otworach wiertniczych, a także wydajność i spiętrzenie stacji wentylatorowej oraz jej moc użyteczną N u [kw]. Ponieważ nieznane są rzeczywiste charakterystyki spiętrzenia i sprawności wentylatorów, nie wyznaczano mocy elektrycznej N el niezbędnej do ich zasilania. Będzie ona zależna od uzyskanej sprawności wentylatorów w ich punkcie pracy, wg zależności N el = N u /. Z obliczeń wynika, że możliwe jest uzyskanie w każdym z wariantów dopływu do kopalni ok. 72 000 m 3 /min powietrza świeżego. Należy przy tym pamiętać, że w szybie powietrze to będzie przepływać z prędkościami odpowiednio 27,2 m/s na odcinku o średnicy 7,5 m oraz 15,3 m/s na odcinku o średnicy 10,0 m. Zaciśnięcie szybu, na określonym odcinku, do średnicy 8,0 m wywoła wzrost prędkości powietrza do 23,9 m/s. Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośrednicowych spowoduje spadek ilości powietrza w szybie na odcinku soli kamiennej. Przy dwóch otworach o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 17 tys. m 3 /min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 22 tys. m 3 /min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to będzie przepływać w otworach z prędkościami odpowiednio 13,9 m/s oraz 18,1 m/s. W stanach z dwoma otworami zaciśniętymi do 3,0 m będzie nimi przepływać ok. 12,4 tys. m 3 /min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 16,2 tys. m 3 /min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami odpowiednio 14,6 m/s oraz 19,2 m/s. We wlotach na poz. 1015 m powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami od 2,45-2,80 m/s do 4,35-5,00 m/s, zależnie od wariantu. Przy czterech otworach o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 27,2 tys. m 3 /min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 33,3 tys. m 3 /min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to będzie przepływać w otworach z prędkościami odpowiednio 11,1 m/s oraz 13,6 m/s. W stanach z zaciśniętymi do 3,0 m czterema otworami będzie nimi przepływać ok. 20,9 tys. m 3 /min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 26,4 tys. m 3 /min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami wynoszącymi odpowiednio 12,33 m/s oraz 15,6 m/s. We wlotach na poz. 1015 m powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami od 4,15-4,72 m/s do 6,5-7,45 m/s, zależnie od wariantu. W przypadku otamowania przepływu powietrza w szybie na odcinku solnym (tamy regulacyjne zabudowane na podszybiu), otworami wiertniczymi będzie przepływać ok. 62-63 tys. m 3 /min powietrza świeżego. Dwoma otworami będzie ono płynąć z prędkością ok. 51,2 m/s, a czterema z prędkością ok. 25,6 m/s. We wlotach na poziomie 1015 m powietrze to będzie dopływać do otworów z prędkościami 12,4-14,1 m/s. W każdym z przypadków, przy doprowadzaniu szybem ok. 72 000 m 3 /min powietrza świeżego będą obserwowane znaczne prędkości przepływu w wentylacyjnych wyrobiskach podszybia na poziomie 1209 m. Wyrobiskami tymi, o przekroju 42 m 2 każde, będzie przepływać po ok. 36 tys. m 3 /min powietrza z prędkościami ok. 14,3 m/s. Dopiero na odcinku chodników wentylacyjnych doprowadzających powietrze do poszczególnych wentylatorów prędkości te spadną do ok. 9,5 m/s.
112 Dla potrzeb wykonania prac w szybie na odcinku soli kamiennej założono, że remontowanym odcinkiem szybu będzie przepływało jedynie 10 tys. m 3 /min powietrza, co daje prędkość odpowiednio 3,8 m/s w średnicy 7,5 m, 3,3 m/s w średnicy 8,5 m i 2,1 m/s w średnicy 10,0 m. Aby uzyskać ograniczenie przepływu, założono zabudowę tam regulacyjnych w rejonie obu wlotów wyrobisk podszybia na poz. 1209 m. Tamy te będą musiały mieć opory R = 0,305 Ns 2 /m 8 przy dwóch otworach wiertniczych oraz ok. R = 0,08 Ns 2 /m 8 przy czterech otworach. W modelach nie zakładano żadnego dodatkowego oporu w samym szybie, a zależnie od technologii zapewne będzie on tam występował. W takim przypadku tamy regulacyjne będą miały opory odpowiednio mniejsze. Kolejnym problemem może być remont (poszerzanie) otworów wiertniczych. Jeżeli będzie ono wykonywane również technologią raise boring, to należy przyjąć, że w tym okresie jeden z otworów będzie niedrożny, a być może trzeba będzie również ograniczyć dopływ do niego powietrza, poprzez zabudowę tamy regulacyjnej we wlotach na poz. 1015 m. W obu przypadkach prowadzenia prac, czy to w szybie na odcinku solnym, czy to na otworach wielkośrednicowych, należy również przewidzieć możliwość dojazdu załogi szybowej oraz dowozu materiałów w miejsce robót. Bezwzględnie, przy wykonywaniu prac na otworach dojazd załogi w miejsce ich wykonywania musi się odbywać przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem. W przypadku remontu obudowy na odcinku solnym transport załogi, materiałów oraz urobku z przebudowy może być realizowany wyłącznie z poz. 1209 m, po ograniczeniu ilości powietrza na odcinku solnym poprzez tamy regulacyjne na podszybiu. Docelowo stacja wentylatorów przy szybie, w stanach niezwiązanych z tamowaniem przepływu w solnym odcinku szybu, będzie pracować z wydajnością ok. 72 tys. m 3 /min i spiętrzeniami od 3170 Pa do 3300 Pa. Moc użyteczna stacji będzie wahać się od 4,22 MW do 4,33 MW przy dwóch otworach wiertniczych i od 4,19 MW do 4,26 MW przy czterech otworach. Mniejsze wartości odpowiadają pełnej średnicy szybu i otworów, a większe przepływowi przez zaciśnięte zarówno szyb, jak i otwory. Należy podkreślić, że przy braku otworów moc użyteczna stacji będzie się zmieniać od 4,30 MW do 4,46 MW. Ograniczenie przepływu powietrza w szybie na odcinku solnym do 10 tys. m 3 /min spowoduje wzrost spiętrzenia i mocy użytecznej stacji. Przy czterech otworach będą to zmiany nieznaczne, do 3450 Pa i 4,47MW, ale przy dwóch otworach nastąpi istotne zwiększenie spiętrzenia do ok. 5050 Pa i mocy użytecznej do ok. 6,57MW, czyli o ponad 2,3 MW. Wynika to z zastąpienia przekroju szybu (44,1/50,2/78,5 m 2 ) o średnicach odpowiednio (7,5/8,0/10,0 m) przez łączny przekrój dwóch otworów o średnicy 3,6 m każdy czyli 20,3 m 2. Wzrost oporu w tym przypadku wywoła wzrost dyssypacji energii w tych otworach (2370 J/m 3 ), co będzie musiało być zrekompensowane wzrostem spiętrzenia i mocy użytecznej wentylatorów.
113 Wariant 1 Opór szybu do poz. 1015,0 Opór szybu na odcinku soli kamiennej Tabela 2. Wyniki obliczeń dla analizowanych modeli wentylacyjnych Opór otworów wielkośredn. Ilość powietrza w szybie: do poz. 1015 m poniżej poz. 1015 m Ilość powietrza w otwo rach Dysypacja energii szyb otwory Parametry stacji wydajność spiętrzenie moc użyteczna Ns 2 /m 8 m 3 /min J/m 3 m 3 /min Pa kw 0,0001412-75000 72400-236,3-72140 3273 4294,7 2 0,0003282-74250 71850-537,9-71500 3430 4459,3 3 0,0001412 0,00763435 75400 55570 17180 139,3 184,2 72370 3205 4222,6 4 0,0003282 0,00763435 75100 50500 22100 266,6 303,6 72130 3268 4289,4 5 0,0001412 0,017640825 75300 60300 12360 164,1 217,0 72300 3223 4241,6 6 0,0003282 0,017640825 74890 56150 16270 329,4 375,5 72000 3305 4328,9 0,00212163 7 0,0003282 0,00763435 74160 10000 63100 10,6 2370,4 72200 5047 6574,6 8 0,0001412 0,00763435 75550 45700 27200 94,2 115,5 72490 3174 4189,3 9 0,0003282 0,00763435 75380 39500 33300 163,4 172,8 72370 3206 4223,9 10 0,0001412 0,017640825 75450 51900 20900 121,8 155,2 72430 3193 4209,6 11 0,0003282 0,017640825 75200 46280 26380 224,1 247,0 72250 3242 4262,3 12 0,0003282 0,00763435 74200 10000 61900 10,6 593,4 71480 3444 4473,2 113
114 Wnioski Biorąc pod uwagę wyniki wykonanych obliczeń, należy stwierdzić, że z wentylacyjnego punktu widzenia o wiele korzystniejsze jest wykonanie czterech otworów wielkośrednicowych. Przy ich wykorzystaniu nie będą następowały znaczne zmiany warunków pracy wentylatorów dołowej stacji wentylatorowej, przy znacznie niższych kosztach jej eksploatacji. Należałoby zatem dokonać analizy ekonomicznej kosztów wykonania obu wariantów (2/4 otwory) oraz kosztów eksploatacyjnych, przy znanej technologii ewentualnej przebudowy szybu i otworów wielkośrednicowych, a zwłaszcza znanych czasach trwania takich przebudów, wywołujących ograniczenie przepływu powietrza czy to przez szyb, czy przez poszczególne otwory wielkośrednicowe. Należy również podkreślić znaczne prędkości przepływu powietrza, jakie występowałyby przy zastosowaniu dwóch otworów wielkośrednicowych. Problem prędkości przepływu powietrza będzie występował również w wielu miejscach w rejonie podszybia, co bezwzględnie należy wziąć pod uwagę na etapie wykonywania ostatecznego projektu tego podszybia. Bibliografia [1] Fabich S., 2008, Projekt obudowy w interwale solnym szybu SW-4 dla wariantu I obudowa powłokowa, Praca niepublikowana, KGHM CUPRUM, Wrocław. [2] Fabich S., 2009, Projekt techniczny obudowy i głębienia szybu SW-4 poniżej poz. 668,7 m. Praca niepublikowana KGHM CUPRUM, Wrocław. [3] Lehman J., 1978, Szyby o zmiennej średnicy w strukturze wentylacyjnej głębokich kopalń rud miedzi, Cuprum, nr 4. [4] Martínek K., 1966, Suchan L., Tesař J.: Řešeni důlních větrních sítí, Wyd. SNTL, Praha. [5] Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Optymalne średnice szybów zmiennośrednicowych, Cuprum, nr 6. [6] Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Zmiany dyssypacji energii w sieciach wentylacyjnych z szybami zmiennośrednicowymi, Rudy Metale, nr 11. [7] Rosiek F., Sikora M., Urbański J., 1980, Zastosowanie otworów wielkośrednicowych dla zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów zmiennośrednicowych, Przegląd Górniczy, nr 6-7. [8] Strumiński A., 1985, Optymalizacja rozpływów powietrza w projektowanych sieciach wentylacyjnych kopalń głębinowych, Cz. I Sieci pasywne, Wyd. Zakład Narodowy Imienia Ossolińskich, Wrocław. [9] Uszakow K.Z., 1977, Sprawocznik po rudnicznoj wentilacji, Moskwa, Nedra. [10] Uszakow K. Z., 1988, Rudnicznaja wentilacja, Sprawocznik, II izdanie, Moskwa, Nedra.