GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom 24 2008 Zeszyt 1/2 NIKODEM SZL ZAK*, MAREK BOROWSKI**, DARIUSZ OBRACAJ** Kierunki zmian w systemach przewietrzania œcian eksploatacyjnych z uwagi na zwalczanie zagro eñ wentylacyjnych Wprowadzenie Polskie górnictwo podziemne charakteryzuje istnienie trudnych warunków geologiczno- -górniczych oraz wystêpowanie praktycznie wszystkich zagro eñ naturalnych znanych w górnictwie œwiatowym. Do podstawowych zagro eñ w górnictwie podziemnym wêgla kamiennego nale y zaliczyæ zagro enia takie jak: t¹paniami, po arowe, metanowe, wybuchem py³u wêglowego, wyrzutami gazów i ska³, klimatyczne i wodne. Z uwagi na wyczerpywanie siê zasobów wêgla na wy szych poziomach kopalnie musz¹ schodziæ z eksploatacj¹ na poziomy ni sze. Zwiêkszanie g³êbokoœci eksploatacji zwi¹zane jest ze wzrostem zagro eñ naturalnych. W pok³adach zalegaj¹cych na wiêkszych g³êbokoœciach mamy do czynienia z wystêpowaniem zagro eñ (po arowe, t¹paniami, temperaturowe i metanowe). Œciany eksploatacyjne charakteryzuj¹ siê tym, e powsta³a przestrzeñ po wybranym wêglu i wype³niona zawa³em posiada cechy oœrodka porowatego. Przez ten w³aœnie oœrodek przep³ywa powietrze kopalniane powiêkszaj¹c jego straty, a tak e inicjuj¹c zagro enia po arowe, metanowe i klimatyczne. Wszystkie te elementy przek³adaj¹ siê na efekt ekonomiczny [15, 18]. W celu ustalenia systemów przewietrzania stosownych w Polskich kopalniach przeprowadzono badania które s¹ zamieszczone w pracy [13]. Z badañ wynika, e powszechnie stosowny jest system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego. W tym systemie s¹ przewietrzane niemal wszystkie wysokowydajne œciany równie w przypadku du ego zagro enie metanowego. W ostatnich latach nast¹pi³ zdecydowany odwrót od przewietrzania * Prof. dr hab. in., ** Dr in., Wydzia³ Górnictwa i Geoin ynierii AGH, Kraków; e-mail: szlazak@agh.edu.pl
202 Charakterystyka systemów przewietrzania œcian eksploatacyjnych Characteristics the ventilation system of longwalls TABELA 1 TABLE 1 Lp. Nazwa technologii Schemat Wady Zalety 1 2 3 4 5 6 7 8 system U do granic pola eksploatacyjnego system U od granic pola eksploatacyjnego system Z do granic pola eksploatacyjnego system Z od granic pola eksploatacyjnego system Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym system Y z rozprowadzaniem powietrza zu ytego w dwóch kierunkach system Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym od strony zrobów system H zagro enie po arowe w zrobach, niekorzystne warunki temperaturowe, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych wynoszenie metanu ze zrobów, dop³yw ciep³a ze zrobów, system niekorzystny dla odmetanowania, ogranicza mo liwoœæ zwalczania zagro enia metanowego przy ma³ej mi¹ szoœci pok³adu zagro enie po arowe w zrobach, wynoszenie metanu ze zrobów, dop³yw ciep³a ze zrobów, system niekorzystny dla odmetanowania, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych zagro enie po arowe w zrobach, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych zagro enie po arowe w zrobach, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych zagro enie po arowe w zrobach, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych wzrost zagro enia metanowego w naro u œciany, dop³yw ciep³a ze zrobów, koniecznoœæ uszczelniania ociosów chodników przyzrobowych koniecznoœæ doprowadzenia powietrza z dwóch stron pola œciany, zagro enie po arowego w zrobach mo liwoœæ jednoczesnego prowadzenie robót przygotowawczych i eksploatacyjnych, korzystny dla prowadzenia odmetanowania i zagro enia t¹paniami ograniczony przep³yw przez zroby, ogranicza zagro enie po arowe w zrobach roboty przygotowawcze w ograniczonym zakresie korzystny dla zagro enia metanowego, korzystny dla prowadzenia odmetanowania, korzystny dla zagro enia t¹paniami korzystny dla du ego zagro enia metanowego, korzystny dla zagro enia temperaturowego, korzystny dla prowadzenia odmetanowania, mo liwoœæ zwalczania zagro enia metanowego w pok³adach o ma³ej mi¹ szoœci korzystny z warunkach zagro enia tapaniowego, korzystny dla odmetanowania, mo liwoœæ zwalczania zagro enia metanowego w pok³adach o ma³ej mi¹ szoœci korzystny dla zagro enia po arowego, mo liwoœæ podawania substancji do zrobów du e bezpieczeñstwo z warunkach zagro enia tapaniowego, korzystny dla zagro enia metanowego, korzystny dla zagro enia temperaturowego, korzystny dla odmetanowania,
203 œcian systemem U do granic pola eksploatacyjnego, który dwadzieœcia lat wstecz by³ powszechnie stosowany z uwagi na korzystne cechy w przypadku zagro enia metanowego. Równie powszechnie choæ w mniejszym stopniu s¹ stosowane systemy Y w ró nych odmianach. System ten jest stosowany zarówno w œcianach metanowych jak i niemetanowych, przy wystêpowaniu zagro enia po arowego jak i jego braku. Równie i te œciany osi¹gaj¹ rekordowe postêpy i wydobycia. St¹d nale y s¹dziæ, e o zastosowaniu tego systemu przewietrzania decyduj¹ inne wzglêdy ni skala zagro eñ naturalnych. W warunkach polskich kopalñ stosuje siê równie systemy przewietrzenia Z i H. System Z wymaga minimalnych robót przygotowawczych dla uruchomienia eksploatacji. Natomiast system H jest stosowany w przypadku du ego zagro enia metanowego [1, 9]. W tabeli 1 zestawiono stosowane w polskich warunkach systemy przewietrzania œcian eksploatacyjnych oraz podano ich wady i zalety. Z wyników przeprowadzonej ankiety system przewietrzania U mia³ 61% udzia³ w ca³oœci systemów przewietrzania, w dalszej kolejnoœci system Y posiada³ 21%, system Z 10% i system H 8% [13]. Z analizy wyników badañ uzupe³nionych wypowiedziami in ynierów wentylacji mo na stwierdziæ, e o zastosowaniu systemu przewietrzania decyduj¹ wzglêdy ruchowe zwi¹zane z wielkoœci¹ wydobycia, kierunkiem odstawy urobku, transportem materia³ów i zasilaniem w energiê elektryczn¹. Równie wa nym czynnikiem jest sposób rozciêcia z³o a i stan zaawansowania robót przygotowawczych. W dalszej kolejnoœci pod uwagê bierze siê mo liwoœci doprowadzenia powietrza do œciany oraz wyniki prognozy zagro enia metanowego, w tym mo liwoœæ zastosowania odmetanowania górotworu, stopieñ zagro enia po arowego a tak e wyniki prognozy warunków klimatycznych [14]. Z powy szego wynika, e klasyczny dobór systemu przewietrzania z uwagi na wystêpuj¹ce zagro enia (metanowe, po arowe) posiada mniejsz¹ wagê, co wynika z wysokiej skutecznoœci odmetanowania górotworu, du ej intensywnoœci przewietrzania rejonu œciany a tak e z aktualnych mo liwoœci monitorowania zagro eñ metanowych i po arowych. Po przeprowadzeniu analizy, wskazano trzy najczêœciej aktualnie wykorzystywane systemy przewietrzania œcian z którymi nale y wi¹zaæ rozwój zwalczania zagro eñ wentylacyjnych: U od granic pola eksploatacyjnego, Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym, Y z rozprowadzaniem powietrza zu ytego w dwóch kierunkach. 1. Charakterystyka systemów przewietrzania œcian eksploatacyjnych 1.1. system U od granic pola eksploatacyjnego System przewietrzania U od granic pola eksplotacyjnego jest stosowany w œcianach przy I i II kategorii zagro enia metanowego, zaœ przy III i IV kategorii mo e byæ stosowany w po³¹czeniu z efektywnym odmetanowaniem.
204 W systemie przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego powietrze œwie e jest prowadzone chodnikiem wzd³u calizny wêglowej. Po przewietrzaniu œciany powietrze zu yte jest równie odprowadzane chodnikiem równie wzd³u calizny wêglowej. Przy zastosowaniu tego systemu zakres robót przygotowawczych jest ograniczony oraz przed rozpoczêciem eksploatacji mo na rozpoznaæ pok³ad w polu eksploatowanej œciany. Czynnikami wp³ywaj¹cymi na rozwój systemu przewietrzania s¹ wystêpuj¹ce zagro enia, szczególnie zagro enie metanowe. System ten ogranicza mo liwoœæ zwalczania du ego zagro enia metanowego, poprzez brak mo liwoœci zastosowania skutecznego odmetanowania. Szczególnie trudne jest zwalczanie zagro enia metanowego w pok³adach o ma³ej mi¹ szoœci. Wówczas wystêpuj¹ trudnoœci w doprowadzeniu odpowiedniej iloœci powietrza do frontu œciany. Dodatkowo rozwój tego systemu na du ych g³êbokoœciach eksploatacji ogranicza zagro enie temperaturowe. Wystêpuj¹ trudnoœci w zwalczaniu zagro enia temperaturowego na froncie œciany zwi¹zane z wynoszeniem ciep³a ze zrobów. W przypadku skomplikowanej tektoniki pok³adu i zaburzeñ geologicznych wystêpuj¹ trudnoœci w uzyskaniu postêpu œciany, który gwarantuje minimalizacje zagro enia po arowego. System ten zapewnia ograniczony przep³yw powietrza przez zroby œciany i ogranicza zagro enie po arowe jedynie w przypadku zapewnienia odpowiedniego postêpu eksploatacji œciany. System ten jest skuteczny w ograniczeniu procesu rozwoju samozagrzewania w zrobach œciany. Jednak w przypadku gdy wystêpuje zagro enie po arowe w zrobach wystêpuj¹ ograniczone mo liwoœci jego zwalczania w zrobach œciany. 1.2. systemem Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym Uk³ad przewietrzania Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym stosowany w warunkach zagro enia metanowego w pok³adach o ma³ej mi¹ szoœci. Zapewnia odsuniêcie metanu w zrobach od przestrzeni roboczej frontu œciany. Powietrze œwie e jest doprowadzane dwoma chodnikami wzd³u calizny wêglowej. Po przewietrzaniu œciany powietrze zu yte ³¹czy siê z powietrzem doœwie aj¹cym i jest odprowadzane chodnikiem wzd³u zrobów. System ten zapewnia bezpieczeñstwo pracy w przestrzeni roboczej frontu œciany w warunkach du ego zagro enia metanowego i daje korzystne warunki do prowadzenia odmetanowania. System stwarza korzystne warunki pracy w œcianie, zmniejsza zagro enie temperaturowe poprzez oddzieleniu dróg odstawy i doprowadzenia œwie ego powietrza, jest te korzystny w warunkach zagro enia t¹paniami ze wzglêdu na trzy drogi wyprowadzenia za³ogi. W przypadku tego systemu równie mo liwe jest dobre rozpoznanie pok³adu w polu eksploatacji œciany.
1.3. systemem Y z rozprowadzaniem powietrza zu ytego w dwóch kierunkach 205 Uk³ad przewietrzania Y z rozprowadzeniem powietrza zu ytego w dwóch kierunkach jest korzystny w warunkach du ego zagro enia metanowego w pok³adach o œredniej i du ej mi¹ szoœci. Powietrze œwie e jest doprowadzane jednym chodnikami wzd³u calizny wêglowej. Po przewietrzaniu œciany powietrze zu yte jest odprowadzane w dwóch kierunkach wzd³u calizny wêglowej i wzd³u zrobów. System ten zapewnia bezpieczeñstwo pracy w przestrzeni roboczej frontu œciany w warunkach du ego zagro enia metanowego w pok³adach o œredniej i du ej mi¹ szoœci. Stwarza korzystne warunki pracy klimatyczne, jest równie korzystny w warunkach zagro enia t¹paniami ze wzglêdu na trzy drogi wyprowadzenia za³ogi. System ten pozwala na dobre rozpoznanie pok³adu w polu eksploatacji œciany. 1.4. Rozwój systemów przewietrzania Generalnie rozwój systemów przewietrzania powinien byæ skierowany na poprawê bezpieczeñstwa wzglêdem zagro enia po arowego, t¹paniami, metanowegoi temperaturowego. W celu uzyskania du ej koncentracji wydobycia konieczne jest zastosowanie nowoczesnych rozwi¹zañ techniki urabiania kombajnowej i strugowej, prze co bêdzie mo na uzyskaæ du e postêpy œciany. Pozwoli to na ograniczenie zagro enie po arowego, ale jednoczeœnie wzroœnie zagro enie metanowe zwi¹zane z wiêkszym postêpem œciany i zagro enie temperaturowe zwi¹zane z g³êbokoœci¹ eksploatacji oraz moc¹ zainstalowanych maszyn i urz¹dzeñ w rejonie œciany. Rozwój systemów przewietrzania wi¹ e siê z rozwi¹zaniem szeregu problemów, do których zalicza siê: sposób likwidacji chodników przyœcianowych w celu utrzymania odpowiedniego postêpu eksploatacji, sposób doszczelnienia zrobów œciany oraz uszczelnianienia pasa chodnika przyzrobowego, sposób lokowania py³ów dymnicowych w zrobach œciany, skuteczny sposób zwalczaniem zagro enia metanowego, skuteczne systemy odmetanowania, sposób ch³odzenia powietrza w œcianie szczególnie w pok³adach o ma³ej mi¹ - szoœci.
206 2. Charakterystyka najczêœciej wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych i stosowanej profilaktyki 2.1. Zagro enie metanowe Zagro enie metanowe jest najczêœciej wystêpuj¹cym zagro eniem naturalnym w polskich kopalniach wêgla kamiennego. W zale noœci od spodziewanych wielkoœci zagro enia metanowego nale y przyj¹æ przede wszystkim odpowiedni system przewietrzania œciany, ma on bowiem decyduj¹cy wp³yw na bezpieczeñstwo pracy w rejonie œciany. Przyjêta w dalszej kolejnoœci profilaktyka metanowa (np. odmetanowanie) jest tym wa niejsza, im mniej precyzyjnie dobrany jest system przewietrzania œciany. Celem tej profilaktyki jest oddalanie potencjalnych nagromadzeñ metanu od miejsc pracy za³ogi w œcianie i w chodnikach przyœcianowych. W przypadku zagro enia metanowego preferowane s¹ takie systemy przewietrzania œcian, które zapewniaj¹ utrzymanie sta³ego, niskiego stê enia metanu w zrobach w s¹siedztwie œciany poprzez kontrolowane przewietrzanie tych zrobów. W ostatnim okresie w kopalniach wêgla kamiennego mia³y miejsce zdarzenia zwi¹zane z zapaleniem metanu. Zdarzenia jakie mia³y miejsce wyst¹pi³y zarówno w œcianach przewietrzanych na U jak i na Y, co zosta³o przedstawione w tabeli 2. Podane zdarzenia mia³y miejsce w œcianach prowadzonych w warunkach du ego zagro enia metanowego i po arowego. Strumieñ objêtoœciowy powietrza doprowadzanego do omawianych œcian by³ wystarczaj¹cy jednak nie zapewni³ w tych œcianach, a w szczególnoœci w zrobach, w³aœciwego rozk³adu stê enia metanu. Wyst¹pienie doœæ licznych zdarzeñ w œcianach prowadzonych w warunkach du ego zagro enia metanowego nakazuje zwrócenie wiêkszej uwagi na dobór systemu przewietrzania œciany, jak i parametry geometryczne wyrobisk przyœcianowych [2, 3, 4, 5, 7, 8, 11]. 2.2. Zagro enie po arowe Zagro enie po arami endogenicznymi w polskich kopa1niach jest nadal bardzo du e. Wystêpuje mimo stosowanej coraz doskonalszej techniki wczesnego wykrywania po arów i coraz skuteczniejszej profilaktyki. W tabeli 3 przedstawiono zdarzenia zwi¹zane z po- arami podziemnymi w kopalniach wêgla kamiennego. Do powstania po aru endogenicznego konieczna jest obecnoœæ materia³u palnego, dop³ywu dostatecznej iloœci tlenu i wytworzenie temperatury zdolnej spowodowaæ zap³on wêgla. Wszystkie te sk³adniki wystêpuj¹ w zrobach zawa³owych œcian. Preferowanym systemem przewietrzania œciany w takim przypadku bêdzie zatem system, który ograniczy do minimum przep³yw powietrza przez zroby. Typowym przedstawicielem tej grupy jest system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego. Powietrze p³yn¹ce wzd³u œciany wêglowej przenika do zrobów tylko na niewielk¹ odleg³oœæ a strefa penetracji zrobów uzale niona jest m.in. od rodzaju ska³ stropowych i przemieszcza siê wraz z postêpem œciany [6, 12].
207 TABELA 2 Zestawienie zdarzeñ zwi¹zanych z zapaleniem metanu w polskich kopalniach wêgla kamiennego [10] TABLE 2 Comparison of events of ignition the methane in Polish coal mines [10] Kopalnia Rok Przyczyna Katowice-Kleofas 2000 Rydu³towy zapalenie metanu, które spowodowa³o po ar egzogeniczny (system przewietrzania U od granic) wyst¹pi³o zapalenie metanu (system przewietrzania U od granic) Pniówek Budryk Bielszowice Brzeszcze Zofiówka Soœnica 2002 2003 w wyniku urabiania kombajnem w strefie uskokowej œciany wyst¹pi³o zapalenie metanu (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) zapalenie metanu w zrobach œciany i po ar egzogeniczny (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) zapalenie metanu w zrobach œciany (system przewietrzania U od granic) zapalenie metanu w zrobach œciany i po ar (system przewietrzania U od granic) zapalenie metanu podczas urabiania kombajnem w œcianie (system przewietrzania U od granic) zapalenie metanu w zrobach œciany i po ar (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) Budryk 2004 Halemba zapalenie metanu nast¹pi³o w czasie urabiania kombajnem chodnikowym warstw przystropowych ska³y p³onnej sk³onnych do iskrzenia zapalenie metanu w œcianie 1 podczas urabiania kombajnem w pok³adzie 506 na poziomie 1030 m (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) Soœnica Staszic Szczyg³owice Halemba 2005 2006 zapalenie metanu i po ar w zrobach likwidowanego chodnika 6aw pok³adzie 408/2 na poziomie 850 m (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) zapalenie metanu, w likwidowanej dowierzchni VI-L w pok³adzie 402 na poziomie 720 m, w miejscu wykonywania tamy izolacyjnej zapalenie metanu (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym) zapalenie metanu i wybuch metanu oraz py³u wêglowego w œcianie 1 podczas likwidacji œciany w pok³adzie 506 na poziomie 1030 m (system przewietrzania Y z doœwie aniem w chodniku nadœcianowym)
208 TABELA 3 Zestawienie zdarzeñ zwi¹zanych z po arami podziemnymi w polskich kopalniach wêgla kamiennego [10] TABLE 3 Comparison of events with underground fires in Polish coal mines [10] Kopalnia Rok Przyczyna Bytom III wyst¹pi³o samozapalenie wêgla w stropie dr¹ onej pochylni Piast po ar endogeniczny Brzeziny Soœnica Rydu³towy Pniówek Budryk Bielszowice Brzeszcze Soœnica Centrum Bytom II Bielszowice Halemba Budryk Œl¹sk Centrum Polska-Wirek Janina Katowice-Kleofas Weso³a Bielszowice Mys³owice Soœnica Polska-Wirek Siltech Polska-Wirek Budryk Halemba Bielszowice Sobieski Brzeszcze-Silesia 2002 2003 2004 2005 2006 w chodniku podœcianowym, w rejonie przeciêcia z likwidowanym przekopem wyst¹pi³ po ar endogeniczny wyst¹pi³o samozapalenie wêgla w pozostawionym p³ocie wêglowym pomiêdzy przecink¹ œciany a zrobami œciany s¹siedniej zapalenie metanu i po ar egzogeniczny zapalenie metanu i po ar egzogeniczny zapalenie metanu w zrobach œciany i po ar egzogeniczny po ar endogeniczny w zrobach i zapalenie metanu, w rejonie skrzy owania œciany z chodnikiem po ar w wyniku zapalenia metanu w zrobach œciany po ar endogeniczny w zrobach i zapalenie metanu po ar endogeniczny w zrobach œciany po ar endogeniczny w chodniku demonta owym po ar endogeniczny w zrobach œciany po ar endogeniczny w zrobach œciany po ar egzogeniczny, zapalenie siê taœmy w dr¹ onym wyrobisku po ar endogeniczny w czêœci stropowej wyrobiska po ar endogeniczny w œcianie po ar egzogeniczny, zapalenie siê transformatora w wyrobisku po ar endogeniczny w stropie likwidowanej œciany po ar endogeniczny w likwidowanej kopalni, w starych, odizolowanych tamami izolacyjnymi zrobach pok³adu 501 po ar endogeniczny w zrobach likwidowanej œciany 24 w pok³adzie 501 na poziomie 665 m po ar endogeniczny i zapalenie metanu w œcianie 780 b po ar endogeniczny w zrobach zawa³owych œciany 401G w pok³adzie 510 na poziomie 500 m po ar egzogeniczny po wykonaniu robót strza³owych dla spowodowania zawa³u stropu w chodniku taœmowym za frontem œciany nast¹pi³o zapalenie metanu i po ar po ar egzogeniczny w przekopie wschodnim z pok³. 510 blok A na poz 711 m po ar endogeniczny w pok³adzie 509 na poziomie 380 m w chodniku eksploatacyjnym 9 po ar endogeniczny w zrobach zawa³owych œciany 8B/III, w pok³adzie 510 na poziomie 711 m po ar endogeniczny w pok³adzie 358/1 na poziomie 1050 m samozapalenie wêgla pozostawionego w zrobach likwidowanej œciany po ar egzogeniczny, w rejonie œciany po ar przenoœnika taœmowego po ar egzogeniczny w rozdzielni 6kV w rejonie # Pi³sudski", zwarcie wewnêtrzne w jednostce kondensatorowej samozapalenie siê wêgla w zrobach pok³adu 315 izolowanych od przekopu wschodniego tam¹ izolacyjn¹
209 2.3. Zagro enie temperaturowe Zagro enie temperaturowe nabiera coraz wiêkszego znaczenia wraz ze wzrostem g³êbokoœci eksploatacji. Ciep³o pochodz¹ce z otaczaj¹cego wyrobisko górotworu oraz ciep³o wytwarzane przez pracuj¹ce maszyny i urz¹dzenia energetyczne o coraz wiêkszej mocy musi byæ odprowadzone za poœrednictwem przep³ywaj¹cego powietrza do systemu wentylacyjnego kopalni. Najskuteczniejszym sposobem obni enia temperatury w wyrobiskach górniczych, jak dot¹d, jest ich intensywna wentylacja i coraz powszechniej stosowane uk³ady klimatyzacji. Jednak nie wszystkie wyrobiska mo na jednak równie intensywnie przewietrzaæ. Chronione s¹ g³ównie miejsca pracy za³ogi w œcianie i chodnikach przyœcianowych. Nie mo na tak e nadmiernie zwiêkszaæ prêdkoœci przep³ywaj¹cego powietrza z uwagi na zagro enie py³owe. Preferowane systemy przewietrzania œcian to takie, które pozwalaj¹ na doprowadzenie do miejsc o podwy szonej temperaturze okreœlonej objêtoœci powietrza o ni szej temperaturze i w ten sposób mo liwe jest obni enie temperatury ca³oœci strumienia. Wa ne jest, aby by³a mo liwoœæ skierowania gor¹cego powietrza do wyrobiska, w którym nie ma za³ogi albo te za³oga przebywa w nich sporadycznie. Do takich systemów mo na zaliczyæ systemy Y oraz H [17, 20]. 2.4. Dobór systemu przewietrzania œciany w przypadku wspó³wystêpowania zagro eñ Do najczêœciej wspó³wystêpuj¹cych zagro eñ nale ¹: metanowe, temperaturowe, po arowe i t¹paniami. W ka dym z tych przypadków niezwykle niebezpieczne jest wystêpowanie zagro enia t¹paniami. Zarówno sama profilaktyka t¹paniowa jak i wstrz¹sy mog¹ powodowaæ wzrost zagro enia po arowego w wyniku zeszczelinowania calizny wêglowej i umo liwienia przez to intensywnej penetracji powietrza w g³¹b tej calizny [19]. Spoœród wspó³wystêpuj¹cych zagro eñ najmniej groÿne jest zagro enie temperaturowe. Jednak utrudnia ono bardzo osi¹ganie wysokiej koncentracji wydobycia ze œciany tym bardziej, e projektuj¹c œciany o du ym wydobyciu z regu³y przyjmuje siê system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego. Ten zaœ system jest niekorzystny dla zwalczania wysokiej temperatury. W tabeli 4 zestawiono systemy przewietrzania œcian w aspekcie wspó³wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych. W odpowiednich kolumnach zaznaczono systemy preferowane dla poszczególnych rodzajów zagro eñ naturalnych. System na Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym spe³nia oczekiwania przy wystêpowaniu ³¹cznym zagro enia metanowego, po arowego i temperaturowego. System U do granic pola eksploatacyjnego spe³nia warunki w przypadku wspó³wystêpowania zagro enia metanowego i t¹paniami. Pozosta³e systemy spe³niaj¹ warunki pojedynczych zagro eñ. Jednak e przyjêcie okreœlonego systemu przewietrzania œciany musi zawsze uwzglêdniaæ warunki indywidualne [14].
210 TABELA 4 Porównanie systemów przewietrzania œcian eksploatacyjnych z uwagi na zwalczanie zagro eñ naturalnych [14] TABLE 4 Comparison the ventilation systems of longwalls with attention on fighting the natural hazard Rodzaj zagro enia naturalnego Lp. Nazwa technologii Schemat metanowe po arami endogenicznymi t¹paniami temperaturowe 1 system U do granic pola eksploatacyjnego + + 2 system U od granic pola eksploatacyjnego + 3 system Z do granic pola eksploatacyjnego + 4 system Z od granic pola eksploatacyjnego + + + 5 system Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym + + + 6 system Y z rozprowadzaniem powietrza zu ytego w dwóch kierunkach + + 7 system Y z doœwie aniem chodnikiem nadœcianowym od strony zrobów + 8 system H + + + + Z danych zamieszczonych w tabeli mo na zatem wysnuæ wniosek, e tylko w przypadku systemu H jego dobór by³ adekwatny do wszystkich wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych. W pozosta³ych przypadkach trudno jest doszukaæ siê jednoznacznie okreœlonych kryteriów wynikaj¹cych z zagro enia naturalnego. O wyborze konkretnego systemu decyduj¹ wzglêdy techniczne zmierzaj¹ce do koncentracji wydobycia. Dowodzi tego przewietrzanie systemem U od granic pola eksploatacyjnego w œcianach o du ym wydobyciu, pomimo wystêpowania w tych œcianach zagro eñ, dla których powinny byæ preferowane powinny inne systemy przewietrzania.
211 Podsumowanie 1. Z przeprowadzonych rozwa añ wynika, e decyduj¹cy wp³yw na wybór systemu przewietrzania posiadaj¹ w nastêpuj¹cej kolejnoœci: wzglêdy ruchowe, sposób rozciêcia z³o a i dopiero zagro enia naturalne. 2. W warunkach polskich kopalñ w zdecydowanej wiêkszoœci stosowany jest system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego, co wynika z ograniczonych robót przygotowawczych, mo liwoœci rozpoznania pok³adu w polu wybierania œciany, ograniczenia wp³ywu na eksploatacjê przestrzeni wyeksploatowanej. 3. Dobór systemu przewietrzania jest dokonywany w oparciu o zagro enie najmniej rozpoznane w tym przypadku zagro enie t¹paniami, a w dalszej kolejnoœci o zagro enie o wiêkszej skali spoœród zagro enia metanowego i po arowego. 4. Mo liwoœci stosowania systemów przewietrzania s¹ zwi¹zane z zwalczaniem zagro eñ naturalnych. 5. W odniesieniu do zagro enia po arowego konieczne jest opracowanie skutecznego sposobu podawania py³ów dymnicowych do zrobów œciany. W dalszej kolejnoœci konieczne jest opracowanie sposobu wykonywania uszczelniaj¹cego pasa podsadzkowego oraz sposobu likwidacji chodników przyœcianowych. 6. Niezale nie od systemu przewietrzania œciany konieczne jest doskonalenie metod odmetanowania. 7. Nale y równie d¹ yæ do rozwi¹zania sposobu ch³odzenia powietrza w warunkach du ej mocy maszyn i urz¹dzeñ zainstalowanych w rejonie œciany szczególnie na froncie œciany w pok³adach o ma³ej mi¹ szoœci. Z przeprowadzonej analizy wynika, e dla rozwoju systemów przewietrzania konieczne jest doskonalenie istniej¹cych, a tak e wypracowanie nowych metod zwalczania zagro- eñ naturalnych, co pozwoli w przysz³oœci na rozwój bezpiecznej technologii robót górniczych. S³u yæ temu bêdzie równie ulepszanie konstrukcji maszyn i urz¹dzeñ, wprowadzenie pe³nej automatyzacji oraz stosowanie systemów monitorowania. Publikacja zosta³a opracowana w ramach projektu nr WKP_1/1.4.5/2/2006/9/12/590/2006/U pt.: Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, wspó³finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] Flügge G., 1971 Die Anwendung der Trogtheorie auf den Raum der Zusatzausgasung. Glücauf Forschungshefte, nr 32. [2] Frycz A., Szl¹zak J., 1977 Wp³yw rozcinki z³o a w pok³adach silnie metanowych na wystêpowanie metanu w rejonie œciany. Przegl¹d Górniczy 2, Katowice. [3] Frycz A., Szl¹zak J., 1978 Wentylacyjne sposoby zwalczania zagro enia metanowego. Bezpieczeñstwo i Higiena Pracy nr 1, Katowice.
212 [4] F r y c z A., K o z ³ o w s k i B., 1979 kopalñ metanowych. Wyd. Œl¹sk, Katowice. [5] Koz³owski B.,Grêbski Z.,1982 Odmetanowanie górotworu w kopalniach. Wyd. Œl¹sk, Katowice. [6] M a c i e j a s z Z., K r u k F., 1977 Po ary podziemne w kopalniach. Wyd. Œl¹sk, Katowice. [7] M a t u s z e w s k i J., 1979 Kryteria zagro enia wybuchami metanu i py³u wêglowego w nastêpstwie gwa³townych przemieszczeñ górotworu. Prace GIG, Katowice, [8] M u s i a ³ D., 2000 Analiza uk³adów przewietrzania rejonów œcian w podsieciach wentylacyjnych w aspekcie zagro enia metanowego, po arowego, i termicznego. Wiadomoœci Górnicze nr 6, Katowice. [9] P a w i ñ s k i J., R o s z k o w s k i J., S t r z e m i ñ s k i J., 1995 kopalñ. Œl¹skie Wydawnictwa Techniczne, Katowice. [10] Raport Wy szego Urzêdu Górniczego 2002 2006 Stan bezpieczeñstwa i higieny pracy w górnictwie, Katowice. [11] Roszkowski J., Szl¹zak N., 1999 Wybrane problemy odmetanowania kopalñ wêgla kamiennego, Wyd. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków. [12] S t r u m i ñ s k i A., 1987 Zwalczanie po arów podziemnych w kopalniach. Wydawnictwa PAN, Zak³ad Narodowy im. Ossoliñskich, Wroc³aw. [13] Szl¹zak J., 2000 Przep³yw powietrza przez strefê zawa³u w œwietle badañ teoretycznych i eksperymentalnych. Wyd. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Rozprawy Monografie, Kraków. [14] Szl¹zak J., Szl¹zak N., 2001 Dobór systemu przewietrzania œciany w aspekcie wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych. Wyd. WUG, Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie, miesiêcznik Wy szego Urzêdu Górniczego, nr 9, Katowice. [15] Szl¹zak J.,Szl¹zak N.,2001 Filtracja powietrza w zrobach œcian zawa³owych. Górnictwo, kwartalnik AGH, r. 25, z. 4, Kraków. [16] Szl¹zak J., Szl¹zak N., 2004 Ocena systemów przewietrzania wyrobisk œcianowych w kopalniach wêgla kamiennego w warunkach zagro enia metanowego i po arowego. Wyd. Materia³y 3 Szko³y Aerologii Górniczej, 12 15 paÿdziernik, Zakopane. [17] Szl¹zak N., Obracaj D., Borowski M., 1999 Warunki klimatyczne w wyrobiskach górniczych œcianowych przy miejscowym i roz³o onym sch³adzaniu powietrza. Kwartalnik Górnictwo, r. 23, z. 4, AGH, Kraków. [18] Szl¹zak N., Borowski M., 2004 Weryfikacja zmian stê enia metanu w zrobach œcian zawa³owych w oparciu o pomiary wykonane w wyrobiskach przyzrobowych. Wyd. Materia³y 3 Szko³y Aerologii Górniczej: Zakopane, 12 15 paÿdziernik, Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, Katowice. [19] Szl¹zak N.,ZasadniW.,2004 Wp³ywzagro eniat¹paniaminadobór profilaktyki po arowej w kopalniach wêgla. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków. [20] Szl¹zak N., Obracaj D., Borowski M., 2005 Warunki klimatyczne w œcianach eksploatacyjnych przewietrzanych na U. Wyd. Instytut Geotechnologii, Geofizyki Górniczej i Ekologii Terenów Przemys³owych, Wydz. Górnictwa i Geologii Politechniki Œl¹skiej, 10-ta Sesja Miêdzynarodowego Biura Termofizyki Górniczej, 14 18 luty, Gliwice. [21] Szl¹zak N.,Szl¹zak J.,2005 Filtracja powietrza przez zroby œcian zawa³owych w kopalniach wêgla kamiennego. Wyd. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków.
213 KIERUNKI ZMIAN W SYSTEMACH PRZEWIETRZANIA ŒCIAN EKSPLOATACYJNYCH Z UWAGI NA ZWALCZANIE ZAGRO EÑ WENTYLACYJNYCH S³owa kluczowe Wentylacja, zagro enia naturalne, systemy wentylacji œcian eksploatacyjnych Streszczenie Polskie górnictwo wêgla kamiennego charakteryzuje siê trudnymi warunkami geologiczno-górniczymi oraz wystêpowaniem praktycznie wszystkich zagro eñ naturalnych znanych w górnictwie œwiatowym. Z uwagi na wyczerpywanie siê zasobów wêgla na wy szych poziomach kopalnie musz¹ schodziæ z eksploatacj¹ na poziomy ni sze. Zwiêkszanie g³êbokoœci eksploatacji zwi¹zane jest ze wzrostem zagro eñ naturalnych. W artykule przedstawiono stosowane systemy przewietrzania w polskim górnictwie wêgla kamiennego. Powszechnie stosowny jest system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego. W tym systemie s¹ przewietrzane niemal wszystkie wysokowydajne œciany tak e w przypadku du ego zagro enie metanowego. Równie powszechnie, choæ w mniejszym stopniu, stosowane s¹ systemy Y w ró nych odmianach. System ten jest stosowany zarówno w œcianach metanowych, jak i niemetanowych, przy wystêpowaniu zagro enia po arowego, jak i jego braku. O zastosowaniu konkretnego systemu przewietrzania decyduj¹ inne wzglêdy ni skala zagro eñ naturalnych. W tabeli 1 podano charakterystykê systemów przewietrzania œcian eksploatacyjnych oraz podano ich wady i zalety. W dalszej czêœci omówiono wyniki badañ ankietowych stosowanych systemów przewietrzania. Wskazano, które z systemów przewietrzania œcian s¹ najczêœciej wykorzystywane w trakcie prowadzenia eksploatacji. Przedstawiono czynniki które decyduj¹ o zastosowaniu systemu przewietrzania. Nastêpnie scharakteryzowano systemy przewietrzania œcian eksploatacyjnych, które w przysz³oœci pozwol¹ na skuteczne zwalczanie zagro eñ wentylacyjnych. Omówiono systemy przewietrzania ze wzglêdu na mo liwoœci zwalczania zagro eñ przy wspólnym wystêpowaniu w trakcie eksploatacji. W zale noœci od spodziewanych wielkoœci zagro enia metanowego nale y przyj¹æ przede wszystkim odpowiedni system przewietrzania œciany, ma on bowiem decyduj¹cy wp³yw na bezpieczeñstwo pracy w rejonie œciany. W tablach 2 i 3 podano zdarzenia, które wyst¹pi³y w ostatnich latach zwi¹zane z zapaleniem metanu oraz po arami podziemnymi. Podane zdarzenia mia³y miejsce w œcianach prowadzonych w warunkach du ego zagro- enia metanowego i po arowego. Iloœæ doprowadzanego powietrza do omawianych œcian by³a wystarczaj¹ca, jednak nie zapewni³a w tych œcianach, a w szczególnoœci w zrobach, w³aœciwego rozk³adu stê enia metanu. Równie zagro enie temperaturowe nabiera coraz wiêkszego znaczenia wraz ze wzrostem g³êbokoœci eksploatacji. W tabeli 4 zestawiono systemy przewietrzania œcian w aspekcie wspó³wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych. W podsumowaniu zwrócono uwagê na koniecznoœæ udoskonalania istniej¹cych, a tak e wypracowanie nowych metod zwalczania zagro eñ naturalnych. DIRECTIONS OF CHANGES IN VENTILATION SYSTEM OF LONGWALLS WITH ATTENTION ON REDUCTION VENTILATING HAZARDS Key words Ventilation, natural hazards, ventilation system for longwalls Abstract Polish mining industry is characterized by difficult geologic and mining threats and occurrence of almost every natural hazards known in world mining. Because of running out of coal resources on upper levels, coal mines have to explore lower levels. Increasing the depth of exploration means dealing with more natural hazards. Following article presents ventilation systems currently used in Polish coal mines.
214 The U ventilation system for retreat longwall with caving is commonly used. This system is used to ventilate almost every highly efficient longwalls, also in case of high methane threat. Different forms of the Y ventilation systems are less popular but also used. This system can be exploited both in methane and non-methane longwalls. It is also used in areas threatened by underground fire as well as in the areas free of this kind of threat. But it is not the scale of natural hazard that is decisive criterion for choosing given system of ventilation. Characteristic as well as advantages and disadvantages of each system are presented in Table 1. Further part of this material presents results of questionnaire-based research of different kinds of ventilation systems used. The most popular systems of longwalls ventilation used in underground exploitation are pointed out in the following text. This article also presents main factors taken under consideration while choosing ventilation system. Further this paper presents systems that will make fighting ventilation threats possible and effective. Ventilation systems in view of possibilities of fighting common threats of exploitation are also discussed. Dependently on expecting dimension of methane threat it is necessary to adopt relevant system of longwall ventilation. It is because of its decisive influence on safety in the longwall area. Incidents related to methane ignition and underground fire that took place in recent years are shown in Table 2 and 3. Examined incidents took place in the areas of high methane and fire threat. The quantity of air conveyed to discussed longwalls was sufficient, nevertheless did not secured the right distribution of methane concentration in these longwalls, in goafs in particular. Temperature threat is becoming more and more significant as the exploitation goes deeper. Table 4 presents compilation of ventilation systems in view of co-existing natural hazards. In recapitulation main accent was put on necessity of improving existing and creating new methods of fighting natural hazards.