Nr 117 Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej Nr 117 Studia i Materiały Nr 32 2006 Piotr STRZAŁKOWSKI* górnictwo ogólne, historia górnictwa, eksploatacja złóż GÓRNICTWO WĘGLOWE W OKRESIE MIĘDZYWOJENNYM W pracy przedstawiono stosowane w międzywojennym górnictwie węgla kamiennego technologie prowadzenia eksploatacji oraz osiągnięcia techniki górniczej tego okresu. Przedstawiono przy tym najczęściej stosowane systemy eksploatacji oraz nowe rozwiązania techniczne dotyczące transportu kopalnianego. 1. WPROWADZENIE Budowanie od podstaw polskiej państwowości wymagało od całego narodu ogromnego wysiłku. Z wojennych zniszczeń podnoszono przemysł, tworzono jego nowe gałęzie. Duże trudności napotykano również w przypadku modernizacji górnictwa węglowego. W okresie międzywojennym w granicach Rzeczpospolitej znalazła się jedynie część kopalń Zagłębia Śląsko-Dąbrowskiego. Czynnych było ogółem 62 kopalń, których wielkość i poziom techniczny był dość zróżnicowany, w zależności od wielkości kapitału właścicieli. Część małych kopalń znajdowała się w rękach prywatnych właścicieli, niektóre należały do spółek akcyjnych (przeważnie do Państwa i spółek z udziałem kapitału francuskiego lub niemieckiego), np. Towarzystwo Saturn, skupiające kopalnie: Jowisz, Saturn i Mars spółka z udziałem łódzkich fabrykantów i kapitału francuskiego. Większe kopalnie wyposażone w nowoczesne urządzenia należały do Państwa lub bardzo bogatych spółek. Wdrażanie nowych wynalazków przebiegało zatem na poszczególnych kopalniach w różnym czasie. Generalnie można uznać, że w okresie międzywojennym elektryfikowano większość kopalń i starano się wprowadzać nowoczesne maszyny i urządzenia w procesie urabiania i transportu urobku. Dużym osiągnięciem tego okresu było opracowanie i wdrożenie ścianowych systemów eksploatacji, co pozwoliło na wydobywanie węgla z pokładów cienkich. Dodatkowym utrudnieniem w rozwijaniu produkcji górniczej były kryzysy gospodarcze i związana z nimi zmienna koniunktura na węgiel. * Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2
280 Sytuacja finansowa górników była dość zróżnicowana w poszczególnych latach. W okresach kryzysu kopalnie pracowały co drugi dzień, co odbijało się na wysokości wynagrodzenia. W dodatku wiele kas brackich straciło swój majątek z uwagi na ogromną inflację. Bardzo niekorzystnym zjawiskiem było bezrobocie, które dotknęło wielu górników. Stosowano tzw. zatrudnienie turnusowe, tj. okresowo wymieniano niemal całą załogę i w ten sposób stwarzano możliwość zatrudnienia bezrobotnych. Wielu bezrobotnych górników wydobywało węgiel na własną rękę, w tzw. biedaszybach. Groziło to nieraz śmiercią z uwagi na brak możliwości zachowania koniecznych warunków bezpieczeństwa pracy. Rys. 1. Zakład przeróbczy i szyb wentylacyjny kopalni Mars (ze zbiorów autora) Fig. 1. Preparation plant and ventilating shaft of coal mine Mars (from autor s collection) 2. NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE TECHNOLOGIE W okresie międzywojennym dominowały w górnictwie węglowym systemy zabierkowe, ze szczególnie rozpowszechnionym systemem śląskim. Jak wiadomo systemy te były dostosowane do eksploatacji pokładów o średniej i dużej miąższości. W okresie tym opracowano i wdrożono systemy ubierkowe, dzięki czemu możliwa była eksploatacja pokładów o małej miąższości, co uznać należy za duże osiągnięcie górniczej myśli technicznej tego okresu. Typowe przykłady systemów eksploatacji przedstawiono za pracą [2].
281 Rysunek 2. przedstawia schemat eksploatacji systemem zabierkowym podłużnym z zawałem stropu pokładu o grubości 5 8 m i kącie upadu 0 5º. Kierunek frontu eksploatacyjnego od pola. Głębokość eksploatacji wynosiła od 160 m do 200 m. Rys. 2. System zabierkowy podłużny z zawałem stropu [2] Fig 2. Shortwall system of extraction parallel to strike with caving Eksploatacja filarów odbywała się zabierkami o szerokości 5 6 m, po wzniosie pokładu. Po wykonaniu wdzierki w chodniku odbudowy przystępowano do eksploatacji w rejonie samej zabierki. Od strony zawału pozostawiano nogę o grubości 1,5 2,0 m. Urabianie w zabierce prowadzono po wzniosie, a następnie przystępowano do wybierania nogi. Urabianie następowało wyłącznie przy zastosowaniu materiału wybuchowego. Otwory strzałowe wiercono przy zastosowaniu wiertarek obrotowych na sprężone powietrze lub młotkami wiertniczymi. Obrywanie węgla wykonywano przy pomocy kilofów. Urabianie w trakcie wybierania nogi prowadzono wyłącznie przy użyciu kilofów. Obudowa w zabierce składała się ze stropnic zabudowanych co 1 m i podpartych na trzech stojakach. Przy wybieraniu nogi, kierunek zabudowy stropnic był prostopadły do stosowanego w zabierce. Dodatkowym zabezpieczeniem było zabudowywanie krzyży i podpór. Odstawa realizowana była przez ręczny załadunek urobku do wozów już w zabierce, następnie transport urobku odbywał się pochylnią do chodnika podstawowego. W chodniku głównym przewóz odbywał się liną bez końca lub przy pomocy lokomotyw elektrycznych przewodowych. Rabowanie odbywało się na zmianie nocnej
282 i przebiegało oczywiście od strony końca zabierki. Najczęściej obudowę udawało się usuwać ręcznie, lecz w przypadku większych nacisków ze strony stropu stosowano tzw. ręczną windę (ruck-zug). Odzyskiwano ok. 70% drewna. W celu zabezpieczenia innych wyrobisk przed przedostawaniem się gazów kopalnianych ze zrobów, zabierki otamowywano. Przewietrzanie odbywało się jednym z dwóch sposobów. Pierwszy polegał na poprowadzeniu prądu świeżego powietrza z chodnika podstawowego do pochylni, a następnie do zabierek. Następnie zużyte powietrze odprowadzano pochylnią do górnego chodnika wentylacyjnego. Drugi sposób, mniej korzystny, wbrew depresji naturalnej, polegał na odprowadzeniu zużytego powietrza pochylnią wentylacyjną do chodnika podstawowego a, który był wykorzystywany jako wentylacyjny. Rysunek 3. przedstawia z kolei schemat eksploatacji prowadzonej systemem zabierkowym podłużnym z podsadzką hydrauliczną pokładu o grubości 4,5 6,0 m i kącie upadu 25 55º. Głębokość zalegania pokładu ok. 250 m. Rys. 3. System zabierkowy podłużny z podsadzka hydrauliczną [2] Fig. 3. Shortwall system of extraction parallel to strike with hydraulic filling Roboty w zabierce rozpoczynano od przecinek łączących chodniki odbudowy. Zabierki o szerokości 5 6m wykonywano po upadzie, czyli z chodników c (c) w kierunku chodników d (d). Od strony wybranej wcześniej i podsadzonej zabierki pozostawiano nogę o szerokości 3 m. Nogi wybierano od strony chodników d (d) do c (c), po rozciągłości w kierunku podsadzonej zabierki. Urabianie prowadzono przy zastosowaniu MW bez wrębów.
283 Obudowę zabierki stanowiły stropnice o długościach 5 6 m, zabudowywane co 1 1,2 m na czterech stojakach. Odstawa w przypadku kąta upadu pokładu do 35º odbywała się rynnami wstrząsanymi ułożonymi w przecince do chodnika odbudowy. W chodniku odstawa odbywała się wozami. Wozy dostarczano ręcznie do pochylni odstawczej, w której opuszczano je kołowrotami do chodnika przewozowego. W przypadku kąta upadu pokładu powyżej 35º w przecince układano rynny wstrząsalne. W pochylniach odstawczych natomiast układano rury żelazne 600, które obmurowywano w chodniku a i zamykano zasuwą. Węgiel z zabierek transportowano rynnami i wywrotnymi kolebami do rur zsypnych, a w chodniku transportowym a ładowano do wozów (ładowność ok. 0,75 Mg). Wozy łączono w pociągi (każdy po około 50 wozów) ciągniętych przez lokomotywy napędzane sprężonym powietrzem. Do podsadzania przystępowano po wybraniu nogi. Rozpoczynano je od zabudowania tamy podsadzkowej, składającej się ze stojaków wpuszczonych w podsadzkę poprzedniej zabierki na głębokość ok. 30 cm. Tamy obijano deskami i uszczelniano sianem. W celu odprowadzenia wody podsadzkowej układano koryta odpływowe wzdłuż nogi następnej zabierki. Rurociąg podsadzkowy doprowadzano z górnego chodnika a pochylnią b do danej zabierki. Ostatnią zabierkę przeznaczano na osadnik. Przewietrzanie polegało na doprowadzeniu powietrza chodnikiem głównym, pochylnią odstawczą i chodnikami c i d do poszczególnych zabierek. Zużyte powietrze odprowadzano pochylniami rurowymi do chodnika wentylacyjnego na wyższym poziomie. Rysunek 4. przedstawia schemat eksploatacji systemem zabierkowym poprzecznym z zawałem stropu pokładu o grubości 1,5 2,0 m i kącie upadu 8 12º. Głębokość zalegania ok. 160 260 m. Rys. 4. System zabierkowy poprzeczny z zawałem stropu [2] Fig. 4. Shortwall system of extraction perpendicular to strike with caving
284 Zabierki o szerokości ok. 6 m (bez nogi) wykonywano po rozciągłości od góry pola. Od strony wybranej wcześniej zabierki pozostawiano nogę o szerokości 4 m. Nogi wybierano po dojściu zabierką do zawału bocznego. Szereg jednocześnie prowadzonych zabierek tworzyło linię schodową. Do urabiania w zabierkach stosowano MW. Otwory strzałowe wiercono przy zastosowaniu wiertarek elektrycznych. Ładunki odpalano przy zastosowaniu zapalarek elektrycznych. Obudowę zabierki stanowiły stropnice o długościach ok. 5 m, zabudowywane co 1 1,2 m na czterech stojakach. Strop zabezpieczano także okładzinami co 0,15 0,30 m. We wdzierce stropnice zabudowywano po wzniosie pokładu, stropnice równoległe do wybieranego ociosu, a w samej zabierce po rozciągłości. Wzdłuż ociosów zabierki od strony zawału ustawiano organy ze stojaków w odstępach co 0,5 0,8 m. Odstawa realizowana była przez ręczny załadunek urobku do rynien wstrząsanych zawieszonych na stropnicach linkami stalowymi. Rynny tworzyły jeden ciąg w zabierkach i w dowierzchniach. W chodniku podstawowym odstawa odbywała się przy pomocy liny bez końca. Rabowanie odbywało się na zmianie nocnej i przebiegało oczywiście od czoła zabierki do pochylni odstawczej. Z uwagi na duży nacisk ze strony stropu stosowano strzelanie ładunkami o małej sile w celu usunięcia obudowy. Odzyskiwano ok. 20% drewna zdatnego do powtórnego użytku. Przewietrzanie odbywało się następujący sposób. Z chodnika a powietrze doprowadzano dowierzchniami do zabierek i przez zroby przepływało ono do górnego chodnika wentylacyjnego. Systemem ścianowym podłużnym (rys. 5) eksploatowano pokłady o małej grubości (cienkie i średnie) i małych kątach upadu (7 12º). System z zawałem stropu mógł być stosowany w przypadku zalegania w stropie pokładu skał słabych: łupków ilastych i piaszczystych, słabych piaskowców. Rys. 5. System ścianowy podłużny z zawałem stropu [2] Fig. 5. Longwall system of extraction parallel to strike with caving
Odstawa w wyrobiskach korytarzowych realizowana była rynnami wstrząsanymi, wozami o ładowności 0,656 Mg, a przy większych nachyleniach pokładu zsuwniami. Poszczególne piętra eksploatowało się od góry. Chodnik dolny był chodnikiem odstawczym, a górny wentylacyjnym. Urabianie wykonywano przy pomocy wrębiarek. Głębokość wrębu wynosiła 1,25 m. Wrąb wykonywano od chodnika dolnego w kierunku chodnika górnego, wykorzystując zazwyczaj pod wrąb przerosty pokładu. W ciągu doby wrębiarka mogła wykonać ok. 200 m wrębu. Za posuwającym się wrębem wierciło się otwory strzałowe. Otwory strzałowe wierciło się na wysokości ok. 0,6 m od spągu w pokładach o miąższości 1 m i 0,7 0,9 m w pokładach o miąższości 1,8 m. Jeden otwór strzałowy przypadał na ok. 1,5 m długości ściany. Do wiercenia otworów stosowano wiertarki elektryczne. Obudowa w ścianie była drewniana, podłużna. Składała się ze stropnic o długościach 1,3 m, podpartych dwoma stojakami, co 0,5 0,6 m. Kolejne rzędy stropnic były przesunięte względem siebie o pół długości stropnicy. W trzecim (maksymalnie piątym) rzędzie stojaków od przodka ustawiano stosy z drewna okrągłego (wyrabowane stojaki) wypełnione kamieniem z przerostów. Długość belek wynosiła w stosach od 0,8 m do 1,0 m. Chodnik transportowy chroniony był również kasztami, a jego obudowę wzmacniano stojakami pośrednimi. Odstawa w ścianie realizowana była w sposób następujący: wzdłuż drugiego rzędu stojaków układano rynny wstrząsane, na podstawkach rolkowych. Rynny napędzano silnikiem na sprężone powietrze. Urobek ładowano następnie do wozów. Rabowanie rozpoczynało się po przeniesieniu rynien i po ustawieniu części stosów w kolejnym rzędzie. Przystępowano następnie do rabowania stosów. Pierwsze belki wyciągano windą, a następne ręcznie, po czym rozrzucano kamień ze stosów, tak aby nastąpił równomierny zawał. Następnie przystępowano do rabowania obudowy. Przewietrzanie polegało na przepływie prądu świeżego powietrza chodnikiem odstawczym do ściany, przez ścianę po czym prąd powietrza przepływał chodnikiem wentylacyjnym do pochylni. Systemem ścianowym z podsadzką hydrauliczną eksploatowano pokłady o większej grubości średnie i grube. Rys. 6 przedstawia schemat eksploatacji pokładów o grubości 2,5 4,5m i kącie upadu 8 12º. Warstwy stropowe mocne, zbudowane z łupków i piaskowców. Eksploatację rozpoczynano od rozcinki oddalonej o szerokość filara oporowego dla ochrony chodnika przewozowego, z której to rozcinki rozpoczynano wybieranie ściany. Ściany prowadzono po wzniosie, a generalny kierunek frontu eksploatacyjnego był od pola. Ścianom nadawano nachylenie pod kątem 2 3º dla odpływu wody i pochylenia rynien. Urabianie wykonywano bez wrębu. Otwory strzałowe wierciło się w dolnej partii pokładu, a górna partia zbijana była kilofami. Do wiercenia otworów stosowano wiertarki elektryczne. Odpalanie ładunków następowało przy pomocy zapalarek elektrycznych. 285
286 Rys. 6. System ścianowy poprzeczny z podsadzką hydrauliczną [2] Fig. 6. Longwall system of extraction perpendicular to strike hydraulic filling Obudowa w ścianie była drewniana, podłużna. Składała się ze stropnic o długości 5 m, podpartych czterema stojakami, u dołu zaostrzonymi. Kolejne rzędy stropnic były odległe od siebie co 1 m. Strop zabezpieczano okładzinami co ok. 30 cm. Odstawa w ścianie realizowana była w sposób następujący. W odległości 1,2 3,6 m od czoła ściany zawieszano ciąg rynien wstrząsanych, których nachylenie w stronę pochylni odstawczej wynosiło 2 3º. Rynny zawieszane były również w pochylniach, na całej ich długości aż do chodnika przewozowego. Na wylocie z pochylni montowano blachy stalowe zapobiegające wysypywaniu się urobku. Rynny napędzano silnikami na sprężone powietrze. Transport w chodniku przewozowym realizowano przy pomocy liny bez końca lub transportu kołowego (lokomotywy elektryczne przewodowe), podobnie jak na głównych drogach transportowych.
287 Podsadzanie wykonywano odcinkami co 7 8 m. Tamy czołowe wykonywano z desek nabijanych na rzędzie stojaków obudowy. Przy grubości pokładu do 3 m tamy wzmacniano jednym ryglem, a przy miąższości większej dwoma ryglami. Tamy te były przenośne i uszczelniano je słomą. Tamy boczne budowano na rzędach stojaków, przy czym deski nabijano od strony przestrzeni podsadzanej. Materiał podsadzkowy doprowadzano z górnego chodnika podstawowego (wentylacyjnego), następnie pochylniami podsadzkowymi i przez okna tam czołowych dostarczano do przestrzeni wybranej. Oknami odpływała woda do osadników, z których po wyklarowaniu odprowadzano wodę przelewem. Osadniki były zespołem zabierek o szerokości po ok. 7 m, wykonanych poniżej chodnika wodnego. Przewietrzanie polegało na przepływie prądu świeżego powietrza chodnikiem przewozowym i pochylniami odstawczymi do ściany, po czym prąd powietrza przepływał pochylniami podsadzkowymi do chodnika wentylacyjnego. 3. TRANSPORT Nastąpił dalszy rozwój transportu kopalnianego [1]. Ulepszano maszyny i urządzenia odstawy głównej i ciągnienia. Konstruowano lokomotywy o mocy 125 225 KM. Pociągi przewoziły 125 150 Mg węgla z szybkością 25 km/godz. Wymagało to zmiany taboru na wozy o ładowności 2,5 3,5 Mg, w miejsce wagonów o pojemności 0,5 0,75 Mg. Inaczej konstruowano także torowiska. Wzrastała waga szyn i promień łuków torów. Zmiany te spowodowały zmniejszenie zatrudnienia załogi w przewozie z 25% ogółu zatrudnionych do 10%, co zaowocowało zwiększeniem wydajności pracy. W latach 30. wprowadzono w szybach wydobywczych skipy. Pozwoliło to na wyciąganie szybem 600 Mg urobku w ciągu jednej godziny [1]. Rewolucyjnym wynalazkiem była konstrukcja pierwszego w historii przenośnika, opatentowana w 1907 r. przez inż. R. Riegera (dyrektora KWK Knurów, a następnie profesora AG w Krakowie). Konstrukcja ta była następnie wdrażana w okresie międzywojennym i była stosowana jeszcze po 1945 r. Wynaleziony przez niego przenośnik nosi nazwę: przenośnik wstrząsany lub rynna wstrząsana. 4. PODSUMOWANIE Dwudziestolecie międzywojenne to okres wielkiego wysiłku twórczego narodu w zakresie m.in. rozwoju przemysłu, w tym górniczego. Polscy inżynierowie kształceni w akademiach górniczych: niemieckich, austro-węgierskich, rosyjskich, francuskich i belgijskich (a od 1919 r. również w AG w Krakowie) byli dobrze przygotowani do realizacji zadań wynikających z konieczności modernizacji górnictwa. Modernizacja techniki i technologii w tym okresie dotyczyła
288 wprowadzania nowych technik urabiania, elektryfikacji transportu (zastępowania transportu konnego elektrycznym), wdrażania systemów ubierkowych. Polska kadra techniczna doprowadziła do modernizacji kopalń i położyła podwaliny pod dalszy rozwój polskiego górnictwa, którego poziomu w tym okresie i dziś nie mamy powodów się wstydzić. LITERATURA [1] JAROS J., Zarys dziejów górnictwa węglowego. PWN, Warszawa Kraków 1975. [2] PRACA ZBIOROWA, Monografia Górnictwa Polskiego Zagłębia Węglowego tom I. Sposoby odbudowy pokładów węgla. Wydawnictwo Stowarzyszenia Polskich Inżynierów Górniczych i Hutniczych. Koło Śląskie, Katowice 1935. [3] STRZAŁKOWSKI P., Zarys rozwoju technologii górnictwa podziemnego. Wydawnictwo Pol. Śl., Gliwice 2005. COAL MINING IN PERIOD BETWEEN THE FIRST AND THE SECOND WORLD WAR The underground coal mining technologies used during two decades between world wars in the past century have been presented in this paper. The most popular systems of mining extraction in this period have been presented too.