Jacek SOBALA Andrzej SZYMUSIAK 1) Iwona ZAWADZKA-MAŁOTA Główny Instytut Górnictwa Kopalnia Doświadczalna Barbara Mikołów 1) Kompania Węglowa S.A. Oddział KWK Bielszowice Ruda Śląska Ocena możliwości zastosowania zapalników elektronicznych w polskich kopalniach węgla kamiennego Streszczenie Producenci środków strzałowych na świecie pracują nad nowymi technologiami, które zastosowane w zakładach górniczych pozwalają poprawić wydajność i bezpieczeństwo wykonywania robót strzałowych. Jedną z nich jest opracowanie i wdrożenie kilku rodzin systemów zapalników elektronicznych do inicjowania materiałów wybuchowych. Są one stosowane z powodzeniem w odkrywkowych zakładach górniczych, nawet węglowych (np. w Australii, czy Republice Południowej Afryki) oraz w niewęglowych i niemetanowych podziemnych kopalniach. W podziemnych kopalniach węgla kamiennego do tej pory nie były stosowane. Artykuł jest próbą określenia możliwości zastosowania zapalników elektronicznych przy potencjalnym zagrożeniu metanowo-pyłowym w polskich kopalniach węgla kamiennego. Abstract World s explosives manufacturers are working on new technologies used in the mining will allow to improve efficiency and safety performance explosives. Currently, they are trying to achieve it by the development and implementation of electronic detonators systems, which initiate explosives. They are used successfully in open-pit mines, even carbon (eg. in Australia and South Africa) and in non-carbon and non-methane underground mines. In underground coal mines have not yet been used. The article is an attempt to determine the applicability of electronic detonators in underground coal mines, where the potential hazard of methane and dust explosion exists. 1. Wstęp Do inicjowania materiałów wybuchowych stosuje się zapalniki. Wśród zapalników historycznie najstarsze są zapalniki elektryczne. Krokiem w rozwoju systemów inicjowania było opracowanie zapalników nieelektrycznych, jednak ze względu na iskrowy sposób ich inicjowania do tej pory nie są stosowane w kopalniach węgla kamiennego.
Rozwój zapalników elektronicznych wiąże się z wielkim postępem w miniaturyzacji elementów elektronicznych w latach 90-tych ubiegłego wieku, w tym w wytwarzaniu specjalizowanych funkcjonalnie układów zwanych chip -ami. Zapalniki elektroniczne mimo iż jeszcze są droższe od klasycznych (elektrycznych) stają się coraz to bardziej dostępne dla użytkowników materiałów wybuchowych do robót strzałowych w odkrywkowych zakładach górniczych (w tym węglowych np. w Australii, czy też w Republice Południowej Afryki) lub w niewęglowych i niemetanowych podziemnych zakładach górniczych (np. kopalnie rud miedzi, prace tunelowe itp.). Celem niniejszego artykułu jest ocena możliwości zastosowania zapalników elektronicznych w podziemnych zakładach górniczych w warunkach zagrożenia wybuchem pyłu węglowego i/lub metanu. 2. Zapalnik elektroniczny budowa i zasada działania Dla klasycznych zapalników elektrycznych (ZE) cała potrzebna energia jest gromadzona w urządzeniu odpalającym zapalarce, najczęściej w kondensatorze strzałowym. Odpowiednia wartość impulsu strzałowego oraz jego czas trwania w obwodzie strzałowym z klasycznymi zapalnikami gwarantuje (przy prawidłowych połączeniach) prawidłowe ich zadziałanie i zainicjowanie materiału wybuchowego (MW) w otworach strzałowych. W zapalniku elektronicznym przyjęto inną filozofię działania zapalnika i energia niezbędna do zainicjowania główki zapalczej jest gromadzona w kondensatorach umieszczonych w każdym pojedynczym zapalniku elektronicznym. Zapalniki elektroniczne są nowym jakościowo systemem inicjowania materiałów wybuchowych w pracach strzałowych. Zapalniki mają programowalne czasy opóźnień metodą elektroniczną i są o wiele bardziej precyzyjne w porównaniu z konwencjonalnymi zapalnikami z opóźniaczami zawierającymi masę pirotechniczną. Ze względu na zawartość w łusce zapalnika elektronicznego materiału wybuchowego w ładunku pierwotnym i wtórnym - system zapalników elektronicznych musi spełniać zasadnicze wymagania bezpieczeństwa (ESR - Essential Safety Requirements) Dyrektywy 93/15/WE dotyczącej wprowadzania na rynek i kontroli materiałów wybuchowych do użytku cywilnego [1, 6]. Również specjalizowana zapalarka (zwana często: blasterem) do systemu zapalników elektronicznych, jak również układ programująco-sprawdzający (zwany: taggerem lub loggerem) musi spełniać odpowiednie wymagania. Aktualnie funkcjonuje europejska specyfikacja techniczna dla systemów zapalników elektronicznych CEN/TS 13763-27 [2]. Są w niej zawarte podstawowe wymagania dotyczące funkcjonalności i bezpieczeństwa konstrukcji oraz użytkowania systemów zapalników elektronicznych. W dokumencie tym wyróżniono dwie możliwości połączeń zapalników elektronicznych:
a) szynowa (magistralna) - każdy zapalnik jest podłączony (równolegle) do wspólnej linii dwuprzewodowej, znajdującej się na zewnątrz otworów strzałowych (na powierzchni), zwykle na każdy zapalnik przypada jedno połączenie, b) stokrotki - w tym układzie połączeń zapalnik ma wystarczająco długi przewód, (przewody), aby być połączonym z następnym zapalnikiem, a drugi przewód jest połączony z poprzednim zapalnikiem. Nie ma więc oddzielnego przewodu szynowego. Zapalnik ma zwykle jedno lub dwa połączenia. Nawet jeśli występują inne systemy połączeń to w konsekwencji można je sprowadzić do tych dwóch przypadków (rys. 1a i 1b). a) b) Rys. 1. Elektryczne systemy połączeń: a) szynowa, b) stokrotki. 1. Układ odpalający (zapalarka) 2. Konektory (połączenia) 3. Zapalniki elektroniczne 4. Przewód obwodowy Przez ostatnie dekady zwiększono precyzję opóźniaczy pirotechnicznych [3]. Pomimo postępu i w tej dziedzinie istnieją jednak pewne ograniczenia zarówno technologiczne, jak i podczas składowania zapalników. Zapalniki klasyczne mające pirotechniczny element opóźnienia, posiadają rozrzuty czasów detonacji, powiększające się z długością nominalnego czasu opóźnienia. Dokładność czasów detonacji musi być taka, aby zmniejszyć ryzyko zachodzenia czasów detonacji zapalników o sąsiednich numerach. Wg np. przepisów obowiązujących w Szwecji stosowane są następujące warunki [3]: T u - x śr > 1,5 s (1) x śr - T 1 > 1,5 s (2) gdzie: x śr średnia arytmetyczna wartość czasu opóźnienia, s odchylenie standardowe, T u górna granica akceptacji (nominalny czas opóźnienia T n + 0,5 interwał T i ), T 1 dolna granica akceptacji (nominalny czas opóźnienia T n - 0,5 interwał T i ).
Zapalnik natychmiastowy Przy spełnieniu powyższych warunków (1 i 2) prawdopodobieństwo niezachodzenia czasów detonacji dla dwóch otworów strzałowych z zapalnikami klasycznymi z sąsiadującymi numerami zwłok czasowych będzie większe niż 98 %. Np. dla klasycznych zapalników 25 ms całkowite odchylenie standardowe wynosi około 1,5 % czasu opóźnienia. Dla dłuższych czasów opóźnień należy odchylenie standardowe powiększyć do około 2,5 % (dla czasów opóźnienia: 2-6 s). Zapalnik elektroniczny posiada znacznie większą dokładność czasu opóźnienia. Np. dla czasu opóźnienia 6 s odchylenie standardowe wynosi ok. l ms, co odpowiada 0,02 % czasu opóźnienia. Jest to o 100 razy lepiej niż dla zapalników klasycznych z opóźniaczem pirotechnicznym. W zapalnikach elektronicznych odchylenie standardowe jest utrzymywane na niskim poziomie, kiedy całkowity czas opóźnienia jest duży. Wprowadzenie zamiast opóźniacza pirotechnicznego opóźnienia realizowanego w układzie elektronicznym radykalnie poprawiło precyzję utrzymania zadanego czasu (dokładność rzędu s). Na zewnątrz budowa zapalnika elektronicznego niewiele różni się od klasycznego. Na rys. 2 przedstawiono schematycznie przekrój zapalnika klasycznego i elektronicznego. Zapalnik elektroniczny w zasadzie składa się z elektronicznej części (opóźniacza) w połączeniu ze spłonką klasycznego zapalnika natychmiastowego. Zapalnik elektryczny Zapalnik elektroniczny korek z przewodami korek z przewodami główka zapalcza kondensator opóźniacz pirotechniczny ładunek pierwotny ładunek wtórny chip (układ elektroniczny) główka zapalcza ładunek pierwotny ładunek wtórny
Rys. 2. Konstrukcja zapalnika klasycznego i elektronicznego [3]. Chip - tworzy serce zapalnika elektronicznego, kondensator służy zgromadzeniu energii dla pracy układu i dla główki zapalczej, posiada oddzielne obwody zabezpieczające od strony wejściowej (przewodów) tak, aby ochronić zapalnik przed wpływem różnych form elektrycznego oddziaływania (obcych napięć, prądów błądzących i fal elektromagnetycznych). Każdy system zapalników elektronicznych, posiada unikalny kod, który uaktywnia zapalnik umożliwiając jego programowanie i/lub detonację. Dlatego zwykłe zapalarki służące do odpalania klasycznych zapalników elektrycznych w tych systemach nie mogą być używane. Dlatego każdy system zapalników elektronicznych posiada specjalizowane urządzenia odpalające zapalarkę. Często (ze względu na bezpieczeństwo) oddziela się funkcje kontrolne, które należy wykonać przed strzelaniem za pomocą specjalnego urządzenia, zwanego loggerem od funkcji inicjowania zapalników elektronicznych za pomocą oddzielnego urządzenia zwanego blasterem. Również dlatego nie wolno mieszać elementów różnych systemów inicjowania elektronicznego, zarówno zapalarek i innych urządzeń, jak i zapalników elektronicznych różnych producentów. Nie wolno także odpalać zwykłych zapalników elektrycznych zapalarką przeznaczoną do zapalników elektronicznych. Każdy system jest unikalny ze względu na przyjętą architekturę elektroniki, sprzęt komputerowy i protokół transmisji. Nietrudno zauważyć, że dzięki możliwości zaprogramowania zapalnika, czy z zapalarki, czy też z komputera przez specjalne przystawki, istnieje dla wprawionych osób duża możliwość projektowania metryk strzałowych z użyciem zapalników elektronicznych. Rozwój i poszerzające się zastosowanie zapalników elektronicznych zmieniają dzisiaj znacznie sposób projektowania i złożoności robót strzałowych. Nowa technologia po pewnych adaptacjach wykonanych na etapie projektu przez producenta umożliwi zastosowanie systemu zapalników elektronicznych w podziemnych kopalniach węgla kamiennego, gdzie takie systemy do tej pory nie były stosowane. Zapalniki elektroniczne przy ich pełnym i racjonalnym zastosowaniu w konsekwencji mogą dać poprawienie efektywności strzelań, zwiększenie poziomu bezpieczeństwa (np. w obszarach występowania pasożytniczych napięć, prądów błądzących, czy fal elektromagnetycznych) i większą elastyczność w projektowaniu siatki strzałowej.
Jednakże, ze względu na większe skomplikowanie systemu zapalników elektronicznych w stosunku do zapalników elektrycznych w rękach osób nieprzeszkolonych mogą tylko dostarczyć wyższego poziomu frustracji i niepowodzeń. 3. Główne założenia elektronicznego systemu inicjowania dla podziemnych kopalń węgla kamiennego System zapalników elektronicznych dla podziemnych kopalń węgla kamiennego powinien pełnić rolę zapalników metanowych (natychmiastowych i zwłocznych). Specjalizowana zapalarka do tego systemu powinna umożliwić pracę z metanomierzem, który byłby ustawiony w bliskiej okolicy miejsca strzelania i pełnił by rolę blokady metanometrycznej dla zapalarki po przekroczeniu pewnego progu CH 4 w miejscu wykonywania roboty strzałowej. Część testująca logger Zapalniki elektroniczne Linia strzałowa (obwodowa) Część odpalająca blaster Metanomierz Rys. 1. Schemat blokowy systemu zapalników elektronicznych dla podziemnych kopalń węgla kamiennego. System zapalników elektronicznych dla zastosowania w kopalniach węgla kamiennego powinien (Rys. 1) charakteryzować się następującymi własnościami: a) mieć wstępnie zaprogramowane zwłoki czasowe 25 lub 30 ms (do 18 stopnia, co funkcjonalnie odpowiadało by milisekundowym zapalnikom elektrycznym metanowym), b) w drugim etapie wdrażania możliwość programowania zwłok dowolnie w granicach 0 do 6000 ms, c) posiadać iskrobezpieczne specjalizowane urządzenie z niskonapięciowym obwodem wyjściowym, składające się z:
części testująco-programującej sprawdzającej zapalnik elektroniczny, linię i obwód strzałowy (logger) oraz części odpalającej (blaster) z wyjściem do linii strzałowej i linii do metanomierza oraz z odczytem na wyświetlaczu stężenia metanu i jego trendu w czasie. d) być uruchamiany po podaniu odpowiedniego kodu, e) posiadać zabezpieczenia w samym pojedynczym zapalniku uniemożliwiające wpływ na niego obcych napięć, prądów błądzących, czy fal elektromagnetycznych, f) mieć we współpracy z dedykowanym metanomierzem działanie blokady metanometrycznej uniemożliwiającej odpalenie zapalników w przypadku występowania zawartości metanu w rejonie wykonywana robót strzałowych powyżej 1 %, g) być wyposażony w możliwość ciągłego pomiar metanu w rejonie wykonywania roboty strzałowej z odczytem w zapalarce oraz rejestracją tych wartości w pamięci wewnętrznej urządzenia, h) zapewniać pełną diagnostykę obwodu strzałowego polegającą na informowaniu użytkownika o rzeczywistej ilości podłączonych i aktywnych zapalników (logger), i) posiadać łuskę zapalnika miedzianą. 4. Uwarunkowania prawne i analiza możliwości zastosowania elektronicznego systemu inicjowania w kopalniach węgla Aktualnie przepisy górnicze dotyczące wykonywania robót strzałowych w podziemnych zakładach górniczych nie precyzują, w jakich warunkach należało by stosować zapalniki elektroniczne do inicjowania materiałów wybuchowych. W związku z tym poniżej przeprowadzono analizę niektórych zapisów rozporządzeń oraz podano możliwości zastosowania zapalników elektronicznych w podziemnych, węglowych zakładach górniczych. W Rozporządzeniu Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 1 kwietnia 2003 r w sprawie przechowywania i używania środków strzałowych i sprzętu strzałowego w zakładach górniczych (Dz. U. Nr 72 z 2003 r., poz. 655) [7]: 1. W 54 [7] zapisano, że rodzaj połączenia ze sobą zapalników elektrycznych powinien zapewnić oporność (rezystancję) zastępczą obwodu zapalnikowego co najmniej dwukrotnie niższą od oporności urabianej skały. W przypadku systemu zapalników elektronicznych, których zasada działania jest odmienna od klasycznych zapalników elektrycznych nie trzeba tego punktu realizować. 2. 55 punkt 4 [7] nakazuje konieczność kontroli oporności (rezystancji) obwodu strzałowego za pomocą odpowiedniego omomierza strzałowego.
Jest to szczególnie istotne w przypadku, gdy obwód strzałowy składa się z długiej linii strzałowej o stosunkowo dużej rezystancji oraz niewielkiej ilości zapalników elektrycznych. W przypadku, gdy rezystancja zapalnika (zapalników) jest bardzo mała (w stosunku do rezystancji linii strzałowej) i mieści się w zakresie błędu pomiarowego omomierza strzałowego, to pomiar rezystancji całego obwodu strzałowego jest mało precyzyjny i nie gwarantuje pewności, że do obwodu strzałowego został podłączony zapalnik (zapalniki). Dla systemu zapalników elektronicznych nie zachodzi potrzeba posiadania omomierza strzałowego oraz nie jest konieczne badanie oporności linii strzałowej. Zamiast tego do obwodu strzałowego w miejscu odpalania podłączany będzie specjalny tester obwodu strzałowego, który informuje o ilości podłączonych zapalników oraz sprawdza ich stan techniczny, co gwarantuje pełną diagnostykę obwodu strzałowego. 3. 62 (punkty od l do 5) w całości [7] poświęcony jest zagadnieniu związanemu z zabezpieczeniem robót strzałowych wykonywanych z użyciem zapalników elektrycznych przed możliwością ich przedwczesnego odpalenia spowodowanego prądami błądzącymi. Ze względu na zabezpieczenia w samym zapalniku elektronicznym oraz specjalny kod wysyłany z zapalarki w celu jego aktywacji przed zadziałaniem są one niewrażliwe na prądy błądzące i paragraf ten w całości dla takich zapalników nie ma zastosowania. Nie zachodzi potrzeba wykonywania pomiarów prądów błądzących oraz jakichkolwiek dodatkowych działań wynikających z faktu ich występowania. 4. W 68 punkt l [7] zawarto pewne warunki prowadzenia linii strzałowej w chodnikach korytarzowych. Dla linii strzałowej (obwodowej) systemu zapalników elektronicznych nie ma konieczności odsuwania jej od kabli elektrycznych pod napięciem na przeciwny ocios. Linia strzałowa mogłaby być prowadzona analogicznie tak jak przewody linii iskrobezpiecznych (np. kable teletechniczne, przewody systemu metanometrii automatycznej), czyli pod stropem wyrobiska w odległości 10-20 cm od stropu oraz wzdłuż kabli elektroenergetycznych w odległości 20 cm niezależnie od kategorii zagrożenia metanowego. Możliwość zastosowania jako linii strzałowej (obwodowej) najprostszego przewodu dwużyłowego miedzianego (we wspólnej izolacji) np. przewód dwużyłowy teletechniczny, obniża koszty takiego rozwiązania, zamiast linii strzałowej wykonanej np. z przewodu OnG. 5. Załącznik nr 3 do w/w Rozporządzenia [7] określający szczegółowe zasady używania środków strzałowych w zakładach górniczych, określa w następujących punktach: 1.1.2. Wyrobiska kamienne - pola metanowe przy stosowaniu węglowych lub skalnych.
1.1.4. Wyrobiska kamienno-weglowe, pola metanowe przy stosowaniu MW węglowych lub skalnych. 1.1.9. Strzelanie dla wywołania zawału stropu w ścianach i ubierkach oraz chodnikach - pola metanowe przy stosowaniu MW węglowych lub skalnych. 1.1.13. Rozsadzanie luźnych brył ładunkami materiałów wybuchowych w otworach strzałowych - pola metanowe przy użyciu MW metanowych specjalnych, MW metanowych amonowosaletrzanych oraz MW metanowych nitroglicerynowych. 1.1.17. Strzelanie torpedujące w skałach otaczających pokłady węglowe. Wyrobiska kamienne, kamienno-weglowe oraz węglowo-kamienne i węglowe (wyrobiska korytarzowe i eksploatacyjne) - pola metanowe przy użyciu MW węglowych i skalnych. dopuszczalną zawartość metanu do 0,5 %, a przy zastosowaniu zapalarek elektrycznych z blokadą metanometryczną dopuszczalną zawartość metanu do 1 %. Dotychczas (kilkanaście lat temu) stosowana byłą zapalarka strzałowa elektryczna z tzw. blokadą metanometryczną typu TZ 70M i odpowiednimi metanomierzami. Obecnie właściwie ten sprzęt już nie istnieje. Na niektórych kopalniach sama zapalarka jeszcze funkcjonuje, ale niestety nie ma już metanomierzy (typu ROW, czy MIS-3). Z tego powodu zapis o możliwości wykonywania robót strzałowych w/w przypadkach z dopuszczalną zawartością metanu do 1 % jest właściwie martwy. Spora część kopalń prowadzi eksploatację w warunkach współwystępowania zagrożeń metanowych oraz tąpaniowych. Bardzo często zachodzi konieczność wykonywania robót strzałowych z użyciem MW skalnych (rzadziej węglowych) w polach metanowych IV kategorii. W miejscach tych zastosowanie zapalarki z blokadą metanometryczną pozwala na zwiększenie dopuszczalnej zawartości metanu do 1 %, co w znacznym stopniu zwiększa zakres stosowania MW skalnych. System zapalników elektronicznych gwarantować będzie blokadę możliwości odpalenia zapalników w przypadku przekroczenia dopuszczalnej zawartości metanu, jak również zdalny odczyt jej wartości w punkcie odpalania. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych [8] określa: l. W 145 [8], że w polach metanowych przy wykonywaniu robót strzałowych takich jak: w górnych wnękach ścianowych, wymuszających zawał w stropach ścian, w wyrobiskach korytarzowych o wzniosie powyżej 10, przy zaburzeniach geologicznych w ścianach i ubierkach, gdy zawartość metanu przekracza 0,5 % stosuje się zapalarkę wyłącznie do tego celu
dopuszczoną i linię strzałową w jednym odcinku mającą dwa przewody we wspólnej izolacji. W praktyce sprowadza się to właściwie do stosowania jednego typu zapalarki przeznaczonej do tych warunków (TZ-50) oraz konieczności stosowania zapalników tylko klasy 0,2 A. Podyktowane to jest odpowiednio niską energią impulsu strzałowego tak, aby nie doszło do zapalenia metanu od obwodu strzałowego (zapalników, linii strzałowej oraz zapalarki). System inicjowania zapalników elektronicznych, ze względu na niskonapięciowy i iskrobezpieczny obwód wyjściowy (strzałowy) może ww warunkach ułatwić prowadzenie robót strzałowych. Docelowo system zapalników elektronicznych ma umożliwić użytkownikowi programowanie zwłoki czasowej w przedziale od 0 do 6000 ms. Może to znaleźć praktyczne zastosowanie w warunkach kopalń węgla kamiennego, szczególnie podczas wykonywania strzelań profilaktycznych (wstrząsowych, torpedujących). Aktualnie system zapalników elektronicznych ma zastosowanie w zakładach górniczych odkrywkowych w celu minimalizowania fali parasejsmicznej (szkodliwej dla budynków znajdujących się w pobliżu odkrywek), powstającej w wyniku odpalania dużych ilości MW. Dzięki możliwości precyzyjnego ustawiania zwłok czasowych w poszczególnych otworach strzałowych wytwarza się falę parasejsmiczną o częstotliwości najmniej szkodliwej dla budynków. W przypadku strzelań profilaktycznych wykonywanych w warunkach kopalń podziemnych celem jest uzyskanie jak największego odprężenia górotworu w sposób kontrolowany. Zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami tzn. Załącznikiem nr 3, punkt 1.1.15 oraz 1.1.17 Rozporządzenia [7] należy do tych celów stosować zapalniki natychmiastowe. W efekcie uzyskujemy jedną falę parasejsmiczną. Można pokusić się o wyznaczenie parametrów tej fali parasejsmicznej (głównie częstotliwości i okresu) i spróbować uzyskać efekt interferencji tych fal powstających poprzez odpalanie otworów strzałowych profilaktycznych z precyzyjnie dobraną zwłoką czasową. Dokładny dobór zwłoki czasowej (z dokładnością do l ms) jest możliwy tylko w przypadku stosowania zapalników elektronicznych. Oczywiście wartość zastosowanej zwłoki czasowej musi mieścić się w przedziale takim, aby nie było możliwości zainicjowania wybuchu metanu, jednakże przedział ten musiałby być wyznaczony empirycznie dopiero po przeprowadzeniu odpowiednich badań. 5. Podsumowanie - korzyści wynikające z zastosowania zapalników elektronicznych wraz z systemem blokady metanometrycznej.
Zapalniki elektroniczne wraz z systemem blokady metanometrycznej mogą być zastosowane w podziemnych kopalniach węgla kamiennego w atmosferze potencjalnie zagrożonej wybuchem pyłu węglowego i/lub metanu. Zapalniki elektroniczne przeznaczone do tych warunków powinny cechować się następującymi właściwościami: zapalnik w stanie spoczynku nie posiada w sobie żadnej energii, zapalnik samoczynnie nie zdetonuje bez unikalnego kodu aktywacji, zapalnik otrzymuje energię ładującą jego kondensator (kondensatory) i kod aktywacji ze specjalizowanej zapalarki (blastera), zapalnik posiada zabezpieczenia przepięciowe. Niskie napięcia są zwierane przez układ bezpieczeństwa. Wyższe napięcia (> 1000 V) są ograniczane przez bezpiecznik iskrowy (np. warystor). Natomiast duże ładunki elektryczne uszkadzają wewnętrzny bezpiecznik zapalnika nie powodując jego detonacji, ze względu na wiele układów zabezpieczających oraz kod aktywacji zapalniki elektroniczne są bezpieczne wobec przypadkowych napięć stałych i zmiennych, prądów błądzących oraz fal elektromagnetycznych, system zapalników elektronicznych działa przy niskim napięciu (< 50 V), co zapobiega ewentualnym upływnościom, tak jak ma to czasem miejsce przy klasycznych zapalnikach, duża elastyczność w tworzeniu metryk strzałowych po przeprowadzeniu strzelań wzorcowych. Generalnie można stwierdzić, że zapalniki elektroniczne mogły by być stosowane wszędzie tam, gdzie przepisy górnicze nakazują stosowanie zapalarek iskrobezpiecznych lub z blokadą metanometryczną. Wymagana będzie też zmiana przepisów górniczych umożliwiająca i precyzująca warunki i miejsca stosowania systemów zapalników elektronicznych. Wymagać to będzie przeprowadzenia wielu testów i badań, aby produkt finalny spełnił wymagania nie tylko Dyrektywy ATEX dotyczącej bezpieczeństwa urządzeń pracujących w atmosferach potencjalnie zagrożonych wybuchem par i gazów (np. metanu), ale również Dyrektywy 93/15/WE dotyczącej wprowadzania do obrotu i kontroli materiałów wybuchowych do użytku cywilnego.
6. Wnioski: 1. System zapalników elektronicznych po pewnych modyfikacjach oraz badaniach może być zastosowany w kopalniach węgla kamiennego. 2. Zastosowanie zapalników elektronicznych w kopalniach węgla kamiennego pozwoli zwiększyć bezpieczeństwo wykonywania robót strzałowych ze względu na ich: niskonapięciowe zasilanie, inicjowanie zapalników po podaniu specjalnego kodu oraz możliwości zastosowania ich w szczególnie trudnych miejscach (określonych w aktualnych przepisach górniczych), gdzie należy zastosować zapalarki iskrobezpieczne lub z blokadą metanometryczną. 3. Programowane zwłoki czasowe, bardzo precyzyjne w zapalnikach elektronicznych będą szczególnie w profilaktyce tąpaniowej, ponieważ umożliwią po serii strzelań doświadczalnych wykorzystać powstałą falę parasejsmiczną. 4. System zapalników elektronicznych nie tylko musi spełnić wymagania Dyrektywy 93/15/WE, ale również Dyrektywy ATEX. Trwają prace nad wdrożeniem do polskich kopalń węgla systemu zapalników elektronicznych. 5. Powinny również ulec zmianie niektóre przepisy prawne w zakresie możliwości oraz warunków stosowania zapalników elektronicznych w podziemnych kopalniach węgla kamiennego`. 7. Literatura. [1] Directive 93/15/EEC of 5 April 1993 on the harmonization of the provisions relating to the placing on the market and supervision of explosives for civil uses. Dyrektywa Rady 93/15/EWG z dnia 5 kwietnia 1993 r w sprawie harmonizacji przepisów wprowadzania do obrotu i kontroli materiałów wybuchowych przeznaczonych do użytku cywilnego transponowana do prawa polskiego Ustawą z dnia 21 czerwca 2002 r o materiałach wybuchowych do użytku cywilnego (Dz. U. Nr 117, z dnia 25.07.2002 r, poz. 1007 z późn. zmianami). [2] Technical Specification CEN/TS 13763-27:2003 Explosives for civil uses Detonators and relays Part 27: Definitions, methods and requirements for electronic initiation systems (Specyfikacja Techniczna CEN/TS 13763-27:2003 Materiały wybuchowe do użytku cywilnego Zapalniki i przekaźniki Cześć 27: Definicje, metody i wymagania dla elektronicznych systemów inicjowania ). [3] Anders NILSSON, Jan JACOBSON Safety and Reliability in Initiation Systems with Electronic Detonators Swedish National Testing and Research Institute, Physics &
Electrotechnics, SP REPORT 1996:37 [4] Zbigniew ONDERKA Efekt sejsmiczny strzelania uwagi i zalecenia, Materiały Konferencji Technika strzelnicza w górnictwie - Jaszowiec 2001, Akademia Górniczo- Hutnicza, str. 435-454. [5] J.A. Sanchidrian European harmonization of test methods for high explosives in the frame of Directive 93/15/EEC (pages: 9-15), R. HOLMER - Explosives and Blasting Technique, A. A. BALKEMA, Rotterdam, Brookfield, 2000 [6] Jacek SOBALA, Teresa SZYDŁOWSKA Wymagania bezpieczeństwa w normach zharmonizowanych z Dyrektywą 93/15/EEC Górnictwo i Geoinżynieria Kwartalnik Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie Zeszyt 3/1 (2004, rok 28), str. 433-451. [7] Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 1 kwietnia 2003 r w sprawie przechowywania i używania środków strzałowych i sprzętu strzałowego w zakładach górniczych (Dz. U. Nr 72 z 2003 r., poz. 655). [8] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz. U. Nr 130, poz. 1169). [9] Niepublikowane materiały własne GIG Kopalni Doświadczalnej BARBARA oparte na badaniach systemów zapalników elektronicznych dla odkrywkowych zakładów górniczych.