Pobierz pełna wersję artykułu

181
CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud
nr 4 (77) 2015, s. 181-191
___________________________________________________________________________
Modelowa analiza transportu powietrza pomiędzy
poziomami złoża rud miedzi i złoża soli kamiennej
w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. w aspekcie
wymiarów szybików i uzyskiwanych wydatków
Sławomir Gajosiński1), Maciej Nowysz1), Wojciech Kulik1),
Sebastian Gola2), Krzysztof Soroko2)
1)
KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław
[email protected]
2)
KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG „Polkowice-Sieroszowice”, Kaźmierzów
Streszczenie
Na podstawie obecnych prognoz udostępnienie złoża rud miedzi, a następnie jego eksploatacja w obszarze Głogów Głęboki Przemysłowy, z uwagi na występujące zagrożenia aerologiczne, będzie wymagało doprowadzenia znacznych wydatków powietrza. Jednakże do czasu uzyskania planowanej struktury sieci wentylacyjnej, ujmującej planowane i drążone obecnie szyby, występujące zagrożenia naturalne mogą znacznie ograniczać zdolności produkcyjne oddziałów górniczych. Alternatywę dla utrzymania planowanej eksploatacji w okresie budowy sieci mogą stanowić szybiki wentylacyjne, łączące poziom złoża rud miedzi z poziomem
złoża soli. Artykuł przedstawia ocenę korzyści takiego rozwiązania, w oparciu o modelową
analizę możliwości transportu powietrza, o odpowiednich wydatkach, szybikami, z wykorzystaniem depresji naturalnej oraz wytwarzanej przez stacje wentylatorów głównych.
Słowa kluczowe: szybiki, sól kamienna, rozpływ powietrza, moc chłodnicza
A model analysis of airflow between the copper ore deposit and
the rock salt level in KGHM Polska Miedz S.A. mines
concerning dimensions of auxiliary ventilation shafts
and obtained airflow rates
Abstract
On a basis of current prognosis opening and mining in the Glogow Gleboki Przemyslowy
area need, because of ventilation hazards, large quantity of air. However up to achieving
final ventilation network structure, containing planning and currently sinking shafts, existing
natural risks can significantly reduce production capabilities. A solution with small auxiliary
ventilation shafts or holes connecting between the copper ore deposit and the rock salt levels
can be an alternative which enables high level of mining production. The paper presents
assessment of advantages of proposed solution based on a model analysis of possibilities of
suitable air quantity flow using auxiliary ventilation shafts with drop of natural draft pressure
and depression of main fans.
Key words: small auxiliary shafts for ventilation, rock salt, ventilation, cooling power
182
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
Wprowadzenie
Przy udostępnianiu głębszych partii złoża rud miedzi wystąpi systematyczny wzrost
zagrożenia temperaturowego. Przodki obecnie drążonych wyrobisk znajdują się
poniżej głębokości 1000m p.p.m., gdzie temperatura pierwotna górotworu przekracza 43 oC. W zakresie prowadzonych przez służby kopalniane działań profilaktycznych, w celu poprawy warunków pracy załogi w rejonach robót, dąży się do zwiększania wydatków doprowadzanego powietrza, zintensyfikowania jego przepływu
oraz jego schładzania. Jednakże ze względu na rozbudowane struktury sieci wentylacyjnych, ograniczoną liczbę szybów wentylacyjnych, czas ich głębienia oraz rozbudowę centralnych stacji klimatyzacyjnych wraz z rozbudową skomplikowanych
magistrali rurociągów wody lodowej, istotnego znaczenia nabiera fakt odpowiedniego zarządzania rozpływem powietrza.
Kopalnia Polkowice-Sieroszowice jest jedyną z należących do KGHM Polska
Miedź S.A., w której prowadzone są roboty górnicze na dwóch poziomach: na poziomie złoża rud miedzi, jak również prowadzi się wydobycie soli kamiennej, zalegającej nad złożem rud miedzi. W wyrobiskach solnych oraz w wyrobiskach
w rudzie występują odmienne warunki wentylacyjno-klimatyczne, mimo że czynniki
kształtujące stan atmosfery w drążonych wyrobiskach są identyczne. Eksploatacja
wymienionych kopalin wymaga odmiennych działań profilaktycznych, w celu zapewnienia bezpieczeństwa temperaturowego pracownikom.
W celu zwiększenia przepustowości kopalnianej sieci wentylacyjnej poziomu złoża rud miedzi, skrócenia dróg transportu powietrza, a tym samym uzyskania poprawy warunków klimatycznych w wyrobiskach, zasadne jest przeanalizowanie możliwości wykonania połączeń wentylacyjnych pomiędzy poziomem złoża rud miedzi
a wyrobiskami złoża soli za pomocą np. otworów wielkośrednicowych lub szybików.
Przedmiotowe połączenia mogą stanowić szybiki pomiędzy wyrobiskami solnymi na
krańcowych sferach zalegania złoża soli kamiennej oraz głębiej położonymi wyrobisk w złożu rudy miedzi.
Mając na względzie znaczne różnice parametrów fizycznych powietrza, określające warunki klimatyczne w wyrobiskach złoża rud miedzi i złożu soli, realizacja
połączeń wentylacyjnych może być rozpatrywana nie tylko w kwestii zapewnienia
odpowiedniej przepustowości sieci wentylacyjnej w okresie jej rozbudowy, ale również rozpatrywana w aspekcie efektywnego wykorzystania mocy chłodniczych systemów klimatyzacji centralnej do poprawy warunków temperaturowych.
1. Planowany rozwój wydobycia i kopalnianej sieci wentylacyjnej
w kopalni Polkowice-Sieroszowice
Obecne drążenie wyrobisk górniczych w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. prowadzone na głębokościach przekraczających 1000 m p.p.m. powoduje, że stosowanie profilaktyki wentylacyjnej, jak np. zwiększanie wydatku powietrza, likwidacja
źródeł wilgoci, likwidacja strat wewnętrznych, eliminacja ruchu maszyn z wyrobisk
doprowadzających powietrze itp., stało się niewystarczające do zapewnienia odpowiednich warunków pracy.
Wobec wyżej wymienionych czynników, w kopalni O/ZG „Polkowice-Sieroszowice” realizację prawnych wymagań temperaturowych warunków pracy
w przodkach wyrobisk uzyskuje się chłodem, dostarczonym z centralnej stacji klima-
183
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
tyzacyjnej o mocy chłodniczej 15 MW brutto, zabudowanej na powierzchni przy szybie SG-1.
Drążenie wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych odbywa się przy doprowadzaniu ok. 2,5 MW mocy chłodniczej, zaś prowadzenie eksploatacji złoża rud
miedzi w oddziałach wydobywczych realizowane jest przy doprowadzaniu mocy
o wartości ok. 4,5 MW.
Planowane udostępnienie głębszych partii złoża rud miedzi będzie uwarunkowane zapewnieniem odpowiednich warunków temperaturowych. Zakłada się, że będzie
to realizowane z wykorzystaniem centralnych stacji klimatyzacyjnych, zabudowanych przy szybach SW-4 i GG-1, których szacowane moce chłodnicze brutto będą
odpowiednio wynosiły 25 i 30 MW. Jednakże będzie to dopiero możliwe po wybudowaniu samych stacji oraz rozbudowie struktury rurociągów i punktów odbioru
chłodu, co w realizacji obejmie kilka lat. Do tego czasu zapewnienie odpowiednich
warunków temperaturowych w wyrobiskach będzie uzależnione od techniczno-organizacyjnych działań podejmowanych przez służby kopalni, w kwestii zarządzania rozpływem i uzyskania odpowiednich parametrów powietrza [5, 2].
Wobec powyższego, w pełni zasadne jest przeprowadzenie analizy możliwości
uzyskania wymaganych warunków temperaturowych w wyrobiskach poziomu złoża
rud miedzi, w aspekcie oceny wartości wykorzystywanej mocy chłodniczej przy doprowadzaniu powietrza wyrobiskami, stanowiącymi połączenia wentylacyjne poziomu złoża soli z poziomem złoża rud miedzi.
2. Określenie i ocena możliwości doprowadzenia powietrza
do oddziałów poprzez wyrobiska solne i szybiki
Analizę w zakresie możliwości utrzymania odpowiednich warunków temperaturowych w oddziale eksploatacyjnym w złożu rudy miedzi, w aspekcie przepustowości
szybików o różnej średnicy i długości, pomiędzy wyrobiskami solnymi i poziomem
rudy miedzi, oraz w aspekcie ograniczenia niezbędnej mocy chłodniczej, przeprowadzono dla założonego wariantu rozpływu powietrza, w którym powietrze dolotowe
doprowadzane jest szybem SW-1 bezpośrednio na poziom wyrobisk solnych,
a następnie przekopami Ps, o długim wybiegu (ok. 3800 m), kierowane jest do szybiku w rejonie skrzyżowania upadowych D-1/4 z chodnikami T/W-259S. Na schemacie przedstawionym na rys. 1 opisywana droga przepływu powietrza to węzły: 1,
2, 11, 12 i 13. Szybikiem powietrze sprowadzane jest na poziom z = -980 m p.p.m.
i przewietrza oddział wydobywczy. Po przewietrzeniu oddziału powietrze zużyte
kierowane jest upadowymi D-1/4 i chodnikami T/W-145 do wyrobisk solnych, a dalej
do szybu wydechowego SG-2 (węzły 13-17-20-21). W przedmiotowym wariancie
warunki klimatyczne na wlocie do oddziału będą zależne od charakteru:
 procesów cieplnych zachodzących na drodze przepływu przez wyrobiska
solne. Z wielu obserwacji dołowych wynika, że przy znacznych różnicach
w głębokości zalegania wymienionych złóż, podstawowymi czynnikami
kształtującymi stan atmosfery w drążonych wyrobiskach są właściwości termiczne skał, które decydują o występowaniu odmiennych warunków wentylacyjno-klimatycznych w złożu soli kamiennej i na poziomie złoża rud miedzi,
a w szczególności powodują utrzymywanie się niskiej wilgotności powietrza
w wyrobiskach solnych. Niska wilgotność ma istotne znaczenie w ograniczeniu niezbędnej mocy chłodniczej, gdyż do uzyskania porównywalnego
184
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________



Model
efektu temperaturowego nie jest wymagane odebranie znacznych ilości ciepła utajonego z wykraplania wilgoci z powietrza;
procesu sprężania powietrza w szybiku, wskutek zmiany głębokości;
procesu zmian parametrów termodynamicznych powietrza powodowane
przez wentylatory pomocnicze, służące do pokonania oporów przepływu
przez szybik;
procesu zmian cieplnych miedzy powietrzem i górotworem podczas przepływu przez szybik.
przewietrzania zgodny z ww. wariantem przedstawiono na rys 1.
21
1
SW-1
SG-2
2
20
11
17
5
19
3
SW-4
4
18
12
6
13
8
Rys. 1. Uproszczony schemat przewietrzania oddziału w analizowanym wariancie
z wykorzystaniem wyrobisk solnych i szybików
W przeprowadzonych obliczeniach przyjęto ogólne założenia:
 analizowany oddział eksploatacyjny znajduje się na głębokości
z = -980 m p.p.m.,
3
 wydatek doprowadzanego do oddziału powietrza wynosi 10 000-20 000 m /min,
o
 temperatura pierwotna górotworu na wlocie do oddziału ma wartość 42 C,
 wyrobiska solne doprowadzające powietrze bezpośrednio do szybiku, wykonane są w złożu soli kamiennej,
 temperatura powietrza doprowadzanego do wyrobisk solnych, bezpośrednio
z szybu SW-1, wynosi 28,0/22,0 oC,
 temperatura
powietrza
doprowadzanego
do
wyrobisk
poziomu
1060 m p.p.m. szybem SW-4 wynosi około 30 oC, przy wilgotności względnej ok. 65%.
185
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
W przeprowadzonych obliczeniach analizowano układy z jednym, dwoma, trzema i czterema szybikami o średnicach z zakresu od 1,0 m do 2,5 m, przy długości
szybików od 50 m do 150 m.
2.1.
Uwarunkowania aerologiczne doprowadzenia powietrza
do rozpatrywanego oddziału wydobywczego
W celu określenia możliwości dostarczenia wymaganej ilości powietrza do rozpatrywanego oddziału przeprowadzono obliczenia rozpływu w projektowanej podsieci
wentylacyjnej, związanej z przedstawionym powyżej wariantem przewietrzania.
W obliczeniach założono wykorzystanie do celów wentylacyjnych szybiku (układu
szybików) stanowiącego bocznicę 12-13 (rys. 1). Przyjęto, że średnice rozpatrywanych szybików mogą wynosić od 1,5 m do 2,5 m, co istotnie wpływa na wartości
oporu aerodynamicznego bocznic 1-2-11-12-13-17-20-21 podsieci wentylacyjnej.
Szybiki (otwory wielkośrednicowe) o długości w zakresie od 50 do 150 m i średnicy
od 1,5 m do 2,5 m są bowiem bocznicami o największych wartościach oporu aerodynamicznego. Do pokonania oporów przepływu i uzyskania wymaganych wartości
strumienia objętości powietrza w bocznicy z analizowanym oddziałem wydobywczym należy zastosować odpowiedni wentylator pomocniczy lub układ kilku wentylatorów pomocniczych. Do uzyskania zakładanego rozpływu powietrza konieczne jest
również otamowanie chodników solnych Ps-0 i Ps-1 (bocznica 11-17). Wyniki obliczeń wymaganego spiętrzenia wentylatorów pomocniczych Δp, w zależności od
strumieni objętości (ilości) powietrza przewietrzającego rozpatrywany oddział wydobywczy (bocznica 13-17), przedstawiono graficznie na wykresach (rys. 2-4). Przedmiotowe zależności, przedstawione na rys. 2-4, odnoszą się odpowiednio do następujących układów szybików (otworów wielkośrednicowych):
 jeden szybik o opcjonalnej długości 50 m, 100 m lub 150 m oraz średnicy
1,0 m, 1,5 m lub 2,0 m − rys. 2,
 jeden szybik lub układ 2-4 szybików połączonych równolegle o długości
50 m oraz średnicy 1,0 m lub 2,0 m − rys. 3,
 jeden szybik lub układ 2-4 szybików połączonych równolegle o długości 150 m
oraz średnicy 1,0 m lub 2,0 m − rys. 4.
6000
d=1,0m, L=50m
spiętrzenie D p, Pa
5000
d=1,0m, L=100m
d=1,0m, L=150m
4000
d=1,5m, L=50m
d=1,5m, L=100m
3000
d=1,5m, L=150m
d=2,0m, L=50m
2000
d=2,0m, L=100m
1000
d=2,0m, L=150m
0
0
10000
20000
3
strumień obj. powietrza V, m /min
Rys. 2. Zależność sumarycznego spiętrzenia wentylatorów pomocniczych Δp od strumienia
objętości powietrza V, przewietrzającego rozpatrywany oddział wydobywczy, przy różnych
średnicach d i długościach L szybiku (bocznicy 12-13)
186
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
L=50m
1 x d=1m
5000
spiętrzenie D p, Pa
2 x d=1m
3 x d=1m
4000
4 x d=1m
3000
1 x d=2m
2 x d=2m
2000
3 x d=2m
1000
4 x d=2m
0
0
10000
20000
30000
3
strumień obj. powietrza V, m /min
Rys. 3. Zależność sumarycznego spiętrzenia wentylatorów pomocniczych Δp
od strumienia objętości powietrza V, przewietrzającego
rozpatrywany oddział wydobywczy, przy różnych ilościach
szybików o długości L = 50 m, stanowiących bocznicę 12-13
L=150m
spiętrzenie D p, Pa
5000
1 x d=1m
2 x d=1m
4000
3 x d=1m
3000
4 x d=1m
1 x d=2m
2000
2 x d=2m
1000
3 x d=2m
4 x d=2m
0
0
10000
20000
30000
3
strumień obj. powietrza V, m /min
Rys. 4. Zależność sumarycznego spiętrzenia wentylatorów pomocniczych Δp
od strumienia objętości powietrza V, przewietrzającego rozpatrywany oddział wydobywczy,
przy różnych ilościach szybików o długości L = 150 m, stanowiących bocznicę 12-13
Zamieszczone na przedstawionych powyżej wykresach krzywe wskazują, że
przy odpowiednio dobranych średnicach szybików oraz odpowiednich spiętrzeniach
wentylatorów pomocniczych możliwe jest dostarczenie wyrobiskami solnymi w rejon
rozpatrywanego oddziału zlokalizowanego w bocznicy 13-17 powietrza w ilości
10000 m3/min i powyżej. Dla przykładu, dostarczenie do przedmiotowego rejonu
10000 m3/min powietrza, z wykorzystaniem jednego szybiku o długości 100 m, wymaga (zgodnie z rys. 2):
 zainstalowania wentylatorów pomocniczych o sumarycznym spiętrzeniu wynoszącym co najmniej 4000 Pa, w przypadku gdy średnica szybiku będzie
wynosić 1,5 m,
 zainstalowania wentylatorów pomocniczych o sumarycznym spiętrzeniu wynoszącym około 1000 Pa, w przypadku gdy średnica szybiku będzie wynosić 2 m.
187
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
2.2.
Prognoza warunków temperaturowych w analizowanym oddziale
oraz ocena zapewnienia odpowiednich warunków pracy
w aspekcie niezbędnej mocy chłodniczej
Procesy termodynamiczne, zachodzące podczas przepływu powietrza kopalnianego
wyrobiskami w złożu rudy lub solnymi, powodują, że przy wysokiej temperaturze
pierwotnej górotworu, oraz przy sprężaniu powietrza w szybiku, występuje znaczny
wzrost temperatury strumienia powietrza. Ze względu na charakterystyczne właściwości fizyczne otaczającego górotworu, intensywność wymiany ciepła będzie różna
podczas przepływu powietrza w wyrobiskach na poziomie rudy i soli. W celu określenia efektywności analizowanego wariantu przewietrzania w aspekcie zapotrzebowania na energię chłodniczą, niezbędna jest prognoza warunków klimatycznych
oraz wyznaczenie, w jakich przypadkach ochłodzenie powietrza do wymaganej
przepisami [3, 4, 6] temperatury, będzie wymagało doprowadzenia mniejszej mocy
chłodniczej.
Obliczenia prognostyczne warunków temperaturowych podczas przepływu powietrza wyrobiskiem wykonano, korzystając z metody bilansu ciepła i masy, wykorzystującej podstawowe zależności przepływu ciepła i dyfuzji pary wodnej.
W metodzie tej podstawowe równanie przyjmuje postać:
t s ( s )  t pg  t pg


   qs*  Fs  s 
 tos exp   .



V



c
p


(1)
gdzie:
tpg –
temperatura pierwotna skał, C,
tos –
temperatura powietrza suchego na początku wyrobiska, C,

– współczynnik przewodnictwa cieplnego, W/(m2/K),
q *s
– bezwymiarowy gradient temperatury skał, 1/m,
Fs
– pole powierzchni odsłoniętych skał, przypadające na jednostkę
wyrobiska eksploatacyjnego, m2/m,
długości
.
V – wydatek objętościowy powietrza, m3/s,
 – gęstość powietrza, kg/m3,
qd
– strumień ciepła od pozostałych źródeł ciepła, W/m,
s – długość wyrobiska, m.
W celu określenia warunków temperaturowych przeprowadzono obliczenia, korzystając z metody opracowanej przez J. Vossa, która opisuje przewodnictwo cieplne, konwekcję i parowanie wilgoci, a także z metody opartej na średnich gęstościach strumieni ciepła [1]. Prognozowane warunki temperaturowe wyznaczano jako
średnie arytmetyczne wyników uzyskanych z zastosowania wymienionych metod.
Natomiast wymaganą moc chłodniczą na wlocie do oddziału określano jako średnią
dla następujących kryteriów:
 temperatura powietrza, do której należy schłodzić doprowadzane powietrze
przed oddziałem, wynosi 28 oC,
188
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
temperatura zastępcza klimatu ochłodzonego powietrza, przed oddziałem,
o
wynosi 25 C,
 temperatura powietrza na wylocie z oddziału wynosi 34 oC.
Obliczenia niezbędnej mocy chłodniczej odniesiono do przypadku podstawowego, gdy powietrze świeże doprowadzane będzie do analizowanego oddziału wyłączne wyrobiskami w złożu rudy miedzi, z szybu SW-4, a następnie wyrobiskami na
poziomie z = 1050 m p.p.m. (T/W-359S oraz T/W-259S). Warunki klimatyczne na
wlocie do oddziału zdeterminowane są w tej sytuacji poprzez procesy cieplne, zachodzące na drodze przepływu pomiędzy szybem SW-4 oraz oddziałem, w warunkach wysokiej temperatury pierwotnej górotworu, osiągającej wartość do około
45 oC. Model przewietrzania z wykorzystaniem do transportu powietrza świeżego
tylko wyrobisk w rudzie przedstawiono na rys. 5.

21
1
SW-1
SG-2
2
20
11
17
5
19
3
SW-4
4
18
12
6
23
13
22
8
Rys. 5. Uproszczony schemat przewietrzania oddziału powietrzem z szybu SW-4
dostarczanym wyrobiskami w rudzie
W analizowanym wariancie podstawowym prognozowana wartość temperatury
powietrza na wlocie do oddziału wynosi około 35,5 oC przy wilgotności właściwej
około 59%. Chłodnice powietrza systemu klimatyzacji centralnej, ochładzające założony strumień powietrza 10 000 m3/min, dopływający wyłącznie wyrobiskami w rudzie, powinny osiągać moc chłodniczą około 3630 kW.
3
Natomiast w przypadku, gdy powietrze o wydatku 10 000 m /min doprowadzane
jest z szybu SW-1 wyrobiskami solnymi i szybikiem, zgodnie z uproszczonym wariantem przewietrzania pokazanym na rys 1, prognozowana wartość temperatury
powietrza wyniesie:
 przed szybikiem: 36,5-37,8 oC, przy wilgotności względnej 32-34%,
 na wlocie do oddziału: 38,0-40,0 oC, przy wilgotności względnej 31-34%.
189
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
Wykonane obliczenia prognostyczne wykazały także, że istotnym elementem bilansu cieplnego powietrza na drodze przepływu pomiędzy szybem SW-1 oraz analizowanym oddziałem wydobywczym jest proces sprężania powietrza w polu grawitacyjnym ziemi, następujący w szybiku.
Rozkład wymaganej mocy chłodniczej na wlocie do analizowanego oddziału,
w zależności od długości oraz średnicy szybiku, pokazano na wykresie (rys. 6).
Przykładowo, wymagana moc chłodnicza w przypadku doprowadzania powietrza
wyrobiskami solnymi oraz jednym szybikiem o średnicy 2,0 m wynosi:
 przy założonej długości szybiku 50 m – moc 2960 kW,
 przy założonej długości szybiku 100 m – moc 2980 kW,
 przy założonej długości szybiku 150 m – moc 3040 kW.
W stosunku do wariantu podstawowego, z doprowadzeniem powietrza z szybu
SW-4 wyrobiskami w rudzie, efekty w zakresie ograniczenie mocy chłodniczej szacuje się zatem na poziomie około 16-18,5%.
Obliczenia pokazały ponadto, że w każdym wariacie, z szybikami w układzie
3x1,0 m, 4x1,0 m, 1-4x2,0 m, wymagana będzie mniejsza moc chłodnicza (niż
w wariacie podstawowym z szybem SW-4), zaś efekty energetyczne będą większe
przy mniejszej długości szybiku i większej jego średnicy. Układ wyrobisk z dwoma
szybikami o średnicy 1,0 m każdy będzie korzystny, w aspekcie zapotrzebowania na
moc klimatyzacji, przy długościach szybików poniżej 110 m. Natomiast, wobec bardzo dużych oporów szybiku 1x1,0 m i konieczności zastosowania zespołu wentylatorów pomocniczych o znacznej mocy, wariant taki będzie nieopłacalny, a wręcz
praktycznie technicznie niemożliwy w realizacji.
Rys. 6. Moc chłodnicza przy doprowadzaniu powietrza wyrobiskami solnymi
i w rudzie oraz przy różnej długości średnicy szybiku
Występująca zależność w postaci ograniczenia mocy chłodniczej wymaganej dla
powietrza doprowadzanego wyrobiskami solnymi i szybikami, nawet w warunkach
wysokiej temperatury tego powietrza, wynika z niskiej wilgotności powietrza
w wyrobiskach na poziomie złoża soli. Ochłodzenie powietrza ze stanu o wysokiej
temperaturze i niskiej wilgotności wymaga zaangażowania mniejszej mocy chłodniczej, niż w przypadku, gdy temperatura powietrza jest niższa, lecz znacząco wyższa
190
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
jest wilgotność właściwa. Natomiast wzrost wilgotności podczas przepływu wyrobiskami w rudzie powoduje zwiększenie zapotrzebowania na moc chłodniczą. Dlatego
przy dużych odległościach transportu powietrza świeżego moc chłodnicza niezbędna do uzyskania założonego efektu temperaturowego będzie wyższa w przypadku,
gdy powietrze dopływa do analizowanego oddziału z wyrobisk solnych.
Podsumowanie
Rejony robót eksploatacyjnych i chodnikowych, zlokalizowane w trudnych warunkach geotermicznych, gdzie wystąpi konieczność zastosowania ochładzania powietrza i klimatyzacji, powinny być przewietrzane odpowiednim wydatkiem powietrza
przy optymalnym wykorzystaniu infrastruktury technicznej wentylacji, a w szczególności istniejącego układu wyrobisk. Wykorzystanie ww. infrastruktury powinno nastąpić zgodnie z obowiązującym prawem, zaleceniami natury praktyczno-ruchowej
oraz zapewnić maksymalną ochronę powietrza świeżego przez dopływem ciepła
i nadmiernym wzrostem temperatury, jeszcze przed wlotem do regonów robót, np.
oddziałów wydobywczych.
Dlatego też służby kopalni poszukują rozwiązań, które zapewnią wymagane
bezpieczeństwo temperaturowe pracownikom, przy obecnie dostępnych możliwościach kopalnianej sieci wentylacyjnej i dostępnych mocach chłodniczych. W sytuacji do czasu osiągnięcia planowanej struktury sieci wentylacyjnej możliwe będą
w praktyce ruchowej rozwiązania przejściowe, zapewniające możliwość utrzymania
wymaganych parametrów środowiska pracy, przy równoczesnym zapewnieniu ekonomiczności przedsięwzięcia.
W odniesieniu do skojarzonego procesu przewietrzania i klimatyzowania, w sytuacji braku wyrobisk transportujących powietrze, lub ich ograniczonej przepustowości, rozwiązaniem przejściowym może być wykorzystanie istniejącego układu wyrobisk nad poziomem rudy, tj. wyrobisk solnych, z których powietrze można będzie
doprowadzić na poziom zalegania złoża rudy miedzi, wykonując szybiki wentylacyjne lub otwory wielkośrednicowe.
Projektując i wprowadzając do praktyki górniczej tymczasowy, bądź docelowy,
sposób transportu powietrza pomiędzy poziomami złoża rud miedzi i złoża soli kamiennej z wykorzystaniem szybików, istotne jest zachowanie warunków określonych
w obowiązującym prawie, a w szczególności warunku dotyczącego konieczności
doprowadzania powietrza możliwie najkrótszą drogą do poziomu wydobywczego
oraz odprowadzania powierza prądami wznoszącymi w kierunku szybu wydechowego, jak również warunku dotyczącego przewietrzania rejonów wentylacyjnych niezależnymi prądami powietrza.
Obserwowane w praktyce ruchowej kopalni Polkowice-Sieroszowice zmiany warunków klimatycznych powietrza przepływającego wyrobiskami solnymi, a w szczególności utrzymywanie się niskiej wilgotności właściwej powietrza, wskazuje na
możliwość ograniczenia niezbędnej mocy chłodniczej do schładzania powietrza
dopływającego do oddziałów wydobywczych wyrobiskami w soli – w części drogi
dolotowej lub na całej jej długości. Obliczenia wykazały, że w przypadku realizacji
przedstawionego w artykule modelu przewietrzania z wykorzystaniem wyrobisk solnych i szybiku (lub kilku szybików) możliwe będzie osiągnięcie do 20% oszczędności w zapotrzebowaniu na moc chłodniczą.
Uzyskane wnioski z przeprowadzonych modelowych obliczeń jednoznacznie
wskazują na możliwość transportu powietrza pomiędzy poziomami złoża rud miedzi
191
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________
i złoża soli kamiennej w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. Również wykorzystanie mniejszych mocy chłodniczych uzasadnia wykonywania szybików pomiędzy
poziomami złóż soli i rud miedzi, przewidując taką możliwość w działaniach skutecznej profilaktyki przy zwalczaniu zagrożenia temperaturowego.
Bibliografia
[1] KGHM CUPRUM – Zespół Aerologii Górniczej, 2009, Badanie wpływu warunków klimatycznych na organizm człowieka zatrudnionego w wyrobiskach solnych O/ZG „Polkowice-Sieroszowice”, Wrocław, Praca niepublikowana.
[2] Nieśpiałowski T., Soroko K., Gola S., Gajosiński S., Nowysz M., 2011, Analiza wariantów rozcinki wyrobiskami solnymi w aspekcie prognozowanych warunków klimatycznych, IV Konferencja Naukowo-Szkoleniowa, „Problemy Współczesnego Górnictwa
2011”, Jaworze.
[3] Polska Norma PN-G-03100, Ochrona pracy w górnictwie. Warunki klimatyczne kopalń
podziemnych. Wyznaczanie temperatury zastępczej klimatu.
[4] 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.
[5] Soroko K., Gola S., Nawrat S., Turkiewicz W., 2012, Ocena możliwości zastosowania
układu chłodzenia z lodem przy udostępnianiu obszaru górniczego Głogów Głęboki
Przemysłowy, II Międzynarodowy Kongres Górnictwa Rud Miedzi – „Perspektywy i Kierunki Rozwoju”, Materiały konferencyjne, Lubin.
[6] Zezwolenie Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego L.dz.GG-024/0082/11/21118/AK
z dnia 27.12.2011 r. na odstępstwo od postanowień § 239 ust. 3 rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy,
prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych, tj. na zatrudnianie ludzi w wyrobiskach górniczych
w złożu soli kamiennej, w których temperatura powietrza w miejscach pracy może przeo
kroczyć 33 C przy pomiarze termometrem suchym.
192
Gajosiński S. i in., Modelowa analiza transportu powietrza…
___________________________________________________________________________