Pobierz pełna wersję artykułu

105
CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud
nr 3 (76) 2015, s. 105-114
___________________________________________________________________________
Analiza wentylacyjna wykorzystania projektowanych
otworów wielkośrednicowych jako wspomagającej
drogi doprowadzenia powietrza do wyrobisk kopalni
Sławomir Fabich1), Franciszek Rosiek2), Marek Sikora2), Jacek Urbański2),
1)
KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław
[email protected]
2)
Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Wrocław
Streszczenie
Przedstawiono efekty wentylacyjne zastosowania projektowanych otworów wielkośrednicowych dla prowadzenia powietrza na odcinku pokładu solnego, w czasie prowadzenia przebudowy szybu, w jego części przechodzącej przez ten pokład. Szybem ma dopływać do kopalni
3
ok. 70 000 m /min powietrza świeżego, z prędkością ok. 27 m/s. Podczas remontu solnego
odcinka szybu prędkość przepływu powietrza musi być ograniczona do ok. 4 m/s, ilość powie3
trza w szybie nie może przekroczyć 10 000 m /min. Pozostałą część powietrza planuje się
doprowadzić do kopalni otworami wielkośrednicowymi. Analizie wentylacyjnej poddano różne
modele dopływu powietrza do wyrobisk podszybia, wpływ zmian przekroju szybu na pracę
zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów oraz wpływ wykonania dwóch lub czterech
otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy pełnej drożności wentylacyjnej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku sol3
nym do 10 000 m /min.
Słowa kluczowe: wentylacja kopalń głębokich, otwory wielkośrednicowe, analiza wentylacyjna
Ventilation analysis of possible usage of designed raisebores
as an additional air supply to mine workings
Abstract
In this paper, the usage of the designed raisebores as an additional road of air, during the
reconstruction of the shaft in rock salt interval, was shown. The amount of the air that has to
3
be delivered to the mine through the shaft is approx. 70000 m /min, and the velocity of the
air is up to about 27 m/s. During the reconstruction of the shaft the air velocity has to be
reduced to approx. 4 m/s, which means that the amount of air that flaws through the shaft
3
must not exceed 10000 m /min. The remaining amount of air has to be delivered other way.
Raisbores were chosen as an option. The analyses were performed to determine the
influence of changing the shaft diameter onto the underground fan station, with two or four
raisebores included. Those analyses were done for two main shaft configurations: with full
patency of the ventilation shaft, and with reducing the amount of air flowing into the shaft (in
3
rock salt depth interval) to 10000 m /min.
Key words: deep mine ventilation, raisebores, ventilation analysis
106
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
__________________________________________________________________________
Wstęp
Idea zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów kopalń LGOM była analizowana od wielu lat. Już w 1978 r. [3] została przedstawiona możliwość budowy szybów o zmiennej średnicy. Proponowano wówczas, aby szyby wykonywać w dwóch
średnicach: mniejszej (7,5 m), w części szybu, która była wykonywana w obudowie
tubingowej (strefa mrożeniowa) oraz większej, w obudowie betonowej, poniżej tej
strefy. Takie rozwiązanie miało zmniejszyć opór aerodynamiczny szybu i umożliwiać
zwiększenie ilości powietrza płynącego szybem, przy tych samych parametrach
wentylatora. Kolejno w pracach [5-7] badano możliwość optymalizacji oporów takich
szybów oraz dalsze zwiększenie ich przepustowości wentylacyjnej, w części
o mniejszej średnicy, poprzez wykonanie otworów wielkośrednicowych obok szybu,
którymi płynęłaby część powietrza do dolnej części szybu o większej średnicy. Badano również wielkości dyssypacji energii w takich szybach i jej wpływ na zużycie
energii przez stacje wentylatorowe. Mimo oczywistych efektów takich rozwiązań, nie
zostały one zastosowane w żadnym z nowych szybów w kopalniach LGOM. Najprawdopodobniej wynikało to ze względów technicznych i braków w ówczesnym
czasie możliwości precyzyjnego wykonywania otworów wielkośrednicowych kilkuset
metrowej długości.
Idea ułatwienia dopływu powietrza na coraz większe głębokości przy mniejszym
zużyciu energii pojawia się jednak nadal i jednym z możliwych rozwiązań jest wykorzystanie otworów wielkośrednicowych, jako wspomagającej drogi doprowadzenia
świeżego powietrza do wyrobisk kopalni. Rozwiązanie to jest niezwykle istotne przy
przepływie szybem dużych ilości powietrza, w warunkach gdy zaistnieje konieczność dłuższego wyłączenia jego części, np. na czas remontu obudowy, a w przypadku szybu na odcinku soli kamiennej, zabezpieczonego obudową podatną, na
czas jego przebudowy. Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośrednicowych stwarza możliwość przejęcia przez nie części powietrza, dzięki czemu
będzie istniała możliwość ograniczenia wielkości przepływu powietrza na odcinku
poddanym przebudowie. W niniejszym artykule przedstawiona została analiza opisująca skutki wentylacyjne takiego rozwiązania.
1. Założenia
Szyb SW-4 położony jest w obszarze złoża, w którym występuje warstwa soli kamiennej o miąższości około 156 m, zalegająca w przedziale głębokości od 1026 do
około 1182 m. Szyb ten na całym odcinku, z wyjątkiem odcinka w soli kamiennej,
ma średnicę 7,5 m, przy czym podstawową obudową szybu w strefie poddawanej
mrożeniu jest obudowa tubingowa, zaś poniżej betonowa. Na odcinku soli kamiennej średnica nominalna szybu wynosi 10,0 m, przy czym obudową zabezpieczającą
wyłom solny jest obudowa powłokowa z tworzywa sztucznego, wzmocniona obudową stalową, kołową, podatną wykonaną z profili stalowych V25, w rozstawie odrzwi
co 0,75 m. Rodzaj zastosowanej obudowy w powiązaniu z reologicznymi własnościami soli kamiennej powodują, że wyłom szybowy ulega stopniowemu zaciskaniu.
W związku z powyższym każdorazowo, gdy szyb na odcinku solnym osiągnie średnicę 8,0-8,5 m realizowana będzie jego przebudowa [1, 2].
Szyb SW-4 jest szybem z funkcją wentylacyjną, dostarcza do wyrobisk kopalni
świeże powietrze. Docelowo zakłada się, że szybem tym będzie płynęło do kopalni
1,2 tys. m3 świeżego powietrza na sekundę (72 tys. m3/min), co daje maksymalną
107
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
___________________________________________________________________________
prędkość przekraczającą 27 m/s. W czasie prowadzenia prac związanych z przebudową odcinka solnego szybu, prędkość powietrza na odcinku przebudowywanym
nie powinna przekraczać 4 m/s, a zatem ilość powietrza płynącego remontowanym
odcinkiem szybu nie może przekroczyć 180 m3/s (około 10 tys. m3/min). Przeprowa3
dzona analiza zakłada, że pozostała ilość powietrza, tj. 62 tys. m /min, będzie doprowadzona do wyrobisk podszybia otworami wielkośrednicowymi, wykonanymi
pomiędzy wlotami poz. 1015 a 1209 m (rys. 1). Założono, że otwory te, o średnicy
3,6 m, bez obudowy, wykonywane będą techniką raise boring.
Rys. 1. Schemat alternatywnego wprowadzania powietrza do wyrobisk podszybia
Analizie wentylacyjnej poddano różne modele dopływu powietrza do wyrobisk
podszybia. Szczegółowo przeanalizowano wpływ zmian przekroju szybu na pracę
zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów, a następnie wpływ wykonania
dwóch lub czterech otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy
pełnej drożności wentylacyjnej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza
płynącego szybem na odcinku solnym do maks. 10 tys. m3/min.
2. Wyznaczenie oporu szybu oraz projektowanych
otworów wiertniczych w oparciu o wzory empiryczne
Opory aerodynamiczne zarówno szybu, jak i projektowanych otworów wiertniczych
wyznaczono w oparciu o dane literaturowe [4, 8, 9, 10] oraz wcześniej przeprowadzone pomiary w innych szybach.
108
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
__________________________________________________________________________
Projektowany opór dowolnego wyrobiska górniczego można wyznaczyć ze wzoru:
R 
BL
3
A
(1)
gdzie:
R – opór wyrobiska, Ns2/m8,
 – współczynnik oporu aerodynamicznego wyrobiska (szybu, otworu), Ns2/m4,
B – obwód wyrobiska, m,
L – długość wyrobiska, m,
A – pole powierzchni przekroju poprzecznego wyrobiska, m2.
Dla szybów bez wyposażenia, wykonanych w obudowie betonowej proponuje się
przyjmowanie [1, 2] wartości współczynnika oporu aerodynamicznego  = 0,002
2
4
2
4
Ns /m , a dla szybów w obudowie tubingowej  = 0,0085 Ns /m .
Korzystając ze wzorów podanych w [1], można wartości współczynników oporu
wyznaczyć dokładniej (w układzie SI – [Ns2/m4]):
 dla obudowy betonowej:
10 4   9,81
147


1,74  2 log  D
 2d

 o


(2)

 


2
dla obudowy tubingowej:
10 4   9,81
1

 2A 
 0,151  0,22 log 
 
 Bl  

2
(3)
gdzie oznaczenia jak we wzorze (1) oraz:
D – średnica szybu, m,
do – średnia wielkość występów obudowy (chropowatość bezwzględna), m,
l – odległość między środkami żeber obudowy tubingowej, m.
Dla szybu o średnicy D = 7,5 m wyznaczone (2) wartości współczynników oporu
aerodynamicznego wynoszą odpowiednio  = 0,00478 Ns2/m4 (dla chropowatości
bezwzględnej 5 cm) oraz dla szybu w obudowie tubingowej  = 0,00307 Ns2/m4 (dla
odległości między żebrami tubingów 0,5 m).
Z przeprowadzonych wcześniej pomiarów oporu w wykonanym szybie, przy założeniu, że chropowatość bezwzględna obudowy betonowej szybu na odcinku
428,5 m wynosi 0,05 m, uzyskano współczynnik oporu  = 0,00478 Ns2/m4, natomiast dla obudowy tubingowej (na długości szybu 598,5 m) współczynnik oporu
wynosi  = 0,009 Ns2/m4.
Podobne wartości współczynników przyjęto dla nowego szybu. Zgodnie z danymi
projektowymi szyb ten, o średnicy 7,5 m, na odcinku 665,3 m jest wykonany w obudowie tubingowej, zaś na odcinku 361 m w obudowie betonowej. Na poziomie
1015 m wykonane zostały wloty do celów połączenia szybu z planowanymi do wykonania, w okresie późniejszym, lunetami wentylacyjnymi. Poniżej, w warstwie soli
kamiennej, na odcinku 155,7 m szyb o średnicy 10,0 m wykonany został w obudowie
109
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
___________________________________________________________________________
powłokowej, wzmocnionej pierścieniami stalowymi z profili V25 w rozstawie co 0,75 m.
Na poziomie 1209 m wykonano wloty zasadnicze do wyrobisk podszybia. Jak już
wspomniano, przed zabudową pierścieni, lico solne zostało zabezpieczone obudową powłokową z tworzywa sztucznego z siatką z tego samego materiału.
Z uwagi na własności reologiczne warstwy solnej szyb na tym odcinku ulega zaciskaniu i po osiągnięciu średnicy 8,0-8,5 m ma być przebudowywany ponownie do
średnicy 10,0 m.
Przyjmując powyższe założenia, uzyskano następujące wartości oporów poszczególnych odcinków szybu:
 szyb o średnicy 7,5 m (odcinek ~1054 m) – R = 0,0021216 Ns2/m8,
 szyb o średnicy 10,0 m na odcinku soli kamiennej – R = 0,0001412 Ns2/m8,
2
8
 szyb o średnicy 8,0 m na odcinku soli kamiennej – R = 0,0003282 Ns /m ,
przy czym biorąc pod uwagę odległość między środkami żeber obudowy tubingowej (0,5 m) i ich wysokość (0,14 m) oraz odległość między środkami pierścieni
stalowych (0,75 m) i wysokość profili V25 (0,18 m), przyjęto dla obu przypadków ten
sam współczynnik oporu aerodynamicznego  = 0,009 Ns2/m4.
Otwory wiertnicze o średnicy 3,6 m będą wykonane metodą raise boring. Będą
miały długość ok. 190 m, przy czym 156 mb. otworu będzie wykonane w soli,
a pozostałe w skałach otaczających (głównie anhydryty). Przyjęto, że dla obu odcinków współczynnik oporu aerodynamicznego będzie wyznaczany wg wzoru (1), przy
czym dla skał chropowatość bezwzględna będzie wynosić 2 cm, a dla soli 1 cm. Dla
średnicy 3,6 m współczynnik oporu aerodynamicznego otworu w skałach będzie
miał wartość  = 0,0045183 Ns2/m4, a dla soli  = 0,0036898 Ns2/m4. Przy zaciśniętym otworze do średnicy 3,0 m współczynnik ten będzie miał wartość
 = 0,0038841 Ns2/m4.
Dla tak przyjętych wartości współczynników oporu aerodynamicznego opory
otworów wiertniczych będą miały wartości:
 dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w skałach – R = 0,0014551
Ns2/m8,
 dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w soli – R = 0,00617924 Ns2/m8,
 dla odcinka o średnicy 3,0 m wykonanego w soli – R = 0,01618569 Ns2/m8.
Powyższe wartości zostały wprowadzone do modeli cyfrowych i dokonano dla
nich wariantowych obliczeń rozpływu powietrza w rejonie nowego szybu, wraz ze
spiętrzeniami wentylatorów, które będą musiały być zainstalowane w sieci wentylacyjnej, aby wywołać wymagany przepływ powietrza.
3. Obliczenia modelowe rozpływu powietrza
dla założonych wariantów przewietrzania
Badania modelowe dotyczyły następujących stanów przewietrzania:
a) Szyb w jego projektowanym układzie wentylacyjnym (bez otworów wielkośrednicowych).
b) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi (bez tam regulacyjnych na podszybiu).
c) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi (bez tam regulacyjnych na podszybiu).
d) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi przy ograniczeniu
ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do max.
110
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
__________________________________________________________________________
10 tys. m3/min (tamy regulacyjne na podszybiu) – symulacja przebudowy
szybu na odcinku soli kamiennej.
e) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do
3
max. 10 tys. m /min (tamy regulacyjne na podszybiu) – symulacja remontu
szybu na odcinku soli kamiennej.
Analiza modelowa miała za zadanie określić, jaki będzie wpływ każdego z ww.
modeli dopływu powietrza do wyrobisk podszybia na parametry pracy dołowej stacji
wentylatorowej. Powyższe stany zamodelowano programem AutoWENT w modelu
cyfrowym sieci wentylacyjnej kopalni dla okresu odpowiadającego docelowej rozbudowie sieci wentylacyjnej w rejonie nowego szybu, czyli w okresie, w którym szybem
będzie doprowadzane ok. 72 tys m3/min powietrza świeżego, a na podszybiu będzie
pracowała stacja wentylatorów. W modelach obliczeniowych odwzorowano również
wyrobiska planowane na obu poziomach szybu, poprzez które doprowadzane będzie powietrze do otworów wiertniczych i do poszczególnych wentylatorów dołowej
stacji wentylatorowej. W modelach określono również wartości oporów tam regulacyjnych, wymaganych dla ograniczenia przepływu powietrza przez przebudowywany
odcinek szybu. Tamy te miałyby być zlokalizowane na podszybiu, w rejonach wlotów
poz. 1209 m.
4. Analiza wyników uzyskanych
dla założonych wariantów przewietrzania
W ramach obliczeń utworzono 12 modeli cyfrowych, w których odwzorowano zakładane zmiany w rejonie szybu i jego podszybia, nie zmieniając układu całej sieci
wentylacyjnej.
Warianty obliczeniowe (tabela 1) dotyczyły analizy rozpływu powietrza dla: średnicy „solnego” odcinka szybu, wynoszącej odpowiednio 10,0 i 8,0 m przy braku
otworów wiertniczych (warianty 1 i 2), przy dwóch otworach wiertniczych o średnicy
3,6 m (warianty 3 i 4) i 3,0 m (warianty 5 i 6) oraz przy czterech otworach wiertniczych o średnicy 3,6 m (warianty 8 i 9), a także 3,0 m (warianty 10 i 11). W dwóch
wariantach wyznaczono również rozpływ powietrza przy ograniczonej do 10 tys.
m3/min ilości powietrza w szybie dla dwóch (wariant 7) oraz czterech (wariant 12)
otworów wiertniczych.
Tabela 1. Warianty obliczeniowe analizy rozpływu powietrza
Wariant nr:
Wariant 1
Wariant 2
Wariant 3
Wariant 4
Wariant 5
Wariant 6
Wariant 7
Wariant 8
Wariant 9
Wariant 10
Wariant 11
Wariant 12
Średnica szybu
[m]
7,5/10,0
7,5/8,0
7,5/10,0
7,5/8,0
7,5/10,0
7,5/8,0
7,5/8,0
7,5/10,0
7,5/8,0
7,5/10,0
7,5/8,0
7,5/8,0
Ilość otworów wielkośrednicowych/średnica
2 otw./3,6 m
Tamy regulacyjne
na podszybiu
Nie
2 otw./3,0 m
2 otw./3,6 m
4 otw./3,6 m
4 otw./3,0 m
4 otw./3,6 m
Tak
Nie
Tak
111
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
___________________________________________________________________________
Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 2. W poszczególnych kolumnach ww. tabeli przedstawiono obliczone opory szybu w dwóch jego odcinkach, opory otworów
wiertniczych oraz wyznaczone ilości powietrza w szybie i otworach. Ilości te wyznaczono jako sprowadzone do warunków normalnych (dla gęstości powietrza
 = 1,2 kg/m3), a następnie jako strumienie rzeczywiste (dla rzeczywistej gęstości
powietrza) w m3/min i te wartości przedstawiono w tabeli 2. W kolejnych kolumnach
pokazano dyssypację energii [J/m3, Pa] na solnym odcinku szybu oraz w otworach
wiertniczych, a także wydajność i spiętrzenie stacji wentylatorowej oraz jej moc użyteczną Nu [kW]. Ponieważ nieznane są rzeczywiste charakterystyki spiętrzenia
i sprawności wentylatorów, nie wyznaczano mocy elektrycznej Nel niezbędnej do ich
zasilania. Będzie ona zależna od uzyskanej sprawności  wentylatorów w ich punkcie pracy, wg zależności Nel = Nu/.
Z obliczeń wynika, że możliwe jest uzyskanie w każdym z wariantów dopływu do
3
kopalni ok. 72 000 m /min powietrza świeżego. Należy przy tym pamiętać, że
w szybie powietrze to będzie przepływać z prędkościami odpowiednio 27,2 m/s na
odcinku o średnicy 7,5 m oraz 15,3 m/s na odcinku o średnicy 10,0 m. Zaciśnięcie
szybu, na określonym odcinku, do średnicy 8,0 m wywoła wzrost prędkości powietrza do 23,9 m/s.
Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośrednicowych spowoduje
spadek ilości powietrza w szybie na odcinku soli kamiennej. Przy dwóch otworach
o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 17 tys. m3/min powietrza przy w pełni
drożnym szybie i ok. 22 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to
będzie przepływać w otworach z prędkościami odpowiednio 13,9 m/s oraz 18,1 m/s.
W stanach z dwoma otworami zaciśniętymi do 3,0 m będzie nimi przepływać ok.
12,4 tys. m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 16,2 tys. m3/min przy
szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami odpowiednio 14,6 m/s oraz 19,2 m/s.
We wlotach na poz. 1015 m powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami
od 2,45-2,80 m/s do 4,35-5,00 m/s, zależnie od wariantu.
Przy czterech otworach o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 27,2 tys.
m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 33,3 tys. m3/min przy szybie
zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to będzie przepływać w otworach z prędkościami
odpowiednio 11,1 m/s oraz 13,6 m/s. W stanach z zaciśniętymi do 3,0 m czterema
otworami będzie nimi przepływać ok. 20,9 tys. m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 26,4 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami
wynoszącymi odpowiednio 12,33 m/s oraz 15,6 m/s. We wlotach na poz. 1015 m
powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami od 4,15-4,72 m/s do
6,5-7,45 m/s, zależnie od wariantu. W przypadku otamowania przepływu powietrza
w szybie na odcinku solnym (tamy regulacyjne zabudowane na podszybiu), otwora3
mi wiertniczymi będzie przepływać ok. 62-63 tys. m /min powietrza świeżego. Dwoma otworami będzie ono płynąć z prędkością ok. 51,2 m/s, a czterema z prędkością
ok. 25,6 m/s. We wlotach na poziomie 1015 m powietrze to będzie dopływać do
otworów z prędkościami 12,4-14,1 m/s.
3
W każdym z przypadków, przy doprowadzaniu szybem ok. 72 000 m /min powietrza świeżego będą obserwowane znaczne prędkości przepływu w wentylacyjnych
wyrobiskach podszybia na poziomie 1209 m. Wyrobiskami tymi, o przekroju 42 m2
każde, będzie przepływać po ok. 36 tys. m3/min powietrza z prędkościami ok. 14,3 m/s.
Dopiero na odcinku chodników wentylacyjnych doprowadzających powietrze do
poszczególnych wentylatorów prędkości te spadną do ok. 9,5 m/s.
112
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
__________________________________________________________________________
Dla potrzeb wykonania prac w szybie na odcinku soli kamiennej założono, że
3
remontowanym odcinkiem szybu będzie przepływało jedynie 10 tys. m /min powietrza, co daje prędkość odpowiednio 3,8 m/s w średnicy 7,5 m, 3,3 m/s w średnicy
8,5 m i 2,1 m/s w średnicy 10,0 m. Aby uzyskać ograniczenie przepływu, założono
zabudowę tam regulacyjnych w rejonie obu wlotów wyrobisk podszybia na poz.
1209 m. Tamy te będą musiały mieć opory R = 0,305 Ns2/m8 przy dwóch otworach
wiertniczych oraz ok. R = 0,08 Ns2/m8 przy czterech otworach. W modelach nie zakładano żadnego dodatkowego oporu w samym szybie, a zależnie od technologii
zapewne będzie on tam występował. W takim przypadku tamy regulacyjne będą
miały opory odpowiednio mniejsze.
Kolejnym problemem może być remont (poszerzanie) otworów wiertniczych. Jeżeli będzie ono wykonywane również technologią raise boring, to należy przyjąć, że
w tym okresie jeden z otworów będzie niedrożny, a być może trzeba będzie również
ograniczyć dopływ do niego powietrza, poprzez zabudowę tamy regulacyjnej we
wlotach na poz. 1015 m. W obu przypadkach prowadzenia prac, czy to w szybie na
odcinku solnym, czy to na otworach wielkośrednicowych, należy również przewidzieć możliwość dojazdu załogi szybowej oraz dowozu materiałów w miejsce robót.
Bezwzględnie, przy wykonywaniu prac na otworach dojazd załogi w miejsce ich
wykonywania musi się odbywać przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem. W przypadku remontu obudowy na odcinku solnym transport załogi, materiałów oraz urobku z przebudowy może być realizowany wyłącznie z poz. 1209 m, po
ograniczeniu ilości powietrza na odcinku solnym poprzez tamy regulacyjne na podszybiu.
Docelowo stacja wentylatorów przy szybie, w stanach niezwiązanych z tamowaniem przepływu w solnym odcinku szybu, będzie pracować z wydajnością ok.
72 tys. m3/min i spiętrzeniami od 3170 Pa do 3300 Pa. Moc użyteczna stacji będzie
wahać się od 4,22 MW do 4,33 MW przy dwóch otworach wiertniczych i od 4,19 MW
do 4,26 MW przy czterech otworach. Mniejsze wartości odpowiadają pełnej średnicy
szybu i otworów, a większe przepływowi przez zaciśnięte zarówno szyb, jak i otwory. Należy podkreślić, że przy braku otworów moc użyteczna stacji będzie się zmieniać od 4,30 MW do 4,46 MW.
Ograniczenie przepływu powietrza w szybie na odcinku solnym do 10 tys. m3/min
spowoduje wzrost spiętrzenia i mocy użytecznej stacji. Przy czterech otworach będą
to zmiany nieznaczne, do 3450 Pa i 4,47MW, ale przy dwóch otworach nastąpi
istotne zwiększenie spiętrzenia do ok. 5050 Pa i mocy użytecznej do ok. 6,57MW,
czyli o ponad 2,3 MW. Wynika to z zastąpienia przekroju szybu (44,1/50,2/78,5 m2)
o średnicach odpowiednio (7,5/8,0/10,0 m) przez łączny przekrój dwóch otworów
2
o średnicy 3,6 m każdy – czyli 20,3 m . Wzrost oporu w tym przypadku wywoła
wzrost dyssypacji energii w tych otworach (2370 J/m3), co będzie musiało być zrekompensowane wzrostem spiętrzenia i mocy użytecznej wentylatorów.
113
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
___________________________________________________________________________
Opór szybu
do poz.
1015,0
2
Ns /m
Opór
otworów
wielkośredn.
Ilość powietrza
w szybie:
do poz.
1015 m
8
poniżej
poz.
1015 m
3
m /min
Ilość
powietrza
w otwo
rach
Dysypacja
energii
szyb
otwory
J/m
3
Parametry stacji
m /min
Pa
moc
użyteczna
kW
wydajność
3
spiętrzenie
1
0,0001412
-
75000
72400
-
236,3
-
72140
3273
4294,7
2
0,0003282
-
74250
71850
-
537,9
-
71500
3430
4459,3
3
0,0001412
0,00763435
75400
55570
17180
139,3
184,2
72370
3205
4222,6
4
0,0003282
0,00763435
75100
50500
22100
266,6
303,6
72130
3268
4289,4
5
0,0001412
0,017640825
75300
60300
12360
164,1
217,0
72300
3223
4241,6
0,0003282
0,017640825
74890
56150
16270
329,4
375,5
72000
3305
4328,9
7
0,0003282
0,00763435
74160
10000
63100
10,6
2370,4
72200
5047
6574,6
8
0,0001412
0,00763435
75550
45700
27200
94,2
115,5
72490
3174
4189,3
9
0,0003282
0,00763435
75380
39500
33300
163,4
172,8
72370
3206
4223,9
10
0,0001412
0,017640825
75450
51900
20900
121,8
155,2
72430
3193
4209,6
11
0,0003282
0,017640825
75200
46280
26380
224,1
247,0
72250
3242
4262,3
12
0,0003282
0,00763435
74200
10000
61900
10,6
593,4
71480
3444
4473,2
6
0,00212163
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
Wariant
Opór szybu
na odcinku
soli
kamiennej
113
_____________________________________________________________________________
Tabela 2. Wyniki obliczeń dla analizowanych modeli wentylacyjnych
114
S. Fabich, F. Rosiek, M. Sikora, J. Urbański, Analiza wentylacyjna…
__________________________________________________________________________
Wnioski
Biorąc pod uwagę wyniki wykonanych obliczeń, należy stwierdzić, że
z wentylacyjnego punktu widzenia o wiele korzystniejsze jest wykonanie czterech
otworów wielkośrednicowych. Przy ich wykorzystaniu nie będą następowały znaczne zmiany warunków pracy wentylatorów dołowej stacji wentylatorowej, przy znacznie niższych kosztach jej eksploatacji. Należałoby zatem dokonać analizy ekonomicznej kosztów wykonania obu wariantów (2/4 otwory) oraz kosztów eksploatacyjnych, przy znanej technologii ewentualnej przebudowy szybu i otworów wielkośrednicowych, a zwłaszcza znanych czasach trwania takich przebudów, wywołujących
ograniczenie przepływu powietrza czy to przez szyb, czy przez poszczególne otwory
wielkośrednicowe.
Należy również podkreślić znaczne prędkości przepływu powietrza, jakie występowałyby przy zastosowaniu dwóch otworów wielkośrednicowych. Problem prędkości przepływu powietrza będzie występował również w wielu miejscach w rejonie
podszybia, co bezwzględnie należy wziąć pod uwagę na etapie wykonywania ostatecznego projektu tego podszybia.
Bibliografia
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
Fabich S., 2008, Projekt obudowy w interwale solnym szybu SW-4 dla wariantu I –
obudowa powłokowa, Praca niepublikowana, KGHM CUPRUM, Wrocław.
Fabich S., 2009, Projekt techniczny obudowy i głębienia szybu SW-4 poniżej poz.
668,7 m. Praca niepublikowana KGHM CUPRUM, Wrocław.
Lehman J., 1978, Szyby o zmiennej średnicy w strukturze wentylacyjnej głębokich
kopalń rud miedzi, Cuprum, nr 4.
Martínek K., 1966, Suchan L., Tesař J.: Řešeni důlních větrních sítí, Wyd. SNTL, Praha.
Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Optymalne średnice szybów zmiennośrednicowych, Cuprum, nr 6.
Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Zmiany dyssypacji energii w sieciach wentylacyjnych z szybami zmiennośrednicowymi, Rudy Metale, nr 11.
Rosiek F., Sikora M., Urbański J., 1980, Zastosowanie otworów wielkośrednicowych
dla zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów zmiennośrednicowych, Przegląd Górniczy, nr 6-7.
Strumiński A., 1985, Optymalizacja rozpływów powietrza w projektowanych sieciach
wentylacyjnych kopalń głębinowych, Cz. I Sieci pasywne, Wyd. Zakład Narodowy
Imienia Ossolińskich, Wrocław.
Uszakow K.Z., 1977, Sprawocznik po rudnicznoj wentilacji, Moskwa, Nedra.
Uszakow K. Z., 1988, Rudnicznaja wentilacja, Sprawocznik, II izdanie, Moskwa,
Nedra.