Słowo Wstępne - Nowe Górnictwo

Słowo Wstępne
Szanowni Państwo!
REDAKCJA
Redaktor Naczelny:
Jerzy Kicki
email: [email protected]
kom. 602 27 20 48
Sekretariat Redakcji:
Agnieszka Stopkowicz
email: [email protected],
tel. 012 632-45-43, 012 632-13-24,
kom. 600 07 35 48
Artur Dyczko
email: [email protected],
tel. 012 632-45-43, 012 632-13-24
kom. 604 903-556
Redakcja elektroniczna:
Piotr Turkot
email: [email protected]
Wojciech Słowakiewicz
email: [email protected]
Adres redakcji:
tel./fax: 012 632-13-24
fax: 012 632-35-24
centrala: 012 632-33-00 w.121
ul. Wybickiego 7
30-950 KRAKÓW 65,
skr. poczt. 49
z dopiskiem „Nowe Górnictwo”
Pełny skład rady redakcyjno – programowej podany zostanie w następnym
numerze!
2
2006/1
www.nowegornictwo.pl
Witamy na stronach elektronicznego, ale
i papierowego czasopisma Now-e-górnictwo, którego ukazanie się jest możliwe dzięki
wsparciu Przyjaciół i Sympatyków Szkoły
Eksploatacji Podziemnej, ale też pomocy,
jakiej udziela nam Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN. Zadeklarował on daleko idącą pomoc w realizacji
naszych ambitnych celów.
Wykorzystanie Internetu i jego możliwości do prezentacji i upowszechniania rezultatów prac naukowych, a także edukacji,
nie podlega dzisiaj dyskusji. Rozwija się on
błyskawicznie i swym zasięgiem objął cały
świat. Warto zauważyć, że radio istniało 38
lat, zanim dotarło do 50 milionów ludzi; telewizji zajęło to 13 lat, natomiast sieci internetowej wystarczyły cztery lata. W początkach
funkcjonowania Internetu nikt nie przypuszczał, że jednym z najpopularniejszych sposobów jego wykorzystania będzie elektroniczna poczta, a następnie multimedia i hipertekst. Nie tak dawno wyszukiwarka Google
zaczęła udostępniać wybranym użytkownikom testową wersję nowej usługi arkusza
kalkulacyjnego. Jedno z najciekawszych
założeń funkcjonowania tego rozwiązania
to możliwość pracy grupy osób nad tym samym dokumentem nie poprzez przesyłanie
go przy pomocy poczty elektronicznej, lecz
poprzez pracę na plikach będących w Internecie i udostępnianie ich zainteresowanym
osobom. Już trwają próby innego interesującego rozwiązania multimedialnego jakim jest
transmisja drogą radiową telewizji cyfrowej
dla narzędzi przenośnych, takich jak komórki,
palmtopy, smartfony. Należy też zauważyć,
iż Internet dla coraz większej grupy osób pozostaje podstawowym źródłem informacji.
W USA trzecia część Amerykanów w wieku
do 39 lat stwierdza, że Internet to ich najważniejsze źródło informacji o świecie, z którego
korzystają codziennie. Coraz częściej czynią
to też młodzi Polacy.
Now-e-górnictwo jest jednym z coraz
liczniejszych na polskim rynku e-czasopism.
International Encyklopedia of Information
and Library Science podaje, iż czasopismem
elektronicznym jest czasopismo opublikowa-
ne w elektronicznej formie i przeznaczone
do odczytu na ekranie komputera. Harrod’s Librarian Glossary określa czasopismo
elektroniczne jako czasopismo dostępne
w całości na dysku optycznym, w sieci lub
innej elektronicznej formie. Autorki artykułu
„Czasopisma elektroniczne w bibliotekach
naukowych” (http://ebib.oss.wroc.pl) skąd
zaczerpnąłem powyższe informacje, podają
własną definicję czasopisma elektronicznego. Wg nich to czasopismo istniejące w postaci elektronicznej i dostępne przez medium elektroniczne. W dalszej części bardzo
interesującego artykułu autorki koncentrują
się na typowo bibliotekarskich problemach
katalogowania, archiwizowania, udostępniania czasopism elektronicznych; podają
jednocześnie ograniczoną dostępność tych
czasopism. Nie przesądzając dalszych losów
naszego e-czasopisma, pragnę zapewnić naszych Sympatyków, iż przynajmniej pierwsze
trzy numery będą ogólnodostępne. Nasze
czasopismo nie będzie tylko powieleniem
wersji papierowej, ale jej uzupełnieniem
i rozszerzeniem. Media elektroniczne stwarzają zupełnie nowe możliwości zaprezentowania trudnej i niezwykłej sztuki górniczej.
Zamierzamy wykorzystywać te możliwości
– to będzie dodatkową atrakcją dla naszych
odbiorców. Powstające czasopismo wpisuje się znakomicie w znane już wielu motto
Szkoły Eksploatacji Podziemnej, którego autorem jest Profesor Bolesław Krupiński.
„Górnik zawsze był, jest i będzie człowiekiem postępu zarówno technicznego jak
i społecznego, gdyż tylko postęp, bezustanne doskonalenie społecznych i technicznych
warunków pracy, pozwala górnikowi coraz
głębiej poznawać tajemnice ziemi, odkrywać jej skarby, zdobywać je ku pożytkowi
powszechnemu, odwracać niebezpieczeństwa, którymi grozi przyroda, wyposażać kraj
w siłę tejże przyrody”.
Now-e-Górnictwo to e-czasopismo adresowane do wszystkich, którym bliska jest
branża górnicza, pokazywana dzięki najnowszym technikom multimedialnym i informatycznym. Mam nadzieję, że o tym jak bardzo mogą być one pomocne w codziennej
działalności kadry inżynieryjno-technicznej
i pracowników nauki, a także najmłodszych
adeptów górnictwa sądzę, że przekonają
wszystkich niedowiarków już pierwsze sygnalne numery (po ich ukazaniu się zadecydujemy o jego dalszych losach i sposobie dystrybucji). Wierzymy, że zainteresuje
ono wielu. Chcemy, aby było ono obecne w codziennej
działalności naszych Czytelników. Przewidujemy, że
część prezentowanych rozwiązań będzie w istocie ich
upowszechnieniem w innej niż dotychczasowa postaci
i będą to – taką mamy nadzieję – prace stojące na wysokim poziomie naukowym, o co zadba Rada Programowa i Redakcyjna czasopisma. Sądzimy , że w miarę
kolejnych wydań nowego e-czasopisma uda się nam
stworzyć działy tematyczne poświęcone różnym rozwiązaniom informatycznym i multimedialnym.
Now-e-górnictwo jest częściową odpowiedzią na
rewolucję technologiczną w komunikacji, w przekazyanalfabetów komputerowych czeka los outsiderów ... .
Należy sprawić nie tylko, by wszyscy członkowie społeczeństwa potrafili sprawnie obsługiwać komputery, ale
również by posiadali własne miejsce elektroniczne, tak
jak kiedyś książki”.
Wierzymy, że przy ścisłej współpracy z naszymi Czytelnikami uda się nam zrealizować nasze zamierzenia.
Serdecznie zapraszamy do przekazywania nam komentarzy i sugestii. Zapraszamy do przesyłania artykułów
i ciekawych informacji. O tych ostatnich będziemy również systematycznie informować w specjalnej rubryce.
Wiele ciekawostek i informacji zamieszczanych będzie
w ukazującym się w każdym numerze „słowie od wydawcy”. Nowe Górnictwo to także wielka szansa i nowa
waniu informacji, którą zdążyliśmy się zafascynować ale
– jak powiedział Ryszard Kapuściński w jednym z wywiadów: „nie zdążyliśmy natomiast jeszcze zastanowić się,
do czego to ma służyć, jakie treści mają przekazywać te
niesamowite narzędzia. To jest przecież tylko kolejny instrument stworzony przez cywilizację”.
Mamy wiele pomysłów, w jaki sposób rozwinąć nasze e-czasopismo – zgodnie ze znanym powiedzeniem Seneki, iż „nie wieją pomyślne wiatry statkom, które nie wiedzą, dokąd zmierzają”. Pisząc o tym, że wiemy
dokąd zmierzamy, odwołujemy się do wypowiedzi Dale
Spender, australijskiej pisarki i badaczki, która stwierdza
w jednym z trzydziestu wywiadów o przyszłości, jakie
ukazały się pod wspólnym tytułem „Prognozy” („Prognozy trzydziestu myślicieli o przyszłości wydawnictwo”,
Wyd. Zysk i S-ka, 2006), iż obecnie stajemy przed podobnym wyzwaniem jak w czasach kiedy wynaleziono druk.
„ Tak jak wtedy, gdy podstawowe medium informacyjne
– rękopis – zastąpił druk, tak dzisiaj druk jest wypierany
przez media cyfrowe. I podobnie jak analfabeci w społeczeństwie piśmiennym byli skazani na swego rodzaju
banicję rozumianą jako niemożność pełnowartościowego uczestnictwa we wspólnocie, tak też współczesnych
propozycja dla firm parających się multimediami i firm
informatycznych.
Informacje na temat możliwych form promocji i reklamy można znaleźć na stronie Reklama. Wierzę, że nasze
e-czasopismo stanie się wielkim przyjacielem Państwa
i będzie niezwykle pomocne w codziennej pracy.
Redakcja
www.nowegornictwo.pl
2006/1
3
Szanse technologii RFID
w polskim przemyśle wydobywczym
Idea identyfikacji radiowej jest znana od końca II wojny światowej, jeśli chodzi o zasadę
działania. Wystarczy przypomnieć sobie, jak działał dip-meter, czyli popularny miernik każdego
radiowca, czy też wykrywacz metali, aby po zapoznaniu się z zasadą działania systemów RFID
przekonać się, że jest to dokładnie to samo. Co więcej, firmy oferujące systemy antykradzieżowe do sklepów, takie jak Sensormatic czy Checkpoint, są obecne na rynku od około 1960
roku, oferując proste detektory obecności nalepki z obwodem rezonansowym oraz systemy
magnetoakustyczne oparte o namagnesowane blaszki, które nie wysyłały wprawdzie swojego numeru identyfikacyjnego, ale do dziś są wykorzystywane w wielu sklepach.
dr inż. Jerzy KICKI
Akademia Górniczo-Hutnicza,
Instytut Gospodarki
Surowcami Mineralnymi
i Energią PAN, Kraków
mgr inż. Artur DYCZKO
Instytut Gospodarki
Surowcami Mineralnymi
i Energią PAN, Kraków
4
2006/1
www.nowegornictwo.pl
Co to jest RFID?
RFID (Radio Frequency Identification) jest technologią, która wykorzystuje sygnał radiowy
niskiej mocy do transmisji danych pomiędzy tagiem (etykietą), a czytnikiem. Nie jest konieczny bezpośredni kontakt optyczny tych elementów, identyfikacja odbywa się na odległość,
również w ruchu. Etykieta RFID składa się z procesora i anteny umieszczonej na powierzchni
elementów. Podstawowy system RFID składa się z trzech układów elektronicznych:
- czytnika zawierającego nadajnik wysokiej częstotliwości i dekoder,
- anteny,
- transpondera, nazywanego również znacznikiem lub tagiem.
Zadaniem czytnika jest wytworzenie zmiennego pola elektromagnetycznego wokół anteny, detekcja jego zaburzeń wywoływanych przez transmisję sygnału ze znacznika i dekodowanie uzyskanego sygnału. Pole magnetyczne wytwarzane przez antenę czytnika indukuje
napięcie wysokiej częstotliwości w wielozwojowej cewce znajdującej się w transponderze.
Po wyprostowaniu jest nim ładowany subminiaturowy kondensator zawarty w strukturze
układu scalonego stanowiącego serce czytnika.
Zastosowanie RFID w górnictwie
Technologia RFID może być zastosowana praktycznie w każdej gałęzi przemysłu począwszy od przemysłu spożywczego do ciężkiego. Znaczniki zapisywalne lub posiadające dodatkowe sensory (temperatury, wilgotności lub specjalne), z własnym zasilaniem, przechowują
zapisy o kolejnych procesach. Najbardziej istotną zaletą takiego rozwiązania jest fakt, że informacja o statusie podzespołu znajduje się nie tylko w bazie danych systemu, ale również
w tagu umieszczonym na nim samym.
W światowym górnictwie o pierwszych rozwiązaniach prowadzących do praktycznego wykorzystania funkcjonalności RFID w przemyśle wydobywczym poinformował „RFID Journal”
– opisując szeroko wdrożenie zrealizowane w należącej do Anglo American Platinum kopalni
„Paardekraal” w Południowej Afryce. Kierownictwo kopalni dążąc do uporządkowania prowadzonej ewidencji kadrowej oraz poprawy bezpieczeństwa pracy wprowadziło znakowanie
etykietami RFID osobistych lamp górników. Podjęte działania miały zapewnić szybką bieżącą
informację o załodze oraz kontrolę obecności na stanowiskach pracy. Anteny „czytające” tagi
RFID ulokowano w lampowni i na podszybiu
kopalni.
W polskim górnictwie węgla kamiennego
pierwsze rozwiązania RFID dotyczą głównie
optymalizacji gospodarki maszynami i urządzeniami wydobywczymi w kopalniach. Zespół w składzie Worek, Jankowski, Fitowski,
Stankiewicz opatentował „Przenośny zestaw
do radiowej identyfikacji urządzeń w wyrobiskach górniczych, zwłaszcza sekcji obudów zmechanizowanych” mający rozwiązać
występujący w kopalniach istotny i nawarstwiający się problemem obiektywnej i nie-
zawodnej identyfikacji olbrzymiej ilości elementów maszyn i urządzeń składających się na prowadzoną przez zakłady
wydobywcze gospodarkę materiałową. W założeniu zaprojektowany przez zespół przenośny zestaw stanowić ma
element większego systemu identyfikacji maszyn i urządzeń górniczych wykorzystujący technologię RFID. Podstawową zaletą tej metody - podnoszoną przez autorów - jest możliwość katalogowania poszczególnych pojedynczych
elementów obudowy zmechanizowanej wprost w środowisku kopalnianym,
często w trakcie prowadzonej eksploatacji złoża. Jest to o tyle istotne, iż
stosowane dotychczas w kopalniach węgla kamiennego systemy identyfikacji elementów maszyn górniczych nie zapewniały trwałości i czytelności
w trudnych warunkach środowiskowych.
O zastosowaniu technologii RFID jest coraz głośniej również w KGHM
Polska Miedź S.A. Tu również widzi się możliwość wykorzystania tagów
RFID w procesie zarządzania maszynami oraz wspomagania procesów
ewidencyjnych w module gospodarki remontowej systemu SAP R/3- funkcjonującym w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. Proces wdrożenia jest
tu o tyle łatwiejszy, iż w kopalniach miedziowego koncernu funkcjonuje już
system gospodarki maszynami górniczymi EKSPERTSMG, który dla zastosowania tagów RFID stanowić ma swoistą platformę informacyjną. Trzeba bowiem zdawać sobie sprawę z faktu iż wykorzystanie w przedsiębiorstwie
technologii RFID wymaga – i jest to warunek konieczny - zastosowania tzw.
środków programowo-sprzętowych, które będą mogły zaadaptować dane
wychwytywane przez czytnik RFID i zapisać je w formacie wymaganym
przez aplikacje przedsiębiorstwa. Rozwiązanie prowadzące do rozbudowy systemu gospodarki maszynami górniczymi EKSPERTSMG w kierunku wykorzystania technologii RFID umożliwi zapewnienie szybkiego i sprawnego dostępu
do informacji o realizacji zadań produkcyjnych oraz dostarczenie informacji dotyczącej oceny wydajności i efektywności gospodarowania tak samymi maszynami górniczymi jak i poszczególnymi ich podzespołami. Od lat w gospodarce
maszynami górniczymi w KGHM Polska Miedź S.A. pojawiało się pytanie, co jest bardzie efektywne: regenerowanie
zużytych podzespołów, czy kupowanie nowych podzespołów u producenta lub ich tańszych zamienników? A jeśli już
regenerować, to czy robić to siłami własnymi, czy też może zlecać kooperantom zewnętrznym? W chwili obecnej
bardzo trudno jest rzetelnie odpowiedzieć na tak postawione pytania, nie ma wiarygodnych danych, które pozwoliłyby
jednoznacznie i z pełną odpowiedzialnością odpowiedzieć na te pytania. Wprawdzie z modułu materiałowego (PM)
systemu SAP R3 można bez problemu zaimplementować te podzespoły jako osobne urządzenia PM przypisane do
konkretnych maszyn - dla których można planować procesy remontowe oraz rejestrować wynikające z tego tytułu
koszty - jednak jak pokazuje praktyka proces jest złożony. Mimo początkowych prób dotychczas nie udało się utrzymać dyscypliny ewidencji podzespołów maszyn górniczych.
Wszystkie opisane powyżej mankamenty wydaje się eliminować oznaczenie wybranych podzespołów za pomocą
opisywanych tagów RFID w sposób trwały przytwierdzonych do danego urządzenia. Olbrzymi postęp w zakresie technologii RFID gwarantuje niezawodność
stosowanych tagów w ekstremalnych warunkach pracy, a co nie jest bez znaczenia z każdym niemal dniem upowszechniania się tej technologii na świecie staje
się ona tańsza a zatem bardziej przystępna w zakupie i montażu.
Innym niezwykle ciekawym kierunkiem rozwoju technologii RFDI możliwym
do zastosowania tak w kopalniach miedzi jak i kopalniach odkrywkowych np.:
węgla brunatnego - posiadających dużą ilość maszyn - jest wdrożenie bezkontaktowego systemu tankowania pojazdów. Do głównych zalet takiego rozwiązania
należy zaliczyć między innymi zmniejszenie ilości dokumentów funkcjonujących
w obrocie paliwami w kopalni, automatyzację obsługi licznika przejechanych kilometrów prowadzącą wprost do wyeliminowania oszustw i nieautoryzowanych
tankowań, oraz automatyczne zasilanie danymi systemu transakcyjnego znakomicie porządkującego ewidencję finansowo – księgową. w tym obszarze.
Systemy RFID jak pokazuje praktyka są doskonałym przykładem na to, jak
nowa technologia może zmienić obraz rynku, wykreować nowe aplikacje oraz
definitywnie rozwiązać szereg problemów, które wcześniej spędzały wielu osobom sen z oczu. Radio Frequency
IDentification (RFID), czyli metody identyfikacji obiektów wykorzystujące fale radiowe, zrewolucjonizowały współczesną logistykę towarów, systemy antykradzieżowe, kontrolę dostępu i rozliczania pracy, a nawet prac bibliotek.
www.nowegornictwo.pl
2006/1
5
Wykorzystanie teledetekcji w monitoringu
obszarów zdegradowanych w wyniku
działalności górniczej
Teledetekcja polega na badaniu obiektów i zjawisk w sposób bezkontaktowy. Zmiany
zachodzące w środowisku mogą być monitorowane za pomocą danych teledetekcyjnych
rejestrowanych w różnym czasie. Obecnie dostępne są dane teledetekcyjne o różnej rozdzielczości przestrzennej (wielkości piksela w terenie, Landsat (15, 30, 60 m), Ikonos (1,4 m)
i rozdzielczości spektralnej (od 4 kanałów Ikonos, 7 kanałow Landsat, kilkaset kanałów Hiper-
Dr hab. inż. Beata Hejmanowska
Ukończyła studia wyższe na Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska w 1986 roku,
specjalność fotogrametria i monitoring środowiska, broniąc pracę magisterską, pt. „Termowizyjne
badania laboratoryjnie preparowanych kompozycji
gruntowych”.
Pracuje w Zakładzie Fotogrametrii, na Wydziale
Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie:
Zainteresowania naukowe:
 termowizja, badanie wilgotności gruntów,
modelowanie inercji termalnej gruntu, teledetekcja, klasyfikacja obrazu, korekcja zakłócającego
panchromatyczne - kamera fotograficzna) i podczerwieni termalnej (kamera termowizyjna),
 przetwarzanie tradycyjnych obrazów teledetekcyjnych w zakresie fal widzialnych, bliskiej
i dalekiej podczerwieni oraz mikrofal, danych hiperspektralnych,
 tworzenie i udostępnianie danych GIS,
 analizami przestrzennymi wykonywanymi
z wykorzystaniem technik GIS,
 ryzykiem podejmowania decyzji związanym
z wykorzystaniem technik GIS.
Rys. 1. Monitoring stanu wegetacji na zwałowisku zewnętrznym
kopalni Bełchatów, 1990 rok
Rozprawa:
 doktorska na temat: „Numeryczne modelowanie inercji termalnej gruntu dla teledetekcyjnego określania jego wilgotności” – listopad 1997
 habilitacyjna: „Wpływ jakości danych na
ryzyko procesów decyzyjnych wspieranych analizami GIS” – maj 2006
ion). Aktualnie coraz bardziej powszechne stają się zobrazowania hiperspektralne (kilkaset
kanałów). Dla prawidłowej ich interpretacji konieczna jest znajomość wzorców, które mierzy
się za pomocą spektrometrów. Następnie porównuje się wzorce uzyskane w wyniku pomiarów naziemnych lub laboratoryjnych z obrazami zarejestrowanymi z pokładu samolotów lub
satelitów.
Rys. 2. Zmiany w szczelności obudowy roślinnej
(fragment zwałowiska zewnętrznego kopalni Bełchatów)
6
2006/1
www.nowegornictwo.pl
Obrazy teledetekcyjne poddawane są wstępnej korekcji polegającej na wpasowaniu w układ współrzędnych
(możliwość wizualizacji na tle mapy) oraz na przykład na
usuwaniu zniekształceń obrazów takich jak „zagubione
linie”, czy nierównomierna rejestracja przez linijkę detektorów. Następnie obrazy teledetekcyjne są poddawane
przetworzeniu w celu ekstrakcji informacji tematycznej,
czyli przekształceniu obrazu do postaci „interpretowanej”
przez specjalistów.
Teledetekcja może być wykorzystana dla potrzeb analizy sytuacji lub analizy zmian w obszarach będących pod
wpływem działalności górniczej. Przykładem zastosowania
teledetekcji tradycyjnej mogą być prace badawcze prowadzone na obszarze kopalni Bełchatów (rys. 1 i rys. 2) oraz
nowoczesnej teledetekcji dla kopalni siarki Jeziórko (rys. 3
i rys. 4).
W wyniku działalności górniczej w Bełchatowie powstało zwałowisko zewnętrzne, które od lat jest rekultywowane. Stan rekultywacji był monitorowany teledetekcyjnie. Przykładem może być mapa szczelności obudowy
roślinnej z roku 1987 uzyskana na podstawie zdjęć lotniczych (1: 8500). W roku 1990 przeprowadzony został eksperyment teledetekcyjny z wykorzystaniem
bardziej nowoczesnych technik (zdjęć satelitarnych
SPOT). W wyniku przeprowadzonych badań wykonano inwentaryzację stanu wegetacji na zwałowisku
zewnętrznym oraz porównano oba stany.
Innym przykładem wykorzystania danych teledetekcyjnych, w tym przypadku nowoczesnych, jest
kopalnia siarki Jeziórko. W ramach projektu badawczego UE w 2001 roku uzyskano pierwsze w Polsce
zobrazowania hiperspektralne. Wykorzystano do tego
celu skaner DAIS z Niemieckiego Centrum Badań
Kosmicznych (DLR). Ponadto pozyskano z amerykańskiego serwera darmowe zobrazowania ze skanera
„quasi” hiperspektralnego: ASTER.
Przeprowadzono próbę kartowania stanu rekultywacji na całym obszarze górniczym: Machów/Jeziórko oraz szczegółowego kartowania zanieczyszczenia
gruntów siarką na obszarze kopalni Jeziórko.
Rys. 3 Kompozycja w barwach umownych, w czerwonym kolorze kanał podczerwony (roślinność)
Rys. 4 Przykład ekstrakcji tematycznej
– mapa użytkowania terenu na obszarze
zagłębia siarki: Machów/Jeziórko
www.nowegornictwo.pl
2006/1
7
Modelowanie uskoków z wykorzystaniem
systemu informatycznego Minex
mgr Jon Barber
Surpac Minex Group (UK) Ltd.
Członek Zarządu Surpac Minex Group,
Dyrektor ds. Węgla, VicePrezes Minex.
Absolwent Wydziału Górniczego na Uniwersytecie w Nowej Południowej Walii. Ponad 30 lat
praktyki w przemyśle węglowym.
mgr inż. Gilbert Kalondji
Surpac Minex Group (UK) Ltd.
Dyrektor ds. Europy Wschodniej;
Absolwent Wydziału Górnictwa i Geologii
Akademii Górniczo-Hutniczej. Dotychczas:
Główny Specjalista ds. Złóż (Lhoist Bukowa);
Zastępca Dyrektora Wydziału Środowiska
i Rolnictwa – Świętokrzyski Urząd Wojewódzki.
8
2006/1
www.nowegornictwo.pl
Od kilku lat zaznacza się wyraźne ożywienie w przemyśle wydobywczym. Połączone jest
to ze zmianami zachodzącymi w tym obszarze. Rosnące zapotrzebowanie na surowce powoduje wzrost cen zarówno węgla kamiennego jak i surowców rudnych. Zapewnienie rytmicznych dostaw surowców o odpowiednio wysokiej jakości, wymusza wprowadzanie zmian
w technologii wydobycia oraz wymaga doboru najbardziej optymalnego sposobu eksploatacji
i – co staje się coraz bardziej istotne – wprowadzania zarządzania kontrolą jakości kopalin już
na poziomie wydobycia.
Personel górniczy odpowiedzialny za racjonalną eksploatację zasobów geologicznych
staje przed nowymi wyzwaniami: optymalizowaniem wszelkich przedsięwzięć górniczych,
redukowaniem zatrudnienia, sukcesywnym
automatyzowaniem procesów wydobywczych, wciąż rosnącymi wymogami jakościowymi a także zmieniającymi się cenami produktów i zmiennymi kosztami eksploatacji.
Wielkość posiadanych zasobów, stopień
ich rozpoznania oraz racjonalna eksploatacja
w sposób bezpośredni decydują o żywotności przedsiębiorstwa i o możliwości zapewnienia stałej jakości produktu na przestrzeni
wielu lat. Jednym słowem: decyduje o konkurencyjności firmy na rynku.
Konieczność przedstawiania planowanej
eksploatacji – nie tylko w ujęciu ilościowym
ale także (a może przede wszystkim) jakościowym i ekonomicznym – sprawia, że na etapie
planowania inżynier górnik zmuszony jest do
korzystania z wielu źródeł informacji, takich
jak: dokumentacja geologiczna, wyniki analiz
z bieżącej produkcji, informacje marketingowe o planowanej sprzedaży i cenie produktu,
raporty o kosztach utrzymania parku maszynowego, kosztach produkcji i kosztach materiałów wybuchowych itp. Powinien on mieć
także dostęp do aktualnych map eksploatacyjnych a także być świadomym ograniczeń
narzuconych w Projekcie Zagospodarowania
Złoża i w Planie Ruchu Zakładu Górniczego.
Dysponując tego typu informacjami,
można przystąpić do zaprojektowania kilku
wariantów eksploatacji a następnie wybrać
model najbardziej optymalny zarówno pod
kątem zapewnienia bezpieczeństwa pracy
jak i osiągnięcia najkorzystniejszego wyniku
ekonomicznego i jakościowego.
Ostatnie zagadnienie wiąże się z koniecznością przewidywania – zazwyczaj z dużym wyprzedzeniem – rozwoju sytuacji górniczo-geologicznej oraz precyzyjnego przewidywania przebiegu pokładów złóż z uwzględnieniem deformacji tektonicznych.
Powyższe wymagania oraz stopień złożoności zagadnienia spowodowały, że w latach 70-tych XX wieku rozpoczęto poszukiwania narzędzi umożliwiających optymalizację prac projektowo-badawczych, związanych z kompleksową obróbką danych o złożu oraz planowaniem
eksploatacji górniczej. Trend ten zaowocował u schyłku ubiegłego stulecia powstaniem potężnych pakietów zintegrowanych programów górniczych. Istotny wzrost mocy obliczeniowych komputerów w ostatnich latach, sprawił, że
efektywność projektowania eksploatacji z wykorzystaniem programów górniczych jest nieporównywalnie większa niż
w przypadku stosowania metod klasycznych. Otwiera to nowe możliwości, niedostępne do tej pory dla inżynierów
górników pracujących poza specjalistycznymi jednostkami badawczo-naukowymi.
Pakiety oprogramowania geologiczno-górniczego wspierają pracę geologa i inżyniera górnika od momentu odkrycia złoża, określenia wielkości jego zasobów, jakości kopaliny, warunków hydrogeologicznych, tektonicznych poprzez
planowanie udostępnienia złoża, projektowanie robót strzałowych aż do codziennego lub długoterminowego planowania wydobycia z uwzględnieniem ograniczeń złożowych, jakościowych, ilościowych i kosztowych.
Do niedawna poważnym problemem było opracowanie dokumentacji geologicznej oraz przewidywanie przebiegu
pokładów złóż zaburzonych tektonicznie. Szczególnie trudne było matematyczne opisanie algorytmu umożliwiającego
automatyczne modelowanie złóż, w których występowały uskoki odwrócone.
Postęp, który dokonał się w przeciągu ostatnich lat zaowocował stworzeniem narzędzi informatycznych zdolnych
do modelowania nawet dwustu pokładów zaburzonych tektonicznie jednocześnie, a wyniki w zależności od ilości
danych dostępne są w postaci trójwymiarowej w ciągu kilku sekund. Przedstawiona w artykule metodologia modelowania uskoków jest technologią opracowaną przez firmę Surpac Minex.
Technika modelowania uskoków za pomocą systemu Minex pozwala – kierując się wiekiem poszczególnych deformacji tektonicznych – na odtworzenie pierwotnej struktury złóż pokładowych na podstawie danych z otworów geologicznych, a następnie przesunięcie pokładów wzdłuż płaszczyzn uskoków w celu uzyskania najbardziej realistycznego
odwzorowania złoża.
Metodologia zaproponowana przez Surpac Minex umożliwia przewidywanie przebiegu pokładów złoża również
w strefach, w których nie dysponowaliśmy informacją geologiczną. Załączone rysunki przedstawiają kolejne etapy
cyfrowego modelowania złoża, ze szczególnym uwzględnieniem przebiegu systemu uskoków.
www.nowegornictwo.pl
2006/1
9
Zachowanie się górotworu w procesie
eksploatacji grubego, silnie nachylonego
pokładu węgla kamiennego
na przykładzie systemu podbierkowego
w KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o.
mgr inż. Marek Urbaś
KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o.
w Sosnowcu
Prezes Zarządu – Dyrektor Kopalni
KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o. w Sosnowcu
mgr inż. Tadeusz Lamot
KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o.
w Sosnowcu
Kierownik Działu Inwestycji, Przygotowania
i Ekonomiki Produkcji - Główny Inżynier
Inwestycji i Przygotowania Produkcji,
KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o. w Sosonowcu
Mgr inż. Agnieszka Stopkowicz
Akademia Górniczo-Hutnicza,
Katedra Geomechaniki,
Budownictwa i Geotechniki
Studia wyższe na Wydziale Górnictwa
i Geoinżynierii AGH, specjalność geotechnika
i budownictwo podziemne ukończyła
w 2003 roku. Obecnie doktorantka na Wydziale
Górnictwa i Geoinżynierii AGH specjalizująca się
w dyscyplinie geotechnika górnicza.
10
2006/1
www.nowegornictwo.pl
Dobór systemu eksploatacji złóż uzależniony jest od czynników geologicznych, górniczych,
technicznych i ekonomicznych. Warunki geologiczne znajdują się poza wpływem człowieka,
za wyjątkiem wyboru dogodnego do eksploatacji rejonu złóża. Do warunków geologicznych
zalicza się takie parametry złoża jak grubość, kąt nachylenia, właściwości fizyko-mechaniczne
skał stropowych i spągowych, zaburzenia w zaleganiu.
Umowny podział złóż węgla i rud ze względu na grubość wynika z trudności, jakie występują przy eksploatacji złóż cienkich wymuszających zmiany technologii eksploatacji. Zważywszy na ten podział wyróżnia się złoża węgla:
- cienkie do 1,5 m,
- średnie 1,5 do 4 m,
- grube powyżej 4m,
oraz złoża rud:
- cienkie do 3,0 m,
- średnie 3,0 do 6 m,
- grube powyżej 6m.
Ze względu na kąt nachylenia wydziela się następujące grupy złóż:
- poziome lub prawie poziome 0-50,
- słabo nachylone 5-250,
- silnie nachylone 25-450,
- strome 45-900.
Złoża rud silnie nachylone i strome występują zdecydowanie częściej. To najważniejszy
powód powstania szeregu odmian systemów eksploatacji pokładów silnie nachylonych stosowanych do złóż rudnych (rys. 1).
Przykładem eksploatacji złoża silnie nachylonego węgla kamiennego jest eksploatacja
w KWK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o. Do wydobycia silnie nachylonego, grubego złoża węgla zastosowano tu podbierkowy system eksploatacji z chodnika eksploatacyjnego z zawałem stropu. Eksploatacja silnie nachylonego i grubego pokładu w warunkach polskich jest rzadkością.
Słabo rozpoznany w skali światowej jest również wpływ wybierania złóż o takich parametrach
na otaczający górotwór i powierzchnię. Dla analizy zmiany stanu naprężenia i odkształcenia
w otoczeniu prowadzonej eksploatacji przeprowadzono serię symulacji numerycznych przy
pomocy programu opartego
o metodę różnic skończonych
FLAC v. 4.0.
KWK Kazimierz-Juliusz Sp.
z o.o. dla wybierania silnie nachylonego i grubego pokładu
510 wprowadziła nowatorski
podbierkowy systemem eksploatacji z chodnika eksploatacyjnego z zawałem stropu.
W partii M-3, zlokalizowanej
we wschodniej części obszaru
górniczego, gdzie stosowany
jest wspomniany system, złoże
zalega w postaci niecki z nachyleniem
przekraczającym
450. Pokład 510 w partii M-3
ma zmienną miąższość ok. 20
Rys. 1. System eksploatacji z podpiętrowym
wybieraniem, gdzie 1-chodnik odstawczy, 2-chodnik
ze zgarniakiem (skreper), 3-chodnik wentylacyjny,
4-nachylona półka i spąg komory
m i cienieje w stronę wychodni do kilku metrów. Złoże buduje
węgiel półbłyszczący warstwowany, błyszczący z węglanami,
lokalnie matowy o wskaźniku zwięzłości f 0,91 do 1,13. Pokład
zaliczany jest do:
- III stopnia zagrożenia tąpaniami w części nieodprężonej na
głębokości ponad 400 m,
- I stopnia zagrożenia tąpaniami na głębokości zalegania do
400 m oraz w części odprężonej na czas trwania odprężenia.
Warstwy stropowe i spągowe budują piaskowce o zmiennym
uziarnieniu, mułowce i węgle.
W stosowanym systemie eksploatacyjnym pokład dzielony jest płaszczyznami prostopadłymi do stropu i spągu na tzw.
panele o miąższości równej grubości pokładu. Pola eksploatacyjne udostępniane są z pochylni chodnikami eksploatacyjnymi
wykonanymi z niewielkim wzniosem ok. 100. Chodniki te wykonywane są w obudowie prostokątnej. Pokład w poszczególnych
panelach urabiany jest wachlarzowymi robotami strzałowymi
(rys. 2). W dalszym etapie robót w celu wywołania zawału skał
stropowych wykonywane są strzelania torpedujące otworami
o długości ok. 50 m.
Rys. 2. Schemat strzelań urabiających
Model obliczeniowy stanowiła płaska, prostokątna tarcza utwierdzona po bokach i u dołu, gdzie zadano również
warunki przemieszczeniowe. Model obciążono siłami masowymi wynikającymi z grawitacji. Rozpatrywano ośrodek uwarstwiony zachowujący się zgodnie z modelem sprężysto-plastycznym Coulomba-Mohra, który pozwala na
uwzględnienie plastyczności górotworu, czyli nieliniowości jego charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej.
Plastyczność górotworu uwzględniana jest przez przyjęcie założenia, że w obszarze ograniczonym pewnymi powierzchniami górotwór zachowuje się liniowo-sprężyście, a poza tym obszarem plastycznie. W programie MRS FLAC
plastyczność uwzględnia założenie, że całkowity przyrost odkształcenia jest rozdzielany na przyrost odkształcenia
sprężystego oraz przyrost odkształcenia plastycznego. W procedurze numerycznej jako pierwszy jest obliczany przyrost odkształcenia wynikający z zastosowania prawa Hooke’a, a następnie na podstawie wartości odkształceń są
określane naprężenia.
Obliczenia przeprowadzono w przekroju poprzecznym przez
partię złoża M-3 pola eksploatacyjnego A. W toku obliczeń symulowano drążenie poszczególnych chodników eksploatacyjnych
oraz wybieranie prowadzone w poszczególnych panelach. Eksploatację pokładu modelowano zakładając, iż drążony w danym
momencie chodnik eksploatacyjny oddziela od chodnika w którym prowadzone jest wybieranie złoża, co najmniej jeden wykonany już wcześniej chodnik eksploatacyjny. Eksploatację pokładu
symulowano etapowo: etap pierwszy - wybieranie pokładu węgla, etap drugi - drążenie kolejnego chodnika eksploatacyjnego,
etap trzeci - zawał skał stropowych. Obliczenia rozpoczęto od
etapu, gdy wybrany jest tylko jeden chodnik eksploatacyjny 1A.
W dalszej kolejności symulowane było wybranie kolejnych paneli, następnie drążenie chodników eksploatacyjnych i zawał skał
stropowych.
Rys. 3. Stan naprężenia (naprężenia pionowe syy)
po wykonaniu zawału w panelach 1A-5A
Obliczenia numeryczne wykonano w celu określenia zmian stanu naprężenia (rys. 3) i odkształcenia przy eksploatacji grubego, silnie nachylonego pokładu węgla. Symulację numeryczną wykonywano w krokach odpowiadających postępowi wybierania poszczególnych paneli, wykonywania zawału i drążenia kolejnych chodników eksploatacyjnych.
Pozwoliło to wskazać miejsca podwyższonych naprężeń, określić stan przemieszczenia i zniszczenia w otoczeniu
prowadzonej eksploatacji.
www.nowegornictwo.pl
2006/1
11