Thermal hazard prevention in longwalls run under extreme geothermal conditions

• Autorzy: Knechtel J.

Warianty tytułu

PL

Prewencja zagrożenia klimatycznego w wyrobiskach ścianowych o skrajnie trudnych warunkach geotermicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A mining panel around which virgin temperature of rocks is close to 50 C was studied in terms of thermal hazard. It was stipulated that, even under such difficult geothermal conditions, it is possible to maintain the thermal parameters of air below the level required by occupational standards. It was assumed that the length of the longwall is 200 m, and its daily output is in the range from 1000 to 3000 Tons. Several variant prognoses of climate-related parameters of air have been carried out for cases with and without air cooling. Basing on the assessment of the level of thermal hazard at particular airways, the values have been determined of cooling capacities needed to maintain the temperature of air below the 33 C standard limit. An elastic ducting carrying cold air along the longwall was discussed as a technical means of solving the problem. It has been shown that this method of cooling of the air stream along the longwall yields better results than the use of a large number of air cooling units.

PL

Rozważania teoretyczne, potwierdzone później praktyką górniczą wykazały, że w warunkach bardzo wysokiej temperatury pierwotnej skał […], nawet najgłębsze schłodzenie powietrza świeżego doprowadzanego do ściany, nie wystarczy do tego, aby zapewnić na całej długości wyrobiska ścianowego temperaturę powietrza, w której można pracować. W takiej sytuacji konieczne jest chłodzenie powietrza w samej ścianie. Aby temu zaradzić niemiecka firma GFW (obecnie WAT) zaproponowała instalację wzdłuż frontu ściany chłodnic lodowo-wodnych o mocy chłodniczej 14 kW każda (Henting & Czapliński, 1997). Chłodnice te są częścią kompleksu lodowego typu EWKA-350. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że zastosowanie takiego kompleksu (o mocy chłodniczej 350 kW) do klimatyzacji wyrobiska ścianowego daje lepsze rezultaty aniżeli zastosowanie ziębiarek chodnikowych o łącznej mocy chłodniczej równej 500 kW. Wspomniane rozwiązanie nie przyjęło się w polskim górnictwie węgla kamiennego ze względu na wysoki koszt wytwarzania lodu. Firma GFW zaproponowała więc inne rozwiązanie: małogabarytowe ścianowe chłodnice powietrza typu SPK (Henting & Czapliński, 1999). Również ścianowe chłodnice powietrza zaproponowała polska firma TERMOSPEC (Łuska & Nawrat, 2008). Z doświadczeń kopalń OKD w północnych Czechach wynika, że w przypadku, gdy temperatura pierwotna skał otaczających jest dużo wyższa od 40 C (zbliżona do 50 C) takich chłodnic wzdłuż frontu ściany należałoby zabudować kilkanaście (a w skrajnym przypadku ściany 402 302/1 Kopalni "ČSM" nawet czterdzieści (Břimek i Knechtel, 2008; Knechtel, 2008). Warunki górniczo-techniczne zazwyczaj nie pozwalają na to, aby wzdłuż frontu ściany można było zabudować tak dużą liczbą chłodnic. Dlatego też zaproponowano rozwiązanie polegające na instalacji wzdłuż wyrobiska ścianowego elastycznego lutniociągu z chłodnym powietrzem. Pomysł klimatyzacji ściany za pomocą lutniociągu z chłodnym powietrzem przedstawiono w pracy (Knechtel, 1999). Z pracy (Filek, Nowak i in., 2004) wynika, że rozwiązanie takie było z powodzeniem stosowane w polskim górnictwie węgla kamiennego. Pole powierzchni przekroju poprzecznego ściany nie pozwala na instalację lutniociągu o dowolnie dużej średnicy. Proponuje się więc, aby średnica lutniociągu z chłodnym powietrzem była równa od 0,2 m do 0,4 m. W oparciu o modelowanie numeryczne podjęto próbę wykazania, że ten sposób klimatyzacji wyrobiska ścianowego jest bardziej skuteczny od dotychczasowych sposobów klimatyzacji ściany (klimatyzacja klasyczna wspomagana małogabarytowymi chłodnicami ścianowymi). W rozważaniach przyjęto, że temperatura pierwotna skał jest zbliżona do wartości 50 C. Postawiono tezę, że nawet w tak trudnych warunkach geotermicznych można utrzymać parametry termiczne powietrza pozwalające na pracę. Przyjęto, że długość wyrobiska ścianowego wynosi 200 m, a wydobycie dobowe założono na poziomie od 1000 do 3000 t/d. Wykonano alternatywne prognozy klimatyczne dla wariantów bez stosowania ziębiarek i dla wariantów z chłodzeniem powietrza. Po ocenie poziomu zagrożenia klimatycznego w poszczególnych bocznicach, wyznaczono potrzebne wydajności chłodnicze dla utrzymania temperatury powietrza nie wyższej od 33 C. Zaproponowano instalację w wyrobisku ścianowym elastycznego lutniociągu z chłodnym powietrzem. Wykazano, że ten sposób klimatyzacji ściany daje lepsze efekty aniżeli stosowanie dużej liczby chłodnic ścianowych.

Słowa kluczowe

EN

climatic hazard; intense ventilation; coolers; cold air ducting

PL

zagrożenie klimatyczne; intensywna wentylacja; ziębiarki; chłodnice ścianowe; lutniociąg z chłodnym powietrzem

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, no 2
• Strony: 256--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Knechtel J.

• Central Mining Institute, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• Břimek Z., Knechtel J., 2008. Nowe spojrzenie na zwalczanie zagrożenia klimatycznego w oddziałach wydobywczych o skrajnie trudnych warunkach geotermicznych i dużej koncentracji wydobycia. Referat wygłoszony na międzynarodowej konferencji nt.: "Větrani, degazace a klimatizace dolů", Ostravice 16÷17.09.
• Bystroń H., Jaroń S., Markefka P., Strumiński A., Wojtyczka A., 1974. Poradnik Górnika, T3 Dział I - Przewietrzanie kopalń. Wyd. "Śląsk", Katowice.
• Bystroń H., 1990. Metody obliczania nie rozgałęzionych lutniociągów kopalnianych i oceny ich jakości aerodynamicznej. Archiwum Górnictwa, Vol. 35, z. 3.
• Czechowicz J., 1977. Wentylacja lutniowa w kopalniach. Wyd. Śląsk, Katowice.
• Filek K., Nowak B., Franczuk W., Łuska P., 2004. Wpływ zabudowy lutniociągu z chłodzonym powietrzem na warunki klimatyczne w ścianie. Materiały 3 Szkoły Aerologii Górniczej, str. 443÷448, Komitet Górnictwa PAN - Kraków, Zakopane 12÷15. 10.
• Henting H., Czapliński A., 1997. Urządzenia GFW do klimatyzacji kopalń. Wiadomości Górnicze nr 7-8/97, s. 341÷348.
• Henting H., Czapliński A., 1999. Chłodzenie powietrza w wyrobisku ścianowym. Wiadomości Górnicze nr 7-8/99, s. 301÷304.
• Holek S., 1990. Opracowanie potencjału ruchu wilgoci i opartych na nim metod prognozowania mikroklimatu wyrobisk. Prace GIG, Seria dodatkowa, Katowice.
• Knechtel J., 1999. Zwalczanie zagrożenia klimatycznego w ścianie eksploatacyjnej za pomocą lutniociągu z chłodnym powietrzem. Materiały 1 Szkoły Aerologii Górniczej, s. 149÷156, Komitet Górnictwa PAN, Zakopane 11÷15.10.
• Knechtel J., 2005a. Opracowanie podstaw schematu temperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej i jego zastosowanie do oceny i zwalczania zagrożenia klimatycznego w kopalni głębokiej. Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko, nr 1/2005, s. 17÷31.
• Knechtel J., 2005b. Sposób oceny zagrożenia temperaturowego w kopalni głębokiej oparty na analizie schematu temperaturowego kopalnianej sieci wentylacyjnej. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, nr 8(132)/2005, s. 24÷36.
• Knechtel J., 2006. Badanie zagrożenia klimatycznego w wyrobiskach "wirtualnego" oddziału wydobywczego, w którym prowadzona jest eksploatacja podpoziomowa. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 10(429)/2006, s.11÷20.
• Knechtel J., 2008. Ocena warunków mikroklimatycznych w wybranych wyrobiskach dołowych kopalń spółki OKD a.s. wyposażonych w nowe komplety wydobywcze. Dokumentacja prac GIG o symbolu: 500 037088-113, Katowice.
• Knechtel J., 2009. Zwalczanie zagrożenia klimatycznego w ścianie eksploatacyjnej prowadzonej w skrajnie trudnych warunkach geotermicznych. Prace naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko nr 2/1, s. 107÷117.
• Knechtel J., 2010a. Wpływ średnicy lutniociągu z chłodnym powietrzem, zabudowanego wzdłuż frontu wyrobiska ścianowego, na warunki klimatyczne w tej ścianie. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, nr 4/3, s. 149÷158.
• Knechtel J., 2010b. Klimatyzacja ściany za pomocą lutniociągu z chłodnym powietrzem. Międzynarodowa konferencja pt.: "Větrani, degazace, klimatizace a bezpečnost v hornictvi", 16÷17 wrzesień, organizatorzy: Česky Baňsky Uřad Praha, MONTANEX, OKD a.s. Ostrava, VVUU a.s. Radvanice, Vysoka Škola Baňska, s. 17÷26, Ostrava.
• Knechtel J., 2011. Jednostkowy opór aerodynamiczny lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 2(480), s. 18÷27.
• Korfmann, 2003. Lufttechnik. Führende Technik in wirtschaftlicher Anwendung für Bergbau und Tunnelbau. Produktkatalog. Witten.
• Łuska P., Nawrat S., 2008. Klimatyzacja kopalń podziemnych. Systemy chłodnicze. Wyd. AGH. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne. Kraków.
• Voß J., 1965. Beitrag zur Vorausberechnung der Erwärmung und der Wasserdampfaufnahme der Wetter in Steinkohlenbergwerken. Glückauf÷Forschungshefte, H.4.