Wpływ głębokości eksploatacji węgla na ciepło oddawane przez górotwór

• Autorzy: Cygankiewicz J. , Knechtel J.

Warianty tytułu

EN

The impact of coal mining depth on the heat emitted by the rock mass

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dla zbadania wpływu głębokości eksploatacji węgla na ilość ciepła traconego przez górotwór zastosowano metodę symulacji numerycznych. W pracy rozważa się oddziały wydobywcze składające się z chodnika podścianowego, ściany eksploatacyjnej i chodnika nadścianowego. Do każdego z rejonów powietrze świeże od szybu wdechowego doprowadzane jest przekopem głównym i pochylnią do pokładu węglowego. Rozważa się oddziały wydobywcze, na których temperatura pierwotna skał wynosi odpowiednio: 35÷37°C (najpłytszy), 40÷42°C, 45÷47°C oraz 50÷52°C (najgłębszy). Dane początkowe do obliczeń dla wszystkich oddziałów przyjęto takie same, za wyjątkiem temperatury pierwotnej skał i wysokości geodezyjnych, na których zlokalizowane są badane wyrobiska. Wykonano alternatywne prognozy klimatyczne, przy czym potencjał chłodniczy w każdym wariancie dobrano tak, aby prognozowana temperatura powietrza mierzona termometrem suchym była nie wyższa od 33°C. Dla takich warunków (korzystając z metody różnic skończonych) wyznaczono strefy wychłodzenia górotworu otaczającego wyrobiska korytarzowe i ścianowe każdego z wymienionych rejonów wydobywczych. Po porównaniu ze sobą wyników obliczeń wykonanych dla poszczególnych oddziałów wydobywczych stwierdzono, że ilość ciepła oddawana przez górotwór do najgłębiej położonych wyrobisk (zlokalizowanych na głębokości, na której temperatura pierwotna skał wynosi 50÷52°C) jest czterokrotnie większa od ilości ciepła oddawanej przez górotwór do wyrobisk położonych najpłycej (zlokalizowanych na głębokości, na której temperatura pierwotna skał wynosi 35÷37°C). Oddział wydobywczy, w którym temperatura pierwotna skał wynosi 40÷42°C otrzymuje od górotworu dwa razy tyle ciepła co oddział najpłytszy. W podsumowaniu zwrócono uwagę, że prowadzenie wydobycia na dużej głębokości jest związane z koniecznością stosowania klimatyzacji. Zatem trzeba ponieść dodatkowe koszty związane z chłodzeniem powietrza. Koszty te jednak mogą się częściowo zwrócić, jeśli zagospodaruje się ciepło oddawane przez górotwór. Ciepło to można odprowadzić na powierzchnię, np. z gorącą wodą (o temperaturze powyżej 40°C) z chłodnic wyparnych ziębiarek, pracujących na dole kopalni i wykorzystać do celów komunalnych lub do zasilania ziębiarek amoniakalnych zabudowanych na powierzchni.

EN

A method of numerical simulations has been used for investigating the impact of coal mining depth on the heat emitted by the rock mass. This work deals with the mining districts consisting of the lower longwall gate, longwall face and the upper longwall gate. For each district, fresh air is supplied from the exhaust shaft through the main drift and ramp into a coal deposit. The mining districts considered have been those in which the primary rock temperature is as follows: 35÷37°C (the shallowest one), 40÷42°C, 45÷47°C and 50÷52°C (the deepest one). Input data for calculations for all districts have been assumed the same, except the primary temperature of rocks and geodetic heights, at which investigated workings are being located. Alternative climate predictions have been performed. Cooling potential in all variants have been chosen in such a way so that the predicted air temperature measured with dry-bulb thermometer is not higher than 33°C. For such conditions, the cooling zones of the rock mass surrounding gallery and longwall workings have been determined for each of mentioned mining area (applying the finite difference method). Based on a comparison of the results of calculations performed for the individual mining districts it has been stated that the amount of heat emitted by the rock mass into the deepest workings (located at a depth where the primary rock temperature is 50÷52°C) is four times higher than the amount emitted by the rock mass into the workings located at the shallowest depths (located at the depth at which the primary rock temperature is 35÷37°C). The mining district, in which the primary rock temperature is 40÷42°C, obtains from the rock mass twice as much heat as the shallowest district. In the summary it has been pointed out that carrying out exploitation at large depths requires use of air conditioning. Thus, additional costs associated with air cooling have to be incurred. These can, however, be partially recouped if the heat emitted by the rock mass is to be utilized. This heat can be transported to the surface e.g. with hot water (at temperature above 40°C) from evaporative coolers of chillers operating underground and then used for municipal purposes or to power ammonia chillers installed on the surface.

Słowa kluczowe

PL

górotwór; wyrobisko górnicze; przepływ ciepła; zagrożenie klimatyczne

EN

rock mass; mine working; heat transfer; climatic hazard

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 73, nr 2
• Strony: 8--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cygankiewicz J.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Knechtel J.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] CYGANKIEWICZ J. 2012a - Nowe kryteria klasyfikacji skłonności węgli do samozapalenia. W: Prusek, Knechtel, Madej-Strumińska (red.) - Zwalczanie zagrożeń aerologicznych w kopalniach, Wydawnictwa GIG, Katowice, s. 39-50.
• [2] CYGANKIEWICZ J. 2012b - Kalorymetryczna metoda oznaczania skłonności węgla do samozapalenia w warunkach zbliżonych do warunków kopalnianych, praca statutowa GIG o symbolu 1111 0222-110, Katowice.
• [3] CYGANKIEWICZ J., KNECHTEL J. 2014 - The Effect of Temperature of Rocks on Microclimatic Condotions in Long Gate Roads and Galleries in Coal Mines, Archiwum Górnictwa Nr 1/2014, t. 59, s. 189-216.
• [4] CYGANKIEWICZ J., KNECHTEL J. 2015 - Remarks on Heat Emission during Operation in Hot Rock Mass and on Possibilities of Its Use, Journal of Geography and Geology, Vol 7, No 1; 2015, s. 46-55.
• [5] HOLEK S. 1990 - Opracowanie potencjału ruchu wilgoci i opartych na nim metod prognozowania mikroklimatu wyrobisk. Prace Naukowe GIG. Seria dodatkowa. Katowice.
• [6] KNECHTEL J. 1998 - The Influence of Thermal Insulation of Walls of Workings on Air Temperature, „Archiwum Górnictwa”, nr 4, t. 43, s. 517-533.
• [7] KNECHTEL J. 2011 - Considerations Concerning The Stream of Heat Transferred from Rock Mass into Mine Ventilation Air and The Utilization of this Heat by Means of Air Cooling Installations, Geo Science Engineering , LVII, str. 1-12.
• [8] KNECHTEL J. 2012 - Wykonanie prognoz klimatycznych dla 7 drążonych chodników i 1 ściany eksploatacyjnej w kopalni “PASKOV”, dokumentacja prac GIG o symbolu 500 282 82-112, wykonana na zlecenie czeskiej firmy „GASCONTROL”, Katowice, lipiec 2012.
• [9] KNECHTEL J., GAPIŃSKI D. 2005 - Zaktualizowane mapy izolinii temperatury pierwotnej skał kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW), GIG Katowice.
• [10] OCHĘDUSZKO S. 1974 - Termodynamika stosowana, WNT, Warszawa.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).