Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza ..., Egzaminy z Ochrona środowiska

Pobierz Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza ... i więcej Egzaminy w PDF z Ochrona środowiska tylko na Docsity! Praca doktorska Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego mgr inż. Andrzej Słowik Polska Grupa Górnicza S.A. KWK ROW Ruch Jankowice Promotor: dr hab. inż. Stanisław Trenczek, prof. ITG KOMAG Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 2 SPIS TREŚCI: Abstract 3 1. Wprowadzenie 5 2. Cel i teza rozprawy 7 3. Przegląd literatury 9 4. Regulacja rozpływu powietrza 14 4.1. Charakterystyka typowej sieci wentylacyjnej kopalni 14 4.2. Regulacja przewietrzania według przepisów 16 4.3. Przykłady regulacji przewietrzania 17 5. Regulacja przewietrzania w prądach wylotowych powietrza zużytego 22 5.1. Pomiary parametrów termodynamicznych powietrza w kopalni – obliczanie sieci wentylacyjnej 22 5.2. Idea regulacji w prądach wylotowych powietrza zużytego 30 5.3. Modelowanie regulacji w wylotowych prądach powietrza zużytego 34 6. Regulacja przewietrzania rejonowych i grupowych prądów powietrza zużytego 41 6.1. Regulacja przewietrzania w grupowych prądach powietrza zużytego 41 6.2. Regulacja przewietrzania w rejonowych prądach powietrza zużytego 53 7. Analiza wyników badań z zastosowaniem regulacji w wylotowych prądach powietrza zużytego 74 7.1. Analiza sposobu regulacji przewietrzania w grupowych prądach powietrza zużytego 74 7.2. Analiza sposobu regulacji przewietrzania w rejonowych prądach powietrza zużytego 79 8. Podsumowanie i wnioski 86 9. Literatura 94 Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 5 1. Wprowadzenie "Przewietrzanie robót podziemnych jest gałęzią wiedzy górniczej, obejmującą zespół wszystkich środków oraz czynności, mających na celu odświeżanie powietrza w kopalni oraz dostarczenie w każdym wypadku takiej ilości powietrza świeżego, aby ludzie, przebywający pod ziemią, mogli wykonywać swą pracę z największą wydajnością, w warunkach zupełnie bezpiecznych" [4]. To zdanie z publikacji dr inż. Witolda Budryka z roku 1932 definiuje wagę roli przewietrzania w funkcjonowaniu kopalni. To właściwe przewietrzanie wyrobisk umożliwia pracę ludzi i wpływa na ich wydajność, co więcej, bez właściwego przewietrzania praca ludzi, a więc byt podziemnego zakładu górniczego, są niemożliwe. Sformułowanie, mimo swej prawie 90 letniej historii, jest nadal aktualne. Przeglądając literaturę można również natknąć się m.in. na takie sformułowanie: "Przewietrzanie kopalń, w związku z ciągłym wzrostem tak wydobycia, jak i wielkości samych kopalń, staje się w skali górnictwa światowego ważnym - jeżeli nie najważniejszym - problemem. Koszty związane ze skutecznym przewietrzaniem stale rosną, a wymagania stawiane projektantom w fazie projektowania nowych kopalń, ewentualnie rekonstrukcji starych, dotyczące skuteczności wentylacji są coraz większe i trudniejsze do realizacji [...]. Nie ulega wątpliwości, że kopalnie metanowe powinny być możliwie intensywnie przewietrzane, tzn. że ilość powietrza dostarczana do tych kopalń jest z reguły większa, niż do kopalń niemetanowych. Prawidłowe kierowanie tak dużymi masami powietrza, uwzględniające najnowsze osiągnięcia techniki i nauki, powinno zapewnić maksymalne bezpieczeństwo pracy w tych kopalniach oraz możliwie najmniejsze nakłady kosztów inwestycyjnych i ruchowych. W sytuacji rozwijającego się dynamicznie górnictwa polskiego - co pociąga za sobą eksploatację pokładów silnie metanowych - wydaje się rzeczą słuszną i celową szczególne uwypuklenie zagrożeń metanowych oraz powiązanie ich z właściwą, przeanalizowaną i wyważoną koncepcją wentylacyjną. Konieczne jest więc natychmiastowe wprowadzenie w życie efektów nauki lub praktyki, które wskażą nowe możliwości w trudnej walce o pełne bezpieczeństwo pracy w górnictwie [...]" [23]. Powyższa myśl umieszczona we wstępie do obecnie prawie 40-letnej pozycji A. Frycza i B. Kozłowskiego "Przewietrzanie kopalń" nic nie straciło ze swojej wymowy. I to pomimo tego, że górnictwo w Polsce już się nie rozwija w sensie ilości wydobywanego węgla, że zmieniły się sposoby eksploatacji i głębokość jej prowadzenia, że wzrosło natężenie i skala zagrożeń naturalnych, że coraz częściej wysoka temperatura pierwotna górotworu powoduje zagrożenie klimatyczne. Należy stale poszukiwać nowych rozwiązań, aby zapewnić skuteczne przewietrzanie kopalń głębinowych – przy zapewnieniu maksimum bezpieczeństwa pracy i minimum kosztów z przewietrzaniem związanych [20, 30, 31, 42, 46, 58, 59, 71, 94]. Regulacja przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni dla zapewnienia jakościowych i ilościowych stosunków powietrza jest – obok zwalczania zagrożeń naturalnych, w tym zagrożeń klimatycznych – podstawowym celem działania służb wentylacyjnych kopalni. W literaturze – m.in. [8, 17, 23, 25, 36, 37, 49, 80, 95, 96] – szeroko omawiany jest sposób regulacji przewietrzania, w tym z wykorzystaniem tam wentylacyjnych [10, 11, 40, 101, 102]. Zagadnienia te znajdują również odzwierciedlenie w tworzonych na przestrzeni lat przepisach Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 6 dla górnictwa podziemnego. Zagadnienia przewietrzania kopalń dotyczą górnictwa podziemnego jako całości, nie tylko węglowego, ale również rud miedzi, metali nieżelaznych, itp. [74, 75]. Przewietrzanie musi uwzględniać również wymogi związane z przyszłością górnictwa podziemnego, np. możliwość bezpiecznego włączania w wyrobiskach podziemnych podziemnego georeaktora zgazowania węgla [83]. Prowadzona w ostatnich latach w Polsce restrukturyzacja górnictwa węgla kamiennego oraz istotna redukcja wydatków związanych z inwestycjami w kopalniach, w szczególności w główne wyrobiska udostępniające i wentylacyjne wymusza, dla zapewnienia jakościowych i ilościowych stosunków powietrza, zastosowanie innych, niestandardowych sposobów regulacji sieci wentylacyjnej kopalni [14, 19, 28, 32, 33, 43, 44, 76, 78, 79]. Odnieść to można do stwierdzenia podanego w przytoczonej już pracy W. Budryka [4] „Sam fakt, że do kopalni wchodzi, lub też z niej wychodzi duża ilość powietrza, nie świadczy jeszcze bynajmniej, że kopalnia jest należycie przewietrzana". Zwiększająca się głębokość eksploatacji oraz wzrost zagrożeń naturalnych, w szczególności metanowego i klimatycznego, wymaga dostarczenia coraz większych ilości powietrza do rejonów wentylacyjnych, nie tylko eksploatacyjnych, ale również robót przygotowawczych (ze względu na zastosowanie wentylatorów elektrycznych lutniowych o znacznej wydajności). Jednakże zakres zwiększenia ilości powietrza musi uwzględniać zagrożenie pożarami endogenicznymi, które w ostatnich latach skutkuje stosunkowo dużą liczbą pożarów [72, 73, 88, 91]. Powyższe, przy ograniczonych nakładach inwestycyjnych na wyrobiska kapitalne (w tym wentylacyjne) determinuje więc zastosowanie nowych rozwiązań, zapewniających dostarczenie odpowiednich ilości powietrza do rejonów górniczych, zapewniających skuteczne zwalczanie zagrożeń metanowego, klimatycznego i pożarowego oraz jednoczesne ograniczenie strat powietrza [22, 35, 45, 48, 60, 84, 92]. W niniejszej pracy doktorskiej starano się wykazać, że zastosowanie regulacji przewietrzania w zużytym prądzie powietrza stanowi istotny element poprawy funkcjonowania sieci wentylacyjnej kopalni, wpływa na jej stabilność oraz istotnie wpływa, poprzez ograniczenie oddziaływania depresji wentylatorów głównego przewietrzania – pracujących przy szybach wentylacyjnych – na zmniejszenie zagrożenia pożarem endogenicznym w zrobach ścian. Dla udokumentowania zasadności stosowania takiego sposobu regulacji przewietrzania, w określonych uwarunkowaniach, przedstawiono przypadki zastosowania regulacji przewietrzania w zużytym prądzie powietrza – grupowym i rejonowym. Pokazano, że wyznaczone parametry sieci wentylacyjnej kopalni, w szczególności potencjały izentropowe w istotnych punktach sieci pozwalają na określenie:  stabilności przyjętego sposobu przewietrzania,  wpływu zastosowanej regulacji na oddziaływanie depresyjne szybu wentylacyjnego na zroby ścian, tamy izolacyjne, zaburzenia itp.,  warunków bezpieczeństwa stosowanej regulacji przewietrzania. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 7 2. Cel i teza rozprawy Zarówno w obecnie obowiązujących przepisach [62] (§ 176), jak również wcześniejszych ([64] – § 87, [65] – § 244, [63] – § 213) zapisano, że regulację przewietrzania powinno prowadzić się tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych. Regulację przewietrzania w grupowych lub rejonowych prądach powietrza zużytego można było stosować po uzyskaniu zezwolenia właściwego organu nadzoru górniczego [64, 65] lub na warunkach określonych przez kierownika ruchu zakładu górniczego [62, 63]. Prowadzona regulacja przewietrzania sieci wentylacyjnej musi uwzględniać nie tylko jakościowe i ilościowe parametry powietrza w poszczególnych rejonach wentylacyjnych, w szczególności rejonach produkcyjnych (ściany, przodki, wyrobiska likwidowane), ale również uwzględniać:  wyposażenie wyrobiska (przenośniki odstawy, trasa transportu),  intensywność ruchu załogi,  napór na tamy wentylacyjne śluzy wentylacyjnej,  istniejące uskoki, tamy izolacyjne, itp. zaburzenia, które mogą wpłynąć na stan zagrożenia pożarem endogenicznym. Bazując na doświadczeniach nabytych w trakcie pracy w dziale wentylacji w zakładzie górniczym mogę stwierdzić, że ww. czynniki stanowią bardzo istotny element regulacji przewietrzania sieci wentylacyjnej, a wybór miejsca zabudowy tamy regulacyjnej, która zwykle wykonana jest w układzie śluzy wentylacyjnej (minimum dwie tamy wentylacyjne/regulacyjne), ma bardzo istotny wpływ na stabilność sieci wentylacyjnej oraz ograniczenie lub wzrost zagrożenia pożarem endogenicznym. Punktem wyjścia, do rozważań na temat znaczenia miejsca zabudowy śluzy wentylacyjnej do regulacji przewietrzania, były przypadki zaistniałych negatywnych skutków stosowania typowych regulacji przewietrzania w rzeczywistej sieci wentylacyjnej oraz pozytywne rezultaty zastosowania regulacji w grupowym i rejonowym prądzie powietrza zużytego. W przypadku zastosowania regulacji w grupowym prądzie powietrza zużytego osiągnięto m.in. zmniejszenie strat powietrza w prądach powietrza przewietrzających komory przyszybowe zaliczone do pomieszczeń ze stopniem „a” niebezpieczeństwa wybuchu metanu. Zlikwidowało to jednocześnie efekt „krótkiego spięcia wentylacyjnego”, co umożliwiło likwidację szybu wentylacyjnego w związku z prowadzoną restrukturyzacją zakładu górniczego, przy jednoczesnym zwiększeniu ilości powietrza przewietrzającego rejony produkcyjne. Z kolei w przypadku zastosowania regulacji w rejonowym prądzie powietrza zużytego doszło, m.in. do zmniejszenia zagrożenia pożarowego w zrobach eksploatowanych i likwidowanych ścian, z uwagi na zmniejszenie oddziaływania depresji wentylatora głównego przewietrzania na zroby eksploatacyjne i poeksploatacyjne ścian oraz tamy izolacyjne, zwiększenia stabilności przewietrzania rejonów górniczych oraz zlikwidowania zagrożenia związanego z możliwością przepływów gazów zrobowych ubogich w tlen i o wysokiej koncentracji metanu między poszczególnymi ruchami zakładu górniczego w likwidowanym wyrobisku przewietrzanym wentylacją odrębną, który był poddany depresji wentylatora głównego przewietrzania. Szczegóły tych pierwszych zastosowań, jak i kolejnych przedstawiono w dalszej części pracy doktorskiej. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 10 gdzie: p – ciśnienie płynu, z – współrzędna mierzona wzdłuż osi pionowej. Wielkość siły oporów ruchu f () zależy od prędkości przepływu. Funkcja f () musi spełniać warunki f (0) = 0. Przebieg zależności wielkości siły oporów ustala się na podstawie badań doświadczalnych. Dzieląc równanie przez wartość przyspieszenia ziemskiego g otrzymuje się bilans sił w odniesieniu do jednostki ciężaru przepływającego płynu. Poszczególne składniki tego równania są bezwymiarowe 1 𝑔 ∙ 𝜕𝜔 𝜕𝑡 + 𝜔 𝑔 ∙ 𝜕𝜔 𝜕𝑠 + 1 𝛾 ∙ 𝜕𝑝 𝜕𝑠 + 𝑑𝑧 𝑑𝑠 + 𝑓 (𝜔) 𝑔 = 0 (3.4) Wielkość siły oporów ruchu w odniesieniu do jednostki ciężaru przepływającego płynu określa zależność: 𝐼 = 𝑓 (𝜔) 𝑔 =  𝜔 |𝜔| 2𝑔𝑑 (3.5) gdzie:  – bezwymiarowy współczynnik oporu uzależniony od liczby Reynoldsa, d – średnica hydrauliczna przewodu, przy czym 𝑑 = 4𝐹 𝑃 F – pole przekroju przewodu, P – obwód. Wówczas równie ruchu przyjmuje postać: 1 𝑔 𝜕𝜔 𝜕𝑡 + 𝜔 𝑔 ∙ 𝜕𝜔 𝜕𝑠 + 1 𝛾 ∙ 𝜕𝑝 𝜕𝑠 + 𝑑𝑧 𝑑𝑠 +  𝜔 |𝜔| 2𝑔𝑑 = 0 (3.6) Powyższe równanie ruchu należy uogólnić o składniki spadku hydraulicznego, pochodzącego od skupionych oporów ruchu Wij oraz o różnicę ciśnień wywołaną działaniem wentylatorów 1 𝑔 𝜕𝜔 𝜕𝑡 + 𝜔 𝑔 ∙ 𝜕𝜔 𝜕𝑠 + 1 𝛾 ∙ 𝜕𝑝 𝜕𝑠 + 𝑑𝑧 𝑑𝑠 + 𝐼 + ∑ 𝑊𝑗δ(s - 𝑠𝑗) - ∑ 𝐻𝑖 ′ 𝛾𝑖𝑗 𝛿(𝑠 − 𝑠𝑖) = 0 (3.7) gdzie:  – gradient hydrauliczny, pochodzący od oporów rozłożonych w sposób ciągły. Jest to siła oporów aerodynamicznych przewodu (wyrobiska) odniesiona do jednostki ciężaru przepływającego powietrza (spadek hydrauliczny, spadek naporu) przypadający na jednostkę długości [ 𝑁∙𝑚 𝑁∙𝑚 ], Wi– spadek naporu w miejscu oporu lokalnego, umieszczonego w punkcie o współrzędnej sj (np. tama wentylacyjna) [ 𝑁∙𝑚 𝑁 = 𝑚], Hi – depresja wytwarzana przez i-ty wentylator umieszczony w punkcie o współrzędnych si [Pa], (s – sj) – funkcja delta Diraca. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 11 Równanie energii – wyraża zasadę zachowania energii płynu znajdującego się w ruchu. Zmiana całkowitej energii EC (sumy energii kinetycznej, potencjalnej i wewnętrznej) w objętości V przepływającego płynu wynosi: 𝑑𝐸𝐶 𝑑𝑡 = 𝑑 𝑑𝑡 ∫ 𝜌 ( 𝜔2 2 + 𝑔𝑧 + 𝑐𝑣𝑇) 𝑑𝑉 . 𝑉 (3.8) przy czym, przyrost całkowitej energii płynu na jednostkę czasu musi być równy sumie mocy ciśnień zewnętrznych i ilości ciepła dopływającego w jednostce czasu do objętości V, 𝑑𝐸𝐶 𝑑𝑡 = − ∮ 𝑝𝜔𝑑𝜎 + ∫ 𝑞𝜌𝑑𝑉 . 𝑉 .  (3.9) gdzie: d – oznacza elementarne pole powierzchni ograniczającej element płynu, q – ciepło doprowadzone w jednostce czasu do jednostki masy przepływającego płynu. Przez porównanie dwóch ostatnich zależności, i po zastosowaniu wzoru Greena: ∮ 𝑝𝜔𝑑𝜎 = ∫ 𝑑𝑖𝑣 (𝑝𝜔)𝑑𝑉 . 𝑉 .  (3.10) otrzymuje się równanie energii 𝑑 𝑑𝑡 ( 𝜔2 2 + 𝑐𝑣𝑇 + 𝑔𝑧) = − 1 𝜌 𝑑𝑖𝑣 (𝑝𝜔) + 𝑞 (3.11) Gdy przepływ jest jednowymiarowy i ustalony wtedy: 𝑑 𝑑𝑡 = 𝜕 𝜕𝑡 + 𝜔 𝜕 𝜕𝑠 = 𝜔 𝜕 𝜕𝑠 (3.12) a więc: 𝜔 𝜕 𝜕𝑠 ( 𝜔2 2 + 𝑐𝑣𝑇 + 𝑔𝑧) = − 1 𝜌 ∙ 𝜕 𝜕𝑠 (𝑝𝜔) + 𝑞 (3.13) Równanie energii uogólnia się o ilość ciepła dopływającego od źródeł skupionych. Jeżeli założy się, że ilość ciepła doprowadzonego w sposób ciągły do jednostki masy wynosi qw (np. ciepło dopływające od skał) oraz q1 wyraża ilość ciepła dopływającego od źródeł skupionych (np. od maszyn) to równanie energii przyjmie postać: 𝐷 𝐷𝜏 ( 𝜔2 2 + 𝑐𝑣𝑇 + 𝑔𝑧) = − 1 𝜌 𝑑 𝑑𝑠 (𝑝𝜔 + 𝑞𝑤(𝑠, 𝑡) + 𝑞𝑖𝛿(𝑠 − 𝑠𝑖)) (3.14) Równanie stanu gazów przyjmuje się w postaci 𝑝 𝜌 = 𝑅𝑇 (3.15) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 12 W zastosowaniach wentylacyjnych przyjmuje się różne założenia upraszczające, w zależności od rodzaju rozwiązywanego zagadnienia, tak jednak, by uproszczenia nie powodowały dużych błędów. W podziemnych kopalniach powietrze płynie [3] wyrobiskami górniczymi [1, 9] przy stosowaniu wentylacji wymuszonej wentylatorami głównego przewietrzania, pracującymi w układzie ssącym [5, 6, 23, 50, 52, 100]. Dla celów bezpieczeństwa i komfortu pracy powietrze jest rozprowadzane tak, by zapewniony był przepływ powietrza we wszystkich czynnych wyrobiskach górniczych, który charakteryzować się musi przede wszystkim stabilnością prądów powietrza, co do ich kierunku i objętości strumienia [80, 95, 100]. Dlatego w sieci wentylacyjnej powinno być jak najwięcej niezależnych prądów powietrza [49, 50]. Powinny one przewietrzać przede wszystkim wyrobiska wybierkowe [36], komory materiałów wybuchowych, komory pomp, rozdzielnie główne, a także składy smarów i materiałów łatwo palnych. Zasadą jest by powietrze świeże doprowadzać najkrótszą drogą do każdego poziomu, skąd prądami wznoszącymi powinno płynąć do szybu wydechowego. Wówczas depresja naturalna współpracuje z depresją wytworzoną przez wentylator głównego przewietrzania, co zapewnia stabilność kierunków przepływu powietrza. Tylko w wyjątkowych przypadkach, i przy zastosowaniu środków bezpieczeństwa, powietrze świeże lub powietrze zużyte można prowadzić na upad [89]. Ważnym czynnikiem w prawidłowym przewietrzaniu sieci wentylacyjnej jest utrzymanie wyrobisk pod względem odpowiedniego przekroju w świetle obudowy oraz odpowiednie ich izolowanie od zrobów. Przez regulację przewietrzania rozumie się określenie wydatków i depresji wentylatorów oraz parametrów regulatorów (np. oporów tam) ilości powietrza dla zapewnienia wymaganych wydatków powietrza w poszczególnych bocznicach wentylacyjnych. W zależności od rodzaju regulatorów rozróżnia się regulację dodatnią lub ujemną. Jeżeli działanie regulatora wywiera taki sam skutek jak zwiększenie oporu bocznicy, to taką regulację nazywa się dodatnią. Gdy zaś działanie regulatora wpływa na ilość powietrza, jak zmniejszenie oporu bocznicy, wówczas nosi nazwę regulacji ujemnej. Regulacja przeprowadzona przez zwiększenie oporów bocznic nosi nazwę regulacji dodatniej (w wyrobisku górniczym umieszcza się tamy), a przez zmniejszenie ich oporów regulacji ujemnej (wentylatory) [50, 100]. Regulacją ujemną może być również otwarcie tam regulacyjnych (śluzy wentylacyjnej) w tzw. bocznicy gaszącej. Czasem, żądany rozdział powietrza uzyskuje się również przez zmniejszenie oporu bocznicy, co zwykle wymaga podjęcia robót związanych z przebudową wyrobisk lub usunięciem oporów lokalnych (zlikwidowanie obmurzy tam wentylacyjnych, usunięcie zalegających wozów lub materiałów, itp.). Najczęściej stosowana jest regulacja za pomocą tam regulacyjnych, tj. regulacja dodatnia. Przy regulacji ujemnej stosuje się wentylatory o działaniu zgodnym z kierunkiem przepływu powietrza, instalowane w tych bocznicach, które mają duży opór. Gdy używa się różnych regulatorów, np. tam i wentylatorów, wtedy regulacja nazywa się mieszaną. Obliczenia wentylacyjne sieci obejmują przede wszystkim wyznaczenie kierunków przepływu, oporów wypadkowych i rozdziału powietrza [7, 57, 69, 93, 98]. Istnieją pewne analogie między prawami rządzącymi przepływami ustalonymi w kopalnianych sieciach wentylacyjnych, a przepływami prądu stałego w obwodach elektrycznych. W elektrotechnice prawa te sformułował G.R. Kirchhoff. Pierwsze z nich wyraża zasadę zachowania ładunku elektrycznego i stwierdza, że algebraiczna suma prądów wpływających i wypływających z dowolnego węzła obwodu jest równa zeru. Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy spadków Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 15 W bocznicach kopalnianej sieci wentylacyjnej mogą zachodzić dwa rodzaje przepływów laminarny i turbulentny (burzliwy). Laminarny przepływ powietrza jest spokojny i warstwowy, oddzielne warstwy powietrza przesuwają się równolegle do osi wyrobiska, nie mieszając się między sobą. Jest to przepływ charakterystyczny dla bardzo małych prędkości powietrza, np. w zrobach, szczelinach, polach pożarowych, itp. Turbulentny przepływ charakteryzuje się tym, że elementy płynu poruszają się w sposób nieuporządkowany i po bardzo zawiłych torach, wskutek czego powstają ciągłe, chaotyczne zaburzenia przepływu. Rzeczywista prędkość w dowolnym punkcie prądu powietrza ciągle się zmienia (pulsuje). Mówiąc o prędkości w danym punkcie przepływu turbulentnego trzeba mieć na myśli pewną średnią w czasie prędkość. Przy przepływie burzliwym w wyrobisku górniczym główną składową oporu przepływu powietrza jest tarcie powietrza o ściany tego wyrobiska. Chropowatość ścian wyrobiska górniczego wpływa w sposób zasadniczy na wartość oporu tarcia. Znając liczbę oporu f wyrobiska, jego długość L, pole przekroju poprzecznego A i obwód B, opór właściwy Rfu tego wyrobiska wyznacza się korzystając ze wzoru: 𝑅𝑓𝑢 = 𝑓𝑢 8 ∙ 𝐵𝐿 𝐴3 (4.1) W aktywnej sieci wentylacyjnej rozróżnia się dwa rodzaje bocznic sieci:  bocznice poziome (bierne, bezźródłowe) – nie występuje w niej depresja naturalna,  bocznice niepoziome (czynne, źródłowe) – występuje w niej depresja naturalna. Sieć, w której skład wchodzi chociażby jedna bocznica źródłowa jest siecią aktywną. Sieć wentylacyjna każdej kopalni istniejącej jest siecią aktywną. Gęstość masy powietrza w sieci aktywnej, w której występuje ustalony stan dynamiczny i termiczny, jest wielkością zmienną zależną od miejsca w sieci wentylacyjnej. Podziemne wyrobiska zakładu górniczego należy przewietrzać przepływającym przez nie powietrzem. Całkowity prąd powietrza należy dzielić w ten sposób, aby przez rejony wentylacyjne płynęły niezależne prądy powietrza. Powietrze świeże należy doprowadzać możliwie najkrótszą drogą do każdego poziomu wydobywczego, skąd prądami wznoszącymi powinno ono płynąć na poziom wentylacyjny, a następnie w kierunku szybu wydechowego. Różnorodność systemów eksploatacji powoduje, że istnieje kilka sposobów rozprowadzenia powietrza w rejonach wentylacyjnych. Sposób przewietrzania uzależniony jest przede wszystkim od występujących zagrożeń (metanowego, pożarowego, a w ostatnim okresie czasu również klimatycznego), wzajemnej koordynacji robót, czy też zagrożeń związanych z możliwością przepływów zrobowych [34, 38, 39, 81, 82]. Główny nacisk powinno się kłaść na skuteczne przewietrzanie rejonów górniczych, w szczególności eksploatacyjnych, w aspekcie występujących zagrożeń naturalnych. Bardzo często zdarza się, że dany system eksploatacji jest korzystny w przypadku jednego zagrożenia, a niepożądany w przypadku innego. Dobrym tego przykładem są zagrożenia pożarowe i metanowe, wzajemnie się wykluczające przy wyborze systemu eksploatacji. Ze względu na zagrożenie metanowe pożądanym rozwiązaniem jest system przewietrzania na Y lub eksploatacja do pola. Jednak przy pokładach skłonnych do samozapalenia taki system przewietrzania może spowodować wzrost zagrożenia Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 16 pożarowego w zrobach, a w skrajnym przypadku pożar i utworzenie pola pożarowego. W przypadku wystąpienia zagrożeń skojarzonych, a w polskim górnictwie węglowym zdecydowana większość kopalń boryka się z tym problemem, należy dokładnie przeanalizować sposób przewietrzania i wybrać najlepsze rozwiązanie, jednocześnie określając warunki bezpieczeństwa lub zakres prac profilaktycznych dla zminimalizowania zagrożeń [21, 53, 76]. 4.2. Regulacja przewietrzania według przepisów Ogólne zasady dotyczące przewietrzania kopalń podziemnych ujęte są w obowiązujących przepisach, które w zasadzie nie ulegają istotnym zmianom w odniesieniu do poprzednio obowiązujących przepisów. Dotyczy to dopuszczalnego stężenia gazów, sposobu rozprowadzenia powietrza, konieczności utrzymywania przy szybie wentylacyjnym urządzeń do zmiany kierunku przepływu powietrza (mimo, iż przy obecnym poziomie zagrożeń zmiana kierunku przepływającego powietrza mogłaby mieć katastrofalne skutki), itp. Oczywiście, wprowadzane są nowe zapisy związane z postępem technologicznym, jak np. konieczność stosowania tam automatycznych na drogach transportowych, czujników stanu otwarcia drzwi w śluzach wentylacyjnych powiązanych z wyłączeniem energii w rejonie, itp., ale trzon przepisów, jak już wspomniano, pozostaje niezmienny. Coraz to nowsze przypisy coraz częściej zmieniają organ wydający zgodę na zastosowanie pewnych rozwiązań. Najczęściej dotyczy to cedowania wydania zgody na kierownika ruchu zakładu górniczego (niekiedy na podstawie opinii rzeczoznawcy) zamiast wydania jej przez Dyrektora Okręgowego Urzędu Górniczego, ale zasadniczy sens przepisu jest zachowany. Przykładem niezmienności przepisów jest zapis o stosowaniu regulacji przewietrzania, co w kolejno wydawanych aktach prawnych zapisywane było w sposób następujący: 1) Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 1 sierpnia 1969 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy oraz bezpieczeństwa pożarowego w podziemnych zakładach górniczych [64]. par. 87 1. Regulację przewietrzania należy przeprowadzać przy pomocy tam regulacyjnych umieszczanych na początku prądów rejonowych. 2. Stosowanie do regulacji przewietrzania wentylatorów pomocniczych albo tam regulacyjnych umieszczonych na końcu prądów rejonowych lub w prądach grupowych wymaga zezwolenia okręgowego urzędu górniczego. 2) Rozporządzenie Ministra Przemysłu i Handlu z dnia 14 kwietnia 1995 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych [65] par. 244 1. Regulację przewietrzania należy prowadzić tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych. 3. Regulacja przewietrzania przez zastosowanie wentylatorów pomocniczych lub tam regulacyjnych zabudowanych w grupowych prądach powietrza lub w rejonowych prądach zużytego powietrza, wymaga zezwolenia właściwego organu państwowego nadzoru górniczego. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 17 3) 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 [63] par. 213 1. Regulację przewietrzania prowadzi się tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych. 3. Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego może, po ustaleniu warunków, dopuścić regulację przewietrzania przy zastosowaniu wentylatorów pomocniczych lub tam regulacyjnych zabudowanych w grupowych prądach powietrza lub rejonowych prądach zużytego powietrza odprowadzanego do szybu wydechowego. 4) Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 23 listopada 2016 r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych [62] par. 176 1. Regulację przewietrzania prowadzi się tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych. 3. Regulacja przewietrzania z zastosowaniem wentylatorów lub tam regulacyjnych zabudowanych w grupowych prądach powietrza lub rejonowych prądach powietrza odprowadzanego do szybu wydechowego lub na powierzchnię jest dopuszczalna za zgodą kierownika ruchu zakładu górniczego, który określa warunki jej prowadzenia. Jak z powyższego wynika, zasadniczym sposobem prowadzenia regulacji przewietrzania, w myśl obowiązujących na przestrzeni lat przepisów, jest prowadzenie regulacji przewietrzania tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych. Przepisy nie mówią o konieczności przeprowadzenia analizy miejsca zabudowy tamy pod kątem występujących zaburzeń geologicznych, możliwości wzrostu zagrożenia pożarowego lub metanowego, oddziaływania depresyjnego szybu wentylacyjnego na zroby lub tamy izolacyjne, czy też określonych zagrożeń ruchowych związanych z koniecznością prowadzenia transportu lub ruchu załogi przez tamy o znacznym naporze. Zapis o konieczności uzyskania zgody organu nadzoru górniczego lub KRZG, z jednoczesnym określeniem warunków bezpieczeństwa sprawia wrażenie, że regulacja w prądzie powietrza zużytego jest rozwiązaniem stwarzającym określone zagrożenia, a tym samym jest rozwiązaniem niepożądanym. 4.3. Przykłady regulacji przewietrzania Jak już wcześniej podano, w podziemnych zakładach górniczych powietrze płynie wyrobiskami górniczymi przy stosowaniu wentylacji wymuszonej wentylatorami głównego przewietrzania, pracującymi w układzie ssącym. Dla celów bezpieczeństwa i komfortu pracy powietrze jest rozprowadzane tak, by zapewniony był przepływ powietrza we wszystkich czynnych wyrobiskach górniczych. Przepływ taki charakteryzować się musi przede wszystkim stabilnością prądów powietrza, co do ich kierunku i objętości strumienia. Dlatego w sieci wentylacyjnej powinno być jak najwięcej niezależnych prądów powietrza. Powinny one przewietrzać przede wszystkim wyrobiska wybierkowe, komory materiałów wybuchowych, komory pomp, rozdzielnie główne, a także składy smarów i materiałów łatwo palnych. Zasadą jest by powietrze świeże doprowadzać najkrótszą drogą do każdego poziomu, skąd prądami wznoszącymi powinno płynąć do szybu wydechowego. Wówczas depresja naturalna Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 20 Z kolei typowy przykład regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza ilustruje rys. 4.2. Rys. 4.2.Schemat przestrzenny przewietrzania rejonu ściany P-4 z zaznaczeniem trasy środków transportowych i odstawy oraz regulacją przewietrzania we wlotowym prądzie powietrza (kolor zielony) (opracowanie własne) Wynika z niego, że śluza wentylacyjna zabudowana jest we wlotowym prądzie powietrza świeżego, tj. w pochylni P-1 w pokładzie 404/5, na trasie odstawy oddziałowej oraz dróg transportu do rejonu, jeszcze przed rozdzieleniem się części tego prądu poprzez śluzę wentylacyjną w pochylni P-1 w pokładzie 404/5 pomiędzy chodnikiem P-4 i chodnikiem P-3 w pokładzie 404/5. Taki sposób regulacji powoduje, że znacznemu wpływowi depresji wentylatora głównego przewietrzania poddawane są zarówno zroby eksploatacyjne ściany P-4 w pokładzie 404/5, jak i zroby wyeksploatowanych wcześniej ścian P-1, P-2 i P-3 w pokładzie 404/5. Skutkuje to migracją gazów, w tym powietrza, przez zroby tych ścian. W przypadku, kiedy w zrobach pozostawiany jest węgiel lub do zawału przepada węgiel z pokładów pozabilansowych, to migracja taka może przyspieszyć proces utleniania węgla i przejście procesu utleniania w proces samozagrzewania węgla. W konsekwencji może dojść do samozapłonu węgla i pożaru, a jeśli na dodatek jest to pokład silnie metanowy, to i do wybuchu metanu. Jednocześnie prowadzona regulacja przewietrzania na trasie odstawy oddziałowej oraz dróg prowadzonego transportu nie Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 21 zapewnia stabilności przewietrzania rejonu oraz powoduje wywiewanie drobnego urobku transportowanego przenośnikiem taśmowym w miejscu zabudowy tam regulacyjnych. Reasumując powyższe, można przyjąć, że wpływ depresji wentylatora głównego przewietrzania na grupowy i rejonowy prąd powietrza może doprowadzić do niepożądanych skutków. Zatem znalezienie innego sposobu regulacji przewietrzania, mające na celu poprawę przewietrzania jest uzasadnione. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 22 5. Regulacja przewietrzania w prądach wylotowych powietrza zużytego Dla kontroli stanu przewietrzania wyrobisk w kopalni podziemnej istotna jest znajomość podstawowych parametrów termodynamicznych powietrza. Bez tej wiedzy niemożliwe jest przeprowadzanie regulacji przewietrzania. Dlatego też, dla zamodelowania regulacji przepływu powietrza poprzez zastosowanie śluz wentylacyjnych w wylotowych prądach powietrza zużytego, zarówno grupowego, jak i rejonowego, konieczne było postępowanie zgodne z zasadami obowiązującymi w wentylacji kopalń, co podano poniżej. 5.1. Pomiary parametrów termodynamicznych powietrza w kopalni – obliczanie sieci wentylacyjnej Obowiązujące przepisy (par. 167 Rozporządzenia ME z dnia 23 listopada 2016 r.) [62] wymagają, aby dla rejonów wentylacyjnych ścian wykonywać schemat przestrzenny sieci wentylacyjnej z naniesionymi potencjałami w punktach węzłowych. Obliczanie potencjałów wyłącznie w rejonach wentylacyjnych ścian, bez wyznaczenia (obliczenia) potencjałów całej sieci wentylacyjnej nie daje pełnego obrazu takiego rejonu. Wynika to z tego, że tylko pełna wiedza o sieci wentylacyjnej kopalni pozwala na właściwą regulację tej sieci. Wynika to z istoty i wagi wyznaczania miejsc zabudowy tam regulacyjnych uwzględniających m.in. tamy izolacyjne, uskoki, zaburzenia geologiczne, ale również zabudowane środki transportowe i natężenie ruchu w wyrobiskach (bocznicach). Rozkład potencjałów stanowi podstawową bazę informacji dla określenia bezpieczeństwa sieci wentylacyjnej, jej stabilności i racjonalności przewietrzania oraz gospodarki spiętrzeniem wentylatorów głównych. Dlatego niezbędnym jest okresowe wykonywanie pomiarów wentylacyjnych pozwalających odwzorować sieć wentylacyjną. Schemat potencjalny umożliwia również przeprowadzenie analizy sieci wentylacyjnej oraz rozkładu potencjałów aerodynamicznych pod kątem:  bilansu rozpływu powietrza oraz określenia parametrów podsieci wentylacyjnej,  rozkładu straty naporu na drogach przepływu powietrza,  oceny intensywności przewietrzania i stabilności kierunków powietrza w rejonach eksploatacyjnych,  stabilności prądów rejonowych,  efektywności sieci wentylacyjnej, tj. ilości powietrza doprowadzanego do rejonów górniczych, strat w grupowych prądach powietrza, itp.,  przepływu gazów zrobowych,  oceny bezpieczeństwa współpracy wentylatorów głównego przewietrzania,  stabilności i ekonomiczności pracy wentylatorów głównego przewietrzania. Dla odwzorowania sieci wentylacyjnej niezbędnym jest wykonywanie pomiarów następujących parametrów:  ciśnienia powietrza kopalnianego w poszczególnych węzłach sieci kopalnianej,  temperatury powietrza mierzonej termometrem suchym i wilgotnym na wlotach i wylotach poszczególnych bocznic,  prędkości (ilości) przepływającego powietrza w poszczególnych wyrobiskach stanowiących bocznice sieci wentylacyjnej, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 25 2) Wyznaczenie depresji cieplnej Zjawisko ruchu powietrza wyrobiskami górniczymi bez udziału jakichkolwiek źródeł depresji mechanicznej było znane od początku istnienia działalności górniczej. Ruch powietrza był w tym przypadku głównie procesem wymiany ciepła zachodzącego pomiędzy przepływającym powietrzem, a otaczającymi wyrobisko skałami, a także zmianami składu powietrza i jego wilgotności. Pewien udział może mieć również oddziaływanie czynników czysto mechanicznych, jak opadanie kropel wody w wyrobiskach mechanicznych czy też ruch urządzeń transportowych. Łączne oddziaływanie tych czynników nosi nazwę depresji naturalnej, a największy wpływ na jej wielkość ma depresja cieplna. Zatem dla wyznaczenia depresji naturalnej można ograniczyć się do obliczeń wartości depresji cieplnej uwzględniając ewentualne zmiany składu powietrza przy dużych dopływach gazów o gęstości różnej od gęstości powietrza. Do obliczeń wykorzystuje się znane metody określania wielkości depresji cieplnej w sieciach wentylacyjnych, wiążące depresję bądź z danym oczkiem sieci (metoda termodynamiczna W. Budryka, metoda hydroakustyczna), bądź z poszczególnymi bocznicami sieci (metoda H. Bystronia). Depresja ta określona jest zależnością hnb = – (psw – psd) – g m (zw–zd) [Pa] (5.9) gdzie: psw, psd – ciśnienie powietrza suchego tworzącego w sieci wentylacyjnej atmosferę uwarstwioną izentropowo jeżeli w sieci nie działają żadne źródła depresji odpowiednio dla przekroju (psw) i dopływu (psd) bocznicy b [Pa], zw, zd – wysokości niwelacyjne przekroju odpowiednio wypływu (zw) i dopływu (zd) bocznicy b [m], g = 9,81 m/s 2 – przyspieszenie ziemskie, m – średnia gęstość powietrza w bocznicy b oraz odpowiednio gęstości powietrza w przekroju wypływu (w) i dopływu (d) bocznicy b [kg/m 3 ]. Strata naporu w bocznicach, w których występuje depresja cieplna określana jest z zależności wb = (hd – hw) + hnb (5.10) gdzie: hw, hd – potencjały aerodynamiczne w węzłach odpowiednio wylotowym (hw) i dolotowym (hd) bocznicy b [Pa]. W większości przypadków depresje te są małe i wspomagają działanie wentylatorów głównego przewietrzania. Zwykle depresje cieplne w szybach wdechowych lub wyrobiskach, w których powietrze jest sprowadzane na upad mają wartości ujemne, a w szybach wydechowych wartości dodatnie [2, 61, 85, 86]. 3) Strata naporu na drogach przepływu powietrza Obliczone potencjały izentropowe poszczególnych węzłów sieci wentylacyjnej wraz ze schematem przestrzennym służą do wykonania schematu potencjalnego, który stanowi bazę Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 26 informacji o stosunkach depresyjnych, które w wyrobiskach stanowiących szkielet kopalni, ulegają małym zmianom w czasie. Właściwa gospodarka spiętrzeniem wentylatorów głównych polega na takim rozłożeniu straty naporu na poszczególnych drogach przepływu powietrza, aby nie stanowiły one dla przepływającego powietrza tzw. wąskich przekrojów wentylacyjnych. Straty naporu winny być rozłożone w sposób równomierny na drogi przepływu powietrza, w szczególności dotyczy to wyrobisk wchodzących w skład dróg grupowych powietrza świeżego i zużytego, którymi przepływają duże ilości powietrza przewietrzające rejony górnicze. Z drugiej strony stan taki może mieć wpływ na wielkość straty naporu w rejonach wentylacyjnych obniżając stabilność prądów rejonowych. W analizie rozkładu straty naporu na drogach przepływu powietrza bierze się pod uwagę prądy powietrza świeżego i zużytego związane z przewietrzaniem danego rejonu wydobywczego w stosunku do spiętrzenia wentylatora na szybie [2, 61, 85, 86]. 4) Analiza stabilności prądów rejonowych Przewietrzanie wyrobisk, w szczególności rejonów robót górniczych, winno cechować się odpowiednią stabilnością kierunków i wydatku przepływu powietrza. Przez stabilność kierunków przepływu powietrza w bocznicy rozumie się zdolność do utrzymania istniejącego kierunku przepływu, przy wywołaniu stosunkowo małych zaburzeń w sieci wentylacyjnej. Kryterium Lapunowa określa zdolność przepływu powietrza w bocznicy w ten sposób, że jeżeli zaburzenie przepływu q(t) w chwili t spowoduje zmiany parametrów przepływu q (t) o wielkość q, która z czasem zmierza do zera, to przepływ taki uważa się za stabilny. Według W. Budryka stabilność prądu powietrza jest tym większa, im większy jest spadek hydrauliczny (spadek naporu) w danej bocznicy w stosunku do wielkości spadku hydraulicznego w części zewnętrznej oczka, tzn. wielkości spiętrzenia wentylatora pomniejszonej o wielkość straty naporu w tej bocznicy. Natomiast dla sieci wentylacyjnych, w których występują depresje cieplne H. Bystroń zdefiniował wskaźnik stabilności prądu rejonowego [53] odnosząc go do warunków standardowych (spiętrzenie standardowe wentylatora zależne od głębokości eksploatacji i występujących zagrożeń naturalnych). Wskaźnik stabilności określa się zależnością: 𝐻𝑎 = ∆𝑝𝑐+ ℎ𝑛𝑙 ∆𝑝0 ∙ ℎ𝑎 2 (∆𝑝𝑐+ ℎ𝑛𝑙)− ℎ𝑎 (5.11) gdzie: pc – energia użyteczna wentylatora euv [J/m 3 ],jako spiętrzenie całkowite wentylatora [Pa], p0 – standardowe spiętrzenie wentylatora wynoszące:  2354 [Pa] – dla kopalń głębokich i silnie metanowych,  785 [Pa] – dla kopalń płytkich i słabo metanowych, hnl – depresja cieplna na danej drodze przepływu, do której należy analizowany prąd rejonu [Pa], ha – dyssypacja energii w rozpatrywanej bocznicy [J/m 3 ]. Wzrost wartości wskaźnika można uzyskać przede wszystkim poprzez zwiększenie dyssypacji energii (starty naporu) w danym rejonie i liczby rejonów eksploatacyjnych, co jest Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 27 sprzeczne z wymogami ekonomiki i koncentracji robót eksploatacyjnych. Za stabilność bardzo dobrą uważa się prądy oddziałowe o wskaźniku Ha większym od 0,25. W praktyce utrzymanie tak wysokiej liczby kryterialnej jest trudne, gdyż wymagałoby przewietrzania oddziałów prądami rejonowymi oddzielającymi się od grupowego prądu powietrza świeżego już na podszybiu szybu wdechowego. Trudności w zachowaniu tego wskaźnika wynikają głównie z dużego spadku naporu na drogach grupowych zużytego powietrza. Spadek naporu w tym przypadku związany jest ze wzrostem głębokości eksploatacji w kopalni i wydłużeniem dróg przepływu powietrza zużytego. Dlatego w praktyce to kryterium obniża się do wartości Ha ≥ 0,1 uznając, że stabilność prądu rejonowego jest zadowalająca. Wskaźnik stabilności prądów powietrza wg Bystronia nie uwzględnia istotnego czynnika charakteryzującego stan przewietrzania, a mianowicie natężenia przepływu powietrza. Stąd zdefiniowano inny bardziej wiarygodny wskaźnik stabilności prądu rejonowego [2, 50, 53, 61, 85, 86], a mianowicie wskaźnik mocy prądu określony zależnością: Nf = ha Q [W] (5.12) gdzie: Nf – moc prądu rejonowego [W], ha – strata naporu w rejonie, równa różnicy potencjałów wlotu i wylotu rejonu [Pa], Q – wydatek objętościowy przepływu powietrza w danym rejonie wentylacyjnym [m 3 /s]. W oparciu o wskaźnik mocy prądu powietrza przyjmuje się następującą kwalifikację stabilności prądów: Nf ≥ 6000 W - prąd bardzo mocny, 1200 ≤ Nf < 6000 W - prąd mocny, 240 ≤ Nf < 1200W - prąd średni, 50 ≤ Nf < 240W - prąd słaby, Nf < 50 W - prąd bardzo słaby. Oddziały wydobywcze w kopalni powinny być przewietrzane prądami bardzo mocnymi i mocnymi, a nie powinny być przewietrzane prądami słabymi i bardzo słabymi [2, 61, 85, 86]. 5) Analiza stabilności i ekonomiczności współpracy wentylatorów głównych Bezpieczeństwo współpracy układu wentylator główny – podsieć wentylacyjna, polega na reagowaniu układu na zakłócenia o charakterze losowym charakteryzującym się tzw. samotłumieniem. Jeżeli analizowany układ zostanie wytrącony ze stanu równowagi określonego wielkościami wytwarzanego spiętrzenia po ustaniu tego zakłócenia, zdąża on do tego samego stanu. W przypadku układu niestabilnego zakłócenia o charakterze losowym powodują przejście układu do innego stanu równowagi lub do stanu stałych drgań zwanych pompowaniem wentylatora. Każde ze zjawisk niestabilności układu jest niekorzystne z punktu widzenia właściwej i bezpiecznej wentylacji kopalni. Zatem istotą bezpieczeństwa współpracy wentylatora z siecią jest określenie, czy w danych warunkach zapewniona jest stabilna współpraca układu wentylator – sieć. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 30  ujemnej wartości oporu bocznicy – źle pomierzone (wprowadzone) wartości ciśnienia w węzłach, które powodują, że powietrze płynie od węzła o potencjale wyższym do węzła o potencjale niższym, Poprawność pozostałych danych sprawdza się przez obliczenie rozpływu powietrza programem „gras” dla sieci wentylacyjnej określonej dla stanu aktualnego. Dane wejściowe zostały wyznaczone prawidłowo, jeżeli:  kierunki przepływu powietrza we wszystkich bocznicach sieci są zgodne z rzeczywistymi,  obliczone wydatki powietrza są zbliżone do wydatków rzeczywistych. Tak przeliczona i sprawdzona sieć wentylacyjna i jej model komputerowy może zostać wykorzystana do symulacji, polegających, m.in. na:  tamowaniu wyrobisk,  wprowadzaniu nowych wyrobisk do sieci kopalnianej (przebicia),  zmniejszeniu lub zwiększeniu oporu wyrobiska (otwarcie/zamknięcie tamy regulacyjnej, przebudowa wyrobiska, itp.),  zmianie parametrów pracy stacji wentylatorów głównego przewietrzania, w tym załączenie lub wyłączenie wentylatora [2, 18, 61, 85, 86]. 5.2. Idea regulacji w prądach wylotowych powietrza zużytego W latach 80-tych i 90-tych ubiegłego wieku (ówczesna) kopalnia „Jankowice” prowadziła eksploatację w części macierzystej oraz w rejonu szybu peryferyjnego 6 (wdechowego, materiałowo-zjazdowego). Dla zapewnienia wymaganych parametrów przewietrzania części peryferyjnej wykonany był szyb wentylacyjny 5a. Szyb 6 wydrążony był do poz. 565 m, a szyb 5a do poz. 410 m. W tym okresie kopalnia wykorzystywała:  cztery szyby wdechowe (2, 6, 7 i 8),  trzy szyby wydechowe (3, 4 i 5a). Obowiązujący model kopalni zakładał następujący podział podsieci wentylacyjnych:  szybu 3 (zgłębiony do poz. 400 m) – wyrobiska eksploatacyjne części macierzystej,  szybu 4 (zgłębiony do poz. 260 m) – komory przyszybowe części macierzystej (szybów 2, 7 i 8),  szybu 5a (zgłębiony do poz. 410 m) – wyrobiska eksploatacyjne rejonu szybu 6 oraz komory przyszybowe szybu 6. Centralne usytuowanie szybów peryferyjnych 6 oraz 5a niosło za sobą konieczność wyznaczenia filara ochronnego, a jednocześnie uwięzienie znacznych zasobów węgla. Przyjęty model rozwoju kopalni zakładał uproszczenie sieci wentylacyjnej kopalni, likwidację szybów 6 i 5a wraz z filarem ochronnym, co umożliwiłoby projektowanie ścian wydobywczych o znacznych wybiegach (do 3000 m). Warunkiem takiego modelu kopalni było „dociążenie” szybu wentylacyjnego nr 4, który do tego czasu wykorzystywany był wyłącznie dla przewietrzania komór przyszybowych części macierzystej. W nowym modelu kopalni przyjęto następujące założenia:  likwidacja szybów 6 i 5a wraz z wyrobiskami przyległymi, w tym komorami przyszybowymi, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 31  projektowanie głównych komór przyszybowych przy szybie 8 na poz. 565 m, a docelowo na poz. 700 i 880 m,  odstąpienie od pogłębiania szybu wentylacyjnego 4 i przyjęcie założenia, że komory przyszybowe na poz. 700 i 880m przewietrzane będą poprzez diagonale i pochylnie wentylacyjne,  szyb wentylacyjny 3 będzie głównym szybem wentylacyjnym kopalni zapewniającym przewietrzanie większości rejonów górniczych,  szyb wentylacyjny 4 służyć będzie do przewietrzania komór przyszybowych szybów 2, 7 i 8 oraz minimum jednego rejonu górniczego. Przyjęte założenia, w szczególności w stosunku do szybu wentylacyjnego 4, wymusiły konieczność optymalizacji sieci wentylacyjnej kopalni przy jednoczesnym zachowaniu stosunków jakościowych i ilościowych we wszystkich wyrobiskach kopalni. Jednocześnie, dla zrównoważenia zmniejszenia ilości powietrza w sieci wentylacyjnej związanego z wyłączeniem szybu wentylacyjnego 5a koniecznym było uruchomienie drugiego wentylatora WPK 3.3 na szybie wentylacyjnym nr 3 i podniesienie depresji do poziomu 320-360 mmH2O – praca równoległa wentylatorów. Powyższe znacząco przełożyło się na zwiększone oddziaływanie depresyjne na zroby eksploatowanych ścian oraz tamy izolacyjne. Wentylatory głównego przewietrzania zabudowane na szybie 5a zostały wyłączone w lipcu 2002 roku, a szyb 6 wraz z wyrobiskami przyległymi został zlikwidowany w sierpniu 2006 r. [29, 67]. Kolejnym ważnym etapem w rozwoju kopalni było powstanie kopalni zespolonej ROW, w skład której weszły kopalnie Chwałowice, Jankowice, Marcel i Rydułtowy. Oprócz formalnego połączenia tych kopalń, wykonano również wyrobiska dołowe, łączące ze sobą:  Ruch Rydułtowy z Ruchem Marcel,  Ruch Jankowice z Ruchem Chwałowice,  Ruch Jankowice z Ruchem Marcel. Wykonanie połączenia wentylacyjnego między Ruchem Jankowice i Ruchem Marcel oraz zmiana sposobu przewietrzania wyrobisk w części Marklowickiej poprzez przewietrzanie ich na szyb Marklowice II umożliwiła wyłączenie jednego wentylatora WPK 3.3 na szybie wentylacyjnym nr 3 Ruchu Jankowice i zmniejszenie podciśnienia (depresji) w kanale wentylatorów głównego przewietrzania z 320-360 mm H2O do 160-220 mm H2O. Punktem wyjścia dla wprowadzenia regulacji przewietrzania w prądach powietrza zużytego (rejonowego lub grupowego) była konieczność zapewnienia stabilnego przewietrzania rejonów kopalni w związku z prowadzoną restrukturyzacją kopalni. Związane to było z likwidacją szybów nr 5a i 6, ograniczeniem ilości eksploatowanych ścian z 14 do 3-4, ograniczeniem nakładów inwestycyjnych na drążenie wyrobisk kapitalnych, w szczególności wentylacyjnych, koniecznością ograniczenia strat powietrza, zwiększeniem intensywności przewietrzania w związku z postępującą głębokością eksploatacji, uruchomieniem drugiego wentylatora WPK 3.3 na szybie wentylacyjnym nr 3 i podniesieniem depresji w stacji wentylatorów głównych. Przeprowadzona analiza wyników pomiarów wentylacyjnych, wyposażenia wyrobisk oraz natężenia ruchu załogi wykazała, że powyższe czynniki zdecydowanie przemawiają na korzyść regulacji w prądzie powietrza zużytego. M.in. dlatego, że w wyrobisku nie ma zabudowanych Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 32 przenośników odstawy, a ruch załogi, w szczególności w przypadku przewietrzania komór przyszybowych, jest zdecydowanie mniejszy. Jednakże, w przypadku komór przyszybowych, ze względu na bliskość szybu wentylacyjnego i stosunkowo krótkie drogi wentylacyjne od wlotu do komory przyszybowej do szybu lub poziomu wentylacyjnego, występuje duży napór na śluzy wentylacyjne. Dla bezpiecznej regulacji w prądzie powietrza zużytego przyjęte zostało założenie, że zastosowane rozwiązanie:  nie może wpłynąć na pogorszenie stanu bezpieczeństwa, w szczególności z możliwością odprowadzenia ewentualnych dymów,  nie może stwarzać zagrożeń ruchowych dla załogi,  musi zapewnić stabilne przewietrzanie sieci/podsieci wentylacyjnej i poszczególnych rejonów kopalni,  musi uwzględniać wyposażenie wyrobisk. Dla poszczególnych regulacji przewietrzania w grupowych lub rejonowych prądach powietrza zużytego oszacowano ryzyko, na podstawie którego kierownik ruchu zakładu górniczego określił warunki bezpieczeństwa. Było to zgodne z wymaganiami przepisów obowiązujących od 2002 r. ([63] – § 213) oraz od 1 lipca 2017 r. ([62] – § 176). Nieco inaczej przedstawia się zagadnienie regulacji w prądach wlotowych w rejonach ścian wydobywczych, tj. w rejonowych prądach wlotowych. W zdecydowanej większości przypadków jest w nich zabudowana trasa przenośników odstawy oddziałowej (zwykle jest to przenośnik zgrzebłowy i przenośniki taśmowe) oraz trasa transportu (kolejka podwieszana linowa lub kolejka z napędem własnym). Jednocześnie jest to też droga o znacznym natężeniu ruchu załogi. W czasie swej pracy zawodowej zaobserwowałem szereg niekorzystnych czynników związanych z prowadzeniem regulacji przewietrzania na wlotach do rejonowych prądów powietrza. Oto kilka głównych z nich. a) Wywiewanie urobku i tworzenie pryzm drobnego urobku w miejscu zabudowy tam regulacyjnych. Zabudowa tam regulacyjnych na trasie odstawy, w szczególności przenośnikami taśmowymi, wpływa na wywiewanie urobku i tworzenie się pryzm drobnego urobku. Brak właściwego nadzoru i brak bieżącego usuwania nagromadzonego drobnego urobku bardzo istotnie wpływa na możliwość powstania pożaru egzogenicznego (podbita taśma, nie kręcące się rolki, itp.) oraz stan zagrożenia wybuchem pyłu węglowego (możliwość powstania wznieconego obłoku drobnego pyłu). Dla eliminowania takich sytuacji istnieje konieczność budowy tuneli pyłochłonnych oraz bieżące usuwanie urobku. b) Konieczność zabudowy tam mechanicznych lub automatycznych przy jednoczesnym dochowaniu gabarytów ruchowych. Zgodnie z obowiązującymi przepisami:  §182 Rozporządzenia ME [62] – „Drzwi w tamach śluz wentylacyjnych zainstalowanych na drogach przewozu lokomotywowego lub przewozu z napędem własnym są otwierane i zamykane mechanicznie lub automatycznie”; Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 35 Rys. 5.1.Schemat przestrzenny przewietrzania komór przyszybowych z zaznaczeniem regulacji przewietrzania w wylotowym (kolor żółty) prądzie powietrza zużytego oraz w wlotowym (kolor zielony) prądzie powietrza (opracowanie własne) Tama regulacyjna TW-585 została zbudowana z materiałów niepalnych – obmurze z kostki betonowej, a drzwi stalowe, obrotowe, co pokazano na rys. 5.2. Rys. 5.2.Szkic tamy obrotowej TW-585; stan tamy – otwarta (opracowanie własne) Miejsce zabudowy tamy regulacyjnej zlokalizowane jest w kamiennym odcinku wyrobiska, w związku z powyższym nie ma zagrożenia wynikającego z możliwości powstania pożaru szczelinowego w otoczeniu tamy. Należy dodać, że w miejscu zabudowy tamy regulacyjnej TW-585 nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi jest ograniczony – wyrobisko kontrolowane jest wyłącznie przez służby wentylacyjne kopalni. Tama regulacyjna TW-585 nie posiada osobnego przejścia dla załogi. Dla uniknięcia „krótkiego spięcia wentylacyjnego”, w razie konieczności przechodzenia przez tamę, otwarcie i zamknięcie drzwi w tamie jest realizowane w sposób określony w instrukcji kopalnianej. Tama Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 36 ta jest otwierana zdalnie, za pomocą cięgna i kołowrotka zabudowanego w przekopie do szybu 4 poz. 250 m, tj. w prądzie powietrza doprowadzanym od szybu wdechowego. Po zaciągnięciu cięgna kołowrotkiem następuje podniesienie bolca blokady bębna obrotowego, a przymocowane do tamy ciężarki, stanowiące przeciwwagę, powodują samoczynne otwarcie tamy obrotowej. Zamknięcie tamy realizowane jest ręcznie poprzez podniesienie przeciwwagi (ciężarków) i zablokowanie bębna obrotowego bolcem blokady bębna. Jak z tego wynika, tama regulacyjna TW-585 otwierana jest wyłącznie od strony przekopu do szybu 4 poz. 250 m, tj. od strony zabudowanego kołowrotka, co nawet w przypadku zaistnienia pożaru w Komorze Pomp lub Rozdzielni R-1 nie naraża otwierającego na niebezpieczeństwo. Dla określenia efektów regulacji przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego tamą TW-585, obliczono – na podstawie wykonanego zdjęcia barometrycznego – potencjały aerodynamiczne i sporządzono schematy potencjalne podsieci szybu 4. na poz. 250 m z komorami przyszybowymi. Typową regulację we wlotowym prądzie powietrza świeżego odzwierciedla schemat potencjalny przedstawiony na rys. 5.3a, natomiast regulację przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego – rys. 5.3b. a) b) Rys. 5.3. Schematy potencjalne podsieci szybu nr 4 w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania za pomocą tam regulacyjnych zabudowanych: a) we wlotowych prądach powietrza świeżego; b) w grupowym prądzie powietrza zużytego (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 37 Dla wyznaczenia strat naporu na poszczególnych tamach regulacyjnych, wyznaczono dodatkowy punkt pomiarowy 184a (rys. 5.1, 5.3a i 5.3b), który znajdował się w Przekopie wznoszącym, ok. 50 m od skrzyżowania z Chodnikiem wentylacyjnym w pokładzie 506 pow. poz. 250 m. Z analizy tych schematów potencjalnych wynikają następujące fakty. Przy typowej regulacji przewietrzania, tj. we wlotowym prądzie powietrza świeżego, dla komór przyszybowych zlokalizowanych na poziomie 250 m – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 14 oraz 184a (rys. 5.3a) wynosiła ok. 1060 J/m 3 . Przy regulacji przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego, dla tych samych komór przyszybowych – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 14 oraz 184a (rys. 5.3b) wynosiła ok. 180 J/m 3 , a więc o ok. 880 J/m 3 mniej. Jak z powyższego wynika, rezultatem takiej regulacji przewietrzania są zdecydowanie mniejsze różnice potencjałów pomiędzy węzłami wlotowych, a węzłami wylotowych prądów powietrza. Przekłada się to na:  stabilizację przepływu powietrza, tj. na większą odporność na skutki tzw. krótkich spięć wentylacyjnych,  zmniejszenie wielkości (podciśnienia) depresji wentylatora głównego przewietrzania potrzebnej do przewietrzania komór przyszybowych,  zmniejszenie naporu na drzwi przejściowe lub przejazdowe na wlocie do każdej z komór, a więc zlikwidowanie zagrożeń ruchowych dla załogi. Warto podkreślić, że ta opisana powyżej regulacja przewietrzania jest nadal stosowana (od listopada 2002 r.) w KWK ROW Ruch Jankowice na niezmienionych warunkach, co świadczy o wysokiej skuteczności i stabilności zastosowanego rozwiązania. Z kolei modelowanie regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego przeprowadzono dla rejonu ściany P-4 w pokładzie 404/5, pokazanego na rys. 4.2. Jest to typowy przykład eksploatacji pokładu węgla kolejnymi ścianami, prowadzonymi w kolejności od wyżej do niżej zalegającej. Regulację przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego przeprowadzono poprzez zabudowę śluzy wentylacyjnej – tamy regulacyjne TB 409 i TB 409a w przekopie zachodnim I poz. 400 m, tj. w wyrobisku odprowadzającym powietrze zużyte ze Ściany P-4 w pokładzie 404/5 – rys. 5.4. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 40  stabilizację przepływu powietrza poprzez zabudowę tamy regulacyjnej w wyrobisku, w którym nie ma trasy odstawy oddziałowej, a ruch załogi jest zdecydowanie mniejszy, niż w przypadku zabudowy tamy regulacyjnej na wlocie do rejonu,  zmniejszenie zagrożenia pożarem endogenicznym w zrobach wcześniej wyeksploatowanych ścian. Nadmienić należy, że dla uzyskania żądanego wydatku powietrza w rejonie, w tamie regulacyjnej zabudowano okna regulacyjne. Z kolei mając na uwadze konieczność odprowadzenia ewentualnych dymów, w przypadku zaistnienia pożaru, przyjęto zasadę, że wielkość okien regulacyjnych w tamie regulacyjnej powinna zapewniać przepływ powietrza o wydatku minimum 1000 m 3 /min. Dzięki temu śluza nie będzie stanowić istotnego oporu dla przepływu ewentualnych dymów. Warte podkreślenia jest również to, że powyższa regulacja przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego prowadzona jest w KWK ROW Ruch Jankowice na niezmienionych warunkach od dnia 13.07.2012 r. do dnia dzisiejszego, co świadczy o wysokiej skuteczności i stabilności zastosowanego rozwiązania. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 41 6. Regulacja przewietrzania rejonowych i grupowych prądów powietrza zużytego Przedstawione w Rozdziale 5. przypadki zastosowania regulacji w zużytym prądzie powietrza mogą służyć za przyczynek do rozważań na temat szerokiego stosowania takiego sposobu regulacji w sieci wentylacyjnej kopalni. Ze względu na odmienną specyfikę regulacji w grupowym i rejonowym prądzie powietrza zużytego w niniejszym rozdziale przeprowadzona zostanie odrębna analiza regulacji obu przypadków. Dla pokazania pozytywnych aspektów regulacji w grupowym prądzie powietrza zużytego przedstawione zostaną dwa przypadki zastosowania takiej regulacji. Mając na uwadze, zdaniem autora, zdecydowanie szersze możliwości stosowania regulacji w rejonowym prądzie powietrza zużytego przedstawione zostaną trzy różne przypadki zastosowania takiej regulacji. Każdy przypadek udokumentowany zostanie rzeczywistymi pomiarami w sieci wentylacyjnej kopalni. Przedstawione zostaną również rozwiązania techniczne oraz sposoby zabezpieczeń, w tym monitoring zagrożeń, zastosowane w każdym z przypadków. 6.1. Regulacja przewietrzania w grupowych prądach powietrza zużytego Szyb 4, który zgłębiony jest do poziomu 260 m, budowany był jako szyb wentylacyjny, służący wyłącznie do przewietrzania komór przyszybowych, zlokalizowanych przy szybach wdechowych 2, 7 i 8. Ze względu na restrukturyzację (ówczesnej) kopalni Jankowice, zaistniała konieczność likwidacji szybów peryferyjnych 5a i 6. Wymusiło to (m.in.) poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie zapewnienia skutecznego przewietrzania kopalni w nowym modelu, z zachowaniem zdolności zarówno wydobywczych, jak i wentylacyjnych. Zgodnie z założeniami, dla ograniczenia kosztów, nie planowano pogłębiania szybu 4, lecz zaprojektowano pochylnie wentylacyjne, które miały służyć do odprowadzenia powietrza z poziomów 400, 565, 700 i docelowo 880 m. Jednym z elementów nowego modelu było „dociążenie” szybu wentylacyjnego 4 poprzez zwiększenie jego efektywności, tj. oprócz swej pierwotnej roli przewietrzanie również min. 1 rejonu wydobywczego. Mając na uwadze brak możliwości zwiększenia przekroju szybu należało podjąć kroki dla ograniczenia ilości powietrza płynącego przez komory przyszybowe oraz straty w wyrobiskach stanowiących tzw. „krótkie spięcie wentylacyjne”. Ze względu na bliskość szybów wdechowych i przyległych komór przyszybowych od wyrobisk stanowiących bezpośrednie połączenie z szybem wentylacyjnym nr 4, dla zabezpieczenia przed tzw. „krótkim spięciem wentylacyjnym” niezbędnym jest śluzowanie wszystkich ww. komór. Bazując na pozytywnych doświadczeniach związanych z prowadzoną regulacją przewietrzania komór przyszybowych w grupowym prądzie powietrza zużytego za pomocą TW 585, co zostało opisane w pkt. 4 i 5 niniejszej pracy, postanowiono zastosować również powyższe rozwiązanie dla regulacji przewietrzania pozostałych komór przyszybowych, z których powietrze odprowadzane było do szybu wentylacyjnego 4. Powyższe zostało zrealizowane przez wykonanie dwóch kolejnych regulacji przewietrzania w grupowym prądzie powietrza za pomocą tam regulacyjnych: – TW 572 – zabudowanej w przekopie wentylacyjnym do pokł. 507 poz. 400 m, – TW 880 – zabudowanej w diagonali wentylacyjnej w pokł. 506 poz. 700–400 m, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 42 Należy dodać, że wszystkie komory przyszybowe szybów nr 2, 7 i 8 znajdujące się w podsieci wentylacyjnej szybu 4 zaliczone są do pomieszczeń niezagrożonych wybuchem metanu, ze stopniem „a” niebezpieczeństwa wybuchu metanu oraz do klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego, czyli spełniają te same założenia co komory opisane w pkt. 5 niniejszej pracy. 6.1.1. Komory przyszybowe szybu nr 2, 7 i 8 na poz. 400 m i 565 m z zastosowaniem TW 572 Na rys. 6.1. pokazano sposób przewietrzania komór przyszybowych szybu nr 2, 7 i 8 na poz. 400 m i 565 m. Rys. 6.1. Schemat przestrzenny przewietrzania komór przyszybowych, z zaznaczeniem regulacji przewietrzania w wylotowym prądzie powietrza (kolor żółty) oraz we wlotowym prądzie powietrza (kolor zielony) (opracowanie własne) Wynika z niego, że dla zapewnienia żądanych ilości powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni, zabezpieczenia przed znacznymi stratami powietrza oraz niedopuszczeniem do „krótkiego spięcia wentylacyjnego” niezbędnym jest przeprowadzenie regulacji przewietrzania dla 12 komór przyszybowych. Przeprowadzona analiza dróg odprowadzenia powietrza wykazała, że prądy powietrza z poszczególnych komór łączą się w Przekopie wentylacyjnym do pokł. 507, skąd Pochylnią wentylacyjną w pokł. 507 poz. 400–260 m płyną do podszybia szybu 4 na poz. 260 m, przy czym: Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 45 Po zasterowaniu zaworem sterującym (1) medium, którym jest sprężone powietrze, powoduje cofnięcie bolca siłownika (3). Ruch ten powoduje zwolnienie blokady drzwi przejazdowych (4) zabudowanych zgodnie z kierunkiem przepływającego powietrza i ich samoczynne otwarcie. Powyższe skutkuje wzrostem ilości przepływającego powietrza, co zapewnia skuteczne przewietrzanie komór przyszybowych w przypadku pożaru. Przy zaworze sterującym (1) zabudowany jest sygnalizatorotelefon oraz tablica informacyjna. Tama wyposażona jest w czujnik stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora kopalni. Dla zabezpieczenia załogi przed uderzeniem zdalnie otwieranymi drzwiami zasadniczymi wykonany jest organ zabezpieczający (6). Sposób postępowania załogi w przypadku otwarcia lub zamykania tamy regulacyjnej TW 572 określa kopalniana instrukcja. Stan tamy kontrolowany jest przez :  metaniarza – 1 raz na dobę w dni robocze – z odnotowaniem w notesie i książce metaniarza,  osoby dozoru oddziału wentylacji – 1 raz w tygodniu – z odnotowaniem w książce raportowej i „Książce kontroli tam regulacyjnych zabudowanych w grupowych prądach powietrza lub rejonowych prądach powietrza odprowadzanego do szybu wydechowego”,  osoby dozoru wyższego wentylacji – 1 raz w miesiącu – z odnotowaniem w notatce z objazdu rejonu i „Książce kontroli tam regulacyjnych zabudowanych w grupowych prądach powietrza lub rejonowych prądach powietrza odprowadzanego do szybu wydechowego” Kontrola obejmuje: – zdalne otwieranie tamy wentylacyjnej za pomocą zaworu sterującego (tylko osoby dozoru ruchu), – stan tamy, drzwi zasadniczych, przejściowych oraz klapy regulacyjnej, – stan plomby na szafce z zaworem sterującym, – stan oczujnikowania tamy, – sprawność sygnalizatorotelefonu, – stan i zabudowę tablic informacyjnych i ostrzegawczych. Na podstawie pomiarów sieci wentylacyjnej kopalni, za pomocą programu VENTGRAF obliczono potencjały aerodynamiczne w istotnych punktach fragmentu sieci wentylacyjnej kopalni w przypadku zastosowania „klasycznej” regulacji przewietrzania na wlotach do poszczególnych komór oraz w przypadku regulacji w grupowym prądzie powietrza za pomocą TW 572. Typową regulację przewietrzania we wlotowym prądzie powietrza do każdej z komór odzwierciedla schemat potencjalny przedstawiony na rys. 6.3a, natomiast regulację przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego za pomocą TW 572 – rys. 6.3b. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 46 a) b) Rys. 6.3. Schematy potencjalne podsieci szybu nr 4 w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania za pomocą tam regulacyjnych zabudowanych: a) we wlotowych prądach powietrza świeżego; b) w grupowym prądzie powietrza zużytego (opracowanie własne) Dla wyznaczenia strat naporu na poszczególnych tamach regulacyjnych, wyznaczono dodatkowy punkt pomiarowy 790a (rys. 6.1, 6.3a i 6.3b), który znajdował się w Przekopie wentylacyjnym do pokł. 507, ok. 100 m od skrzyżowania z Przekopem wentylacyjnym I poz. 400 m. Z analizy tych schematów potencjalnych wynikają następujące fakty. Przy typowej regulacji przewietrzania, tj. we wlotowym prądzie powietrza świeżego, dla komór przyszybowych zlokalizowanych:  na poziomie 400 m – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 49 oraz 790a (rys. 6.3a) wynosiła ok. 1030 J/m 3 ,  na poziomie 565 m – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 41 oraz 790a (rys. 6.3a) wynosiła ok. 970 J/m 3 . Przy regulacji przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego, dla tych samych komór przyszybowych:  na poziomie 400 m – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 49 oraz 790a (rys. 6.3b) wynosiła ok. 680 J/m 3 , a więc o około 350 J/m 3 mniej, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 47  na poziomie 565 m – różnica potencjałów pomiędzy węzłami 41 oraz 790a (rys. 6.3b) wynosiła ok. 630 J/m 3 , a więc o około 340 J/m 3 mniej. Jak z powyższego wynika, rezultatem takiej regulacji przewietrzania są zdecydowanie mniejsze różnice potencjałów pomiędzy węzłami wlotowych, a węzłami wylotowych prądów powietrza. Przekłada się to na:  stabilizację przepływu powietrza, tj. na większą odporność na skutki tzw. krótkich spięć wentylacyjnych,  zmniejszenie wielkości (podciśnienia) depresji wentylatora głównego przewietrzania potrzebnej do przewietrzania komór przyszybowych,  zmniejszenie naporu na drzwi przejściowe lub przejazdowe na wlocie do każdej z komór, a więc zlikwidowanie zagrożeń ruchowych dla załogi. Komory przyszybowe znajdujące się pod wpływem działania regulacji przewietrzania za pomocą TW 572, a w szczególności: Ładownia akumulatorów, Szopa maszyn, Zajezdnia lokomotyw oraz Komora Przeładowania Baterii są komorami o znacznym natężeniu ruchu z wprowadzonym torowiskiem kolei podziemnej do każdej z tych komór. W przypadku zastosowania „klasycznej” regulacji przewietrzania w wlotowym prądzie powietrza utrzymanie stabilności przewietrzania przy tak dużym naporze na drzwi tamy byłoby trudne, a wręcz niemożliwe. Jednocześnie tak znaczne napory stwarzałyby określone zagrożenia ruchowe dla załogi. Warto podkreślić, że ta powyżej opisana regulacja przewietrzania jest nadal stosowana (od października 2002 r.) w KWK ROW Ruch Jankowice na niezmienionych warunkach, co świadczy o wysokiej skuteczności i stabilności zastosowanego rozwiązania. 6.1.2. Komory przyszybowe szybu nr 8 na poz. 700 m z zastosowaniem TW 880 Strategia rozwoju kopalni ROW Ruch Jankowice zakłada m.in. pogłębianie szybu nr 8 wraz z wyposażeniem szybu w urządzenia transportowe do poz. 1100 m, budowę poziomów 700 m, 880 m oraz 1100 m oraz zlokalizowanie głównych komór funkcyjnych, w sąsiedztwie podszybi szybu nr 8 na poszczególnych poziomach. Konieczność restrukturyzacji górnictwa i ograniczania kosztów spowodowała rezygnację z pogłębiania szybu wentylacyjnego nr 4 zgłębionego do poz. 260 m służącego do przewietrzania komór przyszybowych. Przyjęto założenie, że komory przyszybowe przewietrzane będą poprzez pochylnie lub diagonale wentylacyjne stanowiące swoiste „przedłużenie” szybu nr 4. Taką rolę pełni pochylnia wentylacyjna w pokł. 507 poz. 400 – 260 m. Na poz. 700 m zaprojektowano 5 komór przyszybowych, tj. Komorę pomp, Rozdzielnię R-40, Mały Skład MW, Skład Paliw oraz Zajezdnię Lokomotyw Spalinowych. Dla odprowadzenia powietrza z przedmiotowych komór zaprojektowano Zbiorczy przekop wentylacyjny pow. poz. 700 m oraz Diagonalę wentylacyjną w pokł. 506. Ze względu na bardzo ograniczony zakres wyrobisk na podszybiu szybu 8 na poz. 565 m zaprojektowano nieco inny sposób przewietrzania komór przyszybowych na poziomie 565 m, co zostało opisane przy omawianiu regulacji przewietrzania za pomocą TW 572, tj. w Rozdziale 6.1.1. Powyższe Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 50 a) b) Rys. 6.5. Schematy potencjalne podsieci szybu nr 4 w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania za pomocą tam regulacyjnych zabudowanych: a) we wlotowych prądach powietrza świeżego; b) w grupowym prądzie powietrza zużytego (opracowanie własne) Dla wyznaczenia strat naporu na poszczególnych tamach regulacyjnych, wyznaczono dodatkowy punkt pomiarowy 784a (rys. 6.4, 6.5a i 6.5b), który znajdował się w Diagonali wentylacyjnej w pokł. 507, ok. 100 m od skrzyżowania z Przekopem wentylacyjnym I poz. 400 m. Z analizy tych schematów potencjalnych wynikają następujące fakty. Przy typowej regulacji przewietrzania, tj. we wlotowym prądzie powietrza świeżego, dla komór przyszybowych różnica potencjałów pomiędzy węzłami 43 oraz 784a (rys. 6.5a) wynosiła ok. 920 J/m 3 . Przy regulacji przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego, dla tych samych komór przyszybowych różnica potencjałów pomiędzy węzłami 43 oraz 784a (rys. 6.5b) wynosiła ok. 520 J/m 3 , a więc o około 400 J/m 3 mniej, Jak z powyższego wynika, rezultatem takiej regulacji przewietrzania są zdecydowanie mniejsze różnice potencjałów pomiędzy węzłami wlotowych, a węzłami wylotowych prądów powietrza. Przekłada się to na: Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 51  stabilizację przepływu powietrza, tj. na większą odporność na skutki tzw. krótkich spięć wentylacyjnych,  zmniejszenie wielkości (podciśnienia) depresji wentylatora głównego przewietrzania potrzebnej do przewietrzania komór przyszybowych,  zmniejszenie naporu na drzwi przejściowe lub przejazdowe na wlocie do każdej z komór, a więc zlikwidowanie zagrożeń ruchowych dla załogi Komory przyszybowe znajdujące się pod wpływem działania regulacji przewietrzania za pomocą TW 880, a w szczególności: Skład Paliw i Zajezdnia lokomotyw spalinowych są komorami o znacznym natężeniu ruchu z wprowadzonym torowiskiem kolei podziemnej do każdej z tych komór. W przypadku zastosowania „klasycznej” regulacji przewietrzania w wlotowym prądzie powietrza utrzymanie stabilności przewietrzania przy tak dużym naporze na drzwi tamy byłoby trudne, a wręcz niemożliwe. Jednocześnie tak znaczne napory stwarzałyby określone zagrożenia ruchowe dla załogi. Dla potrzeb niniejszej pracy w rejonie przewietrzanych komór przyszybowych z poz. 880 m i zastosowanej regulacji przewietrzania TW 880 zastosowano m.in. czujniki ciśnienia CSPA-2, co pokazano na rys. 6.6. Rys. 6.6. Schemat rozmieszczenia czujników ciśnienia w rejonie komór przyszybowych przewietrzanych z użyciem TW 880 (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 52 Na podstawie zarejestrowanych pomiarów stworzono macierz danych, w których znajdują się ciśnienie barometryczne oraz ciśnienia – rejestrowane przez czujniki – w funkcji czasu. Powyższe dane pozwoliły na wykonanie wykresu zmian ciśnienia zarejestrowanego przez czujniki CSPA-2 wraz ze zmianami ciśnienia atmosferycznego. Poniższy wykres rys. 6.7 oparto na danych z pomiarów wykonanych w czasie jednej doby, w trakcie normalnego ruchu zakładu górniczego. Rys. 6.7. Wykres zmian ciśnienia zarejestrowanego przez czujniki CSPA-2 oraz ciśnienia atmosferycznego w dniu 17.07.2019 r. Z wykresu na rys. 6.7 wynika, że zastosowanie regulacji przewietrzania poprzez tamę regulacyjną TW 880 zabudowaną w grupowym prądzie powietrza, w którym nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi jest znikomy (wyłącznie służby wentylacyjne kopalni), zapewnia stabilne przewietrzanie i jednocześnie eliminuje zjawisko tzw. "krótkiego spięcia wentylacyjnego". Dla kontroli stabilności przewietrzania oraz skuteczności prowadzonej regulacji przewietrzania tamy regulacyjne wyposażone są dodatkowo w czujniki stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora, a rejon wyposażony jest m.in. w czujniki CO-metrii automatycznej. Ponadto rejon poddany jest zwiększonej kontroli służb wentylacyjnych kopalni, m.in. poprzez codzienną kontrolę stanu tam i okien regulacyjnych przez metaniarza, a okresowo za pomocą kamery termowizyjnej wykonuje się pomiary temperatury w otoczeniu tamy, dla wczesnego wykrycia objawów pożaru szczelinowego. I w tym przypadku warto podkreślić, że ta powyżej opisana regulacja przewietrzania jest nadal stosowana (od lutego 2011 r.) w KWK ROW Ruch Jankowice na niezmienionych warunkach, co świadczy o wysokiej skuteczności i stabilności zastosowanego rozwiązania. 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 0 .0 0 0 .4 5 1 .3 0 2 .1 5 3 .0 0 3 .4 5 4 .3 0 5 .1 5 6 .0 0 6 .4 5 7 .3 0 8 .1 5 9 .0 0 9 .4 5 1 0 .3 0 1 1 .1 5 1 2 .0 0 1 2 .4 5 1 3 .3 0 1 4 .1 5 1 5 .0 0 1 5 .4 5 1 6 .3 0 1 7 .1 5 1 8 .0 0 1 8 .4 5 1 9 .3 0 2 0 .1 5 2 1 .0 0 2 1 .4 5 2 2 .3 0 2 3 .1 5 w a rt o ść c iś n ie n ia [h P a ] godzina wykonania pomiarów w dniu 17.07.2019 ciśn. atmosf. ciśn. P-1 wlot ciśn. P-2 wylot przed TW ciśn. P-3 wylot za TW Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 55 a przez ścianę Z-1 w pokł. 502/1 tylko w ilości ok. 450 m 3 /min. Powyższe wartości determinowały zastosowanie regulacji przewietrzania. Istotnym czynnikiem mającym wpływ na skuteczność prowadzonej regulacji przewietrzania w rejonie ścian Z-1 i W-1 w pokł. 502/1 miało wyposażenie wyrobisk, a w szczególności obecność przenośników taśmowych oraz środków transportowych – rys. 6.9. Taki układ stwarzał określone trudności związane z zastosowaniem skutecznej regulacji przewietrzania, w szczególności związane z brakiem możliwości zabudowy tam na trasie kolejki podwieszanej obok trasy przenośnika taśmowego. Dla pomieszczenia obu środków transportowych niezbędnym byłoby wykonanie poszerzenia wyrobiska dla zabudowy tam lub zabudowa przenośnika zgrzebłowego, który znajdowałby się pod trasą kolejki podwieszanej i jednocześnie przechodziłby w świetle tamy. Taki układ jest trudny do wykonania, pociąga za sobą określone koszty, a przenośnik zgrzebłowy nie gwarantowałby stabilnego odbioru urobku. Jednocześnie transportowany urobek w miejscu zabudowy śluzy wentylacyjnej, ze względu na jego wywiewanie, powodowałby powstawanie zwiększonego zapylenia powietrza kopalnianego oraz osadzanie się pyłu (wzrost poziomu zagrożenia wybuchem pyłu węglowego), a także zanieczyszczenie trasy odstawy (wzrost poziomu zagrożenia pożarem egzogenicznym, spowodowanym tarciem taśmy przenośnikowej o urobek). Mając powyższe na uwadze, w przedmiotowym rejonie zaprojektowano regulację przewietrzania z zastosowaniem tam automatycznych na trasie kolejki podwieszanej spalinowej w chodniku W-1 w pokł. 502/1, tj. odprowadzającym powietrze ze ściany W-1. Dla uzyskania wymaganej ilości powietrza płynącego przez ścianę W-1 w pokł. 502/1 w tamach regulacyjnych TW 370, TW 370a zabudowano okna regulacyjne, których przekrój dobrany był w sposób zapewniający przepływ powietrza wynoszący 1000-1100 m 3 /min. Okna regulacyjne były trwale zabezpieczone przed przypadkowym lub celowym ingerowaniem w sposób i zakres ich otwarcia. Przedmiotowe tamy dla zminimalizowania możliwości powstania szczelinowego wykonane zostały w przekopowym odcinku chodnika W-1, tj. pomiędzy pokładem 501/3 i 502/1, jednak dla szybkiego wykrycia ewentualnych objawów pożaru szczelinowego prowadzone były okresowe kontrole otoczenia tam za pomocą kamery termowizyjnej. b) Monitoring regulacji przewietrzania, metodyka wykonywania obliczeń oraz moc prądu powietrza Na podstawie pomiarów sieci wentylacyjnej kopalni, za pomocą programu VENTGRAF obliczono potencjały aerodynamiczne w istotnych punktach fragmentu sieci wentylacyjnej kopalni w zakresie dotyczącym ścian Z-1 i W-1 w pokł. 502/1. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 56 a) b) Rys. 6.10. Schemat potencjalny rejonu: a) zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie wlotowym; b) zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie wylotowym (opracowanie własne) Dla wyznaczenia schematu potencjalnego wyznaczono dodatkowy punkt pomiarowy (303a), który znajdował się przed tamami regulacyjnymi (TW 370, TW 370a) od strony ściany W-1. W momencie zakończenia biegu ściany i rozpoczęcia jej likwidacji punkt 303a znajdował się w odległości ok. 50 m od linii likwidacji chodnika W-1 badawczego w pokł. 502/1 (chodnika odprowadzającego powietrze ze ściany W-1), a więc odzwierciedlał potencjał oddziaływania depresyjnego szybu wentylacyjnego na zroby ściany. Przy typowej regulacji przewietrzania, tj. we wlotowym prądzie powietrza świeżego obliczony potencjał aerodynamiczny w sąsiedztwie zrobów wynosił ok. 700 J/m 3 (rys. 6.10a), a w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego potencjał ten wynosił ok. 575 J/m 3 (rys. 6.10b), a więc o około 125 J/m 3 mniej. Moc prądu powietrza przewietrzającego rejon ściany W-1 w pokł. 502/1 Nf292-303 obliczona zgodnie ze wzorem (5.12) wynosiła: Nf292-303 = 210 [Pa] x 16,67 [m 3 /s] = 3 500 W. Zatem rejonowy prąd powietrza między węzłami 292 i 303 należy uznać jako prąd mocny. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 57 W przypadku zastosowania regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego, moc prądu powietrza liczona jako różnica potencjałów między węzłami 292 i 303a wynosi: Nf292-303a = 50 [Pa] x 16,67 [m 3 /s] = 833 W. Wartość ta wskazuje, że jest to prąd średni, tj. o mocy średniej. Podkreślić jednak należy, że w przypadku spadku ilości powietrza płynącego przez rejon ściany W-1 w pokł. 502/1 istnieje możliwość otwarcia okien regulacyjnych w regulacyjnej tamie wentylacyjnej TW 370 i TW 370a. Spowoduje to zwiększenie ilości powietrza lub zwiększenie potencjału w punkcie 303a, czyli wzmocnienie prądu powietrza. Stopniowe otwieranie okien regulacyjnych w TW 370 i TW 370a stosowano sukcesywnie w miarę wybudowy sekcji z kanału likwidacyjnego, a więc w miarę wzrostu oporu przepływającego powietrza. Dla kontroli bezpieczeństwa w rejonie ścian W-1 i Z-1 w pokł. 502/1, przewietrzanym z regulacją przewietrzania w prądzie wylotowym, zastosowano – w rejonie wentylacyjnym ściany W-1 – m.in. czujniki ciśnienia CSPA-2, co pokazano na rys. 6.11. Rys. 6.11. Schemat rozmieszczenia czujników ciśnienia w rejonie ściany W-1 w pokł. 502/1 (opracowanie własne) Na podstawie zarejestrowanych pomiarów stworzono macierz danych, w których znajdują się ciśnienie barometryczne oraz ciśnienia – rejestrowane przez czujniki – w funkcji czasu. Powyższe dane pozwoliły na wykonanie wykresu zmian ciśnienia zarejestrowanego przez czujniki CSPA-2 wraz ze zmianami ciśnienia atmosferycznego. Poniższy wykres rys. 6.12 oparto na danych z pomiarów wykonanych w czasie jednej doby, w trakcie normalnego procesu wydobywczego na ścianie, dla normalnego obłożenia. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 60 nadścianowego Z-1 co ok. 200 m skracano lutniociąg, a na końcu przewietrzanego odcinka chodnika wykonywano tamę organową, zabezpieczającą przed wejściem do nieprzewietrzanej części wyrobiska. Przy tamie organowej, zgodnie z zatwierdzonym schematem zabezpieczeń gazometrycznych, zabudowane były m.in. metanomierz i tlenomierz. Poza tym, załoga zatrudniona w tym rejonie zobowiązana była do posiadania w miejscu pracy przyrządu do ciągłego wykonywania pomiarów stężeń tlenu i metanu. Z kolei w „części Marklowickiej” KWK ROW prowadzona jest tzw. eksploatacja szufladkowa Ruchu Jankowice i Ruchu Marcel kopalni ROW (do roku 2016 dwie odrębne kopalnie). Z tego powodu prowadzona jest koordynacja robót górniczych uwzględniająca wzajemne położenie poszczególnych przodków obu ruchów. Sytuacja taka stwarza określone zagrożenia wentylacyjne oraz powoduje przepływy powietrza/gazów pomiędzy zrobami poeksploatacyjnymi obydwu ruchów KWK ROW. Jednocześnie z pracami związanymi z likwidacją wyposażenia chodnika nadścianowego Z-1 w pokł. 501/3 prowadzono prace związane z rozcinką pokładu 501/3 oraz 502/1 wraz z przebudową pochylni M-1 w pokł. 501/3. W tym celu w chodniku M-4 w pokł. 501/3 od strony przekopu gazowego poz. 565 m prowadzono prace związane z zabudową przenośnika taśmowego dla odstawy urobku z drążonych wyrobisk w pokładzie 501/3. Ponadto, w tym samym czasie w Ruchu Marcel uruchomiona została ściana C-4 w pokł. 503. W zasięgu wpływów eksploatacji przedmiotowej ściany znajdował się likwidowany chodnik nadścianowy Z-1 w pokł. 502/1. Sytuacja i sposób przewietrzania wyrobisk w pokładzie 501/3 i 502/1 przedstawiona została na rys. 6.13. Rys. 6.13. Schemat przewietrzania wyrobisk w pokładach 501/3 i 502/1 z zaznaczeniem regulacji przewietrzania w prądzie wlotowym (kolor zielony) oraz w rejonowym prądzie powietrza zużytego za pomocą TW 679 (kolor żółty) (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 61 Ze względu na bardzo dużą różnicę potencjałów (około 720 J/m 3 ) między prądem powietrza świeżego (przekop gazowy poz. 565 m), a prądem powietrza zużytego (przekop gazowy poz. 400 m) koniecznym było prowadzenie regulacji przewietrzania. Śluza taka, zgodnie z zapisami obowiązujących przepisów, zabudowana była w chodniku M-4 w pokł. 501/3 przy skrzyżowaniu z przekopem gazowym poz. 565 m, tj. na początku prądu rejonowego (kolor zielony na rys. 6.13). W chodniku M-4 w pokł. 501/3 rozpoczęto zabudowę przenośnika taśmowego dla potrzeb odstawy z prowadzonej przebudowy pochylni M-1 w pokł. 501/3 oraz planowanego drążenia przedłużenia pochylni M-1 w pokł. 501/3 powyżej chodnika M-5 w pokł. 501/3. Dla zapewnienia stabilnego przewietrzania rejonu oraz ograniczenia strat powietrza, zgodnie z przyjętym sposobem regulacji przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni, prowadzono prace związane z zabudową tamy regulacyjnej TW 679 w pochylni wentylacyjnej w pokł. 502/1, tj. dla zastosowania regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego. W pochylni wentylacyjnej w pokł. 502/1, w miejscu zabudowy TW 679 nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi jest ograniczony. Z tego powodu TW 679 została zaprojektowana jako pojedyncza tama murowa z tunelem przejściowym dla załogi. Otwory wentylacyjne w TW 679 dobrane zostały tak, aby zapewnić ilość powietrza płynącą w wyrobisku ok. 1 000 m 3 /min, co zapewnia skuteczne przewietrzanie całego rejonu i jednocześnie nie stanowi istotnego oporu dla ewentualnych dymów. Schematy potencjalne przedmiotowego rejonu z zastosowaniem regulacji przewietrzania przedstawiono na rys. 6.14. a) b) Rys. 6.14. Schemat potencjalny rejonu: a) zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie wylotowym; b) zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie wlotowym (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 62 W dniu 18.05.2019 r., kiedy likwidacja wyposażenia wyrobiska znajdowała się już w końcowym etapie, wystąpił awaryjny postój wentylatora lutniowego przewietrzającego likwidowany chodnik nadścianowy Z-1 w pokł. 502/1. W chwili zatrzymania pracy wentylatora lutniowego czujniki gazometrii automatycznej zabudowane w przodku likwidowanego chodnika nadścianowego Z-1 w pokł. 502/1 zarejestrowały przekroczenia dopuszczalnych stężeń. Zarejestrowane wskazania, wraz ze stanem czujnika pracy wentylatora lutniowego przedstawiono na rys. 6.15. Rys. 6.15. Wskazania czujników gazometrii automatycznej w dniu 18.05.2019 r. zabudowanych w przodku chodnika nadścianowego Z-1 w pokł. 502/1 oraz czujnika stanu pracy wentylatora lutniowego Po uruchomieniu wentylatora lutniowego oraz przewietrzeniu wyrobiska parametry stężeń gazów w wyrobisku powróciły do wartości dopuszczalnych. Powyższa sytuacja powtórzyła się w dniu 27.05.2019 r. W tym czasie w wyrobisku wykonana już była tama izolacyjna murowa w układzie podwójnym, a korek izolacyjny był w trakcie zatłaczania. Również i w tym przypadku, po uruchomieniu wentylatora lutniowego oraz przewietrzeniu wyrobiska parametry stężeń gazów w wyrobisku powróciły do wartości dopuszczalnych. Zarejestrowane wskazania, wraz ze stanem czujnika pracy wentylatora lutniowego przedstawiono na rys. 6.16. -5 0 5 10 15 20 25 1 0 :3 0 :0 0 1 0 :3 1 :3 0 1 0 :3 3 :0 0 1 0 :3 4 :3 0 1 0 :3 6 :0 0 1 0 :3 7 :3 0 1 0 :3 9 :0 0 1 0 :4 0 :3 0 1 0 :4 2 :0 0 1 0 :4 3 :3 0 1 0 :4 5 :0 0 1 0 :4 6 :3 0 1 0 :4 8 :0 0 1 0 :4 9 :3 0 1 0 :5 1 :0 0 1 0 :5 2 :3 0 1 0 :5 4 :0 0 1 0 :5 5 :3 0 1 0 :5 7 :0 0 1 0 :5 8 :3 0 1 1 :0 0 :0 0 % O2 % CH4 godzina stężenie CH4 na czujniku NL 323 stężenie O2 na czujniku NL 830 czujnik pracy wentylatora WLE Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 65 rejon poddany jest zwiększonej kontroli służb wentylacyjnych kopalni, m.in. poprzez codzienną kontrolę stanu tam i okien regulacyjnych przez metaniarza. c) Konkluzja W omawianym przykładzie, zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego, w którym nie ma zabudowanego przenośnika taśmowego oraz innych środków transportowych, zapewnia stabilne przewietrzanie całego rejonu, a jednocześnie zdecydowanie wpływało na poprawę bezpieczeństwa załogi zatrudnionej przy likwidacji wyposażenia chodnika nadścianowego Z-1 w pokł. 502/1 poprzez zmianę kierunku przepływu gazów zrobowych między Ruchem Jankowice i Ruchem Marcel. Bez zastosowania jakiejkolwiek regulacji przewietrzania, ze względu na znaczną różnicę potencjałów aerodynamicznych między węzłem wlotowym i wylotowym (ok. 700 J/m 3 ), płynąca ilość powietrza byłaby znaczna i stanowiłaby bardzo istotne straty w sieci wentylacyjnej. Zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego wpłynęło na zmianę kierunku tendencji przepływu gazów zrobowych między Ruchem Marcel i Ruchem Jankowice, co znalazło potwierdzenie również po wykonaniu tamy izolacyjnej (zmiana nadciśnienia/podciśnienia na tamie w zależności od zastosowania regulacji przewietrzania). Dla skutecznego i bezpiecznego stosowania przedmiotowej regulacji przewietrzania niezbędnym jest przeprowadzanie systematycznych i rzetelnych kontroli, a w szczególności:  sprawności czujników stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora gazometrii,  zapisów czujników CO-metrii automatycznej w systemie ZEFIR i u dyspozytora gazometrii,  stanu otoczenia tam regulacyjnych dla wykrycia ewentualnych objawów pożaru endogenicznego. Powyższa regulacja przewietrzania prowadzona jest na niezmienionych warunkach od dnia 03.06.2019 r. do dnia dzisiejszego. 6.2.3. Ściany w partii M w pokładach 505 i 506 Głównym celem zastosowania regulacji przewietrzania z zastosowaniem TB 608a było [68]:  zmniejszenie oddziaływania depresyjnego szybu nr 3 (praca dwóch wentylatorów WPK 3.3 przy ustalonym podciśnieniu w kanale 320-360 mm H2O) na: o zroby eksploatowanej i likwidowanej ściany M-2 w pokł. 505 oraz M-1 i M-3 w pokł. 506 w aspekcie wysokiego zagrożenia pożarem endogenicznym, o zroby otamowanej ściany M-1 w pokł. 506, o strefy uskokowe zlokalizowane w wyrobiskach w pokł. 505 i 506, tj. pokładach o wysokiej skłonności do samozapalenia,  zabezpieczenie przed „krótkim spięciem wentylacyjnym" między poziomem 565 m (grupowy prąd powietrza świeżego), a poziomem 400 m (grupowy prąd powietrza zużytego), Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 66  zapewnienie stabilnego przewietrzania rejonu ściany M-2 w pokł. 505 oraz ścian M-1, M-2 i M-3 w pokł. 506 w trakcie zabudowy, eksploatacji oraz wybudowy z zachowaniem wymaganych jakościowych i ilościowych stosunków powietrza,  odstąpienie od zabudowy śluz wentylacyjnych we wlotowym rejonowym prądzie powietrza na trasie prowadzonego transportu i odstawy. a) Charakterystyka rejonu ścian M-2 w pokł. 505 oraz M-1, M-2 i M-3 w pokł. 506 Dla umożliwienia rozcinki i udostępnienia ścian w partii M w pokł. 505 i 506 w pierwszym etapie wykonano pochylnię wentylacyjną M-1a w pokł. 506, jako wyrobisko stanowiące połączenie między poziomem 565 m (świeży prąd powietrza), a poziomem 400 m (zużyty prąd powietrza). Ściana M-1 w pokł. 506 znajdowała się w piętrze 565-400 m, natomiast ściany M-2 i M-3 w pokł. 506 oraz ściana M-2 w pokł. 505 usytuowane były w piętrze 650-565 m. Powietrze odprowadzane było pochylnią wentylacyjną M-1 w pokł. 506 do przekopu gazowego równoległego poz. 400 m, gdzie potencjał izentropowy wynosił ok. 1700 J/m 3 . W trakcie eksploatacji przedmiotowych ścian w stacji wentylatorów głównego przewietrzania przy szybie wentylacyjnym nr 3 w pracy utrzymywane były dwa wentylatory WPK 3.3 (praca równoległa wentylatorów), a wartość podciśnienia statycznego w kanale wynosiła 320-360 mm H2O. Taki stan utrzymywany był do 14.11.2017 r. kiedy wyłączono jeden wentylator na szybie 3 i ustalono wartość podciśnienia statycznego w kanale 160-200 mm H2O. Schemat przestrzenny przewietrzania ściany M-1 w pokł. 506 przedstawiono na rys. 6.17. Rys. 6.17.Schemat przewietrzania ściany M-1 w pokł.506 (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 67 Pokład 505 i 506 zaliczony jest do IV grupy samozapalności, w związku z powyższym w trakcie eksploatacji przedmiotowych ścian należało podjąć szczególne środki dla ograniczenia pożarem endogenicznym. Ściana M-1 w pokł. 506 zaliczona była do IV grupy samozapalności, a ze względu na niewielką prognozowaną metanowość (poniżej 5 m 3 CH4/min) przyjęto, że przez ścianę płynąć będzie ok. 1000 m 3 /min powietrza. Ze względu na uskok występujący na wybiegu ściany M-2 w pokł. 506, na etapie rozcinki podjęto decyzję skróceniu wybiegu ściany M-2 i wykonaniu dowierzchni ściany M-3. Po otamowaniu ściany M-2 dalszy bieg prowadzony był ścianą M-3 w pokł. 506. Ze względów technologicznych istniała konieczność utrzymywania chodnika nadścianowego M-1 w pokł. 506 na odcinku od pochylni M-1 do przekopu gazowego poz. 400 m. W wyrobisku tym nie ma środków transportowych, ruch załogi jest ograniczony (metaniarz i służby wentylacyjne), przez co jest ono skutecznie śluzowane. Ściany M-2 i M-3 w pokł. 506 zaliczone były do IV grupy samozapalności, prognozowana metanowość wynosiła poniżej 5 m 3 CH4/min, jednak ze względu na głębokość zalegania, dla utrzymania normalnych parametrów przewietrzania przyjęto, że przez ścianę płynąć będzie ok. 1300 m 3 /min powietrza. Jak już podano wcześniej, ze względu na uskok, występujący na wybiegu ściany M-2 w pokł. 506, na etapie rozcinki podjęto decyzję skróceniu wybiegu ściany M-2 i wykonaniu dowierzchni ściany M-3. Po otamowaniu ściany M-2 dalsza eksploatacja pokładu 506 prowadzona była ścianą M-3. Schemat przestrzenny przewietrzania ścian M-2 i M-3 w pokł. 506 przedstawiono na rys. 6.18. Rys. 6.18.Schemat przewietrzania ścian M-2 i M-3 w pokł. 506 (opracowanie własne) Dla odprowadzenia powietrza ze ściany M-2 w pokł. 505 do pochylni wentylacyjnej M-1 w pokł. 506 wykonano przekop i pochylnię M-2 w pokł. 505. W ten sposób uzyskaną krótką Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 70 Po uzyskaniu opływowego prądu powietrza rozpoczęto prace związane z drążeniem chodników przyścianowych dla ściany M-3 w pokł. 505, tj. chodnika nadścianowego M-3 i chodnika M-3. Chodnik nadścianowy M-3 przewietrzany był wentylacją kombinowaną wentylatorem lutniowym WL-SIGMA900/B oraz lutniami elastycznymi o średnicy 1000 mm. Planowana długość chodnika wynosiła ok. 740 m, a dowierzchni M-3 – ok. 210 m. Chodnik nadścianowy M-3 w pokł. 505 na odcinku ok. 20 m od diagonali M-3 drążony był w strefie uskokowej, przez co występowały trudności z utrzymaniem stropu oraz lokalne opady stropu. W tych miejscach wykonywano kaszty w stropie, zabudowano kontrolne rury pomiarowe, a pustki wypełniano środkami i spoiwami chemicznymi. Dla bieżącej kontroli stanu zagrożenia pożarem endogenicznym w chodniku nadścianowym M-3 w pokł. 505 na odcinku występującej strefy uskokowej :  zabudowano czujnik CO-metrii automatycznej, zabudowany ok. 10-15 m od diagonali M-3,  pobierano próby do wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych, z częstotliwością min. 2 razy na tydzień (analiza chemiczna gazów). Ze względu na podwyższony stan zagrożenia prowadzone były prace profilaktyczne polegające na uszczelnianiu stropu w miejscu występowania strefy uskokowej. Po około 3 miesiącach od rozpoczęcia drążenia chodnika nadścianowego M-3 w pokł. 505 i przejechania kombajnem chodnikowym przez strefę uskokową w chodniku stwierdzono nieznaczny wzrost stężenia CO do 6 ppm na czujniku tlenku węgla zabudowanym w chodniku nadścianowym M-3 (ok. 3,9 l/min CO). Z kolei w strefie uskokowej, tj. w wykonanym w niej otworze kontrolnym OK-1, stwierdzono stężenie CO o maksymalnej wartości 180 ppm oraz temperaturę w stropie 43°C, przy temperaturze górotworu w tym miejscu wynoszącej tpg=27°C. Zakres prac profilaktycznych został rozszerzony m.in. o:  wtłaczanie wody do otworów kontrolnych (schładzanie miejsca samozagrzewania),  wykonywanie dodatkowych otworów do pustek nad obudową oraz wypełnianie pustek środkami mineralnymi i spoiwami szybkowiążącymi. Jednocześnie przeprowadzono analizę sieci wentylacyjnej pod kątem możliwości i kierunku przepływu powietrza przez strefę uskokową w chodniku nadścianowym M-3. Analiza map wykazała, że przedmiotowa strefa uskokowa miała połączenie z chodnikiem M-1 w pokł. 505 od poz. 565 m, co także ilustruje rys. 6.20. Przeprowadzona kontrola tam regulacyjnych w rejonie wykazała, że drzwi przejściowe w TB 680a ze względu na zanieczyszczenie urobkiem były niedomknięte. Jednocześnie tama TB 444 w chodniku M-1 (wyłącznie drzwi przejściowe bez żadnych środków transportowych zabudowanych w tamie) była bardzo szczelna. Taki układ z zamkniętymi drzwiami w TB 444 w chodniku M-1 oraz uchylonymi drzwiami w TB 680a w pochylni M-1 stanowił klasyczny przykład niepożądanych skutków regulacji we wlotowym prądzie powietrza rejonowego. Spowodowała ona zwiększone oddziaływanie depresji wentylatora głównego przewietrzania – pracującego przy szybie wentylacyjnym nr 3 – na strefę uskokową, która obejmowała również chodnik M-1 w pokł. 505 oraz chodnik nadścianowy M-3 w pokł. 505, przez co doszło do przepływu (migracji) powietrza przez tę strefę uskokową i powstania ogniska samozagrzewania. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 71 Ponieważ taki stan trwał prawdopodobnie przez kilka dni wzrost zagrożenia pożarem endogenicznym był znaczący. Po stwierdzeniu powyższego faktu niezwłocznie:  przywrócono właściwy stan TB 680a w pochylni M-1 w pokł. 505,  otwarto TB 444 w chodniku M-1 w pokł. 505 w sposób trwały, poprzez zdjęcie drzwi przejściowych. Prowadzone prace profilaktyczne oraz przywrócenie właściwego stanu przewietrzania spowodowały istotny spadek zagrożenia pożarem endogenicznym już po 4 dniach. Dzięki temu dokończono rozcinkę ściany M-3 w pokł. 505 bez konieczności wyłączenia z sieci wentylacyjnej całego rejonu. Na podstawie pomiarów sieci wentylacyjnej kopalni, za pomocą programu VENTGRAF obliczono potencjały aerodynamiczne w istotnych punktach fragmentu sieci wentylacyjnej kopalni w zakresie dotyczącym omawianych wyrobisk w pokładach 505 i 506. Dla wyznaczenia schematu potencjalnego (rys. 6.21a i 6.21b) wyznaczono dodatkowe węzły:  252a, który znajdował się na skrzyżowaniu diagonali M-2 w pokł. 505 z chodnikiem nadścianowym M-3 w pokł. 505,  299a, który znajdował się na skrzyżowaniu chodnika M-1 w pokł. 505 pochylnią M-2 w pokł. 505. Powyższe węzły umożliwiły określenie wpływu TW 680a zabudowanej w pochylni wentylacyjnej M-1 w pokł. 506 oraz TB 444 zabudowanej w Chodniku M-1 w pokł. 505 na strefę uskokową (zaburzenie geologiczne), co spowodowało wzrost zagrożenia pożarem endogenicznym w chodniku nadścianowym M-3 w pokł. 505. Schemat przestrzenny wraz z potencjałami w wyznaczonych węzłach przedstawiono na rys. 6.21a i 6.21b, a poprzez wielkość symboli tam TB 444 i TB 680a (średnice kolorowych kół) pokazano wpływ poszczególnej tamy na stan przewietrzania. a) b) Rys. 6.21. Schemat potencjalny rejonu: a) właściwy stan przewietrzania; b) niewłaściwy stan przewietrzania z uchylonymi drzwiami w TB 680a (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 72 Przy właściwym układzie przewietrzania, tj. przy zamkniętej tamie wentylacyjnej TB 680a oraz przy utrzymywaniu przepływu powietrza płynącego w Chodniku M-1 w pokł. 505 w ilości ok. 350 m 3 /min, wartość potencjału aerodynamicznego w węźle 299a wynosiła ok. 600 J/m 3 i była to wartość zbliżona do wartości potencjału w węźle 252a (rys. 6.21a). Przy niewłaściwym układzie przewietrzania, tj. przy uchylonych drzwiach w tamie wentylacyjnej TB 680a i szczelnie zamkniętych drzwiach w tamie wentylacyjnej TB 444 wartość potencjału aerodynamicznego w węźle 299a była zdecydowanie wyższa od wartości potencjału w węźle 252a, co powodowało przepływ powietrza przez strefę uskokową i wzrost zagrożenia pożarowego. Różnica ta wynosiła około 150 J/m 3 (rys. 6.21b). Przy czym o tym, jak istotny wpływ miała szczelność tam wentylacyjnych TB 444 i TB 680a świadczy fakt, że po otwarciu drzwi przejściowych w tamie TB 444 ilość powietrza w chodniku M-1 w pokł. 505 wzrosła z 350 m 3 /min do 1400 m 3 /min. Moc omawianego prądu rejonowego powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.12), wynosiła: Nf299-449 = 806 [Pa] x 5,83 [m 3 /s] = 4 700 W, co oznacza, że prąd ten jest prądem bardzo mocnym. To z kolei świadczy o konieczności zastosowania skutecznego sposobu przeciwdziałania zwiększonemu oddziaływaniu depresji wentylatora głównego przewietrzania na strefę uskokową, a w rezultacie – przeciwdziałania wzrostowi zagrożenia pożarem endogenicznym. Moc prądu powietrza w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego, liczona jako różnica potencjałów między węzłami 299 i 329, wynosi Nf229-329 = 104 [Pa] x 5,83 [m 3 /s] = 606 W, co oznacza, że jest to prąd o mocy średniej (średni). Bardzo mocno obniżona wartość mocy prądu świadczy o skuteczności zastosowanego rozwiązania. Zastosowanie regulacji przewietrzania za pomocą pojedynczej tamy regulacyjnej – wyposażonej w tunel przejściowy dla załogi w rejonowym prądzie powietrza zużytego, w którym nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi jest ograniczony – zapewnia stabilne przewietrzanie całego rejonu. Po zastosowaniu takiej regulacji nie obserwowano gwałtownych wzrostów lub spadków ilości powietrza, czy też wzmożonego oddziaływania depresji szybu wentylacyjnego na tamy izolacyjne znajdujące się w wyrobisku. Dla kontroli stabilności przewietrzania rejonu oraz skuteczności prowadzonej regulacji przewietrzania tama regulacyjna wyposażona została w czujniki stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora ruchu, a rejon wyposażony został m.in. w dodatkowe czujniki CO-metrii automatycznej. Ponadto rejon poddano zwiększonej kontroli służb wentylacyjnych kopalni, m.in. poprzez codzienną kontrolę stanu tam i okien regulacyjnych w tamach wentylacyjnych. c) Konkluzja W omawianym przykładzie, zastosowanie regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego zapewniło stabilne i niezmienne przewietrzanie ścian w partii M w pokładach 505 Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 75 a) b) Rys. 7.2. Schematy potencjalne podsieci szyb nr 4 w przypadku zastosowania regulacji przewietrzania za pomocą tam regulacyjnych zabudowanych: a) we wlotowych prądach powietrza świeżego; b) w grupowym prądzie powietrza zużytego (opracowanie własne) Ze schematu przewietrzania (rys. 7.1) oraz schematu potencjalnego (rys. 7.2.a oraz 7.2.b) wynika, że: a) „klasyczny”, zgodny z przepisami sposób regulacji sieci wentylacyjnej wymusiłby zabudowę 16 śluz wentylacyjnych na wlotach do poszczególnych komór przyszybowych, niejednokrotnie na trasie przewozu dołowego. Badania skutków takiego sposobu przewietrzania pokazują, że różnice potencjałów (ΔΦ) wynosiłyby:  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 2 na poziomie 250 m (węzeł 14), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 178) – ΔΦ14-178 = 930 J/m 3 ,  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 2 na poziomie 400 m (węzeł 49), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 154) – ΔΦ49-154 = 740 J/m 3 , Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 76  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 8 na poziomie 565 m (węzeł 41), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 152) – ΔΦ41-152 = 645 J/m 3 ,  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 8 na poziomie 700 m (węzeł 43), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 783) – ΔΦ43-783 = 550 J/m 3 . Moce tych prądów powietrza obliczone zgodnie ze wzorem (5.12) wynosiłyby:  dla komór przyszybowych szybu nr 2 zlokalizowanych na poziomie 250 m, Nf14-178 = 930 [Pa] x 13,00 [m 3 /s] = 12 090 W, co oznacza, że jest to prąd bardzo mocny,  dla komór przyszybowych szybu nr 2, 7 i 8 zlokalizowanych na poziomie 400 m, Nf49-154 = 740 [Pa] x 20,00 [m 3 /s] = 14 800 W, co oznacza, że jest to prąd bardzo mocny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8 zlokalizowanych na poziomie 565 m, Nf41-152 = 645 [Pa] x 7,17 [m 3 /s] = 4 625 W, co oznacza, że jest to prąd mocny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8, zlokalizowanych na poziomie 700 m, Nf43-783 = 550 [Pa] x 14,00 [m 3 /s] = 7 700 W, co oznacza, że jest to prąd bardzo mocny. Ze względu na zaliczenie wszystkich przedmiotowych komór do pomieszczeń niezagrożonych wybuchem metanu ze stopniem „a” niebezpieczeństwa wybuchu metanu oraz stosunkowo niewielką głębokość zalegania parametr p0 (standardowe spiętrzenie wentylatora) można przyjąć równe 785 [Pa]. Wówczas stabilność prądu powietrza obliczona zgodnie ze wzorem (5.11) wynosi:  dla komór przyszybowych szybu nr 2 zlokalizowanych na poziomie 250 m: 𝐻𝑎14−178 = 1800+0 785 ∙ 930 2 (1800+ 0)− 930 = 0,80 co oznacza, że jest to prąd stabilny,  dla komór przyszybowych szybu nr 2, 7 i 8 zlokalizowanych na poziomie 400 m: 𝐻𝑎49−154 = 1800− 0,57 785 ∙ 740 2 (1800−0,57)− 740 = 0,59 co oznacza, że jest to prąd stabilny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8 zlokalizowanych na poziomie 565 m: 𝐻𝑎41−152 = 1800−1,08 785 ∙ 645 2 (1800−1,08)− 645 = 0,50 co oznacza, że jest to prąd stabilny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8, zlokalizowanych na poziomie 700 m: 𝐻𝑎43−783 = 1800−1,78 785 ∙ 550 2 (1800−1,78)− 550 = 0,41 co oznacza, że jest to prąd bardzo stabilny. Wszystkie te prądy powietrza są prądami stabilnymi. Bardzo wysoka, a w jednym przypadku wysoka, moc prądów świadczy o konieczności zastosowania skutecznej Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 77 i stabilnej regulacji przewietrzania, szczególnie w aspekcie konieczności ograniczenia ilości powietrza płynącego przez te komory przyszybowe. b) W przypadku zastosowania regulacji w grupowym prądzie powietrza zużytego wystarczą 3 tamy regulacyjne zabudowane w wyrobiskach o ograniczonym ruchu załogi, w których nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych. W przypadku zastosowania regulacji w grupowym prądzie powietrza zużytego różnice potencjałów (ΔΦ) wynoszą:  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 2 na poziomie 250 m (węzeł 14), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 178) – ΔΦ14-178 = 70 J/m 3 ,  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 2 na poziomie 400 m (węzeł 49), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 154) – ΔΦ49-154 = 410 J/m 3 ,  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 8 na poziomie 565 m (węzeł 41), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 152) – ΔΦ41-152 = 435 J/m 3 ,  pomiędzy wlotowym prądem powietrza do komór przyszybowych szybu nr 8 na poziomie 700 m (węzeł 43), a wylotowym prądem powietrza z tych komór (węzeł 783) – ΔΦ43-783 = 190 J/m 3 . Moce tych prądów powietrza wynoszą:  dla komór przyszybowych szybu nr 2 zlokalizowanych na poziomie 250 m, Nf14-178 = 70 [Pa] x 13,00 [m 3 /s] = 910 W, co oznacza, że jest to prąd mocy średniej (średni),  dla komór przyszybowych szybu nr 2, 7 i 8 zlokalizowanych na poziomie 400 m, Nf49-154 = 410 [Pa] x 20,00 [m 3 /s] = 8 200 W, co oznacza, że jest to nadal prąd bardzo mocny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8 zlokalizowanych na poziomie 565 m, Nf41-152 = 435 [Pa] x 7,17 [m 3 /s] = 3 120 W, co oznacza, że jest to nadal prąd mocny,  dla komór przyszybowych szybu nr 8, zlokalizowanych na poziomie 700 m, Nf43-783 = 190 [Pa] x 14,00 [m 3 /s] = 2 660 W, co oznacza, że jest to prąd mocny. Stabilność prądu powietrza z uwzględnieniem parametru p0 wynoszącym 785 [Pa] dla kopalń płytkich i słabo metanowych obliczona zgodnie ze wzorem (5.11) wynosi:  dla komór przyszybowych szybu nr 2 zlokalizowanych na poziomie 250 m: 𝐻𝑎14−178 = 1800+ 0 785 ∙ 70 2 (1800+ 0)− 70 = 0,04 co oznacza, że zgodnie z kryterium Bystronia jest to prąd niestabilny.  dla komór przyszybowych szybu nr 2, 7 i 8 zlokalizowanych na poziomie 400 m: 𝐻𝑎49−154 = 1800−0,57 785 ∙ 410 2 (1800−0,57)− 410 = 0,29 co oznacza, że jest to prąd stabilny, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 80 Zastosowane regulacje przewietrzania – oprócz próby zmniejszenia oddziaływania depresji wentylatora głównego przewietrzania na zroby eksploatowanych lub likwidowanych ścian, czy też tamy izolacyjne w rejonie – muszą zapewnić również stabilność przewietrzania. Dla określenia wpływu regulacji przewietrzania w wlotowym (świeżym) lub wylotowym (zużytym) prądzie powietrza na moc prądu i stabilność przewietrzania zasadnym wydaje się być wykorzystanie dodatkowego punktu pomiarowego znajdującego się w niewielkiej odległości od tamy regulacyjnej. Analiza uzyskanych wyników dla poszczególnych tam regulacyjnych przedstawia się następująco: 7.2.1. Tamy wentylacyjne TB 409, TB 409a a) Regulacja przewietrzania we wlotowym prądzie powietrza Różnica potencjałów, pomiędzy wlotowym prądem powietrza (węzeł 232), a dodatkowym punktem pomiarowym 775a znajdującym się na skrzyżowaniu przekopu zachodniego I poz. 400 m z chodnikiem badawczym w pokł. 404/5 wynosi: ΔΦ232-775a = 438 J/m 3 . Moc prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.12), wynosi: Nf232-775a = 438 [Pa] x 25,00 [m 3 /s] = 10 950 W, co oznacza, że jest to prąd bardzo mocny. Stabilność prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.11), wynosi: 𝐻𝑎232−775𝑎 = 1800+10,60 2354 ∙ 438 2 (1800+ 10,60)− 438 = 0,11 co oznacza, że jest to prąd o zadawalającej stabilności. b) Regulacja przewietrzania w wylotowym (zużytym) prądzie powietrza Różnica potencjałów, pomiędzy wlotowym prądem powietrza (węzeł 232), a dodatkowym punktem pomiarowym 775a, znajdującym się na skrzyżowaniu przekopu zachodniego I poz. 400 m z chodnikiem badawczym w pokł. 404/5, wynosi ΔΦ232-775a = 198 J/m 3 . Moc prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.12), wynosi Nf232-775a = 198 [Pa] x 25,00 [m 3 /s] = 4 950 W, co oznacza, że jest to prąd mocny. Stabilność prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.11) wynosi 𝐻𝑎232−775𝑎 = 1800+10,60 2354 ∙ 198 2 (1800+ 10,60)− 198 = 0,04 co oznacza, że nie jest to prąd stabilny. c) Konkluzja Porównanie różnicy potencjałów, mocy prądów powietrza oraz wskaźników stabilności prądów przewietrzających rejony górnicze w Partii P w pokładach 404/3 i 404/5 w zależności od zastosowanej regulacji przedstawiono w tab. 2. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 81 Tabela 2. Zestawienie różnicy potencjałów aerodynamicznych, mocy prądów powietrza oraz wskaźnika stabilności prądu dla różnego sposobu regulacji w Partii P w rejonie pokładu 404/3 oraz 404/5 Regulacja na wlocie Regulacja na wylocie Rejon Różnica potencjałów ΔΦ [J/m 3 ] Moc prądu Nf [W] Stabilność prądu Ha Różnica potencjałów ΔΦ [J/m 3 ] Moc prądu Nf [W] Stabilność prądu Ha Partia P 438 10 950 0,11 198 4 950 0,04 Zastosowanie do obliczeń dodatkowego punktu pomiarowego 775a pozwala na określenie wpływu zastosowanej regulacji przewietrzania na moc i stabilność prądu powietrza. Wskaźnik stabilności prądu rejonowego wg Bystronia Ha pokazuje, że prąd powietrza w przypadku zastosowania regulacji w wylotowym prądzie powietrza jest niestabilny. Jednak wskaźnik mocy prądu powietrza Nf, ze względu na znaczną ilość powietrza płynącą przez rejon, pokazuje, że prąd powietrza jest mocny, a tym samym stabilny. 7.2.2. Tamy wentylacyjne TW 370, TW 370a a) Regulacja przewietrzania w wlotowym prądzie powietrza Różnica potencjałów pomiędzy wlotowym prądem powietrza (węzeł 292), a dodatkowym punktem pomiarowym 303a, znajdującym się w chodniku W-1 badawczym w pokł. 502/1 przed tamą TW 370a (od strony zrobów), wynosi ΔΦ292-303a = 180 J/m 3 . Moc prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.12), wynosi Nf292-303a = 180 [Pa] x 16,67 [m 3 /s] = 3 000 W, co oznacza, że jest to prąd mocny. Stabilność prądu powietrza obliczona zgodnie ze wzorem (5.11) wynosi: 𝐻𝑎292−303𝑎 = 2100+12,70 2354 ∙ 180 2 (2100+ 12,70)− 180 = 0,04 co oznacza, że jest to prąd niestabilny. b) Regulacja przewietrzania w wylotowym (zużytym) prądzie powietrza Różnica potencjałów, pomiędzy wlotowym prądem powietrza (węzeł 292), a dodatkowym punktem pomiarowym 303a znajdującym się w chodniku W-1 badawczym w pokł. 502/1 przed tamą TW 370a (od strony zrobów), wynosi ΔΦ292-303a = 50 J/m 3 . Moc prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.12), wynosi Nf292-303a = 50 [Pa] x 16,67 [m 3 /s] = 834 W, co oznacza, że jest to prąd średni. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 82 Stabilność prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.11),wynosi 𝐻𝑎292−303𝑎 = 2100+12,70 2354 ∙ 50 2 (2100+ 12,70)− 50 = 0,01 co oznacza, że jest to prąd niestabilny c) Konkluzja Porównanie różnicy potencjałów, mocy prądów powietrza oraz wskaźników stabilności prądów przewietrzających rejon górniczy w Partii W w pokładzie 502/1 w zależności od zastosowanej regulacji przedstawiono w tab. 3. Tabela 3. Zestawienie różnicy potencjałów aerodynamicznych, mocy prądów powietrza oraz wskaźnika stabilności prądu dla różnego sposobu regulacji w Partii W w rejonie pokładu 502/1 Regulacja na wlocie Regulacja na wylocie Rejon Różnica potencjałów ΔΦ [J/m 3 ] Moc prądu Nf [W] Stabilność prądu Ha Różnica potencjałów ΔΦ [J/m 3 ] Moc prądu Nf [W] Stabilność prądu Ha Partia W 180 3 000 0,04 50 834 0,01 Zastosowanie do obliczeń dodatkowego punktu pomiarowego 303a pozwala na określenie wpływu zastosowanej regulacji przewietrzania na moc i stabilność prądu powietrza. Wskaźnik stabilności prądu rejonowego wg Bystronia Ha pokazuje, że prąd powietrza w przypadku zastosowania regulacji zarówno w wlotowym, jak i w wylotowym prądzie powietrza jest niestabilny. Jednak wskaźnik mocy prądu powietrza Nf , pokazuje, że prąd powietrza jest mocny w przypadku regulacji powietrza w wlotowym prądzie powietrza oraz średni w przypadku regulacji w wylotowym prądzie powietrza, a tym samym stabilny. 7.2.3. Tama wentylacyjna TB 679 a) Regulacja przewietrzania w wlotowym prądzie powietrza Różnica potencjałów pomiędzy wlotowym prądem powietrza (węzeł 302), a dodatkowym punktem pomiarowym 334a znajdującym się w pochylni wentylacyjnej w pokładzie 502/1, ok. 50 m przed tamą TW 679, wynosi ΔΦ302-334a = 705 J/m 3 . Moc prądu powietrza obliczona zgodnie ze wzorem (5.12): Nf302-334a = 705 [Pa] x 16,67 [m 3 /s] = 11 752 W, co oznacza, że jest to prąd bardzo mocny. Stabilność prądu powietrza, obliczona zgodnie ze wzorem (5.11), wynosi 𝐻𝑎302−334𝑎 = 2100+10,40 2354 ∙ 705 2 (2100+ 10,40)− 705 = 0,18 co oznacza, że jest to prąd stabilny. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 85 przedmiotowego wyrobiska (brak żadnych środków transportowych oraz brak ruchu załogi) i konieczność skutecznego śluzowania dla ograniczenia strat powietrza. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 86 8. Podsumowanie i wnioski Każdego roku zwiększa się głębokość prowadzenia robót górniczych oraz wzrasta poziom zagrożeń naturalnych, w szczególności metanowego i klimatycznego. Jednoczesne ograniczenie środków finansowych na inwestycje, w tym na nowe wyrobiska wentylacyjne, przy konieczności zapewnienia jakościowych i ilościowych parametrów płynącego powietrza, powoduje konieczność zastosowania nowych skutecznych rozwiązań. Doświadczenie nabyte w trakcie wieloletniej pracy w dozorze wyższym i kierownictwie działu wentylacji (od 2001 roku) pozwoliło na sformułowanie stwierdzenia, że ujęty w obowiązujących przepisach zapis o konieczności prowadzenia regulacji przewietrzania tamami regulacyjnymi umieszczonymi na początku prądów rejonowych w wielu przypadkach może stwarzać określone zagrożenia. Wprawdzie ustawodawca dopuszcza stosowanie regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego, ale określając warunki dodatkowe (zgoda kierownika ruchu zakładu górniczego lub zgoda organu nadzoru górniczego) stwarza wrażenie, że nie jest to rozwiązanie właściwe. Przykładem takiego zapewnienia skutecznej i stabilnej regulacji przewietrzania są opisane w niniejszej pracy niestandardowe działania podejmowane przez dział wentylacji KWK ROW Ruch Jankowice, polegające na regulacji przewietrzania tamami wentylacyjnymi zabudowanymi w prądach powietrza zużytego. Działania te dotyczą zarówno regulacji powietrza przepływającego przez rejony górnicze, jak również przez komory przyszybowe oraz przez wyrobiska utrzymywane ze względów technologicznych, przez wyrobiska łączące kopalnie sąsiadujące z sobą, czy też przez wyrobiska likwidowane. Muszą one – tak samo jak działania standardowe – uwzględniać:  zapewnienie stabilnego przepływu powietrza z uwzględnieniem wyposażenia wyrobiska oraz częstotliwości ruchu załogi oraz środków transportowych,  ograniczenie strat powietrza,  zabezpieczenie przed tzw. „krótkim spięciem wentylacyjnym”,  ograniczenie oddziaływania depresji wentylatora głównego przewietrzania (zabudowanego przy szybie wentylacyjnym) na zroby, tamy izolacyjne, zaburzenia geologiczne,  lokalizację tamy regulacyjnej pod kątem możliwości powstania pożaru szczelinowego w otoczeniu tamy. Nabyte na przestrzeni lat doświadczenie pozwoliło praktycznie zupełnie wyeliminować w warunkach KWK ROW Ruch Jankowice regulacje przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza świeżego jako kłopotliwe, nieskuteczne oraz powodujące wzrost zagrożeń, w szczególności metanowego i pożarowego. Należy również podkreślić, że przemyślana lokalizacja miejsca zabudowy tam regulacyjnych w prądzie powietrza zużytego pozwala na stosowanie takiej regulacji na niezmienionych warunkach przez kilka, a nierzadko kilkanaście lat. Świadczy to o tym, że taka regulacja jest skuteczna i bezpieczna. Mając na uwadze setki kilometrów wyrobisk czynnych i otamowanych oraz nieoznaczone przestrzenie związane ze zrobami taka stabilna regulacja jest bardzo istotna. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 87 Cała idea prowadzenia regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego opiera się na założeniu, że strata naporu na tamie regulacyjnej zabudowanej w prądzie powietrza zużytego będzie zbliżona do straty naporu uzyskanej w przypadku regulacji „klasycznej” w prądzie wlotowym powietrza. Okna regulacyjne w takich tamach są dobierane „in situ” tak, aby uzyskać żądaną ilość powietrza, którą należy przewietrzać dany rejon. Cechą wspólną wszystkich tych regulacji przewietrzania jest:  zapewnienie przepływu powietrza z wymaganymi jakościowymi i założonymi ilościowymi wartościami,  utrzymanie prądów powietrza o co najmniej mocy średniej przy zróżnicowanych wskaźnikach stabilności tych prądów,  ograniczenie wpływu oddziaływania depresji wentylatora głównego przewietrzania na zroby eksploatowanych i likwidowanych ścian, tam izolacyjnych i zaburzeń geologicznych. Przykładowy schemat przestrzenny przewietrzania rejonu ściany z zastosowaniem różnej regulacji przewietrzania przedstawiono na rys. 8.1, a schemat potencjalny pokazujący przemieszczanie się punktu pomocniczego 140a w przypadku zastosowania regulacji w wlotowym lub wylotowym prądzie powietrza na rys. 8.2a oraz rys. 8.2b. Rys. 8.1. Schemat przestrzenny przewietrzania rejonu ściany z zaznaczeniem trasy środków transportowych i odstawy oraz regulacji przewietrzania w wlotowym (kolor zielony) i wylotowym (kolor żółty) prądzie powietrza (opracowanie własne) Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 90  zapewnienie właściwego rozpływu powietrza w tym samym pokładzie dla przewietrzania dwóch ścian o zdecydowanie różnym wybiegu (przykład z regulacją tamami wentylacyjnymi TW370, TW370a – rozdz. 6.2.1),  zmiana kierunku przepływu gazów zrobowych pomiędzy dwoma ruchami zakładu górniczego (przykład z regulacją tamą wentylacyjną TB 679 – rozdz. 6.2.2),  ograniczenie oddziaływania depresyjnego szybu wentylacyjnego na zroby eksploatowanych i likwidowanych ścian w pokładach o dużej skłonności do samozagrzewania (przykład z regulacją tamą wentylacyjną TB 680a – rozdz. 6.2.3). Dla zapewnienia właściwego poziomu bezpieczeństwa taki sposób prowadzenia regulacji przewietrzania powinien być stosowany z uwzględnieniem niżej podanych zasad : a) w przypadku regulacji przewietrzania komór przyszybowych w grupowym prądzie powietrza zużytego:  śluza wentylacyjna powinna być zabudowana w wyrobisku kamiennym, w przypadku jej zabudowy w wyrobisku kamienno-węglowym, węglowo-kamiennym lub węglowym otoczenie tamy powinno być uszczelnione środkami mineralnymi lub chemicznymi lub okresowo kontrolowane kamerą termowizyjną bądź pirometrem dla wykrycia objawów samozagrzewania,  w wyrobisku z tamą wentylacyjną nie powinno być zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi nie powinien mieć charakteru stałego,  drzwi w regulacyjnych tamach wentylacyjnych powinny być otwierane zdalnie, z potencjalnie i realnie niezadymionego – w razie pożaru – prądu powietrza, co spowoduje wzrost ilości przepływającego powietrza i zapewni skuteczne przewietrzanie komór przyszybowych,  przeprowadzana być musi systematyczna kontrola zgodnie z zatwierdzonymi warunkami bezpieczeństwa, a w szczególności:  stanu otoczenia tam regulacyjnych – dla wykrycia ewentualnych objawów pożaru endogenicznego,  stanu obmurza,  stanu drzwi przejściowych oraz zasadniczych (otwieranych dla swobodnego odprowadzenia ewentualnych dymów),  stanu urządzeń do zdalnego otwarcia drzwi zasadniczych (bez ich otwierania),  sprawności czujników stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora gazometrii,  stężenia tlenku węgla za pomocą CO-metrii automatycznej (z niskim progiem alarmowania u dyspozytora gazometrii),  telefonosygnalizatorów zlokalizowanych w sąsiedztwie tamy,  każde planowane otwarcie drzwi zasadniczych przedmiotowych regulacji wymaga uprzedniego zgłoszenia do dyspozytora kopalni,  przeprowadzane być powinno (z określoną częstotliwością) sprawdzanie działania urządzeń do zdalnego otwierania drzwi w tamach. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 91 b) w przypadku regulacji przewietrzania w rejonowym prądzie powietrza zużytego :  otoczenie śluzy wentylacyjnej powinno być uszczelnione środkami mineralnymi lub chemicznymi lub okresowo kontrolowane kamerą termowizyjną bądź pirometrem dla wykrycia objawów samozagrzewania  tamy powinny być wyposażone w czujniki stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora, a dodatkowo stan przewietrzania powinien być kontrolowany za pomocą anemometru stacjonarnego,  przeprowadzana być musi systematyczna kontrola:  stanu otoczenia tam regulacyjnych – dla wykrycia ewentualnych objawów pożaru endogenicznego,  stanu obmurza,  stanu drzwi przejściowych oraz na trasie transportu,  sprawności czujników stanu otwarcia z sygnalizacją u dyspozytora gazometrii,  stężenia tlenku węgla za pomocą CO-metrii automatycznej (z niskim progiem alarmowania u dyspozytora gazometrii),  telefonosygnalizatorów zlokalizowanych w sąsiedztwie tamy. Należy z całą mocą podkreślić, że przedstawione w niniejszej pracy rzeczywiste przykłady zastosowania regulacji przewietrzania w rejonowych prądach powietrza zużytego wykazują stabilność i bezpieczeństwo tego rozwiązania. Przemyślana lokalizacja poszczególnych tam regulacyjnych umożliwia wieloletnie stosowanie regulacji na niezmienionych warunkach dla kolejnych ścian eksploatowanych w danym pokładzie. Przytoczone przykłady pokazują pozytywny wpływ zastosowanych regulacji przewietrzania na depresyjne oddziaływanie szybu wentylacyjnego na zroby eksploatowanych lub likwidowanych ścian zaliczonych do zagrożonych pożarami endogenicznymi. Przeprowadzone, kontrolowane, próby zmiany sposobu regulacji przewietrzania (z prądu wylotowego na wlotowy) wykazują zwiększone oddziaływania depresyjne szybu wentylacyjnego. Objawiało się to wzrostem nadciśnienia na tamy izolacyjne, które znajdują się pod wpływem zastosowanej regulacji przewietrzania, jak również wzrost zagrożenia metanowego i zwiększone wydzielanie gazów zrobowych z części zawałowej badanych ścian. Ponadto pokazały trudność w utrzymaniu stabilnej regulacji przewietrzania na trasie odstawy oddziałowej, mimo, iż próby te przeprowadzane były w dni wolne od pracy, gdy ruch załogi oraz maszyn i środków transportowych jest mocno ograniczony. Należy dodać, że zgodny z tytułem niniejszej pracy „Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego” w warunkach prowadzonej restrukturyzacji KWK Jankowice m.in.: – umożliwił likwidację dwóch szybów: nr 6 (wdechowego, materiałowo – zjazdowego) oraz 5a (wentylacyjnego), – umożliwił odprowadzenie powietrza z rejonu wydobywczego do szybu wentylacyjnego nr 4, który wcześniej służył tylko (bo tak był zaprojektowany) do przewietrzania komór przyszybowych, – ograniczył straty powietrza w grupowych prądach powietrza przy jednoczesnym zwiększeniu ilości powietrza płynącego przez rejony górnicze, Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 92 – umożliwił prowadzenie rozcinki, a następnie eksploatacji ścian o znacznych wybiegach (powyżej 2000 m) z zapewnieniem znacznych ilości powietrza płynącego przez ścianę (powyżej 1500 m 3 /min), – ograniczył zagrożenie pożarem endogenicznym w trakcie eksploatacji i likwidacji ścian zaliczonych do III i IV grupy samozapalności, – zapewnił stabilne przewietrzanie sieci wentylacyjnej kopalni, – wyeliminował tzw. „krótkie spięcie wentylacyjne” związane z przewietrzaniem komór przyszybowych. Podane w niniejszej pracy przykłady zastosowania regulacji przewietrzania w prądzie powietrza zużytego pozwalają na wysunięcie następujących wniosków. I. Regulacja w grupowym prądzie powietrza zużytego 1. Zastosowanie regulacji w grupowym prądzie powietrza zużytego jest zasadne dla przewietrzania komór przyszybowych. Dla podniesienia poziomu bezpieczeństwa komory te powinny być zaliczone do pomieszczeń niezagrożonych wybuchem metanu ze stopniem „a” niebezpieczeństwa wybuchu metanu, I kategorii zagrożenia metanowego oraz klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. 2. Ze względu na specyfikę lokalizacji tamy regulacyjnej w grupowym prądzie powietrza, tj. zwykle w wyrobisku, w którym nie ma zabudowanych żadnych środków transportowych, a ruch załogi jest minimalny (służby wentylacyjne) taka regulacja zapewnia stabilne przewietrzanie bez możliwości powstania „krótkiego spięcia wentylacyjnego”. Powyższe jest szczególnie istotne ze względu na zwykle krótkie drogi wentylacyjne oraz znaczne różnice potencjałów izentropowych między wlotem do danej komory, a grupowymi prądami odprowadzanymi do szybu wydechowego. 3. Regulacja w grupowym prądzie powietrza zużytego umożliwia rezygnację z konieczności stosowania tam (śluz) wentylacyjnych o znacznym naporze w wlotowych prądach powietrza, niejednokrotnie na trasie transportu dołowego lub kolejkami (zajezdnia lokomotyw, szopa maszyn, komory i warsztaty napraw, komory regeneracji itp.). 4. Dla zminimalizowania skutków powstania pożaru egzogenicznego należy stosować rozwiązania umożliwiające szybkie otwarcie tamy z miejsca bezpiecznego (niezadymionego). Takie rozwiązanie pozwala na swobodne odprowadzenie ewentualnych dymów krótkimi drogami do szybu wentylacyjnego. 5. Regulacja przewietrzania w grupowym prądzie powietrza zużytego zapewnia stabilne przewietrzanie komór przyszybowych na przestrzeni długich lat na niezmienionych warunkach. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 95 [19] Dziurzyński W., Janus J., Pałka T. (2013): Komputerowa symulacja wpływu likwidacji chodników przyścianowych na rozkład metanu w rejonie ściany i zrobów. Przegląd Górniczy 2013, nr 5. [20] Dziurzyński W., Krause E. (2015): Projektowanie eksploatacji pokładów węgla kamiennego w warunkach skojarzonego zagrożenia metanowo-pożarowego. Wyd. GIG Katowice. [21] Frycz A.,Szlązak J. (1977): Wpływ rozcinki złoża w pokładach silnie metanowych na występowanie metanu w rejonie ściany. Przegląd Górniczy nr 2. [22] Frycz A., Szlązak J. (1978): Wentylacyjne sposoby zwalczania zagrożenia metanowego. Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie nr 1. [23] Frycz A., Kozłowski B. (1979, 1983): Przewietrzanie kopalń metanowych. Wyd. Śląsk. Katowice. [24] Gumiński A. (1996): Charakterystyka bocznicy wentylacyjnej z uwzględnieniem depresji naturalnej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo 1996, nr 232. [25] Janus J., Krawczyk J., Kruczkowski J. (2011): Porównanie symulacji numerycznych z wynikami pomiarów rozkładów pól prędkości w przekrojach chodników kopalnianych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Tom 13, nr 1-4/2011, Kraków. [26] Karbownik A., Poloczek F., Chroszcz H (1984): Podstawy projektowania kopalń. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice. [27] Kolarczyk M. (1999): Bocznice względem siebie przekątne, równoległe, quasi-równoległe, szeregowe i quasi-szeregowe w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Materiały 1 Szkoły Aerologii Górniczej, Zakopane. [28] Kolarczyk M. (2005): Przykłady niejednoznacznego wpływu zmian oporów bocznic na rozpływ powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych niepłaskich, XII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Górnicze Zagrożenia Naturalne 2005, Ustroń. Wyd. GIG Katowice. [29] Konsek S., Mazurek C., Jendrzejek K., Słowik A. (2014): Regulacja przewietrzania w grupowym prądzie powietrza odprowadzanym do szybu wydechowego jako element optymalizacji i stabilizacji sieci wentylacyjnej kopalni na przykładzie KWK „Jankowice”. Górnictwo – Perspektywy, zagrożenia. Monografia pod redakcją F. Plewy, H. Badury. Wyd. Pol. Śl. Gliwice. Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej 24-25.02.2014 Kraków. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 10 (254)/2015. [30] Krause E., Łukowicz K. (1999): Zagrożenie metanowe. W: Koncentracja wydobycia, a zagrożenia górnicze. Praca zbiorowa pod redakcją J. Dubińskiego. Wyd. GIG Katowice. [31] Krause E., Cybulski K. (2000): Współczesne aspekty zagrożeń gazowych i pyłowych w polskich kopalniach podziemnych. Bezpieczeństwo i Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 10. [32] Krause E., Łukowicz K. (2004): Zasady prowadzenia ścian w warunkach zagrożenia metanowego. Wyd. GIG Katowice – Instrukcja nr 14. [33] Krause E., Słowik A. (2018): Wpływ prowadzenia sekcji obudowy zmechanizowanej w chodniku przyścianowym na zasięg penetracji powietrza w zrobach ścian przewietrzanych sposobem „U” po caliźnie węglowej. Materiały XXVII Szkoły Eksploatacji Podziemnej, 26-28.02.2018, Kraków. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 96 [34] Krause E., Wierzbiński K. (2008): Wpływ zmian parametrów wentylacyjnych na zagrożenie metanowe w ścianach przewietrzanych na „U” (po caliźnie węglowej). XV Międzynarodowa Konferencja Górnicze Zagrożenia Naturalne. Prace naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko nr 4/2. [35] Krause E. (2009): Ocena i zwalczanie zagrożenia metanowego w kopalniach węgla kamiennego. Praca habilitacyjna. Wyd. GIG, Katowice. [36] Kolarczyk M., Oleksy M., Pach G. (2005): Charakterystyki zastępcze otoczeń podsieci oddziałów wydobywczych w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo z. 270, Gliwice. [37] Ligęza P., Poleszczyk E., Skotniczny P. (2008): Analiza rozkładu prędkości powietrza w warstwie przyściennej w warunkach przepływu w wyrobisku górniczym. Przegląd Górniczy, Nr 7-8. [38] Łuszczykiewicz H. (1973): Wentylacja, klimatyzacja i pożary podziemne. Wyd. Politechnika Wrocławska, Wrocław. [39] Madeja-Strumińska B., Nędza Z., Strumiński A. (1993): Projektowanie wymuszonego rozpływu powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych w warunkach zagrożeń gazodynamicznych. Wyd. Politechnika Wrocławska. [40] Madeja-Strumińska B., Strumiński A. (2002): Ocena szczelności tam i zamknięć wentylacyjnych w kopalniach podziemnych w oparciu o badania termowizyjne. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 12. [41] Madeja-Strumińska B., Strumiński A. (2004): Projektowanie naturalno-wymuszonych rozpływów powietrza w kopalniach podziemnych. Wyd. Politechnika Wrocławska. [42] Madeja-Strumińska B., Strumiński A. (2004): Optymalizacja wymuszonych rozpływów powietrza w warunkach skrępowanych oraz ocena wybranych zagrożeń w kopalniach podziemnych. Wyd. Politechnika Wrocławska. [43] Mazurek C., Jendrzejek K., Słowik A., Zimnol A. (2017): Profilaktyka metanowa i pożarowa w trakcie eksploatacji i likwidacji ściany o metanowości 30-40 m 3 CH4/min przewietrzanej na tzw. „krótki Y” na przykładzie ściany Z-10 w pkł. 408/1 w KWK ROW Ruch Jankowice. Materiały Polskiego Kongresu Górniczego, 20-22.11.2017, Wyd. AGH Kraków. [44] Mazurek Cz., Jendrzejek K., Słowik A., Juzek T. (2018): Profilaktyka zagrożenia pożarowego w płocie węglowym na podstawie doświadczeń KWK ROW Ruch Jankowice. Górnictwo. Perspektywy i zagrożenia. Volume 7, issue 1, Gliwice, Konferencja CKI Politechniki Śląskiej, 8-10.05.2018. [45] Mazurek Cz., Jendrzejek K., Słowik A., Zimnol A., Trenczek S. (2019): Zagrożenie pożarowe w płocie węglowym w rejonie ściany przewietrzanej systemem na tzw. „krótki Y”.Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji, Górnictwo – perspektywy, zagrożenia, Volume 8, issue 1, Wyd. P.A. Nova, Gliwice 2019. [46] Musioł D. (2000): Analiza układów przewietrzania rejonów ścian w podsieciach wentylacyjnych w aspekcie zagrożenia metanowego, pożarowego i termicznego. Wiadomości Górnicze, nr 6. [47] Musioł D (2008): Zmiany struktur sieci wentylacyjnych w restrukturyzowanych kopalniach węgla kamiennego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo, 2008 nr 286. Praca doktorska: Sposób poprawy rozpływu powietrza w podsieciach wentylacyjnych poprzez regulację przewietrzania w prądach powietrza zużytego strona 97 [48] Musioł D. (2009): Analiza niezbędnych ilości powietrza w rejonach eksploatacyjnych – przepisy a praktyka. Materiały 5 Szkoły Aerologii Górniczej, Wyd. Politechniki Wrocławskiej. [49] Musioł D., Pach G. (2014): Projektowanie rozpływu powietrza w sieciach wentylacyjnych. Przykłady obliczeniowe. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice. [50] Pawiński J., Roszkowski J., Strzemiński J. (1995): Przewietrzanie kopalń. Śląskie Wydawnictwo. Techniczne, Katowice. [51] Polak Z., Strumiński A., Urbański J. (1990): Zasady projektowania wentylacji głównej i odrębnej w warunkach zagrożeń gazodynamicznych. Wyd. Politechnika Wrocławska, Wrocław. [52] Praca zbiorowa (1974), Poradnik górnika Tom III. Wydawnictwo Śląsk. [53] Projekt strategiczny Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach”. Informacja z realizacji zadania badawczego nr 2 „Opracowanie zasad projektowania robót górniczych w warunkach występowania skojarzonego zagrożenia metanowo – pożarowego w aspekcie systemów przewietrzania w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny” realizowany przez Katedrę Górnictwa Podziemnego Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo–Hutniczej w Krakowie pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Nikodema Szlązaka. [54] PN-73-G-60101 (1973): Przewietrzanie wyrobisk górniczych. Tamy wentylacyjne. Zasady projektowania i wykonania. [55] Roszczynialski W., Wacławik J. (1974): Obliczanie i pomiary w aerologii górniczej. Wyd. AGH, Kraków. [56] Roszczynialski W., Wacławik J. (1983): Aerologia górnicza. PWN, Warszawa. [57] Roszczynialski W., Trutwin W., Wacławik J. (1992): Kopalniane pomiary wentylacyjne. Wyd. Śląsk, Katowice. [58] Roszczynialski W., Nawrat S., Szlązak J., Tomczyk J. (1999): Bezpieczna kopalnia – prawo, zagrożenia, zarządzanie. Wyd. AGH Kraków. [59] Roszkowski J. (1968): Wydzielanie się metanu do podziemnych wyrobisk korytarzowych jako podstawa do projektowania przewietrzania. Wyd. AGH, Kraków. [60] Roszkowski J., Szlązak J., Szlązak N. (1999): Zagrożenie metanowe w kopalniach węgla kamiennego i jego zwalczanie. Materiały 1 Szkoły Aerologii Górniczej, Zakopane. [61] Roszkowski J., Nowak B., Ptaszyński B. (2002): Wykonanie kompleksowej oceny zdolności sieci wentylacyjnej nowego modelu KWK „Jankowice”. Dokumentacja pracy badawczej AGH, Kraków. [62] Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 23 listopada 2016 r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych. Dz. U. z 2017 r. Poz. 1052. [63] 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. Dz. U. Nr 139, poz. 1169, z 2006 r. Nr 124, poz. 863 oraz z 2010 r. Nr 126, poz. 855 z późn. zm. [64] Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 1 sierpnia 1969 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy oraz bezpieczeństwa pożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Dz. U. z 1969 r. Nr 24, poz. 176 z późn. zm.