dr Henryk Michalik
mgr inż. Stanisław Nawrat
mgr

inż.

Wacław Żyła

Rybnicko-

Jastrzębskie Gwarectwo Węglowe

WYBRANE ZAGADNIENIA PRZEWIETRZANIA

WYROBISK KORYTARZOWYCH DRĄŻONYCH

KOMBAJNAMI Z ZASTOSOWANIEM

WENTYLACJI KOMBINOWANEJ

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 2

-

1.

Wstęp

W

wyrobiska

ch korytarzowych drążonych za pomocą kombajnów,

zastosowanie określonego sposobu ich przewietrzania uzależnione jest nie tylko od
stanu zagrożenia metanowego, ale także coraz częściej od warunków
klimatycznych i możliwości zwalczania zapylenia powietrza. Zapewnienie w
powyższych wyrobiskach prawidłowych parametrów komfortu i bezpieczeństwa
pracy wymaga w wielu przypadkach za

stosowania skomplikowanych układów

współpracujących ze sobą i współzależnych urządzeń wentylacyjnych,
odpylających i chłodniczych.

W ostatnich latach w kopalniach RJGW, nastąpił istotny -wzrost ilości wyrobisk

drążonych kombajnami, co pociągnęło za, sobą m. innymi konieczność rozsze-
rzenia stosowanych środków ochrony przed szkodliwym zapyleniem powietrza.
Jednym z podstawowych środków to wytrącanie pyłów za pomocą
przyprzodkowych odpylaczy o wysokiej sprawności. W przypadku kopalń RJGW,
dla w/w. celów, wdrożono do ruchu odpylacze mokre typu IO-500Ch i IO-600Ch
(produkcji krajowej) ora? suche firmy H

ölter typu HBKM--200, 300, 400 i firmy

Voest Alpine typu VAM-200 (z importu).

W związku z postępującym stale w kopalniach RJGW procesem schodzenia z

eksploatacją na poziomy głębsze (800 m — 1000 m), należy spodziewać się w
niedalekiej przyszłości stosowania urządzeń chłodniczych nie tylko przy
prowadzeniu robót udostępniających, ale także przy drążeniu wyrobisk korytarzo-
wych z wykorzystaniem kombajnów. W 1986 r. urządzenia chłodnicze typu
GUC-

250p, wdrożone zostały w kopalniach Morcinek (poz. 950 m) i l Maja (póz.

850 m) dl

a zwalczania zagrożenia temperaturowego przy drążeniu kamiennych

wyrobisk udostępniających. Wprowadzenie do wyrobisk w/w. urządzeń wymusza
stosowanie wentylacji kombinowanej w przypadku odpylaczy oraz wentylatorów
lutniowych w trasie lutniociągu dla chłodnic powietrza. Uwzględniając dodatkowe
stosowanie pomocniczych urządzeń wentylacyjnych (strumienie, dysz, itp.) w
ramach profilaktyki metanowej, sposób bardzo wyraźny zarysowuje się obraz
skomplikowanego systemu przewietrzania oraz zwalczania, zagrożeń naturalnych
w wyrobiskach korytarzowych drążonych kombajnami.

Ze względu na wysokie wymagania jakościowe i ilościowe urządzeń i sprzętu,

zapewniających bezpieczne drążenie wyrobisk i poprawne warunki komfortu pracy,
przytoczone powyżej zagadnienia wymagają szczegółowej analizy w aspekcie
możliwości zaspokojenia aktualnych i przyszłościowych potrzeb kopalń w tymże
zakresie, poprzez producentów krajowych.

Bogatsze doświadczenia w stosowaniu różnorodnych sposobów wentylacji

i środków profilaktyki metanowo-temperaturowo-pyłowej, oparte o wieloletnią
praktykę ruchową, posiada górnictwo światowe. W niniejszym artykule omówiono
skrótowo stan istniejący aktualnie w kopalniach RJGW oraz perspektywy
stosowania wentylacji kombinowanej współpracującej z odpylaczami i chłodnicami,
opracowane przy wykorzystaniu informacji uzyskanych z czasopism Bergbau (1)
i Glückauf (2). Marginesowo potraktowane zostały problemy związane z kontrolą
zagrożenia metanowego i przewietrzania wyrobisk, ponieważ stanowią one
odrębne, bardzo szerokie zagadnienie.

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 3

-

2.

Stosowanie instalacji odpylających kombajnów chodnikowych oraz
urządzeń chłodniczych w kopalniach RJGW.

2.1. Odpylacze mokre

W 1986 r. stosowanych było łącznie 8 szt. odpylaczy mokrych typu IO-500Ch

lub IO-600Ch, w wyro

biskach kopalń Rydułtowy, Rymer, Chwałowłce i Jankowice,

w polach niemetanowych względnie zaliczonych do I kategorii zagrożenia
metanowego. Wydatki powietrza instalacji odpylających utrzymują się na ogół w
wysokości 150 m

3

/min w przypadku odpylaczy IO-500Ch oraz 300 m

3

/min przy

odpylaczach IO-

600Ch. Skuteczność odpylania w obydwu typach wynosi około

70%.

Zastosowanie w/w. odpylaczy wymaga wentylacji kombinowanej z tłoczącym
lutniociągiem zasadniczym, którym najczęściej jest lutniociąg elastyczny
wyposażony w wentylator elektryczny lub ich zespól. Końcówka lutniociągu w
przodku jest perforowana, przy czym wylot lutniociągu jest zaślepiony przy pracy
odpylacza i otwarty po jego wyłączeniu. Schemat ideowy wentylacji przedstawia
Rys. 1.

Rys.1. Przewietrzanie strefy przyprzodkowej za pomocą lutniociągu zasadniczego

i odpylacza

Lutniociąg zasadniczy wydłużany jest sukcesywnie o 10 m lub 15 m w

zależności od zastosowanej średnicy lutni elastycznej, przy czym dla zachowania

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 4

-

prze

pisowej odległości od przodka stosowane są także krótkie odcinki lutni.

Wydatki powietrza zasadniczych lutniociągów tłoczących są większe od wydatków
odpylaczy średnio o 10-20%. Zmienna odległość lutniociągu zasadniczego
powoduje występowanie w przodku odmiennych warunków wentylacyjnych
odpylania, w zależności od wzajemnego położenia względem siebie odpylacza
i końcówki lutniociągu zasadniczego. W skrajnych położeniach lutniociągu
zasadniczego względem przodka, w strefie przyprzodkowej występują:

— zwiększone zapylenie powietrza po wydłużeniu lutniociągu (wzbijanie

obłoków pyłu),

— zmniejszona intensywność przewietrzania, w trakcie postoju odpylacza

przed wydłużeniem lutniociągu, co jest bardzo niebezpieczne w warunkach
istnienia zagrożenia metanowego.

Stan techniczny urządzeń odpylaczy budzący zastrzeżenia (częste awarie)

oraz powszechny brak lutni elas

tycznych ssąco-tłoczących powodują obniżanie

wydaj

ności odpylaczy, a tym samym zmniejszanie intensywności przewietrzania

stref przyprzodkowych.

W wyrobiskach z odpylaczami IO-500Ch lub IO-600Ch w polach

niemetanowych i I kategorii zagrożenia metanowego nie stosuje się zabezpieczeń
metanometrycz

nych. Mimo występujących wad w/w. odpylaczy i stosowanych

urządzeń wentylacyjnych, stanowią one jednak niewątpliwy krok naprzód z
zakresie zwal

czania zapylenia powietrza przy drążeniu wyrobisk korytarzowych za

pomocą kombajnów.

2.2. Odpylacze suche

Odpylacze suche o łącznej ilości 4 szt. stosowane są w ramach prób

ruchowych na kopalniach Borynia i XXX-Lecia PRL w polach III i IV kategorii
zagrożenia metanowego. Typy odpylaczy i ich nominalne wydatki powietrza,
stwierdzone także pomiarami ruchowymi, przedstawiają się następująco:

— HBKM-200 V = 200 m

3

/min,

— VAM-200, V = 200 m

3

/min,

— HBKM-300, V = 300 m

3

/min,

— HBKM-400, V = 400 m

3

/min.

Na układ wentylacyjno-odpylający (Rys. 3.a) w wyrobiskach. z w/w

odpylaczami, oparty o wentylację kombinowaną, składają się następujące
elementy:

a)

lutniociąg zasadniczy elastyczny lub blaszany, w strefie przyprzodkowej
zakończony elastyczną zasobnikową, odcinkiem z lutni Coanda oraz klapą
zamykającą (regulacyjną) na wylocie,

b)

instalacja odpylająca z odpylaczem (wentylatorami) i lutniociągiem
elastycznym dostosowanym do pra

cy ssąco-tłoczącej,

c) strumienica pod stropem

w przypadku stwierdzenia występowania

zagrożenia metanowego.

Końcówka lutniociągu zasadniczego i instalacja, odpylająca przesuwają się

wraz z kombajnem (z wyko

rzystaniem prowadników szynowych), dzięki czemu

zachowane są w przybliżeniu stałe parametry wentylacyjno-gazowo-pyłowe w
strefie przyprzodkowej wy

robiska. Stan zagrożenia metanowego wyrobisk

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 5

-

zaliczonych do III i IV kategorii zagrożenia metanowego wymagał zastosowania
rozbudowanego

systemu

za

bezpieczeń metanometrycznych obejmującego

m. innymi 4 czujniki zlokalizowane:

— na wylocie z odpylacza,
— pod stropem i na linii zakładki dwóch lutniociągów (od wylotu z odpylacza do

lutni Coanda),

— na wysięgniku organu urabiającego kombajnu.

Przeprowadzone próby stosowania odpylaczy suchych, potwierdziły ich dużą

przydatność ruchową oraz wysoką sprawność odpylania. Nadmienić należy, że
przy dalszym wdrażaniu odpylaczy suchych mogą wystąpić trudności we
właściwym wykorzystaniu ich możliwości wentylacyjnych, głównie na skutek
niedos

tatku lub wręcz braku właściwego sprzętu i urządzeń wentylacyjnych

produkcji krajowej, składających się na szeregowe elementy lutniociągu
zasadniczego. Po

wyższe braki mogą dotyczyć m. innymi:

— lutni blaszanych o średnicach 0,8 m i 1 m oraz elastycznych o średnicach

1 m i 1,2 m,

— wysokowydajnych wentylatorów lutniowych,
— lutni elastycznych ssąco-tłoczących,
— lutni zasobnikowych,
— lutni Coanda,
— klap zamykających (regulacyjnych) wylot lutniociągu, sterowanych

automatycznie.

2.3.

Urządzenia chłodnicze

Urządzenia chłodnicze GUC-250p o wydajności chłodniczej 250 kW z

chłodnicami powietrza o wydajności 115 kW, zabudowane są w kopalni 1 Maja
(2 szt.) oraz w kopalni Morcinek (2 szt.). Trzy spośród w/w. urządzeń zastosowane
są do schładzania powietrza przy drążeniu kamiennych wyrobisk udostępniających.
W kopalni Morcinek jedna z chłodnic powietrza zabudowana jest w lutniociągu
zasadniczym doprowadzającym powietrze do przodka chodnika podścianowego
A-

2 pokł. 404/1-2 drążonego za pomocą kombajnu. Chłodnica o średnim wydatku

powietrza około 250 m

3

/min, zaopatrzona w wentylator lutniowy, wbudowana jest

szeregowo w lutniociąg zasadniczy w odległości 150 m od czoła przodku (Rys. 2a).
W przy

padkach pozostałych chłodnica powietrza jest zabudowana w krótkim

boczniku równoległym do lutniociągu zasadniczego, w odległości 100-150 m od
drążonego wyrobiska (Rys. 2b).

W niedalekiej przyszłości przewiduje się zastosowanie urządzeń chłodniczych

w kopalniach Anna, Bory-nia i XXX-Lecia PRL oraz

zabudowę dalszych urządzeń w

kopalni Morcinek.

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 6

-

Rys.2. Lokalizacja chłodnic powietrza a) w lutniociągu zasadniczym,

b) w boczniku równ. do lutn. zasadniczego

3.

Metody przewietrzania stref przyprzodkowych wyrobisk drążonych
kombajnami przewidzi

ane do wdrożenia i stosowania

Bazując na dotychczasowych wynikach prób ruchowych urządzeń

wentylacyjno-

pyłowych i stosowanych systemach wentylacji w przodkach wyrobisk

kombaj

nowych kopalń Borynia i XXX-Lecia PRL, jak również uwzględniając

osiągnięcia górnictwa, światowego w tym zakresie można stwierdzić, że w
kopalniach naszych dojdzie do zastosowania lub rozpowszechnienia co najmniej
kilku wariantów układów urządzeń wentylacyjno-pyłowych, powiązanych także z
urządzeniami chłodniczymi.

Wybór najbardziej korzystnych układów wentylacyjnych uzależniony będzie od

wyników dalszych szczegółowych prób nowych rozwiązań, przy czym należy
założyć, że może dojść do ich modyfikacji w następstwie występowania w
kopalniach odmien

nych warunków naturalnych i technicznych. W niniejszym

artykule przytoczono 3 warianty układów urządzeń wentylacyjno-pyłowych, których
charakte

rystykę przedstawiono poniżej.

Wariant I (Rys. 3a)

Wariant I dotyczy wyposażenia strefy przyprzodkowej w urządzenia

wentylacyjno-

pyłowe omówione w pkt. 2.2, Wyposażenie to obejmuje strumienicę,

odpylacz oraz, lutniociąg zasadniczy zakończony lutnią zasobnikową, lutniami

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 7

-

Coanda oraz zasuwą regulacyjną, sterowaną automatycznie w zależności od
postoju lub pracy kombajnu (wydajności odpylacza). Zastosowanie lutni Coanda a
tym samym ruchu wi

rowego powietrza i większej energii jego przepływu wzdłuż

ociosów i stropu, pozwala na uzyskanie dobrych efektów w usuwaniu nagromadzeń
metanu i jego rozrzedzaniu.

Równocześnie brak dynamicznego uderzenia strugi powietrza w rejon

przodku, do jakiego dochodzi przy otwartym wylocie lutniociągu, przyczynia się do
znacz

nej poprawy efektów odpylania. Bardzo ważnym elementem, szczególnie

przy występowaniu znacznego zagrożenia metanowego, jest zastosowanie
strumienicy spr

ężonego powietrza pod stropem wyrobiska, przy czym jej właściwa

lokalizacja pozwala na usuwanie wydzielającego się metanu a równocześnie nie
pogar

sza skuteczności odpylania. Zastosowanie lutni zasobnikowej oraz

połączenie odpylacza i końcówki lutniociągu z prowadnikiem szynowym za
kombajnem, pozwala, na równoczesny przesuw kompletu urządzeń w kierunku
przodka i utrzymanie niezmiennych warunków wentylacyjno-gazowo-pyłowych.
Zasuwa regulacyjna na wylocie lutniociągu otwiera się w małym zakresie przy
obniżaniu się wydajności odpylacza oraz praktycznie całkowicie przy jego postoju.

Wariant II (Rys. 3b)

Wariant II jest modyfikacją wariantu I uwzględniającą zastosowanie w przodku

chłodnicy powietrza. na przedłużeniu lutniociągu zasadniczego. Podstawowe
urządzenia zlokalizowane w przodku to:

— lutniociąg zasadniczy cofnięty do przodku, zakończony lutnią zasobnikową

i upustem bocznym,

— lutniociąg pomocniczy wyprzedzający, stanowiący przedłużenie lutniociągu

zasadniczego bezpośrednio za upustem,

— strumienica oraz odpylacz.

Lutniociąg pomocniczy składa się z wentylatora, chłodnicy powietrza, lutni

Coanda i zasuwy regulacyj

nej. Istotnym elementem w/w kompleksu urządzeń jest

upust powietrza, który zastosowano ze względu na to, że chłodnica powietrza ma
ogranicz

oną przepustowość wentylacyjną, a zatem nie może schłodzić całkowitej

ilości powietrza prowadzonego lutniociągiem zasadniczym. Równocześnie upust
umożliwia bardziej swobodne dokonanie doboru wentylatora chłodnicy powietrza,
ponieważ nie zachodzi potrzeba szczegółowego rozwiązywania i rygorystycznego
utrzymywania

skomplikowanej

współpracy

z

wentylatorem

lutniociągu

zasadniczego. Awaria lub postój wentylatora chłodnicy powietrza, dzięki
zastosowaniu upustu nie wywołuje powstania dużego nadciśnienia w lutniociągu
zasadniczym, a tym samym zwiększonych strat powietrza. Działanie pozostałych
elementów wyposażenia wentylacyjno-pyłowego przodka jest identyczne jak w
wariancie I.

Wariant III (Rys. 3c)

Wariant III jest rozwiązaniem zbliżonym do wariantu II w zakresie

usprzętowienia, a różnice występują w lokalizacji urządzeń w przodku. Lutniociąg
zasadniczy, pozbawiony lutni zasobnikowej, oddalony jest od przodku, natomiast

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 8

-

lutniociąg pomocniczy, zbudowany z elementów identycznych jak w poprzednim
wariancie, zlokalizowany jest nie na wprost lutnio

ciągu zasadniczego, ale

równolegle do niego (na zakładkę).

Intensywność przewietrzania przodka, będąca efektem działania w/w

zmodyfikowanego układu wentylacyjnego, w zasadzie nie odbiega od wartości
m

ożliwych do uzyskania przez stosowanie powyższych wariantów. Różnicę stanowi

brak lutni zasobnikowej na lutniociągu zasadniczym co przyczynia się, w miarę
postępu przodku, do zmiany długości strefy wpływów pomiędzy zespołem
odpylacza i lutniociągu pomocniczego a lutniociągiem zasadniczym.

Bardzo ważnym zagadnieniem przewietrzania strefy przyprzodkowej

wszystkich rozpatrywanych wariantów jest wzajemne położenie względem siebie
wlotów (war. II i III) i odpylacza. W/w odległości muszą być zawarte w
odpowiedn

ich przedziałach tak, ażeby zapewnione było przynajmniej minimalne

przewietrza

nie stref zazębiania się lutniociągów.

Do współpracy z instalacjami wentylacyjnymi zainstalowanymi w przodku
kombajnowym można zastosować także manipulator strumienia i wtórny wyrzutnik,
których zadaniem jest dalsza poprawa intensywności przewietrzania strefy
przyprzodkowej. Manipulator strumienia stanowi sterowana automatycznie
dwudzielna klapa odcinająca umieszczona na końcu lutniociągu zasadniczego
(war. I) lub pomocnicze

go (war. II i III). Klapa odcinająca wyposażona jest w otwory

(na ogół 4 szt. w kształcie wycinka koła), poprzez które wyrzucane jest powietrze w
kie

runku przodku z prędkością pozwalającą na poprawę w nim warunków

klimatycznych oraz dobre rozrzedzenie wy

dzielającego się metanu, bez

negatywnego wpływu na efekty odpylania. W przypadku postoju kombajnu
(odpylacza) obie połówki klapy są otwarte do wnętrza lutni stwarzając tym samym
wolną drogę dla powietrza prowadzonego lutniociągiem.

Innym sposobem poprawy w

przodku warunków klimatycznych oraz

zwiększenia prędkości powietrza pod stropem w dowolnie wybranym odcinku strefy
przyprzodkowej jest zastosowanie w lutniociągu zasadniczym, pomocniczym lub
odpylaczu wtórnego wyrzutnika powietrza składającego się z dwóch lutni
blaszanych o różnych średnicach (lutnia o mniejszej średnicy włożona do lutni
większej). Dobór lutni o różnych średnicach (mimośrodowe umieszczenie lutni)
pozwala na uzyskanie otworu w kształcie sierpa, poprzez który wypływa szybka
struga powietrza w kierunku przodku, w rejon dowolnie wybrany w za

leżności od

usytuowania w/w. szczeliny względem osi lutniociągu.

Wyrzutnik wtórny daje dobre efekty przy wykorzystaniu go do przewietrzania

stref wspólnego działania poszczególnych lutniociągów (na odcinku zakładki)
względnie jako rozwiązania zastępującego upust boczny. Zastosowanie wtórnego
wyrzutnika w miejsce upustu bocznego lutniociągu zasadniczego pozwala na
bardziej intensywne i ukierunkowane (np. pod strop) przewietrzanie odcinka
wyrobiska od upustu (wyrzutnika) do lutni Coanda.

Sposób zabezpieczenia, metanometrycznego przodków kombajnowych,

wyposażonych w urządzenia wentylacyjne przedstawione w powyższych
wariantach, powi

nien być zbliżony do systemu stosowanego aktualnie przy ruchu

próbnym odpylaczy VAM-200 oraz HBKM-200, 300 i 400 w kopalniach Borynia
i XXX-Lecia PRL (opis w pkt. 2.2).

Wdrożenie do normalnego ruchu przedstawionych w powyższych wariantach

systemów wentylacji lub ich pojedynczych elementów uzależnione będzie od

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 9

-

wyników prowadzonych prób a przede wszystkim od ilości i jakości urządzeń
wentylacyjnych (z osprzętem) produkcji krajowej.

Rys.3. Przewietrzanie strefy przyprzodkowej wyrobisk drążonych kombajnem

a) lutn. zasadn. + odpylacz + strumienica

b) lutn. zasad. + szer

eg, lutn. pom. z chłodn. + odpyl. + strum.

c) lutn. zasad. + równ. lutn. pomoc z chłodn. + odpyl. + strum.

4. Wnioski

4.1.

Prowadzić dalsze próby stosowania w polach metanowych, chodnikowych
odpylaczy i chłodnic powietrza ora? wariantowych układów wentylacji
odrębnej strefy przyprzodkowej wyrobisk drążonych kombajnami,
zakładających wykorzystanie:

— lutniociągu zasadniczego oraz szeregowego lub równoległego lutniociągu

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 10

-

pomocniczego wyposa

żonego w wentylator i chłodnicę powietrza,

— odpylacza chodnikowego,
— strumienicy,
— lutni Coanda,
— lutni zasobnikowych,
— zasuwy regulacyjnej lub manipulatora strumienia,
— upustu bocznego lub wyrzutnika wtórnego.

4.2.

Uruchomić względnie rozszerzyć produkcję:

— wysokowydajnych odpylaczy o wydatku 200-400 m

3

/min,

— wentylatorów lutniowych, lutni metalowych o średnicy 0,8 i 1 m oraz

elastycznych o średnicy Im i 1,2 m, celem stworzenia możliwości uzyskania
w przodkach drążonych wyrobisk ilość powietrza 300-500 m

3

/min,

— lutni elastycznych ssąco-tłoczących (zasobnikowych) oraz lutni Coanda,
— zasuw regulacyjnych sterowanych automatycznie.

4.3.

Ustalić sposoby zabezpieczeń i kontroli przodków kombajnowych
urządzeniami metanometrii i anemometrii automatycznej.

4.4.

Opracować sposoby projektowania wentylacji kombinowanej wyrobisk
wyposażonych w zespoły urządzeń wentylacyjno-chłodniczo-pyłowych.

4.5.

Opracować i wydać odpowiednie wytyczne w zakresie stosowania w
wyrobiskach skomplikowanych układów lutniociągów tłoczących i ssących
łącznie z wentylatorami w przodkowych lutniociągach zasadniczych (w trasie)
w aspekcie zapewnienia prawidłowych warunków klimatycznych, gazowych i
pyłowych.

Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie Nr3(76)

- 11

-

Literatura

1. Graumann K.:

Przewietrzanie w przodkach wyposażonych w chodnikowe

kombajny i urządzenia odpylające. Bergbau, wydanie specjalne maj-czerwiec
1978r.

2. Graumann K., Gastberg L.: Przewietrzanie strefy przodkowej w chodnikach

drążonych kombajnami. Gl

ückauf nr 15/1984.08.09.