___________________________________________________________________________
Propozycja wykorzystania wyrobisk złoża soli
w zakresie wentylacji oraz prewencji aerologicznych
zagrożeń naturalnych na poziomie złoża rud miedzi
w obszarze „GGP”
Krzysztof Soroko1), Marcin Danis1), Sebastian Gola1), Władysław Turkiewicz2)
1)
KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG „Polkowice-Sieroszowice” 2)
KGHM CUPRUM sp. z o.o. – CBR Streszczenie
Prognozuje się, że prowadzenie eksploatacji złoża rud miedzi w obszarze „Głogów Głęboki Przemysłowy” będzie silnie związane ze znacznym wzrostem występowania zagrożenia kli-matycznego oraz zagrożenia zjawiskami gazowymi i gazogeodynamicznymi. Ze względu na liczbę i lokalizację planowanych do drążenia szybów, dużym wyzwaniem dla kopalń KGHM Polska Miedź S.A. będzie system wentylacji, zapewniający wymagane wielkości wydatków powietrza dla przewietrzenia przyszłych frontów eksploatacyjnych oraz drążonych wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych, który w znacznym stopniu zdeterminuje planowane wy-dobycie. Obecna wiedza oraz plany sczerpywania głębokich obszarów złoża umożliwiają przeprowadzenie analizy możliwości działań zabezpieczających przyszłą eksploatację złoża rud miedzi, w aspekcie zwalczenia aerologicznych zagrożeń naturalnych. W artykule przed-stawiono koncepcję wykorzystania wyrobisk poziomu złoża soli – jako ważny element w sys-temie wentylacji oraz prewencji aerologicznych zagrożeń naturalnych przy udostępnianiu głębszych poziomów złoża rud miedzi, i w obszarze „GGP”.
Słowa kluczowe: złoże soli kamiennej, aerologiczne zagrożenia naturalne, udostępnianie złoża rud miedzi
Proposal of salt deposit utilization in the range of ventilation and
aerological natural hazards on the level of copper ore deposit
within “GGP” area
Abstract
It is forecasted that copper ores deposit exploitation within “Glogow Gleboki Przemyslowy” area will be strongly connected with substantial increase of climatic, gases and gas-dynamic hazards occurrence. Because of the number and localization of shafts planned to be sunk, a serious challenge for the mines of KGHM Polska Miedz S.A. will be the ventilation system, ensuring required volumes of air to ventilate future exploitation fronts and excavating devel-opment headings, which will substantially determine future excavation. The knowledge pos-sessed now as well as the plans of deep deposit areas excavation enable analyzing possi-bilities of prevention measures of future copper ores deposit exploitation in the aspect of overpowering the aerological natural hazards. In the paper the concept of utilizing salt de-posit headings is shown as an important component of ventilation system and aerological natural hazards prevention while developing deeper levels of copper ores deposit and within “GGP” area.
Wprowadzenie
Zapewnienie planowanego wydobycia przez kopalnie KGHM Polska Miedź S.A., do roku 2035 [4] uwarunkowane jest utrzymaniem planowego harmonogramu udostęp-nienia obszaru górniczego „Głogów Głęboki Przemysłowy” i otwarciem nowych pól eksploatacyjnych. Udostępnienie wymienionych obszarów wiąże się z uzyskaniem pełnej struktury sieci wentylacyjnej, poprzez rozcięcie złoża wyrobiskami udostęp-niająco-przygotowawczymi, oraz wykorzystaniem pełnych możliwości wentylacyj-nych nowych szybów SW-4 i GG-1.
Obecnie szacuje się, że utrzymanie wydobycia na zakładanym poziomie w udostępnianych obszarach złoża będzie zapewnione przy doprowadzaniu szybem SW-4 docelowego wydatku powietrza 72000 m3/min, natomiast szybem GG-1 po-wietrza o maksymalnym wydatku około 40000 m3/min.
Jednakże na podstawie doświadczeń kopalni „Polkowice-Sieroszowice” i kopalni „Rudna”, w aspekcie obecnie występujących aerologicznych zagrożeń naturalnych można stwierdzić, że możliwość realizacji założonego harmonogramu udostępnienia głębszych obszarów złoża, będzie ściśle determinowana zagrożeniami naturalnymi, głównie wysoką temperaturą oraz zagrożeniem gazowym i zjawiskami gazogeody-namicznymi. Intensywny wzrost poziomu wymienionych zagrożeń w ostatnich la-tach, istotnie wpływa na opóźnienia zarówno w sukcesywnym udostępnianiu głęb-szych partii złoża, jak też w zachowaniu planowej ciągłości wydobycia na obecnych głębokościach eksploatacji. Konsekwencją obecnej sytuacji może być w najbliższym czasie konieczność pilnej weryfikacji planów produkcji i całej strategii funkcjonowa-nia KGHM Polska Miedź S.A.
Uwzględniając dotychczasowe doświadczenia wyżej wymienionych kopalń w prowadzeniu robót górniczych, przy stale wzrastającym poziomie aerologicznych zagrożeń naturalnych, w niniejszym artykule przedstawiono propozycję wykorzysta-nia wyrobisk drążonych w złożu soli kamiennej, jako alternatywę działań profilak-tycznych skutecznie zabezpieczających utrzymanie planowanej ciągłości produkcji oraz udostępniania głębszych obszarów złoża rud miedzi. Wyrobiska solne mogą stanowić również bardzo ważny element w całym systemie wentylacji, do czasu uzyskania docelowej struktury sieci wentylacyjnej w perspektywicznych obszarach złoża rud miedzi.
1. Planowane udostepnienie głębszych obszarów złoża rud miedzi Udostępnianie głębszych obszarów złoża rud miedzi, w tym obszaru „Głogów Głęboki Przemysłowy”, realizowane jest przez kopalnię „Polkowice-Sieroszowice” wiązkami wyrobisk upadowych „D” oraz „I” (rys. 1). Aktualnie najgłębszymi wyrobi-skami łączącymi wymienione wiązki upadowych, są chodniki T/W-145. Planuje się, że przygotowanie pól eksploatacyjnych znajdujących się poniżej chodników T/W-145, realizowane będzie poprzez wykonanie kolejnych wyrobisk łączących upadowe, tj. chodników T/W-259S oraz chodników T/W-359S, łączących podszybie szybu SW-4 z wiązką upadowych „I”.
Rys. 1. Plan udostępnienia głębszych obszarów złoża rud miedzi
Wykonanie wymienionego zakresu przewidziane jest na przełom 2016 i 2017 roku. Jednocześnie w kierunku głębionego szybu GG-1 obszaru „GGP” drążone będą wiązki wyrobisk upadowych „D” oraz „I”. Planowane połączenie upadowych „I” i „D” z szybem GG-1 przewidziane jest na 2019 r.
1.1. Geologiczno-górnicze uwarunkowania udostępnienia głębszych obszarów złoża
Przewietrzanie robót górniczych prowadzonych w polach eksploatacyjnych poniżej chodników T/W-145 oraz w obszarze „Głogów Głęboki Przemysłowy”, odbywać się będzie poprzez doprowadzanie powietrza od szybu SW-4 i od szybu GG-1, po jego zgłębieniu i włączeniu do sieci wentylacyjnej. Jednakże do czasu wykonania wyrobisk łączących szyb GG-1 z kopalnianą siecią wentylacyjną, ograniczone ilości powietrza doprowadzane wyrobiskami udostępniająco-przygotowawczymi, istotnie wpłyną na uruchomienie nowych pól eksploatacyjnych i planowaną wielkość wydobycia.
Doprowadzanie powietrza na upad przy braku możliwości zwiększenia jego wydat-ku, konieczność sukcesywnej zabudowy wentylatorów wolnostrumieniowych do tran-sportu powietrza oraz wzrost strat wewnętrznych, powoduje, że przy obecnej prze-
pustowości sieci wentylacyjnej, wykonywanie drążenia upadowych „D” oraz „I” wraz z budową infrastruktury transportu ciągłego, jest bardzo utrudnione. Również nieu-stanna zabudowa urządzeń klimatyzacyjnych w celu zapewnienia odpowiednich wa-runków pracy załodze, przy udostępnianiu głębszych partii złoża będzie czynnikiem wpływającym na utrzymanie planowej realizacji robót.
1.2. Prognoza aerologicznych zagrożeń naturalnych w obszarze GGP Prowadzenie wydobycia rudy miedzi na obecnych głębokościach, tj. przekracza-jących 1000 m p.p.m., wymaga zaangażowania wielu służb kopalni oraz podejmo-wania szeregu działań i wykorzystania środków technicznych, w celu zapewnienia bezpieczeństwa załogom górniczym, w aspekcie występujących aerologicznych za-grożeń naturalnych. Czynnikami, które warunkują poziom zagrożenia w drążonych wyrobiskach, są głównie wysoka temperatura pierwotna skał górotworu oraz gazy szkodliwe pochodzenia naturalnego i zjawiska gazogeodynamiczne. Natomiast wia-dome jest, że udostępnianie głębszych obszarów złoża i otwieranie nowych pól eks-ploatacyjnych, będzie ściśle związane z sukcesywnym wzrostem poziomu występu-jących aerologicznych zagrożeń naturalnych.
W odniesieniu do temperatury pierwotnej skał górotworu prognozuje się, że na głębokościach nowo udostępnianego obszaru złoża GGP, tj. od 1200 do 1350 m p.p.m., będzie ona często przekraczać 45 °C [4, 6], powodując tym samym znaczne pogorszenie warunków klimatycznych w przodkach wyrobisk. Przyjmując średnią wartość stopnia geotermicznego w obszarze GGP równą = 38,7 m/°C, na rys. 2 przedstawiono prognozowane zmiany wartości temperatury pierwotnej skał górotwo-ru, według empirycznej zależności Downorowicza [1], zweryfikowanej pomiarami do-łowymi.
Pogorszenie warunków klimatycznych w udostępnianych głębszych obszarach złoża będzie również wypadkową:
wydatków powietrza doprowadzanych do przodków, wynikających z ograni-czonej przepustowości rozcinanej sieci wentylacyjnej,
podgrzewania doprowadzanego powietrza w efekcie stosowania do jego transportu wentylatorów wolnostrumieniowych,
zabudowy szeregu stacji transformatorowych i rozdzielni elektrycznych na drodze transportu powietrza,
wentylacyjnych strat wewnętrznych, będących konsekwencją doprowadzania i odprowadzania powietrza wyrobiskami sąsiednimi,
wzrostu wilgotności doprowadzanego powietrza,
stosowania samojezdnych maszyn górniczych z napędem spalinowym, powolnym odprowadzaniem ciepła z wyrobisk wskutek małych prędkości
re-jonowych prądów powietrza.
Prowadzenie robót górniczych w tak trudnych warunkach wentylacyjno-klimatycznych, będzie wymagało podejmowania odpowiednich działań profilaktycz-nych, opartych przede wszystkim na środkach techniczprofilaktycz-nych, jak np. klimatyzacja lo-kalna czy też stanowiskowa. Przewiduje się również, że opanowanie zagrożenia klimatycznego na planowanych głębokościach, będzie narzucało konieczność po-szukiwania nowych, skuteczniejszych i ekonomicznie uzasadnionych środków bez-pieczeństwa umożliwiających drążenie wyrobisk.
-1150 -1100 -1050 -1000 -950 -900 -850 -800 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0 41,0 42,0 43,0 44,0 45,0 46,0 47,0 48,0 49,0 50,0 temperatura górotworu g łę b o k o ś ć , m wg Downarowicza wg pomiarów Poziom 1100m Poziom 1200m Poziom 1300m
Rys.2. Zmiana wartości temperatury pierwotnej górotworu
Dla udostępnianego obszaru górniczego GGP prognozuje się także, że oprócz pogorszenia warunków klimatycznych, wynikających wprost ze wzrostu temperatury pierwotnej skał górotworu, duże niebezpieczeństwo dla załóg górniczych będą sta-nowiły emanacje gazów szkodliwych dla zdrowia, jak też gazów wybuchowych. Ni-niejsze wnioski wynikają z aktualnej prognozy regionalnej zagrożenia gazowego i gazogeodynamicznego dla obszarów górniczych „Sieroszowice”, „Rudna” i „Gło-gów Głęboki Przemysłowy” [7]. Z zakresu głównych wniosków opracowanej progno-zy wynika również, że:
rozmieszczenie gazów w złożu rud miedzi analizowanych obszarów, wykazu-je dużą zmienność zarówno w profilu pionowym, jak i zmienność w rozprze-strzenieniu poziomym,
w ośrodku skalnym występuje znaczne zróżnicowanie parametrów, determi-nujących warunki migracji i akumulacji gazów oraz ich pochodzenia i składu chemicznego,
głównym kolektorem gazu, w którym następuje zjawisko migracji gazów jest kompleks czerwonego spągowca,
poziom dolomitu głównego jest drugim poziomem zbiornikowym i skałą ma-cierzystą dla akumulacji węglowodorów,
poszczególne serie skalne występujące w otoczeniu złóż rud miedzi, mogą stanowić lokalnie odrębne strefy akumulacji gazów,
decydujące znaczenie dla gazonośności analizowanych złóż, odgrywają warunki geologiczne, głównie struktura i tektonika oraz litologia złoża i skał otaczających,
w planowanym obszarze GGP należy oczekiwać wzrostu nasycenia górotworu gazami, w tym wzrostu zawartości węglowodorów.
Natomiast we wnioskach prognozy, odnoszących się do zagrożenia zjawiskami ga-zogeodynamicznymi, stwierdza się głownie, że:
formy antyklinarne są rejonami o wysokim ryzyku wystąpienia nagromadzeń gazów i zjawisk gazogeodynamicznych,
udokumentowane złoża gazu ziemnego znajdują się w odległości ok. 12-15 km, od najbardziej wysuniętych na północ obecnych wyrobisk górni-czych kopalni „Polkowice-Sieroszowice” i kopalni „Rudna”,
w składzie gazu ziemnego dominuje azot lub metan,
złoża gazu ziemnego są zlokalizowane w utworach czerwonego spągowca i osiągają wartość ciśnienia pierwotnego w granicach 13,4-16,8 MPa,
w obszarze GGP zwiększy się prawdopodobieństwo występowania lokalnych akumulacji gazów o wysokich ciśnieniach,
w przeważającej części obszaru GGP należy uwzględnić możliwość wystę-powania nagłych wypływów i wyrzutów z dominacją gazów obojętnych, two-rzących atmosferę niezdatną do oddychania.
Na podstawie wyżej wymienionych wniosków można jednoznacznie stwierdzić, że prognozowany wzrost aerologicznych zagrożeń naturalnych w planowanym ob-szarze złoża będzie bezwzględnie wymagał stosowania metod rozpoznania oraz podejmowania skutecznych działań profilaktycznych. Już na obecnym etapie projek-towania wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych oraz nowych pól eksploatacyj-nych uwzględnia się działania i rozwiązania zabezpieczające załogę w sytuacji na-głego wystąpienia zagrożenia, co w znacznej mierze wpływa na postęp drążonych wyrobisk.
2. Charakterystyka złoża soli kamiennej
Złoże soli kamiennej zalega nad złożem rud miedzi, przy czym roboty górnicze prowadzone są w dwóch obszarach górniczych „Kaźmierzów I” i „Bądzów”. Drążenie wyrobisk odbywa się mechanicznie z wykorzystaniem kombajnów chodnikowych. Wymienione obszary znajdują się nad złożem rud miedzi obszaru górniczego „Sie-roszowice I”, kopalni „Polkowice-Sie„Sie-roszowice”. Średnia głębokość spągu złoża soli w wydzielonych obszarach koncesyjnych, zmienia się od 631m w części południo-wej złoża do 1229 m w części północnej, natomiast strop pokładu soli znajduje się odpowiednio na głębokości od 627 m do 1098 m [3]. Średnia miąższość warstw skalnych, oddzielających złoże soli od złoża rud miedzi, wynosi 80 m i licząc od spągu złoża soli stanowią je głównie anhydryty i dolomity.
W obszarze koncesyjnym „Kaźmierzów I” drążone są wyrobiska udostępniająco-przygotowawcze, w celu rozpoznania zasobów złoża soli kamiennej oraz uzyskania niezależnej podsieci wentylacyjnej, poprzez połączenie wyrobiskami solnymi szybów SW-1 i SG-2. Natomiast w obszarze koncesyjnym „Bądzów” drążone są wyrobiska udostępniająco-przygotowawcze, jak również wyrobiska eksploatacyjne.
Przewietrzanie prowadzonych robót górniczych w złożu soli odbywa się opływo-wym prądem powietrza, wytwarzanym przez wentylatory główne powierzchniowej stacji wentylatorowej przy szybie 3. Powietrze doprowadzanie jest z szybu SW-1 o minimalnym wydatku 4000 m3/min. Zarówno doprowadzanie z szybu SW-1, jak i odprowadzanie powietrza do szybu wentylacyjnego SW-3 odbywa się wyrobiskami poziomu złoża rudy miedzi.
Obecnie, w obszarze górniczym „Kaźmierzów I”, wykonywane są wyrobiska udo-stępniająco-przygotowawcze w kierunku szybu wydechowego SG-2. Celem drążo-nych wyrobisk jest uzyskanie zbicia z wymienionym szybem, a tym samym uzyskanie
niezależnej podsieci wentylacyjnej poziomu złoża soli. Wyrobiska drążone są w układzie dwunitkowym. Przy obecnym postępie robót planuje się, że uzyskanie przedmiotowego dobicia nastąpi w pierwszym kwartale 2016 r. Konsekwencją uzy-skania połączenia wyrobisk solnych z szybem SG-2 będzie możliwość bezpośred-niego odprowadzania powietrza wylotowego z pominięciem poziomu złoża rudy miedzi, a tym samym całkowita eliminacja zagrożenia załogi poziomu złoża rud mie-dzi w sytuacji wystąpienia pożaru pomie-dziemnego w wyrobiskach solnych lub wystą-pienia nagłych wypływów gazów, czy też zjawisk gazogeodynamicznych.
Po uzyskaniu niezależnej podsieci wentylacyjnej poziomu złoża soli w dalszej ko-lejności będą drążone wyrobiska chodnikowe w kierunku północnym, w celu uzy-skania połączenia wentylacyjnego z wyrobiskami poziomu złoża rud miedzi. Połą-czenie podsieci wentylacyjnych poziomów obu złóż kopalin nastąpi na wysokości chodników T/W-145 złoża rud miedzi i planowane jest na pierwsze półrocze 2016 r. Wykonane połączenie wykorzystywane będzie do doprowadzania powietrza wyrobi-skami solnymi do szybu wydechowego SG-2, z drążonych wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych obszaru GGP złoża rud miedzi. Konieczność wykonania przed-miotowego połączenia wynika z dużych trudności w zapewnieniu odpowiednich wa-runków wentylacyjno-klimatycznych w przodkach drążonych wyrobisk upadowych D-1–D-4 oraz chodników T/W-259S, co istotnie wpływa na planową realizacje ich postępu. Natomiast wykonane połącznie, poprzez zwiększenie przepustowości sieci wentylacyjnej, znacząco wpłynie na poprawę obecnie występujących warunków. Dodatkowo planuje się, że wykonane połączenie będzie skutecznie zabezpieczało nowe oddziały górnicze pola E w sytuacji wystąpienia zagrożenia gazami szkodli-wymi pochodzenia naturalnego i zjawiskami gazogeodynamicznymi. W takim przy-padku wyrobiska solne będą stanowiły wydzielony „tunel wentylacyjny” do odprowa-dzania gazów bezpośrednio do szybu wydechowego.
Z uwagi na warunki geologiczno-górnicze, w wyrobiskach drążonych w złożu soli występują niespotykane dotychczas w polskim górnictwie solnym warunki klima-tyczne. Wartość temperatury mierzonej termometrem suchym może lokalnie docho-dzić do 40 °C, przy bardzo niskiej wilgotności względnej, wynoszącej od ok. 30% w prądzie powietrza wylotowego do ok. 50% w prądzie powietrza dolotowego [3]. Wykonywanie robót górniczych w tak specyficznych warunkach wentylacyjno-klimatycznych możliwe jest na podstawie warunków ujętych w zezwoleniu Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego [9], które umożliwia wykonywanie robót górniczych w skróconym czasie pracy do sześciu godzin, przy maksymalnej wartości tempera-tury powietrza suchego nieprzekraczającej 43 °C oraz przy maksymalnej wartości temperatury powietrza wilgotnego 27 °C [5].
3. Propozycja wykorzystania wyrobisk złoża soli
Przestrzenne usytuowanie złoża soli kamiennej w odniesieniu do złoża rud mie-dzi, występujące uwarunkowania geologiczno-górnicze, a także specyficzne warunki klimatyczne występujące w wyrobiskach solnych, dają możliwość wykorzystania podsieci wentylacyjnej złoża soli jako ważny element systemu wentylacji oraz pre-wencji aerologicznych zagrożeń naturalnych poziomu złoża rud miedzi. Wykorzysta-nie wyrobisk solnych, w aspekcie prognozowanych zagrożeń naturalnych przy udo-stępnianiu głębszych partii złoża oraz w perspektywicznym obszarze złoża Głogów Głęboki Przemysłowy, może być niewymierną alternatywą dla utrzymania planowa-nej ciągłości wydobycia do roku 2035.
Na podstawie obecnych planów zagospodarowania głębszych obszarów złoża, udostępnienie nowych pól i możliwość prowadzenia w nich eksploatacji są ściśle uwarunkowane rozcięciem złoża wyrobiskami udostępniająco-przygotowawczymi i uzyskaniem całej sieci wentylacyjnej, której duża przepustowość umożliwi dopro-wadzanie i odprodopro-wadzanie wymaganych wydatków powietrza. Do tego czasu nawet wydrążenie i włączenie do sieci nowych szybów wentylacyjnych nie zapewni wyko-rzystania ich pełnej przepustowości, a tym samym wymaganych przepisami [8] wa-runków wentylacyjno-klimatycznych dla bezpiecznego prowadzenia wydobycia, co będzie miało jednoznaczne przełożenie na utrzymanie zaplanowanej ciągłości pro-dukcji.
Rys. 3. Koncepcja wykonania wyrobisk w złożu soli kamiennej
Uwzględniając obecne trudności w drążeniu wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych, głównie upadowych I-1÷I-4 i D-1÷D-4 oraz chodników T/W-259S i T/W-359S, jak również aktualne prognozy wymienionych zagrożeń naturalnych w udostępnianym obszarze złoża rud miedzi proponuje się koncepcję drążenia wyro-bisk udostępniająco-przygotowawczych w złożu soli kamiennej, w kierunku obszaru górniczego GGP (rys. 3 i 4). Proponowana koncepcja zakłada wykonanie wyrobisk w układzie dwunitkowym o długości umożliwiającej uzyskanie w pionowym przekroju litologicznym połączenia z chodnikami T/W-259S [2]. Wentylacyjne połączenie obu poziomów złóż, mogłoby być zrealizowane otworami wielkośrednicowymi (rys. 4).
Rys. 4. Plan i schemat przestrzenny wentylacyjnych połączeń wyrobisk złoża soli kamiennej z wyrobiskami złoża rud miedzi
Uzyskanie w zakładanym miejscu połączenia wyrobisk solnych z podsiecią wen-tylacyjną poziomu złoża rud miedzi uniezależni przygotowanie nowych oddziałów eksploatacyjnych i rozpoczęcie w nich wydobycia, od konieczności rozcięcia złoża i uzyskania pełnej struktury sieci wentylacyjnej, zapewniającej wymagane wydatki powietrza. Oprócz wymienionych powyżej warunków geologiczno-górniczych i spe-cyficznych właściwości złoża soli, istotną podstawą projektu jest prędkość mecha-nicznego drążenia wyrobisk solnych oraz możliwość wykonywania otworów wielko-średnicowych pionowo do wyrobisk poziomu złoża rud miedzi lub też nachylonych w dowolnych kierunkach.
3.1. Wykorzystanie wyrobisk solnych na etapie budowy docelowej sieci wentylacyjnej poziomu złoża rud miedzi
Wymienione wyżej czynniki uzasadniają propozycję wykorzystania wyrobisk po-ziomu złoża soli kamiennej, w zakresie wentylacyjnego zabezpieczenia oraz prowa-dzona skutecznej profilaktyki aerologicznych zagrożeń naturalnych, w głębszych ob-szarach złoża rud miedzi. Realizacja połączeń otworami wielkośrednicowymi pozio-mu złoża soli z poziomem złoża rud miedzi na etapie rozcinania złoża rud miedzi wyrobiskami udostępniająco-przygotowawczymi w celu uzyskania docelowej sieci wentylacyjnej zapewni:
a) w zakresie wentylacji:
doprowadzenie powietrza świeżego z jednego wyrobiska solnego do dowol-nych wyrobisk poziomu złoża rud miedzi (rys. 4). Technologia drążenia wyro-bisk w złożu soli wymaga stosowania przekrojów poprzecznych wyrowyro-bisk nie mniejszych niż 30 m2, co umożliwia transportowanie dużych wydatków powie-trza przy bardzo małych oporach przepływu. Dodatkowym atutem wykorzy-stywania pojedynczego wyrobiska w złożu soli do funkcji wentylacyjnej są
niewielkie koszty jego utrzymania, wynikające z zachowania drożności oraz braku stateczności stropu, w odniesieniu do wyrobisk drążonych w złożu rud miedzi;
znaczne ograniczenie lub nawet całkowitą eliminację prądów schodzących (rys. 5.), doprowadzających powietrze w rejony prowadzonych robót wyrobi-skami upadowymi poziomu złoża rud miedzi, przy wykorzystaniu dużych wen-tylatorów wolnostrumieniowych, np. typu WOO 200. Brak potrzeby stosowa-nia tego typu wentylatorów wpłynie na zmniejszenie jednostkowych kosztów drążenia wyrobisk, wynikających zarówno z konieczności ich zakupu i budowy stacji zasilających, jak i zużycia energii elektrycznej;
uzyskanie wentylacyjnie jednoimiennych wiązek wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych poziomu złoża rud miedzi (rys. 5.), tj. wykorzystywanych tylko do odprowadzania powietrza. Możliwość zapewnienia takiej funkcji wen-tylacyjnej danej wiązce wyrobisk, np. pochylni lub chodników, spowoduje li-kwidację strat wewnętrznych powietrza na drodze jego transportu oraz istotnie wpłynie na konieczność zabudowy mniejszej liczby urządzeń wentylacyjnych, jak tamy pełne, tamy przejezdne, mosty wentylacyjne, sezamy itp.;
możliwość odprowadzania powietrza prądami wznoszącymi (rys. 5), co przy występujących dużych wartościach depresji naturalnej w wyrobiskach, zasad-niczo poprawi parametry punktu pracy stacji wentylatorów głównych;
zabudowę mniejszej liczby regulatorów rozpływu doprowadzanego powietrza (rys. 5), jak wentylatory wolnostrumieniowe typu WOO 200, tamy regulacyjne itp.;
a)
b)
Rys. 5. Zmiany w zabudowie urządzeń wentylacyjnych: a) szczegół „A” bez połączenia wentylacyjnego z solą kamienną, b) szczegół „A” z połączeniem wentylacyjnym ze złożem soli kamiennej
wykorzystanie potencjału wentylacyjnego szybu wdechowego SW-1 w latach, w których utrudnione będzie dociążenie szybu na poziomie podsieci wentyla-cyjnej poziomu złoża rudy;
c) poprawę warunków klimatycznych:
doprowadzanie powietrza do wyrobisk poziomu złoża rud miedzi o mniejszej wilgotności. Mniejsza zawartość wilgoci w powietrzu, poprzez subiektywne odczucia wartości niższej temperatury powietrza, znacznie poprawia komfort pracy załogi;
poprzez możliwość stosowania schładzania powietrza na poziomie złoża soli kamiennej bezpośrednio przy wlocie otworu lub grupy otworów wielkośredni-cowych. Geologiczno-górnicze warunki złoża soli umożliwiają łatwiejszą za-budowę i utrzymanie układu wentylacji. W wolnych przestrzeniach wyrobisk praktycznie nie występują żadne ograniczenia w odniesieniu do zabudowy dowolnego rozwiązania technicznego układu klimatyzacji [5]. Zabudowany układ klimatyzacji będzie wymagał mniejszej objętości wody lodowej lub inne-go medium chłodniczeinne-go, jak też mniejszych ciśnień w układzie. Istotną cechą może być brak konieczności przebudów poszczególnych odcinków czy też elementów układu, wynikających z częstych zmian sieci wyrobisk, zmiany ich funkcji albo utraty stateczności;
zapewniając lepsze wykorzystanie mocy chłodniczej przy schładzaniu powie-trza na poziomie złoża soli [2], przed jego transportem otworami do wyrobisk poziomu złoża rud miedzi. Ze względu na specyficzne właściwości atmosfery w wyrobiskach solnych, głównie niskiej wilgotności, schładzanie powietrza zapewni uzyskiwanie znacznie niższej wartości temperatury suchej, w odnie-sieniu do schładzania powietrza w wyrobiskach poziomu złoża rud miedzi, przy zaangażowaniu takiej samej mocy chłodniczej, co wg [5] przedstawiono na rys. 6;
Rys. 6. Przyrost mocy chłodniczej przy transporcie powietrza pomiędzy poziomem złoża soli a złożem rud miedzi
d) podczas wystąpienia pożaru podziemnego:
zmniejszenie strefy bezpośredniego zadymienia poprzez odprowadzanie dy-mów i gazów pożarowych wybranym wyrobiskiem poziomu złoża soli kamien-nej. W sytuacji wystąpienia pożaru podziemnego w jednej z wiązek wyrobisk udostępniająco-przygotowawczych, strefa bezpośredniego zadymienia, a tym samym zagrożenia dla załogi, będzie obejmowała ogromną liczbę wyrobisk, począwszy od miejsca ogniska pożaru, a skończywszy na szybach wydecho-wych. Wielkość powstałej strefy niebezpiecznej będzie wymagała przeprowa-dzenie ewakuacji większej części załogi oraz, poprzez zaburzenia wentylacji na drodze przepływu dymów, stanowić dla ewakuowanych pracowników do-datkowe zagrożenie, co istotnie wpłynie na przebieg akcji ratowniczej. Nato-miast odprowadzanie dymów i gazów pożarowych wyrobiskami poziomu zło-ża soli, znacznie ograniczy zasięg strefy zagrożenia, minimalizując tym sa-mym poziom niebezpieczeństwa dla załogi;
ochrona pracowników przed bezpośrednim zagrożeniem. W przypadku zda-rzenia pożarowego na poziomie złoża rudy miedzi, otwory wielkośrednicowe będą mogły stanowić dodatkowe punkty zborne, w których zebrana załoga będzie zabezpieczona powietrzem doprowadzanym z poziomu złoża soli;
e) działania profilaktyki zagrożenia gazowego:
umożliwiając szybką adaptację otworów wielkośrednicowych do odprowadza-nia gazów szkodliwych z zagrożonych rejonów poziomu złoża rud miedzi, lub odwiercenie w tym celu nowych otworów. W przypadku wzrostu zagrożenia gazowego adaptacja otworów wielkośrednicowych do odprowadzania gazów poziomem złoża soli, będzie szybką i skuteczną alternatywą dla wentylacyj-nego wydzielania dużej liczby wyrobisk poziomu złoża rud miedzi z przezna-czeniem na tzw. tunel wentylacyjny. Konieczność izolowania wyrobisk do od-prowadzania gazów na etapie rozcinania złoża wyrobiskami udostępniająco-przygotowawczymi, może stanowić duży problem realizacyjny oraz poważne zagrożenie dla załogi;
wykorzystanie urobionej soli lub pyłu solnego do szczelnego podsadzania
wy-robisk. Na podstawie własnych doświadczeń kopalni
„Polkowice-Sieroszowice”, ze względu na właściwości soli przy występowaniu dużego zawilgocenia atmosfery kopalnianej w wyrobiskach złoża rud miedzi, jest ona idealnym środkiem wypełniającym i skutecznie izolującym przestrzeń zrobową od zjawisk gazowych.
3.2. Wykorzystanie wyrobisk solnych po uzyskaniu docelowej sieci wentylacyjnej poziomu złoża rud miedzi
Po udostępnieniu planowanych głębszych obszarów złoża rud miedzi wyrobi-skami udostępniająco-przygotowawczymi i zgłębionymi szybami wentylacyjnymi, a tym samym uzyskaniu docelowej sieci wentylacyjnej poziomu złoża rud miedzi, połączenia otworami wielkośrednicowymi obu poziomów złóż dodatkowo umożliwią: a) w zakresie wentylacji:
wykorzystanie otworów wielkośrednicowych i wyrobisk w złożu soli do dopro-wadzania lub też odprodopro-wadzania powietrza z rejonów złoża rud miedzi. Pro-ponowana koncepcja rozwiązania będzie zapewniała realizację dowolnej funkcji wentylacyjnej, w zależności od warunków i potrzeb przewietrzania danego rejonu,
bez ponoszenia nakładów inwestycyjnych na zabudowę nowych urządzeń wentylacyjnych lub przebudowę sieci. Przy odprowadzaniu powietrza z po-ziomu złoża soli wartości potencjałów aerodynamicznych, wynikające przede wszystkim z różnicy wysokości obu złóż, skutecznie wpłyną na stabilność kie-runków przepływu odprowadzanego powietrza;
doprowadzanie powietrza świeżego wyrobiskami w złożu soli do wyrobisk po-ziomu złoża rud miedzi [2]. Podsieć wentylacyjna popo-ziomu złoża soli kamien-nej zapewni doprowadzenie powietrza do rejonów prowadzenia robót górni-czych lub, w sytuacjach awaryjnych, możliwość doprowadzenia dodatkowych wydatków powietrza w dowolne wyrobisko poziomu złoża soli, tzw. doświeżenia; b) poprawę warunków klimatycznych:
wydzielając wyrobiska w złożu soli kamiennej do odprowadzania gorącego powietrza, o temperaturach przekraczających wartości dopuszczalne, z głęb-szych obszarów złoża rud miedzi;
poprzez szybsze oddawanie odbieranego ciepła z rejonów poziomu złoża rud miedzi, do prądu powietrza odprowadzanego wydzielonym wyrobiskiem w złożu soli kamiennej. Oddawanie ciepła do strumienia powietrza odprowa-dzanego wyrobiskiem solnym umożliwi zastosowanie alternatywnych układów klimatyzacji o obiegach zamkniętych do czasu zabudowy w rejonach rurocią-gów i chłodnic układu centralnej stacji klimatyzacyjnej dla zapewnienia wyma-ganych warunków klimatycznych;
c) podczas wystąpienia pożaru podziemnego:
łatwiejsze, a tym samym szybsze wydzielenie niezależnych podsieci wentyla-cyjnych, umożliwiających odprowadzanie dymów i gazów pożarowych nieza-leżną drogą do szybu wydechowego, a tym samym zapewnienia załodze bezpieczeństwa i łatwiejszej ewakuacji. Możliwość szybkiego wydzielenia podsieci wentylacyjnej w czasie zagrożenia spowoduje powstanie mniejszej strefy bezpośredniego zadymienia, stanowiąc mniejsze zagrożenie dla załogi dołowej, przez co wpłynie na sposób i czas prowadzenia pożarowej akcji ra-towniczej;
stabilność kierunku przepływu dymów i gazów pożarowych w wyniku wspól-nego oddziaływania depresji cieplnej ogniska pożaru i spiętrzenia stacji wen-tylatorów głównych. Zapewnienie stabilności kierunku przepływu strumieni powietrza w sieci wentylacyjnej podczas pożaru, ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa całej sieci wentylacyjnej, gdyż minimalizuje ryzyko powsta-wania zaburzeń, jak: prądy wsteczne dymów, odwracanie prądów bocznych, ogniska wtórne pożarów itp., które stanowią poważne niebezpieczeństwo dla załogi dołowej;
d) działania profilaktyki zagrożenia gazowego:
poprzez wydzielenie i wyizolowanie na poziomie złoża soli „tunelu wentylacyj-nego” do odprowadzania gazów do szybu wydechowego SG-2. W sytuacji wystąpienia wzrostu zagrożenia gazowego lub zjawisk gazogeodynamicznych w danym rejonie poziomu złoża rud miedzi wydzielenie „tunelu wentylacyjne-go” będzie umożliwiało wiercenie otworów kierunkowych do danych struktur geologicznych i odprowadzanie z nich gazów wydzielonym wyrobiskiem w złożu soli, bezpośrednio do szybu wydechowego. Odprowadzanie gazów jednym wyrobiskiem w złożu soli, w dodatku o znacznej długości, umożliwi
uzyskanie lepszych efektów neutralizacji gazów szkodliwych i lotnych związ-ków odorowych, przy zastosowaniu technologii zamgławiania. Istotnymi zale-tami wydzielenia „tunelu wentylacyjnego” będą również łatwość dokonywania kontroli składu chemicznego odprowadzanego powietrza, a także możliwość ciągłego pomiaru skuteczności działania stosowanych preparatów oraz regu-lacji ich dozowania.
Podsumowanie
Obecne doświadczenia kopalni „Polkowice-Sieroszowice” pokazują, że możli-wość udostępniania głębszych obszarów złoża rud miedzi oraz prowadzenia w nich wydobycia będzie ściśle powiązana ze skutecznością stosowanych metod zwalcza-nia aerologicznych zagrożeń naturalnych. Aktualnie prowadzone prognozy potwier-dzają sukcesywny wzrost poziomu zagrożenia klimatycznego oraz zagrożeń gazo-wych i gazogeodynamicznych wraz z głębokością drążonych wyrobisk, co przy ograniczonej możliwości stosowania wypracowanych działań profilaktycznych, istotnie wpłynie na realizację zakładanych planów udostępnienia głębszych obszarów złoża i utrzymania ciągłości produkcji. Wiadome jest, że podstawą skutecznej profilaktyki aerologicznych zagrożeń naturalnych jest doprowadzanie odpowiednich wydatków powietrza do rejonów prowadzenia robót górniczych. Jednakże takie działanie może zapewnić przepustowość odpowiednio rozciętej i przygotowanej sieci wentylacyjnej. Natomiast trudności w doprowadzaniu i odprowadzaniu powietrza z przodków wyro-bisk udostępniająco-przygotowawczych na etapie rozcinania złoża, powodują per-manentny stan zagrożenia.
Wykorzystując dotychczasowe doświadczenia służb kopalni w zwalczaniu aero-logicznych zagrożeń naturalnych oraz uwzględniając warunki geologiczno-górnicze współwystępowania wyżej wymienionych złóż, opracowano koncepcję wykorzysta-nia wyrobisk złoża soli w zakresie wentylacji i działań profilaktycznych przy udostęp-nianiu głębszych obszarów złoża rud miedzi. Z przedstawionych rozważań realizacji zaproponowanej koncepcji wynikają następujące wnioski:
możliwość transportu dowolnego wydatku powietrza tylko jednym wyrobi-skiem wydrążonym w złożu soli,
wykorzystanie wyrobisk poziomu złoża soli w zależności od wentylacyjnych potrzeb rejonów robót górniczych poziomu złoża rud miedzi, bez ponoszenia dodatkowych nakładów inwestycyjnych,
odprowadzanie gazów szkodliwych do atmosfery z różnych rejonów prowa-dzenia robót, tylko jednym szybem wydechowym,
szybsze drążenie wyrobisk w złożu soli w odniesieniu do poziomu złoża rud miedzi,
mniejszy koszty wykonania i utrzymania wyrobisk w złożu soli w odniesieniu do wyrobisk złoża rud miedzi,
efektywniejsze wykorzystanie przepustowości wentylacyjnej szybów, ograniczenie kosztów drążenia poprzez możliwość sprzedaży soli.
Natomiast w aspekcie prowadzenia ruchu zakładu górniczego, realizacja propono-wanej koncepcji możne dodatkowo umożliwić:
wykorzystanie urobionej soli w celu poprawy nawierzchni dróg jazdy samo-jezdnych maszyn górniczych poziomu złoża rud miedzi,
znacznie zmniejszenie wilgotności transportowanego powietrza wyrobiskami poziomu złoża rud miedzi.
Przedstawione wnioski i konkluzje uzasadniają podjęcie szczegółowych analiz realizacji zaprezentowanej koncepcji wykorzystania wyrobisk poziomu złoża soli.
Bibliografia
[1] Downorowicz S., 1983, Geotermika złóż rud miedzi monokliny przedsudeckiej, Prace Instytutu Geologicznego cz. VI, Warszawa.
[2] Gajosiński S., Nowysz M., Kulik W., Gola S., Soroko K., Modelowa analiza transportu powietrza pomiędzy poziomami złoża rud miedzi i złoża soli kamiennej w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., w aspekcie wymiarów szybików i uzyskiwanych wydatków, Praca niepublikowana.
[3] NieśpiałowskiT., Soroko K., Gola S., Gajosiński S., Nowysz M., 2011, Analiza wariantów rozcinki wyrobiskami solnymi w aspekcie prognozowanych warunków klimatycznych. IV Konferencja Naukowo-Szkoleniowa, „Problemy Współczesnego Górnictwa 2011”, Jaworze.
[4] Soroko K., Gola S., Nawrat S., Turkiewicz W., 2012, Ocena możliwości zastosowania układu chłodzenia z lodem przy udostępnianiu obszaru górniczego Głogów Głęboki Przemysłowy, II Międzynarodowy Kongres Górnictwa Rud Miedzi, „Perspektywy i kie-runki rozwoju”, Lubin.
[5] Soroko K., Nowysz M., Gajosiński S., Gola S., 2014, Poprawa warunków temperaturo-wych w wyrobiskach eksploatacyjnych złoża rud miedzi, w aspekcie zapotrzebowania mocy chłodniczej, przy schładzaniu powietrza doprowadzanego wyrobiskami solnymi, Główny Instytut Górnictwa, Wybrane zagadnienia wentylacyjne i pożarowe w kopal-niach, Jankowice Rudzkie.
[6] Szlązak N., Borowski M., Obracaj D., 2007, System klimatyzacji rejonu SW poniżej 1000 m kopalni Polkowice-Sieroszowice, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górni-czo-Hutniczej w Krakowie, Katedra Górnictwa Podziemnego, Kraków, praca niepubliko-wana.
[7] Praca zbiorowa, 2013, Aktualizacja prognozy regionalnej zagrożenia gazowego i gazo-geodynamicznego – wyrzutami gazów i skał, ze szczególnym uwzględnieniem wystę-powania siarkowodoru i węglowodorów w części złóż Sieroszowice, Rudna oraz Głogów Głęboki Przemysłowy, Stowarzyszenie Naukowe im. Stanisława Staszica, Kraków, pra-ca niepublikowana.
[8] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r.: W sprawie bezpieczeń-stwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia prze-ciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych.
[9] Zezwolenie Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego L.dz.GG-024/0082/11/21118/AK z dnia 27.12.2011 r. na odstępstwo od postanowień §239 ust. 3 Rozporządzenia Mini-stra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r., w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w pod-ziemnych zakładach górniczych, tj. na zatrudnianie ludzi w wyrobiskach górniczych w złożu soli kamiennej, w których temperatura powietrza w miejscach pracy może prze-kroczyć 33 oC przy pomiarze termometrem suchym.
