Analiza wentylacyjna wykorzystania projektowanych otworów wielkośrednicowych jako wspomagającej drogi doprowadzenia powietrza do wyrobisk kopalni

___________________________________________________________________________

Analiza wentylacyjna wykorzystania projektowanych

otworów wielkośrednicowych jako wspomagającej

drogi doprowadzenia powietrza do wyrobisk kopalni

1)

KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław s.fabich@cuprum.wroc.pl

2)

Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Wrocław

Streszczenie

Przedstawiono efekty wentylacyjne zastosowania projektowanych otworów wielkośrednico-wych dla prowadzenia powietrza na odcinku pokładu solnego, w czasie prowadzenia przebu-dowy szybu, w jego części przechodzącej przez ten pokład. Szybem ma dopływać do kopalni ok. 70 000 m3/min powietrza świeżego, z prędkością ok. 27 m/s. Podczas remontu solnego odcinka szybu prędkość przepływu powietrza musi być ograniczona do ok. 4 m/s, ilość powie-trza w szybie nie może przekroczyć 10 000 m3/min. Pozostałą część powietrza planuje się doprowadzić do kopalni otworami wielkośrednicowymi. Analizie wentylacyjnej poddano różne modele dopływu powietrza do wyrobisk podszybia, wpływ zmian przekroju szybu na pracę zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów oraz wpływ wykonania dwóch lub czterech otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy pełnej drożności wentylacyj-nej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku sol-nym do 10 000 m3/min.

Słowa kluczowe: wentylacja kopalń głębokich, otwory wielkośrednicowe, analiza wentylacyjna

Ventilation analysis of possible usage of designed raisebores

as an additional air supply to mine workings

Abstract

In this paper, the usage of the designed raisebores as an additional road of air, during the reconstruction of the shaft in rock salt interval, was shown. The amount of the air that has to be delivered to the mine through the shaft is approx. 70000 m3/min, and the velocity of the air is up to about 27 m/s. During the reconstruction of the shaft the air velocity has to be reduced to approx. 4 m/s, which means that the amount of air that flaws through the shaft must not exceed 10000 m3/min. The remaining amount of air has to be delivered other way. Raisbores were chosen as an option. The analyses were performed to determine the influence of changing the shaft diameter onto the underground fan station, with two or four raisebores included. Those analyses were done for two main shaft configurations: with full patency of the ventilation shaft, and with reducing the amount of air flowing into the shaft (in rock salt depth interval) to 10000 m3/min.

Wstęp

Idea zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów kopalń LGOM była analizo-wana od wielu lat. Już w 1978 r. [3] została przedstawiona możliwość budowy szy-bów o zmiennej średnicy. Proponowano wówczas, aby szyby wykonywać w dwóch średnicach: mniejszej (7,5 m), w części szybu, która była wykonywana w obudowie tubingowej (strefa mrożeniowa) oraz większej, w obudowie betonowej, poniżej tej strefy. Takie rozwiązanie miało zmniejszyć opór aerodynamiczny szybu i umożliwiać zwiększenie ilości powietrza płynącego szybem, przy tych samych parametrach wentylatora. Kolejno w pracach [5-7] badano możliwość optymalizacji oporów takich szybów oraz dalsze zwiększenie ich przepustowości wentylacyjnej, w części o mniejszej średnicy, poprzez wykonanie otworów wielkośrednicowych obok szybu, którymi płynęłaby część powietrza do dolnej części szybu o większej średnicy. Ba-dano również wielkości dyssypacji energii w takich szybach i jej wpływ na zużycie energii przez stacje wentylatorowe. Mimo oczywistych efektów takich rozwiązań, nie zostały one zastosowane w żadnym z nowych szybów w kopalniach LGOM. Naj-prawdopodobniej wynikało to ze względów technicznych i braków w ówczesnym czasie możliwości precyzyjnego wykonywania otworów wielkośrednicowych kilkuset metrowej długości.

Idea ułatwienia dopływu powietrza na coraz większe głębokości przy mniejszym zużyciu energii pojawia się jednak nadal i jednym z możliwych rozwiązań jest wyko-rzystanie otworów wielkośrednicowych, jako wspomagającej drogi doprowadzenia świeżego powietrza do wyrobisk kopalni. Rozwiązanie to jest niezwykle istotne przy przepływie szybem dużych ilości powietrza, w warunkach gdy zaistnieje koniecz-ność dłuższego wyłączenia jego części, np. na czas remontu obudowy, a w przy-padku szybu na odcinku soli kamiennej, zabezpieczonego obudową podatną, na czas jego przebudowy. Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośred-nicowych stwarza możliwość przejęcia przez nie części powietrza, dzięki czemu będzie istniała możliwość ograniczenia wielkości przepływu powietrza na odcinku poddanym przebudowie. W niniejszym artykule przedstawiona została analiza opi-sująca skutki wentylacyjne takiego rozwiązania.

1. Założenia

Szyb SW-4 położony jest w obszarze złoża, w którym występuje warstwa soli ka-miennej o miąższości około 156 m, zalegająca w przedziale głębokości od 1026 do około 1182 m. Szyb ten na całym odcinku, z wyjątkiem odcinka w soli kamiennej, ma średnicę 7,5 m, przy czym podstawową obudową szybu w strefie poddawanej mrożeniu jest obudowa tubingowa, zaś poniżej betonowa. Na odcinku soli kamien-nej średnica nominalna szybu wynosi 10,0 m, przy czym obudową zabezpieczającą wyłom solny jest obudowa powłokowa z tworzywa sztucznego, wzmocniona obudo-wą staloobudo-wą, kołoobudo-wą, podatną wykonaną z profili stalowych V25, w rozstawie odrzwi co 0,75 m. Rodzaj zastosowanej obudowy w powiązaniu z reologicznymi własno-ściami soli kamiennej powodują, że wyłom szybowy ulega stopniowemu zaciskaniu. W związku z powyższym każdorazowo, gdy szyb na odcinku solnym osiągnie śred-nicę 8,0-8,5 m realizowana będzie jego przebudowa [1, 2].

Szyb SW-4 jest szybem z funkcją wentylacyjną, dostarcza do wyrobisk kopalni świeże powietrze. Docelowo zakłada się, że szybem tym będzie płynęło do kopalni 1,2 tys. m3 świeżego powietrza na sekundę (72 tys. m3/min), co daje maksymalną

prędkość przekraczającą 27 m/s. W czasie prowadzenia prac związanych z przebu-dową odcinka solnego szybu, prędkość powietrza na odcinku przebudowywanym nie powinna przekraczać 4 m/s, a zatem ilość powietrza płynącego remontowanym odcinkiem szybu nie może przekroczyć 180 m3/s (około 10 tys. m3/min). Przeprowa-dzona analiza zakłada, że pozostała ilość powietrza, tj. 62 tys. m3/min, będzie do-prowadzona do wyrobisk podszybia otworami wielkośrednicowymi, wykonanymi pomiędzy wlotami poz. 1015 a 1209 m (rys. 1). Założono, że otwory te, o średnicy 3,6 m, bez obudowy, wykonywane będą techniką raise boring.

Rys. 1. Schemat alternatywnego wprowadzania powietrza do wyrobisk podszybia Analizie wentylacyjnej poddano różne modele dopływu powietrza do wyrobisk podszybia. Szczegółowo przeanalizowano wpływ zmian przekroju szybu na pracę zlokalizowanej na podszybiu stacji wentylatorów, a następnie wpływ wykonania dwóch lub czterech otworów wielkośrednicowych na parametry pracy tej stacji, przy pełnej drożności wentylacyjnej szybu, a następnie przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku solnym do maks. 10 tys. m3/min.

2. Wyznaczenie oporu szybu oraz projektowanych otworów wiertniczych w oparciu o wzory empiryczne

Opory aerodynamiczne zarówno szybu, jak i projektowanych otworów wiertniczych wyznaczono w oparciu o dane literaturowe [4, 8, 9, 10] oraz wcześniej przeprowa-dzone pomiary w innych szybach.

Projektowany opór dowolnego wyrobiska górniczego można wyznaczyć ze wzoru:

A

BL

R





 – współczynnik oporu aerodynamicznego wyrobiska (szybu, otworu), Ns

/m4, B – obwód wyrobiska, m,

L – długość wyrobiska, m,

A – pole powierzchni przekroju poprzecznego wyrobiska, m2.

Dla szybów bez wyposażenia, wykonanych w obudowie betonowej proponuje się przyjmowanie [1, 2] wartości współczynnika oporu aerodynamicznego

 = 0,002

Korzystając ze wzorów podanych w [1], można wartości współczynników oporu wyznaczyć dokładniej (w układzie SI – [Ns2/m4]):

 dla obudowy betonowej:

2 4 2 log 2 74 , 1 147 81 , 9 10                   o d D  (2)

 dla obudowy tubingowej:

2 4 2 log 22 , 0 151 , 0 1 81 , 9 10               Bl A



gdzie oznaczenia jak we wzorze (1) oraz: D – średnica szybu, m,

do – średnia wielkość występów obudowy (chropowatość bezwzględna), m,

l – odległość między środkami żeber obudowy tubingowej, m.

Dla szybu o średnicy D = 7,5 m wyznaczone (2) wartości współczynników oporu aerodynamicznego wynoszą odpowiednio  = 0,00478 Ns2/m4 (dla chropowatości bezwzględnej 5 cm) oraz dla szybu w obudowie tubingowej  = 0,00307 Ns2/m4 (dla odległości między żebrami tubingów 0,5 m).

Z przeprowadzonych wcześniej pomiarów oporu w wykonanym szybie, przy za-łożeniu, że chropowatość bezwzględna obudowy betonowej szybu na odcinku 428,5 m wynosi 0,05 m, uzyskano współczynnik oporu  = 0,00478 Ns2/m4, nato-miast dla obudowy tubingowej (na długości szybu 598,5 m) współczynnik oporu wynosi  = 0,009 Ns2/m4.

Podobne wartości współczynników przyjęto dla nowego szybu. Zgodnie z danymi projektowymi szyb ten, o średnicy 7,5 m, na odcinku 665,3 m jest wykonany w obu-dowie tubingowej, zaś na odcinku 361 m w obuobu-dowie betonowej. Na poziomie 1015 m wykonane zostały wloty do celów połączenia szybu z planowanymi do wy-konania, w okresie późniejszym, lunetami wentylacyjnymi. Poniżej, w warstwie soli kamiennej, na odcinku 155,7 mszyb o średnicy 10,0 m wykonany został w obudowie

powłokowej, wzmocnionej pierścieniami stalowymi z profili V25 w rozstawie co 0,75 m. Na poziomie 1209 m wykonano wloty zasadnicze do wyrobisk podszybia. Jak już wspomniano, przed zabudową pierścieni, lico solne zostało zabezpieczone obudo-wą powłokoobudo-wą z tworzywa sztucznego z siatką z tego samego materiału. Z uwagi na własności reologiczne warstwy solnej szyb na tym odcinku ulega zaci-skaniu i po osiągnięciu średnicy 8,0-8,5 m ma być przebudowywany ponownie do średnicy 10,0 m.

Przyjmując powyższe założenia, uzyskano następujące wartości oporów po-szczególnych odcinków szybu:

 szyb o średnicy 7,5 m (odcinek ~1054 m) – R = 0,0021216 Ns2/m8,

 szyb o średnicy 10,0 m na odcinku soli kamiennej – R = 0,0001412 Ns2/m8,  szyb o średnicy 8,0 m na odcinku soli kamiennej – R = 0,0003282 Ns2/m8, przy czym biorąc pod uwagę odległość między środkami żeber obudowy tubin-gowej (0,5 m) i ich wysokość (0,14 m) oraz odległość między środkami pierścieni stalowych (0,75 m) i wysokość profili V25 (0,18 m), przyjęto dla obu przypadków ten sam współczynnik oporu aerodynamicznego  = 0,009 Ns2/m4.

Otwory wiertnicze o średnicy 3,6 m będą wykonane metodą raise boring. Będą miały długość ok. 190 m, przy czym 156 mb. otworu będzie wykonane w soli, a pozostałe w skałach otaczających (głównie anhydryty). Przyjęto, że dla obu odcin-ków współczynnik oporu aerodynamicznego będzie wyznaczany wg wzoru (1), przy czym dla skał chropowatość bezwzględna będzie wynosić 2 cm, a dla soli 1 cm. Dla średnicy 3,6 m współczynnik oporu aerodynamicznego otworu w skałach będzie miał wartość  = 0,0045183 Ns2/m4, a dla soli  = 0,0036898 Ns2/m4. Przy zaciśnię-tym otworze do średnicy 3,0 m współczynnik ten będzie miał wartość  = 0,0038841 Ns2/m4.

Dla tak przyjętych wartości współczynników oporu aerodynamicznego opory otworów wiertniczych będą miały wartości:

 dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w skałach – R = 0,0014551 Ns2/m8,

 dla odcinka o średnicy 3,6 m wykonanego w soli – R = 0,00617924 Ns2/m8,  dla odcinka o średnicy 3,0 m wykonanego w soli – R = 0,01618569 Ns2/m8. Powyższe wartości zostały wprowadzone do modeli cyfrowych i dokonano dla nich wariantowych obliczeń rozpływu powietrza w rejonie nowego szybu, wraz ze spiętrzeniami wentylatorów, które będą musiały być zainstalowane w sieci wentyla-cyjnej, aby wywołać wymagany przepływ powietrza.

3. Obliczenia modelowe rozpływu powietrza dla założonych wariantów przewietrzania

Badania modelowe dotyczyły następujących stanów przewietrzania:

a) Szyb w jego projektowanym układzie wentylacyjnym (bez otworów wielko-średnicowych).

b) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi (bez tam regula-cyjnych na podszybiu).

c) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi (bez tam regu-lacyjnych na podszybiu).

d) Szyb w wariancie z dwoma otworami wielkośrednicowymi przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do max.

10 tys. m3/min (tamy regulacyjne na podszybiu) – symulacja przebudowy szybu na odcinku soli kamiennej.

e) Szyb w wariancie z czterema otworami wielkośrednicowymi przy ogranicze-niu ilości powietrza płynącego szybem na odcinku poniżej poz. 1015 m do max. 10 tys. m3/min (tamy regulacyjne na podszybiu) – symulacja remontu szybu na odcinku soli kamiennej.

Analiza modelowa miała za zadanie określić, jaki będzie wpływ każdego z ww. modeli dopływu powietrza do wyrobisk podszybia na parametry pracy dołowej stacji wentylatorowej. Powyższe stany zamodelowano programem AutoWENT w modelu cyfrowym sieci wentylacyjnej kopalni dla okresu odpowiadającego docelowej rozbu-dowie sieci wentylacyjnej w rejonie nowego szybu, czyli w okresie, w którym szybem będzie doprowadzane ok. 72 tys m3/min powietrza świeżego, a na podszybiu będzie pracowała stacja wentylatorów. W modelach obliczeniowych odwzorowano również wyrobiska planowane na obu poziomach szybu, poprzez które doprowadzane bę-dzie powietrze do otworów wiertniczych i do poszczególnych wentylatorów dołowej stacji wentylatorowej. W modelach określono również wartości oporów tam regula-cyjnych, wymaganych dla ograniczenia przepływu powietrza przez przebudowywany odcinek szybu. Tamy te miałyby być zlokalizowane na podszybiu, w rejonach wlotów poz. 1209 m.

4. Analiza wyników uzyskanych

dla założonych wariantów przewietrzania

W ramach obliczeń utworzono 12 modeli cyfrowych, w których odwzorowano zakła-dane zmiany w rejonie szybu i jego podszybia, nie zmieniając układu całej sieci wentylacyjnej.

Warianty obliczeniowe (tabela 1) dotyczyły analizy rozpływu powietrza dla: śred-nicy „solnego” odcinka szybu, wynoszącej odpowiednio 10,0 i 8,0 m przy braku otworów wiertniczych (warianty 1 i 2), przy dwóch otworach wiertniczych o średnicy 3,6 m (warianty 3 i 4) i 3,0 m (warianty 5 i 6) oraz przy czterech otworach wiertni-czych o średnicy 3,6 m (warianty 8 i 9), a także 3,0 m (warianty 10 i 11). W dwóch wariantach wyznaczono również rozpływ powietrza przy ograniczonej do 10 tys. m3/min ilości powietrza w szybie dla dwóch (wariant 7) oraz czterech (wariant 12) otworów wiertniczych.

Tabela 1. Warianty obliczeniowe analizy rozpływu powietrza Wariant nr: Średnica szybu

[m]

Ilość otworów wielkośrednico-wych/średnica Tamy regulacyjne na podszybiu Wariant 1 7,5/10,0 - Nie Wariant 2 7,5/8,0 - Wariant 3 7,5/10,0 2 otw./3,6 m Wariant 4 7,5/8,0 Wariant 5 7,5/10,0 2 otw./3,0 m Wariant 6 7,5/8,0

Wariant 7 7,5/8,0 2 otw./3,6 m Tak

Wariant 8 7,5/10,0 4 otw./3,6 m

Nie Wariant 9 7,5/8,0

Wariant 10 7,5/10,0 4 otw./3,0 m Wariant 11 7,5/8,0

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 2. W poszczególnych kolumnach ww. ta-beli przedstawiono obliczone opory szybu w dwóch jego odcinkach, opory otworów wiertniczych oraz wyznaczone ilości powietrza w szybie i otworach. Ilości te wyzna-czono jako sprowadzone do warunków normalnych (dla gęstości powietrza  = 1,2 kg/m3), a następnie jako strumienie rzeczywiste (dla rzeczywistej gęstości powietrza) w m3/min i te wartości przedstawiono w tabeli 2. W kolejnych kolumnach pokazano dyssypację energii [J/m3, Pa] na solnym odcinku szybu oraz w otworach wiertniczych, a także wydajność i spiętrzenie stacji wentylatorowej oraz jej moc uży-teczną Nu [kW]. Ponieważ nieznane są rzeczywiste charakterystyki spiętrzenia

i sprawności wentylatorów, nie wyznaczano mocy elektrycznej Nel niezbędnej do ich

zasilania. Będzie ona zależna od uzyskanej sprawności  wentylatorów w ich punk-cie pracy, wg zależności Nel = Nu/.

Z obliczeń wynika, że możliwe jest uzyskanie w każdym z wariantów dopływu do kopalni ok. 72 000 m3/min powietrza świeżego. Należy przy tym pamiętać, że w szybie powietrze to będzie przepływać z prędkościami odpowiednio 27,2 m/s na odcinku o średnicy 7,5 m oraz 15,3 m/s na odcinku o średnicy 10,0 m. Zaciśnięcie szybu, na określonym odcinku, do średnicy 8,0 m wywoła wzrost prędkości powie-trza do 23,9 m/s.

Wykonanie w odpowiedniej konfiguracji otworów wielkośrednicowych spowoduje spadek ilości powietrza w szybie na odcinku soli kamiennej. Przy dwóch otworach o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 17 tys. m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 22 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to będzie przepływać w otworach z prędkościami odpowiednio 13,9 m/s oraz 18,1 m/s. W stanach z dwoma otworami zaciśniętymi do 3,0 m będzie nimi przepływać ok. 12,4 tys. m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 16,2 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami odpowiednio 14,6 m/s oraz 19,2 m/s. We wlotach na poz. 1015 m powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami od 2,45-2,80 m/s do 4,35-5,00 m/s, zależnie od wariantu.

Przy czterech otworach o średnicy 3,6 m będzie nimi przepływać ok. 27,2 tys. m3/min powietrza przy w pełni drożnym szybie i ok. 33,3 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m. Powietrze to będzie przepływać w otworach z prędkościami odpowiednio 11,1 m/s oraz 13,6 m/s. W stanach z zaciśniętymi do 3,0 m czterema otworami będzie nimi przepływać ok. 20,9 tys. m3/min powietrza przy w pełni droż-nym szybie i ok. 26,4 tys. m3/min przy szybie zaciśniętym do 8,0 m, z prędkościami wynoszącymi odpowiednio 12,33 m/s oraz 15,6 m/s. We wlotach na poz. 1015 m powietrze będzie dopływać do otworów z prędkościami od 4,15-4,72 m/s do 6,5-7,45 m/s, zależnie od wariantu. W przypadku otamowania przepływu powietrza w szybie na odcinku solnym (tamy regulacyjne zabudowane na podszybiu), otwora-mi wiertniczyotwora-mi będzie przepływać ok. 62-63 tys. m3/min powietrza świeżego. Dwo-ma otworami będzie ono płynąć z prędkością ok. 51,2 m/s, a cztereDwo-ma z prędkością ok. 25,6 m/s. We wlotach na poziomie 1015 m powietrze to będzie dopływać do otworów z prędkościami 12,4-14,1 m/s.

W każdym z przypadków, przy doprowadzaniu szybem ok. 72 000 m3/min powie-trza świeżego będą obserwowane znaczne prędkości przepływu w wentylacyjnych wyrobiskach podszybia na poziomie 1209 m. Wyrobiskami tymi, o przekroju 42 m2 każde, będzie przepływać po ok. 36 tys. m3/min powietrza z prędkościami ok. 14,3 m/s. Dopiero na odcinku chodników wentylacyjnych doprowadzających powietrze do poszczególnych wentylatorów prędkości te spadną do ok. 9,5 m/s.

Dla potrzeb wykonania prac w szybie na odcinku soli kamiennej założono, że remontowanym odcinkiem szybu będzie przepływało jedynie 10 tys. m3/min powie-trza, co daje prędkość odpowiednio 3,8 m/s w średnicy 7,5 m, 3,3 m/s w średnicy 8,5 m i 2,1 m/s w średnicy 10,0 m. Aby uzyskać ograniczenie przepływu, założono zabudowę tam regulacyjnych w rejonie obu wlotów wyrobisk podszybia na poz. 1209 m. Tamy te będą musiały mieć opory R = 0,305 Ns2/m8 przy dwóch otworach wiertniczych oraz ok. R = 0,08 Ns2/m8 przy czterech otworach. W modelach nie za-kładano żadnego dodatkowego oporu w samym szybie, a zależnie od technologii zapewne będzie on tam występował. W takim przypadku tamy regulacyjne będą miały opory odpowiednio mniejsze.

Kolejnym problemem może być remont (poszerzanie) otworów wiertniczych. Je-żeli będzie ono wykonywane również technologią raise boring, to należy przyjąć, że w tym okresie jeden z otworów będzie niedrożny, a być może trzeba będzie również ograniczyć dopływ do niego powietrza, poprzez zabudowę tamy regulacyjnej we wlotach na poz. 1015 m. W obu przypadkach prowadzenia prac, czy to w szybie na odcinku solnym, czy to na otworach wielkośrednicowych, należy również przewi-dzieć możliwość dojazdu załogi szybowej oraz dowozu materiałów w miejsce robót. Bezwzględnie, przy wykonywaniu prac na otworach dojazd załogi w miejsce ich wykonywania musi się odbywać przy ograniczeniu ilości powietrza płynącego szy-bem. W przypadku remontu obudowy na odcinku solnym transport załogi, materia-łów oraz urobku z przebudowy może być realizowany wyłącznie z poz. 1209 m, po ograniczeniu ilości powietrza na odcinku solnym poprzez tamy regulacyjne na pod-szybiu.

Docelowo stacja wentylatorów przy szybie, w stanach niezwiązanych z tamowa-niem przepływu w solnym odcinku szybu, będzie pracować z wydajnością ok. 72 tys. m3/min i spiętrzeniami od 3170 Pa do 3300 Pa. Moc użyteczna stacji będzie wahać się od 4,22 MW do 4,33 MW przy dwóch otworach wiertniczych i od 4,19 MW do 4,26 MW przy czterech otworach. Mniejsze wartości odpowiadają pełnej średnicy szybu i otworów, a większe przepływowi przez zaciśnięte zarówno szyb, jak i otwo-ry. Należy podkreślić, że przy braku otworów moc użyteczna stacji będzie się zmie-niać od 4,30 MW do 4,46 MW.

Ograniczenie przepływu powietrza w szybie na odcinku solnym do 10 tys. m3/min spowoduje wzrost spiętrzenia i mocy użytecznej stacji. Przy czterech otworach będą to zmiany nieznaczne, do 3450 Pa i 4,47MW, ale przy dwóch otworach nastąpi istotne zwiększenie spiętrzenia do ok. 5050 Pa i mocy użytecznej do ok. 6,57MW, czyli o ponad 2,3 MW. Wynika to z zastąpienia przekroju szybu (44,1/50,2/78,5 m2) o średnicach odpowiednio (7,5/8,0/10,0 m) przez łączny przekrój dwóch otworów o średnicy 3,6 m każdy – czyli 20,3 m2. Wzrost oporu w tym przypadku wywoła wzrost dyssypacji energii w tych otworach (2370 J/m3), co będzie musiało być zre-kompensowane wzrostem spiętrzenia i mocy użytecznej wentylatorów.

Tabela 2. Wyniki obliczeń dla analizowanych modeli wentylacyjnych Wa-riant Opór szybu do poz. 1015,0 Opór szybu na odcinku soli kamiennej Opór otworów wielko-średn. Ilość powietrza w szybie: Ilość powie-trza w otwo rach Dysypacja

energii Parametry stacji

do poz. 1015 m

poniżej poz. 1015 m

szyb otwory

wydaj-ność spię-trzenie moc użytecz-na Ns2/m8 m3/min J/m3 m3/min Pa kW 1 0,00212163 0,0001412 - 75000 72400 - 236,3 - 72140 3273 4294,7 2 0,0003282 - 74250 71850 - 537,9 - 71500 3430 4459,3 3 0,0001412 0,00763435 75400 55570 17180 139,3 184,2 72370 3205 4222,6 4 0,0003282 0,00763435 75100 50500 22100 266,6 303,6 72130 3268 4289,4 5 0,0001412 0,017640825 75300 60300 12360 164,1 217,0 72300 3223 4241,6 6 0,0003282 0,017640825 74890 56150 16270 329,4 375,5 72000 3305 4328,9 7 0,0003282 0,00763435 74160 10000 63100 10,6 2370,4 72200 5047 6574,6 8 0,0001412 0,00763435 75550 45700 27200 94,2 115,5 72490 3174 4189,3 9 0,0003282 0,00763435 75380 39500 33300 163,4 172,8 72370 3206 4223,9 10 0,0001412 0,017640825 75450 51900 20900 121,8 155,2 72430 3193 4209,6 11 0,0003282 0,017640825 75200 46280 26380 224,1 247,0 72250 3242 4262,3 12 0,0003282 0,00763435 74200 10000 61900 10,6 593,4 71480 3444 4473,2 1 1 3 S . F a b ich , F . R o si e k, M . S iko ra , J . U rb a ń ski , A n a liza w e n tyl a cyj n a … ________ __ ____ ______ ______ ______ ____ __ ___ _ __ __ ___ ________ ______ ______ ______ __

Wnioski

Biorąc pod uwagę wyniki wykonanych obliczeń, należy stwierdzić, że z wentylacyjnego punktu widzenia o wiele korzystniejsze jest wykonanie czterech otworów wielkośrednicowych. Przy ich wykorzystaniu nie będą następowały ne zmiany warunków pracy wentylatorów dołowej stacji wentylatorowej, przy znacz-nie niższych kosztach jej eksploatacji. Należałoby zatem dokonać analizy ekono-micznej kosztów wykonania obu wariantów (2/4 otwory) oraz kosztów eksploatacyj-nych, przy znanej technologii ewentualnej przebudowy szybu i otworów wielkośred-nicowych, a zwłaszcza znanych czasach trwania takich przebudów, wywołujących ograniczenie przepływu powietrza czy to przez szyb, czy przez poszczególne otwory wielkośrednicowe.

Należy również podkreślić znaczne prędkości przepływu powietrza, jakie wystę-powałyby przy zastosowaniu dwóch otworów wielkośrednicowych. Problem prędko-ści przepływu powietrza będzie występował również w wielu miejscach w rejonie podszybia, co bezwzględnie należy wziąć pod uwagę na etapie wykonywania osta-tecznego projektu tego podszybia.

Bibliografia

[1] Fabich S., 2008, Projekt obudowy w interwale solnym szybu SW-4 dla wariantu I – obudowa powłokowa, Praca niepublikowana, KGHM CUPRUM, Wrocław.

[2] Fabich S., 2009, Projekt techniczny obudowy i głębienia szybu SW-4 poniżej poz. 668,7 m. Praca niepublikowana KGHM CUPRUM, Wrocław.

[3] Lehman J., 1978, Szyby o zmiennej średnicy w strukturze wentylacyjnej głębokich kopalń rud miedzi, Cuprum, nr 4.

[4] Martínek K., 1966, Suchan L., Tesař J.: Řešeni důlních větrních sítí, Wyd. SNTL, Pra-ha.

[5] Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Optymalne średnice szybów zmiennośredni-cowych, Cuprum, nr 6.

[6] Miękus J., Sikora M., Urbański J., 1980, Zmiany dyssypacji energii w sieciach wentyla-cyjnych z szybami zmiennośrednicowymi, Rudy Metale, nr 11.

[7] Rosiek F., Sikora M., Urbański J., 1980, Zastosowanie otworów wielkośrednicowych dla zwiększenia przepustowości wentylacyjnej szybów zmiennośrednicowych, Prze-gląd Górniczy, nr 6-7.

[8] Strumiński A., 1985, Optymalizacja rozpływów powietrza w projektowanych sieciach wentylacyjnych kopalń głębinowych, Cz. I Sieci pasywne, Wyd. Zakład Narodowy Imienia Ossolińskich, Wrocław.

[9] Uszakow K.Z., 1977, Sprawocznik po rudnicznoj wentilacji, Moskwa, Nedra.

[10] Uszakow K. Z., 1988, Rudnicznaja wentilacja, Sprawocznik, II izdanie, Moskwa, Nedra.