Filarowy system wybierania węgla i jego historia

Filarowy system wybierania węgla i jego historia

Stefan GIERLOTKA

Streszczenie

W artykule opisano, dawniej powszechnie stosowany w górnictwie, system filarowego wybie-rania pokładu węgla kamiennego. Przedstawiono rozwój mechanizacji robót górniczych i ostawy urobku. Opisano stosowane dawniej sposoby wykonywania robót strzałowych przy wybieraniu pokładu. Ważnym czynnikiem przy prowadzeniu podziemnej eksploatacji węgla jest wentylacja wyrobisk. Omówiono rodzaje dawniej stosowanych metod wentylacyjnych w górnictwie. System filarowy wybierania węgla stosowany był w kopalniach na Dolnym i Górnym Śląsku przez cały wiek XIX i na początku XX w. Stosowany był jeszcze w niektórych kopalniach w latach sześćdziesiątych XX w. W połowie wieku XX system filarowo-zabierkowy został wyparty przez ścianowy system wybierania węgla.

Słowa kluczowe: eksplantacja podziemna, filarowy system eksploatacji, roboty górnicze, wybieranie węgla kamiennego

Long pillar mining system and its history

Abstract

The article describes what common procedures were done in mining pillar extraction in the past. The article introduces mechanical approach in mining operations and underground transport. The article also introduces the old fashioned ways in blasting operations in coal extractions. Ventilation is crucial for underground coal exploitation and its historic methods are described in paper. Long-pillar mining was the system of coal mining in factories on Lower and Upper Silesia in the XIX century and on the beginning of XX century. In the fifties of last century the method was replaced by longwall system.

Key words: underground mining, long-pillar mining, mining operations, coal winning

Wstęp

Do końca XVIII w. na Śląsku węgiel kamienny urabiano systemem chodników wy-bierkowych. Od chodnika podstawowego prowadzono prostopadle chodniki wybier-kowe, z których starano się uzyskać jak najwięcej węgla. Ze względu na wzmożone ciśnienie górotworu, występujące na skrzyżowaniu chodników, pozostawiano filar węglowy podtrzymujący strop. System ten był mało wydajny i niebezpieczny. Ura-bianiem zajmowali się rębacze, będący doświadczonymi górnikami. Pomocnikami rębaczy byli młodzi chłopcy, którzy ładowali urobek do wozów i przyuczali się do górniczego zawodu.

1. Wybieranie węgla w wyrobisku filarowym

W 1780 r. Friedrich Reden – dyrektor Wyższego Urzędu Górniczego we Wrocławiu, polecił prowadzenie badań geologicznych i poszukiwania nowych złóż węgla na Śląsku. Zadanie to powierzył inżynierowi górniczemu Salomonowi Isaacowi, spro-wadzonemu z Belgii [2].

Salomon Isaac, po zapoznaniu się ze stosowanym wówczas na Śląsku syste-mem wybierania węgla, zaproponował wybieranie systesyste-mem filarowym, stosowa-nym wtedy w górnictwie angielskim [6]. Nowy system szybko się rozpowszechnił i już na początku XIX w. wybieranie węgla system filarowym było stosowane we wszystkich kopalniach na Śląsku – zarówno Dolnym, jak i Górnym [5].

Eksploatacja systemem filarowym wymagała odpowiedniego przygotowania po-kładu do wybierania przez jego rozcięcie kolejnymi wyrobiskami. W pierwszym eta-pie wykonywano chodnik podstawowy, wzdłuż rozciągłości pokładu. Od chodnika podstawowego prowadzono prostopadle chodniki filarowe. Eksploatacja filarów od-bywała się zabierkami o szerokości około 8-11 m, po wzniosie pokładu [4]. Wyrobi-sko filarowe prowadzono w całej miąższości pokładu i osiągało wysokość jego gru-bości. W pokładach grubych wysokość wyrobiska filarowego osiągała nawet do 10 m [10]. Wydane w 1951 r. przepisy eksploatacji (§ 160) [11] ograniczyły wyso-kość wyrobiska zabierkowego do 4 m.

Wybieranie rozpoczynano od wykonania wcinki filarowej drążonej z chodnika filaro-wego. Następnie rozszerzano wyrobisko do wymiarów właściwej zabierki i wykony-wano wdzierkę do stropu. W celu odgrodzenia się od sąsiedniego zawaliska – już wybranego filaru, strop podpierany był wąskim pasem nieurobionego węgla, nazy-wanym nogą. Podporowy pas węglowy miał grubość od 0,8 m do 1,3 m, zależnie od zwięzłości węgla i wysokości wyrobiska [8]. Innym sposobem zabezpieczenia stropu od strony wybranego filaru było budowanie tzw. organów, czyli gęsto ustawionych drewnianych stojaków podporowych. Strop zabierki zabezpieczano obudową drew-nianą, stawianą zależnie od zwięzłości skał stropowych. Zwiększone ciśnienie góro-tworu podczas wybierania głębiej zalegających pokładów wymagało wzmocnionej (zagęszczonej) obudowy, co powodowało wzrost kosztów. Po wybraniu węgla w zabierce w ostatniej kolejności wybierano nieurobioną nogę oraz przypięty w stro-pie węgiel [1]. Czynności te wykonywano przy rabowaniu drewnianej obudowy, do-prowadzając do zawału skał stropowych. Po wybraniu resztek węgla i wyrabowaniu stojaków obudowy likwidowano wyrobisko.

Rys. 2. Wykonywanie obudowy drewnianej w wyrobisku filarowym

Wyrobiska filarowe zabezpieczano obudową drewnianą. Bardzo niebezpieczne było wykonywanie tzw. opinki łamliwego stropu przez wsuwanie okładzin za stropni-ce oraz stawianie wysokich stojaków podporowych. Na początku XX w. zaczęto wprowadzać już metalowe stojaki podporowe, lecz ich wysokość podpierania wyno-siła tylko 2,8 m [4]. W wysokich filarach stojaki drewniane były stosowane nadal.

2. Urabianie pokładu w przodku

Węgiel w przodku urabiano i ładowano ręcznie. Próby urabiania górotworu prochem czarnym i lontem siarkowym w górnictwie podjęto dopiero w XVII w., lecz z powodu zatruć gazami postrzałowymi nie rozpowszechniły się. W 1831 r. Sabrer wynalazł nitroglicerynę, a Bickford lont prochowy [2]. Szwedzki chemik Alfred Nobel w roku 1867 zmieszał nitroglicerynę z ziemią okrzemkową, tworząc doskonały środek wy-buchowy, zwany dynamitem. Zastosowany przez górników dynamit do urabiania górotworu stał się środkiem postępu prac w górnictwie.

Do inicjowania ładunków wybuchowych w kopalniach stosowano lonty, które za-palano w przodku płomieniem od osobistej lamy płomiennej. Zależnie od wilgotno-ści, w kopalniach stosowano lonty smołowane, kredowane lub gutaperkowe [1]. Ścieżka w lontach paliła się z prędkością jednego centymetra w czasie jednej se-kundy [6]. Pewniejsze i bezpieczniejsze od lontów do inicjacji ładunków wybucho-wych okazały się zapalniki elektryczne, zwłaszcza w kopalniach metanowybucho-wych. Za-palniki elektryczne odpalano przy wykorzystaniu specjalnej elektrycznej sieci strza-łowej, w której źródłem energii była zapalarka elektryczna. Pierwsze zapalarki elek-tryczne zastosowano w kopalniach niemieckich, jeszcze pod koniec XIX w. [1]. Do wykonywania otworów strzałowych pod koniec XIX w. rozpoczęto stosować wiertarki i młotki udarowe napędzane sprężonym powietrzem, zastępując wiercenie ręczne za pomocą wiertła pobijanego młotem.

Rys. 3. Odpalanie ładunków wybuchowych od płomienia lampy karbidowej

Podczas prowadzenia robót strzałowych zauważono, że ilość zużytego materiału wybuchowego jest zależna do wielkości odsłoniętej powierzchni urabianej calizny

węglowej [9]. Odkrytą powierzchnię przodka zaczęto zwiększać przez wykonanie dodatkowych powierzchni odsłonięcia w formie wrębów, tj. wąskich szczelin w ura-bianej caliźnie. Początkowo były one wykonywane kilofem. Wręby robiono na róż-nych wysokościach wybieranego pokładu, ale najkorzystniejszy był wrąb dolny przy spągu. W roku 1849 Carl Eickhoff (założyciel firmy Eickhoff) wprowadził w Westfalii ręczną piłę do wykonywania wrębów w pokładzie [2]. W latach następnych piłę udo-skonalono, wprowadzając napęd tłokowy zasilany sprężonym powietrzem.

Rys. 4. Wykonywanie wrębu pneumatyczną wrębiarką żerdziową

W drugiej połowie wieku XIX w kopalniach angielskich i niemieckich oraz na Ślą-sku zaczęto wdrażać maszyny wrębowe różnych typów. W 1856 r. angielska fabryka Bauer-Blackburn zbudowała pierwszą wrębiarkę żerdziową, której wrębnik stanowiła obracająca się żerdź z zabudowanymi na obwodzie nożami wrębowymi. Była to wrębiarka frezująca caliznę węglową. Wrębiarki łańcuchowe miały wrębnik w postaci wydłużonej ramy, na której obwodzie biegł w prowadnikach zamknięty łańcuch z umocowanymi nożami wrębowymi [1]. Silnik wrębiarki był napędzany powietrzem sprężonym. Szybko rozpowszechniły się w kopalniach wrębiarki łańcuchowe o na-pędzie pneumatycznym. W 1911 r. w kopalniach na całym Śląsku pracowało 31 wrębiarek różnej konstrukcji, wszystkie o napędzie pneumatycznym. W 1898 r. do wrębiarek łańcuchowych zastosowano pierwsze asynchroniczne silniki elektryczne [2]. Urabianie pokładu w filarze odbywało się z wrębieniem przy spągu.

W Polsce, po wojnie, w 1946 r. skonstruowano krajową wrębiarkę ścianową typu WŁE-40s, opartą na konstrukcji wrębiarki SEKE-40 firmy Eickhoff. Produkowane

wrębiarki miały napęd pneumatyczny lub elektryczny. Wrębiarki budowano do robót chodnikowych oraz systemów zabierkowych. Wrębiarki usadowione były na saniach, gąsienicach lub podwoziu kołowym, przemieszczanym po szynach.

Problemem przy wybieraniu węgla była wentylacja wyrobiska. Wykorzystywano wymianę powietrza, zachodzącą wskutek dyfuzji lub stosując wentylację odrębną. Nowe wyrobisko rozpoczęte z prądu opływowego powietrza mogło być przewietrza-ne dyfuzją na długości 6-10 m [9]. W okresie przedwojennym oraz wydaprzewietrza-ne krajowe przepisy dla kopalń węgla z 1951 r. dopuszczały (§ 817) w kopalniach niegazowych prowadzenie wentylacji wyrobisk ślepych przez dyfuzję do odległości 30 m [11]. Przy dłuższych wyrobiskach stosowano środki wentylacji odrębnej. Wyrobiska dłuższe przewietrzano wentylatorami lutniowymi lub, jeżeli w przodku nie występowały szko-dliwe gazy, stosowano specjalne owiewki [3]. Budowane owiewki doprowadzały do przodka powietrze z chodnika przewietrzanego opływowym prądem powietrza. Sta-rano się również tak projektować wybieranie pola, aby była możliwość przepływu obiegowego prądu powietrza z jednego filara do kolejnego.

3. Odstawa urobku

Dla odstawy urobku doprowadzano do wyrobiska filarowego transport kołowy po szynach i ręcznie ładowano wozy. Załadowane wozy wytransportowano, pchając ręcznie lub wyciągając kołowrotami. Dużym ułatwieniem w pracy górników przy odstawie urobku było wprowadzenie koni do transportu dołowego. Koń w kopalni używany był nie tylko do transportu urobku, ale też do rabowania obudowy w likwi-dowanym filarze.

Udoskonalanie wykonywania robót górniczych, w systemach filarowego wybiera-nia węgla wiązało się głownie ładowaniem i odstawą urobku. Początki mechanizacji transportu urobionego węgla sięgają 1906 r., kiedy zastosowano w filarach wydo-bywczych przenośniki z rynnami wstrząsowymi napędzanymi energią sprężonego powietrza [6]. Pierwsze przenośniki z rynnami wstrząsowymi sypały urobek do wo-zów podstawianych w przodku wyrobiska. Dalszy rozwój mechanizacji odstawy do-prowadził do zabudowy ciągu przenośników z rynnami wstrząsowymi, wyprowadza-jącymi urobek na chodnik odstawczy, gdzie sypał węgiel do podstawianych wozów. Rozwój mechanizacji górnictwa, który dokonywał się równocześnie z rozwojem napędu elektrycznego, spowodował rozpowszechnienie się przenośników taśmo-wych oraz zgrzebłotaśmo-wych. Krótko przed wojną wprowadzono do kopalń Górnego i Dolnego Śląska przenośniki zgrzebłowe produkcji niemieckiej, które szybko w la-tach następnych się rozpowszechniły. Pierwsze próby z przenośnikiem zgrzebło-wym rozpoczęto w 1930 r. w kopalni Knurów na Górnym Śląsku. Przenośnik miał konstrukcję sztywną, był bardzo ciężki i okazał się mało użyteczny. Konstrukcję giętką przenośników zgrzebłowych opracowano dopiero pod koniec lat trzydziestych ubiegłego wieku. W 1946 r. powstał pierwszy polskiej konstrukcji ścianowy przeno-śnik zgrzebłowy pancerny PZP-45. W 1957 r. wprowadzono do robót przygotowaw-czych lekki przenośnik zgrzebłowy Skat-57.

Uwagi końcowe

Ujemną stroną wybierania systemem filarowym było zwiększenie zakresu robót przygotowawczych, związanych z wykonaniem chodników filarowych. Systemy fila-rowe wybierania rozkładały wydobycie na szereg krótszych przodków pracujących niezależnie od siebie. Warunki techniczne wybierania oraz sposób likwidowania zrobów wymusiły stosowanie systemów ubierkowo filarowych i zabierkowo filaro-wych.

System filarowy wybierania węgla stosowany był w kopalniach na Dolnym i Gór-nym Śląsku przez cały wiek XIX i na początku XX w. Stosowany był jeszcze w nie-których kopalniach w latach sześćdziesiątych XX w. W połowie wieku XX system filarowo-zabierkowy został wyparty przez ścianowy system wybierania węgla. Roz-powszechnianie się systemu ścianowego wiązało się z wprowadzeniem przenośni-ków zgrzebłowych, zabudowanych wzdłuż urabianego przodka. Po korytach (rynnie) przenośnika zgrzebłowego przesuwano wrębiarkę, a później urabiający kombajn. Na rozwój systemu ścianowego wybierania węgla kamiennego wpłynęło unowocze-śnianie zgrzebłowych przenośników ścianowych, kombajnów, a przede wszystkim wprowadzenie i upowszechnienie zmechanizowanej obudowy kroczącej.

Bibliografia

[1] Bansen H., 1921, Die Streckenförderung. Berlin.

[2] Gierlotka S., 2017, Historia górnictwa – technika/mechanizacja/elektryfikacja, Wydanie II, Wydawnictwo Naukowe Śląsk, Katowice.

[3] Głuszczak Ł., Kruk F., Walka z gazami w kopalniach, Górnictwo, tom XVIII, PWT, Kato-wice 1953.

[4] Korman J., 1972, Górnictwo, Wydawnictwo Śląsk, Katowice.

[5] Piątek Z., 1995, Górnictwo węgla kamiennego na Dolnym Śląsku, Przegląd Górniczy, nr 1.

[6] Piernikarczyk J., 1936, Historia górnictwa i hutnictwa na Górnym Śląsku, Śląski Związek Akademicki, tom II, Katowice.

[7] Katalog systemów podziemnej eksploatacji węgla w Polsce, Wydawnictwo Śląsk, Kato-wice 1966.

[8] Poradnik górnika, Tom II, Część 1, Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze, Katowice 1959. [9] Poradnik górnika, Tom II, Część 2, Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze, Katowice 1959. [10] Poradnik górnika, Tom II, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1975.