___________________________________________________________________________
Dorobek Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej
KGHM CUPRUM – CBR w pracach badawczo-
-rozwojowych na rzecz górnictwa rud miedzi
Leszek ZIĘTKOWSKI
1), Janusz MŁYNARCZYK
1)1) KGHM CUPRUM Sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław
e-mail: l.zietkowski@cuprum.wroc.pl, j.mlynarczyk@cuprum.wroc.pl
Streszczenie
W artykule przedstawiono wkład Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej KGHM CUPRUM w rozwój i podnoszenie poziomu technicznego górnictwa rud miedzi oraz w rozwiązywanie problemów bieżących i wyznaczanie kierunków rozwoju KGHM Polska Miedź S.A.
Słowa kluczowe: górnictwo rud miedzi, badania i rozwój w górnictwie, mechanizacja
górnictwa
Contribution of the Mechanical and Electrical Engineering
Department of KGHM CUPRUM in the development
and improvement works for copper ore mining
Abstract
The article presents the contribution of the Department of Mechanical and Electrical Engi-neering of KGHM CUPRUM in the development and improvement of the technical level of copper ore mining and in solving current problems and determining the directions of devel-opment of KGHM Polska Miedz SA.
Key words: copper ore mining, research and development in mining, mechanisation of
mining
Wstęp
Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej (dawniej Zakład Mechanizacji) miał bardzo znaczący wkład w budowę i rozwój LGOM. Od chwili powstania Zakładów Badawczych i Projektowych Miedzi Cuprum zagadnienia związane z mechanizacją procesów wydobywczych i produkcyjnych stanowiły jedną z kluczowych dziedzin, wymagających intensywnego rozwoju i szerokich badań z uwagi na niejednokrotnie pionierski charakter wdrażanych rozwiązań. W pierwszym okresie budowy kopalń rud miedzi szerokie wykorzystanie samojezdnych maszyn górniczych z napędem spalinowym do wybierania i transportu urobku w oddziale wydobywczym nie miało
precedensu w polskim górnictwie. Należało rozwiązać cały szereg problemów z tym związanych, a pracownicy ówczesnego Zakładu Mechanizacji aktywnie w tych pracach uczestniczyli. Podobnie pionierski charakter miało wykorzystanie przenośników taśmowych do transportu urobku z oddziałów eksploatacyjnych do szybów wydobywczych, w czym również uczestniczyli pracownicy Zakładu Mechanizacji ZBiPM Cuprum. Intensywnie rozwijano konstrukcję samych przenośników taśmowych, tworzono wytyczne ich zabudowy oraz opracowywano normy dotyczące pracy przenośników taśmowych w podziemnych wyrobiskach górniczych. Wiele zadań w tym zakresie realizowano we współpracy z uczelniami technicznym, a w szczególności z Politechniką Wrocławską i Akademią Górniczo- -Hutniczą w Krakowie.
Generalnie można stwierdzić, że Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej (a wcześniej Zakład Mechanizacji) zajmował się na przestrzeni lat trzema głównymi obszarami prac na rzecz szeroko rozumianego górnictwa. Były to:
Obszar I – prace projektowe na rzecz górnictwa, dotyczące konstruowania nietypowych, często innowacyjnych maszyn i urządzeń, głównie stosowanych w podziemnych wyrobiskach kopalnianych.
Obszar II – prace studialne i analityczne realizowane na rzecz KGHM Polska Miedź S.A., których celem była ocena możliwości utrzymania na wymaganym poziomie, bądź zwiększenia produkcji w zakładach górniczych lub w ZWR-ach.
Obszar III – prace badawczo-rozwojowe, których celem było poszukiwanie lub ocena możliwości zastosowania nowych rozwiązań usprawniających proces wydobycia rudy i produkcji miedzi.
1.
Wybrane przykłady prac projektowych i wdrożeniowych
zrealizowanych w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej
W obszarze prac projektowych Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej bardzo często współpracował z KGHM ZANAM. Wynikało to z możliwości uzupełniania się kompetencji projektowych KGHM Cuprum z możliwościami produkcyjnymi KGHM ZANAM. W ramach takiej współpracy prowadzono ciągły rozwój konstrukcji przenośników taśmowych produkowanych przez KGHM ZANAM dla potrzeb kopalń podziemnych KGHM Polska Miedź S.A. Doskonalono rozwiązania konstrukcyjne poszczególnych podzespołów przenośnika, w celu zwiększenia ich efektywności i obniżenia kosztów produkcji oraz eksploatacji. Modyfikacjom podlegały takie elementy, jak krążniki, bębny, podpory trasy przenośnikowej, urządzenia czyszczące taśmę. Testowano różne rozwiązania zabudowy podzespołów przenośnikowych, w tym trasy i przesypy podwieszane na linach.
W Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej projektowane były przenośniki taśmowe przystosowane do pracy w nietypowych warunkach zabudowy lub do transportu nietypowych elementów. Przykładem niech będą przenośniki do pracy na upadzie lub przenośniki do transportu ludzi, materiałów i urobku.
Jednym z przykładów nowatorskich rozwiązań konstrukcyjnych w dziedzinie przenośników taśmowych jest opracowanie konstrukcji i wdrożenie nowego typu nadążnego układu napinania taśmy z dwoma wózkami napinającymi. Układ ten zastępuje stosowne wcześniej napinanie wieżowe, które wymagało wykonywania wysokiego wyłomu w stropie wyrobiska, w celu zabudowania wież z obciążnikami
napinającymi taśmę. Bezwieżowe napinanie nadążne zachowuje zalety układu napinania ciężarowego w postaci zdolności do kompensowania wydłużenia taśmy przenośnikowej wraz ze zmianą momentu napędowego, jednocześnie eliminując jego główną wadę, w postaci konieczności zabudowy wysokich wież z obciążnikami.
Innym przykładem współpracy Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej z KGHM ZANAM był niski przenośnik taśmowy Cuprum 1000/55x2 (rys. 1), zaprojektowany dla górnictwa podziemnego rud, ze szczególnym uwzględnieniem eksploatacji złóż cienkich, w których złoże eksploatowane będzie furtą o wysokości 1,5-2,0 m, oraz tam gdzie zachodzi konieczność częstego skracania lub wydłużania przenośnika lub jego przemieszczania w inny rejon pracy. Przenośnik taki może być stosowany również w innych gałęziach przemysłu, wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba zastosowania przenośnika o zmniejszonych gabarytach.
Rys. 1. Przenośnik Cuprum 1000/55x2
Przenośnik Cuprum 1000 jest przystosowany do współpracy z taśmą o szerokości B = 1000 mm, a jego maksymalna długość może wynosić 800 m dla zabudowy poziomej i dla napędu o mocy 2x55 kW. Dla przenośnika pracującego po wzniosie i dla wymaganych długości powyżej 800 m zaprojektowano drugą wersję napędu – dwie jednostki napędowe o mocy 75 kW każda. W takiej konfiguracji długość przenośnika może wynosić nawet 1000 m.
Największym atutem przenośnika Cuprum była jego mała wysokość. W najwyższym punkcie na stacji zrzutowej wynosiła 1311 mm, zaś podpory samej trasy przenośnika mierzyły zaledwie 681 mm. Takie gabaryty możliwe były do osiągnięcia dzięki zastosowaniu bębnów o mniejszych średnicach: napędowe (524 mm), zrzutowy (424 mm) i zwrotny (424 mm), oraz taśmy przenośnikowej jednoprzekładkowej. Tego typu rozwiązania oraz dobór odpowiednich kształtowników stalowych powodowały, że przenośnik Cuprum charakteryzował się
małą masą elementów konstrukcyjnych. Dla przykładu, jedna podpora trasy przenośnika ważyła około 31 kg. Jest to istotne w przypadku konieczności skracania lub wydłużania przenośnika bądź jego przemieszczania w inne miejsce pracy. Przenośnik Cuprum 1000 z powodzeniem pracował w trudnych warunkach na dole kopalni w ZG „Polkowice-Sieroszowice”, gdzie był zabudowany do odbioru urobku z kruszarki dwuwalcowej MMD-625 (rys. 2).
Rys. 2. Schemat stanowiska przeładowczego z kruszarką dwuwalcową MMD-625
Inną grupą nowatorskich rozwiązań projektowych opracowanych w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej i wdrożonych do stosowania w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A. są nietypowe rozbudowane układy przeładowcze stosowane zarówno do zasilania i opróżniania zbiorników retencyjnych, jak i do przekazywania urobku na kolejne przenośniki taśmowe. Przykłady takich rozwiązań to między innymi:
Przejezdny, rewersyjny przenośnik taśmowy S-14 (fot. 1), służący do zasilania rudą zbiorników przyszybowych ZR-Ia i ZR-Ib w rejonie szybów R-I i R-II. Długość przenośnika wynosi 28 m przy szerokości taśmy 1400 mm, mocy napędu głównego 75 kW. Przenośnik ma również własny napęd jazdy, pozwalający na jego przemieszczenie po torowisku na odległość 4,2 m.
Fot. 1. Przenośnik taśmowy S-14 dla ZG „Rudna” w fazie produkcji
Przejezdny przenośnik taśmowy S-15 (fot. 2), zaprojektowany do zasilania poziomego zbiornika retencyjnego w ZG „Rudna”. Zbiornik ten, wyposażony w 8 lejów wysypkowych, został zbudowany według projektu wykonanego w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej. Znajduje się on w ciągu odstawy U-7/T-249. Długość przenośnika wynosi 45 m, szerokość taśmy 1400 mm, moc 75 kW, droga jazdy 46 m.
Węzeł przeładowczy urobku w ZG „Polkowice-Sieroszowice” (rys. 3 i fot. 3). Zapewnia on możliwość skierowania strugi urobku z przenośnika taśmowego L-104 zabudowanego w chodniku A-211 na istniejący przenośnik taśmowy L-33 zabudowany w upadowej A-1 lub na przenośnik taśmowy L-103 pracujący w chodniku A-2/1 i transportujący urobek do zbiornika U-19.
Rys. 3. Układ przeładowczy z przenośnikiem L-W – model komputerowy
Węzeł przeładowczy urobku przy szybie R-III w ZG Rudna (rys. 4). Zapewnia on możliwość skierowania strugi urobku z przenośnika taśmowego nadawczego U-24 L-2 (transportującego urobek w upadowej U-24) do zbiornika retencyjnego zlokalizowanego w przecince P-1a/U-24 za pośrednictwem przejezdnego przenośnika taśmowego T-229 L-9. W przypadku gdy zachodzi potrzeba skierowania strugi urobku z przenośnika taśmowego U-24 L-2 na przenośnik taśmowy U-24 L-1 (z wyjeżdzającą stacją zwrotną) lub bezpośrednio do zbiornika, przenośnik taśmowy T-229 L-9 przemieszcza się znad zbiornika na miejsce postojowe w przecince P-1a/U-24. Przejazd przenośnika taśmowego znad zbiornika do miejsca postojowego odbywa się na kołach po torowisku zabudowanym na spągu wzdłuż ww. przecinki.
Rys. 4. Węzeł przeładowczy urobku przy szybie R-III w ZG Rudna – model komputerowy
Przykładem współpracy Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej z KGHM ZANAM w dziedzinach niezwiązanych z przenośnikami taśmowymi i kopalnianymi układami przeładowczymi był opracowany wspólnie wóz do prac pomocniczych WPP-3 (fot. 4), zaprojektowany i wykonany na potrzeby KWK Staszic w 1998 r.
Fot. 4. Prototyp wozu do prac pomocniczych WPP-3
Wóz WPP-3 była to małogabarytowa, uniwersalna ładowarka z napędem hydrostatycznym, przystosowana do pracy i manewrowania w ograniczonej przestrzeni roboczej podziemnych wyrobisk górniczych. Układ kinematyczny maszyny pozwalał na wykonanie wszystkich manewrów przewidzianych cyklem roboczym w wyrobisku z obudową ŁP-8. Dzięki możliwości wysypu z łyżki zarówno do przodu, jak i na boki, maszyna WPP-3 mogła pracować obok przenośnika o szerokości taśmy 1200 mm. Była ona przystosowana do prac pomocniczych, takich jak wyrównywanie spągu czy transport materiałów w łyżce. Po zamocowaniu dodatkowego osprzętu, maszyna mogła być wykorzystana, jako platforma do prac na wysokości. Pojemność podstawowa łyżki wynosiła 1 m3, zaś udźwig nominalny
wynosił 3 Mg. Maksymalna prędkość jazdy wynosiła 10 km/h. Maszyna została wykonana w wersji przeciwwybuchowej, co pozwalało jej na pracę w kopalniach metanowych. W latach 70. i 80. w ówczesnym Zakładzie Mechanizacji powstało wiele projektów maszyn samojezdnych przeznaczonych do pracy w podziemnych zakładach górniczych. Zaprojektowano i zbudowano prototyp ładowarki z napędem elektrycznym, zasilanej za pomocą nawijanego na bęben kabla. Powstała koncepcje wozu wiertniczego do grubych pokładów, samojezdnego urządzenia do prac pomocniczych, czy projekt wstępny wiertnicy zawałowej oraz wiertnicy ścianowej.
W obszarze prac projektowych w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej wykonywane były również projekty zabudowy rurociągów powietrza sprężonego w szybach R-I, R-II (fot. 5) oraz wody lodowej w szybie R-IX.
Fot. 5. Inwentaryzacja wyrobisk podczas projektowania rurociągu w szybie R-I
Inna grupa prac projektowych, jakich podejmował się Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej to projekty Komór Maszyn Ciężkich dla ZG „Polkowice- -Sieroszowice” i ZG „Lubin”. Wykonanych zostało bardzo dużo takich projektów. Projekty te obejmowały zarówno przygotowanie wyrobisk od strony górniczo- -budowlanej, jak i zabudowę instalacji odwadniającej, sprężonego powietrza i wody technologicznej, oraz kompletnego wyposażenia w maszyny i urządzenia niezbędne do funkcjonowania takich komór. Nasz Zakład wyspecjalizował się również w projektowaniu samoczynnych instalacji gaśniczych dla podziemnych magazynów paliw.
Fot. 6. Komora maszyn ciężkich przy szybie SG-1, wykonywana według projektu Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej
Fot. 7. Stała instalacja gaśnicza w podziemnym magazynie paliw
Przedstawione powyżej przykłady prac projektowych stanowią zaledwie wąski wycinek zagadnień, jakimi zajmowali się pracownicy Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej na przestrzeni 50 lat swojej pracy na rzecz górnictwa.
2.
Wybrane przykłady prac studialnych i analitycznych zrealizowanychw Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej
na rzecz KGHM Polska Miedź S.A.
Prace studialne i analityczne to niezwykle istotna grupa zadań, które są realizowane na rzecz KGHM Polska Miedź S.A. Z uwagi na przynależność do grupy kapitałowej KGHM CUPRUM ma dostęp do szczegółowej wiedzy o funkcjonowaniu całego ciągu technologicznego produkcji miedzi. Pozwala to wykonywać na zlecenie Biura Zarządu KGHM Polska Miedź S.A. poszczególnych zakładów górniczych lub ZWR-ów, różnego rodzaju opracowania, które są pomocą w podejmowaniu decyzji inwestycyjnych lub określaniu optymalnych kierunków rozwoju tych jednostek. W tak złożonym organizmie, jakim jest KGHM Polska Miedź S.A., wypracowanie decyzji wymaga zawsze szczegółowej, pogłębionej analizy, oceny możliwości realizacji planowanych działań, oraz ich skutków ekonomicznych.
W Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej wykonano wiele tego typu analiz. Wśród nich warto wymienić cały szereg prac, dotyczących analiz transportu poziomego i pionowego dla różnych scenariuszy zagospodarowania złoża rud miedzi. Scenariusze te, opracowywane w Zakładzie Górnictwa KGHM CUPRUM, miały na celu optymalizację poziomu produkcji miedzi oraz kosztów operacyjnych w całym okresie eksploatacji złoża. Istotnym elementem oceny przygotowywanych scenariuszy zagospodarowania złoża jest wykonywana w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej analiza rzeczywistego obciążenia oraz zdolności transportowych podziemnych ciągów taśmowych i kolejowych, pracujących w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A. oraz analiza obciążenia i możliwości wydobywczych poszczególnych szybów.
Dla potrzeb tego typu prac analitycznych w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej opracowano model transportu poziomego (przenośniki taśmowe i kolej
podziemna) i pionowego (szyby wydobywcze), który pozwala ocenić stopień obciążenia urobkiem wszystkich przenośników, zabudowanych w podziemnych wyrobiskach, oraz wszystkich szybów wydobywczych. Model pozwala również na analizowanie obciążeń nowo projektowanych na potrzeby danego scenariusza przenośników taśmowych. Możliwe jest także optymalizowanie rozpływu strug urobku, w miejscach gdzie rzeczywista infrastruktura transportowa na to pozwala. Optymalizacja rozpływu strug urobku pozwala na dostosowanie obciążenia poszczególnych nitek odstawy do ich rzeczywistych możliwości oraz pozwala na lepsze wykorzystanie zdolności wydobywczych szybów. Przykładowe wyniki analizy dla jednego ze scenariuszy przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Przykładowe wyniki analizy transportu poziomego i pionowego
.
45 700 8 600 21 000 8 200 6 800 Aktualna
45 700 27 000 21 000 9 100 6 800 Po modern.
R-I, R-II R-III P-II P-VI SW-I
2020 45 645 13 932 20 652 0 0 80 229 41 885 38 344 2027 45 274 23 928 0 9 015 0 78 216 39 503 38 713 2037 45 361 21 487 0 9 097 0 75 946 36 306 39 640 2047 45 620 20 288 0 9 052 0 74 960 36 306 38 654 2057 44 537 17 029 0 0 0 61 566 36 306 25 260 Up. E-3 L-104 L-106 L-120 L-210 L-226 L-222 L-253 2020 16 027 14 861 3 384 16 396 10 028 12 333 8 125 16 027 2027 9 015 7 229 7 229 15 519 22 332 10 840 4 679 0 2037 9 097 7 399 6 713 13 727 21 375 11 488 11 197 0 2047 9 052 9 052 8 347 17 619 22 185 14 691 11 712 0 2057 0 0 0 19 524 19 524 19 524 0 0
Up. U-7 Up. U-24 Up. H-21 Up. N-3
T-229 L-2 T-128 L-1 U-7 L-1 U-24 L-1 H-21 L-3 N-3 L-1 Up.-D5 TW-145 2020 20 358 10 028 19 711 19 615 19 918 11 744 5 109 8 241 2027 22 087 22 332 23 187 23 683 22 518 19 809 6 813 4 073 2037 22 364 21 375 22 997 22 476 21 937 19 048 8 334 8 958 2047 23 817 22 185 21 803 21 921 20 452 19 758 5 270 8 784 2057 23 517 19 524 21 020 21 022 23 889 18 153 0 0 Rok 2020 2027 2037 2047 2057 Wydobycie w kopalni Rudna Rok Razem ZG Polkowice Sieroszowice Poz. 1000m Rok
Obciążenia szybów wydobywczych
Zdolność wydobywcza n.d. ZG Polkowice Sieroszowice Poz. 1000m 20 000
Aktualna zdolność transportowa kolejki [Mg ww / dobę] Przenośniki o szerkości taśmy B=1400
Maksymalna zdolność transportowa ciągów odstawy głównej [Mg ww / dobę]
Przenośniki o szerkości taśmy B=1200
0
Analiza obciążenia szybów i wybranych ciągów odstawy w latach 2020 - 2057 Wariant I - SUPLEMENT (SW-1 wydobywa tylko sól, likwidacja ZWR Polkowice i rozbudowa ZWR Rudna)
Proponowane przenośniki przerzutowe w Pol-Sier [Mg ww/dobę]
Obciążenia wybranych przenośników [Mg ww/dobę]
Rok Poz. 850m ZG Rudna Wydobycie w kopalni Pol.-Sier. 0 [Mg ww/dobę] Obciążenie kolejki Ruda dostarczana do ZWR n.d. 18 000 ZG Rudna 24 000 25 000 0 ZWR Rudna Główna 59 577 78 216 75 946 74 960 61 566 ZWR Polkowice 20 652 0
10 879 11 085 10 701 8 785 19 809 22 518 3 378 23 187 3 032 19 141 11 355 4 542 23 187 6 813 23 683 6 800 0 15 519 22 332 22 087 45 274 45 700 0 0 23 928 78 216 8 600 7 229 9 015 0 9 015 0 8 200 21 000 1 786 0 0 ZWR Rudna: 2027
Schemat obciążenia szybów wydobywczych oraz głównych ciągów odstawy zasilających te szyby
(Likwidacja ZWR Polkowice i rozbudowa ZWR Rudna) Łączne
wydobycie: 78 216
Rok eksploatacji:
Obciążenie szybów oraz ciągów odstawy podano w [Mg ww/dobę]
Zasilanie R-I i R-II przez sąsiednie oddziały górnicze R-I, R-II R-III P-VI P-II Kolejka SW-1 T-128 T-229 U-24 Poziom 1000m Poziom 850m T-122 Zasilanie P-VI przez sąsiednie oddziały górnicze U-7 W-145 U-24 D-5 A-3 Poziom 1100m Zasilanie P-II przez sąsiednie oddziały górnicze Szyb P-II wyłączony z wydobycia W-145 T-250 T-210 W-159 H-21 H-21 N-3 T-249 T-249 T-149 Poziom 1200m W-150 TW-169R2 H-20 …23
Rys. 5. Schemat obciążenia szybów i przenośników przyszybowych w jednym ze scenariuszy zagospodarowania złoża
Innym przykładem prac studialnych i analitycznych zrealizowanych przez Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej na rzecz KGHM Polska Miedź S.A. jest kompleksowa analiza systemu odwodnienia kopalń i gospodarki wodą kopalnianą i technologiczną.
Odwadnianie kopalń oraz gospodarka wodą kopalnianą i technologiczną na powierzchni są bardzo istotnymi elementami procesu produkcyjnego w KGHM Polska Miedź S.A. Są one integralnie ze sobą powiązane i podlegają określonym wymaganiom, wynikającym głównie z przepisów górniczych oraz z uwarunkowań formalnoprawnych.
Wypompowywanie wód dołowych z kopalń na powierzchnię należy do podstawowych działań w górnictwie rud miedzi, które służy zapewnieniu bezpiecznej eksploatacji złóż. Bezpieczeństwo to jest wymagane z uwagi na zagrożenie wodne, które wynika z ciągłych dopływów wód z górotworu do wyrobisk górniczych.
Woda dołowa wyprowadzona z kopalni na powierzchnię staje się wodą technologiczną, bo jest wykorzystywana w procesach przeróbki rud. Poprzez Zakłady Wzbogacania Rud jest ona wyprowadzana do obiegu wód kopalniano- -technologicznych funkcjonującego na dość rozległym obszarze. Obieg ten obejmuje sieć rurociągów, pompownie, komory i węzły rozdzielcze oraz obiekt unieszkodliwiania odpadów wydobywczych OUOW Żelazny Most, odgrywający w całym systemie gospodarowania wodą rolę szczególną i ważną.
Analiza wykonana w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej, uwzględniająca różne czynniki, które mają wpływ na funkcjonowanie gospodarki wodnej (zmiany w dopływach wód do kopalń, wzrost zasolenia wód kopalnianych, wzrost zasolenia wód w obiegu oraz zmiany logistyczne w odwadnianiu), pozwoliła przeanalizować możliwości wprowadzenia różnych działań technicznych i organizacyjnych, zmierzających do podniesienia efektywności i bezpieczeństwa tego systemu.
Takich prac analitycznych i studialnych wykonano na przestrzeni 50 lat istnienia cały szereg. Były wśród nich między innym ocena możliwości zastosowania hydrotransportu do transportowania koncentratu z Zakładów Wzbogacania Rud rejon Polkowice i rejon Rudna do Huty Miedzi „Głogów”, ocena możliwości budowy Zakładów Wzbogacania Rud w podziemnych wyrobiskach górniczych czy opracowanie koncepcji technicznej i analizy efektywności ekonomicznej transportu rudy z szybów R-III do ZWR rejon Rudna za pomocą przenośników taśmowych.
W Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej wykonywano prace analityczne i studialne nie tylko dla KGHM Polska Miedź S.A., ale również dla podmiotów zewnętrznych. Dla przykładu w 2008 r. wykonano projekt koncepcyjny, dotyczący produkcji soli warzonej z solanki uzyskanej w wyniku ługowania złoża soli kamiennej z obszaru górniczego Mogilno. Opracowanie to było wstępnym studium wykonalności inwestycji, związanej z budową zakładu warzelni soli, powiązanego technologicznie z układem instalacyjnym na placu przyotworowym Z-2 w KPMG Mogilno.
3. Wybrane przykłady prac badawczo-rozwojowych, związanych
z poszukiwaniem lub oceną możliwości zastosowania nowych
rozwiązań usprawniających proces wydobycia rudy
i produkcji miedzi
Kolejnym obszarem działalności Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej są prace badawczo-rozwojowe. Mają one na celu poszukiwanie lub ocenę możliwości zastosowania nowych rozwiązań usprawniających proces wydobycia rudy i produkcji miedzi.
Znaczącym sukcesem zakończyła się natomiast praca badawczo rozwojowa, na podstawie której w Zakładach Górniczych KGHM Polska Miedź S.A. wyeliminowano centralne sieci sprężonego powietrza oraz zrezygnowano z napędów pneumatycznych w maszynach górniczych i wprowadzono do nich napędy hydrauliczne. Pierwotnie zdecydowana większość maszyn wiercąco kotwiących była wyposażona w pneumatyczne napędy organów wykonawczych. Sprężone powietrze zasilające te napędy było dostarczane do oddziałów wydobywczych za pomocą sieci rurociągów. Centralne sprężarkownie były zlokalizowane na powierzchni, a sieci rurociągów były bardzo rozległe. Cały system był nieefektywny energetycznie i generował olbrzymie koszty. Pracownicy Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej (wówczas był to Zakład Mechanizacji) przeprowadzili badania oraz pomiary dołowe. Na tej podstawie określono sprawność energetyczną całego systemu zasilania sprężonym powietrzem. Wyniki zrealizowanej pracy były podstawą do podjęcia decyzji o stopniowym eliminowaniu maszyn wiercących i kotwiących z układem roboczym zasilanym sprężonym powietrzem i zastępowaniu ich maszynami z napędem elektrohydraulicznym. Obecnie dla zapewnienia
sprężonego powietrza w obiektach dołowych w kopalniach budowane są instalacje lokalne, które są zasilane z lokalnych sprężarek.
Ostatnie lata obfitowały zwiększoną liczbą prac badawczo-rozwojowych, mających istotne znaczenie dla rozwoju i przyszłości KGHM Polska Miedź S.A. Wynika to w dużej części z wyzwań, jakie związane są z eksploatacją złóż na coraz większych głębokościach i w trudniejszych warunkach górniczo-geologicznych. Wysoka temperatura pierwotna skał, zwiększone wymagania w zakresie wentylacji i klimatyzacji rosnące długości dróg odstawy czy konieczność rozbudowy układów odwodnienia kopalń i zagospodarowania odpadów podnoszą koszty wydobycia i produkcji miedzi. To z kolei wymusza konieczność intensywnego poszukiwania sposobów podniesienia efektywności robót górniczych oraz wzrostu wydajności przeróbki rudy miedzi. Prace takie są podejmowane i Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej bierze w nich czynny udział samodzielnie bądź we współpracy z innymi partnerami. Zakres realizowanych prac badawczo-rozwojowych jest bardzo szeroki. Dotyczą one między innymi takich zagadnień, jak:
ocena możliwości i efektywności zastosowania mechanicznego urabiania w robotach chodnikowych oraz do urabiania skał w oddziałach eksploa-tacyjnych,
monitoring samojezdnych maszyn górniczych, w celu podniesienia efektywności i niezawodności ich pracy oraz usprawnienia naprawy i obsługi tych maszyn,
opracowanie automatycznego urządzenia do rozbijania brył nadgabaryto-wych na stanowisku przeładowczym z maszyn odstawczych na przenośnik taśmowy,
opracowanie koncepcji nowej wysokoefektywnej technologii wzbogacania rudy miedzi,
opracowanie innowacyjnego systemu łączności bezprzewodowej w wyrobiskach filarowo-komorowych w podziemnych zakładach górniczych,
opracowanie innowacyjnej technologii przygotowania rudy miedzi do flotacji z wykorzystaniem wysokoenergetycznych technik rozdrabniania.
Na szczególna uwagę zasługują prace dotyczące mechanicznego urabiania w warunkach kopalń rud miedzi LGOM. W 2004 r. z udziałem pracowników Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej przeprowadzone zostały testy podziemne prototypowego kombajnu ARM 1100 firmy Voest-Alpine. Celem tych testów było sprawdzenia w warunkach rzeczywistych możliwości urabiania kombajnem i odstawy urobku w cienkim złożu o miąższości poniżej 1,5 m. Opracowana została wstępna koncepcja systemu eksploatacji z wykorzystaniem kombajnu ARM oraz przedstawiono koncepcje układów odstawy urobku z kombajnu. Rozważane były układy odstawy oparte na przenośnikach taśmowych oraz na niskich wozach odstawczych.
Fot. 8. Kombajn ARM 1100 w trakcie prób dołowych
W 2009 r. w kopalni ZG „Lubin” rozpoczęły się próby eksploatacyjne kombajnu do prac chodnikowych, w których uczestniczyli pracownicy Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej. Był to kombajn typu MH-620 firmy Sandvik przystosowany do urabiania skał twardych o wytrzymałości na ściskanie do Rc=130 MPa. W ramach pracy badawczo-rozwojowej monitorowano przebieg prac
związanych z przygotowaniem kombajnu do eksploatacji oraz przebieg samych prób eksploatacyjnych. Na podstawie informacji zebranych w trakcie prób przedstawiono wstępną ocenę efektów pracy kombajnu i osiąganą przez niego wydajność urabiania.
Po zakończeniu pierwszego etapu prac związanych z wdrożeniem kombajnu MH-620 do drążenia wyrobisk chodnikowych w kopalni ZG „Lubin” podjęto decyzję o modernizacji kombajnu, w celu dostosowania rozwiązań konstrukcyjnych do warunków panujących w kopalniach rud miedzi KGHM Polska Miedź S.A. Ponadto z uwagi na bardzo trudne warunki górniczo-geologiczne w rejonie pracy kombajnu w pierwszym etapie, zdecydowano o zmianie lokalizacji dalszych prac prowadzonych z wykorzystaniem kombajnu. W drugim etapie pracy badawczo- -rozwojowej, realizowanej przez Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej, przedstawiono kompleksową ocenę pracy kombajnu i jego niezawodności.
Prace zmierzające do wykorzystania kombajnów chodnikowych MH-620 były kontynuowane w ZG „Polkowice-Sieroszowice”. Uruchomiony został projekt, którego celem było opracowanie i wdrożenie nowej technologii wykonywania wyrobisk przygotowawczych, zapewniającej osiągnięcie średnich postępów drążenia wynoszących 10 mb./dobę/kombajn, przy koszcie na poziomie kosztów wykonywania wyrobisk z wykorzystaniem robót strzałowych. W ramach ww. projektu w obszarze górniczym Sieroszowice wykonano 4-nitkową wiązkę wyrobisk chodnikowych T, W-357. Do robót górniczych wykorzystano zespół trzech kombajnów chodnikowych typu MH-620 firmy Sandvik. Zadaniem Zakładu Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej było wykonanie analizy porównawczej ciągnionych kosztów drążenia wyrobisk chodnikowych zespołem kombajnów w odniesieniu do kosztów drążenia wyrobisk przy zastosowaniu materiałów wybuchowych.
W 2013 r. w ZG „Polkowice-Sieroszowice” rozpoczęto próby eksploatacyjne urabiania mechanicznego z wykorzystaniem kompleksu urabiającego ACT firmy Caterpillar. Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej uczestniczył w pracy badawczo-rozwojowej, realizowanej wspólnie Zakładem Górnictwa, której celem było opracowanie koncepcji i projektu eksploatacji złoża rudy miedzi o małej i średniej miąższości z mechanicznym urabianiem calizny na podstawie założeń przedstawionych przez O/ZG „Polkowice-Sieroszowice”, oraz udział w próbach eksploatacyjnych z kompleksem urabiającym. Jeden z etapów tej pracy polegał na opracowaniu programu i przeprowadzeniu badań eksploatacji złoża rud miedzi systemem ścianowym z zastosowaniem mechanicznego urabiania calizny. W ramach pracy analizowano zachowania się górotworu, oceniano parametry charakteryzujące stan zagrożeń wentylacyjnych, dokonano optymalizacji parametrów technicznych kompleksu ścianowego, oraz określenia rzeczywistych parametrów ekonomicznych urabiania złoża rud miedzi kompleksem urabiającym.
Celem przeprowadzonych badań i obserwacji była ocena możliwości zastosowania systemu ścianowego z ugięciem stropu na sztucznych filarach – w rzeczywistych warunkach, a w dalszej perspektywie czasowej w rejonach złoża o małej miąższości, zalegającego na dużej głębokości i w trudnych warunkach wentylacyjno-klimatycznych kopalń KGHM Polska Miedź S.A. Ponadto dokonano analizy rzeczywistych parametrów technicznych i kosztowych procesu urabiania złoża rud miedzi kompleksem urabiającym, ze wskazaniem możliwości ich optymalizacji. Pracę zakończono weryfikacją wstępnej oceny ekonomicznej przedsięwzięcia.
Fot. 10. Maszyna urabiająca kompleksu ścianowego
Fot. 11. Maszyna urabiająca nad przesypem z przenośnika ścianowego
Fot. 12. Kabina operatora kompleksy ścianowego zaprojektowana w Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej
Możliwość zmiany technologii w procesie przeróbki rud jest przedmiotem projek-tu badawczego, realizowanego przez konsorcjum CUPRUM, IMN, IPPT PAN i Poli-technikę Warszawską w ramach przedsięwzięcia CuBR, które jest finansowane przez NCBiR oraz KGHM Polska Miedź S.A. Celem jest opracowanie innowacyjnej technologii przygotowania rudy miedzi do flotacji z wykorzystaniem wysokoenerge-tycznego rozdrabniania.
W Zakładzie Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej opracowano założenia do procesu technologicznego mielenia rudy miedzi na sucho z zastosowaniem młyna wentylatorowego (rys. 6), co pozwoli na zastąpienie stosowanego obecnie dwusta-dialnego procesu mielenia rudy miedzi na mokro. Wysoką efektywność rozdrabnia-nia zapewni duża energia kinetyczna narzędzi roboczych koła bijakowego, którego prędkość liniowa przekraczać będzie 100 m/s.
Prototypową instalację (fot. 13) zbudowano w ZWR rejon Lubin i prowadzone są na niej testy technologiczne.
Rys. 6. Schemat instalacji do testów rozdrabniania rudy z wykorzystaniem młyna wentylatorowego
Fot. 13. Widok prototypowej instalacji z młynem wentylatorowym zbudowanej w ZWR rejon Lubin
Podsumowanie
Na przestrzeni 50 lat istnienia KGHM CUPRUM, Zakład Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej (dawniej Zakład Mechanizacji) zrealizował bardzo wiele ciekawych i innowacyjnych prac, które w znaczący sposób przyczyniły się do rozwoju i pod-niesienia poziomu technicznego górnictwa rud miedzi. Szeroki zakres kompetencji, innowacyjność, zdolność do podejmowania nowych wyzwań i elastyczne podejście do rozwiązywania problemów, jakie wykazywali pracownicy Zakładu z pewnością będą przydatne i zostaną wykorzystane, w celu sprostania wyzwaniom, przed którymi stoi KGHM Polska Miedź S.A. i polskie górnictwo.
