Dobór sposobu przewietrzania jako podstawa skutecznej profilaktyki zagrożenia klimatycznego w podziemnych kopalniach

(1)

Dobór sposobu przewietrzania jako podstawa

skutecznej profilaktyki zagrożenia klimatycznego

w podziemnych kopalniach

Sebastian GOLA

1), 3)

, Krzysztof SOROKO

1), 4)

,

Władysław TURKIEWICZ

4)

1)_{KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice,} 2)_{KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław,} 3)

Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Wrocław

4)_{Uczelnia Jana Wyżykowskiego w Polkowicach}

Streszczenie

Przyszłość polskich kopalń należących do KGHM Polska Miedź S.A. związana będzie z eks-ploatacją na coraz większych głębokościach. Powoduje to zwiększenie zagrożeń aerologicz-nych, przede wszystkim zagrożenia klimatycznego. Obecnie wprowadza się zaawansowane środki techniczne, aby minimalizować niekorzystny wpływ temperatury powietrza na pracują-cych na dole ludzi. Na podstawie stosowanych i możliwych do zastosowania sposobów prze-wietrzania planowanych oddziałów wydobywczych w głębszych partiach złoża rud miedzi, w artykule podjęta została analiza sposobów przewietrzania umożliwiających zapewnienie wymaganych klimatycznych warunków pracy w przestrzeniach roboczych, a tym samym planowe wydobycie złoża rud miedzi.

Słowa kluczowe: wentylacja, zagrożenie klimatyczne, sposoby przewietrzania kopalń podziemnych

Selection of the ventilation method as a basis for effective

prevention of climate risks in underground mines

Abstract

The future of the Polish mines owned by KGHM Polska Miedź S.A. will be connected with mining at greater depths. This results in an increase in aerological hazard, especially climatic hazard. At present, advanced technical measures are being introduced to minimise the adverse impact of air temperature on people working in mining workings. On the basis of the applied and possible to apply methods of ventilation of the mining divisions planned in the deeper parts of the copper ore deposit, in the article an analysis of ventilation methods has been undertaken to ensure the required climatic working conditions in working spaces, and thus the planned mining of the copper ore deposit.

(2)

Wprowadzenie

Przyszłość górnictwa rud miedzi, realizowanego przez KGHM Polska Miedź S.A., opierać będzie się na eksploatacji z coraz większych głębokości [2]. Prognozuje się, że towarzyszyć temu będzie głównie zagrożenie klimatyczne, wynikające ze wzrostu temperatury pierwotnej skał oraz zagrożenie gazowe i gazogeodynamiczne [7, 1]. Ze względu na bezpieczeństwo załóg dołowych, pojawia się potrzeba opracowania metod niwelujących niekorzystny wpływ temperatury do poziomu pozwalającego na prowadzenie działalności górniczej na skalę przemysłową z zachowaniem korzyst-nych parametrów ekonomiczkorzyst-nych.

W kopalni „Polkowice- -Sieroszowice” przodki obec-nie drążonych wyrobisk udo-stępniająco-przygotowawczych w złożu rud miedzi, znajdują się na głębokościach poniżej 1100 m p.p.t., natomiast fronty eksploatacyjne oddziałów wy-dobywczych przekroczyły po-ziom 1000 m p.p.t. Eksploata-cja odbywa się przy tempera-turze pierwotnej skał górotworu powyżej 40 °C. Rozkład tem-peratury pierwotnej skał góro-tworu, określonej na podsta-wie zależności analitycznej [3], zamieszczono na rys. 1.

Obecne głębokości udo-stępnianego złoża rud miedzi, skutecznie weryfikują dotych-czas stosowane metody i środki techniczne zwalczania naturalnych zagrożeń aerolo-gicznych. Wydatki powietrza, doprowadzane w rejony gór-nicze, przy kilometrowych drogach transportu, stają się niewystarczające dla bezpieczeństwa temperaturowego górników, zaś zwiększanie mocy chłodniczych punktów klimatyzacyjnych dla ich schładzania podważa zasad-ność ekonomiczną. Wraz z zagrożeniem temperaturowym, nie mniej istotnym pro-blemem na obecnych głębokościach jest wzrost występowania zjawisk gazowych w przestrzeniach wyrobisk. Stwierdzane stężenia gazów szkodliwych pochodzenia naturalnego, nawet o wartościach nieprzekraczających stężeń dopuszczalnych, przy ograniczonych wydatkach lub małych prędkościach przepływu powietrza, mogą stanowić duże niebezpieczeństwo dla pracujących ludzi.

Zagrożenie klimatyczne jest aktualnie głównym czynnikiem, determinującym po-stęp wyrobisk, przede wszystkim w oddziałach wydobywczych, stanowiąc wypad-kową budowy geologicznej oraz głębokości zalegania złoża. Jednakże na obecnych

Rys. 1. Rozkład temperatury pierwotnej skał górotworu na poziomie eksploatacji

(3)

głębokościach wydobycia kopalin ze złóż, decydujący wpływ na wzrost zagrożenia klimatycznego mają również stosowane komorowo-filarowe systemy eksploatacji.

Ze względu na uwarunkowania geologiczno-górnicze, systemem eksploatacji stosowanym w kopalni Polkowice-Sieroszowice jest wg katalogu [9] system o na-zwie J-UGR-PS. Jest to system komorowo-filarowy z ugięciem stropu i ruchowym filarem zamykającym. Złoże jest rozcinane na filary technologiczne o odpowiednich wymiarach, z usytuowaniem dłuższej osi prostopadle do linii projektowanych pasów. Przy wykorzystaniu tego systemu, pustkę eksploatacyjną powstałą w wyniku wybra-nia złoża likwiduje się poprzez tzw. ugięcie warstw stropowych, co uzyskuje się na skutek konwergencji. W celu zapewnienia stateczności pozniszczeniowej filarów podporowych, w miarę ich sukcesywnej likwidacji poprzez podebranie z materiału luźnego, przestrzeń zrobowa jest często wypełniana skalą płonną, będącą odpadem w procesie selektywnego wybierania złoża. Jednakże likwidacja tak znacznych po-wierzchni wybranego złoża wraz z postępem frontu jest procesem bardzo powol-nym, podczas którego przepływające przez zroby powietrze, ulegając dodatkowemu nagrzaniu, stanowi dodatkowe zagrożenie dla załogi. Na rys. 2 przedstawiono wyniki modelowania rozkładu temperatury powietrza w przestrzeni zrobowej, która poprzez wynoszenie ciepła do wyrobisk transportujących świeży prąd powietrza powoduje pogorszenie warunków klimatycznych na froncie eksploatacyjnym, przy stosowaniu komorowo-filarowego systemu J-UGR-PS.

Rys. 2. Rozkład temperatur powietrza w przestrzeni zrobowej systemu eksploatacji J-UGR-PS w zależności od szczelności izolacji zrobów

Podstawową cechą stosowanych systemów jest znaczna długość frontów eks-ploatacyjnych, osiągająca długość kilkuset metrów, szerokie otwarcie przestrzeni roboczej, nierzadko obejmujące do pięciu pasów oraz ich wybiegi, o długościach przekraczających tysiąc metrów. Dlatego też niepodważalne jest poszukiwanie spo-sobów przewietrzania, zapewniających bezpieczeństwo klimatyczne górnikom pod-czas eksploatacji w nowo udostępnianych obszarach złoża rud miedzi. W tym celu, w niniejszym artykule przeprowadzono rozważania sposobów doprowadzania po-wietrza bezpośrednio do przestrzeni roboczej frontów eksploatacyjnych, lub też jego odprowadzania, przy uwzględnieniu systemów przewietrzania na U, Y i Z.

(4)

2. Geologiczno-górnicze uwarunkowania w polu poniżej poziomu

1000 m

Wyeliminowanie niekorzystnych procesów i zjawisk, które istotnie wpływają na do-datkowy wzrost zagrożeń aerologicznych w technologicznym cyklu wydobycia złoża rud miedzi, w obecnej dobie jest technicznie bardzo trudne. Niemniej jednak stanowi ważne wyzwanie dla zapewnienia bezpieczeństwa w planowanych w najbliższym czasie do wydobycia obszarów złoża.

Rozważania sposobów przewietrzania, będących jednocześnie skutecznymi działaniami profilaktyki naturalnych zagrożeń aerologicznych, przeprowadzono dla nowych pól eksploatacyjnych poniżej głębokości 1000 p.p.t.

Planowane pola eksploatacyjne lokalizowane są w północno-wschodniej części obszaru górniczego Sieroszowice I – rys. 3. Stanowi okonturowany obszar złoża wyrobiskami udostępniająco-przygotowawczymi, którymi są: od strony zachodniej wiązka chodników T/W-259, od strony wschodniej chodniki T/W-145, od strony pół-nocnej obszar pola zamyka wiązka upadowych E i ostatecznie od strony południo-wej wydzielony jest przez upadowe D.

Rys. 3. Plan udostępnienia głębszych obszarów złoża rud miedzi [5]

(5)

Seria złożowa w analizowanym polu E obejmuje dolną cześć skał serii węglano-wej wapienia cechsztyńskiego (Ca1), łupek miedzionośny (T1) i stropową część piaskowców białego spągowca (Pc1). Mineralizacja złożowa ma charakter siarczko-wy. W pełni wykształcony profil złożowy, obejmujący wszystkie wymienione wcze-śniej warstwy [8]. Miąższość złoża bilansowego w omawianym obszarze waha się od 0,35 m do 3,30 m [10].

Skały stropowe tworzy seria węglanowa cechsztynu o miąższości od 9,0 do 14,0 m. Dominują dolomity wapniste i wapienie dolomityczne. Bezpośrednio na serii węglanowej zalegają anhydryty, drobnokrystaliczne, często warstwowane twarde i zwięzłe, ze smugami ciemnoszarej substancji ilastej i lokalnie z bituminami o miąż-szości od 24,7 m do 83,2 m. W profilu skał stropowych nad anhydrytami znajduje się poziom złoża drobno i średniokrystalicznej soli kamiennej (Na1). Ponieważ rejon planowanych robót znajduje się na granicy udokumentowanego złoża soli, jego sza-cowana miąższość w analizowanym obszarze może wynosić od 32 m do 133,4 m. Poziom soli kamiennej (Na1) rozdziela warstwę anhydrytów na poziom dolny (A1d) i górny (A1g). Miąższość anhydrytów dolnych wynosi od 15 m do 10 6m, co w kon-sekwencji sprawia, że półka węglanowo-anhydrytowa w stropie bezpośrednim i zasadniczym wynosi od 25 m do 111 m [6], natomiast średnia miąższość warstw oddzielających złoże soli od złoża rud miedzi wynosi 80 m.

3. Systemy przewietrzania

Dla zapewnienia efektywnej wentylacji wyrobisk górniczych podczas wybierania złoża, lokalizacja nowych pól oraz ich okonturowanie umożliwiają zastosowanie dowolnego systemu przewietrzania. Dlatego też przeanalizowano znane systemy przewietrzania w następujących wariantach systemów:

 „Z” do i od pola,  „Y” do i od pola,  „U” od pola.

Każdy system przewietrzania przeanalizowano z uwzględnieniem dwóch sposo-bów doprowadzania powietrza, a mianowicie:

a) przy wykorzystaniu istniejących wyrobisk wykonanych na poziomie złoża ru-dy miedzi,

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych do doprowadza-nia powietrza dolotowego do rejonu robót górniczych z poziomu złoża soli. W celu dokonania skutecznej oceny dla wskazania najkorzystniejszego systemu przewietrzania, w aspekcie zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom dołowym, przyjęto cztery kryteria, które opisano w tabeli 1. Podstawą ich wyboru było dążenie do całkowitego wyeliminowania lub zminimalizowania zagrożeń aerologicznych, głównie termicznych.

(6)

Tabela 1. Kryteria wyboru

3.1. System przewietrzania „Z”

Przeanalizowano cztery warianty systemu przewietrzania typu „Z”:  Z.1 - do pola prawostronny,

 Z.2 - do pola lewostronny,  Z.3 - od pola prawostronny,  Z.4 - od pola lewostronny.

3 . 1 . 1 . S y s t e m Z . 1

Schematy przewietrzania systemem Z.1 zamieszczono na rys. 4.

Kr y te rium Opis Charakterystyka I Bezpośrednie do-prowadzanie po-wietrza dolotowego na front eksploata-cyjny.

Bezpośrednie doprowadzanie powietrza dolotowego na front eksploatacyjny zapewnia powietrze o lep-szych właściwościach temperaturowych i fizykoche-micznych. W takim rozwiązaniu unika się doprowa-dzania powietrza dolotowego wzdłuż części wyeks-ploatowanej, a tym samym zapobiega wypłukiwaniu i wynoszeniu ciepła ze zrobów do przestrzeni robo-czej. II Niezależne prze-wietrzanie dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego.

Zapewnienie niezależnego przewietrzania dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego, poprzez zmniej-szenie zagrożenia klimatycznego zapewni realizację robót górniczych przynajmniej na połowie frontu.

III Brak wynoszenia _{ciepła ze zrobów.}

W związku z możliwością zwiększenia zagrożenia w przestrzeni roboczej oddziałów wskazane jest, aby oddziały górnicze lokalizowane poniżej poziomu 1000 m p.p.t. były przewietrzane w taki sposób, aby nie następowało wynoszenie gorącego powietrza ze zrobów do przestrzeni roboczej.

IV

Brak konieczności wykonania dodat-kowego wyrobiska.

Przy zastosowaniu niektórych systemów przewie-trzania istnieje konieczność wykonywania dodatko-wego wyrobiska, które zapewni zastosowanie sku-tecznej wentylacji.

(7)

a) b)

Rys. 4. System Z.1:

a) przy wykorzystaniu wyrobisk poziomu złoża rudy miedzi,

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej

Przewietrzanie:

 przy sposobie przewietrzania a) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-4, chodnikami T/W-359, chodnikami T/W-259 do oddziału, kra-wędzią frontu eksploatacyjnego przy wyeksploatowanej powierzchni (CG). Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego (GFE) powietrze wylotowe kie-rowane jest upadowymi D-1, D-2 (AH), chodnikami T/W-145, szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentyla-cyjnego SG-2,

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1, wyrobiskami złoża soli kamiennej, otworem wielkośrednico-wym bezpośrednio na front oddziału, powietrze wylotowe jest odprowadza-ne analogicznie jak w sposobie a).

Rozpatrując system przewietrzania Z.1a) pod kątem zagrożenia klimatycznego, należy stwierdzić, że prowadzenie powietrza wyrobiskami wzdłuż wyeksploatowanej powierzchni następuje podgrzewanie powietrza kopalnianego na drodze jego prze-pływu do frontu eksploatacyjnego. Następuje również migracja powietrza do zrobów, jego podgrzewanie i wynoszenie gazów z przestrzeni wyeksploatowanej do części roboczej. Dodatkowo powietrze nagrzewa się podczas transportu wzdłuż frontu eksploatacyjnego. Temperatura powietrza wylotowego będzie osiągała temperaturę powyżej dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzielanie tuneli termicznych do od-prowadzania powietrza do szybu wentylacyjnego, które będą omijały stanowiska pracy. W celu zlikwidowania niekorzystnego zjawiska, należy wzdłuż całej drogi dolotu powietrza wyizolować wyrobiska od zrobów.

W sposobie Z.1b) zaproponowano dostarczanie powietrza szybikami/otworami wielkośrednicowymi z poziomu złoża soli kamiennej bezpośrednio na front, przez co eliminuje się migrowanie powietrza do zrobów i wynoszenia ciepła oraz gazów na front eksploatacyjny.

(8)

3 . 1 . 2 . S y s t e m Z . 2

a) b)

Rys. 5. System Z.2:

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe, przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-4, chodnikami T/W-359, chodnikami T/W-259 do oddziału, lewą krawędzią frontu eksploatacyjnego przy wyeksploatowanej powierzchni (AE). Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego (GFE) powietrze wylotowe kierowane jest bocznicą GJ do chodnika T/W-145, szybikiem na poziom zło-ża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2, przy tym sposobie jest wymagane wykonanie dodatkowego wyrobiska (IJ),

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1, wyrobiskami złoża soli kamiennej, otworem wielkośrednico-wym bezpośrednio na front oddziału od lewej strony, powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a), przy tym sposobie jest wymagane wykonanie dodatkowego wyrobiska (IJ).

Rozpatrując system przewietrzania Z.2 pod kątem zagrożenia klimatycznego, na-leży stwierdzić, że występują takie same wady i zalety, jak w systemie Z.1. Istotną niedogodnością tego systemu jest konieczność wykonania i utrzymywania dodatko-wych wyrobisk udostępniających dla sposobu a) i b) do odprowadzania powietrza z przestrzeni roboczej frontu eksploatacyjnego.

Zaprezentowany system Z.2 nie zapewnia bezpieczeństwa robót górniczych w przypadku występowania zjawisk gazowych. Pojawianie się emanacji gazowych w przestrzeniach zrobowych, na drodze doprowadzania powietrza, czy też na po-czątku frontu eksploatacyjnego, będzie stanowiło duże zagrożenie dla górniczków pracujących w rejonie.

(9)

3 . 1 . 3 . S y s t e m Z . 3

a) b)

Rys. 6. System Z.3:

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe, przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-1, pochylniami D-1,2,3, chodnikami T/W-145 (HJ) na front od-działu od prawej strony. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego (EFG) powietrze wylotowe kierowane jest bocznicą EA do chodników T/W-259, upadowymi E-1,2,3,4, następnie szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2 lub upadowymi E-1,2,3,4 do chodników T/W-250 i do szybu wydechowego SG-2. Przy tym sposobie wymagane jest wykonanie dodatkowego wyrobiska IJ,

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, szybikiem/otworem wielko-średnicowym bezpośrednio na front oddziału od prawej strony (węzeł G). Powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a). Rozpatrując system przewietrzania Z.3 w sposobie a) pod kątem zagrożenia kli-matycznego i gazowego, należy stwierdzić, że doprowadzanie powietrza kopalnia-nego od pola dodatkowym wyrobiskiem udostępniającym nie spowoduje wypłukiwa-nia ciepła oraz gazów ze zrobów do przestrzeni roboczej oddziału. Również taki sposób doprowadzania powietrza kopalnianego nie będzie powodował jego nagrza-nia jak przy sposobie a) w systemie Z.1. Temperatura powietrza wylotowego będzie osiągała temperaturę powyżej wartości dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzie-lanie tuneli termicznych na drodze do szybu wydechowego, które będą omijały sta-nowiska pracy.

W systemie Z.3 sposób b) zaproponowano dostarczanie powietrza szybika-mi/otworami wielkośrednicowymi z poziomu złoża soli kamiennej. Rozwiązanie takie nie spowoduje wypłukiwania gazów ze zrobów do przestrzeni roboczej oddziału. Również taki sposób doprowadzania powietrza kopalnianego nie będzie powodował jego nagrzania jak przy sposobie a) w systemie Z.1.

(10)

Zaprezentowany system Z.3 nie zapewnia bezpieczeństwa podczas robót górni-czych w przypadku wystąpienia zjawiska gazowego na początku frontu eksploata-cyjnego. Dużą niedogodnością tego systemu jest wykonanie dodatkowych wyrobisk udostępniających dla sposobu a).

3 . 1 . 4 . S y s t e m Z . 4

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-1, pochylniami D-1,2,3 (HE) na front oddziału. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego (EFG) powietrze wylotowe kierowane jest bocznicą GC do chodników T/W-259, upadowymi E-1,2,3,4, szybikiem na poziom zło-ża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2 lub upadowymi E-1,2,3,4 do chodników T/W-250 i do szybu wydecho-wego SG-2,

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, szybikiem/otworem wielko-średnicowym bezpośrednio na front oddziału od lewej strony (węzeł E). Po-wietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a). Schematy przewietrzania systemem Z.4 zamieszczono na rys. 7.

Rozpatrując system przewietrzania Z.4 pod kątem zagrożenia klimatycznego i gazowego, należy stwierdzić, że występują takie same wady i zalety, jak w syste-mie Z.1.

Zaprezentowany system Z.4 nie zapewnia bezpieczeństwa w aspekcie zagrożeń aerologicznych w czasie realizacji robót górniczych. Temperatura powietrza wyloto-wego będzie osiągała wartości powyżej dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzie-lanie tuneli termicznych na drodze do szybu wydechowego, które będą omijały sta-nowiska pracy. Również zjawiska gazowe, występujące na początku frontu eksploa-tacyjnego, będą stanowiły duże zagrożenie dla załogi.

a) b)

Rys. 7. System Z.4:

(11)

3.2. System przewietrzania „Y”

Przeanalizowano cztery systemu przewietrzania typu „Y”:  Y.1 – od pola, odwrócony „Y”,

 Y.2 – od pola,  Y.3 – do pola,

 Y.4 – do pola odwrócony „Y”.

3 . 2 . 1 . S y s t e m Y. 1

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-1, pochylniami D-1,2,3, chodnikami T/W-145, bocznicą IF na front eksploatacyjny oddziału. W węźle F następuje rozdział powietrza na skrzy-dła frontu eksploatacyjnego, co powoduje, że są przewietrzane niezależnie. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego powietrze wylotowe kierowane jest chodnikami T/W-259 (ABCD) wiązką upadowych E do chodników T/W- -145, szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2 lub upadowymi E-1,2,3,4 do chodników T/W--250 i do szybu wydechowego SG-2, sposób wymaga wykonania dodatko-wego wyrobiska (IB),

 przy sposobie przewietrzania b), powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, szybikiem/otworem wielko-średnicowym bezpośrednio na front oddziału (węzeł F). Powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a).

Schematy przewietrzania systemem Y.1 zamieszczono na rys. 8.

a) b)

Rys. 8. System Y.1:

(12)

Analizując system przewietrzania Y.1 stwierdza się, że w każdym z dwóch spo-sobów następuje doprowadzenie powietrza dolotowego na środek frontu eksploata-cyjnego i rozdzielenie na dwa prądy powietrza przewietrzające prawe i lewe skrzydło przestrzeni roboczej frontu. Takie doprowadzanie powietrza jest najkorzystniejsze ze względu na zagrożenie klimatyczne i gazowe. W obu sposobach nie występuje wypłukiwanie gazów szkodliwych do części roboczej oddziału.

Przy sposobie a) temperatura powietrza wylotowego będzie osiągała temperatu-rę powyżej wartości dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzielanie tuneli termicz-nych na drodze odprowadzania powietrza do szybu wydechowego, które będą omi-jały stanowiska pracy. Inną niedogodnością jest wykonanie dodatkowego wyrobiska udostępniającego.

W sposobie b) zaproponowano dostarczanie powietrza szybikiem/otworami wiel-kośrednicowymi z poziomu złoża soli kamiennej. Taki sposób doprowadzania powie-trza kopalnianego nie będzie powodował jego nagrzania jak przy sposobie a). Na-tomiast, podobnie jak w odniesieniu do sposobu a), wystąpi konieczność wydziela-nia tuneli termicznych na drodze do szybu wydechowego, które będą omijały stano-wiska pracy.

Zaprezentowany system Y.1, ze względu na niezależne przewietrzanie dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego, zapewnia bezpieczeństwo robót górniczych, w przypadku wystąpienia zjawiska gazowego, przynajmniej na jednym ze skrzydeł.

3 . 2 . 2 . S y s t e m Y. 2

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-1, pochylniami D-1,2,3 do węzła H oraz chodnikami T/W-145 do bocznicy IG. Skrzydła frontu eksploatacyjnego są przewietrzane niezależnie z dwóch stron. W węźle F następuje połączenie powietrza z dwóch skrzydeł frontu. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego powietrze wylotowe kie-rowane jest bocznicą FB, chodnikiem T/W-259, wiązką upadowych E do chodników T/W-145, szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej wyro-biskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2 lub upadowymi E-1,2,3,4 do chodników T/W-250 i do szybu wydechowego SG-2. Sposób wymaga wy-konania dodatkowego wyrobiska (IJ),

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, szybikiem/otworami wielko-średnicowymi bezpośrednio na front oddziału (węzeł E i G), powietrze wylo-towe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a).

(13)

a) b)

Rys. 9. System Y.2:

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej W systemie przewietrzania Y.2, w odróżnieniu od systemu Y.1, powietrze na front dostarczane jest z dwóch stron, a odprowadzane filarem ruchowym. Również skrzydła frontu eksploatacyjnego są przewietrzane niezależnie. Pozostałe wady i zalety w odniesieniu do zagrożeń gazowych i termicznych są analogiczne jak w systemie Y.1.

Niedogodnością systemu jest wykonanie dodatkowych wyrobisk udostępniają-cych przede wszystkim dla sposobu a).

Zaprezentowany system Y.2, ze względu na niezależne przewietrzanie dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego, zapewnia bezpieczną realizację robót górniczych, w przypadku wystąpienia zjawiska gazowego, przynajmniej na jednym ze skrzydeł.

3 . 2 . 3 . S y s t e m Y. 3

a) b)

Rys. 10. System Y3:

a) przy wykorzystaniu wyrobisk poziomu złoża rudy miedzi b) przy wykorzystaniu otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej

(14)

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-4, chodnikami T/W-359, chodnikami T/W-259 do pola. Filarem ruchowym BF, dostarczane jest do węzła F, w którym następuje rozdział powietrza na prawe i lewe skrzydło, uzyskując przewietrzane niezależnie. Po przewietrzeniu frontu robót górniczych powietrze wylotowe upadowymi D-1,2,3 oraz bocznicą GI, kierowane jest do chodników T/W-145, szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wenty-lacyjnego SG-2. Sposób wymaga wykonania dodatkowego wyrobiska JI,  przy sposobie przewietrzania b), powietrze dolotowe doprowadzane jest od

szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, otworami wielkośrednico-wymi bezpośrednio na front oddziału (węzeł F), w którym następuje rozdział powietrza na prawe i lewe skrzydło, uzyskując przewietrzane niezależnie. Powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a), sposób wymaga wykonania dodatkowego wyrobiska JI.

Analizując system przewietrzania Y.3, stwierdza się, że w każdym z dwóch spo-sobów następuje doprowadzenie powietrza dolotowego na środek frontu eksploata-cyjnego i rozdzielenie na dwa prądy powietrza przewietrzające prawe i lewe skrzydło frontu oddziału. Takie doprowadzanie powietrza jest najkorzystniejsze ze względu na zagrożenie klimatyczne i gazowe. W sposobie a) występuje wypłukiwanie gazów szkodliwych do części roboczej oddziału.

Przy sposobie a) temperatura powietrza wylotowego będzie osiągała temperatu-rę powyżej dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzielanie tuneli termicznych na drodze do szybu wydechowego, które będą omijały stanowiska pracy. Dodatkową niedogodnością jest wykonanie dodatkowego wyrobiska udostępniającego.

W sposobie b) zaproponowano dostarczanie powietrza otworami wielkośredni-cowymi z poziomu złoża soli kamiennej. Taki sposób doprowadzania powietrza ko-palnianego nie będzie powodował jego nagrzania jak przy sposobie a). Natomiast wystąpi konieczność wydzielania tuneli termicznych na drodze do szybu wydecho-wego, które będą omijały stanowiska pracy. Dodatkową niedogodnością jest wyko-nanie dodatkowego wyrobiska udostępniającego.

Zaprezentowany system Y.3, przy uwzględnieniu niezależnego przewietrzania dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego, zapewnia bezpieczeństwo prowadzenia robót górniczych przynajmniej w jednym ze skrzydeł, w sytuacjach wystąpienia zja-wiska gazowego.

3 . 2 . 4 . S y s t e m Y. 4

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-4, chodnikami T/W-359, chodnikami T/W-259, z dwóch stron frontu eksploatacyjnego wzdłuż wyeksploatowanej przestrzeni (bocznica AE i CG) IG. Skrzydła frontu eksploatacyjnego są przewietrzane niezależnie z dwóch stron. W węźle F następuje połączenie powietrza z dwóch skrzydeł frontu. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego powietrze wylotowe kie-rowane jest bocznicą FB, chodnikiem T/W-259, wiązką upadowych E do chodników T/W-145, szybikiem na poziom złoża soli kamiennej i dalej

(15)

wyro-biskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2. Sposób wymaga wykona-nia dodatkowego wyrobiska BI,

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, otworami wielkośrednico-wymi bezpośrednio na front oddziału (węzeł E i G. Powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicznie jak w sposobie a), sposób wymaga wykonania dodatkowego wyrobiska BG.

W systemie przewietrzania Y.4, w odróżnieniu od systemu Y.3, powietrze dostar-czane jest na front eksploatacyjny skrajnymi wyrobiskami obu skrzydeł, a odprowa-dzane ze środka frontu eksploatacyjnego. Dostarczanie powietrza w ten sposób powoduje, że oba skrzydła frontu eksploatacyjnego są przewietrzane niezależnie. Pozostałe wady i zalety w odniesieniu do zagrożeń gazowych i termicznych są ana-logiczne jak w systemie Y.3.

Dużą niedogodnością systemu, przy wykorzystaniu sposobów przewietrzania a) i b), jest konieczność wykonania i stałego utrzymywania dodatkowych wyrobisk udo-stępniających.

Zaprezentowany system Y.4, ze względu na niezależne przewietrzanie dwóch skrzydeł frontu eksploatacyjnego, zapewnia realizację robót górniczych przynajmniej na jednym ze skrzydeł, w przypadku nagłego wystąpienia zjawiska gazowego.

W systemie przewietrzania Y.4, w odróżnieniu od systemu Y.3, powietrze dostar-czane jest na front eksploatacyjny skrajnymi wyrobiskami obu skrzydeł, a odprowa-dzane ze środka frontu eksploatacyjnego. Dostarczanie powietrza w ten sposób powoduje, że oba skrzydła frontu eksploatacyjnego są przewietrzane niezależnie. Pozostałe wady i zalety w odniesieniu do zagrożeń gazowych i termicznych są ana-logiczne jak w systemie Y.3.

a) b)

A B C _D

E F G

H G

Rys. 11. System Y4:

(16)

3.3. System przewietrzania „U”

Przewietrzanie:

 powietrze dolotowe przy sposobie przewietrzania a) doprowadzane jest od szybu SW-1, pochylniami D-1,2,3 do węzła E i na front eksploatacyjny. Po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego powietrze wylotowe kierowane jest bocznicą GI do chodników T/W-145, szybikiem na poziom złoża soli ka-miennej i dalej wyrobiskami solnymi do szybu wentylacyjnego SG-2. Sposób wymaga wykonania dodatkowego wyrobiska IJ,

 przy sposobie przewietrzania b) powietrze dolotowe doprowadzane jest od szybu SW-1 wyrobiskami złoża soli kamiennej, otworami wielkośrednico-wymi bezpośrednio na front oddziału (węzeł E), po przewietrzeniu frontu eksploatacyjnego (EFG), powietrze wylotowe jest odprowadzane analogicz-nie jak w sposobie a). Sposób wymaga wykonania dodatkowego wyrobiska IJ. Schematy przewietrzania systemem U zamieszczono na rys. 12.

a) b)

Rys. 12. System U:

b) przy wykorzystaniu szybików/otworów wielkośrednicowych o funkcji wdechowej W przedstawionym sposobie a) systemu przewietrzania na U powietrze dolotowe dostarczane jest na lewe skrzydło frontu eksploatacyjnego, natomiast po przewie-trzeniu oddziału, odprowadzane prawym skrzydłem przez dodatkowe wykonane wyrobiska udostępniające. Rozpatrując system pod względem zagrożenia klima-tycznego, należy stwierdzić, że nie powoduje wynoszenia ciepła ze zrobów, jak i wypłukiwania gazów szkodliwych do przestrzeni roboczej. Również nagrzewanie powietrza następuje tylko na drodze przepływu powietrza przez front eksploatacyjny. Nie ma zaś niezależnego przewietrzania dwóch skrzydeł frontu oddziału. Tempera-tura powietrza wylotowego będzie zatem osiągała temperaturę powyżej wartości dopuszczalnych i niezbędne będzie wydzielanie tuneli termicznych do odprowadza-nia powietrza do szybu wentylacyjnego, które będą omijały stanowiska pracy.

W sposobie b) zaproponowano dostarczanie powietrza otworami wielkośredni-cowymi z poziomu złoża soli kamiennej bezpośrednio na front, co powoduje dostar-czenie powietrza kopalnianego o parametrach fizykochemicznych korzystniejszych niż w sposobie a).

(17)

Zaprezentowany system U nie zapewnia bezpieczeństwa robót górniczych w przypadku wystąpienia zjawiska gazowego na początku frontu eksploatacyjnego. Dodatkowo dla sposobów a) i b) wymagane jest wykonanie dodatkowych wyrobisk udostępniających pole eksploatacyjne.

Uwzględniając przyjęte kryteria wg tabeli 1 sposobów przewietrzania perspekty-wicznych pól nowych oddziałów górniczych, w tabeli 2 przedstawiono graficzną oce-nę analizowanych sposobów przewietrzania w systemach Z, Y, i U. Zaczernionym polem odznaczono spełnienie danego kryterium przez analizowany sposób przewie-trzania, w celu zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom.

Tabela 2. Analiza kryteriów

System Kryterium I II III IV Z.1a Z.1b Z.2a Z.2b Z.3a Z.3b Z.4a Z.4b Y.1a Y.1b Y.2a Y.2b Y.3a Y.3b Y.4a Y.4b Ua Ub

Przeprowadzona na podstawie powyższej tabeli ocena w prosty sposób ukazuje, że najkorzystniejszym przewietrzaniem w aspekcie zwalczania zagrożeń aerolo-gicznych, głównie zagrożenia klimatycznego, jest system Y.1b lub Y.2b.

Podsumowanie i wnioski

Zdobyte aktualnie doświadczenia podczas wydobycia złoża rud miedzi, wskazują na ogrom problemów aerologicznych, z którymi służby kopalni Polkowice-Sieroszowice będą musiały się zmierzyć przy eksploatacji obecnie udostępnianych i przygotowywanych nowych obszarów złoża. Prognozuje się, że zagrożenie wysoką temperaturą i zagrożenie występowania gazów szkodliwych będą głównymi czynni-kami determinującymi przyszłą eksploatację złoża rud miedzi, w aspekcie utrzyma-nia bezwarunkowego bezpieczeństwa załogom górniczym. Możliwość podejmowa-nia jakichkolwiek działań profilaktycznych, przy wykorzystaniu środków i rozwiązań technicznych będzie uzależniona dostarczeniem odpowiednich wydatków powietrza oraz jego właściwości fizykochemicznych. Dlatego też planowanie oddziałów

(18)

wydo-bywczych w udostępnianych głębokich obszarach złoża rud miedzi, przy występują-cych uwarunkowaniach geologiczno-górniczych oraz możliwościach wentylacyjnych sieci wyrobisk, wymaga przeprowadzenia analizy sposobów przewietrzania zapew-niających bezpieczeństwo.

Jak wykazały powyższe rozważania, prowadzenie działalności górniczej przez kopalnię Polkowice-Sieroszowice równocześnie na poziomie złoża rud miedzi i nadległym złożu soli kamiennej daje duże możliwości w zastosowaniu nowych sposobów przewietrzania dla uzyskania wymaganych warunków pracy przy eksploa-tacji głębszych obszarów złoża rud miedzi. Uwzględniając fakt, że obecne technolo-gie górnicze umożliwiają uzyskanie szybkich połączeń wentylacyjnych poprzez wy-konanie otworów wielkośrednicowych, to w kwestiach ich efektywnego wykorzysta-nia w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice szczególnej analizy wymaga sze-reg zagadnień, jak np.:

 sprecyzowanie wymiarów otworów wielkośrednicowych,

 określenie wpływu połączeń sieci wentylacyjnych obu złóż na parametry pracy stacji wentylatorów głównych,

 wybór technologii wykonywania otworów w warunkach dołowych,

 utrzymanie stateczności otworów przy ich wierceniu w różnych warstwach litologicznych,

 wyznaczenie „kroku” wykonywania otworów w stosunku do prędkości postę-pu frontu eksploatacyjnego i pełnionej przez otwór funkcji,

 określenie krytycznej odległości pomiędzy otworami w zależności od ich funkcji wentylacyjnej itp.

Analizę sposobów przewietrzania projektowanych pól w głębszych partiach złoża rud miedzi, przeprowadzono tylko wyłącznie w ujęciu wentylacyjnych uwarunkowań zwalczania zagrożeń aerologicznych. Przyjmując zastosowanie szybików/otworów wielkośrednicowych w systemach przewietrzania Z, Y, i U, zamodelowano dziewięć sposobów przewietrzania frontu eksploatacyjnego dla stosowanego w kopalni komo-rowo-filarowego systemu J-UGR-PS. Przeprowadzone rozważania jednoznacznie wskazują, na następujące wnioski:

 korzystnym systemem przewietrzania jest system Y, który w każdej odmia-nie zapewnia odmia-niezależną wentylację obu skrzydeł frontu eksploatacyjnego,  efektywne doprowadzanie powierza szybikami/otworami do przestrzeni

ro-boczej oddziału, przy zapewnieniu wymaganych parametrów fizycznych, będzie wymagało ich sukcesywnego drążenia wraz z postępem frontu eks-ploatacyjnego,

 wykorzystanie szybików/otworów wielkośrednicowych w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice może być skuteczną alternatywą dla zapewnienia bezpieczeństwa pracy w głębokich oddziałach wydobywczych.

Bibliografia

[1] Andrusikiewicz W. i in., 2015, Lokalna prognoza geologiczna rozpoznania zagrożenia gazowego i gazogeodynamicznego w złożu rud miedzi dla wiązki wyrobisk TW-359 od upadowych E do chodników obwodowych 1-5 (SW-4), Zespół pod kierunkiem dr. inż. Andrusikiewicza W., Fundacja „Nauka i Tradycje Górnicze”, Kraków.

[2] Butra J. i in., 2015, Program sczerpywania złoża w obszarach koncesyjnych z obszarem „Radwanice-Gaworzyce” – ZTE 2015, Materiały niepublikowane KGHM Polska Miedź S.A. Wrocław.

(19)

[3] Downorowicz S., 1983, Geotermika złoża rud miedzi monokliny przedsudeckiej, Prace Instytutu Geologicznego, C VI, Warszawa 1983.

[4] Fabich S. i in., 2015, Analiza wentylacyjna wykorzystania projektowanych otworów wiel-kośrednicowych jako wspomagającej drogi doprowadzenia powietrza do wyrobisk ko-palni, „CUPRUM” Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud, nr 3 (76), Wro-cław.

[5] Gajosiński S. i in., 2015, 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, „CUPRUM” Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud, nr 4 (77), Wrocław.

[6] Kłapciński J., 1967, Stratygrafia anhydrytów Stassfurt w okolicach Lubina i Sieroszowic, Kwartalnik Geologiczny, nr 1.

[7] Soroko i in., 2015, Propozycja wykorzystania wyrobisk złoża soli w zakresie wentylacji oraz prewencji aerologicznych zagrożeń naturalnych na poziomie złoża rud miedzi w obszarze GGP, „CUPRUM” Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud, nr 3 (76), Wrocław.

[8] Wyżykowski J., 1971, Cechsztyńska formacja miedzionośna w Polsce, Przegląd Geolo-giczny nr 3.

[9] Katalog systemów eksploatacji złóż rud miedzi dla kopalń KGHM Polska Miedź S.A. KGHM Polska Miedź S.A. w Lubinie, grudzień 2001.

[10] Projekt Techniczny, 2018, Oddział Zakłady Górnicze „Polkowice-Sieroszowice”, materiały niepublikowane.

(20)