Głębokość eksploatacji jako czynnik ograniczający wielkość wydobycia kopalni

(1)

Seria: G Ó R N I C T W O z. 205 Nr kol. 1179

Mie c zys ław J AWI EŃ R oman MAGDA

Instytut P r o jek tow ania i Budowy Kopalń AGH, K rak ów

GŁĘBOKOŚĆ EKSPLOATACJI JAKO CZYNNIK OGRANICZAJĄCY WIELKOŚĆ WYDOBYCIA KOPALNI

Streszczenie. Praca przedstawia najważniejsze rezultaty nad m o ż l i wościami wydobywczymi kopalni jednostkowej ze w z g lędu na wen t y l ac j ę w as pekcie nara stającej głębokości eksploatacji. Poddano analizie p r z e p u

stowość w e nt yla cyjną określonych układów szybowych i w y t ypowano u k ł a

dy, k t ó r e u znano za zalecane dla eksploatacji złoża węgla kamiennego na d u ż y c h głębokościach. Dla badanego interwału głębokości określono g r a

niczne możliwości wydobywcze modelu kopalni jednostkowej w układzie dwu- lub czteroszybowym, z uwzględnieniem różnych wari a n t ó w kolejności w y b i e r a n i a poziomów wydobywczych. Przedstawiono n a jważniejsze wnioski wyn ik a j ą c e z an alizy wyników przeprowadzonych obliczeń.

M I N I N G D EPTH AS A FACTOR LIMITING THE QUANTITY OF O U T P U T IN A MINE

Summary. In the paper are presented the most important test results on the output potentials of an elementary mine on account of ventilation in v i e w of the increasing depth of mining. The ventilation flow capacity of shaft systems has been analyzed systems, w hi c h are considered a d v is a ble for the m ining of a hard coal seam at great depths, have been selec

ted. For the selected depth interval the limiting mining p o tentials of a model of e l emen tar y mine in a two- or four shaft system have been d e t e r mined, w ith due co nsideration to different alternatives of the sequence of extr a c t i o n of the mining levels. The most important conclusions r e sul ting f rom an analysis of the results of the calculations made, have b ee n presented.

(2)

rOJT/EMIÍA PA3PAE0TKH KAK SAKTCP, 0rPAHMHHBAKimH.í flOEHHy HAXTU

Pe3ioM 3. B p a 6 o i e npeflCTaBJieHh: caM ue cym ecTBeHH He p e

3

y u i> -

TaTH HCCJiejyiBaHHH flo ó w s a io m e íí c h o c o S h o c t h enHHHWHoA m axTH b

3aBKCHMocTn

o t

BeHTHJiHiiHHy

b

a c n e K T e p a c T y ą e g rnyfiHHH

o k c -

nJioaiaiiHOHHboc p a 5 o » . AHajiH3y 6 u jia n o flB e p r H y ia B e m m ia m iO H - H aa n p on ycK H aa

c h o c o C h o c t b

o npe^ e^ eH H hix

c t b o j i b h l d c

c n c ie M , H-H3 3THX

CHCTeM

ÓHUIH BHÓpaHH T e , KOTOpue MOSCHO peKOMeHAO- s a i Ł Ran. p a sp só o T K H M ecToposcseH H ił KcŁMeHHoro y r a a Ha

CcuiBinoH

r ^ y ó H H e . ¡Ojia a c c j ie ^ y e M o r o HHTepBajiB r jiy C a n n Shjih onpe,ne;ieH H

n p e f le iiŁ H H e s K c iu ry a T a x íH O H H u e b o 3 m o x h o c t h M o ^ e jia enHHHHHoM i n a x m b Ą B y - h j i h

a eT H p ex cT B

o j i b h o h

CHCTeMe,

c y a eT O M

p a s u H -

h h h x

BapHaHT

OB

HOGJiejr.oBaTejibHocTH p a 3 p a 6 o ix H pa6oH H x r o p H -

3 O H T 0 B . B c s a i B e n p e i c i a B J i e H b J o c h o b h u e b h b o ^ h , B H T 6K a»iqH e

H 3aH axH 3a p e 3 y j ib T e io B npoBe^eH H H x p a c n e i o b .

W yczer p y w a n i e się zasobów zalegających w ramach i s t n i ejących pozio m ó w w y d o b y w c z y c h k o palń w ęg l a kamiennego prowadzi się do n i e u c hronnej potrz eb y u d ostę pni ania i przyg o towania do eksploatacji zasobów zal eg a j ą cy c h głębiej.

W zrost gł ębokości eksploatacji związany jest z wiel o m a utrudnieniami, jakie stwarza ją pogarszając e się warunki geologiczno-górnicze. N a rastanie t em peratury pierwotnej góro tw o ru w g r anicach głębokości nieprze k r ac z aj ą c e j tzw. II po z i o m u kryt y cz n e g o (35°C) wymaga stosowania s ze regu pasyw n y c h środków zwa lczania zagrożenia cieplnego, a w tym również z wi ę kszania ilości świeżego powietrza. Ze wzro st e m głębokości eksploatacji w z r asta więc wskaźnik ilości powietrza, jaką n ależy dostarczyć do wyro b i s k p o d z ie m n y ch w celu praw idłowej wentylacji robót górniczych. Wskaźnik ten z a leży od głębokości eksploatacji i koncentracji wydobycia, a jego wartości z e stawione są w P o r a d niku Górnika, t. 3, tabl. I. 17, dla interwału głębokości do 1200 m i koncentracji w y dobycia ze ścian: 500, 1000, 2000 i 3000 t/d. Przy ustalonej ilości powietrza świeżego, d ostarczanego poprzez o kreśloną sieć główn y c h wyrobi sk u d o stępniaj ąc y ch złoże z uwzględnieniem ogran i cz e ń prędkości powiet rza w p o s zczegó l ny c h wyrobiskach, wzrost wska ź n i k a ilości powi et r z a prowadzi do obniżenia wielkości wydobycia, jakie można uzyskać na bazie ustalonej sieci wyrobisk. Dla określonej sieci tych wyrobisk istnieją pewne charakterystyki granicznego wydobycia jako funkcje głębokości eksploatacji i kon centracji wydobycia ze ścian. Charakteryzują one możliwości wydo b yw c ze okreś lon ego układu wyrob i sk udo ;pniających złoże.

(3)

W c e lu okreś lenia o graniczeń wielkości wydobycia w y n i k ających z n a r a s t a jącej głębokości eksploatacji poddano analizie wyodrębione modele kopalni typu jednostkowego. Przez model kopalni rozumie się: układ szybowy (liczba, średnica oraz rozmieszczenie szybów względem granic obszaru górniczego wraz z okre ś le nie m ich p rze znaczenia i wyposażenia), poziomy wydobywcze (transpor

towe i wentylacyjne), strukturę udostępnienia złoża na p oziomach wydobywczych (układ g ł ównyc h korytarzowych wyrobisk udostępniających złoże). Zdolność wydo b yw cza okreś l o n y c h modeli kopalni jednostkowej w aspekcie narastającej głębokości eksploatacji zależy głównie od ich możliwości p rzepustowych ze w z g l ę d u na wentylację. Przepustowość wentylacyjną m o delu kopalni można określić na wlocie do kopalni (w szybach wdechowych) lub na wylocie (w s z y

bach wentylacyjnych). Dla potrzeb określania możliwości wyd o b y w c z y c h modelu kopalni istotnego znaczenia nabiera przepustowość wentylacyjna na wlocie.

Prze pus towość wen tylacyjna modelu kopalni na wlocie określa wzór:

Q = min

m

CL. Q,. + CL

^{m3 /min}

gdzie:

3 - p r z epus towoś ć wentylacyjna układu szybowego na wlocie, m /min, Q - przepusto wość wentylacyjna korytarzowych wyrobisk udostępniających

złoże, m /min,3

3 Q - ilość powie trz a przeznaczona do przewietrzania podszybi, m /min;

P

przyjęto: Q = 0, 1-Q .

P S

Prze pustowość wentylacyjna układu szybowego na wlocie opisana jest wzorem:

ns

Q = ; q . ; m^/min , S l _ _ M si

i = l

gdzie:

n - liczba szybów wdechowych,

s 3

- przepus tow ość wentylacyjna i-tego szybu wdechowego, m /min.

(4)

Pr zep u s t o w o ś ć w e nty l a c yj n a pojedynczego szybu wynosi:

q = 60 • v • F • k ; m /min: 3

s s s s

gdzie:

v - p r ędkość p o wie t rz a w szybie, m/s,

F g - powier z c h n i a p r z ek r o j u poprzecznego szybu w świetle, m , o

k g - w s p ó ł c z y n n i k wy k o rz ystania prze k r o j u p o p r z ecznego szybu.

Pr z e p u s t o w o ś ć went yl a c y jn ą ko r yt a rzowych wyro b i s k u d o s t ę p n i a j ą c y c h złoże na p o z i o m a c h wydoby w c z y c h określa wzór:

"k

Q k = X ] qkj ; j=l

gdzie:

nk ” llczba w y r o b isk korytarzowych, którymi równolegle pr z e p ł y w a p o w i e trze,

q k ~ Prz epu s t o w o ś ć wenty l a c yj n a j-tego w yrobiska korytarzowego, m 3/min.

P rzepu s t o w o ś ć wentyl a c yj n a pojedynczego w yrobiska k o r y t a r z o w e g o wynosi:

q k = 60 • vk • Fk • kk ; m 3/min;

gdzie:

vk - prędk ość powie t r za w wyro b is k u korytarzowym, m/s,

F - po wie r z c h n i a przek r o j u poprzecznego w yrobiska k o r y t a r z o w e g o w świe- tle, m ,2

kk ” w s Pó ł c z y nnik wyk o rz y st a n i a prze kr o j u p o p r z ecznego wy r o b i s k a k o r y t a rzowego.

M o żliw ośc i w y dobywc z e układu szybowego ze w z g l ę d ó w w e n ty l a c y j n y c h można o kreś lić ze wzoru:

m3/min

(5)

gdzie:

Q - J w .

p - w s kaźnik ilości powietrza, m /min/t/d.3

M o żl iwości wydobywcze modelu kopalni ze wzgl ę d ó w wen t y l a c y j n y c h można okre ślić ze wzoru:

gdzie:

Q_. P - jw- m

Na p o dstaw ie p o w yższych wzorów przeprowadzono o b l iczenia przepustowości wen tyl acyjnej oraz możliwości wydobywczych modeli k o palń b a z u j ą c y ch na u k ł a dach d wu- lub czteroszybowych, które na podstawie anal i z y prędkości i prz epu stowości powiet rza uznano za zalecane. Dla prz y k ł a d o w y c h obliczeń p rzyj ęto pewne założenia upraszczające, a mianowicie założono, że złoże jest j e dnorodne i jednopokładowe, a powierzchnia obszaru górn i c z e g o posiada k s z tałt prostokąta. W obliczeniach uwzględniono złożową i kami e n n ą strukturę k o r y t a r z o w y c h wyrobisk udostępniających.

W p r zypadku struktury złożowej przyjęto następujące założenia:

- j e dna kowy profil poprzeczny wyrobisk korytarzowych ud o s t ę p n i a j ą c y c h złoże, - chodniki pods tawow e oraz pochylnie transportowo-wentylacyjne są wyrobiskami

p o j e d y n c z y m i ,

- p r ze c z n i c e główne mogą być wyrobiskami podwójnymi.

W przy p a d k u s truktury kamiennej przyjęto:

- j e d nak owy profil poprzeczny wyrob i s k k orytarzowych udostęp n i a j ą c y c h złoże, - p r z ecz nice polowe są wyrobiskami pojedynczymi,

- p o chy lnie polow e wentylacyjne mogą być na pewnych o dcinkach wyrobiskami p o dwójnymi w p r zy padku jednoczesnej eksploatacji d wóch poziomów,

- p r z ecz nice gł ówne i przekopy kierunkowe mogą być wyrobiskami wielonitkowymi w zależności od liczby jednocześnie czynnych pól eksploatacyjnych.

Dla u k ładu dwu szybowego przyjęto szeregową eksploatację p o z i o m ó w w y d o b y w czych, natomi ast dla układu czteroszybowego uwzględniono dwa w a r i a n t y k o l e j ności eksploatacji poziomów wydobywczych, a m i anowicie szeregową eks pl oat ację pojedyn czych poziomów lub eksploatację par pozi o m ó w w p r zypadku

ich parzystej liczby.

(6)

Ze w z g l ę d u na ogr a n ic z en i a objętościowe n i niejszej p r a c y n i e można przed s t a w i ć w y n i k ó w obli cz e ń oraz ich interpretacji graficznej, p r z y t a c z a się w ięc poniże j najważ n i e j s z e wnioski wynikające z ich analizy:

- możli woś ci w y dobywcze u k ł ad u szybowego i m o d e l u kopalni m a l e j ą w r a z ze w z r o s t e m g ł ębokości eksploatacji,

- u kład szybowy, z w łas zc z a przy p ro j e k towaniu szybów o d u ż y c h średnicach, d a je znaczne możliwości p r ze pustowe powietrza, a więc również d a j e możl iw o ś ć u r u c h o m i e n i a stosunko w o d użego wydobycia; ograniczenie tych m o ż l i w o ś c i p o jawia się na granicy: u kład szybowy - struktura k o r y t a r z o w y c h w y r o b i s k u d o s t ę p n i a j ą c y c h złoże na p o s z c z eg ó ln y c h pozi o m a c h wydobywczych,

- el e m e n t y m o d e l u kopalni, a zwłaszcza układ szybowy i stru k tu r a k o r y t a r z o w y c h w y r o b i s k udostęp n i a j ą c y c h złoże, powi n n y być dobr a n e w taki sposób, ab y ich mo żliwości w y d o by w c z e b y ł y maksymalnie zbliżone; u z y s k a się w ten s po sób w i ę k s z y stopień w yk o r z ystania pr zepustowości w e n t y la c y j n e j tych e l e mentów, a w ięc również zwię k sz y się efektywność ekon o m i c z n ą t a kiego r o z w i ą zania m o d e l u kopalni,

- p r e f e r u j e się u kład d w u s z yb o wy dla kopalni jednopoziomowej, n a t o m i a s t układ c z t e r o s z y b o w y dla kopalni eksploatującej dwa p o z i o m y czyn n e równocześnie, - za w z o r c o w e m odele kopalni jednostkowej dla badanej s t r e f y g ł ęb o k o śc i (800 do 1200 m) uznano mode le bazujące na układzie d w u - lub czteroszybowym, p o z i o m a c h w y d o b y w c z y c h o wysokości pionowej ok. 100 m i kami e n ne j s tr ukturze k o r y t a r z o w y c h wyr o b i s k udo s t ęp n ia j ą c yc h złoże.

Recenzent: Doc. dr hab. inż. A n d r z e j K AR B O W N I K

W p ł y n ę ł o do Redakcji w gr u dniu 1991 r.