3.2.3. Kopalnia jedno- i wielopoziomowa.

Już w poprzednim rozdziale zasygnalizowano problem wybierania złoża przy zastosowaniu jednego lub dwóch poziomów wydobywczych. Teraz z kolei przybliżymy to zagadnienie.

Generalnie kopalnie można podzielić na jednopoziomowe i wielopoziomowe, to jest eksploatujące złoże z jednego lub równocześnie kilku poziomów wydobywczych. Najczęściej spotyka się wybieranie z zastosowaniem jednego lub dwóch poziomów wydobywczych.

Kopalnia jednopoziomowa charakteryzuje się tym, że funkcjonuje w niej jeden poziom wydobywczy i jeden poziom pomocniczy, wentylacyjno-materiałowy. Jest to najprostszy układ przestrzenny kopalń, posiadający szereg zalet, takich jak:

- prostota zastosowanego rozwiązania,

- minimalna długość i liczba wyrobisk udostępniających,

- prosty schemat przewietrzania, odstawy urobku i transportu materiałów,

- stosunkowo łatwe unikanie podbierania wyrobisk udostępniających i przygotowawczych wyższego poziomu,

- stosunkowo łatwa koordynacja prowadzenia robót przygotowawczych i wybierkowych,

- duża koncentracja wydobycia.

Udostępnienie złoża polega w tym przypadku na wykonaniu z powierzchni szybu wydobywczego, który pełni także pod względem wentylacyjnym rolę szybu wdechowego. Następnie na założonej głębokości, od szybu drąży się poziome wyrobiska udostępniające
w kierunku pokładów (dotyczy to przede wszystkim kopalń węgla lub złóż innych kopalin zalegających w formie pokładów). Są to przecznice, przekopy kierunkowe lub przecznice polowe, w zależności od stosowanego modelu udostępnienia złoża. Wyrobiska udostępniające kończą się w miejscu udostępnienia pokładu. Wymienione wyrobiska określa się też czasami, jako wyrobiska prowadzące prąd świeżego powietrza, mianem wyrobisk prądu świeżego powietrza. Podobny układ wyrobisk udostępniających jest powtórzony na poziomie wentylacyjnym, to znaczy z powierzchni drąży się szyb wentylacyjny, który często pełni również funkcję szybu materiałowego, czasami służy także do regularnej jazdy ludzi. Od tego szybu na założonym poziomie wentylacyjnym wykonuje się poziome wyrobiska udostępniające tego poziomu, to jest np. przecznicę wentylacyjną, przekop kierunkowy i przecznice polowe. Wyrobiska te są wykonywane na odcinku od szybu wentylacyjnego do miejsca udostępnienia pokładu. Określa się je czasami, dla odróżnienia od wyrobisk na poziomie wydobywczym, wyrobiskami w prądzie zużytego powietrza, wyrobiskami prądu zużytego powietrza lub krócej wyrobiskami wentylacyjnymi. W nazewnictwie stosowanym w górnictwie przymiotnik wentylacyjny w nazwie wyrobiska oznacza, że jest to wyrobisko, w którym płynie prąd zużytego powietrza, np. chodnik wentylacyjny, pochylnia wentylacyjna, szyb wentylacyjny itp.

Dalsze wyrobiska są już prowadzone w pokładzie, a więc są wyrobiskami przygotowawczymi, których przestrzenny układ zależy od stosowanego systemu wybierania, oraz wyrobiskami wybierkowymi służącymi właściwemu wybieraniu złoża. Początkowo poprzez wyrobiska przygotowawcze, a później także wybierkowe, następuje połączenie wyrobisk udostępniających na poziomie wydobywczym i wentylacyjnym. Możliwy jest obieg powietrza w kopalni sprowadzanego, jako prąd świeżego powietrza szybem wdechowym (najczęściej wydobywczym) na najniższy czynny poziom wydobywczy, dalej wyrobiskami udostępniającymi tego poziomu i wyrobiskami przygotowawczymi do wyrobisk wybierkowych. Po przewietrzeniu tych ostatnich prąd powietrza płynący w wyrobiskach górniczych staje się prądem powietrza zużytego. Jest ono odprowadzane początkowo wyrobiskami przygotowawczymi,
a następnie udostępniającymi na poziomie wentylacyjnym do szybu wentylacyjnego wydechowego i do atmosfery na powierzchnię. Ruch powietrza w kopalni wymusza wentylator zainstalowany na szybie wentylacyjnym (wydechowym). Do czasu uzyskania połączenia pomiędzy poziomem wydobywczym i wentylacyjnym, przewietrzanie wyrobisk musi się odbywać przy zastosowaniu lutniociągów i wentylatorów lutniowych. Schemat kopalni jednopoziomowej przedstawiono na rys. 3.49. Jest to podstawowy wariant - wariant I tego sposobu udostępnienia.

Rys. 3.49. Schemat kopalni jednopoziomowej z jednym poziomem pomocniczym.

W kopalniach eksploatujących złoże mniej zasobne, pokłady cienkie; pionowa wysokość poziomu jest zwykle większa. W zależności od nachylenia pokładów przy tej samej wysokości pionowej poziomu zwiększa się także długość pochyła poziomu rozumiana, jako odległości pomiędzy poziomem wydobywczym i wentylacyjnym mierzona wzdłuż nachylenia pokładu, co ilustruje zamieszczony rys. 3.50.

Rys. 3.50. Zmiana długości pochyłej poziomu zależna od nachylenia pokładu.

H - pionowa odległość pomiędzy poziomami (pionowa wysokość poziomu), α1, α2, α3 - kąt nachylenia pokładu,
L1, L2, L3 - długość pochyła poziomu.

W takiej sytuacji zwiększa się długość wyrobisk przygotowawczych łączących poziom wydobywczy i wentylacyjny. Zwiększa się tym samym długość dróg transportu materiałów, odstawy urobku, dojścia załogi do przodków wybierkowych, dróg ucieczkowych na wypadek pożaru lub innych katastrof górniczych. Rozwiązaniem jest zastosowanie drugiego poziomu pomocniczego. Pozwala to na skrócenie niektórych z wyżej wymienionych dróg. W kopalni nadal jednak funkcjonuje tylko jeden poziom wydobywczy, a więc kopalnia zachowuje charakter kopalni jednopoziomowej. Schemat takiej kopalni ilustruje rys 3.51. Jest to wariant II sposobu udostępnienia złoża w kopalni jednopoziomowej. Szyb wentylacyjny może być w tym przypadku tak jak to pokazano na rys. 3.51 zlokalizowany centralnie, a więc udostępnienie poziomami pomocniczymi (wentylacyjno materiałowymi) następuje na rysunku od strony stropu pokładu. Umieszczenie szybu wentylacyjnego w położeniu peryferyjnym może powodować, że pokład udostępniony zostanie na jednym lub obu poziomach pomocniczych od strony spągu pokładu (rys. 3.52), co jednak nie zmienia istoty zagadnienia. W każdym jednak przypadku urobek jest sprowadzany na jeden poziom wydobywczy, czyli kopalnia jest kopalnią jednopoziomową.

Rys. 3.51. Schemat kopalni jednopoziomowej z dwoma poziomami pomocniczymi - wariant I.

Rys. 3.52. Schemat kopalni jednopoziomowej z dwoma poziomami pomocniczymi - wariant I.

Inaczej przedstawia się sposób udostępnienia w kopalni wielopoziomowej. Jest to kopalnia, w której wybieranie złoża prowadzi się równocześnie na wielu poziomach wydobywczych. Najczęściej są to dwa poziomy wydobywcze. W kopalni takiej funkcjonuje jeden tylko poziom pomocniczy, wentylacyjno - materiałowy. Jest to wariant I udostępnienia złoża w kopalni wielopoziomowej - najczęściej stosowany. Zasadnicza różnica w stosunku do kopalni jednopoziomowej polega na tym, że ciągnienie urobku odbywa się z więcej niż jednego poziomu wydobywczego. Schemat takiej kopalni przedstawiono na rys. 3.53.

Rys. 3.53. Schemat kopalni dwupoziomowej z jednym poziomem pomocniczym - wariant I.

Rozwiązanie takie jest często stosowane, chociaż posiada szereg wad. Posiada jednak także istotne zalety. Zastosowanie modelu kopalni wielopoziomowej powoduje, że tracone są zalety, jakie posiada kopalnia jednopoziomowa. Stają się one w kopalni wielopoziomowej jej wadami lub, co najmniej do pewnego stopnia, trudniejszymi do pokonania niedogodnościami. I tak:

- zastosowane rozwiązanie jest bardziej skomplikowane,

- zwiększa się długość i liczba wyrobisk udostępniających koniecznych do wykonania,
a następnie utrzymania,

- schemat przewietrzania, odstawy urobku i transportu materiałów jest bardziej skomplikowany,

- trudniejsze jest do uniknięcia zwłaszcza rozdzielenie prądów świeżego i zużytego powietrza na obu poziomach, uniknięcie ich wzajemnego krzyżowania się,

- często konieczne jest utrzymywanie kilku poziomów wentylacyjnych,

- trudna jest koordynacja czasowo-przestrzenna prowadzenia frontów wybierania oraz robót przygotowawczych na różnych poziomach,

- trudniejsze jest uniknięcie podbierania wyrobisk udostępniających lub przygotowawczych wyższego poziomu przez roboty wybierkowe prowadzone na niższym poziomie,

- zwykle konieczne jest ciągnienie urobku z dwóch poziomów wydobywczych, co wymaga dwóch szybów wydobywczych lub dwóch przedziałów wydobywczych w jednym szybie
o dużej średnich,

- konieczne jest utrzymywanie odstawy na dwóch różnych poziomach, a także często dublowanie niektórych komór przyszybowych, jak np. komora materiałów wybuchowych warsztatu mechanicznego itp.

Model kopalni wielopoziomowej posiada jednak pewne zalety i pozwala na rozwiązanie problemów trudnych do pokonania w kopalni jednopoziomowej. I tak:

- model ten jest stosowany, gdy ograniczone zasoby lub ograniczony obszar górniczy nie pozwalają na uzyskanie odpowiedniego poziomu wydobycia,

- przepustowość odstawy na danym poziomie lub szybu nie pozwalają na zwiększenie wydobycia,

- jest to technicznie najprostszy sposób zwiększenia wydobycia, chociaż nie można w tym przypadku zakładać jego prostego podwojenia poprzez uruchomienie drugiego poziomu, ponieważ o wielkości produkcji decyduje także szereg innych ważnych czynników, nieraz dość odległych, jak np.: zdolność ciągnienia szybami, zdolność produkcyjna zakładu przeróbczego, wydolność systemu wentylacyjnego, maksymalna możliwość koncentracji wydobycia z uwagi np. na występujące zagrożenia itp.,

- pozwala on na pozyskiwanie np. węgla z różnych pokładów i z różnej głębokości, co ma wpływ na parametry jakościowe pozyskiwanego węgla i rozszerzenie oferty handlowej.

W tym miejscu warto szerzej omówić niektóre z wyżej wymienionych zalet, zwłaszcza te, których związek z prezentowanym modelem kopalni nie jest wprost oczywisty. Należy do nich bez wątpienia możliwość dekoncentracji produkcji oraz pozyskiwania węgli o różnych parametrach jakościowych.

Jednoczesne prowadzenia wybierania kilku ścian o dużych wybiegach może rodzić trudności w przestrzennym skoordynowaniu prowadzenia frontów wybierania, koniecznym np. w przypadku występowanie zagrożenia tąpaniami zwłaszcza, gdy obszar górniczy kopalni jest stosunkowo mały. Rozwiązaniem może być w takiej sytuacji prowadzenie wybierania na dwóch poziomach wydobywczych.

W kopalniach węgla obserwuje się zmianę parametrów jakościowych węgla wraz
z głębokością. Rośnie zwykłe stopień uwęglenia. W warunkach polskich kopalń występuje znaczna różnica w zawartości popiołu w węglu, zawartości siarki, wraz ze wzrostem głębokości. Węgle głębiej zalegającej grupy siodłowej posiadają zwykle wyższe parametry jakościowe i cechują się większą grubością pokładów od węgli grupy orzeskiej czy rudzkiej. Stąd występuje naturalna tendencja do szybszego sięgania po węgle tej grupy, jeszcze przed wyczerpaniem zasobów na wyżej położonych poziomach. Jest to tendencja znajdująca potwierdzenie w tradycji postępowania. Ostatnio jednak znajduje ona swoje zdecydowane uzasadnienie w ekonomice prowadzonego przedsięwzięcia. Dodatkowo wyznacznikiem stają się warunki określane popytem. Rynek wymaga produktu o określonych parametrach jakościowych, często nie odpowiadających parametrom żadnego z eksploatowanych pokładów. Konieczne jest wówczas przygotowywanie mieszanek węgla o różnych parametrach jakościowych. Wymaga to także pozyskiwania węgli o różnej jakości, a więc niejednokrotnie prowadzenia wybierania różnych pokładów, zalegających na różnej głębokości, stąd wybieranie na dwóch różnych poziomach i model kopalni dwupoziomowej.

Przedstawiony model kopalni wielopoziomowe (dwupoziomowej) jest modelem trwale funkcjonującym, którego realizacja wynika z przyczyn wyżej przytoczonych. Należy go odróżnić od modelu kopalni jednopoziomowej, w której przejściowo, w okresie wyczerpywania się zasobów na poziomie wyższym, uruchamia się już wydobycie na poziomie głębszym.
W kopalni takiej, bowiem po wyczerpaniu się zasobów na poziomie wyższym dalsze wybieranie prowadzone będzie tylko na poziomie głębszym, czyli ponownie powraca ona do modelu kopalni jednopoziomowej.

Kopalnia może równie funkcjonować, jako wielopoziomowa z innych, specyficznych powodów. Jeżeli budowa złoża jest taka, że zalega ono w formie dwóch lub więcej niezależnych wiązek pokładów, oddzielonych od siebie znacznej grubości strefą bez zasobową, to każda z wiązek pokładów może być udostępniona niezależnym poziomem wydobywczym
i wentylacyjnym. Kopalnia będzie wówczas kopalnią wielopoziomową. Jest to wariant II kopalni wielopoziomowej. Podobna sytuacja zachodzi, gdy jeden zakład górniczy eksploatuje dwie różne kopaliny i złoże, każdej z nich jest udostępnione niezależnym poziomem wydobywczym i wentylacyjnym. Schemat takiej kopalni przedstawiono na rys. 3.54.

Rys. 3.54. Schemat kopalni dwupoziomowej z jednym poziomem pomocniczym - wariant II.

1 - poziom wydobywczy I, 2 - poziom pomocniczy I, 3 - poziom wydobywczy II, 4 - poziom pomocniczy II, 5 i 6 - wiązki
pokładów.

Wady modelu kopalni wielopoziomowej (dwupoziomowej):

- zastosowane rozwiązanie jest bardziej skomplikowane,

- zwiększa się długość i liczba wyrobisk udostępniających koniecznych do wykonania,
a następnie utrzymania,

- schemat przewietrzania, odstawy urobku i transportu materiałów jest bardziej skomplikowany,

- trudniejsze jest do uniknięcia zwłaszcza rozdzielenie prądów świeżego i zużytego powietrza na obu poziomach, uniknięcie ich wzajemnego krzyżowania się,

- często konieczne jest utrzymywanie kilku poziomów wentylacyjnych,

- trudna jest koordynacja czasowo-przestrzenna prowadzenia frontów wybierania oraz robót przygotowawczych na różnych poziomach,

- trudniejsze jest uniknięcie podbierania wyrobisk udostępniających lub przygotowawczych wyższego poziomu przez roboty wybierkowe prowadzone na niższym poziomie,

- zwykle konieczne jest ciągnienie urobku z dwóch poziomów wydobywczych, co wymaga dwóch szybów wydobywczych lub dwóch przedziałów wydobywczych w jednym szybie
o dużej średnich,

- konieczne jest utrzymywanie odstawy na dwóch różnych poziomach, a także często dublowanie niektórych komór przyszybowych, jak np. komora materiałów wybuchowych warsztatu mechanicznego itp.

Model kopalni wielopoziomowej posiada jednak pewne zalety i pozwala na rozwiązanie problemów trudnych do pokonania w kopalni jednopoziomowej. I tak:

- model ten jest stosowany, gdy ograniczone zasoby lub ograniczony obszar górniczy nie pozwalają na uzyskanie odpowiedniego poziomu wydobycia,

- przepustowość odstawy na danym poziomie lub szybu nie pozwalają na zwiększenie wydobycia,

- jest to technicznie najprostszy sposób zwiększenia wydobycia, chociaż nie można w tym przypadku zakładać jego prostego podwojenia poprzez uruchomienie drugiego poziomu, ponieważ o wielkości produkcji decyduje także szereg innych ważnych czynników, nieraz dość odległych, jak np.: zdolność ciągnienia szybami, zdolność produkcyjna zakładu przeróbczego, wydolność systemu wentylacyjnego, maksymalna możliwość koncentracji wydobycia z uwagi np. na występujące zagrożenia itp.,

- pozwala on na pozyskiwanie np. węgla z różnych pokładów i z różnej głębokości, co ma wpływ na parametry jakościowe pozyskiwanego węgla i rozszerzenie oferty handlowej.

8

---