05-03-2005 09:59	Wentylacja Kopalń
Przykład wykonania rewersji wentylacji głównej w kopalni węgla kamiennego
Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii     Słowa kluczowe   Wentylacja kopalń - rewersja wentylacji -  zagrożenie metanowe   Streszczenie   Rewersja wentylacji głównej bardzo rzadko jest wykorzystywana podczas prowadzenia akcji pożarowych. Jednym z czynników ograniczających jej stosowanie jest brak możliwości określania zasięgu rewersji szybu wentylacyjnego w sieci wentylacyjnej. Wynika to głównie z jednostronnego działania tam wentylacyjnych w kopalni. W celu określenia zasięgu rewersji wentylacji głównej przeprowadzono próbę rewersji wentylacji w poszczególnych szybach wentylacyjnych w jednej z kopalń niemetanowych. W referacie przedstawiono wyniki pomiarów zmian prędkości powietrza w wytypowanych stacjach pomiarowych podczas stopniowego uruchamiania rewersji na szybach wentylacyjnych. Wyniki pomiarów porównano z wynikami symulacji komputerowej rozpływu powietrza.   1. Wprowadzenie   Rewersję wentylacji głównej powinno stosować się głównie w przypadku pożarów w grupowych prądach powietrza świeżego [Maciejasz i Kruk 1977]. Pożary w tych prądach stwarzają dla kopalni i załogi większe bezpośrednie zagrożenie niż pożary w szybach wdechowych, ponieważ nie następuje tu odwrócenie przepływu powietrza pod wpływem depresji cieplnej pożaru. Dymy i gazy pożarowe płyną do wszystkich rejonów wentylacyjnych, zgodnie z kierunkiem rozpływu powietrza. Stanowi to znaczne zagrożenie, a drogą wyprowadzania ludzi na powierzchnię często pozostają wyrobiska eksploatacyjne i szyb wentylacyjny.   Jeżeli pożar powstanie na podszybiu lub w wyrobisku z głównym prądem powietrza świeżego (przed rozgałęzieniem się na prądy rejonowe), wówczas jedynym i najskuteczniejszym sposobem opanowania pożaru i zabezpieczenia ludzi pracujących w oddziałach jest odwrócenie wentylacji (rewersja), a następnie aktywne gaszenie pożaru.   Przepisy górnicze [Rozporządzenie Ministra Gospodarki 2002] w § 198 stanowią, że: ust. 4. „W zakładach górniczych mających jeden szyb wydechowy stację wentylatorów głównych wyposaża się w urządzenie do zmiany kierunku przepływu powietrza”.   ust. 5. „W sieci wentylacyjnej, gdy jest więcej szybów wydechowych, powinno być możliwe wykonanie rewersji (zmiany kierunku przepływu) powietrza w poszczególnych podsieciach. Urządzenia powodujące rewersję powietrza utrzymuje się w stanie umożliwiającym jej wykonanie w czasie nie dłuższym niż 20 minut. Zakres i częstotliwość kontroli urządzeń powodujących rewersję powietrza określa kierownik ruchu zakładu górniczego”.   Nie zawsze zachodzi jednak konieczność wykonywania rewersji wentylatorami głównego przewietrzania. W zależności od struktury sieci wentylacyjnej lepsze efekty może przynieść rewersja częściowa wentylacji przy użyciu tam wentylacyjnych [Strumiński 1983, Szlązak i Zając 1997, Zając 1998].   W polskich warunkach kopalnie podziemne posiadają kilka szybów wentylacyjnych. Całkowitą rewersję w sieci można uzyskać tylko poprzez jednoczesną rewersję wszystkich szybów wentylacyjnych. Realizacja tego jest jednak ze względów techniczno-organizacyjnych prawie niemożliwa i nie zawsze w pełni uzasadniona. Rewersja pojedynczego lub kilku szybów może mieć różny zasięg, który zwykle nie jest do końca znany, gdyż jest wynikiem stopnia zależności danej bocznicy od oddziaływania poszczególnych wentylatorów. Sytuacja jeszcze komplikuje się w kopalniach metanowych, w których zagrożenie metanowe w przypadku rewersji może wzrosnąć, a skutki mogą być znacznie groźniejsze niż w przypadku zagrożenia pożarowego [Myszor 1973, Surman i Falger 1983].   Kopalnie węgla kamiennego nie są w praktyce przygotowane do właściwego przeprowadzenia rewersji [Zając 1997]. Nie jest znany zasięg rewersji poszczególnych szybów wentylacyjnych. Kopalnie w większości nie posiadają charakterystyk wentylatorów wykonanych w układzie rewersyjnym. Tamy wentylacyjne najczęściej są jednostronnego otwierania i w przypadku rewersji następuje ich samoczynne otwarcie, co powoduje zaburzenia rozpływu powietrza i w konsekwencji brak panowania nad siecią wentylacyjną. Stan urządzeń rewersyjnych, obłożenie stacji wentylatorów głównych i ich zwykle peryferyjne położenie, często w dużej odległości od szybów centralnych powodują, że spełnienie warunku [Rozporządzenie Ministra Gospodarki] zawartego w 198 ust. 5 jest praktycznie niemożliwe.   Bardzo istotnym czynnikiem decydującym o skuteczności rewersji jest czas podjęcia decyzji o rewersji. Decyzja taka powinna być podjęta natychmiast, lub w bardzo krótkim czasie po otrzymaniu meldunku o pożarze. Dodając do tego czasu czas wykonywania rewersji może się okazać, że rewersja nie będą skuteczna w akcji ratowania ludzi, likwidacji lub ograniczenia rozprzestrzeniania się pożaru. Oprócz powyżej podanych zastrzeżeń, problem podejmowania decyzji sprawił, że rewersja wentylacji głównej nie jest praktycznie wykorzystana w akcjach pożarowych [Zając 1997].   W pracy [Szlązak i Zając 1998] przeprowadzono analizę struktur sieci wentylacyjnych kopalń węgla kamiennego pod kątem ustalenia kryteriów wykonania rewersji. Złożoność sieci wentylacyjnych kopalń podziemnych podzielono na 3 grupy. Stwierdzono, że rewersja wentylatorów głównych w kopalniach niemetanowych może stanowić skuteczny środek przy prowadzeniu akcji pożarowej pod warunkiem, że struktura sieci wentylacyjnej należy do struktury prostej (grupa I) lub w przypadku sieci złożonych (grupa II) znany jest zasięg rewersji poszczególnych szybów [Szlązak i Zając 1998]. Wykonywanie rewersji wentylatorów głównych w kopalniach metanowych, nawet przy prostej strukturze sieci wentylacyjnej, jest przedsięwzięciem ryzykownym z uwagi na możliwość wzrostu stężenia metanu [Szlązak i Zając 1998].   Zasięg działania rewersji wentylacji na pojedynczym szybie w danej kopalni można w pewnym przybliżeniu określić za pomocą programu komputerowego rozpływu powietrza. Przybliżenie to jest uzależnione od wielkości samoczynnych zmian w regulacji rozpływu po zmianie kierunku przepływu w bocznicach, w których zabudowane są tamy wentylacyjne. Jeżeli założyć, że tamy wentylacyjne są dwustronnego działania to prognoza rozpływu powietrza odpowiada stanowi rozpływu przed rewersją.   Obliczenia symulacyjne rozpływu powietrza dla rewersji wentylacji głównej wymagają również znajomości charakterystyki rewersyjnej wentylatorów głównych. Takich charakterystyk na ogół brak, a jedynie dostępny jest współczynnik rewersyjności pracy wentylatora. W obliczeniach pomija się można czas wykonywania rewersji związany z zatrzymaniem wentylatora przez wyłączenie silników; zahamowaniem wirnika; przełączeniem klap rewersyjnych;  ponownym uruchomieniem wentylatora. W celu określenia zasięgu rewersji przeprowadzono obliczenia symulacyjne rozpływu powietrza w sieci wentylacyjnej Kopalni C, a następnie przeprowadzono eksperyment rewersji w tej kopalni na zmianie nieprodukcyjnej.   Kopalni C   W celu określenia zasięgu rewersji wentylacji wykonanej w poszczególnych szybach wydechowych przeprowadzono eksperyment w Kopalni C. Uproszczony schemat sieci wentylacyjnej kopalni przedstawiono na rysunku 1. Kopalnia posiada trzy szyby wdechowe i trzy szyby wentylacyjne. Stacje wentylatorowe wyposażone są w dwa wentylatory promieniowe, z których jeden stanowi rezerwę. Wszystkie stacje posiadały układ kanałów rewersyjnych. Dla każdego wentylatora znana była charakterystyka pracy rewersyjnej. W tablicy 1 przedstawiono wyniki aproksymacji charakterystyk wentylatorów współpracujących z siecią wentylacyjną w układzie ssącym oraz podczas pracy rewersyjnej. Tablica 1. Wyniki aproksymacji charakterystyk spiętrzenia wentylatorów głównych   Punkt pracy wentylatorów przy poszczególnych szybach wynosił: Szyb IV                     Qw=4020 m^3/min                   Dpw=589 Pa Szyb V                      Qw=9360 m^3/min                   Dpw=1265 Pa Szyb VII                   Qw=10380 m^3/min Dpw=1925 Pa Eksperyment był odpowiednio poprzedzony przygotowaniem wentylatorów i urządzeń rewersyjnych do przeprowadzenia rewersji wentylacji głównej. W sobotę na zmianie niewydobywczej przystąpiono do przeprowadzenia rewersji wentylacji głównej pod kierunkiem kierownika ruchu zakładu górniczego. Na poszczególnych szybach wentylacyjnych znajdowała się odpowiednio przeszkolona obsługa, która na polecenie kierownika ruchu wykonywała prace mające na celu zmianę wentylacji. W wyrobiskach górniczych, w rejonie podszybi szybów wdechowych, rozmieszczono przyrządy do pomiaru prędkości przepływu powietrza na odpowiednich statywach. Prędkość powietrza mierzono anemometrami typu mAS produkcji IMG PAN w Krakowie. Anemometr ten ma możliwość rejestrowania prędkości przepływu powietrza w okresie 3600 sekund. Niezależnie od pomiaru prowadzonego w sposób ciągły, przeprowadzono pomiary w wybranych wyrobiskach sieci wentylacyjnej po dokonaniu rewersji na wszystkich wentylatorach głównych przy pomocy anemometrów skrzydełkowych typu Lambrecht. Lokalizacja punktów pomiarowych została przedstawiona na rys. 1. Rys. 1. Uproszczony schemat przestrzenny przewietrzania Kopalni C   Rewersja wentylacji polegała na kolejnym, etapowym przełączaniu wentylatorów głównych na szybach do pracy rewersyjnej. Po zainstalowaniu anemometrów stacjonarnych (zespoły o tym fakcie poinformowały kierownika ruchu) przystąpiono do rewersji wentylacji na szybie VII (etap 1). Następnie po upływie około 20 minut dokonano rewersji na szybie wentylacyjnym IV, przy zachowaniu rewersyjnej pracy na szybie VII. Po upływie około 16 minut przystąpiono do wykonania rewersji wentylacji na szybie V przy zachowaniu pracy rewersyjnej na wcześniej wykonanych szybach.   Wyniki zmian prędkości przepływu powietrza w wybranych wyrobiskach przedstawiono na rysunkach 2 ¸ 6.   2. Analiza wyników pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza podczas rewersji   Uzyskane tą drogą wyniki pomiarów porównano z wynikami obliczeń rozpływu powietrza w sieci wentylacyjnej przy użyciu programu komputerowego GRAS.EXE (System programów VENTGRAPH). Siec wentylacyjna Kopalni C składa się z 645 bocznic i 435 węzłów. W obliczeniach rozpływu powietrza wykorzystano aproksymację charakterystyk wentylatorów wg tab. 1.   W tablicach 2, 4, 6 zestawiono wyniki obliczeń rozpływu powietrza dla bocznic, w których rejestrowana była prędkość przepływu powietrza. Numery węzłów odpowiadają numeracji przedstawionej na rys. 1. W tablicach tych dodatkowo zamieszono wyniki obliczeń rozpływu powietrza w szybach wdechowych i wentylacyjnych.   W tablicach 3, 5 i 7 przedstawiono porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń symulacyjnych rozpływu powietrza. Natomiast w tablicy 8 zestawiono wyniki symulacji rozpływu powietrza po wykonaniu rewersji na wszystkich szybach wentylacyjnych oraz wyniki przeprowadzonych pomiarów. Po przeprowadzeniu eksperymentu całkowitej rewersji wentylacji w Kopalni C pomiarami objęto większą liczbę wyrobisk. Umożliwiło to porównanie większej liczby wyników (tab. 8) w stosunku do rewersji na pojedynczych szybach.   Porównanie wyników obliczeń symulacyjnych rozpływu powietrza z wynikami pomiarów wykonano obliczając odchyłkę wg zależności:   gdzie: Qr - natężenie objętościowe przepływu powietrza w wyrobisku po wykonaniu rewersji wentylacji, m^3/s Qobl -obliczone natężenie objętościowe przepływu powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej, m^3/s Rys. 2. Zmiana prędkości powietrza w przekopie zbiorczym do # I poz. 305 m w trakcie wykonywania rewersji na szybach wentylacyjnych Kopalni C Rys. 3. Zmiana prędkości powietrza w przekopie zbiorczym równ. do # II poz. 305 m w trakcie wykonywania rewersji na szybach wentylacyjnych Kopalni C Rys. 4. Zmiana prędkości powietrza w przekopie do # I poz. 390 m w trakcie wykonywania rewersji na szybach wentylacyjnych Kopalni C Rys. 5. Zmiana prędkości powietrza w przekopie zbiorczym do # VIII poz. 550 m (strona płd.) w trakcie wykonywania rewersji na szybach wentylacyjnych Kopalni C Rys. 6. Zmiana prędkości powietrza w przekopie zbiorczym do # VIII poz. 550 m (strona płn.) w trakcie wykonywania rewersji na szybach wentylacyjnych Kopalni C Tablica 2. Wyniki rozpływu powietrza w wybranych bocznicach po wykonaniu rewersji wentylacji na szybie VII Tablica 3. Porównanie wyników obliczeń w wynikami pomiarów - etap 1 - rewersja wentylatora na szybie VII Tablica 4. Wyniki rozpływu powietrza w wybranych bocznicach po wykonaniu rewersji wentylacji na szybach VII i IV   Tablica 5. Porównanie wyników obliczeń w wynikami pomiarów - etap 2 - rewersja wentylatorów na szybie VII i IV Tablica 6. Wyniki rozpływu powietrza w wybranych bocznicach po wykonaniu rewersji wentylacji na szybach VII,IV i V Tablica 7. Porównanie wyników obliczeń w wynikami pomiarów - etap 3 - rewersja wentylatorów na szybie VII, IV i V Wartość odchyłki ၄Q zawiera się w dość dużym przedziale (tab. 3, 5, 7, 8), co jest spowodowane zmianą oporu wyrobisk po wykonaniu rewersji wentylacji w wyniku samoczynnego otwarcia tam wentylacyjnych.   W przypadku rewersji na szybie VII kierunek przepływu powietrza w szybach wdechowych nie ulega zmianie, ale znacząco zmniejsza się natężenie objętościowe powietrza (tab.2). W przypadku rewersji na szybie VII i V ulega odwróceniu prąd powietrza w szybie I i VIII (tab. 4). W przypadku całkowitej rewersji uzyskuje się odwrócenie kierunku przepływu we wszystkich bocznicach (tab. 8). Tablica 8. Wyniki pomiarów i obliczeń rozpływu powietrza w wybranych bocznicach po wykonaniu rewersji wentylacji na szybach VII,IV i V Reasumując należy stwierdzić, że występujące różnice w wartościach pomierzonych i obliczonych są wynikiem zmiany oporu wyrobisk po wykonaniu rewersji wentylacji głównej. Tak więc nie można jednoznacznie powiedzieć, że znany jest rozpływ powietrza w sieci wentylacyjnej po dokonaniu rewersji na poszczególnych szybach wentylacyjnych. Nawet jeśli możliwe jest dokonanie rewersji wentylacji w celu określenia jej zasięgu, to nigdy nie mamy pewności co do rzeczywistego zasięgu rewersji. Tak więc w przypadku dużego zagrożenia metanowego rewersja wentylacji głównej nie powinna być przeprowadzana. W celu ratowania zatrudnionej załogi na dole kopalni, w przypadku pożarów w grupowych prądach powietrza świeżego, należy wykorzystywać metody opanowania pożaru poprzez manewrowanie tamami lub wykorzystać krótkie spięcia wentylacyjne.   Wartość odchyłki DQ zawiera się w dość dużym przedziale (tab. 3, 5, 7, 8), co jest spowodowane zmianą oporu wyrobisk po wykonaniu rewersji wentylacji w wyniku samoczynnego otwarcia tam wentylacyjnych. W przypadku rewersji na szybie VII kierunek przepływu powietrza w szybach wdechowych nie ulega zmianie, ale znacząco zmniejsza się natężenie objętościowe powietrza (tab.2). W przypadku rewersji na szybie VII i V ulega odwróceniu prąd powietrza w szybie I i VIII (tab. 4). W przypadku całkowitej rewersji uzyskuje się odwrócenie kierunku przepływu we wszystkich bocznicach (tab. 8).   Reasumując należy stwierdzić, że występujące różnice w wartościach pomierzonych i obliczonych są wynikiem zmiany oporu wyrobisk po wykonaniu rewersji wentylacji głównej. Tak więc nie można jednoznacznie powiedzieć, że znany jest rozpływ powietrza w sieci wentylacyjnej po dokonaniu rewersji na poszczególnych szybach wentylacyjnych. Nawet jeśli możliwe jest dokonanie rewersji wentylacji w celu określenia jej zasięgu, to nigdy nie mamy pewności co do rzeczywistego zasięgu rewersji. Tak więc w przypadku dużego zagrożenia metanowego rewersja wentylacji głównej nie powinna być przeprowadzana. W celu ratowania zatrudnionej załogi na dole kopalni, w przypadku pożarów w grupowych prądach powietrza świeżego, należy wykorzystywać metody opanowania pożaru poprzez manewrowanie tamami lub wykorzystać krótkie spięcia wentylacyjne.     4. Podsumowanie   Zasadniczy wpływ na skuteczność wykonania rewersji wentylacji głównej ma: czas podjęcia decyzji o wykonaniu rewersji, struktura sieci wentylacyjnej, zagrożenie metanowe, stan urządzeń do regulacji rozpływu powietrza w sieci wentylacyjnej. Przeprowadzona próba rewersji wentylacji głównej wykazała, że nie ma możliwości określenia zasięgu rewersji bez wykonania prób ruchowych. Komputerowa symulacja rozpływu powietrza nie w pełni pokrywa się z rzeczywistym rozpływem w stanie rewersji. Różnica w rozpływie powietrza spowodowana jest brakiem tam regulacyjnych dwustronnie działających.   Wykonywanie rewersji wentylatorów głównych w kopalniach metanowych, nawet przy prostej strukturze sieci wentylacyjnej, jest przedsięwzięciem ryzykownym. W przypadku dużego zagrożenia metanowego rewersja wentylacji głównej nie powinna być przeprowadzana. W celu ratowania zatrudnionej załogi na dole kopalni, w przypadku pożarów w grupowych prądach powietrza świeżego, należy wykorzystywać metody opanowania pożaru poprzez manewrowanie tamami lub wykorzystać krótkie spięcia wentylacyjne. Możliwość wykorzystania rewersji przy pożarze w świeżym prądzie powietrza jest bardzo ograniczona a w wielu przypadkach (np. w zimie) praktycznie niemożliwa.   Literatura   Dziurzyński W., Tracz J. 1995: Rewersja wentylacji głównej w przypadku pożaru w grupowym prądzie świeżego powietrza. W: XXI Dni Techniki ROW'95. Ocena i zwalczanie zagrożenia pożarowego, zabezpieczenie załóg górniczych na wypadek pożaru. Wodzisław Śląski, 18-19.10.1995. Maciejasz Z., Kruk F. 1977: Pożary podziemne kopalniach, Wyd. Śląsk. Myszor M. 1973: Badania wpływu natężenia przepływu powietrza w prądzie przewietrzającym ścianę na wydzielanie metanu. Z.P. nr 2. Pawiński J., Roszkowski J., Strzemiński J. 1995: Przewietrzanie kopalń. Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice. Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dn. 28.06.2002 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U.nr 139. poz. 1169 z roku 2002 r.). Strumiński J. 1983: Zasady bezpiecznego przeprowadzania rewersji wentylacji głównej w czasie pożarów podziemnych. Wiadomości Górnicze, nr 2-3. Szlązak N., Zając K. 1998: Ocena możliwości wykonania rewersji wentylacji głównej w kopalniach węgla kamiennego.. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej. Instytut GSMiE PAN, Kraków 1998. Surman T., Falger A. 1983: Rozkład koncentracji metanu podczas lokalnej rewersji przewietrzania wyrobisk eksploatacyjnych. Górnictwo, z 2. Zając K. 1997: Analiza możliwości i celowości wykonywania rewersji wentylacji głównej w kopalniach podziemnych. Praca doktorska. AGH, Kraków 1997. Example of main ventilation reversion in a coal mine     Abstract Main ventilation reversion is used very seldom during fire fighting. One of the factors, making it difficult to use it, is no possibility of determining the range of upcast airshaft reversion in a ventilation network. It is mainly caused by unilateral working of air stoppings in a mine. An attempt at ventilation reversion in particular upcast shafts in one of ungassy mines was taken in order to determine the range of main ventilation reversion. This paper presents the results of measurements of changes in air velocity in selected measurement stations while gradually setting reversion to work in upcast shafts. The results of measurements were compared to the results of computer simulation of air distribution.   Artykuł ukazał się w  Mat. Konf. Szkoły Eksploatacji Podziemnej 2005. Autorom artykułu bardzo dziękujemy za zgodę na zamieszczenie  niniejszego tekstu na łamach naszego portalu. Redakcja
Źródło: Materiały Konferencyjne Szkoły Eksploatacji Podziemnej 2005

---