Wymagania konstrukcyjne i eksploatacyjne dla urządzeń chłodniczych do klimatyzacji w górnictwie rud miedzi (cz. I)

W zagłębiach górniczych na świecie, w kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi, również w Polsce, stosowane są rozwiązania techniki chłodniczej i klimatyzacyjnej w różnorodnych odmianach konstrukcyjnych i instalacyjno-połączeniowych. Przeznaczeniem górniczych urządzeń chłodniczych oraz instalacji klimatyzacyjnych nie jest uzyskanie komfortu termicznego, lecz kształtowanie takich warunków klimatycznych, które odpowiadają wymaganiom określonym w normach oraz przepisach BHP. Stosowanie klimatyzacji na stanowiskach pracy w kopalniach jest często koniecznym warunkiem, umożliwiającym wykonywanie tej pracy. Badania i obserwacje wykazały, że ochładzanie powietrza w rejonach robót wpływa zawsze na poprawę bezpieczeństwa i wzrost wydajności pracy.

   Urządzenia i instalacje chłodnicze stosowane w kopalniach, z tytułu swojego przeznaczenia, działają w niezwykle trudnych, wręcz ekstremalnych warunkach. Środowisko ich pracy charakteryzuje się często, poza wysoką temperaturą powietrza, także wysoką wilgotnością, dużym zapyleniem, występowaniem szkodliwych substancji gazowych w powietrzu, agresywnością korozyjną środowiska. Warunki kopalniane często powodują utrudniony dostęp do urządzeń, ograniczony czas pracy i przebywania osób w środowisku obok urządzeń, oraz wywołują niebezpieczeństwo uszkodzeń mechanicznych (np. od sprzętu mechanicznego lub spadających skał). Stosowana w kopalniach rud miedzi technologia wybierania i transportu urobku stwarza dodatkowo takie warunki środowiskowe, które nie znajdują odniesienia w górnictwie węgla kamiennego.

Charakterystyka warunków pracy
   W oddziałach wydobywczych kopalń KGHM Polska Miedź S.A. eksploatacja złoża rudy prowadzona jest tzw. systemem filarowo-komorowym, a front eksploatacyjny charakteryzuje się występowaniem wielu stacjonarnych i ruchomych źródeł ciepła. Są nimi maszyny, urządzenia elektromechaniczne pracujące w komorach i przodkach oraz maszyny z napędem spalinowym, przemieszczające się po drogach odstawy urobku.
   Prowadzone wieloletnie obserwacje i pomiary parametrów klimatycznych powietrza w oddziałach wydobywczych wykazały, że szczególnie trudne warunki cieplne panują na stanowiskach operatorów ładowarek kopalnianych, spychaczy, wozów do obrywki skał, wozów wiercących i kotwiących, samojezdnych wozów odwadniających, samojezdnych wozów strzelniczych oraz wozów odstawczych. Przyczyny, to znaczne strumienie ciepła od układów napędowych tych maszyn górniczych, emitowane przez promieniowanie i konwekcję, które w dużym stopniu wpływają na wzrost temperatury na stanowisku pracy oraz niewielkie średnie prędkości przepływu powietrza w tych miejscach pracy.
   Istotnym elementem procesu wydobywczego są stanowiska operatorów urządzeń do rozbijania brył skalnych, lokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie oddziałów wydobywczych oraz stanowiska operatorów napędów przenośników taśmowych. Są one zlokalizowane w strumieniu powietrza zużytego, którego temperatura znacznie przekracza 30^oC. W tym samym strumieniu powietrza znajdują się stanowiska pracy przy serwisowaniu i naprawach urządzeń elektrycznych, przenośników, w komorach rozdzielni elektrycznych.
   Przeprowadzone pomiary i obliczenia wykazały, że dla jednego oddziału wydobywczego, o wielkości produkcji około 3000 Mg/dobę, teoretyczna moc chłodnicza netto, niezbędna do zapewnienia na wszystkich stanowiskach pracy w oddziale temperatury powietrza poniżej 32^oC wyniesie w granicach 2,5-2,8 MW. W tej sytuacji stosowanie rozwiązań ze schładzaniem powietrza za pomocą wyłącznie dużych urządzeń stacjonarnych, zabudowanych na wlocie powietrza do oddziału, wydaje się mało efektywne. Korzystniejszym jest rozwiązanie, w którym moc chłodnicza urządzeń schładzających cały strumień przewietrzającego powietrza wyniesie około 1,5-1,8 MW, zaś na operatorskich stanowiskach pracy wykorzystywane są kabiny klimatyzowane.

Urządzenia chłodnicze do klimatyzacji w górnictwie rud miedzi
   Obecnie w praktyce górniczej do zwalczania zagrożenia temperaturowego wykorzystuje się następujące rozwiązanie techniczne:
• urządzenia chłodnicze i kabiny operatorskie do klimatyzacji stanowiskowej,
• urządzenia chłodnicze do ochładzania powietrza lokalnie, w określonym rejonie robót (np. oddział, przodek, wyrobisko),
• a ponadto w kopalni miedzi Rudna zaawansowana jest budowa centralnej instalacji klimatyzacyjnej z urządzeniami chłodniczymi na powierzchni ziemi.

   Klimatyzacja stanowiskowa jest szczególnie efektywna w kopalniach rud miedzi, charakteryzujących się występowaniem licznych operatorskich stanowisk pracy oraz znaczącymi ilościami powietrza, niezbędnego do przewietrzania miejsc i rejonów pracy.
   Rozwiązanie techniczne wytwarzanego w CBPM Cuprum we Wrocławiu urządzenia chłodniczego typu KLU-1.2a przeznaczonego do ochładzania powietrza kierowanego do zamkniętej kabiny operatora stacjonarnego urządzenia górniczego (np. urządzenia do rozbijania lub kruszenia skał, przenośnika taśmowego lub zespołu pomp głównego odwadniania) przedstawiono na rys. 1. (...)



Rys. 1. Widok agregatu chłodniczego KLU-1.2a



Rys. 2. Samojezdny wóz górniczy z klimatyzowaną kabiną







   Natomiast wykres przedstawiający rozkład temperatury powietrza wzdłuż długości frontu eksploatacyjnego oddziału z czterema urządzeniami chłodniczymi 300 kW przedstawiono na rys. 5.



Rys. 5. Przykładowy rozkład temperatury powietrza w oddziale wydobywczym z klimatyzacją

   Porównując powyższy rozkład z zależnością uzyskaną na podstawie badań przeprowadzonych przed uruchomieniem urządzeń chłodniczych można stwierdzić, że uzyskiwane średnie obniżenie temperatury powietrza w trzecim sektorze (odcinek frontu 300-450 m od początku frontu) wynosi około 1,8-2,1^oC. Efekty działania urządzeń schładzających powietrza na wlocie do oddziału wydobywczego, zarejestrowane w trakcie jedenastu serii pomiarowych, pokazano na rys. 6.



Rys. 6. Parametry klimatyczna powietrza w oddziale w czasie po uruchomieniu klimatyzacji

   Na przedmiotowym wykresie widoczna jest tendencja obniżania się średniej temperatury powietrza w oddziale, od wartości 33,6^oC do 30,1^oC. Obliczenia wykazują, że dalszy spadek temperatury powietrza może nastąpić wskutek zwiększenia wydajności chłodniczej urządzeń zainstalowanych przed wlotem na oddział.
   Wymienione wyżej urządzenia chłodnicze eksploatowane są w bardzo trudnych warunkach środowiskowych, które m. in. powodują przyspieszone zużycie urządzeń. Przykładowy widok urządzenia po okresie rocznej eksploatacji pokazano na rys. 7.



Rys. 7. Widok urządzenia chłodniczego KLU po okresie rocznej eksploatacji w trudnych warunkach środowiskowych

   Dlatego też, przy wytwarzaniu oraz eksploatowaniu urządzeń w trudnych warunkach środowiskowych, jakie np. występują w kopalniach głębinowych, należy uwzględnić liczne, scharakteryzowane w drugiej części artykułu uwarunkowania konstrukcyjno-eksploatacyjne.

Ciąg dalszy artykułu w kolejnym wydaniu

Sławomir GAJOSIŃSKI, Zbigniew KRÓLICKI, Bogusław BIAŁKO

http://chlodnictwo.euro-media.pl/artykuly/2004_8/36.html

---