Prowadzenie robót przygotowawczych w warunkach zagrożenia metanowego.

Roboty przygotowawcze w pokładach węglowych

Zasadniczym celem wszystkich robót udostępniających jest połączenie złoża kopaliny użytecznej z powierzchnią ziemi oraz umożliwienie przygotowania złoża do eksploatacji. Do wyrobisk tych zalicza się: sztolnie, szyby pochyłe, szyby pionowe, szybiki, przecznice, przekopy, a drąży się je zależnie od warunków zalegania.

Wybieranie udostępnionego odcinka złoża węglowego poprzedzone jest wykonaniem robót przygotowawczych. Stanowią one niejako pośrednie ogniwo między udostępnieniem
i wybieraniem złoża.

Celem robót przygotowawczych jest podział złoża na sposobne do wybierania odcinki,
a zadania wyrobisk przygotowawczych są identyczne jak wyrobisk udostępniających, dla których stanowią przedłużenie i które łączą z wyrobiskami wybierkowymi.

Do zadań tych należą: przewóz, transport materiałów, jazda ludzi, doprowadzenie energii, podsadzki, odprowadzenie wody, przewietrzanie itp.

Udostępniony pokład węglowy dzieli się na pola eksploatacyjne, które z kolei dzielą się na pola wybierkowe.

Pole eksploatacyjne stanowi część pokładu zawartą w danym poziomie ograniczoną płaszczyznami poziomymi, górną i dolną, oraz płaszczyznami pionowymi przecinającymi pokład po linii nachylenia. Pole eksploatacyjne może być ograniczone również granicą obszaru górniczego, uskokami, filarami ochronnymi itp.

W kopalniach węgla o modelu węglowym do wyrobisk przygotowawczych głównych (zwanych również wyrobiskami przygotowawczymi I rzędu) zalicza się:

- chodniki podstawowe i piętrowe,

- pochylnie działowe (łączące chodniki podstawowe w tym samym pokładzie położone na różnych poziomach) i pochylnie międzypiętrowe.

W modelu kamiennym roboty przygotowawcze ograniczają się do wykonania chodników piętrowych i pochylń śródpiętrowych.

Pole wybierania jest to część pola eksploatacyjnego przygotowana do bezpośredniego wybierania lub w trakcie wybierania. Stanowi ono zazwyczaj część piętra ograniczoną chodnikami piętrowymi i pochylniami polowymi. Przy wybieraniu systemami ścianowymi taki podział jest wystarczający do prowadzenia robót wybierkowych.

Wyrobiska przygotowawcze prowadzone dla uzyskania podziału pola eksploatacyjnego lub piętra na pola wybierania nazywa się wyrobiskami przygotowawczymi II rzędu.

Przy wybieraniu złoża ubierkami, zabierkami lub komorami konieczny jest dalszy podział pola wybierania na filary, co wymaga wykonania dalszych wyrobisk korytarzowych, chodników filarowych i dowierzchni, z których prowadzone będą wyrobiska wybierkowe.

Chodniki te i dowierzchnie nazywają się wyrobiskami przygotowawczymi III rzędu.

Wyrobiska przygotowawcze wykonywane są w pokładach węglowych, przy czym
w pokładach grubych będą to przeważnie chodniki węglowe, a w pokładach średnich i cienkich węglowo-kamienne. Do robót przygotowawczych zalicza się również – wykonywane
w ramach udostępnionego poziomu, piętra lub pola wybierkowego - krótkie przekopy, których celem jest najczęściej przekroczenie niewielkich zaburzeń uskokowych, a niekiedy korzystniejszy sposób doprowadzenia podsadzki, odprowadzenia wody, doprowadzenia świeżego powietrza lub odprowadzenie powietrza zużytego. Mogą to być przekopy poziome, pochyłe, a także szybiki lub otwory wielkośrednicowe.

Wymiary poprzeczne wyrobisk przygotowawczych; ich kierunek oraz nachylenie powinny, być tak zaprojektowane, aby zapewniały wymaganą funkcjonalność wyrobiska,
a obudowa powinna być dostosowana do lokalnych warunków i czasu trwania danego wyrobiska.

Kształty i wymiary wyrobisk przygotowawczych ustala się podobnie jak poziomych wyrobisk udostępniających.

W kopalniach węgla kamiennego wszystkie wyrobiska korytarzowe o wybiegu większym jak 300 m drążone są według specjalnie opracowanej dokumentacji określającej sposób drążenia, metrykę obudowy, sposób przewietrzania, wyposażenie i rozmieszczenie urządzeń energomaszynowych, urządzeń łączności i sygnalizacji oraz urządzeń przeciwpożarowych.

Związane bezpośrednio z przecznicą chodniki podstawowe mają okres użytkowania dłuższy, niekiedy równy okresowi użytkowania poziomu (20 do 30 lat). Pozostałe główne roboty przygotowawcze mają okresy użytkowania krótsze - zależne od okresu wybierania odcinka złoża, dla którego zostały wykonane. Czas użytkowania chodników piętrowych dochodzi do kilku lat, drugorzędnych robót przygotowawczych do kilku miesięcy. Obecnie po wprowadzeniu mechanizacji procesu wybierania, zwłaszcza w systemach ścianowych, oraz mechanizacji drążenia chodników dąży się do ograniczenia liczby równocześnie wybieranych pięter i pól wybierkowych, zwracając uwagę przede wszystkim na intensywność postępu przodków (zasada koncentracji). Pozwala to na zmniejszenie ogólnej ilości koniecznych do utrzymania wyrobisk przygotowawczych i związanych z tym kosztów.

Drążenie chodników węglowych sposobami zwykłymi

Urabianie. Może ono być wykonywane:

- ręcznie młotkami pneumatycznymi,

- robotami strzelniczymi.

Urabianie młotkami pneumatycznymi stosowane jest w przypadku węgla o małym współczynniku

urabialności (f < 1,5). Sporadycznie stosuje się je również tam, gdzie prowadzenie

robót strzelniczych jest niewskazane, np. ze względu na wysoką metanowość lub bardzo

słabe skały, w których strzelanie mogłoby spowodować zawał.

Przy urabianiu młotkami pneumatycznymi należy wykorzystać naturalne płaszczyzny

podzielności węgla, a więc uławicenie i kliważ.

Urabianie robotami strzelniczymi wymaga wykonania następujących czynności:

- odwiercenie otworów strzałowych (dokonanie obwiertu),

- załadowanie otworów materiałem wybuchowym i odpalenie,

- przewietrzenie przodku po odpaleniu,

- kontrola przodku i obrywka.

Otwory strzałowe wierci się wiertarkami obrotowymi pneumatycznymi lub częściej elektrycznymi z użyciem końcówek (raczków) uzbrojonych w płytki z węglików spiekanych.

Ładowanie. Urobek może być ładowany ręcznie łopatami. Ładowanie jest znacznie ułatwione, jeżeli dokonywane jest z równego spągu. Przy spodkach nierównych korzystne jest

podkładanie blach przed dokonaniem odstrzału.

Dużym ułatwieniem przy ładowaniu urobku na przenośniki zgrzebłowe lekkie są często stosowane końcówki pancerne tych przenośników. Po dokonaniu obwiertu przodku przedłuża się przenośnik zgrzebłowy lekki, umieszczając końcówkę pancerną przy samym czole przodku. Po odstrzale urobek tworzy usypisko w czole przodku.

Uruchomienie przenośnika pozwala na samozaładowanie urobku znajdującego się na końcówce przenośnika w zasięgu kąta zsypu. Resztę urobku można zgarniać na przenośnik kilofem lub łopatą. Pozostałość ładuje się ręcznie. Stosowanie końcówek pancernych ułatwia
i 5 przyśpiesza czynność ładowania, gdyż duża część węgla ( do 60 % ) zostaje załadowana przez samostaczanie i zgarnianie.

Odstawa. Najczęściej stosowana jest obecnie odstawa ciągła przenośnikami zgrzebłowymi

lekkimi lub przenośnikami zgrzebłowymi lekkimi i taśmowymi.

Obudowa. W chodnikach stanowiących główne roboty przygotowawcze stosuje się obecnie

przeważnie obudowę stalową łukową (ŁP, ŁS) lub kombinowaną kotwiowo-stalową.
W przypadkach wyciskania spągu stosuje się obudowę ŁPZ (łukowa podatna zamknięta).
W kopalniach węgla kamiennego z uwagi na ochronę przeciwpożarową we wszystkich wyrobiskach korytarzowych należy stosować obudowę, opinkę i rozpory niepalne. Obudowę drewnianą można stosować tylko w wyrobiskach drążonych wewnątrz rejonów wentylacyjnych o docelowej długości poniżej 300 m i krótkotrwałym okresie użytkowania.
W chodnikach podścianowych korzystnie jest stosować obudowy prostokątne.

Obudowę górniczą przecinek ścianowych dobiera się w zależności od rodzaju projektowanej obudowy ścianowej. Dla ścian projektowanych w obudowie zwykłej przecinkę obudowuje się tymi samymi zestawami. W przecinkach ścian, w których będzie wprowadzona obudowa zmechanizowana, stosuje się do obudowy zestawy stalowe zwykłe lub łukowe (ŁP10) w taki sposób, aby po wykonaniu całej przecinki zapewnialy łatwość manewrowania zestawami obudowy zmechanizowanej.

Miejsce rozpoczęcia, kierunek i nachylenie wyrobisk przygotowawczych wyznacza służba mierniczo-geologiczna kopalni. Drążenie nowego chodnika rozpoczyna się wykonaniem jego połączenia z chodnikiem istniejącym.

Dostawa materiałów, przewietrzanie i odwadnianie. Sposoby wykonania tych czynności przy drążeniu chodników węglowych sposobami zwykłymi zasadniczo nie różnią się od stosowanych przy drążeniu wyrobisk korytarzowych w kamieniu.

Obsada przodka. Obsada chodnika węglowego drążonego sposobem zwykłym zależy od wysokości przodku oraz od wielkości poprzecznego przekroju wyrobiska. Przy wysokości przodku do 2,5 m oraz powierzchni przekroju poprzecznego chodnika od 3,0 do 7,5 m2 obsada wynosi dwóch ludzi, a powyżej tych wielkości trzech pracowników na zmianie wydobywczej.

Zastosowanie kombajnów do drążenia chodników węglowych pozwoliło na całkowitą mechanizację urabiania i ładowania węgla oraz wprowadziło znaczne ułatwienia w wykonywaniu obudowy. Urabianie calizny węglowej frezowaniem pozwala na uzyskanie żądanego kształtu wyłamu bez naruszenia pozostałego górotworu.

Drążenie kombajnem wykonuje się na podstawie opracowanego uprzednio projektu technicznego, ujmującego miejsce montażu kombajnu (jeśli został opuszczony z powierzchni) i rodzaj komory montażowej. Zawiera on również metrykę wentylacji, instrukcję

Kombajn montowany jest w komorze montażowej stanowiącej dziesięciometrowy odcinek chodnika, zabudowanego w obudowie ŁP (co najmniej ŁP7) z dodatkowymi odrzwiami usztywnionymi podłużnymi podciągami. Do stropnic dodatkowych odrzwi na całej długości komory umocowana jest belka montażowa. W przypadku konieczności montażu kombajnu w wyrobisku już istniejącym, a wykonanym w wymiarach większych, np. ŁP10, do podwieszenia belki montażowej ustawia się wewnątrz tego wyrobiska odrzwia ŁP7 usztywnione podłużnie podciągami i rozparte poprzecznie drewnem do obudowy wyrobiska (rys. 19.5). Komora montażowa w przypadku montażu kombajnu na dole jest początkiem odcinka startowego, którego długość wynosi od 40 do 50 m. Na odcinek ten wprowadza się pełne techniczne uzbrojenie przodku złożone z:

- urządzeń transportowo-odstawczych,

- doprowadzenia energii,

- instalacji odpylająco-wentylacyjnej.

Urządzenia transportowo-odstawcze stanowią: przenośnik zgrzebłowy Skat długości 5 do 6 m podwieszony za pomocą wózków na szynie, umocowanej pod stropem wyrobiska wzdłuż osi drugiego przenośnika zgrzebłowego przedłużanego w miarę postępu przodka. Dalszy ciąg drogi odstawczej stanowią zazwyczaj przenośniki taśmowe. Instalacja odpylająco-wentylacyjna złożona jest z urządzeń odpylających i zraszających oraz z lutniociągów.

Sposoby zwalczania zagrożenia metanowego

Monitoring i wykonywanie pomiarów.

W kopalniach węgla kamiennego są powszechnie stosowane systemy monitoringu dyspozytorskiego, służące do kontroli parametrów bezpieczeństwa oraz produkcji.

Poprzez sieć zabudowanych czujników w wyrobiskach dołowych monitorowane są na bieżąco m.in.:

• stężenia metanu i tlenku węgla,

• prędkość przepływającego powietrza,

• stan otwarcia lub zamknięcia tam wentylacyjnych,

• praca wentylatorów głównych oraz przewietrzających ślepe

wyrobiska, zwłaszcza w III i IV kategorii zagrożenia metanowego,

• praca pomp głównego odwadniania,

• inne, określone przez kierownictwo kopalni.

Wykonywanie ręcznych pomiarów metanu w wyrobiskach, uzupełniany monitoringiem automatycznym, jest najważniejszym działaniem w zakresie możliwości rozpoznania skali występującego zagrożenia.

Do tego celu służą przenośne metanomierze indywidualne, a

także szeroko już stosowane mierniki wielogazowe, których podstawową

zaletą jest prowadzenie stałego pomiaru stężeń gazów od

momentu ich załączenia.

Sposób wykonywania kontroli zawartości metanu.

1. Zawartość metanu w powietrzu kontroluje się, przeprowadzając pomiary:

a) pod stropem wyrobiska,

b) nad obudową wyrobiska,

c) w miejscach możliwych wypływów lub gromadzenia się metanu.

2. Pomiar zawartości metanu pod stropem wyrobiska wykonuje się nie niżej niż 10 cm od najwyższego miejsca niezabudowanego stropu, szczelnej obudowy lub okładziny obudowy.

3. Pomiar zawartości metanu nad obudową wyrobiska wykonuje się w najwyższym dostępnym miejscu wyrobiska nad obudową.

W razie stwierdzenia w wyrobisku zawartości metanu powyżej 2% należy niezwłocznie wycofać ludzi z zagrożonych miejsc, wyłączyć

sieć elektryczną lub spowodować jej wyłączenie przez dyspozytora,unieruchomić maszyny i inne urządzenia, zagrodzić wejścia do tych wyrobisk, zawiadomić najbliższą osobę dozoru ruchu.

W przypadku stwierdzenia w wyniku przeprowadzonych pomiarów nad obudową zawartości 5% metanu lub powyżej, należy niezwłocznie wstrzymać roboty w wyrobisku, przeprowadzić dodatkowe pomiary dla ustalenia rozmiarów nagromadzenia metanu i miejsc wypływu metanu oraz podjąć działania mające na celu likwidację zagrożenia.

Na stopień zagrożenia wybuchem podczas prowadzenia robót górniczych duży wpływ mają formy występowania metanu w górotworze oraz kinetyka wydzielania się i przemieszczania metanu ze złoża oraz górotworu do wyrobisk. Wielkość wydzielania metanu do wyrobisk rejonów ścian jest proporcjonalna do wzrostu koncentracji wydobycia.

Najistotniejszym czynnikiem wpływającym na stan zagrożenia metanowego w wyrobiskach, w szczególności przy dużym natężeniu wydobycia, jest wielkość wydzielania metanu określana przez metanowość bezwzględną . Wielkość ta powinna determinować dobór środków profilaktyki metanowej, w tym właściwy system eksploatacji, sposób przewietrzania, odmetanowanie, monitoring zagrożeń oraz pozostałe środki zabezpieczające.