Piotr Greń, kkz III sem.

Zastosowanie techniki klimatyzacyjnej w górnictwie

Przeznaczeniem większości przemysłowych instalacji i urządzeń klimatyzacyjnych nie jest uzyskanie komfortu termicznego, lecz kształtowanie warunków klimatycznych odpowiadających wymaganiom określonym w stosownych normach oraz przepisach BHP. Zastosowanie klimatyzacji na stanowisku pracy jest często warunkiem umożliwiającym, w ogóle, wykonywanie tej pracy. Klimatyzacja zawsze wpływa na poprawę bezpieczeństwa i wydajności pracy. 
    Urządzenia i instalacje klimatyzacyjne przemysłowe 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. 
    Specyficznym obszarem zastosowania urządzeń techniki klimatyzacyjnej w przemyśle jest górnictwo podziemne, a szczególnie kopalnie rud miedzi. 
    Na podstawie obserwacji i doświadczeń eksploatacyjnych z urządzeniami klimatyzacyjnymi w kopalniach rud miedzi, omówiono szczegółowo tzw. "trudne warunki środowiska" oraz przedstawiono podstawowe wymagania konstrukcyjne i warunki eksploatacyjne dla stanowiskowych urządzeń klimatyzacyjnych, przeznaczonych do pracy w tych warunkach. 

Stanowiskowe urządzenia klimatyzacyjne w kopalniach rud miedzi 

    Zagwarantowanie odpowiednich warunków klimatycznych na stanowiskach pracy w kopalniach rud miedzi osiągane jest w wielu przypadkach, poprzez zastosowanie i eksploatowanie, kabin klimatyzowanych [1]. Są one zbudowane z izolowanej termicznie i akustycznie odpowiednio wytrzymałej obudowy operatorskiej oraz połączonego z nią urządzenia klimatyzacyjnego. Kabiny wykorzystywane są na stanowiskach operatorów górniczych urządzeń stacjonarnych, takich jak urządzenia do rozbijania i kruszenia skał, przenośniki taśmowe, pompy oraz na stanowiskach operatorów maszyn samojezdnych, jak np. ładowarki, wozy dostawcze, wozy wiercąco-kotwiące i inne. 
   Nowe, nieużywane urządzenie klimatyzacyjne typu KLU-1.2a produkowane przez CBPM Cuprum z przeznaczeniem dla stanowisk stacjonarnych.

Przy projektowaniu urządzenia dla warunków standardowych, uzyskanie określonej wydajności chłodzenia uzależnione jest zasadniczo tylko od charakterystyki przepływowej sprężarki. Jednakże warunki odbioru ciepła od ochładzanego powietrza i możliwość odprowadzenia do otoczenia ciepła skraplania wpływają również na ustalenie się parametrów całego obiegu ziębienia. Określone wartości temperatur w charakterystycznych punktach obiegu, wartość dochłodzenia cieczy oraz przegrzania pary mają istotny wpływ na wydajność chłodniczą, stopień dostarczania sprężarki i efektywność całego obiegu. 
    Wykorzystując modele obliczeniowe wymienników ciepła lub charakterystyki cieplne wymienników ciepła stosowanych w urządzeniu klimatyzacyjnym np. typu KLU-1.2a, przedstawione na rys. 3 i 4 oraz dysponując charakterystyką sprężarki i elementu rozprężnego można, jednak tylko wstępnie, określić wartość wydajności chłodniczej i parametry działania urządzeń klimatyzacyjnych. Można również prognozować efekty działania tych urządzeń w zmiennych warunkach otoczenia.
   Jak pokazuje praktyka, w przypadku urządzeń klimatyzacyjnych stosowanych w warunkach kopalń rud miedzi, podczas ich projektowania i budowy należy dodatkowo zwiększyć powierzchnię wymiany ciepła parowacza, a szczególnie skraplacza, nawet o około 25-35% w stosunku do teoretycznych wartości obliczeniowych. Powyższe wymagania wynikają z następujących czynników: 
• zapylenie w wyrobiskach kopalnianych - zanieczyszczenie powietrza pyłem całkowitym w kopalniach kształtuje się w granicach od około 1 mg/m³ do około 18 mg/m³, przy czym wyższe wartości zapylenia występują w rejonie prowadzonego załadunku lub kruszenia rudy, czyli w miejscach, gdzie właśnie są stosowane urządzenia klimatyzacyjne; 
• obecność w powietrzu kopalnianym stałych i gazowych składników pochodzących ze spalania paliwa ciekłego w silnikach wysokoprężnych - w spalinach emitowanych przez silniki maszyn samojezdnych występują azot, tlen, para wodna, tlenek i dwutlenek węgla, tlenki azotu, dwutlenek siarki, węglowodory oraz części stałe w postaci sadzy (w powietrzu kopalnianym występuje dodatkowo także siarkowodór, pochodzący z górotworu); 
• wysoka wilgotność powietrza, dochodząca do 95% oraz woda i błoto występujące w wyrobiskach. 
    Szczególnie istotny wpływ zapylenia na stan techniczny i działanie urządzeń klimatyzacyjnych występuje w przypadkach, kiedy urządzenia klimatyzacyjne zainstalowane są i pracują w pobliżu miejsc przeładunku rudy miedzi. Ruda przesypywana jest na kratę wysypową z ładowarek lub pojazdów transportowych, a przenośnik taśmowy jest najistotniejszym źródłem zapylenia. 
   Atmosfera kopalniana stanowi środowisko silnie korozyjne. Dlatego też wymagane, a wręcz konieczne jest stosowanie elementów specjalnie zabezpieczanych, wykonanych z kosztowniejszych materiałów odpornych na korozję. W przypadku stosowania np. osłon lub blach ze zwykłej stali węglowej praktykuje się zwiększenie ich grubości. Ze względu na korozyjne środowisko, wszelkie połączenia rozłączne powinny zostać wykonane w taki sposób, aby pomimo ich skorodowania możliwe było przeprowadzanie prac serwisowych. 
    Praktyka pokazuje, że szczególnie szybkiej korozji w warunkach kopalń rud miedzi ulegają elementy wykonane z aluminium. Wysoka wilgotność powietrza oraz wilgoć (rosa) osadzająca się na tych elementach przyspiesza proces korozji. Występowanie tego zjawiska wyklucza stosowanie aluminium w kopalniach, szczególnie w górniczych urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Elementy aluminiowe w typowych urządzeniach chłodniczych, takie jak lamele oraz zakuwki i przewody, mają podstawowe znaczenie dla prawidłowego działania tych urządzeń. Korozja ich elementów powoduje ograniczenie wydajności chłodniczej na skutek zmniejszonej powierzchni wymiany ciepła w parowaczu lub całkowitą utratę efektu chłodnącego w wyniku wycieku czynnika na skutek zniszczenia elementów aluminiowych przewodów chłodniczych. Widok urządzenia klimatyzacyjnego po rocznej eksploatacji w trudnych warunkach środowiskowych pod ziemią.

Transport, instalacja i montaż urządzenia 

    W kopalniach rud miedzi urządzania klimatyzacyjne instalowane są w znacznych odległościach od komory remontowo-magazynowej (miejsca testowania i magazynowania urządzeń). Transport do miejsca zabudowy odbywa się z wykorzystaniem pojazdów górniczych. Załadunek na skrzynię, rozładunek i ustawienie do pracy odbywa się często ręcznie, bez wykorzystania urządzeń transportująco-dźwigowych. Istotne jest zatem ograniczenie masy urządzenia w taki sposób, aby możliwe było przeniesienie go przez dwie osoby. Przy koniecznym warunku zapewnienia trwałej i wytrzymałej mechanicznie konstrukcji oraz przy ograniczeniach w stosowaniu aluminium do budowy wymienników ciepła i przewodów chłodniczych, utrzymanie niewielkiej masy transportowanego urządzenia, na poziomie poniżej 60-70 kg, można osiągnąć przez zastosowanie modułowej budowy urządzenia klimatyzacyjnego. W takim przypadku urządzenie być dostarczane do rejonu zabudowy w dwóch lub trzech zespołach, montowanych poprzez zastosowanie szybkozłączy. Konstrukcja szybkozłącza oraz jego miejsce na instalacji powinny zapewnić szczelność, łatwą obsługę oraz zabezpieczyć instalację przed przedostaniem się zanieczyszczeń i obcych cieczy lub gazów do wnętrza instalacji. 

Wnioski 

    Jak wynika z wieloletniej praktyki Zakładu Wentylacji Kopalń Centrum Badawczo-Projektowego Miedzi Cuprum, modernizacja i doskonalenie konstrukcji przemysłowych, stanowiskowych urządzeń klimatyzacyjnych, jest zagadnieniem ciągle aktualnym. 
    Spełnienia wszystkich przedstawionych w artykule wymagań i uwarunkowań oraz spełnienia dodatkowych żądań zgłaszanych przez użytkowników, przy rozsądnym i wielokierunkowym wykorzystaniu najnowszych osiągnięć techniki chłodniczej jest zagadnieniem trudnym, co nie znaczy że niemożliwym do realizacji. 
    Te specyficzne warunki eksploatacji urządzeń klimatyzacyjnych w kopalniach rud miedzi, powinny być wyzwaniem dla konstruktorów i firm produkujących sprzęt chłodniczy, jak również klimatyzacyjny. Zachętą do kontynuacji oraz podejmowania wyzwań technicznych i nowych prób rozwiązywania tych problemów może być duże zainteresowanie branży górniczej tą dziedziną techniki i coraz większe, ze względu na konieczność spełnienia warunków BHP, zapotrzebowanie rynkowe także w innych gałęziach polskiej gospodarki.