Szkoła Eksploatacji Podziemnej

Stale zwiększające się zapotrzebowanie maszyn i urządzeń stosowanych w górnictwie podziemnym na wodę do chłodzenia oraz zwalczania zapylenia jak i rozbudowa infrastruktury kopalnianej, a tym samym ciągłe rozrastanie się sieci rurociągów ppoż. zmusza służby techniczne kopalni do optymalizacji przypływów oraz średnic rurociągów przy zachowaniu odpowiedniej wydajności i ciśnienia wymaganego przepisami prawa. Równolegle wraz ze wzrostem zużycia wody zachodzi konieczność intensyfikacji prac związanych z odwadnianiem rejonów wydobywczych i przygotowawczych. W efekcie konieczny jest właściwy dobór pomp przy zachowaniu odpowiedniej skuteczności odprowadzania wody oraz uniknięcia efektu „dławienia” się pomp tłoczących do tych samych rurociągów. Powyższe fakty powodują, że zarządzanie sieciami rurociągów ppoż. oraz odwadniających, oparte na zasadzie doświadczeń oraz metod analitycznych wykorzystujących algorytm obliczeń opracowany przez Centralną Stację Ratownictwa Górniczego w Bytomiu staje się coraz bardziej uciążliwe i mało skuteczne. Z pomocą przychodzą metody numeryczne oparte o specjalistyczne oprogramowanie do symulowania przepływów cieczy. W przypadku kopalni „Borynia – Zofiówka” ruch Zofiówka jest to program PUMPSIM 3D Pumping Simulation produkcji Howden Ventsim z Australii. Przedmiotowe oprogramowanie pozwala na szczegółowe planowanie i wstępne obliczanie charakterystycznych parametrów w dowolnym punkcie „pracy” sieci rurociągów ppoż. jak i odwadniających, przy uwzględnieniu dynamicznych zmian zachodzących w innych częściach sieci. Łatwość modelowania oraz uzyskanie dokładnych wyników pozwala zaoszczędzić czas potrzebny do analizy różnych możliwych opcji budowania nowych rurociągów oraz doboru urządzeń odwadniających. Dodatkowo rozwijana na kopalni baza przepływomierzy i przetworników ciśnienia instalowanych w newralgicznych punktach, pozwala na coraz dokładniejsze symulowanie parametrów w znacząco oddalonych punktach sieci poprzez wprowadzanie dodatkowych danych do algorytmu obliczeń. Na przykładzie prób modelowania podjętych przez służby techniczne KWK „Borynia-Zofiówka” Ruch „Zofiówka” z wykorzystaniem powyżej wymienionego oprogramowania oraz wykonanych pomiarów parametrów, potwierdzono w praktyce skuteczność wspomagania komputerowego w projektowaniu sieci ppoż. i odwadniania lokalnego. W pierwszej kolejności stworzono bazę danych rur, w zależności od stosowanych w zakładzie górniczym średnic oraz materiałów, z jakich są wykonane. Podobnie wprowadzono dane przykładowych zaworów odcinających i redukcyjnych, takie jak: średnica wewnętrzna, spadki ciśnienia na zaworze w zależności od stopnia otwarcia lub redukcji oraz ich współczynniki przepływu. Jest to istotne, ponieważ – w zależności od średnicy wewnętrznej oraz materiału, z jakiego wykonana jest dana rura, a tym samym przypisanego dla danego materiału współczynnika chropowatości mającego wpływ na opory liniowe – pozwala na dokładniejsze obliczanie strat ciśnienia i wielkości przepływu dla rur oraz strat miejscowych dla zaworów oraz wszelkiej stosowanej armatury. Następnie do programu zaimplementowano sieć wyrobisk poziomych i pionowych w postaci linii szkieletowych, co pozwala w prosty sposób adaptować sieć szkieletową w rurociągi o wymaganym materiale i średnicy wewnętrznej, zgodnie ze stanem faktycznym. W ten sposób powstała sieć rurociągów ppoż. w wyrobiskach podziemnych Ruchu „Zofiówka”. Kolejnym krokiem było uwzględnienie wszystkich poborów wody z sieci ppoż. do celów technologicznych, tj. chłodzenia silników i przekładni kombajnów ścianowych i chodnikowych, przenośników taśmowych i zgrzebłowych oraz maksymalne zapotrzebowanie dla instalacji zraszających. Przeprowadzono symulację sieci, a otrzymane wyniki porównano ze stanem faktycznym. Okazało się, że wyniki symulacji są w 95% zgodne z rzeczywistością, potwierdzoną odczytami z przetworników ciśnienia, manometrów oraz przepływomierzy zainstalowanych na istniejącej sieci. Na tej podstawie uznano, że projektowanie nowych odcinków sieci oraz otrzymywane z symulacji wyniki będą wiarygodne, a tym samym w przyszłości planuje się wykorzystywać metody numeryczne do obliczeń parametrów sieci ppoż. dla planowanych robót górniczych przygotowawczych i eksploatacyjnych. W dalszej części artykułu chcemy przedstawić praktyczne wykorzystanie numerycznego modelowania na następujących przykładach: - dobór kąta nachylenia oraz średnicy otworu technologicznego dla połączenia podziemnego zbiornika retencyjnego ppoż. z rurociągiem w szybie - projektowanie zasilania ppoż. dla drążonego przodka, a w dalszej kolejności dla planowanej ściany wydobywczej, - projektowanie nowego rurociągu o długości ok. 2300m wraz z symulowaniem stopnia otwarcia przepustnicy w celu regulacji rozpływem oraz projekcja zmiany przepływu przy zastosowaniu różnych średnic rur. - symulacja jednoczesnego odwadniania z drążonego chodnika podścianowego i eksploatowanej ściany