Układ centralnej klimatyzacji kopalni głębokiej

Temperatura powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości, co opisuje model atmosfery standardowej. Na tej podstawie można oszacować, że temperatura powietrza sprowadzonego w kopalni na głębokość ok. -1000 m, tylko na skutek przemiany adiabatycznej (bez ogrzewania od ścian), wzrośnie o ok. 6,5º.

Rys. 1. Gradient temperatury powietrza w kopalni

Przyjmuje się, że średni stopień geotermiczny wynosi 33 m/1ºC (w Polsce w zależności od regionu 10-100). Na jego podstawie, przy średniej temperaturze gruntu przy powierzchni 10ºC, temperaturę pierwotną górotworu w kopalni na poziomie -1000m można wyznaczyć jako sumę 10+30 = 40ºC (np. 47ºC na poziomie -1200m dla ZG Rudna). Duża odległość szybów wdechowych od pól eksploatacyjnych powoduje wzrost temperatury strumienia powietrza z wentylacji, na skutek przejmowania znacznych ilości ciepła od „gorących” ścian górotworu.

W kopalni pracuje również duża liczba urządzeń chłodzonych powietrzem (silniki spalinowe, silniki elektryczne, oświetlenie itp.). Ciepło chłodzenia tych urządzeń jest także przejmowane przez powietrze i podnosi jego temperaturę.

Ostatecznie suma oddziaływania tych czynników powoduje, że powietrze doprowadzane przez wentylację do pól wydobywczych jest gorące.

Rys. 2. Zasięgi oddziaływania wentylacji i klimatyzacji kopalni, PSK – powierzchniowa stacja klimatyzacyjna

Zagrożenie klimatyczne dla pracy górników określa się poprzez temperaturę zastępczą klimatu opisaną wzorem 1.

$t_{zk} = 0,6 \cdot t_w + 0,4 \cdot t_s – w$ (1)

t_s – temperatury powietrza mierzone termometrem suchym [°C]
t_w – temperatury powietrza mierzone termometrem wilgotnym [°C]
v – prędkość przepływu powietrza [m/s] (v_max = 4 m/s)

Zagrożenie klimatyczne w podziemnych zakładach górniczych podzielono na trzy stopnie. Dla kopalni wydobywających kopaliny inne niż węgiel kamienny stopnie tego zagrożenia zdefiniowano następująco:

t_zk < 26ºC – brak zagrożenia klimatycznego
26ºC < t_zk < 30ºC – I stopień zagrożenia klimatycznego
30ºC <t_zk < 32ºC – II stopień zagrożenia klimatycznego
32ºC < t_zk – III stopień zagrożenia klimatycznego

Ograniczenia pracy górników wynikające z zagrożenia klimatycznego.

Poniżej t_zk < 26ºC – brak ograniczeń
Dla stopnia stopnia I i II wymagana jest: klimatyzacja kopalni i ograniczenie czasu pracy do 6 godzin
Przy III stopniu zagrożenia mogą być prowadzone prace w ramach akcji ratowniczej

Z przytoczonych analiz wynika, że jednym z głównych warunków wydobycia kopalin z głębokich kopalni jest ochłodzenie powietrza w wyrobiskach górniczych. Na rys. 3 pokazano przykład układu centralnej klimatyzacji kopalni.

Rys. 3. Układ centralnej klimatyzacji kopalni

A – szyb, B – agregat sprężarkowy II stopnia, C – agregat sprężarkowy I stopnia, D -agregat absorpcyjny I stopnia, E – wieża freecoolingu, F – Wymiennik płytowy, G – podajnik hydrostatyczny, H – dołowa pompownia wody lodowej, J – komora zraszania, K – wymiennik, L – górnicza maszyna klimatyzacyjna, M – stacja redukcyjno pompowa, N – komora obsługi maszyn dołowych, O – przodek.

1 - główna pompownia cyrkulacyjna powierzchniowej stacji klimatyzacyjnej
2 - pompa parownika agregatu sprężarkowego
3 - pompa skraplacza agregatu sprężarkowego
4 - sprężarka czynnika chłodniczego
5 - pompa parownika agregatu absorpcyjnego
6 - pompa skraplacza agregatu absorpcyjnego
7 - pompa czynnika chłodniczego
8 - pompa wymiennika płytowego
9 - pompa wieży chłodniczej
10 - pompa obiegu freecoolingu
11 - podziemna pompownia cyrkulacyjna
12 - pompa wysokociśnieniowa nadmiaru wody lodowej
13 - pompa wody powrotnej
14 - pompa cyrkulacyjna wydzielonej instalacji wody lodowej
15 - pompa komory zraszania

Woda o temperaturze ∼22°C, powracająca z kopalni (linia czerwona), schładzana jest stopniowo w stacji powierzchniowej do temperatury ok. 2°C. Następnie, jako „woda lodowa” (linia niebieska) przesyłana jest do części podziemnej, rurociągami umieszczonymi w szybie – A.

Ciśnienie wody lodowej na dole, wynikające z różnicy poziomów, wynosi ok. 10 bar. Redukcja tego ciśnienia oraz rekuperacja energii hydrostatycznej prowadzona jest w podajnikach hydrostatycznych – G. W komorze podajnika umiejscowiona jest podziemna pompownia cyrkulacyjna – 11 oraz pompownia wysokociśnieniowa, pozwalająca na wtłaczanie bezpośrednio do rurociągu powrotnego nadmiaru wody lodowej, wynikającego ze zmian objętości cieczy przy zmianie temperatury.

W części podziemnej woda lodowa doprowadzana jest do: chłodnic powietrza, które schładzają miejsca pracy i wyrobiska; komór zraszania, które schładzają stałe miejsca pracy oraz do dodatkowych maszyn klimatyzacyjnych, które zasilają odległe miejsca pracy.

PAMIĘTAJ !

W kopalni funkcjonuje wiele systemów pompowych
Systemy pompowe kopalni zwykle składają się z wielu układów pompowych
W układach pompowych w kopalni może być (i zwykle jest) zainstalowanie wiele pomp
Moc chłodnicza PSK sięga kilkudziesięcu MW (KGHM 16-30 MW)
W „dużych” układów klimatyzacji, rurociągi wody lodowej mają długość kilkuset kilometrów (ZG Rudna – 240 km)
Sprawdź aktualne rozporządzenia w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych

Warto sprawdzić