URZĄDZENIA WENTYLACYJNE

Urządzenia wentylacyjne w kopalniach obejmują wentylatory głównego przewietrzania zains­talowane na stacjach jedno- i wielowentylatorowych oraz urządzenia pomocnicze instalowane na dole kopalni i na jej powierzchni. Wentylatory główne wywołują ustabilizowany przepływ powietrza przez kopalnię, natomiast urządzenia wentylacyjne pomocnicze służą głównie do rozprowadzenia żądanych ilości powietrza przez wyrobiska górnicze.

Urządzenia wentylacyjne pomocnicze ze względu na przeznaczenie dzieli się na:

a) urządzenia uniemożliwiające lub utrudniające przepływ powietrza w wyrobiskach gór­niczych: tamy wentylacyjne, zamknięcia zrębów szybów wentylacyjnych, włazy do kanałów wentylacyjnych,

b) urządzenia ułatwiające przepływ powietrza w wyrobiskach górniczych: kanały wentyla­cyjne i dyfuzory, urządzenia do rewersji wentylacji kopalni, mosty wentylacyjne, wentylatory pomocnicze i swobodne oraz urządzenia do wentylacji miejscowej (wentylatory lutniowe i lutniociągi).

              Do urządzeń wentylacyjnych zalicza się też często nagrzewnice powietrza zlokalizowane na zrębach szybów wdechowych.

              W rozdziale tym przedstawione zostaną pomocnicze urządzenia wentylacyjne. Wentylatory głównego przewietrzania i urządzenia do wentylacji miejscowej (lokalnej) stanowią bowiem temat osobnych rozdziałów.

I. Tamy wentylacyjne

              Tamami wentylacyjnymi nazywamy przegrody zbudowane w poprzek wyrobisk górniczych przeznaczone bądź to do oddzielenia prądów powietrza, bądź do odizolowania wyrobisk wentylacyjnie czynnych od wyrobisk wentylacyjnie nieczynnych (np. zrobów), bądź też do regulacji rozpływu powietrza w bocznicach kopalnianej sieci wentylacyjnej.

Jeśli zachodzi konieczność podłużnego przegrodzenia wyrobiska na dwa przedziały, to tego typu urządzenie wentylacyjne nazywamy przegrodą wentylacyjną. Przegrody wentylacyjne stosuje się jednak w praktyce górniczej stosunkowo rzadko.

              Zasady projektowania i wykonywania tam wentylacyjnych stosowanych w kopalniach podziemnych podano w Polskiej Normie PN-65/G-60101. W normie tej dla poszczególnych typów tam wentylacyjnych określono rodzaje materiałów budowlanych, części składowe tamy, dobór otworu komunikacyjnego i drzwi oraz sposób wykonania tam.

              Ze względu na przeznaczenie tamy wentylacyjne dzielą się na:

                            - tamy izolacyjne,

                            - tamy oddzielające,

                            - tamy regulacyjne.

              Ze względu na konstrukcję rozróżnia się:

                            - tamy głuche (pełne),

                            - tamy z drzwiami,

                            - tamy przesuwne.

              Z uwagi na materiał zastosowany do budowy tam rozróżnia się:

                            - tamy drewniane (kloce, deski, kopalniaki),

                            - tamy murowe (z cegły, betonitów, betonu),

                            - tamy stalowe,

                            - tamy gipsowe i z korków podsadzkowych,

                            - tamy płócienne.

              Tamy wentylacyjne należy budować w zwięzłym i nie spękanym górotworze. W spągu, stropie i ociosach w wybranym miejscu dla tamy należy wykonać wrąb do nienaruszonej calizny; wrąb ten powinno się wykonać bez użycia materiałów wybuchowych. Ścianę tamy należy wykonać w taki sposób, aby przylegała ona szczelnie do dna wrębów uprzednio wykonanych poza obudową wyrobiska.

              W przypadku gdy zachodzi konieczność postawienia tamy w górotworze spękanym, konieczne jest uszczelnienie spągu, stropu i ociosów wyrobiska w sąsiedztwie tamy, np. przez wtłoczenie w szczeliny górotworu mleczka cementowego lub wapiennego.

6.1.1. Tamy izolacyjne

              Tamy izolacyjne służą do odizolowania wyrobisk wentylacyjnie nieczynnych (np. zrobów lub czasowo zatrzymanych robót górniczych) od wyrobisk wentylacyjnie czynnych.

              Dla uniknięcia powstania pożarów endogenicznych w zrobach otamowanych tamami izolacyjnymi oraz dla uniknięcia wypływu gazów z tych zrobów, tamy izolacyjne powinny być praktycznie szczelne. Dlatego też tamy te wykonuje się zawsze jako tamy pełne.

              Dla umożliwienia pobrania próbek powietrza z otamowanego pola pożarowego oraz pomiaru temperatury i ciśnienia powietrza poza tamą izolacyjną, w tamie tej powinna być zabudowana co najmniej jedna rurka metalowa z odpowiednim zaworem.

              W przypadku, gdy tama izolacyjna jest potrzebna na krótki okres czasu oraz gdy w miejscu zabudowania tamy ciśnienie górotworu jest małe, wówczas wystarczy zbudować tamę desko­wą. Deski o nie obrzynanych bokach łączy się na zakładkę (rys.I.59), przybijając je z góry na dół do specjalnie w tym celu postawionych dwóch lub więcej stojaków, oddalonych od siebie od 0,8 do 1,2 m. Przybite deski uszczelnia się (rapuje) gliną i bieli gęstym mlekiem wapiennym.

              Jeżeli przewidywany czas trwania tamy izolacyjnej jest krótki a ciśnienie górotworu jest tak duże, że nie pozwala na stosowanie tam deskowych, to buduje się tamę ze stojaków, zwaną tamą organową (rys.I.60). Po wykonaniu odpowiednio głębokiego wrębu stawia się w poprzek chodnika szereg stojaków jeden obok drugiego, przy czym szczeliny między tymi stojakami uszczelnia się klinami z drewna i zalepia gliną (rapuje). Po postawieniu tamy organowej bieli się ją mlekiem wapiennym.

                            Rys. I.59. Tama deskowa                                                                                                                                            Rys. I.60. Tama organowa

              W miejscach występowania dużych ciśnień górotworu buduje się zazwyczaj tamy klocowe (rys. I.61). Tamy te wykonuje się z okrąglaków o długości od 0,5 do 1,2 m, układanych równolegle do osi wyrobiska, najlepiej na zaprawie wapiennej lub glinie.

Strona zewnętrzna tamy klocowej powinna być równa i pionowa oraz dobrze orapowana i obielona.

                                          Rys. I.61. Tama klocowa.

                                          Rys. I.62. Korek podsadzkowy

              W kopalniach stosujących podsadzkę hydrauliczną często jako tamy izolacyjne wykonuje się tzw. korki podsadzkowe (rys. I.62). Zaletą korków podsadzkowych jest ich duża wytrzy­małość mechaniczna, ognioodporność oraz szybkość budowy. Wykonanie korka podsadz­kowego polega na zbudowaniu dwóch tam podsadzkowych w odległości od siebie od 5 do 25 m oraz na dokładnym podsadzeniu przestrzeni ograniczonej tymi tamami.

                            Rys. I.63. Tama murowa

              Murowe tamy izolacyjne (rys. I.63) wykonane z cegieł lub betonu zapewniają bardzo szczelne otamowanie wyrobisk kopalnianych. Tamy murowe buduje się w wyrobiskach nie narażonych na zbyt duże ciśnienie górotworu.

W każdej tamie murowej musi być zabudowana co najmniej jedna rurka do pobierania próbek gazów spoza tamy oraz w razie potrzeby również rura (syfon) do odprowadzenia wody spoza tamy.

              W przypadku konieczności wykonania tamy murowej w wyrobisku narażonym na duże ciśnienia górotworu, dla uniknięcia uszkodzenia tamy, zamurowuje się w niej jedną lub kilka warstw wkładek drewnianych (rys. I.65), najlepiej prostokątnych, np. ze starych prowadników szybowych lub podkładów kolejowych. W tym przypadku stosuje się również tamy murowo-klocowe (rys. I.66).

                                          Rys.I.65. Tama murowa z wkładkami drewnianymi

              Wskazane jest, aby deski i kloce, z których buduje się jakiekolwiek tamy, były impregnowane antypirogenem, mającym zarazem własności grzybobójcze.

                                          Rys.I.66. Tama murowo-klocowa

6.1.2. Tamy oddzielające

Tamy oddzielające są przeznaczone do odgradzania prądów powietrza, zazwyczaj prądów powietrza świeżego od prądów powietrza zużytego. Ze względów bezpieczeństwa, jak i ekonomiki wentylacji kopalń, tamy oddzielające powinny być dobrze uszczelnione. Dlatego też tamy takie powinny być tamami pełnymi, tj. tamami bez drzwi.

Tamy oddzielające grupowe prądy powietrza świeżego od grupowych prądów powietrza zużytego należy budować z materiałów niepalnych takich, jak cegła, beton itp.

Również w rejonach o długich drogach równoległych powietrza świeżego i powietrza zużytego oraz w rejonach podpoziomowych należy budować tamy oddzielające z materiałów niepalnych.

              Tamy oddzielające pełne wykonuje się podobnie jak tamy izolacyjne z tą różnicą, że nie zakłada się w nich rurek do pobierania próbek powietrza.

              W zależności od ciśnienia górotworu i czasu istnienia, tamy oddzielające buduje się jako deskowe, organowe, klocowe lub murowane. Niekiedy jako tamy oddzielające (pełne) stosuje się również korki podsadzkowe.

              Tamy oddzielające z drzwiami wykonuje się wtedy, gdy przez te tamy prowadzi droga ucieczkowa dla załogi lub droga normalnego ruchu załogi, przewozu urobku lub materiałów.

              W celu uniknięcia zaburzeń w rozpływie powietrza w kopalni w przypadku otwarcia drzwi w tamach oddzielających (w czasie przechodzenia przez nie ludzi lub w czasie przejazdu pociągów) buduje się zazwyczaj dwie lub więcej takich tam w układzie szeregowym. Liczba tam powinna być tym większa, im większy jest spadek potencjału aerodynamicznego w tych tamach oraz im większe jest prawdopodobieństwo ucieczek powietrza przez nie dające się zlikwidować szczeliny w skałach w sąsiedztwie tych tam.

              Dwie lub więcej tam z drzwiami zabudowanych w układzie szeregowym w wyrobisku nazywa się śluzą wentylacyjną. Odstęp między tymi tamami zwanymi śluzowymi powinien być tak dobrany, aby przy przejściu ludzi albo przy transporcie urobku lub materiału przez te tamy co najmniej jedna z nich była stale zamknięta. Odstęp ten powinien odpowiadać lokalnym warunkom ruchowym (np. długości pociągu przejeżdżającego przez śluzę, długości szyn transportowanych przez śluzę, itp.) i nie powinien być mniejszy od 5 m.

              Obowiązujące przepisy bhp wymagają, aby drzwi w tamach oddzielających zamykały się samoczynnie. W tym celu drzwi w tamach oddzielających przeznaczonych do przejścia ludzi zawiesza się pod kątem od 4 do 8° do pionu (rys. I.67) lub też stosuje się różnego rodzaju urządzenia mechaniczne do samoczynnego zamykania drzwi, najczęściej sprężyny (rys. I.68).

Rys.I.67. Tama z drzwiami nachylonymi                             Rys.I.68. Fragment tamy z drzwiami                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       zamykanymi za pomocą sprężyny

Otwieranie drzwi odbywa się ręcznie lub automatycznie. Do automatycznego uruchamiania drzwi stosuje się najczęściej układ dźwigien, umożliwiających mechaniczne sterowanie drzwiami przez przejeżdżające lokomotywy lub wozy (rys.I.69).

              Obecnie coraz częściej drzwi w tamach oddzielających zabudowanych w drogach przewo­zowych sterowane są elektrycznie za pomocą silników uruchamianych pod wpływem odpowiedniego sygnału, nadawanego przez przejeżdżające lokomotywy lub wozy kopalniane. Ponadto do napędu drzwi tam oddzielających stosuje się powietrze sprężone i napędy elektro-hydrauliczne.

              W śluzach wentylacyjnych oddzielających prądy o dużym spadku potencjału aerodynamicz­nego na drzwi działają duże siły, co bardzo utrudnia a nawet uniemożliwia ich otwarcie. Dlatego też dla ułatwienia przejścia ludzi przez takie śluzy zabudowuje się w drzwiach odpowiednie zasuwy (rys.I.70).

Rys.I.69. Tama z drzwiami zamykanymi                  Rys.I.70. Drzwi z zasuwą ułatwiającą otwarcie                                                             automatycznie                                                                                                                                                          tamy

6.1.3. Tamy regulacyjne

Tamami regulacyjnymi nazywa się dławiące tamy wentylacyjne z oknem regulacyjnym, którego pole można zmieniać za pomocą przesuwnej lub obrotowej zasuwy regulacyjnej.

Tamy takie przeznaczone są do regulacji rozpływu powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych.

              Tamy regulacyjne buduje się zazwyczaj jako tamy pojedyncze z drzwiami (rys.I.71), a rzadziej jako tamy bez drzwi (rys.I.72).

              Rys. I.71. Tama regulacyjna z drzwiami                                          Rys. I.72. Tama regulacyjna bez drzwi

              Zgodnie z obowiązującymi przepisami bhp, tamy regulacyjne powinno się zabudowywać na początku niezależnych prądów powietrza. Zabronione jest stosowanie tam regulacyjnych w grupowych prądach zarówno powietrza świeżego, jak i powietrza zużytego.

              Tamy regulacyjne wykonuje się zazwyczaj jako tamy deskowe. W przypadku gdy tamy regulacyjne są zarazem tamami bezpieczeństwa, buduje się je z materiału niepalnego. W wyrobiskach z tamami regulacyjnymi, przez które odbywa się intensywny ruch załogi, urobku lub materiałów, należy wykonać co najmniej dwie tamy regulacyjne w układzie szeregowym, tworzące pewnego rodzaju kaskadę regulacyjną. Kaskadę taką wskazane jest także stosować w przypadku konieczności wykonania tamy regulacyjnej w wyrobiskach wykonanych w pokładach skłonnych do samozapalenia oraz w wyrobiskach w spękanym górotworze.

              Opór (kg/m7) tamy regulacyjnej można wyznaczyć stosując przybliżony wzór

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (I.158)

gdzie

                            - pole okna regulacyjnego, m2,

                              A  - pole przekroju poprzecznego wyrobiska w miejscu zabudowania tamy regulacyjnej,                                                         m2.

              Gdy znany jest opór tamy regulacyjnej, można wyznaczyć powierzchnię okna regulacyjnego korzystając z wzoru

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  (I.159)

              Obecnie w kopalniach zagranicznych do regulacji rozpływu powietrza stosuje się tzw. zasłony powietrzne. Zasłony te polegają na skierowaniu w poprzek wyrobiska strumienia powietrza wypływającego z dużą prędkością z nawiewów podłączonych do odpowiedniego wentylatora zabudowanego w tym wyrobisku. Stwierdzono, że stosowanie regulacji rozpływu powietrza za pomocą zasłon powietrznych jest celowe przede wszystkim w wyrobiskach, w których odbywa się intensywny transport urobku lub materiałów.

6.2 Straty powietrza przez tamy

Wielokrotne i starannie przeprowadzone badania wskazują, że przesączenie powietrza przez tamy (również izolacyjne) odbywa się w zasadzie według zależności . Wobec tego opór danej tamy można obliczyć, korzystając ze wzoru              

                                                                                                  ...