Stacja redukcyjno-zabezpieczająca typu PREREST-01/1

1. Wprowadzenie
Sektor wydobywczy przechodzi obecnie transformację technologiczną związaną z konwergencją innowacyjnych technologii dotyczących wydobywania i przygotowania kopalin. Obecnie jest jasne, że w XXI wieku nieunikniona jest w górnictwie transformacja technologiczna, która ostatecznie rozwiąże dwa krzyżujące się zadania. Pierwszym z nich jest zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania na surowce, w tym źródła energii. Drugim zadaniem jest zapewnienie zrównoważonego rozwoju krajów, których dobrobyt jest determinowany przez górnictwo, zarówno pod względem ekologicznym, jak i ekonomicznym, przy jednoczesnym ograniczeniu globalnego wpływu górnictwa na klimat.

Rozwój innowacyjnych technologii górniczych powinien przyczynić się do osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju poprzez rozwiązanie czterech kwestii związanych z zapewnieniem ludzkości wysokiej jakości surowców i energii, przy jednoczesnym ograniczeniu wpływu na ekosystemy naturalne i społeczne oraz przyspieszeniu ich regeneracji. Pierwszym zagadnieniem w tym temacie jest modernizacja istniejących maszyn górniczych (powierzchniowych i podziemnych) w celu radykalnego zwiększenia wydajności, zmniejszenia zużycia materiałów i energochłonności wydobycia minerałów. Jego rozwiązaniem jest poprawa bazy materialnej, na której w XXI wieku będzie rozwijane Górnictwo 4.0. Drugim zagadnieniem innowacyjnego rozwoju technologii górniczych jest zastąpienie nowymi dotychczasowych geotechnologii, zarówno na powierzchni, jak i pod ziemią. Takimi jak zintegrowane wydobywanie kopalin i ograniczenie ich strat w podłożu, ograniczenie skutków sejsmicznych eksploatacji górniczych oraz szkód w zasobach wodnych. Wymaga to dalszych badań w zakresie zarządzania procesami technologicznymi w kopalniach, optymalizacji pod kątem wykorzystania różnych typów sprzętu.

Trzecią omawianą kwestią jest zmniejszenie naturalnej intensywności wydobycia, które powinno być realizowane po zakończeniu wydobycia i w ramach zielonego górnictwa. Mówimy tu o technologii górniczej i środowiskowej, w wyniku której oszczędzamy naszą planetę. Czwarta kwestia dotyczy konieczności zapewnienia bezpieczeństwa pracy i osiągnięcia zerowej liczby wypadków śmiertelnych w górnictwie. W odniesieniu do innowacyjnego rozwoju oznacza to rozszerzenie zakresu badań bezpieczeństwa pracy w kontekście powszechnego wprowadzenia osiągnięć Przemysłu 4.0 [1, 2].

Badania nad polepszeniem własności użytkowych układów zabezpieczająco-redukcyjnych w wodę dla podziemnych kopalń są efektem prac rozwojowych prowadzonych przez Centrum Hydrauliki DOH. Przestawiona w pracy oryginalna stacja redukcyjno-zasilająca PREREST-01/1 została wdrożona i obecnie pracuje w JSW SA KWK Borynia-Zofiówka Ruch Zofiówka na poziomie 705 m pod ziemią przy szybie.


2. Budowa i przeznaczenie
Stacja PREREST-01/1 (rys. 1) przeznaczona jest do redukcji, a następnie do regulacji przepływu w celu zapewnienia prawidłowego ciśnienia na poziomie oraz uzupełnienia ubytków wody w zbiorniku pojemnościowym. Jej główną funkcją jest redukcja ciśnienia wody, dzięki czemu układ zostaje zabezpieczony przed kawitacją i zerwaniem strugi w rurociągu szybowym. Stacja stabilizuje ciśnienie w sieci ppoż. pomimo wahań ciśnienia wejściowego stacji. Natomiast stabilizacja przepływu strugi w sieci ppoż. odbywa się przy określonej wartości ciśnienia medium roboczego. Przy określonej wartości przepływu stacja stabilizuje strugę napełniającą chodnik pojemnościowy. Dodatkowo stacja pozwala na ścisłą kontrolę i monitorowanie parametrów roboczych, diagnostykę poszczególnych elementów i punktów składowych. Może komunikować się z systemami nadzorczymi stosowanymi przez kopalnię poprzez protokół transmisji. Widok omawianej stacji przedstawiono na rysunku 2.





3. Zasada działania stacji
Stacja przeznaczona jest do zabezpieczenia układu ppoż. na danym poziomie w podziemnej kopalni przed zbyt dużym ciśnieniem wody w rurociągach, poprzez redukcję ciśnienia wody dostarczanej ze zbiornika usytuowanego na powierzchni. Redukcja ciśnienia realizowana jest od wartości ciśnienia 70 bar do wartości w zakresie od 4 bar do 16 bar. Jej drugą funkcją jest napełnianie chodnika pojemnościowego. Układ wejściowy stacji został wyposażony w wysokociśnieniowe przepustnice w celu odpowiedniego rozprowadzenia wody. Są one sterowane elektrycznie. Woda z rurociągu szybowego o ciśnieniu 70 bar kierowana jest do reduktora ciśnienia, gdzie wartość ciśnienia dostarczonej wody zostaje obniżona do około 31 bar. Następnie woda kierowana jest do kolejnego reduktora ciśnienia, gdzie jej ciśnienie zostaje obniżone do wartości około 16 bar. Zastosowany układ rezerwowy zapewnia możliwość pracy stacji w przypadku awarii podzespołów w układzie podstawowym lub w czasie przeprowadzenia koniecznych prac konserwacyjnych. Po przejściu przez układ reduktorów woda kierowana jest na układ zasilający ppoż. oraz układ napełniania chodnika pojemnościowego.








4. Podsumowanie
Obecnie produkowane układy zasilające kopalnię podziemną w wodę powinny być odpowiednio zabezpieczone przed niekorzystnym ciśnieniem, które może spowodować wzrost zagrożenia w sieci ppoż. Występujące ciśnienie wody w sieci ppoż. jest znaczącym powodem występowania niekorzystnych zjawisk typu kawitacja. Nowym podejściem w tym zakresie jest wykorzystanie nowo opracowanej stacji redukcyjno-zabezpieczającej. Stacja została zaprojektowana w Centrum Hydrauliki DOH i jej koncepcja charakteryzuje się tym, że jest sterowana w trybie automatycznym za pomocą specjalnie opracowanego algorytmu. Przeprowadzone analizy i symulacje dotyczące przepływu cieczy dla projektowanej stacji pozwoliły określić ostateczną koncepcję dla powstania prototypu. Wykonane testy stacji oraz jej systemu sterowania w warunkach powierzchniowych pozwoliły określić jej gotowość do wdrożenia w warunkach podziemnej kopalni. Po niezbędnych przygotowaniach oraz spełnieniu wymagań została ona wdrożona w JSW SA KWK Borynia-Zofiówka Ruch Zofiówka na poziomie 705 m pod ziemią przy szybie.


Literatura

1. Szurgacz D., Zhironkin S., Cehlár M., Vöth S., Spearing S., Liqiang M.: A Step-by-Step Procedure for Tests and Assessment of the Automatic Operation of a Powered Roof Support. „Energies” 14/2021.
2. Szurgacz D., Zhironkin S., Vöth S., Pokorný J., Spearing A.J.S., Cehlár M., Stempniak M., Sobik L.: Thermal Imaging Study to Determine the Operational Condition of a Conveyor Belt Drive System Structure. „Energies” 14/2021.

Autorzy: dr hab. inż.  Dawid Szurgacz, mgr inż. Szymon Węgrzyn – Centrum Hydrauliki DOH Sp. z o.o.
mgr inż. Dawid Rojek – JSW SA KWK Borynia-Zofiówka Ruch Zofiówka

http://www.doh.com.pl/