HORNICKO-GEOLOGICKÁ FAKULTA

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA HORNICKO-GEOLOGICKÁ FAKULTA Institut hornického inženýrství a bezpečnosti ŘEŠENÍ ZPŮSOBŮ SEPARÁTNÍHO VĚTRÁNÍ S POUŽITÍM CHLADICÍCH ZAŘÍZENÍ S ELIMINACÍ NEBEZPEČÍ VYSTUPUJÍCÍHO METANU Závěrečná zpráva projektu VaV ČBÚ č. 24/2003 Prof. Ing. Pavel Prokop, CSc. Ing. Ferdinand Kopáček, Ph.D. Listopad 2006

Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Hornicko-geologická fakulta Institut hornického inženýrství a bezpečnosti ve spolupráci s ÚG AV ČR Ostrava Programový projekt VaV ČBÚ č. 24/2003: Řešení způsobů separátního větrání s použitím chladicích zařízení s eliminací nebezpečí vystupujícího metanu ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA K programovému projektu ČBÚ č. 24/2003 ŘEŠENÍ ZPŮSOBŮ SEPARÁTNÍHO VĚTRÁNÍ S POUŽITÍM CHLADICÍCH ZAŘÍZENÍ S ELIMINACÍ NEBEZPEČÍ VYSTUPUJÍCÍHO METANU Zahájení: plán: dle podpisu smlouvy skutečnost: 29. 5. 2003 Ukončení: plán: 30. 9. 2005 skutečnost: 31. 12. 2006 v souladu s dodatky smlouvy Objednatel: Zhotovitel: Odpovědný řešitel: Spoluřešitel: ČBÚ Praha HGF, VŠB-TU Ostrava prof. Ing. Pavel Prokop, CSc. Ing. Ferdinand Kopáček, Ph.D. Ostrava Listopad 2006

1 DÍLČÍ PROJEKT Č. 1...5 1.1 USPOŘÁDÁNÍ 1.1 FOUKACÍ VĚTRÁNÍ S CHLADICÍM ZAŘÍZENÍM UMÍSTĚNÝM PŘÍMO NA ZAČÁTKU LUTNOVÉHO TAHU...8 Návrh uspořádaní...8 1.2 USPOŘÁDÁNÍ 1.2 FOUKACÍ VĚTRÁNÍ S CHLADICÍM ZAŘÍZENÍM UMÍSTĚNÝM PŘED ZAČÁTKEM LUTNOVÉHO TAHU...9 Návrh uspořádání...9 1.3 USPOŘÁDÁNÍ 1.3 SEPARÁTNÍ VĚTRÁNÍ KOMBINOVANÉ FOUKACÍ S VEDLEJŠÍM LUTNOVÝM TAHEM FOUKACÍM S CHLADICÍM ZAŘÍZENÍM...10 Návrh uspořádání...10 1.4 USPOŘÁDÁNÍ 1.5 SEPARÁTNÍ VĚTRÁNÍ KOMBINOVANÉ FOUKACÍ S CHLADICÍM ZAŘÍZENÍM V BOČNÍKU A VEDLEJŠÍM SACÍM LUTNOVÝM TAHEM S ODPRAŠOVACÍM ZAŘÍZENÍM...12 Návrh uspořádání bočníku...12 Návrh uspořádání s bočníkem...13 1.5 USPOŘÁDÁNÍ 1.5A...14 Návrh uspořádání...14 1.6 USPOŘÁDÁNÍ 1.6...15 Návrh uspořádání...15 1.7 USPOŘÁDÁNÍ 1.6A...16 Návrh uspořádání...16 1.8 USPOŘÁDÁNÍ 1.7...17 Návrh uspořádání...17 1.9 USPOŘÁDÁNÍ 1.8...17 Návrh uspořádání...18 1.10 PRACOVIŠTĚ VYTIPOVANÁ K VERIFIKACI USPOŘÁDÁNÍ...18 Uspořádání 1.2...19 Uspořádání 1.3...19 Uspořádání 1.5A...19 Uspořádání 1.6A...20 Uspořádání 1.8...20 1.11 SHRNUTÍ...20 2 DÍLČÍ PROJEKT Č. 2...20 2.1 ANALÝZY OVLIVNĚNÍ PLYNOVÝCH POMĚRŮ...21 Analýza v neproraženém důlním díle...21 Analýza v úseku překrytí hlavního foukacího a vedlejšího sacího větrání...23 Analýza v úseku překrytí dvou foukacích lutnových tahů...24 Analýza v separátně větraném díle po přepnutí na vzduchový pohon...26 Analýza v separátně větraném díle po zastaveném větrání...27 2.2 VÝPOČET POTŘEBNÉHO OBJEMOVÉHO PRŮTOKU NA ČELBU...29 Výpočet VPOP pro uspořádání 1.2 na pracovišti 0825 245...29 Výpočet VPOP pro uspořádání 1.3 na pracovišti 5201/1...30 Výpočet VPOP pro uspoř. 1.5A na pracovišti 239 562...31 Výpočet VPOP pro uspořádání 1.6A na pracovišti 610-1...31 Výpočet VPOP pro uspořádání 1.8 na pracovišti 11011...32 2.3 SHRNUTÍ...32 3 DÍLČÍ PROJEKT Č. 3...33 3.1 ZHODNOCENÍ A ANALÝZA NAVRŽENÝCH USPOŘÁDÁNÍ...33 Výpočet VPOP pro jednotlivá uspořádání...34 Rozbor předpokládané použitelnosti jednotlivých uspořádání...35 3.2 VÝPOČTY OBJEMOVÝCH PRŮTOKŮ A MIKROKLIMATICKÝCH PODMÍNEK PROGRAMEM SEPARAT 1.138 Zpracování výsledků z grafických výstupů SEPARAT...61 3.3 NÁVRH INSTALACE ČIDEL PRO NOVOU VYHLÁŠKU...63 Uspořádání 1.1...63 Uspořádání 1.2...63 Uspořádání 1.3...64 Uspořádání 1.5...64 Uspořádání 1.5A...64 1

Uspořádání 1.6...64 Uspořádání 1.6A...65 Uspořádání 1.7...65 Uspořádání 1.8...65 3.4 SHRNUTÍ...65 4 DÍLČÍ PROJEKT Č. 4 AŽ 6...66 4.1 MATEMATICKÝ MODEL VÝPOČTU AERODYNAMICKÝCH A MIKROKLIMATICKÝCH PODMÍNEK...67 Obecná pravidla...67 Výpočet aerodynamických podmínek...67 Výpočet mikroklimatických podmínek...69 Výměna tepla a vlhkosti na čelbě a chodbě...70 Řešení typových schémat...71 4.2 VÝPOČET POTŘEBNÉHO OBJEMOVÉHO PRŮTOKU, AERODYNAMICKÝCH A KLIMATICKÝCH POMĚRŮ SEPARÁTNÍHO VĚTRÁNÍ...71 Výpočet VPOP...71 Výpočet SEPARAT 1.1...72 4.3 DATABÁZE VSTUPNÍCH ÚDAJŮ VÝPOČTU SEPARAT...76 Aerodynamické odpory luten...76 Charakteristiky lutnových ventilátorů...77 Aerodynamické odpory zařízení SeV...80 Chladicí jednotka MMRP 130 E...81 Chladicí jednotka DV - 150...82 Chladicí jednotka MMRP 260...83 Aerodynamické odpory chodeb a vlastnosti hornin...84 Prameny uvedených aerodynamických a teplotníchveličin používaných ve výpočtu SEPARAT 1.1...85 4.4 PŘEDÁNÍ VÝPOČTU SEPARAT 1.1 SBS A DO ZKUŠEBNÍHO PROVOZU NA DVA DOLY OKD...85 4.5 SHRNUTÍ...85 5 DÍLČÍ PROJEKT Č. 7...86 5.1 VÝBĚR PRACOVIŠŤ K OVĚŘOVÁNÍ A ČASOVÝ HARMONOGRAM NA JEDNOTLIVÝCH DOLECH...87 5.2 ZPŮSOB ZAŘAZENÍ KOMPLEXNÍ DOKUMENTACE DO VERIFIKACE JEDNOTLIVÝCH USPOŘÁDÁNÍ...88 Hornicko-geologické a důlně-technické podmínky...88 Mapová dokumentace a návrh separátního větrání...89 Přehled aerodynamických parametrů...92 Mikroklimatické a plynové poměry...92 5.3 VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ VERIFIKACE JEDNOTLIVÝCH USPOŘÁDÁNÍ...93 Uspořádání 1.2...94 Uspořádání 1.3...96 Uspořádání 1.5A...98 Uspořádání 1.6A...100 Uspořádání 1.8...101 5.4 HODNOCENÍ JEDNOTLIVÝCH USPOŘÁDÁNÍ...102 Uspořádání 1.2...103 Uspořádání 1.3...103 Uspořádání 1.5A...103 Uspořádání 1.6A...104 Uspořádání 1.8...105 5.5 SHRNUTÍ...105 Výběr pracovišť a zařazení do časového plánu...105 Zařazení komplexní dokumentace do procesu verifikace...106 Přehled výsledků verifikace...106 Hodnocení výsledků verifikace...106 6 DÍLČÍ PROJEKT Č. 8...106 6.1 ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU...108 Obecné požadavky pro nasazení chladicího zařízení v dole...108 Požadavky pro nasazení chladicího zařízení v separátním větrání...109 Vlastní umístění chladicího zařízení v separátním větrání...110 Nepovolená umístění chladicího zařízení v separátním větrání...113 2

6.2 NÁVRH BEZPEČNOSTNÍCH POŽADAVKŮ PRO UMÍSTĚNÍ CHLADICÍHO ZAŘÍZENÍ...113 Řešení problematiky v Polsku...114 6.2.2 Obecné požadavky na bezpečný provoz při umístění chladicích zařízeních v separátním větrání...115 Návrh specifických bezpečnostních požadavků pro navržená uspořádání separátního větrání...119 6.2.4 Návrh změn vyhlášky č. 165/2002 Sb., nesouvisející s umístěním chladiče důlních větrů...126 6.3 NÁVRH ZKRÁCENÉ METODIKY VÝPOČTU TEPLOTNÍCH A VLHKOSTNÍCH ZMĚN...127 6.4 NÁVRH NOVÉHO ZNĚNÍ VYHLÁŠKY Č. 165/2002 SB...128 Tato část závěrečné zprávy se nezveřejňuje!...128 6.5 SHRNUTÍ...129 7 ZÁVĚR...130 7.1 DÍLČÍ PROJEKT Č. 1...130 7.2 DÍLČÍ PROJEKT Č. 2...131 7.3 DÍLČÍ PROJEKT Č. 3...131 7.4 DÍLČÍ PROJEKT Č. 4 AŽ 6...131 7.5 DÍLČÍ PROJEKT Č. 7...132 7.6 DÍLČÍ PROJEKT Č. 8...132 8 SEZNAM OBRÁZKŮ...133 9 POUŽITÁ LITERATURA...134 3

Úvod Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 24/2003, ad 8.4 z dokumentu ČBÚ, č.j. 598/03 s názvem Řešení projektů separátního větrání s použitím chladicích zařízení s eliminací nebezpečí od vystupujícího metanu, je shrnutím dosud vypracovaných osmi dílčích projektů. Zadání projektu je stanoveno v Příloha č. 1 k projektu ČBÚ č. 24/2003 a stručně vyjádřeno v následujícím: Anotace: Zpracování technických podmínek pro bezpečné nasazení a provozování stávajících i nových prostředků klimatizace v separátně větraných důlních dílech. Výsledky podepřít metodikou a výpočtem teplotních a vlhkostních změn, objemových průtoků a chladicích výkonů. Cílem projektu je vytvořit výpočetní program s otevřenou databázi vstupních údajů na CD-R. Dále návrh doplnění vyhlášky ČBÚ č. 165/2002 Sb. o podmínky pro separátní větrání důlních děl s chladicím zařízením umístěným v neproraženém díle s typovými schématy uspořádání prostředků separátního větrání. Koncepce této závěrečné zprávy (dále Zpráva) bude řazena podle jednotlivých dílčích projektů do hlavních kapitol. V průběhu řešení programového projektu byly dílčí projekty 4, 5, a 6 sdruženy do jednoho celku a jsou jako jeden celek zařazeny i do koncepce této Zprávy. Každá kapitola bude uvedena zadáním podle Přílohy č. 1 k projektu ČBÚ č. 24/2003 a dle toho zadání budou výsledky řešení postupně předkládány. Řešení programového projektu ČBÚ č. 24/2003 bylo zahájeno 1. 6. 2003 a ve shodě s příslušnými dodatky v harmonogramu pak prodlouženo a ukončeno k 30. 11. 2006 (viz bod 5, závěru ze zápisu 13. kontrolního dne, konaného 25. 8. 2006 na TU-VŠB Ostrava). 4

1 Dílčí projekt č. 1 Zadání: Navrhnout uspořádání a zpracovat technické a bezpečnostní podmínky pro separátní větrání (dále SeV) s chladicím zařízením (dále CHZ) důlních větrů umístěným v neproraženém důlním díle (dále d. d.) raženém strojně nebo trhací prací v plynujícím dole, větraném separátním sacím, foukacím nebo kombinovaným. - Návrhy uspořádaní podřídit potřebám vytvoření typových schémat včetně monitorování škodlivin. - Pro jednotlivé návrhy vytipovat pracoviště OKD k ověření jednotlivých projektů. - Podrobně zpracované projekty konzultovat detailně s pracovníky SBS, s výjimkou těch, které vyhovují vyhlášce ČBÚ č. 165/2002 Sb. V průběhu řešení programového úkolu byly některé návrhy uspořádání vyřazeny a zbývající postupně ve shodě s verifikací upravovány. Jedná se o vyřazení dvou uspořádání (viz níže) a v ostatních případech o změny některých technickobezpečnostních podmínek a umístění čidel v SeV. Z původního seznamu uspořádání byl v první fázi vyřazen systém SeV, s názvem: Separátní větrání s hlavním foukacím lutnovým tahem, mezerou, vedlejším foukacím s CHZ a vedlejším sacím lutnovým tahem s odprašovacím zařízením (viz bod 4, závěru ze zápisu náhradního kontrolního dne, konaného 26. 08. 2004). V druhé fázi byl bodem 7, závěru ze zápisu 9. kontrolního dne, konaného 30. 08. 2005, vyřazen způsob 1.4, s názvem: Separátní větrání kombinované foukací, vedlejší lutnový tah sací s odprašovacím zařízením a vedlejším lutnovým tahem s CHZ. V souladu se zadáním, týkající se konzultace s SBS, uvádíme předem, že na všech kontrolních dnech a jiných schůzkách, byly podrobně zpracované projekty detailně konzultovány se zástupci SBS, ať z ČBÚ Praha, VaV Ostrava a OBÚ Ostrava. Mimoto proběhly konzultační schůzky všech zástupců poskytovatele, řešitele a provozovatelů SeV, tj. dolů OKD Ostrava. Úvodem před prezentací jednotlivých uspořádání předkládáme seznam značek zařízení SeV s uvedenými novými symboly, jako pro značky měření rychlosti větrů a chladiče důlních větrů. Zadáním projektu programového úkolu ČBÚ č. 24 je předepsána osnova požadavků nutných pro uvedení v každém jednotlivém uspořádání. Požadavky musí být podle projektu SeV daného pracoviště a jsou v následujícím pořadí: Schéma uspořádání SeV (typové schéma) se vším nezbytným zařízením SeV. Dále monitorovací technika s výstupy na místo měření, CŘS a do elektrických okruhů s případným vlivem na řízení pracoviště a přísun energie k technologickému a chladicímu zařízení. Vše musí být zakotveno v projektu SeV. Technické podmínky zahrnující výpočet potřebného objemového průtoku (výpočet programem VPOP, viz níže) a návrh druhů a kvality technologického 5

zařízení SeV, s cílem splnění požadavků na výši potřebného objemového průtoku pro hlavní a případně i vedlejší lutnový tah (v kombinovaném větrání). V technických podmínkách musí být i zadání výkonů a účinností zařízení chladicí techniky, (pokud je užití CHZ očekávané a nezbytné), odvod odebraného tepla a primární i sekundární zdroje tepla VP a na pracovišti. Znamená to, že je v projektu SeV nezbytně nutné zvolit takové vzduchové výkony lutnových ventilátorů (dále LV), kvalitu a vlastnosti zařízení SeV, a chlazení, aby byl bezpodmínečně splněn požadavek dosažení potřebného objemového průtoku na čelbě d. d. a přiměřený chladicí účinek, zvyšující využitelný čas pracovního procesu na pracovišti. Zařízení SeV spolu s volbou prostředků chlazení je po zadání do programu SEPARAT (viz níže) vstupem pro očekávaný výpočet větrání a klimatických podmínek na daném pracovišti. Bezpečnostní podmínky musí vyhovovat ve shodě s typovým schématem od počátku ražení předepsaným bezpečnostním předpisům. Příslušné uspořádání reprezentuje určitý způsob SeV, ve shodě s ním a technologii ražení je vypočten potřebný objemový průtok na čelbu d.d. Znamená to, že důležitou bezpečnostní podmínkou je dodržení potřebného objemového průtoku pro vybraný typ uspořádání. Typové schéma předkládá i způsob instalace čidel škodlivin a velikosti, či směru proudění větrů v lutnovém tahu. Nastavení mezí bezpečnostních čidel, jejich signalizace a přenos změn na patřičná místa musí být součásti projektu SeV. Rozdíly stávající legislativy a nového návrhu předpisu pro separátní větrání, budou pro jednotlivá uspořádání uvedena. Je to ve shodě s konstatováním, že během řešení úkolu a při vyhodnocování jeho verifikace, řešitel a poskytovatel přijali danou změnu. V úvodu kapitoly, která se týká předložení typových schémat, řešitelé předložili výčet technických a bezpečnostních podmínek, které musí pro každé uspořádání SeV platit. Řešitel se tedy po uvedení jednotlivého návrhu uspořádání s CHZ v separátně větraném díle bude věnovat a odvolávat na nové skutečnosti, které při projektování a provozu mohou nastat. Řešitelé v kapitole předkládání typových schémat neuvádějí, ke které technologii ražení, v jakých podmínkách a za jakých okolností je vhodné některé z typových schémat použít. Zdůvodňujeme to tím, že některá uspořádání vyhovují více druhům technologií ražení a přitom nejsou vhodné do různých plynových poměrů. Tyto závěry vyslovíme až v kapitole, týkající se verifikace vybraných pracovišť, kde lze předpokládané a skutečné poměry ve větrání a klimatizaci na jednotlivých pracovištích v různých podmínkách porovnat a podpořit prezentované stanovisko. Na další straně předkládáme značky, které budou v následujících schématech uspořádání používané a současně se stanou přílohou novelizované legislativy, týkající se SeV s užitím CHZ v neproražených d. d. V souboru jsou dva nové symboly oproti stávajícímu předpisu. Jedná se o měřidlo rychlosti a chladiče důlních větrů. 6

7

1.1 Uspořádání 1.1 Foukací větrání s chladicím zařízením umístěným přímo na začátku lutnového tahu. Návrh uspořádaní Uvedené uspořádání vyhovuje i stávajícím předpisům. Do souboru je zařazeno proto, aby bylo možno projektovat vývin potřebného objemového průtoku a průběh teplotních a klimatických změn na čelbě. Všeobecně platné technické a bezpečnostní podmínky jsou vyjmenovány v úvodu kapitoly před uvedením souboru typových schémat. Přímé zapojení CHZ do hlavního lutnového tahu v PVP vyžaduje kontinuální měření rychlosti větrů v hlavním lutnovém tahu do 60 m od ustí lutnového tahu. Další změnou proti stávající vyhlášce č. 165/2002 Sb. je zvětšení vzdálenosti čidla CH4 (M1) od čelby až do 10 m. 8

1.2 Uspořádání 1.2 Foukací větrání s chladicím zařízením umístěným před začátkem lutnového tahu. Návrh uspořádání Sestavení LV a CHZ v PVP rovněž vyhovuje stávající legislativě a shodně s uspořádáním 1.1 je tento případ zařazen do řešení úkolu s cílem dát projektantovi možnost vypočítat potřebný objemový průtok a klimatické poměry na čelbě. Tento případ použití LV+CHZ je oblíbený a používaný a zařazení do projektu je žádoucí. Projektant získá hodnoty potřebného objemového průtoku a teplotně vlhkostní prognózu pro dané pracoviště. Pro technicko bezpečnostní podmínky platí totéž co pro případ 1.1, tj. důraz na splnění potřebného objemového průtoku a chladicího účinku na pracovišti. Funkce čidel, monitorujících separátně větrané je dána projektem SeV. Změnou v předpisech je umístění čidla CH4 (M1) až do 10 m od čelby. 9

1.3 Uspořádání 1.3 Separátní větrání kombinované foukací s vedlejším lutnovým tahem foukacím s chladicím zařízením. Návrh uspořádání Pro uspořádání 1.3 platí, že základním prvkem ovětrání čelby je hlavní foukací lutnový tah. Pro zlepšení špatných klimatických podmínek může být doplněn vedlejším foukacím tahem s chladicím zařízením. Sestavení dvou nestejně dlouhých a shodně polarizovaných lutnových tahů směrem do čelby vyvolává recirkulaci průtoku zpětným proudem ochlazeného a kontaminovaného vzduchu do čelby d.d. Analýzou [1] čerstvých QV0 a částečně kontaminovaných QVCH průtoků stanovíme nárůst koncentrace škodliviny v čase po změně ustáleného stavu. Pro tento případ je závažnou a ovlivnitelnou změnou koeficient recirkulace k = QVCH / QV0, tj. podíl objemového průtoku ochlazeného vzduchu ve vedlejším tahu k přivedenému v hlavním lutnovém tahu. Z toho důvodu řešitel navrhuje opatření, které následně promítne do doplňujících technicko bezpečnostních podmínek. Řešitel zařadil tento způsob SeV do výpočtu potřebného objemového průtoku s tím, že v pozadí programu je naprogramována úprava jinak platných vztahů, 10

týkající se snížení koncentrace škodlivin. Jedná se o odst. 3.1, 3.2, a 3.6, pro CH4, CO2 a Rn. S úvahou koeficientu recirkulace, k, musíme v objemu daném průřezem chodby a délkou vedlejšího foukacího lutnového tahu ředit koncentraci škodlivin větším přivedeným objemovým průtokem QV0. V ustáleném stavu to znamená, že např. po připuštění koeficientu recirkulace, k, je navýšení potřebného objemového průtoku, viz [4] dáno: 100. q 1 Q = V 1 ( 1 k )(. c c1) (1.3.01) 100. q 12 Q = V 2 ( 1 k)(. c2 c3) (1.3.02) Q p. D Rn V 6 = (1.3.03) ( 1 k)(. crn cvt ) Symboly ve vztazích 1. 3. 01 až 1. 3. 03 jsou shodné s Přílohou č. 1 k vyhlášce č. 165/2002 Sb. a jsou doplněné koeficientem recirkulace, k,. Z výše uvedeného je také zřejmé, že pro vypnutý vedlejší foukací lutnový tah, QVCH = 0 a k = 0, jsou vztahy 1. 3. 01 až 1. 3. 03 s odst 3.1, 3.2 a 3.6 identické viz Příloha č. 1, k vyhlášce č. 165/2002 Sb. Z výše uvedeného lze doplnit výčet všeobecných technických podmínek o další, které jsou specifické a důležité pro toto uspořádání. Výpočet potřebného objemového průtoku v hlavním foukacím větrání je nutné provést se zadáním, k, nejlépe od hodnoty 0,5 až 0,6. Toto rozpětí dovoluje naprojektovat hlavní foukací lutnový tah v reálném rozpětí hodnot QV0 a přitom přináší na čelbu i žádaný chladicí účinek. Další technickou podmínkou je projekt vedlejšího tahu s LV + CHZ podřídit optimální podmínce velikosti, k, v poměru k hlavnímu lutnovému tahu, tj. rozpětí 0,5 až 0,6. Toto rozpětí je potřebné k překlenutí aerodynamické změny délkou luten ve vedlejším lutnovém tahu. Řešitel doporučuje od 30 do 180 m. Některé další bezpečnostní podmínky jsou již výše uvedené tj. k 0.5 až 06 a vztahy 1. 3. 01 až 1. 3. 03. K nim můžeme přiřadit instalaci čidla CH4 (M2) před LV + CHZ. Rozdíly proti vyhlášce č. 165/2002 Sb. jsou: kombinované uspořádání dvou foukacích lutnových tahů, umístění LV + CHZ v separátně větraném d. d. ve vedlejším lutnovém tahu a stanovením maximálního předstihu ústí od hlavního tahu na vzdálenost od 0 až 1,5. S, vzdálenost čidla CH 4 až do 10 m od čelby. 11

1.4 Uspořádání 1.5 Separátní větrání kombinované foukací s chladicím zařízením v bočníku a vedlejším sacím lutnovým tahem s odprašovacím zařízením Uspořádání je klasické kombinované separátní větrání hlavního foukacího lutnového tahu s LV+CHZ v bočníku a vedlejšího sacího lutnového tahu s odprašovacím zařízením od razicího stroje. Větrání čelby pracuje ve dvou základních režimech: V jednom jen jako foukací větrání, kdy razicí orgán není v provozu, klapa je otevřená do čelby, a odsávací tah je mimo provoz V druhém probíhá proces ražení s vyuhlováním profilu chodby. Provoz větrání je kombinovaný, hlavní lutnový tah musí pracovat s efektem příčného větrání v úseku překrytí (Coanda systém se zavřenou klapou) a sací vedlejší lutnový tah s odprašovacím zařízením. Úvodem před předvedením schémata uspořádání předkládáme samostatný návrh uspořádání bočníku. Návrh uspořádání bočníku 12

Návrh uspořádání s bočníkem Předkládáme první typ klasického kombinovaného větrání s obrácenou polarizací obou lutnových tahů na čelbě. Proto doplňujeme všeobecné znění technických a bezpečnostních podmínek o některá ustanovení vyhlášky č. 165/2002 Sb., která se uspořádání týkají. Musí platit: Provoz větrání musí probíhat ve shodě s ustanovením odst. 3.9 z Přílohy č. 1 k vyhlášce 165/20020Sb. a to i přesto, že v hlavním lutnovém tahu je bočník s LV+CHZ. Výpočet SEPARAT musí v projektu zajistit potřebné objemové průtoky jak v hlavním, tak i vedlejším lutnovým tahu, odst. 3.9.1 a 3.9.2 z téže vyhlášky. Souprava bočníku s LV+ CHZ nesmí být vzdálena od ústí lutnového více než 250 m V úseku překrytí musí být zajištěn provoz příčného větrání v kombinovaném provozu podle odst. 3.9.4, téže vyhlášky. Projekt a realizace zařízení SeV i čidel CH4 (M1 až M4), CO a V musí být provedena ve shodě s daným uspořádáním a konstrukce bočníku podle návrhu ad 1.4.2. V projektu musí být i výpočet SEPARAT v bočníkové sekci 13

Rozdíly proti stávající legislativě. Umístění LV+CHZ v bočníku v separátně větraném díle. Umístění čidla CH4 (M4) před CHZ v bočníku. Umístění čidla rychlosti větrů buď v přímé větvi bočníku (10 m od rozpojení proudů přímo nebo k LV+CHZ), anebo do 60 m od ústí hlavního lutnového tahu 1.5 Uspořádání 1.5A Zjednodušená varianta 1.5, není instalován odsávací vedlejší lutnový tah, a tak se jedná o jednoduché hlavní foukací větrání s bočníkem v hlavním lutnovém tahu. Návrh uspořádání Technické a bezpečnostní podmínky jsou stejné, jednodušší v tom, že se jedná jen o jednoduché větrání. Rozdíly proti stávající legislativě: Umístění LV+CHZ v bočníku v separátním větrání. Umístění čidla CH 4 (M2) před bočníkem Umístění čidla CH 4 (M1) do 10 m před čelbou 14

1.6 Uspořádání 1.6 Separátní větrání kombinované foukací s LV+CHZ zařazeným přímo do hlavního lutnového tahu v separátně větraném důlním díle. Technologie ražení a střídavý provoz lutnových tahů je shodný jako v uspořádání 1.5, ad 1.4, rozdíl je jen v umístění LV+CHZ. Návrh uspořádání Provoz větrání v uspořádání musí probíhat úplně shodně jako u 1.5. Kromě přepínání provozu jednoduchého větrání na kombinované to znamená, dodržení objemového průtoku pro hlavní i vedlejší lutnový tah, podle výpočtu VPOV a dodržení této kvality větrání i v projektu SEPARAT, přesně podle odstavce 3.9 z Přílohy č. 1, vyhlášky 165/2002 Sb. Technické a bezpečnostní podmínky platí jako u 1.5, s rozdílem, že čidlo rychlosti větrů V, musí být v hlavním lutnovým tahu do 60 m od ústí hlavního lutnového tahu. Souprava LV+ CHZ nesmí být ve větší vzdálenosti od ústí lutnového tahu než 200 m a pro navýšení chladicího účinku musí být LV vzdálen od CHZ minimálně 3 m. 15

1.7 Uspořádání 1.6A Jednoduché foukací větrání s přímým zařazením LV+CHZ do hlavního lutnového tahu v separátně větraném důlním díle. Vztah typového schématu 1. 6A a 1.6 je shodný jako vztah 1.5A a 1. 5. Bezpečnostní a technické podmínky jsou shodné s všeobecnými, jde o jednoduché foukací větrání se zvýrazněným požadavkem na dodržení potřebného objemového průtoku na čelbu. Důležitým bezpečnostním prvkem je instalace čidla rychlosti větrů v hlavním lutnovém tahu do vzdálenosti 60 m od ústí luten a maximální vzdálenost soupravy LV+CHZ do 200 m od ústí luten a 3 m mezi LV a CHZ. Rozdíly proti stávající legislativě jsou: Návrh uspořádání Umístění LV+CHZ přímo v hlavním lutnovém tahu v separátně větraném d. d. Umístění čidla rychlosti větrů v lutnovém tahu do 60 m od ústí čelby. Umístění čidla CH 4 (M1) až do 10 m od čelby. Umístění čidla CH 4 (M2) před LV+CHZ 16

1.8 Uspořádání 1.7 Návrh uspořádání Uspořádání 1.7 je v souladu se všemi ustanoveními stávající vyhlášky ČBÚ č. 165/2002 Sb. Jedná se o kombinované sací větrání, kdy hlavní lutnový tah je sací a ve vedlejším foukacím lutnovým tahu je instalována souprava LV+CHZ. Vzdálenosti obou ústí a vztahy objemových průtoků obou tahů se řídí v projektu podle odst. 3.8 v Příloze č. 1 k vyhlášce č. 165/2002 Sb. Rozdílná od stávající vyhlášky je jen vzdálenost čidla CH4 (M1) od čelby a to až na vzdálenost 10 m. 1.9 Uspořádání 1.8 Toto uspořádání je rovněž v souladu se stávající legislativou. Jde o jednoduché sací větrání a souprava LV+CHZ je umístěná v profilu chodby d. d. a provádí předchlazení vstupujících čerstvých větrů na pracoviště. Výpočet potřebného objemového průtoku programem VPOP se v projektu provádí ve shodě s odst, 3 v Příloze č. 1 k vyhlášce 165/2002 Sb. pro sací větrání. Proti stávající vyhlášce je navíc instalace čidla CH4 (M2) 5 až 10 m před soupravu LV+CHZ. 17

Návrh uspořádání 1.10 Pracoviště vytipovaná k verifikaci uspořádání Jedním z detailnějších úkolů v dílčím projektu č. 1 z Přílohy č. 1 k projektu ČBÚ bylo pro daná uspořádání vytipovat ve stávajících dolech OKD pracoviště se shodným nebo aspoň podobným systémem SeV, a tak provést ověření jednotlivých, poskytovatelem schválených, typových schémat. Podrobné vyhodnocení ověřovacích provozů bude prezentováno v dílčím projektu č. 7 [7], výpočty VPOP a SEPARAT budou provedeny pro projekty SeV daných vytipovaných pracovišť v dílčích projektech č. 2 [2] a č. 3 [5]. Řešitelé uvedou časový plán a popis jednotlivých pracovišť ve vztahu k typovému uspořádání SeV. Úvodem je žádoucí sdělit, že se řešitelům nepodařilo vyhledat pracoviště pro všechna uspořádání uvedena viz výše v této Zprávě. Provozovatelům se některé systémy nejevily z hlediska zvýšené pracnosti a sníženého prostoru na čelbě jako perspektivní a především výhodné pro jejich provozování. V časovém schématu uvádíme jen ta verifikovaná pracoviště, které byly v prodlouženém průběhu řešení úkolu ověřovány. Řešitelé taky konstatují, že z hlediska přenosu chladicího účinku od CHZ na čelbu, lze výsledky jednoduchých uspořádání 1.5A a 1.6A aplikovat na složitější, 18

kombinované systémy 1.5 a resp. 1. 6. Rovněž uspořádání 1.1 a 1.2 mají společné rysy v přenosu chladu na čelbu. Systém 1.7 vyžaduje specifické konstrukční a provozní vlastnosti umožňující časté přemisťování soupravy LV+CHZ+vedlejší foukací lutnový tah do čelby, s cílem dodržení předepsaných vzdáleností od čelby a obou ústí lutnových tahů. Provozovatel vždy raději zvolí systém 1.8. Uspořádání 1.2 Foukací větrání s chladicím zařízením umístěným v PVP před začátkem lutnového tahu bylo sledováno na pracovišti Dolu Paskov, Staříč 2, s číslem 0825 245. Detailní popis je v přílohách závěrečné zprávy dílčího projektu č. 7 [7]. V průběhu ražení byla, spolu s prodloužením lutnového tahu, instalovala dvojice LV APXK 630, a to v tandemovém uspořádání v PVP. Uspořádání 1.3 Začátek sledovávání (ZS): 10/04 Konec sledování (KS): 05/05 Vyhodnocení verifikace (VV) 10/05 Separátní větrání kombinované foukací s vedlejším lutnovým tahem foukacím se soupravou LV+CHZ bylo provozováno a sledováno na pracovišti 5201/1, Dolu ČMD, ČSM sever. Popis a skladba zařízení SeV, viz [7]. V průběhu sledování pracoviště došlo s postupem čelby k přemístění LV+CHZ a dodatečné montáži podpůrných ventilátorových jednotek APXK-630 v kaskádě do separátně větraného díla. Uspořádání 1.5A ZS: 08/04 KS 04/05 VV 10/05 Separátní větrání foukací s LV+CHZ v bočníku (paralelní větvi) bylo v ověřovacím provozu na Dole Darkov, závod 2, pracovišti 239 562. Pro navýšení chladicího účinku byl bočník s LV+CHZ třikrát přestěhován blíže k čelbě s jejím postupem až do probití. Z původních 450 m, přes 770m až na 1150 m. Všechny tři etapy byly ve verifikaci zaznamenány a vyhodnoceny. Popis a mapa viz [7]. 1. etapa, bočník 450 m: ZS: 08/04 KS: 12/04 2. etapa, bočník 770 m 3. etapa: ZS: 1/05 KS 05/05 ZS: 06/05 19

KS: 09/05 Uspořádání 1.6A VV všech etap 11/05 Separátní větrání foukací s přímým zařazením soupravy LV+CHZ do hlavního lutnového tahu bylo vytipováno na závodě Dukla (tehdy Důl Lazy, dnes Paskov), pracoviště číslo 610 1. Plán ražení nebyl dodržen, ve čtyřech měsících bylo vyraženo jen 220 m a souprava LV+CHZ nebyla ani jednou přemístěna viz [7]. Uspořádání 1.8 ZS: 01/05 KS: 05/05 VV: 10/05 Sací větrání se soupravou LV+CHZ v průřezu separátně větraného důlního díla bylo provozováno a sledováno na dole ČSA, závodě Jan-Karel, pracovišti 11011. Popis a mapa viz [7]. 1.11 Shrnutí ZS: 01/05 KS: 06/05 VV: 10/05 V kapitole dílčího úkolu č. 1 jsou řešitelem předloženy výstupy, které byly požadovány v programu řešení tohoto úkolu v rámci projektu ČBÚ č. 24/2003. Jsou v následujícím pořadí: Informace o řadě jednání, konzultací a kontrolních dnů spolu s pracovníky SBS, spoluředitele ÚG AV ČR Ostrava a provozovatelů SeV v okruhu OKD. Návrh typových schémat uspořádání SeV s CHZ v separátněvětraném důlním díle nebo PVP. Technické a bezpečnostní podmínky platné pro všechna uspořádání a ve specifických podmínkách platících pro jednotlivá uspořádání zvlášť. Čidla a jejich umístění pro monitorování škodlivin v každém typovémschématu. Změny proti stávající vyhlášce v typových schématech, značkách ačidlech sledování škodlivin. Seznam vytipovaných pracovišť s různou skladbou SeV a programověřování a vyhodnocování. 2 Dílčí projekt č. 2 Zadání: Analyzovat možná ovlivnění větrních a plynových poměrů neproražených důlních děl (včetně úseku překrytí) navrženým systémem separátního větrání při jeho 20

chodu s případnou klimatizací nebo bez ní, a v případě jeho přerušení nebo zastavení provozu jednotlivých komponent. Kontrola větrání navrženými systémy. Teoretickou přípravu soustředit na výpočty snížení koncentrací škodlivin (CH4, CO2, CO atd.) z předpokládané plynonosnosti dané sloje. Dále v souladu s povolenou projektovanou netěsností lutnového tahu a technickým zařízením v daných poměrech v úseku překrytí vypočítat případné zvyšování koncentrací uvedených škodlivin. Z dané databáze používaných prostředků provést výpočet provozu separátního větrání při výpadku elektrického proudu pro jednotlivé komponenty i celou ražbu. 2.1 Analýzy ovlivnění plynových poměrů Řešitelé v kapitole předloží analýzy plynových poměrů v neproraženém důlním díle viz práce [2], [3] a [4], dále jen v úsecích překrytí pro kombinovaná větrání v uspořádáních 1.3 (hlavní a vedlejší foukací) a klasické (hlavní foukací a vedlejší sací). Z prací [5] a [7] shrneme některé poznatky týkající se klimatických poměrů na čelbě v případě provozu nebo poruchy CHZ. Dále v souladu se zadáním budeme prezentovat u jednotlivých uspořádání kontrolní a vypínací funkci jednotlivých čidel ve větrání neproražených důlních děl. Analýza v neproraženém důlním díle V analýze vycházíme z [2], str. 30 až 32, kdy jsme šetřili poměry v uzavřeném prostoru neproraženého d. d. Ke všem analýzám prováděným ve vymezeném prostoru s cílem zjistit nárůst koncentrace škodliviny (po skokové změně některého z ovlivňujících faktorů) v časovém úseku od (ustálený stav) dodáváme následující vysvětlení: uzavíráme prostor (definujeme objem daný délkou a průřezem), ve kterém nárůst vyhodnocujeme, na příklad úsek překrytí lutnových tahů, celou délku neproražené chodby apod. Pro účely provedení bilance přivedeného a odvedeného množství do tohoto prostoru si vystačíme jen s objemovými průtoky oproti autorům pracujícími s hmotnostními průtoky [9]. Výpočetní vztah, zjednodušené schéma s uvedenými údaji příkladu větrání v separátním d. d. v běžném provozu a povolenou netěsností lutnového předkládáme s tím, že tabulka a grafická závislost jsou na následující stránce této zprávy. 21

Qvpvp l = 800 m 2 S = 14 m O = 11 200 m 3 QvN = QvV - Qv0 3-1 q1 = 0,02 m.s (100%) Qv0 c1 = 0,1 %CH4 QvV = 10 m.s 3-1 O c1 100 q1 + QVV c1 + c τ 2 = c2 = f ( τ ) O + QVV τ (2.1.01) Veličina Jednotka Hodnota Δτ [s] 600 3 600 18 000 36 000 c 2 [% CH4 ] 0,17 0,25 0,289 0,294 0,3 18000 0,289 36000 0,294 Koncentrace CH 4 [%CH 4 ] 0,25 0,2 3600 0,25 600 0,17 0,15 100 1000 10000 log(dt) [s] 100000 Výše uvedená grafická závislost platí pro průměrnou koncentraci CH4 v celé délce neproraženého důlního díla. Teoreticky je možné popsat průběh koncentrace i po celé délce netěsného lutnového tahu od x = 0 (zaústění, délka luten L = 0 m) až po xl (délka luten L po ústí tahu), Q VV = p x. Q Vx (2.1.02) kde: Q VV objemový průtok ventilátorem v PVP, 22

p x koeficient ztrát po délce netěsného lutnového tahu, Q V objemový průtok v profilu (foukací SeV) nebo v lutnách (sací SeV), mění se s délkou lutnového tahu x (pro x = 0 je p x = 1) a pro x = L je, p x = Q VV /Q V0, tj. podíl průtoku LV v PVP k průtoku přivedenému na čelbu. Připojíme li neupravený vztah (1.3.01), k = 0 k (2.1.02) dostaneme vyjádření, charakterizující změnu koncentrace CH4 podél netěsného lutnového tahu: c 100. q = c (2.1.03) 1 2x + px. QV 0 1 Analýza v úseku překrytí hlavního foukacího a vedlejšího sacího větrání Řešitelé řeší problém procesu narůstání koncentrace CH4 a jeho ustálení v přísněji sledovaném prostoru úseku překrytí kombinovaného SeV foukacího s vedlejším lutnovým tahem. Úsek překrytí je ovětráván sníženým objemovým průtokem, a tak skoková změna některého z ovlivňujících faktorů se projeví výrazněji. Uvádíme příklad zadání v prostoru o objemu 0 = 360 m 3, vypočteného z průřezu S = 12 m 2 a délky l = 30 m. Přivádíme na čelbu z PVP Q v0 = 6 m 3 s -1 se vstupní koncentrací c1 = 0,1 % a předpokládaná exhalace je q 1 = 0,02 m 3 s -1 (100 % CH 4 ). Tato analýza přesněji dokumentuje poměry na čelbě d. d. a tak z tabulky a grafu je zřejmé, že se exponenciální funkce blíží hodnotě koncentrace CH 4 = 0,45 %. Snížíme-li požadovaný objemový průtok Q v0 = 5 m 3 s -1 na čelbu d.d. do vztahu (2.06), vystoupá koncentrace CH 4 na c 2 = 0,5 %. Situační náčrtek, tabulka a graf jsou ve známém pořadí: c 2 100 q = 1 + Q V 0 c O + Q τ 1 V 0 Veličina Jednotka O c + τ 1 Hodnota (2.1.04) Δτ [s] 20 60 300 1 800 3 600 c 2 [% CH4 ] 0,18 0,27 0,38 0,42 0,43 0,45 0,4 1800 0,42 3600 0,43 Koncentrace CH 4 [%CH 4 ] 0,35 0,3 0,25 60 0,27 300 0,38 0,2 0,15 20 0,18 10 100 1000 10000 log(dt) [s] 23

Analýza v úseku překrytí dvou foukacích lutnových tahů Schéma uspořádání 1.3 je uvedeno v subkapitole 1.3.1 Zprávy a rozbor nárůstu v úseku překrytí je proveden podrobně v [1], str. 50 až 59. Ve zkrácené formě předložíme analýzu v prostoru ohraničeném čelbou a sáním do vedlejšího foukacího tahu se soupravou LV + CHZ. Dále připomeneme koeficient recirkulace k = QVCH/QV0. Analýza nárůstu koncentrace metanu v prostoru působení obou foukacích lutnových tahů vychází z bilanční rovnice rovnováhy průtoků do prostoru přiváděných a odváděných. Hornicko geologické a důlně technické podmínky jsou v tomto prostoru příčinou vstupujícího CH4 daného hodnotou exhalace 100% CH4, v dalším označeného q1. psát: S úvahou, k, můžeme pro vstup objemového průtoku do prostoru o objemu O Q V 0. 1 1 V 0 c2 c. τ + 100. q. τ + k. Q.. τ Z téhož prostoru o objemu O vystupuje za čas c = c 2 c 1, po rozepsání takto: O. c2 1 V 0 c2 O. c + Q.. τ τ se zvýšením koncentrace Úpravou vstupujících a vystupujících průtoků obdržíme exponenciální průběh funkce c = f ( ) : c 2 2 τ 100 q = O τ 1 + Q + Q V 0 V 0 c 1 k. Q O c + τ V 0 1 (2.1.05) Z výše uvedeného odkazu [1] vybereme jeden mnoha uvedených případů vyhodnocení změny koncentrace v čase. Nemění se q 1, O a k. Pro uvedené čtyři křivky jsme změnili c 1 a Q V0. Na následující straně jsou průběhy exponenciálního nárůstu v čase. V dílčí zprávě [1] jsme problematice recirkulace vzdušin dvou foukacích lutnových tahů věnovali hodně prostoru, s cílem určit nejvýznamnější faktory pro ovlivnění nárůstu koncentrace CH 4. Nejvýznamnějšími faktory jsou předpokládaná exhalace CH 4 a koeficient recirkulace, k. Obě tyto veličiny z rovnice (2.1.05) jsou zakotveny i v bezpečnostních podmínkách pro uspořádání 1.3 (viz níže). 24

2,6 2,1 1,6 1,1 0,6 0,1 Koncentrace CH 4 v čase - Graf č. 3 C C1 C2 C3 Koncentrace CH4 v čase: q = 0,02 m 3 /s; O = 700 m 3 ; k = 0,7 C - (c1 = 0,1 %; Qv0 = 6 m 3 /s); c1 - (C1 = 0,1 %; Qv0 = 4 m 3 /s); C2 - (c1 = 0,3 %; Qv0 = 6 m 3 /s); C3 - (c1 = 0,3 %; Qv0 = 4 m 3 /s) 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 log ČAS [s] Koncentrace CH4 [%] 25

Analýza v separátně větraném díle po přepnutí na vzduchový pohon Z obecného zadání postupu řešení tohoto projektu si řešitelé vybrali analýzu případu hlavního sacího větrání s řídícím ventilátorem WLE-1005B a dvou dvojic 2 x VPAK 630 v kaskádovém uspořádání v separátně větraném díle. Název kapitoly charakterizuje provoz v lutnovém tahu. WLE 1005B v PVP nepracuje a nahrazen aerodynamickým odporem R = 10 kg.m-7 s odkazem na odborný odhad hodnoty. Ventilátorové dvojice s vzduchoelektrickým pohonem pracují na vzduchovou energii a na základě známosti zkušebního protokolu VVUÚ a.s. jsou pracovní charakteristiky 2 aproximovány rovnicí pcv = 918 + 72,1. QV 13,43. QV Podrobný výpočet a grafické výstupy byly v práci [2] dokumentovány v pořadí: - Proudění v separátním lutnovém tahu - Objemový průtok v separátním lutnovém tahu - Celkový tlak v separátním lutnovém tahu - Charakteristiky ventilátorů a provozní body ve staničení 524 a 874 m. Před uvedením schématu o poměrech v popsaném lutnovém tahu (viz výše)lze konstatovat, že větrání v separátním díle probíhá na základě cirkulace mezi přetlakovými a podtlakovými úseky tahu. Analyzovat exaktně situaci podél separátního tahu je velmi obtížné, ale vzhledem k zvýšenému průtoku smíšené koncentrace vzdušin v profilu podél tahu nebude podkročen limit minimální rychlosti v profilu d. d. Omezíme se na aplikaci odvození z případu snížení průtoku z PVP do foukacího větrání při odstávce el. energie a přepnutí na vzduchový pohon na náš případ sacího větrání, můžeme s přijetím změny c2 na cz (z elektrického na vzduchový pohon) psát: c Q ( c ). c V 0 z = 1 (2.1.06) QVzPVP kde: ve shodě s následujícím schématem platí: Q V0 - objemový průtok z čelby, m 3.s -1 Q VzPVP - objem. průtok nasávaný z PVP, m 3.s -1 c, c 1 a c z - přípustná, přivedená a navýšená koncentrace CH 4 na čelbě, % c z = c z c 1 - zvýšená koncentrace snížením průtoku z PVP oproti přivedené c 1 Schéma separátního větrání analýzy ad 2.1.4 26

5 m 3 m Qvpvp QvZpvp = 1,7 3-1 m. s 2 Qvv 3-1 6,5 m. s 1 5 až 10 m CO1 8,2 3-1 m. s 2 3-1 m. s 8,6 m. s 3-1 8,6 3-1 m. s 680 m "nulový bod" 8,2 3-1 m. s 400 m 1,4 3-1 m. s 3-1 1,5 m. s 3 3 m 7,1m. s 3-1 M1 7,1 3-1 m. s 0,5 m Analýza v separátně větraném díle po zastaveném větrání Nejzávažnější případ poruchy SeV řešitelé předvedou jen pro foukací větrání, ale situace v jednoduchém sacím větrání bez ventilátorů v kaskádovém uspořádání je shodná. Ve výpočtu se zastaveným větráním se prostor nevětrné chodby zaplňuje exhalujícím metanem z horninového masívu. LV v PVP je zastaven, tj. Q VV a Q V0 = 0. Z bilanční objemové rovnice je odvozen vztah c zast = f ( τ ). Předpokládaný strmý nárůst koncentrace CH 4 a rovnice je v dalších grafických přílohách: 27

O c1 100 q1 + c τ zast = czast = f ( τ ) (2.1.07) O + q1 τ 7 6,5 6 36000 6,51 Koncentrace CH4 [%CH4] 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 18000 3,6 2 1,5 1 0,5 1 10 100 1000 10000 100000 600 0,51 3600 1,13 log(dt) [s] Veličina Jednotka Hodnota Δτ [s] 0 600 3 600 18 000 36 000 C zast [% CH4 ] 0,5 0,51 1,13 3,6 6,51 Qvpvp l = 800 m 2 S = 14 m O = 11 200 m 3 QvN = QvV - Qv0 3-1 q1 = 0,02 m.s (100%) Qv0 = 0 c1 = 0,5 %CH4 QvV = 0 28

2.2 Výpočet potřebného objemového průtoku na čelbu Řešitelé v kapitole 2.1 řešili část zadání tohoto dílčího projektu, týkající se analýzy vyjmenovaných případů v SeV. Možnosti stanovení přesného množství na čelbu bylo žádoucí zaměřit na stávající výpočetní techniku a databázi všech prostředků a zařízení v separátním větrání neproražených důlních děl. Tato část bude zaměřena ve shodě se zadáním na výpočty potřebného objemového průtoku, za účelem snížení koncentrace škodlivin, daných z hornicko geologických a důlně technických podmínek. Výstupem úkolu je výpočetní program s názvem VPOP a jeho aplikaci na několik případů uspořádání budeme prezentovat. Velice účelné se jeví provést výpočty na uspořádání, která byla vybrána k verifikaci podle programu, uvedeného v první kapitole, části 1. 10. Výpočetní program VPOP je naprogramován z části Příloha č. 1 k vyhlášce č. 165/2002 Sb. Inovovaná část vyhlášky zahrnuje i část týkající se nového uspořádání dvou foukacích lutnových tahů (recirkulace na čelbě), zavedením koeficientu, k. Dále neřeší bod 3.7, tj stanovení podmínek mikroklima na čelbě, které je řešeno z geologických a technických podmínek masívu a projektovaného lutnového tahu. Řešení teplotně vlhkostních poměrů v SeV je zakódováno v programu SEPARAT 1.1, kde jsou důlně geologické podmínky mikroklimatu řešeny komplexně se vzduchotechnickými a to na základě konstrukce, volby aerodynamického zařízení SeV a CHZ. Nyní přistoupíme k postupnému předložení výpočtů potřebných objemových průtoků, zařazených do verifikace dle kapitoly 1.10. Uspořádání uvedeme názvem a výčtem hodnot, nezbytně nutných k výpočtu VPOP. Výsledek je uveden na zadávacím listu i s uvedením dominantního požadavku z množiny objemových průtoků v rovnici Q V0 ( Q V1, Q V2, Q Vn ), kterou připomínáme: Q v1 potřebný ke snížení koncentrace exhalujícího CH 4 na přípustnou mez, Q V2 potřebný ke snížení koncentrace exhalujícího CO 2 na přípustnou mez, Q V3 potřebný ke snížení koncentrace zplodin po trhací práci na příp. mez, Q V4 potřebný pro dosažení nejnižší povolené rychlosti důlních větrů, Q V5 potřebný ke snížení koncentrace výfukových zplodin naftových motorů, Q V6 potřebných ke snížení koncentrace exhalujícího Rn na příp. mez. Q V7 řeší program SEPARAT 1.1 Výpočet VPOP pro uspořádání 1.2 na pracovišti 0825 245 Veškeré hornicko geologické údaje pro toto a všechny další uspořádání dle programu verifikace byly dodány z dolů, pro které výpočtem VPOP prezentujeme požadavek realizace výpočtu potřebného objemového průtoku na čelbu vybraného důlního díla. 29

Výpočet VPOP pro uspořádání 1.3 na pracovišti 5201/1 U tohoto případu SeV je důležité, aby řešitelé zdůvodnili výši Q V0 na čelbě. Na základě recirkulace větrů v daném prostoru dvou foukacích lutnových tahů je nutné při výpočtu VPOV postupovat ve shodě s teoretickými výstupy, týkající se bezpečného provozování tohoto uspořádání. Vývody z bilanční rovnice 2.1.05 a následně 1.3.01 až 1.3.03 jsou naprogramovány do výpočtu VPOP s použitím koeficientu recirkulace,k, (v zadání do výpočtu vedený jako položka 1.71). Tento výstup úkolu pro toto uspořádání stanovil bezpečnostní podmínku, že použití 1.3 je možné pro nízké předpokládané exhalace q CH4, viz níže, vyjádřené maximální koncentraci CH 4 0,5 %. Vysoká hodnota Q V0 = 13,1 m 3.s 1 je dána q CH4 = 0,023, kterou řešitelé převzali z hornicko geologických podmínek pro pracoviště 5201/1. 30

Výpočet VPOP pro uspoř. 1.5A na pracovišti 239 562 Uspořádání s bočníkem bylo verifikováno na Dole Darkov, závod 2, pracovišti 239 562 a to ve třech kombinacích umístění bočníku od zaústění separátně větraného díla. Pro výpočet VPOP není konečné staničení čelby rozhodující. Předkládáme výpočet pro staničení 1160 m. Výpočet VPOP pro uspořádání 1.6A na pracovišti 610-1 Pracoviště 610-1 bylo provozováno v krátkém období na Dole Lazy, závod Dukla (dnes Důl Paskov). Provozovatel poskytl tyto údaje, ze kterých řešitelé předkládají výpočet VPOP. 31

Malý vypočtený potřebný objemový průtok je typický pro toto uspořádání přímého zařazení LV + CHZ do lutnového tahu v separátně větraných d. d. s průřezem ražby max. do 14 m 2. Je především dána nízkou předpokládanou exhalací q CH4, která se pro toto sestavení LV + CHZ stane bezpečnostní podmínkou. Vyšší hodnotu,q V0, se stávajícími vzduchoelektrickými ventilátory nemůžeme zatím dosáhnout. Projekt pro vyšší q CH4 a větší profil díla nesplňuje ustanoveni Vyhlášky 165/2002 Sb. k dosažení potřebného objemového průtoku na čelbu. Výpočet VPOP pro uspořádání 1.8 na pracovišti 11011 Uspořádání bylo verifikováno dle harmonogramu na Dole ĆSA, závod Jan Karel. Použití je ve shodě se stávající legislativou a bylo ověřováno na predikci chladicího účinku programem SEPARAT 1.1. 2.3 Shrnutí Ze zadání z úvodu této kapitoly můžeme jeho splnění dokumentovat takto: Jsou provedeny analýzy ovlivnění plynových poměrů v daných podmínkách s projektovanou netěsnosti lutnových tahů pro celé separátně větrané d. d, úseky překrytí různě orientovaných lutnových tahů, zastavené větrání celého tahu a provoz jen na vzduchovou energii u kaskádově umístěných vzduchoelektrických ventilátorů. Na pěti případech verifikovaných pracovišť s různou koncepcí větrání a hornicko geologických a technických podmínek aplikovány výpočty potřebných objemových průtoků VPOP, jakožto součásti pro vytvoření projektu SeV. 32

3 Dílčí projekt č. 3 Zadání: Zhodnotit použitelnost navržených systémů ve vztahu k důlně technickým podmínkám, zejména plynovým a teplotním poměrům, technologii ražby a z hlediska prevence nebezpečí od vystupujícího metanu. - Pro každý sledovaný případ musí být proveden výpočet potřebného objemového průtoku dle požadovaných kriterií programem VPOP (shoda s vyhláškou ČBÚ č. 165/2002 Sb.) s přihlédnutím zvýšení průtoku za účelem zlepšení ochlazovacího účinku proudících větrů. - Vypočtený objemový průtok dopravit známými a dostupnými prostředky na čelbu programem LUTNY, a tím připravit podmínky pro rozhodovací analýzu, zda je nutné chladit nebo nechladit. - Prevenci nebezpečí vystupujících škodlivin (nejlépe CH 4 a CO) založit na nepřetržitém sledování koncentrací s dálkovým převodem na CŘS (dispečink), zvýšeným počtem čidel a přenosových kanálů, ve shodě s návrhem opatření SBS k povolení zkušebního provozu. - Vzhledem k dosud uvedenému řešitelé pro koncepci části Zprávy pro dílčí projekt č. 3 předkládají, následují postup: - Zhodnocení použitelnosti navržených systému předloží s výčtem potřebných objemových průtoků pro jednotlivá uspořádání a analýzy případného zvýšení objemového průtoku v souvislosti s ochlazovacím účinkem větrů. - Provede výpočty dopravy objemového průtoku větrů jednotlivých verifikovaných uspořádání na čelbu s přihlédnutím splnění podmínky potřebného objemového průtoku větrů. Výpočet provede i pro klimatické podmínky výpočtem SEPARAT 1.1 s rozhodovací analýzou zda chladit nebo nechladit. - Pro inovovanou vyhlášku provede návrh a zdůvodnění instalace čidel pro nepřetržité sledování škodlivin a provozu SeV a to nejen ve shodě s opatřeními SBS k povolení zkušebního provozu 3.1 Zhodnocení a analýza navržených uspořádání Do této části zprávy řešitelé zařadí přehled vypočtených objemových průtoků VPOP pro jednotlivá verifikovaná uspořádání z kapitoly 2.2. Výpočty jsou provedeny s inovovaným programem VPOP, který je přímou součástí programu SEPARAT 1.1 a je jedním ze vstupů, který je tímto programem sledován. Není-li hodnota Q V0 z výpočtu VPOP dosažena, je na obrazovce výstupu SEPARAT 1.1 vydáno chybové hlášení s uvedením staničení d. d, kde k podkročení došlo. Pro projektanta je toto pobídka k řešení SeV v hlavním lutnovém tahu. Pro tato uspořádání provedou analýzu, zda zvýšený objemový průtok přivedený na čelbu d. d. zlepší její mikroklimatické poměry Dále provedou rozbor předpokládané použitelnosti v různých technologiích ražení a to i pro neverifikovaná uspořádání. 33

Výpočet VPOP pro jednotlivá uspořádání Z kapitoly 2.2.1, uspořádání 1.2, pro pracoviště 082 5245 :Q V0 = 4,69 m 3.s -1. Potřebný objemový průtok je v souladu se zadáním hornicko geologických podmínek. Z kapitoly 2.2.2 uspořádání 1.3, pro pracoviště 5201/1: Q V0 = 13,07 m 3.s -1. Vysoký objemový průtok je dán aplikací inovovaného výpočtu Q V0, na základě teorie o eliminaci nárůstu koncentrace škodlivin podle vztahů 1.3.01 až 1.3.03 této zprávy. Projektant ve výpočtu použil vysokou hodnotu předpokládané exhalace q CH4 = 0,023 m 3.s -1, z které je rezultován daný Q V0. V části Zprávy 2.1.3 je zmínka o stanovení bezpečnostní podmínky pro toto uspořádání z hlediska nízké předpokládané exhalace metanu. Praktická a užívaná predikce je CH 4 0,5 %, protože má vazbu na hraniční hodnotu minimální rychlosti v profilu d. d, podle 3.4, z Přílohy č. 1, k vyhlášce 165 / 2002 Sb. Porovnáním rovnic 1.3.01 a 3.4 můžeme stanovit i maximální únosnou předpokládanou qch4 pro tento způsob SeV. Takže, q.100 1 ( 1 k )(. c c ) 1 Q Q V1 V4 S. v q 1 ( 1 k).( c c ) S. v. 1 100 po dosazení např. k = 0,6, c = 0,5 a v = 0,3 q1 = 0,0015. S (0,5 c1) Příklad pro S = 14,5 m2 a c1 = 0,0 % je q1 = 0,009 m3.s-1 K bezpečnostní podmínce se řešitelé vrátí v dalších kapitolách, týkajících se vhodnosti použití daného uspořádání v hornicko geologických podmínkách. Z kapitoly 2.2.3, uspořádání 1.5A, pro pracoviště 239 562: Q V0 = 5,04 m 3.s -1. Potřebný objemový průtok je v souladu se zadáním hornicko geologických podmínek. Z kapitoly 2.2.4, uspořádání 1.6A, pro pracoviště 610-1: Q V0 = 5,04 m 3.s -1. Potřebný objemový průtok je v souladu se zadáním hornicko geologických podmínek. Z kapitoly 2.2.5, uspořádání 1.8, pro pracoviště 11011: Q V0 = 5,00 m 3.s -1. Potřebný objemový průtok je v souladu se zadáním hornicko geologických podmínek. Rozbor zlepšení mikroklimatu jednotlivých uspořádání zvýšeným objemovým průtokem - Uspořádání 1.2: Výpočet stanoví Q V0 = 4,7 m 3.s -1 v profilu 14,5 m 2, z čehož vypočteme rychlost v = 3,2 m.s -1. Právním předpisem č. 441/2004 Sb. jsou dána kriteria, týkající se rychlosti a vlhkosti větrů na pracovištích a tím jsou stanoveny časy pro dlouhodobě a krátkodobě únosné práce. Změna rychlosti 34

na lepší kritérium nastává až od rychlosti v = 0,5 m.s -1, při průtoku Q V0 = 7,3 m 3.s -1. Hospodárnější způsob je chlazení podle daného schématu. - Uspořádání 1.3: K výpočtem stanovené hodnotě Q V0, již řešitelé vyjádřili stanovisko v kapitole 2.2.2. Zde zdůvodnili nárůst objemového průtoku vlivem zadané vysoké předpokládané exhalace CH 4. Porovnáme li hodnotu reálného objemového průtoku Q V0 s předpokládanou exhalací q CH4 do 0,010, a tím dosažení povolené koncentrace na čelbě do 0,5 % CH 4, tak musíme usoudit, že je chlazení hospodárnější než navyšování objemového průtoku na čelbu d. d, podobně jako u uspořádání 1.2. - Uspořádání 1.5A: U tohoto verifikovaného případu je z výpočtu VPOP zřejmé, že Q V0 = 5,0, a to na minimální hodnotu rychlosti v = 0,3 m.s -1. Navýšení objemového průtoku do velikosti kritéria v = 0,5 m.s -1 je rovněž nehospodárné. - Uspořádání 1.6A: Výše vypočteného potřebného objemového průtoku na čelbu byla hodnocena v kapitole 2.2.4. Vzhledem k tomu, že LV + CHZ je zařazeno přímo do hlavního lutnového tahu nelze jeho použití nahradit volbou vyššího průtoku, neboť jeho dosažení blízké hodnotě Q v0 = 7, 3 m 3.s -1 je v daném uspořádání podmíněno nasazením dalších tlakových zdrojů v kaskádovém uspořádání, a tím výrobou a dopravou tepla na čelbu d.d. - Uspořádání 1.8: V kapitole 2.2.5, bylo vypočteno Q V0 = 5,0 m 3.s -1. Vzhledem k tomu, že se jedná o jednoduché separátní větrání sací je pravděpodobné, že navýšení odsávaného objemového průtoku na hodnotu Q v0 = 7, 3 m 3.s -1 (v = 0,5 m.s -1 ) se v dopravě čerstvých větrů negativně neprojeví na jeho teplotě, přesto znamená zvýšené náklady na energii instalovanou do splnění podmínky potřebného objemového průtoku na čelbu. Řešitelé ale musejí připomenout, že projektant musí zvážit i výši vlivu recirkulace v netěsném lutnovým tahu, projevujícím se v přenosu tepla prostřednictvím ohřátého vzduchu z luten do profilu a tím na čelbu d.d. LV + CHZ v profilu by mělo být instalováno vždy blíže od čelby než poslední LV v sacím lutnovém tahu. Rozbor předpokládané použitelnosti jednotlivých uspořádání Řešitelé v této kapitole zařadí všechna uspořádání prezentovaná v úvodní části, i když tato nebyla zařazená do ověřovacího procesu. Poznatky z verifikovaných uspořádání jsou aplikovatelné i na neověřená a proto následující přehled bude seřazen podle užití ve dvou základních technologiích, které jsou nejpoužívanější. Musíme, přihlédnou i na zvláštní poměry Dolu Paskov, tj. zařazení mezi doly s nebezpečím průtrží uhlí a plynů (PUP). Pro všechna uspořádání musí být dodrženy dispoziční vzdáleností (kóty v schématech) začátků a konců lutnových tahů, souprav LV + CHZ v bočníku nebo přímo v tahu a monitorovacího zařízení (čidel) stavu ovzduší v SeV a PVP. Základní technologie jsou tzv. strojní ražení s razícím strojem a odsáváním od razicího orgánu a klasické ražení s vrtacím vozem (vrtáním), trhací práci a strojním nakládáním. Řešitelé pro jednotlivá uspořádání doporučují: 35