Z endoskopem do złoża Budryka

Specjaliści z kopalni Budryk

Najpierw zjechali do podziemnych wyrobisk kopalni. Zabrali z sobą specjalistyczny sprzęt w tym kamerę endoskopową, penetrometr i skaner laserowy. Zbadali zasięg strefy spękań i rozwarstwień, wytrzymałość skał otaczających wyrobisko oraz kształt wyrobisk górniczych. Następnie korzystając ze specjalistycznego oprogramowania komputerowego Flac3D stworzyli model geomechaniczny złoża. Nikt jeszcze w polskim górnictwie podziemnym nie rozpoznał złoża pod tym względem tak precyzyjnie jak uczynili to inżynierowie oddziału Modelowania Numerycznego i Geomechaniki Górniczej ornontowickiej kopalni Budryk (JSW).

- Inicjatywa budowy modelu geomechanicznego podjęta została w celu optymalizacji oraz obniżenia kosztów procesów produkcyjnych. Prawda jest bowiem taka, że w miarę pogłębiania się eksploatacji pokładów węgla oraz rosnącej liczby zaszłości eksploatacyjnych kopalnie, w tym nasza, napotykają trudności w efektywnym procesie wydobywczym. W obliczu coraz wyższych kosztów produkcji węgla kamiennego konieczne jest więc dążenie do optymalizacji procesów produkcyjnych. Kompleksowość naszych działań jest unikatowa, połączenie własnych badań, pomiarów i modelowania stawia nas przed nowymi wyzwaniami – przyznaje uwagę Łukasz Nita, nadsztygar ds. tąpań.

Odpowiedni dobór obudowy 

Wiadomo, że jednym z kluczowych aspektów optymalizacji jest obudowa wyrobisk chodnikowych. Jej prawidłowe zaprojektowanie, dobór odpowiedniego rozstawu oraz wzmocnień, jest istotne na każdym etapie procesu eksploatacji. Chodniki udostępniające, pełniące funkcję wyrobisk kapitalnych, powinny zostać tak zaprojektowane, aby ich czas użytkowania, czyli zapewniający stan pełnej stateczności i funkcjonalności, był możliwie jak najdłuższy, bez konieczności kosztownych przebudów. Poza tym chodniki przyścianowe w kopalni są utrzymywane za frontem eksploatacyjnym, w celu ich ponownego wykorzystania przy kolejnych ścianach oraz funkcjach wentylacyjnych. Istotne jest zatem zaprojektowanie odpowiednich wzmocnień obudowy, aby wyrobisko pozostawione za frontem ściany zachowało funkcjonalność również dla kolejnego frontu eksploatacyjnego, bez konieczności przebudowy lub drążenia równoległego. To w opinii ekspertów doskonała recepta na ograniczenie liczby wykonywanych pobierek zarówno przed, jak i za frontem ściany. 

- Nieodpowiedni dobór obudowy oraz wzmocnień może skutkować koniecznością przestojów eksploatacji w celu zabezpieczenia wnęk ścianowych, szczególnie w rejonach wpływów zaszłości eksploatacyjnych lub zaburzeń tektonicznych, tam gdzie występują wzmożone naprężenia. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do wzrostu kosztów produkcji, a dzięki naszej pracy można je skutecznie obniżyć – wskazuje Łukasz Nita, prezentując kamerę endoskopową posadowioną na długim liczącym 20 m kablu. Dzięki niej można zajrzeć do wąskich przestrzeni w tym otworów wiertniczych. 

Przewidzieć sytuacje krytyczne

Badania endoskopowe i penetrometryczne są wykonywane w kopalni Budryk na bieżąco podczas drążeń wyrobisk górniczych. Te pierwsze mierzą zasięg spękań i liczbę spękań w górotworze. Drugie służą pozyskaniu informacji o twardości a dokładniej o wytrzymałości skał otaczających dane wyrobisko. Górotwór jest litą skałą, lecz w wyniku drążenia pojawiają się zmiany naprężeń bądź spękania. - Dzięki zastosowaniu kamery endoskopowej jesteśmy w stanie określić ich zasięg i na tej podstawie dobrać odpowiednią długość kotew lub innych wzmocnień obudowy. Dysponując tak wielką ilością danych z badań wraz z pomiarami geologiczno-mierniczymi, wykonujemy numeryczny model geomechaniczny górotworu. Dochodzi do tego skaning laserowy 3D, który jest swego rodzaju kalibracją modelu numerycznego. Porównując kolejne serie pomiarowe określamy konwergencje wyrobisk, czyli zaciskanie się ich w czasie – opisuje w szczegółach Marcin Wróblewski.

Na podstawie zgromadzonych danych, obejmujących badania litologiczne, wytrzymałościowe penetrometryczne, laboratoryjne, pomiary nieciągłości warstw skalnych, zasięg stref spękań, wielkość rozwarstwień oraz pomiary konwergencji, zespół ekspertów z Budryka opracowuje następnie dokumentację zintegrowaną z mapą cyfrową, na której naniesione zostają punkty pomiarowe (otwory wiertnicze). Jest ona obrazem zgromadzonych danych, przeznaczonym dla kierownictwa kopalni. Już na etapie drążenia wyrobisk, umożliwia identyfikację miejsc o pogorszonych warunkach geologiczno-górniczych. Dzięki temu możliwe jest planowanie skutecznej profilaktyki w wyrobiskach chodnikowych i eksploatacyjnych. Ma to kluczowe znaczenie dla przyszłej eksploatacji ścianowej.

- Staramy się przewidzieć powstawanie sytuacji krytycznych, na przykład zwiększonych naprężeń, zawałów i jednocześnie zasygnalizować konieczność przeciwdziałania im, a więc wzmocnień obudowy, klejenia, iniekcji górotworu, bądź strzelań torpedujących (odprężających górotwór). Możemy zbadać zaciskanie wyrobisk w czasie poprzez różne czynniki, w tym wpływ czynnego frontu eksploatacyjnego. Identyfikujemy miejsca stanowiące potencjalne zagrożenie do bezpieczeństwa załogi – wylicza Dawid Krzyżowski, inspektor technologii górniczej.

Przeskanowali zbiornik

Specjaliści z Oddziału Modelowania Numerycznego i Geomechaniki Górniczej wykonują również inne zadania takie jak np. przykład projektowanie przebudów wyrobisk. W tym przypadku symuluje się wtórny stan naprężeń wywołany drążeniem wyrobiska, a następnie modelowana jest obudowa wraz ze wzmocnieniem po przebudowie. Wyrobisko bowiem musi być stateczne i funkcjonalne przez cały okres jego eksploatacji, bez konieczności kolejnych przebudów.

Ale to jeszcze nie wszystko. Zespół z Budryka bada także specjalne wyrobiska dołowe.

- Nie tak dawno temu otrzymaliśmy zadanie zbadania obudowy podziemnego zbiornika retencyjnego. Musieliśmy do niego wejść od dna, a więc tam, gdzie wysypuje się węgiel na taśmę przenośnika. Skanując w 3D zmierzyliśmy gabaryty całego zbiornika wraz z miejscem uszkodzenia obudowy przez wlatujący do zbiornika urobek. Określiliśmy wielkość tego zniekształcenia, żeby móc wyliczyć ilość materiału, jaka będzie niezbędna do przeprowadzenia jego naprawy – opisuje Marcin Wróblewski, starszy mierniczy górniczy.

Reasumując: model geomechaniczny złoża jest świetnym narzędziem projektowym, pozwalającym określić wielkość zagrożeń czy ryzyk i identyfikować na wczesnym etapie potencjalne problemy funkcjonowania procesu wydobycia. Pozwala na ich rozwiązanie i uniknięcie niepożądanych konsekwencji takich jak np. przestoje w produkcji. Ułatwia ponadto podejmowanie kluczowych decyzji osobom kierownictwa kopalni, co do planowania produkcji z kolejnych frontów robót eksploatacyjnych. W dobie, gdy kopalnie tną koszty, wart jest z pewnością naśladowania.