CC BY
1
Dariusz Musiota)*
'> Silesian University of Technology / Politechnika Slqska * Corresponding author / Autor korespondencyjny: dariusz.musiol@polsl.pl
Assessment of the Costs of Preventive Works Concerning Fire Hazard on the Example of Selected Longwalls of Two Mining Companies
Ocena kosztow prac profilaktycznych w zakresie zagrozenia pozarowego na przyktadzie wybranych scian eksploatacyjnych dwoch spotek w^glowych
ABSTRACT
Aim: The article aims to present and evaluate the costs of preventive works carried out in 16 selected longwall panels in the mines of two coal mining com -panies. The article is based on the analysis of data made available by the companies, which the author has properly prepared to enable their comparison. Introduction: Fires occurring in coal mines are one of the more frequent technical hazards. Consequently, the mine's ventilation departments are responsible for carrying out preventive measures to limit and minimise the fire risk. The danger of a fire in mine workings is connected not only with the possibility of exogenic fire, which is influenced by external factors such as machine and equipment failures, short-circuits in electrical installations or the possibility of a fire on transport routes, but also with endogenic fire, which the low-temperature oxidation of coal may cause with the remains left in longwall caving. The costs of prevention depend on the method of ventilation of the longwall faces and the coal's susceptibility to spontaneous combustion. Methodology: The costs of coal mining are very high. They are related to the increasingly difficult mining conditions, which are influenced mainly by the increasing depth of exploitation and the increase in natural and technical hazards during mining work. The costs of mining within a longwall area are usually divided into the costs of starting up the longwall, its exploitation and liquidation. Within this division, more detailed cost analyses are rarely conducted. As part of the research conducted since 2015, ways of cost assessment were developed on the basis of appropriately prepared cost tables for various natural and technical hazards occurring within the ventilation hazards presented in the example discussed in the article. Based on the analyses of unit costs of fire hazard prevention elements obtained in coal companies and the developed cost tables, the costs of prevention works were compiled. The costs of prevention works were evaluated and compared for 16 longwall faces using the elaborated indices.
Conclusions: Correctly applied fire hazard prevention in hard coal mines is one of the main elements of maintaining functional safety. Costs of hazard prevention in mines were usually compared together with the costs of exploitation, longwall equipment, media and crew working days. Cost tables were developed as part of the research to allow for cost assessment and determination of fire prevention cost indices. Keywords: coal mining, fire hazard, preventive work, cost of preventive work Type of article: review article
Received: 20.03.2022; Reviewed: 04.04.2022; Accepted: 04.04.2022; Author's ORCID ID: D. Musiot - 0000-0001-7703-168X;
Please cite as: SFT Vol. 59 Issue 1, 2022, pp. 182-197, https://doi.Org/10.12845/sft.59.1.2022.11;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie i ocena kosztow prac prewencyjnych prowadzonych w 16 wybranych scianach eksploatacyjnych w kopalniach dwöch spölek w^glowych. Artykul opiera si§ na analizie udost^pnionych przez spölki danych, ktöre zostaly odpowiednio przygotowane przez autora w celu mozliwosci ich poröwnania.
Wprowadzenie: Pozary wyst^pujqce w kopalniach w^gla kamiennego sq jednymi z cz^sciej pojawiajqcych si§ zagrozen technicznych. W zwiqzku z tym niezb^dne jest prowadzenie profilaktyki ograniczajqcej ryzyko powstania pozaröw przez dzialy wentylacji w kopalniach. Niebezpieczenstwo powstania pozaru w wyrobiskach görniczych dotyczy nie tylko mozliwosci powstania pozaru egzogenicznego, na ktöry wplyw majq czynniki zewn^trzne zwiqzane z awariami maszyn i urzqdzen, zwarciami w instalacjach elektrycznych czy mozliwosciq powstania pozaru na drogach transportu, ale takze pozaru endo -genicznego, ktöry moze powstac na skutek niskotemperaturowego utleniania si§ w^gla pozostawionego w zrobach zawalowych scian eksploatacyjnych. Koszty prowadzonej profilaktyki sq zalezne od sposobu przewietrzania rejonöw scian oraz sklonnosci w^gla do samozapalenia. Metodologia: Eksploatacja w^gla kamiennego jest bardzo kosztowna ze wzgl^du na coraz trudniejsze warunki görnicze. Koszty prowadzonej eksploatacji w ramach rejonu sciany podzielone sq najcz^sciej na koszty rozruchu sciany jej eksploatacji i likwidacji. W tym zakresie rzadko prowadzi si§ bardziej szczegölowe analizy kosztöw. W ramach badan prowadzonych od 2015 r. wypracowano sposoby oceny kosztöw na podstawie odpowiednio przygoto-
wanych tablic kosztowych. Bazujqc na analizach jednostkowych kosztow profilaktyki przeciwpozarowej, pozyskanych w dwoch spolkach w^glowych oraz opracowanych tabel kosztowych, wykonano zestawienie kosztow tych dzialan. Wykorzystujqc opracowane wskazniki kosztow, dokonano oceny i porownania kosztow prac profilaktycznych w 16 scianach eksploatacyjnych.
Wnioski: Wlasciwie stosowana profilaktyka zagrozenia pozarowego w kopalniach w^gla kamiennego jest jednym z glownych elementow utrzymania bezpieczenstwa funkcjonalnego kopalni. Koszty prowadzonych dzialan profilaktycznych w obszarze zagrozen wyst^pujqcych w kopalniach byly najcz? -sciej zestawiane wspolnie z kosztami prowadzenia eksploatacji, usprz^towienia scian oraz mediow i roboczodniowek zalogi. Stowa kluczowe: gornictwo w^gla kamiennego, zagrozenie pozarowe, prace profilaktyczne, koszty prac profilaktycznych Typ artykutu: artykul przeglqdowy
Przyj?ty: 20.03.2022; Zrecenzowany: 04.04.2022; Zaakceptowany: 04.04.2022; Identyfikator ORCID autora: D. Musiol - 0000-0001-7703-168X;
Prosz? cytowac: SFT Vol. 59 Issue 1, 2022, pp. 182-197, https://doi.org/10.12845/sft.59.r2022.11; Artykul udost^pniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
Hard coal mining is still one of the main elements of the Polish critical infrastructure related to the production of electricity. Thermal coal supplied to conventional power plants is currently exploited by two coal companies, Polska Grupa Gornicza S.A. (PGG S.A.), which comprises of 7 mines and Jastrz?bska Spotka W?glowa S.A. (JSW S.A.), which manages 5 mines. The mines affiliated with PGG S.A. produce exclusively steam coal for the purposes of electricity production and fuel coal for individual consumers, while JSW S.A. produces mainly coking coal, necessary for steel production, which is sold to the EU countries. A portion of the production is also thermal coal, sold in Poland for power and heating purposes.
During the exploitation of hard coal seams in underground excavations there are several threats that limit or impede its exploitation. Generally, the hazards occurring in mines can be divided into two groups: technical hazards connected with technical aspects of conducting mining work and natural threats, which are caused by nature. According to the Polish mining regulations, these hazards include: rock bounce hazard, methane hazard, gas and rock outburst hazard, coal dust explosion hazard, climatic hazard, water hazard and radioactive substance hazard. One of the main hazards is the risk of a fire, which is present in every hard coal mine due to the combustible nature of the raw material used, which is coal.
Fires occurring in mine workings can be divided into technical fires, which are called exogenic fires due to the external nature of the applied source causing ignition, and endogenic fires, associated with the natural low-temperature oxidation of coal and the possibility of its self-ignition during the accumulation of thermal energy in the place of self-ignition.
Both exogenous and endogenous fires have occurred in coal mining in the last five years, and their number is shown in Table 1.
Wprowadzenie
Gornictwo w?gla kamiennego jest nadal jednym z gtownych elementow polskiej infrastruktury krytycznej, zwiqzanej z pro-dukcjq energii elektrycznej. W?giel energetyczny dostarczany do elektrowni konwencjonalnych eksploatowany jest obecnie w dwoch spotkach w?glowych - Polskiej Grupie Gorniczej S.A., w ktorej sktad wchodzi 7 kopaln oraz Jastrz?bskiej Spotce W?glowej S.A., ktora zarzqdza 5 kopalniami. Kopalnie zrzeszone w Spotce PGG S.A. produkujq wytqcznie w?giel energetyczny na potrzeby produkcji energii elektrycznej oraz w?giel opatowy dla odbiorcow indywidualnych, zas spotka JSW S.A. dostarcza w gtownej mierze w?giel koksowy, niezb?dny do produkcji stali, ktorego odbiorcq sq panstwa UE. Cz?sc produkcji stanowi takze w?giel energetyczny, sprzedany w Polsce na potrzeby energe-tyczne i opatowe.
W czasie eksploatacji poktadow w?gla kamiennego w wyrobi-skach podziemnych wyst?puje szereg zagrozen ograniczajqcych lub utrudniajqcych jego eksploatacji Ogolnie zagrozenia wyst?-pujqce w kopalniach mozna podzielic na dwie grupy: zagrozenia techniczne zwiqzane z technicznymi aspektami prowadzenia robot gorniczych oraz zagrozenia naturalne, ktore wywotane sq przez nature Do tych zagrozen wg przepisow gorniczych nalezy zaliczyc: zagrozenie: tqpaniami, metanowe, wyrzutami gazow i skat, wybuchem pytu w?glowego, klimatyczne, wodne oraz substancjami promieniotworczymi. Jednym z gtownych zagrozen jest zagrozenie pozarowe, ktore wyst?puje w kazdej kopalni w?gla kamiennego ze wzgl?du na palny charakter eksploatowa-nego surowca.
Pozary wyst?pujqce w wyrobiskach gorniczych mozna podzielic na pozary techniczne, ktore nazywa si? pozarami egzo-genicznymi ze wzgl?du na zewn?trzny charakter przytozonego zrodta powodujqcego zapton oraz pozary endogeniczne, zwiq-zane z naturalnym niskotemperaturowym utlenianiem si? w?gla i mozliwosciq jego samozaptonu w czasie akumulacji energii cieplnej w miejscu samozagrzewania.
W ostatnich pi?ciu latach w kopalniach wystqpity zarowno pozary egzogeniczne, jak i endogeniczne, a ich liczba zostata przedstawiona w tabeli 1.
Table 1. Number of fires in Polish coal mining sector from 2017-2021 Tabela 1. Liczba pozarow w kopalniach w^gla kamiennego w latach 2017-2021
Type of fire / Typ pozaru
Years / Lata
2017
2018
2019
2020
2021
Total / Razem
Exogenic / Egzogeniczny 2 б б 7 l 20
Endogenic I Endogeniczny 8 8 ll 2 2 3l
Total I Razem
9
3
5l
Source: Statistics from the State Mining Authority in Katowice [1]. Zrodto: Dane statystyczne Wyzszego Urz^du Gorniczego w Katowicach [1].
Coal mines, while exploiting hard coal and coking coal seams, must apply ongoing preventive measures aimed at reducing fire hazard in coincidence with other hazards. Unfortunately, this kind of activities is often opposite to fire prevention.
The requirement to conduct constant prevention to reduce the hazards occurring during the exploitation of coal beds has an indirect impact on the price of the raw material itself.
According to §504 of the regulation on detailed requirements for running underground mining plants "underground fire shall be understood as the occurrence in the underground workings of an open fire, glowing or burning substance with an open flame, as well as the ascertainment in the mine air of fumes or a quantity of carbon monoxide in the district air current greater than 25 dm3/min. It does not report and does not register as an underground fire the persistence in mine air of fumes, carbon monoxide in amounts greater than 25 dm3/min, resulting from:
- the use of permissible technological processes, in particular blasting work, welding work, the operation of combustion-powered machinery, or
- the release of carbon monoxide due to mining operations".
Due to the nature of exogenous fire development in hard coal
mines, there are many combustible materials that can ignite and cause a fire due to improper handling.
These materials include, among others: coal, wood, electric cables, conveyor belts, lubricants, oils, plastic braziers, flammable and explosive gases, coal dust as well as paper, rags and all kinds of production waste such as containers for used chemicals.
Due to the ban on the use of open fire imposed at the end of the 1950s, the number of exogenic fires occurring is low. Currently used dispatching systems, equipped with automatic CO sensors, responsible, among other things, for continuous monitoring of the fire hazard, alert on any exceedance of the carbon monoxide PDS in mine workings [2] and notify the mine rescue services to assess the hazard and fight it. Since 2009, when continuous automatic CO-metering was introduced, all exogenous fires were detected within a short time and nipped in the bud.
Another group of underground fires are endogenous fires [3]. Three elements are necessary for developing this type of fire:
Kopalnie, prowadzqc eksploatacji poktadów wçgla kamiennego i koksowego, muszq na biezqco stosowac profilaktyki ukie-runkowanq na ograniczenie zagrozenia pozarowego w koincy-dencji z innymi zagrozeniami. Niestety takie dziatanie jest czçsto przeciwstawne do profilaktyki ppoz.
Wymuszenie prowadzenia statej profilaktyki ograniczajqcej zagrozenia wystçpujqce w czasie eksploatacji poktadów wçgla wptywa posrednio na ksztattowanie siç ceny surowca.
Zgodnie z §504 rozporzqdzenia w sprawie szczegótowych wymagan dotyczqcych prowadzenia ruchu podziemnych zakta-dów górniczych [2] „przez pozar podziemny rozumie siç wystq-pienie w wyrobisku podziemnym otwartego ognia, zarzqcej lub palqcej siç ptomieniem otwartym substancji, a takze stwierdzenie w powietrzu kopalnianym dymów lub ilosci tlenku wçgla w rejo-nowym prqdzie powietrza wiçkszej niz 25 dm3/min. Nie zgta-sza siç i nie rejestruje jako pozar podziemny utrzymywania siç w powietrzu kopalnianym dymów, tlenku wçgla w ilosci wiçkszej niz 25 dm3/min, powstatych w wyniku:
- stosowania dopuszczalnych procesów technologicz-nych, w szczególnosci robót strzatowych, prac spawal-niczych, pracy maszyn z napçdem spalinowym, lub
- wydzielania siç tlenku wçgla wskutek urabiania".
Ze wzglçdu na istotç rozwoju pozaru egzogenicznego w kopal-niach wçgla kamiennego wystçpuje bardzo wiele materiatów pal-nych. Jednak w zwiqzku z niewtasciwym obchodzeniem siç z nimi mogq ulec one zapaleniu i wywotac pozar.
Do tych materiatów mozemy zaliczyc miçdzy innymi: wçgiel, drewno, kable elektryczne, tasmy przenosnikowe, smary, oleje, lut-nie z tworzyw sztucznych, gazy palne i wybuchowe, pyt wçglowy oraz papier, szmaty i wszelkiego rodzaju odpady produkcyjne np. pojemniki po zuzytych srodkach chemicznych.
W zwiqzku z wprowadzonym pod koniec lat 50-tych poprzed-niego wieku zakazem stosowania otwartego ognia liczba wystç-pujqcych pozarów egzogenicznych jest niewielka. Obecnie sto-sowane systemy dyspozytorskie, wyposazone w automatyczne czujniki CO, odpowiedzialne miçdzy innymi za ciqgty monitoring zagrozenia pozarowego, alarmujq o kazdym przekroczeniu NDS tlenku wçgla w wyrobiskach górniczych [2] i powiadamiajq stuzby ratownictwa górniczego kopalni w celu oceny zagrozenia i jego
- the presence of crushed coal prone to low-temperature oxidation,
- inflow of air to the place of coal accumulation,
- possibility of accumulation of heat energy released during the coal oxidation reaction [4].
In case of endogenous fire hazard, the exploited coal seams have been divided into 5 groups of the spontaneous combustion liability of coal. According to the PN-93/G-04558 standard [5-6], one differentiates between coals of very low, low, medium, high and very high liability to spontaneous combustion. Depending on the spontaneous combustibility group, mines select appropriate fire prevention measures already at the level of creating a technical design of the longwall panel.
Although endogenous fires do not pose a direct threat to the crew working in the excavations due to the fact that they develop over a long period of time, ranging from several days to even several weeks, their development may result in the necessity to temporarily close off the exploited longwall panel and apply extensive fire prevention measures in order to restore the longwall for further exploitation. Preventive works connected with firefighting can be divided into active and passive.
Active firefighting measures are taken, similar to those used for typical fires on the surface, using firefighting equipment such as fire pipes, fire extinguishers, hydrants, bulk materials, fire blankets and equipment for administering extinguishing media. An extension of fire prevention is preventive work, which is carried out only in mine workings to prevent the spread of fire. As part of this prevention measures, building materials are used which make it possible to build isolation dams in order to enclose the fire-prone area of the workings.
If all active forms of prevention make it impossible to extinguish the fire, passive preventive measures are taken. The main element of such works is surrounding the fire area with explosion-proof isolation dams in order to cut off the inflow of air with oxygen to the fire area. Subsequently, work is carried out to equalise the pressure (aerodynamic potential) around the fire area in order to reduce the migration of air through the fire area. The aim is to reduce the supply of oxygen to the fire focus and self-extinguish. Passive prevention work can take several months.
In the context of endogenous fires, which most often occur in the coal seam or in cave-ins, i.e. areas after the coal seam has been removed, active prevention is used. Because of the difficult direct access to places where endogenous fires may occur, directional drilling is used to inject water or mixtures of water and power plant waste.
For endogenous fires, the main prevention focuses on two aspects:
- constant monitoring of the fire risk through gas sampling for the so-called "early detection of endogenous fires",
- the application of prevention methods based on restricting the flow of air with oxygen to areas where there are remnants of crushed coal.
The early detection of underground fires is based on three basic indices; the CO quantity index (VCO), the CO rise index (ACO) and the Graham index (G) [2]. The first two indices make it possible to assess the hazard at measuring stations located at the inlet
zwalczania. Od 2009 roku, kiedy to wprowadzono statq, automa-tycznq CO-metriç wszystkie pozary egzogeniczne byty wykryte w krotkim okresie czasu i zlikwidowane w zarodku.
Innq grupç pozarow podziemnych stanowiq pozary endogeniczne [3]. Do rozwoju tego typu pozaru niezbçdne sq trzy elementy:
- obecnosc rozdrobnionego wçgla sktonnego do niskotem-peraturowego utleniania,
- doptyw powietrza do miejsca nagromadzenia wçgla,
- mozliwosc akumulacji energii cieplnej wydzielajqcej siç w czasie reakcji utleniania wçgla [4].
Biorqc pod uwagç sktonnosc do samozapalenia i wystqpienie pozaru endogenicznego, eksploatowane poktady wçgla zostaty podzielone na piçc grup samozapalnosci. Zgodnie z normq PN-93/G-04558 [5-6] rozroznia siç wçgle o bardzo matej, matej, sredniej, duzej i bardzo duzej sktonnosci do samozapalenia. W zaleznosci od grupy samozapalnosci kopalnie dobierajq odpo-wiedniq profilaktykç przeciwpozarowq juz na poziomie tworzenia projektu technicznego sciany eksploatacyjnej.
Ze wzglçdu na dtugotrwaty okres rozwoju pozaru endogenicznego, trwajqcy od kilku dni do nawet kilku tygodni, nie sq one bezposrednim zagrozeniem dla pracujqcej w wyrobiskach zatogi, ale w konsekwencji ich rozwoju moze dojsc do koniecz-nosci czasowego otamowania rejonu sciany eksploatacyjnej i stosowania szeroko zakrojonej profilaktyki ppoz. w celu przy-wrocenia sciany do dalszej eksploatacji. Prace profilaktyczne zwiqzane ze zwalczaniem pozarow mozna podzielic na aktywne i pasywne.
W ramach aktywnego zwalczania zagrozenia pozarowego stosuje siç podobnq profilaktykç co przy typowych pozarach na powierzchni, wykorzystujqc sprzçt gasniczy w postaci ruro-ciqgow ppoz., gasnic, hydrantow, materiatow sypkich, kocow gasniczych oraz sprzçtu do podawania mediow gasniczych. Rozszerzeniem profilaktyki ppoz. sq prace profilaktyczne, ktore wykonuje siç tylko w wyrobiskach gorniczych w celu uniemozli-wienia rozprzestrzeniania siç pozaru. W ramach tej profilaktyki stosuje siç materiaty budowlane, umozliwiajqce postawienie tam izolacyjnych w miejscu wystqpienia pozaru.
W przypadku gdy wszelkie aktywne formy profilaktyki unie-mozliwiajq ugaszenie pozaru, przystçpuje siç do prac profilaktycznych pasywnych. Gtownym ich elementem jest otamowanie rejonu wyrobisk za pomocq tam izolacyjnych przeciwwybuchowych w celu odciçcia doptywu powietrza z tlenem do ogniska pozarowego. W dalszej kolejnosci prowadzi siç prace zwiqzane z wyrow-naniem cisnien (potencjatu aerodynamicznego) wokot pola pozarowego w celu ograniczenia migracji powietrza przez rejon, w ktorym wystqpit pozar. Ma to na celu ograniczenie doptywu tlenu do ogniska pozaru i samougaszenie. Prace profilaktyczne pasywne mogq trwac nawet kilka miesiçcy.
W ramach pozarow endogenicznych, ktore najczçsciej wystçpujq w caliznie wçglowej lub zrobach zawatowych (czyli miejscach po wybraniu poktadu wçgla) stosuje siç profilaktykç aktywnq. Bezposredni dostçp do miejsc, w ktorych moze dojsc do powstania pozaru endogenicznego jest utrudniony, dlatego stosuje siç wiercenia kierunkowe w celu podawania wody lub mie-szanin wody z odpadami pochodzqcymi z elektrowni.
and outlet to/from the excavations in the longwall region, while the Graham index makes it possible to assess the fire hazard in the caving left after the exploited hard coal seam (see Figure 1).
W przypadku pozarow endogenicznych gtowna profilaktyka skupia si? na dwoch aspektach:
- statym monitorowaniu zagrozenia pozarowego poprzez pobieranie prob gazowych do tzw. wczesnego wykrywa-nia pozarow endogenicznych,
- stosowania metod profilaktyki opartych na ograniczeniu doptywu powietrza z tlenem do miejsc, w ktorych wyst?-pujq resztki rozkruszonego w?gla.
Wczesne wykrywanie pozarow podziemnych oparte jest na trzech podstawowych wskaznikach: ilosci CO (VCO), przyrostu CO (ACO) oraz Grahama (G) [2]. Dwa pierwsze wskazniki umozliwiajq ocen? zagrozenia na stacjach pomiarowych zlokalizowanych na wlocie i wylocie do/z wyrobisk rejonu sciany, zas za pomocq wskaznika Grahama ocenia si? zagrozenie pozarowe w zrobach zawatowych pozostatych po wyeksploatowanym poktadzie w?gla kamiennego (zob. ryc. 1).
Figure 1. Diagram of the arrangement of measuring stations for the measurements of fire hazard in the area of the longwall Rycina 1. Schemat rozmieszczenia stacji pomiarowych do pomiarow zagrozenia pozarowego w rejonie sciany eksploatacyjnej
Source: Own elaboration based on [7]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [7].
One of the main ways of limiting the start and development of endogenous fires is the use of inert gases (nitrogen, carbon dioxide), with nitrogen being the most commonly used because of the lower risk of an anaerobic atmosphere developing in mine workings in the event of it leaking into the workings. Inert gases are fed to the goafs of longwalls using means of pipelines built into the mine workings. The place where the gas is fed into the pipeline is located on the surface. Gas is obtained by using two methods: the gasification method using liquid nitrogen or carbon dioxide, or the method for extracting nitrogen from atmospheric air [8]. The gas yield using both methods is approximately 700 Nm3/h.
Prevention works related to the fire hazard are currently applied practically in all active faces longwalls to limit the development of spontaneous coal combustion.
Jednym z gtownych sposobow ograniczenia powstania i roz-woju pozarow endogenicznych jest stosowanie gazow oboj?t-nych (azot, ditlenek w?gla), przy czym najcz?sciej wykorzystuje si? azot ze wzgl?du na mniejsze ryzyko powstania atmosfery bez-tlenowej w wyrobiskach gorniczych w przypadku jego wycieku do wyrobisk. Gazy oboj?tne podawane sq do zrobow zawatowych scian z wykorzystaniem rurociqgow zabudowanych w wyrobiskach gorniczych. Miejsce podawania gazu do rurociqgu zloka-lizowane jest na powierzchni. Gaz otrzymuje si? na dwa sposoby: wykorzystujqc metod? zgazowania ciektego azotu lub ditlenku w?gla lub metod? pozyskiwania azotu z powietrza atmosferycz-nego [8]. Wydajnosc gazu z wykorzystaniem obu metod to ok. 700 Nm3/godz.
Prace profilaktyczne zwiqzane z zagrozeniem pozarowym stosowane sq obecnie praktycznie we wszystkich czynnych
Due to the necessity to continuously carry out prevention works related to the fire hazard in mine workings, mines incur considerable costs of their application all the time.
scianach eksploatacyjnych w celu ograniczenia rozwoju poza-row endogenicznych.
Ze wzglçdu na koniecznosc ciqgtego prowadzenia prac pro-filaktycznych zwiqzanych z zagrozeniem pozarowym w wyrobi-skach gorniczych, kopalnie ponoszq ciqgle znaczne koszty ich stosowania.
Preventive works and their costs for a sample on the example of a longwall panel
Longwall face 1 was operated in the longwall system with a roof collapse. The length of the face was 243 m, and its operational height was 1.5-2.0 m. The longwall length was 834 m. The ventilation was carried out in the inverted "Y" mode from the boundaries (see Figure 2), and air was supplied to the wall through heading 1 and freshened up through heading 2.
The longwall had an average output of 706 Mg/day. The exploitation period on the longwall was 523 days, and the total output was 369,320 Mg.
The longwall faced all hazards related to ventilation, such as: methane hazard category IV, fire hazard - coal self-ignition group I, critical climate hazard level I and coal dust explosion hazard class B. There were no other natural hazards. The main parameters of the longwall are summarised in Table 2.
As part of fire hazard prevention, mainly inert gases (N2 and CO2) were used, which were continuously fed into the goafs in order to create an anaerobic atmosphere. To limit air migration into the caving goafs, chemical foams and antipyrogenic materials were used along the entire length of the longwall, behind the mechanised lining sections, in order to prolong the fire incubation time. Mineral materials in the form of mineral-cement binders were also used to seal isolation dams and isolation plugs rebuilt with the progress of the longwall on the line of the longwall caving and on the gallery headings.
Prace profilaktyczne i ich koszty dla przyktadowej sciany eksploatacyjnej
Sciana 1 prowadzona byta w systemie podtuznym z zawa-tem stropu. Dtugosc sciany wynosita 243 m, a jej wysokosc eks-ploatacyjna wynosita 1,5-2,0 m. Wybieg sciany wynosit 834 m. Przewietrzanie prowadzone byto sposobem na odwrócone „Y" od granic (zob. ryc. 2), zas powietrze doprowadzane byto do sciany chodnikiem 1 oraz uzupetniane chodnikiem 2.
Sciana charakteryzowata siç srednim wydobyciem wçgla wynoszqcym 706 Mg/dobç. Okres eksploatacji sciany zamknqt siç w 523 dniach, a catkowite uzyskane wydobycie wyniosto 369 320 Mg.
W scianie wystçpowaty wszystkie zagrozenia zwiqzane z wen-tylacjq, takie jak: IV kategoria zagrozenia metanowego, zagrozenie pozarowe - I grupa samozapalnosci wçgla, I poziom krytyczny zagrozenia klimatycznego oraz klasa B zagrozenia wybuchem pytu wçglowego. Nie odnotowano innych zagrozen naturalnych. Gtówne parametry sciany zaprezentowano w tabeli 2.
W ramach profilaktyki zagrozenia pozarowego stosowano przede wszystkim gazy obojçtne (inertne), zarówno N2, jak i CO2, które byty na biezqco podawane do zrobów zawatowych w celu stworzenia atmosfery beztlenowej. Dla ograniczenia migracji powietrza do zrobów zawatowych, na catej dtugosci sciany, za sek-cjami obudowy zmechanizowanej stosowano piany chemiczne oraz materiaty antypirogeniczne w celu wydtuzenia czasu inkubacji pozaru. Zastosowanie miaty takze materiaty mineralne w postaci spoiw mineralno-cementowych do uszczelniania tam izolacyjnych i korków izolacyjnych przebudowywanych wraz z postçpem sciany na linii zawatu sciany i chodników przyscianowych.
Table 2. Characteristics of longwall 1 at the coalmine "B" Tabela 2. Charakterystyka sciany 1 w kopalni „B"
Length of longwall face / 243 m
Dtugosc sciany
Face height / Wysokosc eksploatacyjna sciany
Longitudinal inclination of the longwall / Nachylenie podtuzne sciany
Transverse inclination of the longwall face / Nachylenie poprzeczne sciany
Panel length / Wybieg sciany
1.5-2.0 m
834 m
Mean output / 706 Mg/day /
Wydobycie srednie 706 Mg/dobç
Exploitation system / Longitudinal retreat longwall mining with caving /
System eksploatacji Podtuzny od granic
Ventilation system /
Sposób przewietrzania
Methane hazard / Methane hazard class IV /
Zagrozenie metanowe IV kategoria zagrozenia metanowego
Absolute methane emission / 29.54 m3 CH4/min
Metanowosc kryterialna
Fire hazard / Spontaneous combustion group I /
Zagrozenie pozarowe I grupa samozapalnosci
Spontaneous fire incubation time / 82 days / 82 dni
Okres inkubacji pozaru
Coal dust explosion hazard / Class B / Klasa B
Zagrozenie wybuchem pytu wçglowego
Climatic hazard / Critical level I /
Zagrozenie klimatyczne Poziom krytyczny I
Virgin rock temperature /
Temperatura pierwotna górotworu
Rock burst hazard / No rock burst propensity /
Zagrozenie tqpaniami Brak zagrozenia tqpaniami
Water hazard / No water hazard /
Zagrozenie wodne Brak zagrozenia wodnego
Longwall exploitation period / 523 days / 523 dni
Okres eksploatacji sciany
Total output from the longwall / 369,320 Mg
Catkowite wydobycie ze sciany
Source: Own elaboration based on [9]. Zródto: Opracowanie wtasne na podstawie [9].
Figure 2. Layout of the longwall face 1 Rycina 2. Schemat przestrzenny sciany 1
Source: Technical design of the longwall 1 of the "B" coal mine. Zrodto: Projekt techniczny sciany 1 kopalni „B".
The range of fire risk prevention works used in longwall 1, Zakres prac profilaktycznych zwiqzanych z zagrozeniem poza-
together with their unit costs, is summarised in Table 3. rowym stosowanych w scianie 1 wraz z ich kosztami jednostko-
wymi prezentuje tabela 3.
Table 3. List of costs of fire prevention practices for longwall 1
Tabela 3. Zestawienie kosztow profilaktyki przeciwpozarowej dla sciany 1
No. / Lp. Name of the cost / Nazwa kosztu No./Amount / Ilosc/Liczba Unit cost [PLN] / Koszt jednostkowy [PLN] Total cost [PLN] / Koszt catkowity [PLN]
Use of chemical materials: / Wykorzystanie materiatow chemicznych:
- light foams / - piany lekkie, 5,000 dm3 60 PLN/dm3 300,000.00 PLN
- hard foams / - piany ci?zkie, 2,775 dm3 70 PLN/dm3 194,250.00 PLN
- antipyrogenic agents / - srodki antypirogeniczne 1,000 dm3 60 PLN/dm3 60,000.00 PLN
Additional works for the application of chemical materials (bore-
2. holes, injection) / Prace pomocnicze przy podawaniu materiatow chemicznych (wiercenie otworow, zattaczanie) Not applicable / Nie dotyczy
Use of mineral materials: / Wykorzystanie materiatow mineralnych:
- mineral-cement bonds / - spoiwa mineralno-cementowe 220 Mg 740 PLN/Mg 162,500.00 PLN
Additional works on the application of mineral materials (bore-
4. holes, injection) / Prace pomocnicze przy podawaniu materiatow mineralnych (wiercenie otworow, zattaczanie) Not applicable / Nie dotyczy
5. Cuboid concrete blocks / Betonity prostopadtoscienne 3,000 pcs. / szt. 3.25 PLN/pcs. / PLN/szt. 9,750.00 PLN
6. Performance of packwalls (1 running meter) / Wykonawstwo pasow podsadzkowych (1 mb) Not used / Nie stosowano
7. Other construction materials / Inne materiaty budowlane Not used / Nie stosowano
Laboratory tests of gas samples for early detection of spontaneo-
us fires conducted by the mining facility / Badania laboratoryjne 580 pcs. / szt. 25 PLN/pcs. / 14,500.00 PLN
prob gazowych do wczesnego wykrywania pozarow endogenicz- PLN/szt.
nych wykonywane przez kopalni?
Laboratory tests of gas samples for early detection of spontaneo-
9. us fires conducted in order / Badania laboratoryjne prob gazowych do wczesnego wykrywania pozarow endogenicznych wykonywane na zlecenie 450 pcs. / szt. 170 PLN/pcs. / PLN/szt. 76,500.00 PLN
10. Additional measurements (thermographic camera, pyrometer) / Yes / Tak Camera / Kamera 200 h
Pomiary pomocnicze (kamera termowizyjna, pirometr) Pyrometer / Pirometr 150 h
11. Use of inert gases - N2 or CO2 / CO2 249,837.5 m3 1.78 PLN/ m3 444,710.75 PLN
Zuzycie gazow inertnych - N2 lub CO2 N2 0.77 PLN/ m3 628,388.07 PLN
816,088.4 m3
12. Inertization works / Obstuga prac inertyzacyjnych - -
13. Lease or cost of use of inertization devices / Dzierzawa lub koszt uzytkowania urzqdzen inertyzacyjnych 420 days / dni 2,550 PLN/day / PLN/doba 1,071,000.00 PLN
14. Man-days related to preventing the fire hazard / Roboczodniowki zwiqzane ze zwalczaniem zagrozenia pozarowego 460 man-days / dniowek 358.00 PLN 164,680.00 PLN
15. Man-days of the mine rescue workers working at the preventive works / Roboczodniowki ratownikow gorniczych przy pracach profilaktycznych 2,120 man-days / dniowek 489.00 PLN 1,036,680.00 PLN
16. Use of water and other utilities / Zuzycie wody i innych mediow 4,200 m3 water / wody -
17. Total cost of the preventive works / Catkowity koszt dziatan profilaktycznych 4,162,958.82 PLN
Source: Own elaboration based on [9-10]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [9-10].
As it results from the statement (see Table 3), the costs of fire hazard prevention for one longwall are not low. The biggest cost is represented by the use of inert gases and man-days connected with the prevention works, especially for the mine rescuers who conduct fire prevention works in hard coal mines.
In the further part of the article, an analysis of the costs of prophylactic works for fire hazard for selected longwalls of two coalmining companies will be presented on the basis of the developed cost indices.
Jak wynika z zestawienia (zob. tab. 3) koszty profilaktyki zagrozenia pozarowego dla jednej tylko sciany eksploatacyjnej nie sq niskie. Najwiçkszy koszt stanowi stosowanie gazów obo-jçtnych oraz roboczodniówki zwiqzane z pracami profilaktycz-nymi, w szczególnosci ratowników górniczych, którzy prowadzq w kopalniach wçgla kamiennego prace w ramach profilaktyki przeciwpozarowej.
W dalszej czçsci artykutu zostanie przedstawiona analiza kosztów prac profilaktycznych zagrozenia pozarowego dla wybranych scian eksploatacyjnych dwóch spótek wçglowych, na podstawie opracowanych wskazników kosztów.
Prevention costs and cost indicators for longwalls
The following cost indicators [11-14] have been developed to assess the cost of fire prevention:
- percentage share of the cost of prevention in relation to the obtained revenue UP , %,
- cost of prevention per 1 Mg of mined coal KPMg, PLN/Mg,
- cost of prevention calculated per 1 m of wall progress Kpmb, PLN/m,
- cost of prevention calculated per 1 day of wall progression KPd, PLN/day.
The percentage share of the prevention measure costs UP was calculated using the formula:
Up=^-lOU>/o [%] (1)
where:
KP - prevention cost, PLN,
Pc - total revenue from coal sold, PLN.
The cost of prevention per 1 Mg of mined coal KPMg was calculated based on the formula:
*PM, = §MPLNMg] (2)
"c
where:
KP - prevention cost, PLN,
Wc - total output from the longwall face, Mg.
The cost of prevention calculated per 1 m of longwall face progress KPmb was calculated according to the formula:
KPmb = ^ [PLN/m] (3)
Wic
where:
KP - prevention cost, PLN,
Wc - total run of the longwall face, m.
Koszty profilaktyki i wskazniki kosztow dla scian eksploatacyjnych
W celu oceny kosztow profilaktyki zagrozenia pozarowego zostaty opracowane nastçpujqce wskazniki kosztow [11-14]:
- udziat procentowy kosztow profilaktyki w stosunku do uzyskanego przychodu UP, %,
- koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 Mg wydobytego wçgla KpMg, zt/Mg,
- koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 mb postçpu sciany K™ zt/m
- koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 dobç biegu sciany KPd, zt/dobç.
Udziat procentowy kosztow profilaktyki UP obliczony zostat na podstawie wzoru:
UF=^-100% [%] (1)
Pc
gdzie:
KP - koszt profilaktyki, zt,
Pc - przychod catkowity ze sprzedanego wçgla, zt.
Koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 Mg wydobytego wçgla KPMg obliczony zostat na podstawie wzoru:
K^^wm (2)
gdzie:
KP - koszt profilaktyki, zt,
Wc - catkowite wydobycie ze sciany, Mg.
Koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 mb postçpu sciany KPmb obliczony zostat na podstawie wzoru:
KPmb = ^ [zl/m] (3)
gdzie:
KP - koszt profilaktyki, zt,
Wc - wybieg catkowity sciany, m.
The cost of prevention calculated per 1 day of the longwall face run KPd was calculated using the formula:
^=^[PLN/day] (4)
where:
KP - prevention cost, PLN,
ld - number of working days of the longwall run, day.
Calculated cost indices for exemplary longwalls of two coal mining companies are presented in Table 3.
The analysis of the costs of preventive works was carried out for the data in the year 2020. To compare the costs of the preventive works under the fire hazard, the average annual price of one tonne of thermal coal was determined according to the price of coal in ARA ports (Amsterdam-Rotterdam-Antwerp). In 2020, this price amounted to 56.05 USD [15], which, when converted to PLN according to the average annual USD exchange rate in the National Bank of Poland [16], gives 218.47 PLN. It is worth noting that the average annual retail price of 1,000 kg of coal in Poland in 2020 was PLN 887.95 [17].
The analysis of the costs of the preventive works was conducted for 16 longwalls operated in the mines of two coal mining companies.
The costs of the preventive works, with cost indices are summarised in Table 4.
Koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 dob? biegu sciany KPd obliczony zostat na podstawie wzoru:
KPd = -r- [zt/dob?] (4)
gdzie:
KP - koszt profilaktyki, zt,
ld - liczba dni roboczych biegu sciany, doba.
Obliczone wskazniki kosztów dla przyktadowych scian eks-ploatacyjnych dwóch spótek w?glowych zestawiono w tabeli 3.
Analiza kosztów prac profilaktycznych zostata wykonana dla danych z 2020 roku. W celu porównania kosztów prac profilaktycznych w przypadku zagrozenia pozarowego wyzna-czono sredniorocznq cen? tony w?gla energetycznego wg kursu ceny w?gla w portach ARA (Amsterdam-Rotterdam-Antwerpia). W 2020 r. cena ta wyniosta 56,05 dolara amerykanskiego [15], co w przeliczeniu na ztotówki wg sredniorocznego kursu dolara amerykanskiego w NBP [16] daje 218,47 zt. Warto zaznaczyc, ze przeci?tna srednioroczna cena detaliczna 1000 kg w?gla w Pol-sce w 2020 roku wyniosta 887,95 zt [17].
Analiza kosztów prac profilaktycznych zostata przeprowa-dzona dla 16 scian eksploatacyjnych prowadzonych w kopal-niach dwóch spótek w?glowych.
Koszty prac profilaktycznych wraz z wskaznikami kosztów zostaty zestawione w tabeli 4.
Table 4. Costs and ratios of fire prevention costs for selected longwalls of two coal mining companies
Tabela 4. Koszty i wskazniki kosztow profilaktyki przeciwpozarowej dla wybranych scian eksploatacyjnych dwoch spotek w^glowych
Longwall faces / Sciany Total coal output / Wydobycie catkowite Wc Mg Total revenue / Przychód catkowity Pe PLN Cost of the fire prevention / Koszt profilaktyki ppoz. Kpp PLN Cost percentage constituted by fire prevention / Udziat kosztu profilaktyki ppoz. Uppo % Cost of the fire prevention per 1 Mg of the output / Koszt profilaktyki ppoz. na 1 Mg wydobycia KPMgPo PLN/Mg Cost of the fire prevention per 1 meter of advancement / Koszt profilak-tyki ppoz. na 1 m post;pu sciany KPmbPo PLN/m Cost of fire prevention per 1 day of advancement / Koszt profilak-tyki ppoz. na 1 dob; biegu sciany KPdPo PLN/dob;/ PLN/day
Longwall face / Sciana 1A 1,303,819 284,845,336.93 1,840,149.90 0.65 1.41 1,368.14 1,860.62
Longwall face / Sciana 2A 558,018 121,910,192.46 7,475,712.70 6.13 13.40 9,772.17 27,585.65
Coal Longwall face / Sciana 3A 389,392 85,070,470.24 2,399,711.70 2.82 6.16 2,112.42 21,236.38
mining company A / Longwall face / Sciana 4A 561,807 122,737,975.29 3,694,356.77 3.01 6.58 5,166.93 19,141.74
Spótka w^glowa Longwall face / Sciana 5A 1,237,743 270,409,713.21 11,749,548.56 4.35 9.49 8,969.12 24,788.08
A Longwall face / Sciana 6A 346,417 75,681,721.99 1,573,923.75 2.08 4.54 3,703.35 3,944.67
Longwall face / Sciana 7A 487,795 106,568,573.65 4,858,262.01 4.56 9.96 10,017.03 5,722.33
Longwall face / Sciana 8A 106,802 23,333,032.94 750,765.04 3.22 7.03 3,575.07 5,865.35
Longwall faces / Sciany
Total coal output/ Wydobycie catkowite Wc Mg
catkowity Pc PLN
Cost of the fire „ . ... c Cost of fire
„ . .. Cost of the fire
Cost percen- prevention per prevention per
prevention
Cost of the fire tage consti- 1 Mg of the r , , .1 day of advan-
. ? j u r ... per 1 meter of '
output / j .. cement /
., , advancement / ,, , ....
— Koszt profilaktyki ppoZ. na
ppoZ. na -.,--,-,--- 1 dobe biegu
rl, .. 1 m postepu , . "
1 Mg .c sciany
wydobycia
Total revenue / prevention / tuted by fire
Przychâd Koszt prevention / Koszt
profilaktyki Udziat kosztu profilaktyki
ppoz.
Kpp PLN
profilaktyki ppoz.
Uppo
nPMgPc
PLN/Mg
Koszt profilak-tyki ppoz. na 1 m postçpu sciany
KPmbPo
PLN/m
KPdPo
PLN/dobç/ PLN/day
Longwall face / Sciana 1B 369,320 80,685,340.40 4,162,958.82 5.16 11.27 4,991.56 7,959.77
Longwall face / Sciana 2B 534,585 116,790,784.95 3,909,027.83 3.35 7.31 5,706.61 11,954.21
Longwall face / Sciana 3B 522,280 114,102,511.60 3,153,754.20 2.76 6.04 3,391.13 11,065.80
Coal mining company B / Spâtka wçglowa B Longwall face / Sciana 4B 175,964 38,442,855.08 806,395.04 2.1 4.58 2,643.92 5,305.23
Longwall face / Sciana 5B 713,995 155,986,487.65 4,709,123.50 3.02 6.60 6,765.98 16,072.09
Longwall face / Sciana 6B 441,811 96,522,449.17 1,861,078.20 1.93 4.21 1,988.33 10,947.52
Longwall face / Sciana 7B 252,711 55,209,772.17 497,764.32 0.9 1.97 949.93 11,73.97
Longwall face / Sciana 8B 604,617 132,090,675.99 2,722,371.18 2.06 4.50 3,974.26 16,399.83
Source: Own elaboration based on [9-10]. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [9-10].
The analysis of the costs of the prevention works under the fire hazard covered 16 exemplary longwall faces operated in the mines of two mining companies. Previous research contradicts the thesis that the costs of preventive works should increase in case of a higher fire hazard group. This is because of the fact that in the mines where the safety culture is higher, the costs of prevention are also higher, but there are less frequent situations where the danger increases and there is a need to introduce additional active prevention. Nor do prevention costs depend on the total income from the longwall. This is clearly visible in Figure 3 in the case of the first two longwall faces, where for longwall face 1A the total income is the highest among all analysed longwalls, while the cost of fire prevention is low.
In longwall face 2A the cost of prevention in relation to the total income is already noticeable.
Analizq kosztow prac profilaktycznych w ramach zagrozenia pozarowego objçto w sumie 16 przyktadowych scian eksploata-cyjnych w kopalniach dwoch spotek wçglowych. Wczesniej prowadzone badania zaprzeczajq tezie, ze w przypadku wyzszej grupy zagrozenia pozarowego powinny wzrosnqc koszty prowadzonych prac profilaktycznych. Wynika to z faktu, ze w kopalniach, gdzie kultura bezpieczenstwa jest wyzsza, takie koszty takze sq wyzsze, za to rzadziej wystçpujq sytuacje wzrostu zagrozenia i koniecz-nosci wprowadzenia dodatkowych srodkow aktywnych dziatan profilaktycznych. Koszty profilaktyki nie zalezq takze od przy-chodu catkowitego uzyskanego ze sciany eksploatacyjnej. Widac to wyraznie na przyktadzie pierwszych dwoch scian przedstawio-nych na rycinie 3, gdzie dla sciany 1A przychod catkowity jest naj-wiçkszy sposrod wszystkich analizowanych scian, zas koszty profilaktyki przeciwpozarowej sq niewielkie.
W scianie 2A koszt profilaktyki w stosunku do catkowitego przychodu jest juz zauwazalny.
Figure 3. Costs of fire prevention in relation to total revenue of the analysed longwall faces
Rycina 3. Koszty profilaktyki przeciwpozarowej w stosunku do przychodu catkowitego w analizowanych Scianach eksploatacyjnych Source: Own elaboration based on Table 4. Zródto: Opracowanie wtasne na podstawie tabeli 4.
The share of the fire prevention costs according to formula (1) is the quotient of the prevention cost KP to the total revenue from coal sold PC. As indicated in the example of the longwall face No 1 of the "B" mine, the highest cost of prevention results from the works related to inertization of caving goafs of the longwall and the costs of working days of the mine rescuers, who take part in the prevention works. According to Figure 4, the share of fire prevention costs varies greatly and ranges from 0.65% to 6.13% for company A and from 0.9% to 5.16% for company B. The average value of the share of fire prevention costs in company A was 3.35%. In case of company B, the value is slightly lower, as it amounted to 2.66%.
Udziat kosztów profilaktyki przeciwpozarowej zgodnie ze wzorem (1) to iloraz kosztu profilaktyki KP do przychodu catkowitego ze sprzedanego wçgla PC. Jak wskazano w przyktadzie dla sciany 1 kopalni „B" najwyzszy koszt profilaktyki wynika z pro-wadzenia prac zwiqzanych z inertyzacjq zrobów zawatowych scian eksploatacyjnych oraz kosztów roboczodniówek ratowni-ków górniczych, którzy biorq udziat w pracach profilaktycznych. Zgodnie z rycinq 4 udziat kosztów profilaktyki przeciwpozaro-wych jest bardzo zróznicowany i zawiera siç w przedziale od 0,б5% do б,13% w przypadku spótki A oraz od 0,9% do 5,1б% dla spótki B. Srednia wartosc udziatu kosztów profilaktyk pozaro-wych w spótce A wyniosta 3,35%. W przypadku spótki B wartosc ta jest nieco nizsza, wyniosta bowiem 2,бб%.
Figure 4. Cost percentage constituted by fire prevention in the analyzed longwall faces
Rycina 4. Udziaty kosztów profilaktyki przeciwpozarowej w analizowanych scianach eksploatacyjnych
Source: Own elaboration based on Table 4.
Zródto: Opracowanie wtasne na podstawie tabeli 4.
The main index characterises the prevention costs is the fire prevention cost per 1 tonne of coal. The values of this index are presented in Figure 5. The values of the index are also highly diversified. The lowest cost among the analysed longwalls occurred in longwall face 1A and amounted to 1.41 PLN/Mg of coal, while the highest cost occurred in longwall face 2A and amounted to 13.4 PLN/Mg. According to the calculations, this is as much as a 5.48% difference in the cost of prophylaxis in relation to the price of 1 tonne of coal. In case of the analysed longwalls of mining company B, the difference in costs is not so great, as it is in the range of 1.97-11.27 PLN/Mg. The average values of the index are respectively 7.32 PLN/Mg for company A and 5.81 PLN/Mg for company B, which represents 3.35% of the average coal price for company A and 2.65% of the average coal price for company B.
Gtownym wskaznikiem charakteryzujqcym koszty profilak-tyki jest koszt profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na cen? 1 tony w?gla. Wartosci omawianego wskaznika przedsta-wiono na rycinie 5. Sq one takze mocno zroznicowane. Najniz-szy koszt sposrod analizowanych scian wystqpit w scianie 1A i wyniost 1,41 zt/Mg w?gla, zas najwyzszy wystqpit w scianie 2A i wyniost 13,4 zt/Mg. Jak wynika z obliczen jest to az 5,48% roz-nicy kosztu profilaktyki w stosunku do ceny 1 tony w?gla. W przy-padku analizowanych scian eksploatacyjnych spotki B roznica w koszcie nie jest az tak duza, zawiera si? bowiem w przedziale 1,97-11,27 zt/Mg. Srednie wartosci wskaznika wynoszq odpo-wiednio 7,32 zt/Mg dla spotki A i 5,81 zt/Mg dla spotki B, co sta-nowi 3,35% sredniej ceny w?gla dla spotki A i 2,65% sredniej ceny w?gla dla spotki B.
Figure 5. Cost of the fire prevention per 1 Mg of the output in the analysed longwall faces
Rycina 5. Koszty profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1 Mg wydobycia w analizowanych scianach eksploatacyjnych Source: Own elaboration based on Table 4. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie tabeli 4.
Quite interesting results were obtained for the last two indices; fire prevention cost per 1m of the longwall progress (see Figure 6) and fire prevention cost per 1 day of the longwall run (see Figure 7).
The analysed indices show more tangibly how high the costs are incurred by the mines in relation to the fire prevention. In case of company A, among the analysed longwalls there are 3 for which the cost of fire prevention in terms of 1mb of the longwall progress is very high and amounts respectively to 9,772.17 PLN/m for longwall 2A, 8,969.12 PLN/m for wall 5A and 1 0,017.04 PLN/m for wall 7A. These are huge preventive costs considering that the average run of the longwall faces is around 1,000 m. There are also longwall faces with a relatively low value of the index, which was, for example 1,368.14 PLN/m for longwall face 1A and 949.93 PLN/m for longwall face 7B. The average value of the index for both companies was 5,585.53 PLN/m and 3,801.47 PLN/m respectively.
The last analysed index is the prophylaxis cost per 1 day of the longwall face's operation (see Figure 7), which shows how
Dose ciekawe wyniki uzyskano dla dwoch ostatnich wskaz-nikow - kosztu profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1m post?pu sciany (zob. ryc. 6) oraz kosztu profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1 dob? biegu sciany (zob. ryc. 7).
Analizowane wskazniki pokazujq bardziej doktadnie jak wyso-kie koszty ponoszq kopalnie w zwiqzku z stosowanq profilaktykq przeciwpozarowq. W przypadku spotki A wyst?pujq 3 sciany eks-ploatacyjne sposrod analizowanych, dla ktorych koszt profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1 m post?pu sciany jest bardzo wysoki i wynosi odpowiednio: 9772,17 zt/m dla sciany 2A, 8969,12 zt/m dla sciany 5A i 10 017,04 zt/m dla sciany 7A. Sq to olbrzymie koszty zwazywszy, ze sredni wybieg scian wynosi ok. 1000 m. Sq takze sciany o stosunkowo niskiej wartosci wskaznika, ktory wyniost przyktadowo 1368,14 zt/m dla sciany 1A oraz 949,93 zt/m dla sciany 7B. Srednia wartose wskaznika dla obu spotek wyniosta odpowiednio 5585,53 zt/m i 3801,47 zt/m.
Ostatnim analizowanym wskaznikiem jest koszt profilaktyki w przeliczeniu na 1 dob? biegu sciany (zob. ryc. 7), ktory
much the applied fire prophylaxis costs per day. This cost results directly from the time the longwall was in operation. The shorter the time, the higher the cost of prevention. The most expensive was the fire prevention of longwall face 2A, where the cost of daily prevention amounted to PLN 27,585.66 PLN/day. This was due to a very short exploitation period of the wall, amounting to only 271 days. In case of longwall face 7B, where the cost of daily prevention was only PLN 1,173.97 PLN/day, the exploitation period was very long and amounted to 424 days. The average values for both companies were 13,768.10 PLN/day for company A and 10,109.80 PLN/day for company B respectively.
przedstawia, ile kosztuje stosowana profilaktyka pozarowa w ciqgu 1 doby. Koszt ten wynika bezposrednio z czasu, w jakim sciana byta eksploatowana. Im czas ten jest krotszy, tym koszt profilaktyki wyzszy. Najwi?ksze koszty zwiqzane byty z profi-laktykq przeciwpozarowq dla sciany 2A, gdzie koszt prac w tym zakresie wyniost 27 585,66 zt/dob?. Zwiqzane to byto z bar-dzo krotkim okresem eksploatacji sciany, wynoszqcym jedynie 271 dni. W przypadku zas sciany 7B, dla ktorej koszt profilaktyki dziennej wyniost jedynie 1173,97 zt/dob? czas jej eksploatacji byt bardzo dtugi, wyniost bowiem az 424 dni. Srednie wartosci wskaz-nika dla obu spotek wyniosty odpowiednio 13 768,10 zt/dob? dla spotki A i 10 109,80 zt/dob? w przypadku spotki B.
Figure 6. Fire prevention costs per 1 meter of advancement in the analysed longwall faces
Rycina 6. Koszty profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1 m post?pu sciany w analizowanych scianach eksploatacyjnych
Source: Own elaboration based on Table 4. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie tabeli 4.
Figure 7. Fire prevention costs per 1 day of advancement in the analysed longwall faces
Rycina 7. Koszty profilaktyki przeciwpozarowej w przeliczeniu na 1 dob? biegu sciany w analizowanych scianach eksploatacyjnych Source: Own elaboration based on Table 4. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie tabeli 4.
Conclusions
Of the ventilation-related preventive measures currently used, fire hazard prevention and coal dust explosion prevention are practically always applied. Costs borne by the mines for its application may not be the highest among hazard prevention measures in hard coal mining, but they constitute an indispensable element of the total cost in the coal mining process. Unfortunately, the costs of prophylactics are gradually increasing as mining operations are carried out in the deeper parts of the mines.
Of the natural and technical hazard prevention, fire hazard prevention must be adapted to the prevailing geological-mining conditions. It cannot be precisely predicted and adjusted when developing a technical design of the longwall panel, which includes methods for hazard prevention. The projects in this field discuss only the main aspects of applying prevention in accordance with the mining regulations. The details of how to carry out fire prevention evolve with the progress of mining work and emerging problems related to the increase in fire hazard.
For many years attempts have been made to develop an appropriate algorithm for dealing with fire hazards. Unfortunately, to this day, it has not been fully developed and mines rely on methods developed within the framework of their own practice as well as practice in other mines during the prevention. Fire hazard is not the only hazard for which no methodology has been developed to reduce it. Methane and climate hazards are also such hazards. However, in case of both hazards, mining regulations directly indicate what preventive measures should be taken to limit the increase in the hazard. In case of the methane hazard, the regulations unequivocally indicate the necessity of applying demethylation, while in case of the climatic hazard, air-conditioning of the mine workings must be applied and/or a reduced working time for the crew must be introduced, and if the permissible temperature at the workplace is exceeded, the crew must be withdrawn until the permissible climate parameters are restored.
However, it must be said that fire prevention offers the most choice among the available methods of combating the hazard.
When comparing the costs of fire prevention to other natural and technical hazard prevention, it can be said that the costs of fire prevention are the lowest. However, there are situations where it is necessary to seal the longwall area together with precious valuable assets such as powered roof supports, shearers and other longwall equipment. However, it is not always possible to recover the lost equipment, and its cost often exceeds PLN 100 million. Therefore, a fire hazard prevention is the primary determinant of safety in the longwall area during coal seam mining.
The necessity of applying goaf inertisation takes the highest share of the cost of fire prevention. On the other hand, the highest share of the fire prevention cost is taken by the necessity to use caving inertia and working day's pay spent on fire hazard control, especially working day's spent by the rescuers on fire prevention.
It should also be noted that the overriding condition for conducting mining works is the safety of the crew, and therefore the size of the costs of the preventive works is of little importance.
Podsumowanie
Sposrod stosowanych obecnie prac profilaktycznych zwiq-zanych z wentylacjq, profilaktyka zagrozenia pozarowego obok profilaktyki zagrozenia wybuchem pytu w?glowego jest stoso-wana praktycznie zawsze. Koszty ponoszone w tym zakresie przez kopalnie nie sq moze najwyzsze sposrod dziatan profilaktycznych w przypadku zagrozen wyst?pujqcych w gornictwie w?gla kamiennego, jednak stanowiq nieodzowny element catko-witego kosztu w procesie eksploatacji w?gla. W zwiqzku z prowa-dzeniem eksploatacji w coraz gt?bszych partiach kopaln koszty takich dziatan niestety sukcesywnie wzrastajq.
Sposrod dziatan profilaktycznych zwiqzanych z zagrozeniami naturalnymi i technicznymi profilaktyk? zagrozenia pozarowego nalezy dostosowywac do panujqcych warunkow geologiczno--gorniczych i nie da si? jej doktadnie przewidziec i dostosowac na etapie tworzenia projektu technicznego sciany, w ramach ktorego zawarte sq metody prowadzenia profilaktyki zagrozen. Projekty w tym zakresie omawiajq jedynie gtowne aspekty jej stosowania zgodnie z przepisami gorniczymi. Szczegoty prowadzonej profilaktyki przeciwpozarowej ewoluujq wraz z post?pem robot gorni-czych i pojawiajqcymi si? problemami zwiqzanymi ze wzrostem zagrozenia pozarowego.
Przez wiele lat podejmowano proby wypracowania odpowied-niego algorytmu post?powania na wypadek wystqpienia zagrozenia pozarowego. Niestety do dnia dzisiejszego cel ten nie zostat w petni osiqgni?ty, a kopalnie w czasie prowadzonej profilaktyki bazujq na metodach wypracowanych zarowno w ramach wta-snej praktyki, jak i praktyk post?powania w innych zaktadach gorniczych. Zagrozenie pozarowe nie jest jedynym zagrozeniem, dla ktorego nie zostata wypracowana metodyka post?powania w celu jego ograniczenia. Sq nimi takze zagrozenie metanowe i klimatyczne. Jednak w ramach obu zagrozen przepisy gorni-cze wskazujq bezposrednio, jakie elementy profilaktyki nalezy przedsi?wziqc, aby ograniczyc wzrost zagrozenia. W przypadku zagrozenia metanowego przepisy jednoznacznie wskazujq na koniecznosc prowadzenia lub stosowania odmetanowania, w razie wystqpienia zagrozenia klimatycznego nalezy stosowac klimatyzacj? wyrobisk gorniczych oraz/lub wprowadzic skrocony czas pracy zatogi, a w przypadku przekroczenia dopuszczalnej temperatury na stanowisku pracy wycofac zatog? do czasu przy-wrocenia dopuszczalnych parametrow klimatu.
Nalezy jednak zauwazyc, ze to wtasnie profilaktyka zagrozenia pozarowego daje najwi?cej mozliwosci wyboru sposrod dost?pnych metod walki z zagrozeniem.
Porownujqc koszty profilaktyki przeciwpozarowej do innych profilaktyk zagrozen naturalnych i technicznych mozna powie-dziec, ze sq one najnizsze. Zdarzajq si? jednak sytuacje, w kto-rych dochodzi do koniecznosci otamowania rejonu sciany wraz z wysokocennym majqtkiem w postaci obudowy zmechanizo-wanej, kombajnu scianowego i reszty wyposazenia sciany. Nie zawsze zachodzi jednak mozliwosc odzyskania utraconego sprz?tu, a jego koszt to niejednokrotnie wartosc przekraczajqca 100 mln zt. Dlatego to wtasnie profilaktyka zagrozenia pozarowego jest gtownym wyznacznikiem bezpieczenstwa w rejonie sciany w czasie eksploatacji poktadow w?gla.
Najwyzszy udziat kosztu profilaktyki przeciwpozarowej sta-nowi inertyzacja zrobow zawatowych oraz wynagrodzenia za roboczodniowki zwiqzane ze zwalczaniem zagrozenia pozaro-wego, w szczegolnosci roboczodniowki ratownikow przepraco-wane w ramach prac profilaktycznych. Nalezy tez zaznaczyc, ze nadrzçdnym warunkiem prowadzenia robot gorniczych jest bez-pieczenstwo zatogi, dlatego wielkosc kosztow prowadzonych prac profilaktycznych nie ma wiçkszego znaczenia.
Literature I Literatura
[1] Stan bezpieczenstwa i higieny pracy w gornictwie, https:// www.wug.gov.pl/bhp/zdarzenia [dostçp: 13.03.2022 r.].
[2] Rozporzqdzenie Ministra Energii z dnia 23 listopada 2016 r. (z pozn. zm.) w sprawie szczegotowych wymagan doty-czqcych prowadzenia ruchu podziemnych zaktadow gor-niczych (Dz. U. 2017, poz. 1118.).
[3] Maciejasz Z., Kruk F., Pozarypodziemne wkopalniach, Czqsc 1, Wydawnictwo „Slqsk", Katowice 1977.
[4] Cygankiewicz J., Prognozowanie procesu samozapalenia wçgla wpodziemiach kopaln, Wydawnictwo GIG, Katowice 2018.
[5] PN-93/G-04558 Wçgiel kamienny - Oznaczanie wskaznika samozapalnosci.
[6] Obracaj D., Korzec M., Vu T., The influence of the sample preparation on the result of coal propensity to spontaneous combustion in the high-temperature adiabatic method, „Journal of the Polish Mineral Engineering Society" 2021, 2 (1), 65-78.
[7] Struminski A., Zwalczanie pozarôw w kopalniach gtçbino-wych, Wydawnictwo „Slqsk", Katowice 1996.
[8] https://cen-rat.bytom.pl/inertyzacja/ [dostçp 13.03.2022].
[9] Projekty techniczne scian eksploatacyjnych dwoch spotek wçgla kamiennego (mat. niepublikowane).
[10] Projekty prac profilaktycznych dla scian eksploatacyjnych dwoch spotek wçgla kamiennego, (mat. niepublikowane).
[11 ] Musiot D., Dziafania w zakresie profilaktyk aerologicznych jako niezbqdny element nakladôw na wydobycie w scianach eksploatacyjnych, „Systemy wspomagania w inzynierii pro-dukcji, Gornictwo - perspektywy i zagrozenia" 2016, 1 (13), 122-137.
[12] Musiot D., Koszty prac profilaktycznych w aspekcie zagrozenia metanowego dla wybranych rejonôw scian eksploatacyjnych, „Wiadomosci Gornicze" 2017, 6, 2017, 317-326.
[13] Musiot D., Koszty profilaktyk aerologicznych w porôwnaniu do ceny wqgla w warunkach jednej z kopaln wqgla kamiennego, Systemy wspomagania winzynieriiprodukcji, „Gornic-two Zrownowazonego Rozwoju" 2017, 6(2), 214-23.
[14] Musiot D., Ocena kosztôw prac profilaktycznych w ramach zagrozenia klimatycznego na przykiadzie wybranych scian eksploatacyjnych, [w:] Wybrane zagrozenia aerologiczne w polskich kopalniach, W. Dziurzynski (red.), Wydawnictwo Archives of Mining Sciences, Krakow 2019, 193-206.
[15] https://www.wnp.pl/gornictwo/notowania/ceny_wegla [dostçp 14.03.2022].
[16] Statystyki sredniego kursu Dolara Amerykanskiego w NBP za 2020 r.
[17] https://stat.gov.pl/sygnalne/komunikaty-i-obwieszczenia/ lista-komunikatow-i-obwieszczen/komunikat-w-sprawie--przecietnej-sredniorocznej-ceny-detalicznej-1000-kg-wegla--kamiennego-w-2020-roku,53,8.html [dostçp 14.03.2022].
DARIUSZ MUSIOt, PH.D. ENG. - graduate of the Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology. Long-term scientific and didactic employee. Long-term manager of postgraduate studies "Aerology and Mine Rescue" at the Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation of the Silesian University of Technology. Expert of the State Mining Authority in Katowice in the field of methane and dust hazards, fire hazard and climatic hazard. Expert at the Management Board Office of Jastrz^bska Spotka W^glowa S.A. Deputy chairman of the Mining Aerology Section of the Katowice Branch of the Polish Academy of Sciences and mem -ber of the Mining Commission of the Katowice Branch of the Polish Academy of Sciences. The author's main area of specialisation is methane, fire and climate hazards, ventilation networks in mines and their ventilation.
DR INZ. DARIUSZ MUSIOt - absolwent Wydziatu Górnictwa i Geolo-gii Politechniki Slgskiej. Dtugoletni pracownik naukowo-dydaktyczny. Wieloletni kierownik studiów podyplomowych „Aerologia i Ratownic-two Górnicze" na Wydziale Górnictwa, Inzynierii Bezpieczenstwa i Automatyki Przemystowej Politechniki Slgskiej. Rzeczoznawca Wyzszego Urzçdu Górniczego w Katowicach w grupach zagrozenia metanowego i pytowego, zagrozenia pozarowego i zagrozenia klimatycznego. Rzeczoznawca w Biurze Zarzgdu Jastrzçbskiej Spótki Wçglowej S.A. Zastçpca przewodniczgcego Sekcji Aerologii Górni-czej PAN oddziatu w Katowicach oraz cztonek Komisji Górniczej PAN oddziatu w Katowicach. Gtównym obszarem specjalizacji autora sg zagrozenia metanowe, pozarowe i klimatyczne, sieci wentylacyjne kopaln oraz ich wentylacja.
