A MISKOLCI
EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat
BÁNYÁSZAT 36. KÖTET • 1—4. FÜZET A Bányaműveléstani Tanszék alapításának 220 éves Jubileuma és Dr. he. Dr. he. ZAMBÓ JÁNOS akadémikus, egyetemi tanár 75. születésnapja alkalmából rendezett emlékülés előadásai Miskolc, 1991. május 2—3.
MISKOLC, 1991.
A MISKOLCI
EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat
BÁNYÁSZAT 36. KÖTET • 1—4. FÜZET A Bányaműveléstani Tanszék alapításának 220 éves jubileuma és Dr. he. Dr. he. ZAMBÓ JÁNOS akadémikus, egyetemi tanár 75. születésnapja alkalmából rendezett emlékülés előadásai Miskolc, 1991. május 2—3.
MISKOLC, 1991.
HU - ISSN 0 3 2 4 - 6 6 2 0
SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: KOVÁCS FERENC felelős szerkesztő CSÓKÁS JÁNOS, KOLOZSVÁRI GÁBOR, SOMFAI ATTILA, TARJÁN IVÁN
Kiadja a Miskolci Egyetem A kiadásért felelős: Dr. Cselényi József rektorhelyettes ME Sokszorosító Üzeme Nyomdaszám: KSZ - 91 - 500 ME Miskolc-Egyetemváros, 1991. Sajtó alá rendezte: Dr. Farkas József egyetemi tanár Megjelent az ME Közlemények Szerkesztőségének gondozásában Technikai szerkesztők: Bánóczy Árpád, Márkus Lászlóné, Németh Zoltánné Kézirat szedése: 1991. jan. 29. - 1991. ápr. 2. Sokszorosítóba leadva: 1991. ápr. 4. Példányszám: 325 Készült számítógépes szedéssel, rotaprint lemezről az MSZ 5601-59 és 5602-55 szabványok szerint, 8 B/5 ív terjedelemben A sokszorosításért felelős: Kovács Tiborné üzemvezető
KÖSZÖNTŐ A "Tudományos kutatás a bányászat szolgálatában" című tu dományos konferencia megrendezésével megemlékezünk a Bányaműveléstani Tanszék alapításának 220 éves jubileumáról és köszöntjük 75. születésnapja alkalmából Dr. Zambó János egyetemi tanár urat, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagját. Hasonló rendezvényre korábban az 1985-86-os jubileumi ta név ünnepségei keretében került sor, amikor a magyarországi mű szaki felsőoktatás megindulásának 250 éves évfordulója alkalmá ból az aktuális eseményeinkről is méltóképpen megemlékeztünk. Az elmúlt öt esztendőben a Bányamüveléstani Tanszék nagy súlyt helyezett az általa oktatott tananyagnak a korszerű gyakorla ti igényekhez igazodó tudományos megalapozására, a moduláris ok tatási rendszer programjainak bevezetésére és széles körű kiterjesz tésére. A legújabb időkben pedig a tanszék oktatói aktívan részt vesznek számos olyan kezdeményezésben, például a Bányász Pro fesszorok Társasága (Society of Mining Professors) keretében, amelyeknek a célja az európai bányászati felsőfokú oktatási intéz ményekben a tananyagok magas színvonalú egységesítése a bánya mérnöki végzettség kölcsönös elismerhetősége érdekében. A tudományos kutatómunka terén a tanszék tevékenysége iga zodott a különböző bányászati ágazatok feladataihoz és a nemzet közi együttműködési lehetőségek keretében folyó fő kutatási irány3
zatokhoz. Hazai vonatkozásban a legjelentősebb alapkutatási jelle gű eredmények az OTKA (Országos Távlati Kutatási Alap) anyagi támogatásával születtek, nemzetközi vonatkozásban a kutatási együttműködés a társintézményekkel (Berlin, Clausthal, Freiberg, Leoben, Moszkva, stb.) kétoldalúan, illetve több kutatóhely koordi nált összefogásával a TEMPUS-program keretében mélyült el. A tanszéki kutatások kiemelt fő területei voltak a közelmúlt ban: a bányászati és egyéb ipari létesítmények telepítése és re konstrukciós feladatai; a különböző bányászati technológiai rend szerek (külfejtés, mélyművelés, víznívó alóli kitermelés fúrólyukas művelés) főparamétereinek analitikus vizsgálata, bányagazdaságtani elemzések és a különböző hasznosítható ásványelő fordulás műrevalósági minősítése; a szilárdásvány előfordulások korszerű kuta tási, feltárási és kitermelési megoldásainak kidolgozása; a kőzet és a geomechanikai feladatok megoldása, a bányászati és az egyéb célú földalatti üregek kialakítása és biztosítási módjainak mérete zése, kőzetmozgások és az azokhoz kapcsolódó bányakárok vizsgá lata; a természeti, illetve az elemi bányaveszélyek elleni védekezési módszerek fejlesztése, bányaszellőztetés és klimatizáció, munka- és egészségvédelem, bányamentés módszereinek, eszközeinek, eljárásai nak tökéletesítése; a jövesztés- és robbantástechnika és egyéb kü lönleges jövesztési megoldások kidolgozása a természeti környezet védelem követelményeinek és előírásainak figyelembevételével; új típusú, a természeti környezetet kíméletesen igénybe vevő bányászati technikai és technológiai megoldások alapelveinek kimunkálása és gyakorlati felhasználási lehetőségeinek elemzése; különböző számí tógépes tervezési módszerek és szakértői rendszerek kidolgozása, valamint nemzetközi együttműködésben való továbbfejlesztése. A felemlített, de még számos egyéb területen is a tanszéken folyó ku tatások jelentős elvi és gyakorlati eredményeket hoztak, amelyek hasznosságát a bányászati gyakorlat igazolta és új probléma felve téseivel a továbbiakban is hosszú távra igényli. A tanszék oktatási és kutatási feladatainak megoldásában a közelmúltban és napjainkban is dr. Zambó János professzor az egyéniségére jellemző alapos és széles körű tudásával vesz részt. 4
Munkáival és véleménynyilvánításával segít a legbonyolultabb kér dések vizsgálatában, világos, szakmailag tartalmas megoldásában. Egyéniségét és oktató-kutató munkáját a hazai és a széles körű nemzetközi bányásztársadalom által egyaránt elismert saját ered ményei mellett, az általa kinevelt és új utakon elindított tanítvá nyok alkotásai is fémjelzik. Jelen konferencia előadásaival meghatottan és további sike res éveket kívánva hajtunk fejet a 220 esztendős Bányamüveléstani Tanszék előtt és tisztelettel, szeretettel köszöntjük annak professzo rát a 75. születésnapját ünneplő Dr. he. Dr. he. Dr. Zambó János akadémikust, kívánva neki azt, hogy jó erőben és egészségben még nagyon sokáig tevékenykedhessen a bányamérnökképzés valamint a hazai és a nemzetközi bányászat műszaki-tudományos fejlesztésé nek javára.
Tanítványok és Tisztelők nevében Kovács Ferenc tszv. egyetemi tanár
5
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. filzet, 7-14.
A LEGFONTOSABB TERMÉSZETI PARAMÉTEREK SZEREPE A BÁNYÁK GAZDASÁGOSSÁGÁNAK ELŐZETES VIZSGÁLATÁBAN ZAMBÓJ.
Összefoglalás A gazdaságosság előzetes megítélésének általánosan elfogadott monetáris mutatója az ún. belsó kamat. Egy adott előforduláshoz rendelt belsó kamat függvénye a világpiaci árnak, az előfordulás természeti paramétereinek (minőség, mennyiség, tektonika, hely, mélység, kőzetmechanikai jellemzők, víz-, gázveszély stb.). A természeti paraméterekben bizonytalanság rejlik, ezért általában a gazdaságosságnak kritériuma, hogy a belső kamat kb. 50 %-kal haladja meg a normatív kamatot. A szerző a hazai viszonyok alapján meghatározza, milyen feltételek mellett lehetne gazdaságosan a hazai szénnek import szénnel való helyettesítése és megállapítja, hogy ezek a feltételek nincsenek meg.
Az előfordulás várható gazdaságosságának becslésében a tisztán monetáris szemléletet tekintve alapul szolgálhat az ún. belső kamat számítása. Ennek a számí tásnak megvannak az ismert összefüggései, amelyek alapján a matematikai össze függések könnyen felírhatok. A mai számítástechnikának nem okoz gondot a várha tó belső kamat számítása, más szóval nem számítástechnikai problémáról van szó. A probléma a gépbe táplált értékek bizonytalanságában rejlik.
DR. ZAMBÓ JÁNOS egyetemi tanár az MTA tagja MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
7
Ha szénelőfordulásról van szó, akkor a két legfontosabb paraméter a várható szénár (Ft/GJ) és a várható önköltség (Ft/GJ). Mondanom sem kell, hogy mindkét paraméter több alparaméter függvénye. Azt tudom, hogy néhány hazai szénelőfor dulás esetében külföldi szakértőket kértek fel a gazdaságosság megítélésére, azt is tudom, hogy ítéletük alapja a belső kamatra támaszkodott. így például Dubicsány esetében gyakorlatilag ugyanazt a belső kamatot mutatták ki, amit a hazai vállalat korábban kimutatott. Ezzel kapcsolatban két kérdést legyen szabad feltennem. Az egyik: mi szükség volt külföldi szakértőkre, a másik pedig: a külföldi szakértők anyagát miért nem hozták nyilvánosságra. A feleleteket szükségtelen nekem megad nom, azt megteheti mindenki saját magának. Az ár kérdésében természetesen a vüágpiaci ár a mérvadó, amely az idő függvényében előre ki nem számítható mértékben változhat. Ez egy olyan rizikófak tor, amely mindig is érvényesült és így lesz ez a jövőben is. Könnyű azt mondani, hogy a világpiaci árat kell alapul venni, van ugyanis egy lényeges probléma, egysze rűen szólva: a világpiaci árat le kell fordítani magyarra. Ez a lefordítás korántsem olyan egyszerű, mint amilyennek bizonyos nagyvonalúsággal kezelni szokták. A nemzetközi piacon megvásárolható szén árához természetesen hozzászá mítják a szállítási költséget is, de ebben a számításban figyelmen kívül hagyják azt, hogy a belföldi szállítmányozás zavartalansága érdekében bizonyos belföldi szállítási kapacitásbővítést is figyelembe kell venni. Ugyancsak figyelmen kívül hagyják azt a körülményt, hogy a hazai széntüzelésű erőművek fogadóállomását nem elhanyagol ható ráfordítással alkalmassá kell tenni az import szén fogadására, talán még ennél is jelentősebb a tüzelőberendezések átalakítása, ami költségekkel jár és bizonyos időre kapacitáskiesést jelent. Nem nehéz belátni, hogy egészen más a helyzet egy kemény valutában kirívóan nagy mértékben eladósodott országban, mint ott, ahol a kemény valutás külkereskedelmi fizetési mérleg tartósan és jelentékeny módon szufficites. Minden, csak általánosságokkal operáló közgazdasági eszemefuttatásokkal szemben ki kell mondani az egyetlen, valóban racionális és konkrét közgazdasá gi tételt: a magyar szénnek import szénnel való helyettesítése csak akkor lenne raci onális, ha a bányászatban felszabaduló munkaerő viszonylag rövid idő alatt olyan mértékben tudna kemény valutát kitermelni, hogy az fölözötten fedezze az átállás és folyamatosan biztonságos ellátás költségeit. Talán mondanom sem kellene, hogy ez az izig-vérig valóban közgazdasági premissza az illúziók világába tartozik, pedig minden más közgazdasági eszmefuttatás hamis, egyenesen abszurdum. Úgy tűnik, hogy ebből az obscurus gondolkodásból a magyar közgazdaság hangadói nem tud nak kitörni, lehet, hogy nem is akarnak. Hamis, nem racionális az a közgazdasági mende-monda, hogy valakik mások kitermelik a szükséges keményvalutát, a bányászokat pedig elküldik nyugdíjba vagy fizetik a munkanélküli segélyt. Ha vannak vagy lesznek mások, akik gazdaságosan tudnak kemény valutát kitermelni, annak csak örülni lehet, hiszen egy rendkívüli mértékben eladósodott országban élünk, amit nyerhetünk a vámon, nem veszíthet-
8
jük el a réven. Legyünk azonban objektívek, vannak teendők a bányászaton belül is, csakúgy mint az ipar minden más területén, ezek között talán a legsúlyosabb a tel jesítményekkel arányos bérkiáramlás megvalósítása. Az eocénprogram eredeti formájának sikertelensége árnyékot vetett az egész magyar szénbányászatra. Most ne keressük, hogy ebben a kérdésben ki mikor mit mondott és mit tett, erre majd a dokumentációs anyag teljes feltárása fog feleletet adni, az utólagos feltételezéseknek nincs sok értelme, mégis egy dolgot nem hallgat hatok el: ha annak idején valami oknál fogva a programból nem lett volna semmi, akkor most kezdenének hozzá, talán még kárhoztatnák is azokat, akik ezt esetleg megakadályozhatták volna, mondván: itt fekszik egy viszonylag tekintélyes mennyi ségű és viszonylag jó minőségű szénvagyon és azt nem használták ki. A szigorúan monetáris szemléletű közgazdászok ebben a kérdésben ezideig megmaradtak az általánosságoknál, pedig tudni kellene, hogy általános megfogalma zásokkal a vüág- vagy nemzetgazdaságban sehol és sohasem oldottak meg problémá kat, ennek megfelelően a magyar energiaellátás jövőjének biztosítása nem oldható meg szépen hangzó, de valójában semmitmondó közgazdasági általánosságokkal. A szigorúan monetáris gazdaságosságnak természetesen megvan a maga ma tematikai összefüggése: n
E
K
m
E=2 iP" -2 rPm-'+Em Í'=
>
1
r= 1
ahol Ei az /-ik év nyeresége, Kr az r-ik év beruházási összege, Em az ún. maradé kérték, p a kamattényező, amikor /7=1+0,01A ahol A a kamatláb (%). n az üzemidő években, m elvüeg" az az időtartam, amely a beruházás megkezdésétől az üzemidő végéig tart. Amíg az Ei érték az üzemidő min den évében jelentkezik, addig a Kr érték zöme a beruházási idő alatt jelentkezik, de jelentkezhet később is pótlólagos beruházásként, más szóval ez azt jelenti, hogy míg az alapösszefüggés első tagja hézagmentesen folyamatos, addig a második tag csak a beruházási időszakban lehet hézagmentesen folyamatos, a későbbiekben csak eseti lehet. Ha E = 0, akkor az ehhez rendelt A a belső kamat. Ha egy adott esetben az Ej, Kr Em-értékeket adottnak tekintjük, még akkor is a belső kamat csak iterációs vagy grafikus eljárással mutatható ki, ez azonban a mai számítástechnikában nem probléma. Az a körülmény, hogy az E^ Kr, Em, n, m -értékek is változhatnak még egy adott előfordulás esetében is, elsősorban az évi termelési kapacitás függvényé ben, csak tovább bonyolítja a megoldást. Persze számítástechnikailag ez sem jelent problémát. A probléma tehát nem a matematikai formula kezelésében van, hanem 9
abban, hogy a formulába behelyettesítendő értékek a - a p kivételével - az összes többi mennyire megbízható. Tekintsük elsőnek az iS^-értéket. Ez az érték több paraméter függvénye. Ne héz lenne valamennyit számbavenni, ezért csak a legfontosabbakat említjük meg. Az Et függvénye az árnak. Az ár lehet diktált ár vagy vüágpiaci ár. A diktált árhoz nincs hozzáfűznivalónk. A vüágpiaci ár egyrészt az idő függvényében változó, más részt kalkulálása nagyon is bonyolult és nem mentes szubjektív elemektől. Az is bi zonyos, hogy csak közgazdasági ismeretekkel nem is számítható a már említett okok miatt. Az ii ,-érték egy adott előfordulás esetében más a felfutás, más a virágzás és más a hanyatlás időszakában, mert a termelési költség más és más az egyes idősza kokban. A termelési költség ugyanis szorosan összefügg a termelési kapacitással. Azon persze lehet vitatkozni, hogy ez az összefüggés müyen természetű, de maga az összefüggés nem lehet kétséges. A két formula lehet:
K = acf vagy K = aq + b Az első formulának az az előnye, hogy a ^ kitevő nemzetközi, más szóval nemzetközi adatok is felhasználhatók a kitevő meghatározásában, a második formu la egy adott előfordulásra kalkulálható, viszont a kalkulációt meg kell ismételni, ha az előzetes ^-érték a számított optimális ^-értéktől számottevően eltér, mert az ún. állandó érték (b) nem független a ^-értéktől. Sokszor és sok helyen felmerül a kérdés: üyen előre kiszámíthatatlan és nagyfokú infláció mellett az ilyen számításoknak nincs értelme. A belső kamat lé nyegéből fakad, hogy ehhez nincs köze az inflációnak, csak a nemzetközi normatív kamatláb változásának lehet szerepe, ennek a változása pedig általában kisebb, mint a kalkuláció bizonytalansága. Ezt kivédendő alakult ki az a nemzetközüeg elfoga dott norma, hogy a belső kamat akkor tekinthető megbízhatónak, ha az legalább 50 %-kal meghaladja a normatív kamatot. Persze ez nemcsak a normatív kamat inga dozásában rejlő kockázat ellensúlyozását célozza, de fedezni kívánja a kalkuláció ban rejlő kockázatot is. Ma 12-13 %-os belső kamat már elfogadhatónak számít, ha a nemzetközi normatív kamatlábat 8 %-nak tekintjük. Természetesen az üyen előzetes számítások mindig kimutatnak egy optimális termelési kapacitást. A belső kamathoz tartozik egy optimális termelési kapacitás (qb), a normatív kamathoz pedig egy másik optimális termelési kapacitás számítha tó (qn). Elvileg vitatható, hogy két optimális kapacitás közül melyik a helyesebb,
10
gyakorlatilag azonban több valós eset alapján megállapítható, hogy a két optimális termelési kapacitás között nincs számottevő különbség. Elvileg csak annyi rögzíthe tő: ha a vállalkozás saját pénzeszközeit használja fel a beruházási tevékenységében, akkor a belső kamathoz tartozó optimális kapacitás mérvadó, ha pedig a vállalkozás normatív kamattal kénytelen szembesülni, akkor a normatív kamat szerinti optimá lis termelési kapacitás a célravezetőbb. A fenti, akadémikusnak is tekinthető eszmefuttatás - legalább is nálunk nem érdemel különösebb figyelmet. Ennek egyszerű oka van, a gyakorlat ugyanis azt mutatja, hogy a számítolt optimális kapacitás általában nagyobb, mint a megva lósítható termelési kapacitás. Hangsúlyozni kell, hogy ez a megállapítás nem általá nos érvényű, elsősorban a nem nagy szénvagyonnal rendelkező és geológiailag za vartabb előfordulásokra jellemző. A szigorúan monetáris jellegű összefüggés részletesebb elemzése - ettől itt a rövidség érdekében tekintsünk el - bizonyos anomáliákra hívja fel a figyelmet. Ezek közül a legdöntőbb az, hogy a monetáris szemlélet nem tiszteli az előfordulás kiter melhető ásványvagyonának mennyiségét. Ennek okát a diszkontálás természetében lehet megtalálni. Ez a megállapítás nem elvi megfontolások alapján rögzíthető, ha nem számszakilag viszonylag gyorsan és egyértelműen kimutatható. Talán egy példa segíthet eligazodni ebben a kérdésben. Legyen például az egyik előfordulás kiter melhető ásványvagyona 3 0 - 1 0 t, az igény pedig legyen 1,2 • 10 t/év. Legyen a másik szénelőfordulás kitermelhető szénvagyon 6 0 - 1 0 t, az igény pedig egyezzék meg az előbbivel. Nagyon egyszerűen kimutatható, hogy a monetáris szemlélet öszszefüggése szerint a belső kamat a két esetben alig különbözik egymástól, gyakorla tilag a változás elhanyagolható, ha az igény vagy a lehetséges termelési kapacitás rögzített. Nem segít ezen még az ún. maradékérték (Em) sem, hiszen a bányászat természetéből adódik, hogy a maradékérték zöme (a földalatti létesítmények) a vál lalkozás befejezése után gyakorlatilag értékét veszti. A belső kamathoz is és a normatív kamathoz is tartozik egy-egy optimális termelési kapacitás. Bár a kérdésnek lényegében csak elvi jelentősége van, mégis rögzíteni kell az alábbiakat. A belső kamat szerinti optimális termelési kapacitás mint már említettük - akkor előnyösebb, ha a vállalkozás saját pénzeszközeit hasz nálja fel a bányaüzem megépítésére, a normatív kamat szerinti optimális kapacitás pedig akkor ad jobb eredményt, ha a vállalkozás külső pénzeszközöket vesz igénybe. Nem lehet tehát a normatív kamat alapján kimutatott optimális termelési kapaci tást olyan alapon megkérdőjelezni, miszerint csak azért alkalmazzák, mert számítá sa lényegesen egyszerűbb. Ma már nincsen számottevő különbség az egyszerűbbnek vagy nehezebbnek látszó matematikai megoldások között, különösen akkor, ha a számítógép grafikus megoldását is elfogadjuk. Ezt megtehetjük, hiszen a grafikus megoldás pontossága nagyon is elégséges, teljesen elhanyagolható a paraméterekben rejlő bizonytalansághoz viszonyítva.
11
A számításokban szereplő paraméterek bizonytalanságában a természeti pa raméterek bizonytalansága döntő szerepet játszik. A természeti paraméterek közül a minőség paramétere a legkevésbé bizonytalan, hiszen egy szénelőfordulás esetében a lefúrt lyukak adatai alapján a minőség elfogadható megbízhatósággal adható meg. Nem úgy van ez a többi természeti paraméter esetében. Természetesen az összes le hetséges természeti paramétert számbavenni nagyon körülményes és hosszadalmas lenne, ezért csak a leglényegesebbeket említjük meg. Egy szénelőfordulás kitermelhető szénvagyonának becslése ma lényegesen nehezebb, mint volt néhány évtizeddel ezelőtt. A gépesített frontfejtések elterjedése előtérbe hozta a tektonika szerepét, más szóval a tektonika nagy mértékben megha tározza az előfordulás értékét. Rendkívül fontossá vált az előfordulás tektonikájá nak előzetes és minél pontosabb megismerése, ez ma azt jelenti, hogy egy szénelő fordulásban megbízhatóan kell kijelölni a kétségtelenül összefüggő táblás mezőket, mert csak ezeknek ismeretében lehet meghatározni elfogadható pontossággal a ki termelhető vagyont. Emellett még lényeges szerepe van a telep vagy telepek vastag ság-változásának is, hiszen minél nagyobb fokú a vastagságváltozás, annál nagyobb az ún. fejtési veszteség. Az összefüggő táblák előzetes kimutatásának legjobb mód szere a simulósíkos eljárás a régi izohipszás módszerrel szemben, egyszerűen azért, mert az előbbi objektív módszer, az utóbbiban pedig szükségszerűen megjelennek a szubjektív elemek, hiszen mindenki tudja, hogy egy szénelőfordulásnak annyi izo hipszás térképe lehetséges, ahányan annak megszerkesztésére vállalkoznak. Ennek a problémának csak a legfontosabb vonásait érintettem, a teljes kifejtése nagyon tág teret kívánna meg. A második jelentős problémakörbe a kőzetmechanikai viszonyok sorolhatók. Erről legalább olyan bőven lehetne szólni, mint az előzőről és az előfordulás értéke lésében szerepe nem kisebb. Szerencsére a kőzetmechanikai viszonyok előzetes meg ismerésére ma már lényegesen nagyobb gondot fordítanak, mint korábban és az ér tékelés tudománya is nagyon sokat fejlődött, bár még mindig előfordulnak olyan esetek, amikor éppen az előzetes megítélések elmaradása következtében meglepeté sek érhetnek bennünket. Erre több példát is lehetne felhozni, de egyrészt ettől itt és most tartózkodni szeretnék, másrészt megteszik ezt helyettem mások. Hazánkban különös jelentősége van a vízkérdésnek, igaz nincs még egy olyan ország, ahol a bányászatnak annyi tapasztalata lenne, mint ebben a kicsi országban. Ennek ellenére mégis azt kellett tapasztalnunk az elmúlt években, hogy mérvadóbb nak számított egy külföldi szakértőcsoport véleménye, olyanoké, akiknek ezen a te rületen nem is lehettek tapasztalataik, ugyanakkor itthon meglehetősen ködös el képzelések, ún. elméletek születtek és közben egyre inkább feledésbe merültek elődeink bevált módszerei, amelyek nélkül például Dorog annak idején ellehetetle nült volna. Természetesen vannak még más olyan természeti paraméterek, amelyek a szénelőfordulás értékének becslésében számottevő szerepet játszanak (gázveszély, 12
meredek dőlés, mélység), de ne menjünk bele a részletekbe, mert a teljesség nagyon messze vezetne. Annyi azonban bizonyos, hogy ma már nem követhető az az évtize dek előtt követett módszer, amely például a kitermelhető szénvagyon és a geológiai szénvagyon között nem tett lényegbevágó különbséget. Magyarország geológiailag is mert szénvagyona többé-kevésbé ismert, de még mindig nem ismert kellő mértékben az, hogy ebből mennyi a gazdaságosan kitermelhető vagyon. Vonatkozik ez a külfej téssel művelhető lignitvagyonra is. Talán elég, ha csak két példát említek, az egyik a mecseki liaszelőfordulás, a másik az Ajka EL előfordulás. A mennyiség mindkét he lyen tekintélyes, legalább is hazai vonatkozásban. A liaszelőfordulással nem kívánok részletesebben foglalkozni, hiszen ennek az előfordulásnak a problematikája a szakmában meglehetősen ismert. Nem mehe tek el azonban szó nélkül az Ajka II. előfordulás mellett. Az első négy fúrás az elő fordulás északi részén kereken 600 m mélységben tárta fel az ajkai jellegű előfor dulást. Ezek alapján meg lehetett állapítani, hogy a négy fúrás simulósíkja nagyon kedvező, az előfordulás dőlésiránya hozzávetőlegesen északirányú, a dőlésszög pedig kereken 7*-ra tehető, ami kereken 100 %©-os emelkedést jelent. Logikus volt tehát az a következtetés, hogy a következő fúrásokat délirányban kell telepíteni és így várható, hogy a mélység Idlométerenként 100 m-rel csökken. Előfordult már a bányászatban, hogy a meglevő ismeretekre támaszkodó, lo gikusnak látszó prognózis nem jött be. Ezt történt Ajka n. esetében is, dél felé ha ladva az előfordulás emelkedése nem következett be, az újabb fúrások arról tanús kodtak, hogy dél felé haladva szokatlanul nagy lezökkenések vannak, de ezeknek a morfológiájáról még csak hozzávetőleges képet sem lehetett nyerni. Ajka II. tektonikájáról a lemélyített fúrások alapján egyáltalán nem lehet ké pet alkotni, annak ellenére, hogy számítógépes eljárással megrajzoltatták az előfor dulás izohipszás térképét. Aki egy kicsit is járatos a szénelőfordulások föld alatti világában, az ezen az izohipszás térképen csak mosolyoghat. Kár, hogy ezt a körül ményt kellő időben nem vették észre. Ajka n-vel kapcsolatban még két problémáról is kell szólni. Az egyik a víz kérdés, a másik kőzetmechanikai kérdés, elsősorban a nagy mélység miatt. Mind kettőről nagyon is kiterjedt tanulmányt lehetne írni. Ezt nincs szándékomban meg tenni, de magamban már többször is végiggondoltam. Az az állítás, miszerint egy esetleges részleges lefejtéssel elérhető az, hogy fedővizek nem jutnak be a bányatér ségbe, nem állja meg a helyét. Természetesen elméletüeg sok mindent ki lehet fun dálni. Annyi bizonyos, hogy Ajka II. és a régi ajkai előfordulás eredetüeg egy és ugyanaz volt, az elkülönülés az utólagos, hatalmas kéregmozgások következménye. Számomra egyetlen elmélet sem tudja megmagyarázni, amiket sajnos tapasztalnom kellett, nevezetesen azt, hogy az Ajka II-höz legközebb első régi ajkai medencében szűz területen, elővájásban vagy fejtésindításkor nagymérvű vízbetörések voltak. Szerencsére ezeken a helyeken kimutathatóan nem volt meg a fedő és a fekűvizek közötti kommunikáció, ami Ajka IL esetében megvan, valószínűleg a rendkívül nagy 13
vetők következtében. Azt is valószínűnek kell tartanom, hogy a függőleges aknák le mélyítése nagyobbrészt csak cementálásos eljárassál lenne megvalósítható. A kőzetmechanikai problémákkal nem kívánok foglalkozni, csupán arra sze retném felhívni a figyelmet, hogy a hézagos lefejtés a nehézségeket szükségszerűen fokozza az áthárított nyomás következtében. Ezt a megállapítást nem valami tudo mányos megfontolás alapján teszem, a tapasztalat mondatja velem. Mindezek alap ján úgy gondolom, itt lenne az ideje már, hogy egy illúziótól végképp megszabadul junk. Még Dubicsányról szeretnénk néhány szót szólni. A dubicsányi előfordulás valóságos tektonikája nem nagyon fog hasonlítani az elfogadott izohipszás térkép által elképzelt tektonikához. A másik pedig az, hogy Dubicsányban nem fognak tar tósan évi kétmillió tonnát termelni, jó, ha átlagban az évi egymillió tonna megvaló sulhat. Azzal is számolni kell, hogy kb. a geológiai vagyonnak a fele lesz gazdaságo san kitermelhető, nemcsak a tektonika miatt, de bele fog játszani ebben az erősen változó vastagság is. Mindezek ellenére hiba lenne Dubicsányról lemondani. Igaz, a helyzet egyelőre teljesen kilátástalan és félő, hogy néhány év múlva a halogatásnak kapkodás lesz a következménye. Sok mindenre lehet számítani, csak arra nem, hogy a jövőbe látó racionális gondolkodás utat tör magának.
THE ROLE OF THE MORE IMPORTANT NATURAL PARAMETERS IN THE PRELIMINARY PROFITABILITY EXAMINATION OF MINES by J. ZAMBO Summary At preliminary consideration of profitability the generally accepted index number is the so-called intrinsic interest. The intrinsic interest for a given deposit is the function of the world market price, natural parameters of the deposit (quality, quantity, tectonics, place, depth, rock-mechanical characteristics, water-, gas-danger etc.) . There is uncertainty in the natural parameters, so in general the criterion for the profitability is that the intrinsic interest should exceed the normative interest approximately by 50 percentages. Upon Hungarian circumstances the author determines those conditions under which the substitution of the Hungarian coal with import coal could be profitable and it is established, that these conditions are missing.
14
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 15-20.
A BÁNYÁSZATI TUDOMÁNYRÓL KOVÁCS F. - PATVAROS J.
Összefoglaló A bányászat számos tudományterület eredményeit szintetizálóan hasznosítja. A tudományos eredmények hasznosulása az alapvető bányászati technológiai rendszerekben (külfejtés, mélymflvelés, víznívó alóli kitermelés, fúrólyukas lefejtés) legmarkánsabban az ásványvagyon hatékony kiaknázásában és a tágabb természeti környezet kíméletes igénybevételében jelentkezik.
1. Bevezetés A társadalom nyersanyagigényének hatékony kielégítésében a bányászatnak mint primer nyersanyagtermelő iparágnak döntő szerepe van. Vonatkozik ez külö nösen a meg nem újítható energiahordozó ásványanyagokra.
DR. KOVÁCS FERENC tanszékvezető egyetemi tanár az MTA levelező tagja
DR. PATVAROS JÓZSEF egyetemi tanár a műszaki tudomány doktora
MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék A kézirat beérkezett: 1991. febr.
15
A fémek esetében egyre nagyobb jelentősége van a másodlagos, vagy akár többszörös újrahasznosításnak, az úgynevezett reciklálásnak. A fémek újbóli fel használásának legfőbb előnye, hogy a hasznos ásványi alkotókat már nagy koncent rációban tartalmazzák s ezért a feldolgozásuk lényegesen kisebb anyagi ráfordítá sokkal történhet, mint a bányászat által termelt primer ásványanyagoknak. A harmadik nyersanyagtermelő ágazatot a vegyipar jelenti, amely egyrészt helyettesítő, másrészt egészen új tulajdonságú anyagok előállítását teszi lehetővé. A másodlagos, illetve a vegyipari termék előállítás azonban végső soron min dig csak meghatározott primer bányászati nyersanyagtermelésre támaszkodva lehet séges. Természetesen a tudományos-technikai fejlődés eredményeként az összes nyersanyag ellátásban az említett három fő ágazat részaránya időben eltérő mérték ben alakul. Az utóbbi két évtizedre az jellemző az iparilag fejlett országokban, hogy a másodlagos és a vegyipari nyersanyag-hasznosítás hányada növekedik, ami mérséklőleg hat a működő bányák termelésére, illetve az új, kedvezőtlenebb földrajzi vagy földtani adottságú ásványelőfordulások igénybevételére. A továbbiakban a bonyolult összefüggések miatt célunk a nyersanyag-ellátást biztosító ágazatok önálló, illetve kolcsönhatasos fejlődésének részletes elemzése. Az is túlságosan messzire vezetne, ha a bányászat műszaki-gazdasági-biztonsági haté konyságát növelő irányokban a bányászatnak ezekre gyakorolt sokirányú hatásait elemeznénk. Jelen tanulmányban azt próbáljuk bemutatni, hogy a tudományos fejlődés eredményei végső soron miként biztosítják a különböző bányászati technológiai rendszerek önálló, vagy kombinált felhasználásával az ásványelőfordulások minél hatékonyabb kiaknázását a tágabb természeti környezet kíméletes igénybevételével. 2. Tudományos eredmények hasznosulása a bányászatban A földkéregben található bármilyen halmazállapotú ásványi nyersanyag (szi lárd, cseppfolyós, légnemű) kitermelése négy alapvető bányászati technológiai rend szerrel (külfejtés, mélyművelés, víznívó alóli lefejtés, fúrólyukas művelés), illetve azok célszerű tér és időbeli kombinációival lehetséges. Ezek a felhasználási területek vonatkozásában általában a következő jellem zőkben különböznek: a termelési kapacitás, a kitermeléssel kapcsolatos ásványvagyon veszteség és hígulás, a termelés eszközei és módszerei,
16
-
a kitermeléshez szükséges infrastruktúra
-
a gazdaságos művelési határmélység.
Adott bányászati technológiai rendszer alkalmazását, illetve arra vonatkozó an az említett jellemzők alakulását az ásványelőfordulás földtani adottságai döntő en befolyásolják. így például a talaj illetve rétegvízzel átitatott lazaszerkezetű (ho mok, kavics) előfordulások kitermelése műszakilag-gazdaságilag-biztonságUag haté konyan kizárólag víznívó alóli úszókotrós műveléssel valósítható meg. Egy másik példaként említhetők meg a nagymélységű szénhidrogén előfordulások, amelyek le művelése csupán fúrólyukas technológiai rendszerrel lehetséges. Természetesen van nak olyan ásványelőfordulások is, amelyeknek a kitermelésére térben és időben egy szerre vagy egymás után többféle bányászati technológiai rendszer is alkalmazható. A tudományos-technikai fejlődés további fontos eredménye, hogy az ás ványelőfordulások leművelésében előtérbe került a monokultúrás kitermelés helyett - amely kizárólag egy bányatermék kinyerésére irányult - az úgynevezett masszívum bányászat, amely az összes hasznosítható komponens (pl.: agyag, homok, szén, bau xit, víz) hasznosítását teszi lehetővé. Ennek a megoldásnak a legfontosabb műszaki gazdasági és természetvédelmi előnye, hogy a bányászati technológiák célszerű kombinálásával a földkéreg meghatározott tartományából sokféle ásványi nyers anyag állítható elő, amivel szükségtelenné válik azoknak térben szétszórt önálló le lőhelyekről történő kitermelése, másrészt egy adott térrészben megnő a bányaműve lés élettartama. A műszaki-tudományos fejlődés legutóbbi időkben bekövetkezett hatása, az hogy ha bármely bányászati technológiai rendszerben sikerül olyan berendezéseket, eljárásokat kifejleszteni, amelyekkel a termelési munkafolyamatok (jövesztés, rako dás, szállítás, biztosítás, bányatérség fenntartás illetve felhagyás) hatékonysága nö velhető, akkor azokat megfelelő módosításokkal más művelési megoldásokba is be vezetik. Példakent a külfejtésekben alkalmazott önjáró bányagépeknek a mélyműveléses ércbányákban való megjelenését lehet felemlíteni, amelynek hatására a terme lési eredmények az említett bányák teljes strukturális átalakulása (vágatszelvény te rületek és lejtésviszonyok) következett be. Fordított irányú hatásként lehet megem líteni a mélyműveléses bányákból a lejtős pályás szállítási eszközök átvételét a ré zsüket átvágó és a szállítási távolságokat jelentősen lerövidítő útvonalakra. A tudományos-technikai fejlődés a hatékonyan alkalmazható fejtésmódok fajtáját két alaptípusra a széles, illetve a keskenyhomlokúra csökkentette le például a mélyműveléses bányászatban. Ezen két fejtéstípus hatékonyságát adott települési feltételek esetén a munkafolyamatok elvégzésére szolgáló gépi berendezések hatá rozzák meg. A széles homlokú, másnéven a frontfejtések jellemző fejtési gépegysé gei: a fejtőgép - a láncos vonszoló - a gépi biztosítószerkezetek. A keskenyhomlokú, vagy kamratípusú fejtések jellegzetes gépei: az önjáró rakodó-szállítógép, egyedi támos biztosítószerkezetek. Nyugodt, táblás kifejlődésű ásványelőfordulások műszaki-
17
lag-gazdaságilag-biztonságilag hatékony kitermelése széleshomlokú komplexen gépe sített fejtésekkel, míg a tagoltabb, rugalmasabb alkalmazkodást igénylő területeké önjáró gépes kamrafejtésekkel valósítható meg. Az alapvető fejtésmódok alkalmazá sának részarányát az ásványelőfordulások kitermelésében a jövőben az azokban te lepített gépi berendezések fejlődésének illetve fejlesztésének eredményei és lehető ségei szabják ki. A géprendszerek fejlődésében a műszaki-tudományos eredmények gyakorlati hasznosulásaként két fő irányzat alakult ki, illetve halad tovább. Az egyiknél a munkafolyamatokat térben és időben egymáshoz célszerűen kapcsolódó gépláncok végzik el. A másiknál egy alapgépre rugalmasan fel- illetve leszerelhető eszközök hajtják végre a különböző műveleteket. A két alapvető géprendszer közötti válasz tásban adott munkahelyi feltételek között a legdöntőbb tényező az üzemi megbízha tóság, amelyet a meghatározott időtartamra jutó üzemzavar gyakoriság jellemez. A géprendszerek különböző fejlődési irányzata például a mélyműveléses bá nyászati technológiai rendszerben a következő három változatot hozta létre: a hagyományos aknás-vágathálózatos, másnéven a mechanikus technológiájú bányászatot a jellegzetes keskeny illetve széleshomlokú fejtésmódokkal. Erre a technológiai rendszer variánsra jelenleg a munkafolyamatok komplex gépesítése jellemző, a közeljövő fejlődése azonban már a részleges, és még tovább a teljes automatizálás irányába mutat. a hidromechanizációs bányászat még megtartja a hagyományos mechanikus technológiájú rendszer vágatstruktúráját, a munkafolyamatok elvégzésére szol gáló gépi berendezések (hidromonitor-csővezetékrendszer-zagyszivattyúk) azon ban már lényegesen eltérnek. A hidromechanizációs bányászati technológiai rendszer legfontosabb előnye egyéb megoldásokkal szemben az, hogy a munka folyamatok jelentős hányada (jövesztés-szállítás sőt még az ásvány-előkészítés is egyetlen munkaközegnek a segítségével - a vízzel - zárt körfolyamatos rend szerben valósítható meg). A hidromechanizációs rendszer szélesebb körű elter jedésében jelenleg a legfőbb akadályt a fejtési térség biztosítás nélkül fenntart ható viszonylag kis szélessége s ebből eredően a túl sok előkészítő vágathajtás jelenti. A jellemző fő technológiai egységek automatizálása viszont a hagyomá nyos mechanikus rendszernél jóval egyszerűbben valósítható meg. a halmazállapot változtatásos (másnéven a geotechnológiájú) bányászat a jelleg zetes technológiai egységeivel (munkaközeg - csővezetékrendszer - haszonközeg) megvalósítható a hagyományos vágathálózati struktúrával, de attól lényegesen eltérően a külszínről indított fúrólyukakon keresztül is. A geotechnológiájú bá nyászati technológiai rendszer hatékony gyakorlati elterjedésében jelenleg a legfőbb akadályt a közvetlen kitermelési munkafolyamatok mennyiségi és minő ségi jellemzőinek és a fejtési térség fenntartásának nehéz szabályozhatósága je-
18
lenti. Az említett nehézségek miatt a hatékony automatizálási megoldások ki dolgozása is egyelőre késik. A felemlített három technológiai rendszer variáns közös jövőbeli fejlődési irányzata különböző módszerekkel és eszközökkel az úgynevezett "embernélküli bá nyászat" megvalósításának irányába mutat. Ez lényegében azt jelenti, hogy a köz vetlen kitermelés több veszélyforrást jelentő környezetéből az ember jóval bizton ságosabb körülmények közé kerül az irányítási, ellenőrzési és karbantartási felada tok elvégzésére. A tudományos kutatási eredmények hasznosulása, vagy más néven a bá nyászati technológiai rendszerek tudományossága napjainkban a következő irányza tokkal jellemezhető: a termelés erős koncentrálásával, a műszaki, a gazdasági és a biztonsági haté konyság növelésével. A műszaki hatékonyság fokozása legjellemzőbben a telje sítmények emelését jelenti. A gazdaságosság javítása pedig meghatározott bá nyatermékek előállításakor a termelési költségek folyamatos mérséklését bizto sítja. A biztonsági hatékonyság növelése döntően a munkahelyi környezet ma gas színvonalú biztosítását jelenti a különböző intenzitású veszélyforrásokkal szemben. adott ásványelőfordulásból lehetőleg minden hasznosítható alkotó ésszerű vesz teséggel illetve hígulással történő kitermelésével. olyan műszaki megoldások alkalmazásával, amelyekkel a bányászat által érintett tágabb természeti környezet minimális mértékű tér- és időbeli igénybevétele biztosítható és a bányászati műveletek befejezése után az eredeti, vagy annál jobb minőségű környezeti körülmények állíthatók elő célszerű rekultiválássál, il letve meliorizálással. A kitermelt bányatérségek más forrásokból származó hul ladékoknak célszerű elhelyezésére szolgáló hasznosításával a bányászat az aktív környezetvédelmet szolgálhatja. A felemlített példák a teljesség igénye nélkül azt szemléltetik, hogy a bá nyászati ágazatok a legkülönbözőbb tudományterületek eredményeit egyre szélesebb körűen igyekeznek felhasználni a földkéreg meghatározott tartományában található hasznosítható ásványanyagok minél teljesebb kiaknázása érdekében, a tágabb ter mészeti környezet kíméletes igénybevételével.
19
ABOUT THE MINING SCIENCE by F. KOVÁCS - J. PATVAROS Summary Preventive, averting or overcoming solutions for environmental protection can be applied in the management of mining waste material. At putting these into practice in planning and management in addition to extraction ("source") the possibilities of own and other processing plants' consuming and receiving capacity ("receiver") should be taken in to consideration to a greater extent.
20
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. fizet, 21-31.
BÁNYAMEZŐ LEFEJTÉSI VÁLTOZATAINAK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A FRONTFEJTÉS KÖLTSÉGEI ALAPJÁN KOVÁCS F. - MOLNÁR J.
A lapos dőlésű középvastag széntelepek művelésének egyeduralkodó fejtés módja napjainkban a szeleshomloku frontfejtés, amelynek több fajtáját is elterjed ten alkalmazzák a világon. Nálunk az úgynevezett hazafelé haladó frontok a leggya koribbak, de természetesen más típusok is szóba jöhetnek. Azt, hogy a bányaműsza ki feltételek által lehetővé tett változatok közül melyiket a leginkább célszerű alkal mazni, költségeik összehasonlításával lehet eldönteni. A szerzők két aknaüzem Szeles és Rudolf - költségadatait felhasználva megvizsgálták, hogy e két szénbányá ban melyik frontfejtés típus a legjobb.
DR. KOVÁCS FERENC tanszékvezető egyetemi tanár a MTA levelező tagja
DR. MOLNÁR JÓZSEF egyetemi adjunktus
MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
21
A borsodi szénmedence lapos dőlésű széntelepeiben működő széles homlokú gépesített fejtések tűzvédelmi kérdéseit vizsgálva felvetődött az a kérdés, hogy me lyik az a fejtés-típus, amelyik szellőztetési és tűzvédelmi szempontból is megfelelő, valamint alkalmazásának költségei a lehető legkisebbek. Az egyes változatokat úgy hasonlítottuk össze, hogy egy modellként felvett bányamezőben gondolatban elhe lyeztük a különféle típusú frontokat, és kiszámítottuk, mekkora költségek merülnek fel az egyes esetekben. A számításokban kiemelt jelentőséget tulajdonítottunk a fej tési vágatokkal kapcsolatos költségelemeknek, ugyanis a fronthomlokok vitelének és a bányamező fő feltáró vágatpárjának költségei gyakorlatüag függetlenek attól, hogy mezőbe avagy hazafelé haladó fejtésről van-e szó. A modellként felvett bányamező olyan szintes széntelepben van, amelynek a fő vágatpár irányú kiterjedése 1000 m. A széntelepet a jövesztőgép egy szeletben tudja jöveszteni, a fejtések haladási iránya derékszöget zár be a bányamezőt feltáró gerincvágatpárral. A mezőt 10 egyszárnyú front fejti le, homlokhosszuk kb. 100 m, kifutási hosszukat paraméternek tekintettük: 300 illetve 600 m-nek vettük. Az egyes pászták között, ha a fronti szállítóvágatot nem tartják vissza fél széllel, 5 m széles pillér marad vissza. A fő vágatok közti távolságot és a vágatpillér szélességét 35 m-nek vettük. Hat változatot (hat különféle frontfejtés típust) vizsgáltunk meg, ezek a vál tozatok az 1-6. ábrákon láthatók. Az első kettőnél az egyes pászták között 5 m szé les pillér marad vissza, így a fejtéskísérő vágatok egyszeres felhasználásúak. Az 1. változatnál (1. ábra) a frontok mezőbe, a 2.-nál hazafelé haladók. A 3. és 4. válto zat (3. és 4. ábrák) az első kettőtől mindössze annyiban különbözik, hogy a fejtési szállítóvágatokat fél széllel visszatartják a következő front számára légvágatnak így a pászták között pülérek nem maradnak vissza. Az 5/a és 5/b esetek (5. és 6. áb rák) csak annyiban térnek el a 3.-tól és a 4.-től, hogy a szomszédos pasztákban a homlokok haladási iránya egymással ellentétes, azaz un. oda-vissza fejtésekről van szó. Ez azzal az előnnyel jár, hogy az egyik fejtés kiszerelő vágata pontosan egy vo nalba esik a soron következő beszerelő vágatával, így frontszereléskor a nagy töme gű homloki gépeket rövid útvonalon kell csak mozgatni. Az 5/a-nál az első front mezőbe, az 5/b-nél pedig hazafelé haladó. Az oda-vissza fejtéseknél természetesen további két alternatívát is vizsgálhatnánk, ha nem páros, hanem páratlan számú paszta volna a bányamezőben, de ennek gyakorlati jelentőséget nem tulajdonítot tunk. A számítások során az összköltséget elemeire bontottuk. Az elemek közül eleve kihagytuk azokat, amelyek a hat változatnál gyakorlatüag azonosak, és így az összehasonlítás szempontjából érdektelenek (pl. a fejtési homlokok üzemviteli költ ségei). A vizsgált költségtételek a következők voltak:
22
1. vágathaj tási költségek, 2. vágatfenntartási költségek, 3. frontszerelések műszakbérei és azok közterhei, 4. vágatvisszarablási és -visszatartási költségek, 5. fejtési pászták közti pillérekben maradó, szénveszteség miatti árbevétel-kiesés. A számításokhoz használt matematikai összefüggések meglehetősen terjedel mesek, így azok ismertetésére e rövid tanulmányban nincs lehetőség. A teljes bányamezőre a Szeles aknai adatokkal számított eredményeket az 1.-2., a Rudolf aknaiakkal számoltakat pedig a 3.-4. táblázatokban foglaltuk össze. Mindegyik változatnál többféle eredményt is kaptunk: az összköltséget kiszámítot tuk 300 és 600 m-es front kifutásra, valamint arra az esetre is, ha a fejtési vágato kat visszarabolják (1. és 3. táblázat) illetve ha nem (2. és 4. táblázat). Az egyes front telepítési változatokat a számított összköltségek alapján (növekvő sorrend ben) rangsoroltuk. A Szeles és a Rudolf aknai adatokkal kapott sorrendek az 5. il letve a 6. táblázatban láthatók. Az eredmények ismeretében a következő megállapítások kézenfekvőek: 1. Azt, hogy egy bányamezőben melyik frontfejtés típust a legcélszerűbb alkal mazni, az elvi összefüggések alapján az adatok rendkívül nagy száma miatt nem dönthetjük el, hanem csak úgy, hogy ha konkrét bányaüzemi viszonyok által meghatározott fajlagos költségadatokkal elvégezzük a számításokat. Termé szetesen a kapott eredmények is csak az adott viszonyok között működő fejté sekre lehetnek érvényesek. 2. A fajlagos költségadatok gyűjtése során azt tapasztaltuk, hogy az egyes költ ségelemek a két bányában igen jelentős eltéréseket mutatnak. Gondot jelen tett a költségbecslésnél a magas inflációs ráta is, ami a korábbi évek adatainak felhasználhatóságát zárta ki. Ezért a tényleges számítások eredményei csak a fejtéstípusok összehasonlítását szolgálhatják, tényleges várható (számviteli) költ ségek becslésére aligha alkalmasak. Sajnos a bányamező megnyitása előtt csak bizonytalanul becsülhetjük, hányszor kell majd a fejtéskísérő vágatokat átbizto sítani. Munkánk során modelljeinkben egyszeri átbiztosítással számoltunk. A részeredmények azonban azt mutatták, hogy a változatok költség szerinti rang sorát ez a bizonytalanság lényegesen nem érintheti. 3. Az egyes változatok gazdasági sorrendjét az 5. és a 6. táblázatban láthatjuk. A táblázatokban az egyes lefejtési változatoknál beírt sorszámok növekvő költsé geket adnak, az l-es számú tehát a legkedvezőbb, a 6-os pedig a legnagyobb költséget jelöli. Szeles akna esetén a 3-5J&-5Jb-4-l-2, Rudolf aknára pedig az 5./a-4-5./b-3-2-l sorrend adódik az összköltségek alapján. Az eredmények azt mutatják, hogy a fél széllel visszahagyott szállítóvágatos frontfejtés típusoknál 23
1. ábra. A bányamező lefejtése mezőbe haladó frontokkal. (egyszeres felhasználású fejtési vágatok). 1. változat
24
e 0
®
2 ábra A bányamező lefejtése hazafelé haladó frontokkal (egyszeres felhasználású fejtési vágatok) 2. változat
3. ábra. A bányamező lefejtése mezőbe haladó frontokkal (kétszeres felhasználású fejtési vágatok) 3. változat
25
\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \
4. ábra. A bányamező lefejtése hazafelé haladó frontokkal (kétszeres felhasználású fejtési vágatok) 4. változat
26
V W U W W U V U U A
5. ábra. A bányamező lefejtése "oda-vssza" frontokkal; az első mezőbe halad. (5/a. változat)
á ábra A bányamező lefejtése "oda-vissza" frontokkal; az első hazafelé halad. (5/b. változat)
27
(3, 4, 57a, 57b) az összköltség lényegesen kisebb, mint az egyszeres vágatfel használás (1. és 2. változat) esetén. Ez azt indokolja, hogy a fejtés telepítések során az ismételt vágatfelhasználás lehetséges megoldásait célszerű előtérbe he lyezni. 4. Az összehasonlítás azt is mutatja, hogy a 3., 4., 57a és 57b valtozati összköltsé gek közti eltérés nem számottevő, köztük a sorrendet csupán a költségelemzés alapján nehéz volna megadni. Konkrét esetekben döntés a további szempontok mérlegelésével történhet, például: -
tektonikailag zavart területen a hazafelé haladó fejtésekkel való üzemvi teli kockázat kisebb,
-
a feltáró munkák elmaradása esetén mezőbe haladó fejtések telepítésére kényszerülünk,
-
előzetes víztelenítés (nyomáscsökkentés) igénye esetén a hazafelé haladás jelenthet biztonságos megoldást.
Az általunk kidolgozott - költségbecsléses - vizsgálati módszer megfelelő adatgyűjtés után természetesen más üzemek fejtestclcpitesi megoldásainak gazdasá gi összehasonlítására is felhasználható. A matematikai modell viszonylag egyszerűen módosítható, így a módszer különleges esetekben is használható.
1. táblázat. A fejtési vágatok kihajlásának, fenntartásának, visszatartásának, felhagyásának és a frontszerelés bérei nek összköltsége a Szeles aknai adatokkal számolva (a fejtési vágatokat visszarabolják) változat sorszáma
összköltség (millió Ft) 300
1
600
m-es kifutás esetén
28
478
1.
269
2.
283
507
3. 4.
167
282
182
312
5/a
172
295
5/b
172
295
2 táblázat. A fejtési vágatok kihajtásának, fenntartásának, visszatartásának, felhagyásának és a frontszerelés béreinek összköltsége a Szeles aknai adatokkal számolva (a fejtési vágatokat nem rabolják vissza) változat sorszáma
összköltség (millió Ft) 300
600 m-es kifutás esetén
1. 2.
252 267
446 476 266
3.
159
4.
173
295
5/a
163
278
5/b
163
278
3. táblázat A fejtési vágatok kihajtásának, fenntartásának, visszatartásának, felhagyásának és a frontszerelés béreinek összköltsége a Rudolf aknai adatokkal számolva (a fejtési vágatokat visszarabolják) változat sorszáma
összköltség (millió Ft) 300
600 m-es kifutás esetén
1.
481
2. 3.
435
776
285
485
903
4.
278
474
5/a
276
473
5/b
278
477
29
4. táblázat A fejtési vágatok kihajlásának, fenntartásának, visszatartásának, felhagyásának és a frontszerelés béreinek összköltsége a Rudolf aknai adatokkal számolva (a fejtési vágatokat nem rabolják vissza) összköltség (millió Ft)
változat sorszáma
600
300 m-es kifutás esetén 1.
411
765
2.
416
741
3.
275
468
4. 5/a
268 265
454 454
5/b
267
458
5. táblázat Az egyes lefejtési változatok gazdasági sorrendje a fejtési összköltségek összehasonlítása alapján (Szeles aknai adatokkal) változat:
1.
2.
3.
4.
5/a
5/b
1. táblázat (L - 300 m)
5
6
1
4
2
3
1. táblázat (L - 600 m) 2. táblázat (L - 300 m)
5 5
6 6
1 1
2 2
3 3
2. táblázat (L - 600 m)
5
6
1
4 4 4
2
3
6. táblázat Az egyes lefejtési változatok gazdasági sorrendje a fejtési összköltségek összehasonlítása alapján (Rudolf aknai adatokkal
30
változat
1.
2.
3.
4.
5/a
5/b
3. táblázat (L = 300 m)
6
5
4
2
1
3
3. táblázat (L = 600 m)
6
5
4
2
1
3
4. táblázat (L = 300 m)
5
6
4
2
1
3
4. táblázat (L - 600 m)
6
5
4
1
2
3
IRODALOM
1. A különböző frontfejtéi típusok alkalmazásának költségei Kutatási jelentés. NME Bányamuveléstani Tanszék, Miskolc, 1989. november. 2. A különféle típusú frontfejtések költségeinek vizsgálata, a lefejtési változatok összehasonlítása. Kutatási jelentés. Miskolci Egyetem Bányaműveléstani Tanszék, Miskolc, 1990. november. 3. PATVAROS KORNÉL: Fejtési vágatok létesítésének és üzemeltetésének optimális politikája. Tu dományos diákköri dolgozat, 1988.
COMPARISON OF EXTRACTION VARIETIES OF A MINING TRACK ON THE BASIS OF COSTS OF LONGWALL WORKING SYSTEMS by F. KOVÁCS - J. MOLNÁR Summary Nowadays the main working method for coal seam of medium thickness with little dip is the longwall working system. More types of it are widely used throughout the world. In Hungary the so-called "retreating" or "home" mining are the most frequent types but other ones are also applied. The question, that which type would serves best the aim, can be answered by comparison of their costs. The authors examined the costs of two shaft workings - Szeles and Rudolf - and determined the best type of longwall workings for the two mines analyzed.
31
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 33-38
A TELEPÍTÉSELMÉLET ÉS AZ ÁSVÁNYVAGYON-GAZDÁLKODÁS NÉHÁNY KÖLCSÖNHATÁSÁRÓL FALLER G.
Összefoglalás Az előadás röviden áttekinti az ásványvagyon-gazdálkodás fejlődését az 50-es évektől indulóan. Kiemeli, hogy a telepítéselmélet az egyes forrás-elemek igénybevételi ráfordításainak számbavételét új alapokra helyezte. A szerző elemzése rámutat, hogy a korszerű ásványvagyon értékelési módok, a rendszerszintű optimalizálás és a kockázat vizsgálatok gyökerei is a telepítéselméletre, annak logikai rendszerére nyúlnak vissza. Az így kialakult rendszer gyakorlatilag módosítás nélkül lehetővé teszi az új gazdasági rendszernek megfelelő ásványvagyongazdálkodást.
Ha egy pillantást vetünk az 1950-60-as évtizedek Kelet-Középeurópájának gazdaságtörténetére, a bányászatot illetően a legszembetűnőbb az a fordulat, amely a gazdaságossági szemlélet kezdeti kényszerű hibernálásával, majd ugyancsak kény szerű újraéledésével jellemezhető. Emlékezetes, hogy azoknak a bizonyos ötvenes éveknek az elején a kiaknázás gazdaságosságának és így az ásványvagyon valaminő pénzben kifejezett értéke tekintetbevételének még csak az igénye sem merülhetett, merült fel. Ez így tökéletes összhangban volt e gazdaságok tervutasításos rend szerével és megfelelt az ismert ásványvagyon jórészt szűkös volta dacára előirányDR. FALLER GUSZTÁV oki. bányamérnök, a műszaki tudomány doktora, c. egyetemi tanár MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
zott - autarch törekvésekből fakadó - anyag- és energiaigényes, voluntarista gazda ságfejlesztési célkitűzéseknek. Az egyes nemzetgazdaságok saját ásványvagyon-bázi sának egyre eredményesebb megkutatása és közöttük egyfajta munkamegosztás ki alakulása előbb-utóbb az egyes országokban - így hazánkban is - lehetővé tette, az extenzív fejlesztés forrásainak fokozatos kimerülése pedig egyre inkább - nálunk különösképpen - szükségessé is tette a hazai és az import-források közötti, gazdasá gi alapú szelektálást. Ezzel a lehetőséggel és igénnyel kölcsönhatásban alakultak ki egymástól eltérő időpontokban az egyes országokban - Hazánkban elsőként - az ás ványvagyon gazdasági értékelésének többé-kevésbé már közgazdasági alapú, külön féle módszerei és jutottak el - attól függően, hogy hol milyen jellegű és eredményű reformkísérletekre, reformokra került sor - a tudományos megalapozottság és a tényleges alkalmazásbavétel különféle szintjeire. Etekintetben tehát már korántsem beszélhetünk egységes "szocialista" módszerről és gyakorlatról; közülük a hazai nem kis nehézségek árán - a piacgazdasági viszonyok szimulációjaként állott elő. Ez a módszer ílymódon egyfelől - igaz, hogy teljesen elszakadni nem tudva a gazdaság torz értékrendjétől - egyfajta gazdasági szerkezetjavítást a maga idején - szinte napjainkig - jól tudott (esetenként tudott vona) szolgálni, másrészt azonban válto zatlan formában funkcionálva nyilván nem lehet képes a valódi piaci viszonyok kí vánalmainak megfelelni. Ismeretes, hogy az akkor adott körülmények között kialakítani lehetséges volt megoldás a következő megfontolásokon alapult: Az ásványvagyon - csakúgy, mint a legtöbb természeti erőforrás - gazdasági értékelése nem választható el igénybevétele optimális programja megalkotásától és folyamatos karban tartásától. A programozásnak megfelelő távlatra kell vonatkoz nia, és olyannak kell lennie, hogy az a programba azokat a lehetséges (hazai és im port-) forrás-elemeket "válogassa be", amelyek összessége a legkisebb ráfordítás-tö meggel képes kielégíteni a gazdaságnak a "megcélzott" távlatra prognosztizált szük ségletét. A forrás-elemek igénybevételi ráfordításait az inputok árainak (az importforrásoknál a devizaszorzóknak) az értéküktől tudatosan eltérített volta folytán spe ciális kalkulációkkal kellett (lehetőleg torzításmentessé téve azokat) tekintetbe venni illetve prognosztizálni. Ennek során annyiban is el kellett térni az államilag szabá lyozott kalkulációs rendtől, amennyiben célunk érdekében természetesen csak az "időben még előttünk álló" ráfordításokat - így a "már megtörtént" beruházások költségét nem, de a még szükségesekét kamatos kamataikkal együtt - vettük számí tásba. Az optimális - költségminimumot biztosító - programba még "beválogatott" legroszabb, legdrágább forrás-elem így számbavett ráfordítás-igényével kvantifikált költséghatárnak a bányatermék értékét a torz áraknál sokkal jobban tükröző voltá ból indulunk ki. Ehhez a marginális forrás-elemhez képest valamennyi "beváloga tott" forrás-elem a program végrehajtása során különbözeti járadékot élvez és ez az 34
a különbözeti járadék, melynek tömege alkalmas az adott körülmények között a vizsgált forrás-elem (lelőhely, bánya) in situ értékének pénzben történő megadására, a különbség két tagjának hányadosa pedig a műrevalóság fokának jellemzésére. Most ebből a gondolatmenetből az egyes forrás-elemek igénybevételi ráfordí tásai számbavételének a mozzanatát kell kiemelnünk. Ugyanis ez az a mozzanat, melynek realizálásában pótolhatatlan jelentőségű volt a bányászati telepítéselmélet akkor már készen álló logikai rendszere és matematikai eszköztára, hiszen 1960ban jelent meg a Bányászati telepítések analitikájának első kiadása és 1966-ban a Telepítéselmélet a bányászatban első kiadása. A telepítéselmélet logikai rend szerének jelentőségét témánk szempontjából alapvetően az adja meg, hogy a bá nyászatban egyrészt úttörője, másrészt módszertani megalapozója volt a már vázolt gazdaságtörténeti fordulatnak; hiszen a gazdaságossági szemlélet, a költségminimumra törekvés bányászatbeli újra élesztése a telepítés terén kezdődött, utat nyitva e szemléletnek az ásványvagyon-gazdálkodás egészére való kiterjesztéséhez, a módszer pedig elsősorban azáltal, hogy az egyedi változatok összehasonlításá nak helyébe az általános megoldást: a költségfüggvények analízisét állította, alapvető hatással volt már a 60-as évek első struktúra-optimalizálási programja inak metodikájára és ezáltal - ül. ezzel kölcsönhatásban - az ország ásványvagyonának első gazdasági minősítésére. Ez utóbbi munkák során is már alapvető kritériumként kellett érvényesíteni a költség-prognózisoknál, hogy azok az egyes bányák, lelőhelyek optimális főparamétereihez tartozóan kerüljenek rögzítésre. Az egyes forrás-elemek programozási rangsorolásakor ill. a célszerű bányaegyedi kapacitások összesítési sorrendjében an nak a bányának a saját költségminimumához tartozó kapacitásával kellett indulni, amelynek ezen költségminimuma a teljes bányaválaszték (forrás-választék) vala mennyi bányája saját költségminimumai közül a legkisebb, majd vagy ezen első bánya valamely termelés-növekménye vagy a második legkisebb költségminimumú bánya saját optimális kapacitása vagy valamely import-lehetőség mennyisége) következett aszerint, hogy közülük melyik képviselt kisebb növekmény-önköltséget és így tovább; egyre bővülő körből válogatva ki a harmadik, negyedik stb. forráselemet. E gondolatmenet bemutatásával remélhetőleg - további részletek tárgyalása nélkül is - sikerült érzékeltetni, hogy a korrekt ásványvagyon-értékelés nem nélkü lözheti a telepítés-optimalizációs vizsgálatok gazdaságmatematikai eszköztárát, küV lönösen a kapacitásoptimalizálásra szolgáló költségfüggvényeket.
35
Az értékelésmód e körülményt mindenkor tekintetbe vevő fejlesztése során kialakult néhány visszahatás közül - a kölcsönhatásokról fölvázolható kép teljesseb bé tétele érdekében - háromra itt csak egy-egy utalást teszünk, eggyel pedig - mint bizonyos aktuális szintézisre vezetővel - kissé részletesebben foglalkozunk. így utalunk a telepítési vizsgálatoknak a költségminimum-feltétellel egyértelműen kezelhető flow-vagyonról az ásványvagyon-gazdálkodás eredmény-maximumra törekvése feltételének érvényesítése révén a fond-vagyonokra - lényegében a számbavételi határ ("Cut Off" Grade) független változóként kezelésével - lehetővé vált kiter jesztésére; arra, hogy az ásványvagyon-értékelés nyersanyag-sajátosságoktól függetlenül egységes és más természeti erőforrások értékelésénél is érvényesíthető volta hozzájárulhatott az eredetüeg a földalatti bányászatra kialakított optimalizációs vizsgálatoknak a másik három (újabban meghonosodó kifejezéssel:) bányászati technológiai rendszerre irányuló kiterjesztéséhez, illetve az ásványvagyon kiak názásának az ezáltal érintett más természeti erőforrások ennek folytán előálló értékmódosulását is tekintetbe vevő, rendszer-szintű optimalizálására irányuló kezdeményezésekhez; végül pedig arra, hogy az ásványvagyon-értékelés megbízhatóságának számszerűsítésére szolgáló (geostatisztikai alapokon is nyugvó), kockázatszámítási módszerek lehe tőséget adnak az analitika költség-függvényeinek a minimumok körüli változé konyság kicsiny voltán alapuló - és a gyakorlat szempontjából elegendő pontos ságúnak tartott - érzékenységi vizsgálat módszertani fejlesztésére. A kölcsönhatások - illetve azok minősítése - szempontjából pedig szintézis értékű, hogy a legújabban publikált (BKL-Bányászat, 122. évf. -1989 - p. 743-744.) telepítés-elméleti felfogás szerint "egy bányászati beruházás hatékonyságának alap jául" az élettartama során előálló, megfelelően számbavett eredménytömeg szolgál és a megfelelő számbavétel egyik feltétele az időben folyamatosan jelentkező kiadá sok és eredmények megfelelő egyidejűsítése. Az egyidejűsítést - a szóbanforgó pub likáció első képlete szerint - az üzemidő végére végezve el, formálisan az ásványva gyon in situ értéke leegyszerűsített képlete áll előttünk, azzal az in situ értéket ille tő tartalmi sajátossággal, hogy ez utóbbi esetben az évenkénti eredményeket a folyókÖltségnek nem valaminő árból, hanem egyfajta - az előbbiekben már vázolt tar talmú - költséghatárból levonva nyerjük, mégpedig a tanulmány azon gondolatme netének megfelelően, mely szerint a "bányászti beruházások gazdaságosságának az elemzése országonként változó lehet. Egészen más a helyzet olyan korszerű iparral rendelkező országban, amelynek valutája konvertálható, és van is mit konvertálnia, mint ott, ahol ez a lehetőség nincs meg és nagyon valószínű, hogy még sokáig nem is teremthető meg. Sajnos ilyen a mi országunk is. E kényszerhelyzetben szükség szerűen működésbe lép az emberi fantázia, és megszüli az u.n. határköltség fogai -
36
mát... ennek valóságtartalma csak olyan országokban van, amelyeknek valutája kon vertibilis. Ahol ez nincs meg, ott ez a fogalom mindaddig képzetes, amíg a konverti bilitás be nem következik." Ez a megállapítás a legnagyobb elismerése annak, hogy a magyar telepítésel méleti iskola nyomvonalán olyan, az akkori viszonyoknak tökéletesen megfelelő ásványvagyon-értékelési módszert alakítottunk ki ezek szerint jól működő fantáziával, amely a piacgazdaságra visszatéréssel együttjáróan - a ma már nem is annyira távo li jövőben - megvalósuló valuta-konvertibilitással "megszabadul" szimulációs jellegé től (ám nem szabadul meg a prognóziskészítés nehézségeitől, azt is beleértve, hogy az egyensúlyi devizaárfolyamok a konvertálható csereáruk rendelkezésre állásának mértékével fordított arányban változnak és ez idő szerinti hiányuk csökkenése ílymódon a hazai nyersanyag-források hamis járadékát fogja mérsékelni). Ílymódon ez az értékelési eljárás valós alapjául lesz képes szolgálni annak az újból valós feladat tá váló bányabecslésnek, melynek tudománytörténeti gyökereit keresve - az időben visszafelé haladva - Esztó Péter, Finkey József és Réz Géza munkásságán át szinte a Delius-i bányagazdaságtanhoz jutunk el, és melynek eredményeként attól is függő becsérték kerül meghatározásra, hogy az élettartam mely időpontjában végezzük a becslést. A tanulmány ezt a beruházás megkezdése és az üzemkezdés időpontjára be is mutatja, ám nyilvánvaló, hogy az ábráján látható nettó tiszta jövedelem-alakulás (Net Cash Flow) alapján ugyanígy - tehát az időben még előttünk álló költségek és eredmények egyidejűsítését a megfelelő időpontokra végezve - határozható meg a még kutatás alatt álló lelőhely, vagy a már működő bánya becsértéke, a pénzfolya matok nettó jelenértéke (Net Present Value) is. Az ezeket 0-val egyenlővé téve szá mítható és a tanulmányban határkamat-tényezőként bemutatott belső profitráta (Internal Rate of Return) pedig az egyes lelőhelyek, bányák gazdasági rangsorolásá ra a szimulációs megoldás keretében alkalmazott műrevalósági mutató evonatkozású funkciójának ellátására lesz alkalmas. A tanulmánynak ez a - problémákat is áttekintő - szintézise teszi egyébként világossá - és mondanivalóm zárógondolataként ezt a meggyőződésemet emelném ki -, hogy a történelmileg szervesen fejlődött és most már szimulációmentesen érvé nyesíthető értékelésmódra történő üyen visszatéréssel a mai gazdaságtörténeti kor szakváltásban a magyar telepítéselméleti iskola tudománytartalmának éppen olyan tán még nagyobb - jelentősége lesz, mint amüyen a létrejötte idején bekövetkezett gazdaságtörténeti fordulatban volt.
37
THE INTERACTION BETWEEN THE THEORY OF SETTLEMENT OF MINING ESTABLISHMENTS AND THE MINERAL MANAGEMENT by G.FALLER Summary The report sums up the development of the management of mineral resources from the early fifties. It underlines that the theory of settling of mining establishments organized the evaluation of utilization costs of source-elements on a new basis. The author pointed out, that the modern methods of management of mineral resources, the optimization on system level and the hazard analyses are based on the theory of settling establishments and its logical background. This system, practically without modification, makes it possible to manage the mineral resources well in accordance with the new economy system.
38
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászai, 36 (1991) kötet, 1-4. fizet, 3953.
A TERMÉSZETI KÖRNYEZETET KÍMÉLŐ BÁNYÁSZAT FELADATAI ÉS LEHETŐSÉGEI PATVAROS J.
Összefoglalás A bányameddő gazdálkodásban, megfelelő anyagi ráfordításokkal célszerű megelőző, elhárító, illetve leküzdő környezetvédelmi megoldások alkalmazhatók. Ezek gyakorlati megvalósítására a bányáknál a tervezésben és az üzemvitelben a kitermelő ("forrás") jelleg mellett a korábbiaknál fokozottabban figyelembe kell venni a saját és más feldolgozási objektumok hulladék anyaginak racionális befogadási és felhasználási ("nyelő") lehetőségeit is.
1. Bevezetés A bányászati termelő tevékenység az eredeti természeti környezet rövidebb vagy hosszabb idejű és kisebb vagy nagyobb térbeli kiterjedésű, s rendszerint sokol dalú változásokat előidéző illetve helyrehozhatatlan befolyásolásával jár. A sokféle hatás közül talán az egyik legfontosabbként említhető meg, hogy bármely bányá szati technológiai rendszer (külfejtés; mélyművelés; víznívó alóli leművelés; fúróDR. PATVAROS JÓZSEF egyetemi tanár, a műszaki tudomány doktora MISKOLCI EGYETEM Bányamflveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
lyukas lefejtés) alkalmazása az ásványelőfordulások kitermelésére több-kevesebb meddőanyag keletkezésével jár, amelynek rövid távon a termelési költségeket növe lő, hosszabb távon pedig jelentős természeti környezetet károsító kihatásai lehetnek [1, 2, 3, 4, 5]. Az említett nehézségek mérséklésére, illetve megszüntetésére - természetesen megfelelő anyagi ráfordításokkal - célszerű megelőző, elhárító, illetve leküzdő kör nyezetvédelmi eszközök és módszerek alkalmazhatók. A megelőzés lényegében mindazoknak a gyakorlatban ismert és jól bevált megoldásoknak a rendszeres felhasználását jelenti, amelyek segítségével a különbö ző bányászati munkahelyeken kitermelendő és továbbmozgatandó meddő mennyisé ge a minimálisra csökkenthető. Az elhárító intézkedések azt a célt szolgálják, hogy amennyiben a bánya üzem különböző pontjain bizonyos mennyiségű meddő keletkezése elkerülhetetlen, akkor az lehetőleg a keletkezési helyen vagy annak közelében kerüljön felhasználás ra. Az aktív védelmi megoldások pedig egyrészt a meddőből minél többféle hasz nos alkotó kinyerésére, másrészt az egyéb célokra nem hasznosítható végmeddő bányabeli és (vagy) külszíni környezetkímélő elhelyezésére törekednek. A bányászat műszaki-gazdasági-biztonsági hatékonyságának növelésére irá nyuló törekvések tehát megfelelő megoldásokkal eredményesen összehangolhatok a tágabb természeti környezet védelmének követelményeivel. Ehhez azonban a terve zésben és az üzemvitelben a bányaüzemekben a kitermelő ("forrás") jelleg mellett fokozottabb mértékben figyelembe kell venni a hulladékanyagok célszerű befogadási és felhasználási ("nyelő") lehetőségeit. A bányaüzem azonban, ha nemcsak a saját meddőanyagainak a racionális kezelésével, hanem termelési vertikumba összekapcsolva a különböző szintű feldol gozási objektumok hulladékanyagainak a szabályozott elhelyezésével is foglalkozik, jelentős mértékben kitágíthatja a környezetvédelmi hatósugarát [36, 37]. 2. A bányaüzemi meddőgazdálkodás racionalizálási lehetőségei Az 1. ábra példaként vázlatosan egy mélyműveléses bányaüzemre vonatkozó an tünteti fel a különböző meddőgazdálkodási megoldásokat az egyszerűbbektől az általánosabbak felé haladva. Természetesen az üzemi gyakorlatban a természeti kör nyezet széleskörű védelme érdekében a bányavizek és a bányagázok sokoldalú hasz nosítási lehetőségeivel is foglalkozni kell, amelyeknek az alaposabb vizsgálata azon ban a jelen tanulmány terjedelmi korlátai miatt nem lehetséges. Az l/a ábra szerinti racionalizálási megoldásnál például egy vegyes szel vényben történő vágathajtásnál a kitermelt meddő közvetlenül a keletkezési helyén
40
a., A keletkezési helyen történő közvetlen elhelyezés
X)
#
- Meddoforrás
©-Meddolerakás
b. Egy keletkezési pontról való megosztott elhelyezés
a2-(a-a!)
*1
c. Több származási
helyról koncentrált föld aíatti
lerakás
n
Q-HiGLp a-)
d., Bányán átvonuló, külszíni meddőhányó képzés L
a
Külszín H Akna 9 Q
o—^—o—jyo Bánya
o —
1. ábra. Bányaüzemen belüli meddógazdálkodási lehetőségek
41
kerülhet felhasználásra hátürkitöltö vagy vágattalp feltöltő anyagként. Ebben az esetben a bányameddő forrás, illetve elnyeléshelye gyakorlatilag megegyezik [39, 40]. Ezt a műszaki elrendezést akkor célszerű alkalmazni, ha például egy megha tározott hosszúságú vágat fenntartási költsége nagyobb a vágathajtás során kikerülő meddő kezelésének összes kiadásánál, amely feltétel egyszerűen kifejezve a követ kező egyenlőtlenséggel jellemezhető: L-F-fkf>Q-(kk
+ kv)
[Ft]
amelyben L F
-
a kihajtandó és fenntartandó vágat hossza [m] meghatározott üzemeltetési ideig bányaszállítási, szellőztetési és egyéb bányaműszaki szempontból fenntartandó vágatszelvény terü let, [m2] - a műszaki-biztonsági szempontból szükséges vágat üzemeltetési idő,
t
[d]
3 fajlagos vágatfenntartási költség [Ft/m , d] a szükséges vágatszelvény területből a meddő kitermelésének fajla gos költsége [Ft/m ] kv - a meddő vágatbeli elhelyezésének fajlagos költsége [Ft/m ]. Határesetben a helybeli felhasználásra a vágatszelvényből gazdaságilag még indokoltan kitermelhető meddőmennyiség a következő nagyságú lehet: kf kk
-
L-F
-t -kf
-
(kk + kv) Az 1/b. ábrán szereplő megoldásnál egy meghatározott helyen keletkező meddő egy része közvetlenül a kitermelés helyén nyerhet felhasználást, másik há nyada viszont elszállításra kerül például egy fejtésbe szegélygát építési vagy töme dékelési célokra [27]. Ez a változat akkor előnyösebb az i/a-nál, ha teljesül a következő egyenlőt lenség: Q • kv> Q, • kv + (Q- Q^ • l • y • ksz+ (Q- Q{) - kt amelyben Q\ Ql — Q — Qx
42
a forráshely környezetében felhasznált meddő mennyisége [m ] - a keletkezési ponttól egy másik felhasználási helyre elszállított meddő mennyisége, [m ]
/ y ksz kt
- banyabeli szállítási távolság [m] - a meddőanyag átlagos térfogatsűrűsége [t/m ] - fajlagos bányaszállítási költség [Ft/tm] - fajlagos tömedékelési költség [Ft/m ]. Költségegyenlőség feltételezésével a következő egyszerű képlettel számítható a teljes meddőmennyiségnek közvetlenül a keletkezési helyen racionálisan felhasz nálható hányada:
ß
'
= ß
i * y • ksz (/y***,)-*,
3 ImJ
A távolabbi felhasználó helyre, például egy fejtésbe tömedékelési célokra cél szerűen elszállítandó anyagmennyiség pedig: K[
Q2 = Q-Qi=Q
/Cy
r
(/'V-t«**,)-*»
3i
[m ]
Az 1/c ábra azt az esetet szemlélteti, amikor több üzemi ponton történik meddőtermelés, amelynek egy része közvetlenül a keletkezési helyeken hasznosul, másik hányada azonban egy gyűjtő területen, például egy fejtés felhagyott részébe tömedékanyagként koncentráltan kerül elhelyezésre [29, 30]. Az említett kombinált meddő lerakás a megosztott meddő elhelyezéshez ké pest akkor előnyösebb, ha teljesül a következő egyenlőtlenség, amelyben az egyes jelölések értelmezése a korábbiak alapján egyértelmű. n n E Qi • *„•*!) (QÍ-QÍ)
• h-rr
n *» + 2 ( 0 í - Q f ' ) • **• [Ft]
ahol Qi'
- az egyes meddőforrásoknál helyben felhasznált meddő mennyisége [t]. A részletes műszaki-gazdasági számításoknál a bányameddő fejtési tömedékanyagkénti hasznosításánál mérlegelni kell még a következőket: jelentősen mérsékelhetők a külszínen jelentkező bányakárok, a banyabeli és külszíni védendő objektumok biztonsági pillérében lekötött ásványvagyon tekintélyes hányada hatékonyan kitermelhe tő,
43
az öngyulladásos bányatüzek eredményesen megelőzhetők, elhárít hatok, illetve leküzdhetők. tervszerűen megvalósítható a bányavíz beáramlások előzetes, illetve utólagos elzárása, csökkenthető illetve kizárható a lefejtett területekről a nyitvalévő bányatérségek irányába a robbanékony vagy az egészségre ártalmas gázok beáramlása. Az 1/d ábra azt a gazdálkodási változatot szemlélteti, amikor a meddő a bá nyából teljes egészében a külszínen kerül felhalmozásra. Ez a megoldás azzal az el rendezéssel szemben, amikor minden meddő a föld alatt lesz elhelyezve, akkor előnyösebb, ha teljesül a következő egyenlőtlenség: [6, 12, 28].
^Kb>Q'(yH
-ka+L-ksz + kh + kr) [Ft]
amelyben
V Kb Q Y H ka L ksz kh kr
-
a bányabeli meddőkezelés összköltsége, [Ft] a bányából kikerülő teljes meddőmennyiség [m ] a bányából kijuttatott meddő átlagos sűrűsége, [t/m ] a meddő aknaszállítási úthossza [m], a meddő fajlagos aknaszállítási költsége [Ft/tm] az aknától a meddőhányó képzési helyéig terjedő külszíni szállítási távolság [m], - a bányameddő fajlagos külszíni szállítási költsége - fajlagos hányókepzési költség [Ft/m ] - fajlagos rekultiválási és egyéb környezetvédelmi költség [Ft/m ].
A meddő bányabeli elhelyezése gyakran csak körülményes földalatti szállí tással valósítható meg és a megfelelő feldolgozó létesítmények telepítése is drága. A külszíni telepítésnél kedvező az a tény, hogy koncentráltabban történhet a kiszállítás, az elhelyezés illetve a feldolgozás. Ennél a megoldásnál azonban számol ni kell a földterület kivonással összefüggő, valamint a környezetvédelmi előírások betartásához szükséges rekultiválási és egyéb kiadásokkal. Nagyteljesítményű mélyműveléses szénbányáknál a külszínre kijuttatott med dő mennyisége olykor megközelíti a nyerstermelés ötven százalékát. Ezeknél a 2. ábrán szereplő vázlat szerint a műszaki-gazdasági-környezetvédelmi szempontból el engedhetetlen a bányameddő sokoldalú hasznosításának megvalósítása. Ennek kere tében a külszínre kerülő meddőből egy viszonylag egyszerű technológiai törzsfa alapján üzemelő feldolgozómű segítségével komplexen kinyerhető az összes haszno-
44
~> Nyers meddő áram — Tömedékanyag tíram 2. ábra. A bányaüzemi meddő komplex hasznosításának vázlala
sítható komponens (építő, útépítő, talajjavító anyag, stb.) és még a végmeddő is többcélú hasznosításra visszajuttatható a bányába. A korábbiak alapján a külszínre kiadott bányameddő komplex feldolgozását és hasznosítását műszaki-gazdasági-környezetvédelmi szempontból akkor célszerű megvalósítani, ha teljesül a következő egyenlőtlenség: [9, 13, 18, 21, 23]. n
Q(L • y • ksz + kh + kr' )<^Qi i=\
• YÍ • (kái -kfi)
[Ft]
amelyben Qi
- a bányából kikerülő meddőből előállítható hasznosítható anyagok mennyisége [m ] Yi - az egyes hasznosítható anyagok sűrűsége [t/m ] kr' - a bányameddő komplex feldolgozása esetén szükséges fajlagos kör nyezetvédelmi kiadások [Ft/t] kái - a meddőhányó anyagából kinyerhető különböző hasznos termékek eladási ára [Ft/t] kpi - a meddőhányó anyagából az egyes hasznosítható komponensek elő állítási költsége [Ft/t]. A gyakorlatban előfordul, hogy a kisebb bányaüzemeknél a meddőhányók feldolgozása önállóan nem gazdaságos. Dyen esetben több kis üzem meddőanyagá nak az összegyűjtésével és egy előkészítőműben történő feldolgozásával eredménye sen megvalósítható a komplex hasznosítás. 45
A működő, vagy a már felhagyott meddőhányók környezetszennyező hatásá nak legradikálisabb, de hosszútávon a legeredményesebb kiküszöbölesi módja az, ha azokból célszerű ásványelőkészítési eljárásokkal (pl. HALDEX technikával és tech nológiával) kinyerésre kerülnek az éghető vagy az egyéb ipari, illetve mezőgazdasági célokra hasznosítható anyagok [7, 8, 10, 11]. A meddőhányók anyagának sokoldalú feldolgozásával és hasznosításával kap csolatban többféle megoldás is szóba jöhet, nevezetesen: egy meghatározott bányászati technológiai rendszer (pl. mélyműve lés) alkalmazásával előálló meddőből egyetlen hasznos komponens kerül kinyerésre. egy adott bányászati technológiai rendszer működése során képző dő meddőből többféle értékesíthető alkotó nyer kihozatalt, többféle bányászati technológiai rendszer üzemeltetése folyamán keletkező meddőből számos hasznosítható komponens lesz kivonva és még a végmeddő is hasznosítva lesz. Az első megoldásra példaként egy szénbánya meddőhányójának hasznosítása hozható fel, amelynek a gazdaságos feldolgozására, ha abból csupán az éghető anyag kerül kiválasztásra, teljesülnie kell a következő egyenlőtlenségnek: „ Kb + Qm'kü ri Qsz* I _k Ül **szá *ü Kb - a meddőhányó feldolgozásával kapcsolatos összes beruházási költ ség. [Ft] Qm - a feldolgozás eredményeként keletkező végmeddő mennyisége, [t] kszá - a meddőhányóból kivonható éghető anyag eladási ára. [Ft/t] ka - a meddőhányó feldolgozásával kapcsolatos üzemviteli költség, amely magábafoglalja az esetleges tereprendezéssel, illetve rekultiválással kapcsolatos kiadásokat is. [Ft/t] Abban az esetben, ha a feldolgozás eredményeként a meddőben lévő értéke síthető anyagok (pl. homok, kavics, stb.) is kinyerésre kerülnek, akkor a gazdasági szempontból minimálisan kihozandó éghető anyag mennyiségére teljesülnie kell a következő feltételnek:
£*
> a
46
k
k
( szú ~ ü ) ~ I ' n ' (kmá ~ *ü )
amelyben kmá
-
a feldolgozott meddőből kinyert egyéb értékesíthető anyagok el adási ára. [Ft/t] - meddő szén arány - a meddőhányó anyagának feldolgozott hányada.
n | < 1
Olykor, ha például a mélyműveléses bányászati technológiai rendszerhez kap csolódóan keletkező meddőből többféle hasznosítható termék állítható elő, akkor gazdasági szempontból teljesülnie kell a következő egyenlőtlenségnek: [8, 9, 20, 22, 31]. n y
n
Zürkái>Kb
<=i
+ JJQrküi
+ Qv'küv [Ft]
í=l
amelyben ö l IÖ2- --On
-
a meddőhányó anyagából kinyerhető értékes alkotók mennyisé ge [t].
Qv
-
a feldolgozás után megmaradó végmeddő mennyisége [t].
ká\\ká2... kán
-
a meddőhányó anyagából kinyerhető komponensek eladási ára [Ft/t].
ka 1 ; kü2 • • • kün küv
-
az értékesíthető alkotók előállításának önköltsége [Ft/t].
a végmeddő kinyerésével, elhelyezésével, célszerű rekultiválásával kapcsolatos fajlagos üzemvitel költség [Ft/t].
Abban az esetben pedig, ha egy ásványi masszívumból többféle bányászati technológiai rendszer bevezetésével (pl. külfejtés, mélyművelés, víznívó alóli műve lés, fúrólyukas lefejtés) történik a különböző ásványi nyersanyagok kitermelése, ak kor a meddő anyagok komplex hasznosításával kapcsolatos gazdaságossági követel mény globálisan a következő összefüggéssel fejezhető ki: [24, 25, 26, 32] k
k
k
;-l/=l
;'=1
k
n
/=1/ = 1
k ;=1
amelyben j — 1,2... k
-
az ásványi masszívum kitermelésére felhasznált technológiai rendszerek száma
bányászati
/ = 1,2...«
-
az ásványi masszívum különböző technológiai rendszerekkel történő kitermelése során keletkező meddőtermékek száma.
47
3. Bánya- és általános hulladék feldolgozómű összekapcsolása Az ipari és az egyéb hulladékok természeti környezetet kímélő feldolgozására ma már többnyire feldolgozó műveket telepítenek. Ezek rendszerint nagy körzetek hulladékanyagainak koncentrált feldolgozását biztosítják Rendszerint két alapvető feladatuk van, egyrészt lehetővé teszik a még hasznosítható anyagok kinyerését, másrészt a megmaradó hulladékanyag környezetbarát formájúvá történő átalakítá sát. A hulladék feldolgozómű telepítésével kapcsolatos alapvető kérdés az, hogy szükség van-e egyáltalán annak a létesítésére, vagy a hulladék kezelést célszerűbb a keletkezési helyeken, vagyis az egyes fogyasztóknál megoldani. Ez a feladat gazda sági alapon globálisan a következő egyenlőtlenség felállításával és mérlegelésével dönthető el például egy szilárd hulladékanyagok feldolgozását biztosító komplex fel dolgozómű telepítésére vonatkozóan [2, 9, 14, 24, 32, 24, 25, 26] . n
n k
2 ) QFoi Foi * S
+
n QFoi ' hoi • *Si + E
QFoi • *fi +
ö//m * (Jfím ' kHm + kHmr) ~ ZJ ^Eá ' kEtiú
W^\
amelyben QFoi kFoi
iFoi ksi kfi QHm ÍHm kHm kHmr
48
-
az egyes fogyasztóknál keletkező szilárd hulladékanyag [t] az egyes fogyasztóknál a szilárd hulladékanyagok kezelésével és tá rolásával kapcsolatos fajlagos költség, figyelembe véve a környezet védelmi előírások teljesítéséhez szükséges ráfordításokat is. [Ft/t] - az egyes fogyasztóknak a központi hulladék feldolgozó műig terje dő szállítási távolsága [m] - az egyes fogyasztóktól a központi hulladék feldolgozó műig történő szállítás fajlagos költsége [Ft/m] - az egyes fogyasztóktól a központi hulladék feldolgozó műbe érkező anyag fajlagos feldolgozási költsége [Ft/t] - a központi hulladék feldolgozóműből a komplex feldolgozás után kikerülő végmeddő mennyisége [t] - a központi hulladék feldolgozóműből a végbemenő lerakási helyéig történő szállítás távolsága [m] - a központi hulladék feldolgozó műtől a végmeddő elhelyezési pont jáig a szállítás átlagos fajlagos szállítási költsége [Ft/tm] - a központi hulladék feldolgozómű végmeddőjének kezelésével kap csolatos összes fajlagos környezetvédelmi költség [Ft/t]
QEÚ
-
a hulladék feldolgozóműben előállított különböző hasznosítható anyagok mennyisége [t] kEtiá - a hulladék feldolgozóműben előállított különböző hasznosítható anyagok eladási ára [Ft/t]. A központi hulladék feldolgozómű végmeddőjének a külszínen történő hosszú idejű tárolása azonban még gondos elhelyezés és kezelés esetén is jelentős termé szeti környezetvédelmi problémákat okozhat. Ezzel szemben egyre gyakrabban fel merül az a lehetőség, hogy a központi feldolgozó művek végmeddője biztonságosan és a tágabb természeti környezetet megkímélve a nyitvamarado, vagy felhagyásra kerülő bányatérségekben nyerjen elhelyezést (5. ábra). A központi hulladék feldolgozómű végmeddője bányabeli elhelyezésének cél szerűsége nagyságrendileg helyesen a következő egyenlőtlenség mérlegelésével dönt hető el, abban az esetben, ha a meddőtömeg teljes egészében a föld alá kerül. iHBm ' kfíBm + kHBr ^ lHKm kHKm + kHKr
P^l
amelyben iHBm
-
a végmeddőnek a központi hulladék feldolgozó műtől a bányabeli felhasználási helyig terjedő szállítási távolsága [m] kiiBm - a hulladék feldolgozóműtől a bányabeli lerakási helyig történő átla gos fajlagos szállítási költség [Ft/tm] kiiBr - a központi hulladék feldolgozómű végmeddőjének bányabeli elhe lyezésével és kezelésével kapcsolatos fajlagos környezetvédelmi költség [Ft/t] lllKm - a végmeddőnek a központi hulladék feldolgozóműtől a külszíni fel halmozási helyig terjedő szállítási távolsága [m], kHKm - a hulladék feldolgozóműtől a külszíni tárolóműig történő fajlagos meddőszállítási költség [Ft/tm]. kHKr - a központi hulladék feldolgozómű végmeddőjének külszíni elhelye zésével és kezelésével összefüggő fajlagos környezetvédelmi költség [Ft/t] A felírt összefüggésből egyszerű átrendezéssel megállapítható az a határ szál lítási távolság, ameddig gazdasági és környezetvédelmi szempontból bányabeli elhe lyezésre célszerű a hulladék feldolgozómű végmeddőjét elszállítani. .
hiBm ^
l
HKm ' kHKm + i^HKmr ~ kHBmr )
7
[m]
K-HBm
Természetesen olyan megoldás is lehet műszaki-gazdasági-környezetvédelmi szempontból, amikor a központi hulladék feldolgozómű végmeddőjének egy részét bányában, másik hányadát a külszínen célszerű felhalmozni. Ebben az esetben a tel-
49
ä
/>*QEt1
\
°E«\ \
es
tywwSaiiWjuw
C-
J -
/Egyéb hasznosít- í 'ható termikek / *^ halmaza /
f Fő bányatermék
/
f Fogyasztók halmaza
„''
jes meddőmennyiség bányában elhelyezendő része a korábbiak figyelembevételével a következő összefüggéssel állapítható meg: l k
HKm ' kHKm
+ k
HKr
l
OfíBm ' HBm + *HBr ) "~ ( HKm ' kHKm + kHKr )
4. Következtetések Napjainkban és a jövőben még fokozottabban különösen a mélyműveléses bányáknál a gazdasági versenyképesség megőrzése illetve az életbenmaradás érdeké ben kisszámú és nagy termelékenységű üzemegységet (bányát, tömegtermelő fejtést) kell üzemeltetni. Ezek segítségével biztosítható a sávszerű lefejtés és az egyszeri be hatolás, maximális kiaknázás elvének következetes alkalmazásával, hogy a bányá szati kitermelő tevékenység a tágabb természeti környezetet térben és időben minél korlátozottabb mértékben vegye igénybe. A termelőtevékenység koncentrálása tehát egyrészt a bányászat műszaki-gazdasági-biztonsági hatékonyságának növelését biz tosítja, másrészt a célszerű megelőző, elhárító ületve leküzdő környezetvédelmi in tézkedések foganatosítását is lehetővé teszi. A kisszámú, nagy termelékenységű bányaüzemnek az ásványi nyersanyag kibocsájtó, azaz "forrás" jellege mellett egyre fokozottabb mértékben kell érvényesíte ni egyrészt a saját meddőanyagának, másrészt az egyéb termelő egységek hulladék anyagainak gazdaságos és természeti környezetet kímélő befogadó, vagyis a "nyelő" szerepét. Az említett kettős feladat következetes megoldásával a bányák nemcsak a termelőtevékenységük gazdaságosságát biztosíthatják tartósan, hanem a természeti környezetet kímélő hatásukat a saját közvetlen befolyásolási tartományunknál jóval tágabb körre terjeszthetik ki. [1, 5, 6, 7, 18, 21, 27, 32, 34, 38]
IRODALOM
1. CSICSAY A.: A bányaműveletek hatása a környezetre. BKL Bányászat. 122. (1989) No. 2. p. 2 5. 2. FABER, M.: Entropie, Umweltschutz und Rohstoffverbrauch Eine wissenschaftliche ökonomische Untersuchung Springer Verlag. Berlin-Heidelberg 1983. p. 181. 3. FALLER, G.: Környezetvédelem a bányászatban. NIMDOK Budapest. 1976. No-1.2. p. 17-34. 4. FALLER G.: Outlines of historical Evolution and institutional System of the technical-scientific Resarch of Hungarian Mining. Acta Geodaet., Geoph. et Mont. Acad Sei Hung. Vol, 24. p. 195208. 5. FALLER, G.: A bányászat és környezete kapcsolatrendszere. Magyar Tudomány. 1990. No. 10. p. 1189-1198. 6. FRANKE, F. H. stb.: Kohle und Umwelt. Verlag Glückauf GmbH. Essen, 1989. s. 125.
51
7. GEFFERT, K.: Környezeti hatásvizsgalatok a bányászatban - a meddőhányók újrahasznosítása. Műszaki-Gazdasági Tájékoztató. 1988. No. 1. p. 91-112. 8. GEFFERTH, K.: A meddőhányók és bányatavak hasznosításának lehetőségei és gondjai. BKL Bá nyászat, 119. k. No. 3. p. 183-186. 9. KAPOLY1, L.: Ásványi eredetű természeti erőforrások rendszere és függvényszemlélete. Akadé miai Kiadó. Bp. 1987. p. 767. 10. Restoration practice and guidance. Transaction of the Institution of Mining and Metallurgy Secti on A. Mining Industry. 96. k. 1987. ápr. A 74-76. 11. KOLOSZOV A. V.: Ekologo-ekonomicseszkie principü razvityija gornovo proizvodsztva. Izd. "Nyedra". Moszkva, 1987. 12. KOVÁCS, F.: Külfejtések telepítése és nyitása. Tankönyvkiadó, 1984. P., 272. 13. LACKÓ, R.: A környezetvédelem közgazdasági kérdései. Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó. Bu dapest, 1978. p. 298. 14. LASZKORIN B. N. stb.: Bezothodnaja technologija pererabotka mineralnovo szürja. Szisztemnüj analiz. Izd. "Nyedra". Moszkva, 1984. p. 33. 15. LFJNINGER D: Die Verwenolung von Aufbereitungsabgängen in der Bundesrepublik Deutschland. Glückauf. 118 (1982) S. 1098-1103. 16. LEININGEN D. - ERDMANN V.: Neuere Entwicklungen bei der Verwendung von Aufbereitnugsabgängen im Steinkohlenbergbau. Erzmeltall. 37. (1984). Nr. 2. S. 72-78. 17. MARTOS, F.: Gondolatok a bányászattudományról. Magyar Tudomány. 1988. No. 11. p. 903906. 18. MARTOS, F.: Bányakár és környezet. MTA X. Föld és Bányászati Tudományok Osztályának Közleményei. 14. (1981) No. 2-4. p. 115-133. 19. MELNYIKOV, N. V.: Gornaja nauka i racionalnoe iszpolzovanyije mineralno-szürjevuh reszurszov. Izd. "Nauka". Moszkva, 1978. p. 280. 20. MELESKIN M. I. - SZTYEPANOV, V. N.: Promüslennüe othodü i okruzsajuscsaja szreda. Izd. "Naukova dumka". Kiev. 19809. p. 180. 21. NIKODÉMUSZ, A. - RÉTVÁRI, L. - TÓTH, M.: A bányászati tevékenység környezeti hatásának néhány alapvető kérdése. BKL Bányászat 121. (1988) p. 73-77. 22. NIKOLIN, V. I.: Ohrana okruzsajuscsev szredU v gornoj promüslennoszty. Izd. "Visa Skola". Kiev, 1987. p. 191. 23. OMFB: Szénbányászati hulladékok hasznosítási lehetőségeinek műszaki-gazdasági feltételei. Bp. 1982. p. 80. 24. PANTELL R. H.: Metodü szisztemnova analiza okruzsajuscsej szredü. Izd. "Mir" Moszkva. 1979. p. 213. 25. PATVAROS, J.: Feasibility of combinal Mining Technological Systems in production of Mineral Massisfs. Acta Geodaet. Geoph. et. Mont. Acad. Sei. Hung. torn. 14/4. pp. 437-448. (1979). 26. PATVAROS, J. Bányászati technológiai rendszerek szintézise. Akadémiai doktori értekezés. Mis kolc, 1990. p. 109. 27. PATVAROS, K.: A természeti környezetet kímélő bányameddő gazdálkodás. TDK dolgozat. Mis kolc, 1989. p. 28. 28. PÁNYI L. stb.: Meddőhányók hasznosítása. OMFB. Bp. 1978. p. 3-45.
52
29. RHEINSHAGEN K.: Entwicklungsmöglichkeit beim Versatzbau. Glückauf. 122. (1986) H. 3. S. 213-218. 30. SABEY, D.: Environmental impact of spoil disposal. Transaction of the Institution of Mining and Metallurgy. Section A. Mining Industry 96. k. 1987. ápr. A. 72 - A 74. 31. SCHUCHT, E.: Umweltschutz als unternehmerische Aufgabe für den Steinkohlenbergbau. Erzme tall 40. Ig. No. 2. 1987. p. 77-83. 32. SIEBERT, H.: ökonomische Theorie der Umwelt. J. C. B. Mohr. (Paul Siebert). Tübbingen 1978. S. 220. 33. SMITH A. J.: Land reclamation after Mining Colliery Guardian. 233. vol. No. 10. 1985. p. 4 6 7 471. 34. SZITA, É.: A környezetvédelem közgazdasági kérdései a költség-hasznos elemzés tükrében. Bu dapest. 1984. p. 90. 35. TÓTH, M. - FALLER, G. - PRUZSINA, J. - TÓTH J.: Az ásványvagyon gazdálkodás alapjai. Műszaki Könyvkiadó. 1982. p. 165. 36. VEAB: Környezeti kár, gazdasági veszteség. Veszprém. 1982. p. 211. 37. VERNEY, R.: Environmental effect of Mining and restorations. Transaction of the Institution of Mining and Metallurgy. Section. A. Mining Industry. Vo. 96. 1987. No. 4. A66-A68. 38. VIZSLAY, T: A borsodi barnakőszén kísérő kőzeteinek szilikátipari hasznosítási lehetőségei. Dip lomaterv. 1987. Miskolc, p. 101. 39. ZAMBÓ, J.: Bányaművelés. Feltárás és fejtés. Műszaki könyvkiadó. Bp. 1965. 1972. 40. ZAMBÓ, J.: A bányaművelés alapjai. Akadémiai Kiadó. Budapest. 1985. p. 163. TASKS AND POSSIBILITIES OF MINING PROTECTING ENVIRONMENT by J. PATVAROS Summary In planning and practice of mining activity and in solutions for increasing the economic effectiveness and safety requirements and regulations should be taken into consideration to a greater extent. Using the suitable procedures the mines (source) can solve the placing problems (receiver) of waste materials of the own and the other associated industrial units coordinating the economic extraction with the environmental protection. Placing of the slag of central waste processing plants into mines can be accomplished by suitable technical establishments and procedures taking into consideration of environmental protection.
53
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 55-74.
FRONTFEJTÉSEK BIZTOSÍTÁSÁNAK BIZTONSÁGI TÉNYEZŐI SOMOSVÁRI ZS.
Összefoglalás Általános esetben dőlt telepek frontfejtéseinek biztosításánál a biztonság két mérőszámmal, a biztosítási ellenálláshoz viszonyított támkihasználtsággal és a lejárónak a dőlésirányú elcsúszás elleni biztonsági tényezőjével fejezhető ki. Kimutatható, hogy adott körülmények (telepdőlés, lejáró vastagsága...) változásához lényegesen változó biztonsági tényezők tartoznak. Ezért a fejtés biztonsága érdekében elengedhetetlen ezeknek a biztonsági tényezőknek a meghatározása a legváltozatosabb körülmények mellet. Ehhez a Bányaműveléstani Tanszéken a megfelelő szoftver rendelkezésre áll.
A mai modern gépesített frontfejtések biztosítása lapos dőlésű telepek eseté ben jól megoldott, a különböző önjáró biztosítóberendezések alkalmazásával általá ban nem jelent problémát. Az utóbbi időben nagy teret nyert a pajzsbiztosítás. A különböző céloknak megfelelő 300-500 kN/m vagy ennél nagyobb biztosítási elle nállású pajzsok általában minden igényt kielégítenek. Mégis vannak olyan körülmé nyek, amikor a pajzsbiztosítású frontfejtések is elszerencsétlenednek.
DR. SOMOSVÁRI ZSOLT egyetemi tanár, a műszaki tudomány doktora MISKOLCI EGYETEM Bányaművelési Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
Dőlt településeknél (25*-30° telepdőlés fölött) a lapos telepeknél jól megfele lő önjáró biztosítóberendezések nem alkalmazhatók. Dyenkor a egyedi hidraulikus tárnokból kiépített támrendszer jelent elfogadható megoldást. Nyilvánvalóan ez a támrendszer sokkal jobban sebezhető, mint az önjáró biztosítóberendezések, itt a fejtés elszerencsétlenedése sokszor emberáldozatokat is követel. A frontfejtések biztosításánál is lényeges a biztonság kérdése. Ebben a tanul mányban ezzel a kérdéssel foglalkozunk. 1. A fejtési bíztosítószerkezetre ható kőzetnyomás A frontfejtésekben kialakuló kőzetnyomás elsősorban az omlasztási viszo nyoktól függ A széleshomlokú fejtések omlasztási viszonyai igen különbözőek lehet nek, attól függően, hogy a széntelep közvetlen és távolabbi fedüjében milyen tulaj donságú a kőzet. Az omlasztás és ezzel a fejtési biztosítószerkezetek terhelése szempontjából kedvező eset az, amikor szilárdabb széntelep közvetlen fedüje jól omló kis szilárdságú kőzet, amelynek vastagsága a fejtett szeletvastagság 3-4-szerese, továbbá a jól omló ún. lejáró felett pedig jóval nagyobb szüárdságú, de nem ri deg, áthajlani képes magasfedü foglal helyet. Dyen kedvező körülmények mellett a fejtés mögött a lejáró a keményebb magasfedüig felszakad, darabolódik, omlik. A magasfedü áthajlik és a fejtés mögött nagyobb távolságban az omladékra támaszko dik, azt összenyomja. A fejtés homloka előtt a magasfedü szintén támaszkodik, ezért a fejtési biztosításra nem hat nagyobb kőzetnyomás. A biztosítószerkezetnek üyenkor tulajdonképpen a magasfedüig terjedő lejáró önsúlyát kell elviselnie. Ha a lejáró vastagsága h± , akkor a biztosítást q~hxpl8
terhelés terheli, ahol/?! a lejáró kőzet testsűrűsége. Tekintettel arra, hogy ál3
tálában p^ = 2,3 t/m , 2,5-4 m lefejtett szeletvastagsagnal h^ ~ 8 — 16 m, így a fej tésekben q ~ 0,18 - 0,36 MPa = 180 - 360 kN/m 2 Dyen esetben tehát viszonylag kis kőzetnyomás terheli a biztosítószerkezetet, mert a szüárd magasfedü áthárítja a terhet a környezetre. Abban az esetben, ha a széntelep fölött, vastag, a fejtett szeletvastagság 2025-szörösét elérő kisszilárdságú, jól omló kőzetrétegek foglalnak helyet, akkor a fej tési biztosítószerkezetekre háruló kőzetnyomás szempontjából szinte érdektelen az, hogy fentebb nagyobb, vagy kisebb szüárdságú kőzetek helyezkednek el. Dyenkor az omlás magassága a fejtett szelet főtesíkjától
56
magasságig terjed, ahol M a fejtett szeletvastagságot, K az omladék lazulási ténye zőjét jelöli, amely általában 1,2 - 1,5 nagyszilárdságú kőzeteknél nagyobb, kisszilárdságú kőzeteknél kisebb. Dyenkor a fejtési biztosítószerkezet terhelése két rész ből tevődik össze:
Másrészt a fejtés fölötti kőzettömeget az omlás magasságában (hj) a magasfedü terheli. Ennek a terhelésnek a maximális értékét viszonylag egyszerű kiszámí tani. A terhelés maximális értéke annyi, amennyit az alátámasztott lejáró tönkre menetel nélkül egyáltalán el tud viselni, azaz 2 c CQS0
ahol 0 az alátámasztott közvetlen fedü belső súrlódási szöge, c az alátámasztott közvetlen fedü kohéziója, o'z az omlás magasságában ható függőleges feszültség, a'x az omladék felől az alátámasztott közvetlen fedüt oldalról támasztó vízszintes fe szültség. Általában a'x/a'z « 0 - 0 , 1 5 , 0 « 20 - 30', így általában
Kisszilárdságú, jól omló lejáró esetén a kohézió csekély, hiszen a fejtési homlok előtt a kőzettartomány már többletigénybevételnek, alakváltozásnak volt ki téve. Aztán a fejtés előrehaladásával a közvetlen fedü nyomóigénybevétele csökken, a térfogat növekszik, a repedések nyílnak, ezért a kohézió lecsökken, általában c « 20 - 200 kN/m2 = 0,02 - 0,2 MPa értékkel lehet számolni, ezért
nyomás nagyobb a fejtésben. Nehezen omlasztható, rideg fedü esetében a kőzetnyo más a fejtésben mintegy 2,5-3-szor nagyobb mint kisszüárdságú, könnyen omló fedürétegek esetében. Közel szintes telepeknél a lejáró kőzettömeg egyensúlya a 1-3. ábrák alapján vizsgálható. Jól omló, kisszüárdságú közvetlen fedürétegeknél (7. ábra) a törőél mö gött közel függőleges sík mentén szakad meg a lejáró, azaz e « 90*. Egy biztosító sorban az alábbi erők működnek. A lejáró kőzettömb súlyereje G, amely átmegy a tömeg súlypontján és függőleges irányú. Ez az erő a homloktól IQ távolságra műkö dik. A biztosítószerkezetek reakcióerejének eredője P, amely függőleges irányú, a homloktól lp távolságban ébred és általában lP>IQ . A leváló kőzettömb, mivel lp * IQ csak úgy lehet egyensúlyban, ha még egy harmadik erő is működik, ez az 1. ábrán látható R passzív reakcióerő, amely függőleges irányú és lR távolságra van a fejtési homloktól. Az egyensúly feltételi egyenletei: P = G + R; PlP = GlG + RlR. A beépített tárnok A, B reakcióereje figyelembevételével az egyensúly felté teli egyenletei: P=A+B\
Plp=AIA+BlB
Az előbbiek felhasználásával A +B = G + R; AlA+BlB
= GlG + RlR.
Az R passzív reakcióerő nagysága és helye a másik két erő (G, P) nagyságá tól és helyétől függően alakul. Ha P = G és lp = IQ azaz R = 0, akkor szükségszerűen IA<^G<^B a 2. ábrán látható. Ekkor a támerők az egyensúly egyenleteiből: A=G'JLZ!
B ~lA
P=A
l
B~
+B = G.
Ha viszont IG
, akkor a támerők:
A = G-f^; l
B~lA
58
B=G'JLZ1A
5 = 0.
l
A
ammt
az
magasledü
közvetlen fedü
jz
1. ábra
letep
2 dfra
59
Továbbá R=P-G
l
A~lG
= GA—± l
R ~M
lR =
R a leváló kőzettömb legtávolabbi 2lG-0,5m, P=A
határán hat, ennek
megfelelően
+ B = G + R.
Természetesen a valóságban a B támerő nem lesz egészen zérus, mert a levá ló kőzettömeg nem merev test mint ahogyan azt a statikai számításoknál kezeljük, hanem deformációra képes, így a B támerő valójában a számítottnál nagyobb, az A viszont kisebb. Nehezen omló, szilárd közvetlen fedükőzeteknél a 3. ábra. szerint a törőél mögött hátrahajló sík mentén szakad meg a lejáró e ~ 40 — 75°. Ennek megfelelően a lejáró kőzettömb alakja az előzőekhez képest megváltozik, azonos nyitvamaradó paszta és he esetén a súlyerő (G) természetesen nem változik. Működik a G súlyerő, amelynek hatásvonala hátrább kerül. A biztosítószerkezetek reakcióerejének eredője P a homlok és a G hatásvonala kö/ött van, azaz lG > lp. Az R passzív reakcióerő itt a fejtési homlok közelében kell működjön. Az egyensúly egyenletei ugyanazok mint előbb. Erre a szituációra az jellemző, hogy/G > Iß. Ekkor a támerők:
l
B ~ lR
Továbbá
l
B ~ lR
R a leváló kőzettömb a homlokhoz legközelebb hat, ennek megfelelően IR = 0,5 m. p=A
+B--G
+ R.
Természetesen a valóságban az A támerő nem lesz egészen zérus, mert a le váló kőzettömeg nem merev test, mint ahogyan azt a statikai számításoknál kezel jük, hanem deformációra képes, így az A támerő valójában a számítottnál nagyobb, a B viszont kisebb. A számítások két tám esetében azt mutatják, hogy könnyen omló közvetlen fedürétegek esetében az első tám terhelődik jobbban, míg nehezen omló fedüréte-
magasfedú
Közvetlen fedü
3. ábra
4. ábra
61
gek esetében a hátsó tám. A támcrők eredője nagyobb kell legyen, mint a lejáró kő zettömeg súlyereje, egy eset kivételével, amikoris a súlyerő és a támreakció erők eredője egy hatásvonalon hat. Ez utóbbi eset azonban ritkán, a fejtés egyes ciklusa iban csak időlegesen állhat elő. Minél távolabb vagyunk a P — G szimmetrikus eset től, annál nagyobb R érteke, így adott (7-nél annál nagyobb P biztosításreakció tud ja csak biztosítani az egyensúlyt. 2. Dőlt településnél kielégítendő feltételek Dőlt település esetében a dőlés irányában is vizsgálni szükséges a fellépő erő ket és ezek egyensúlyi feltételeit. A P telcpdőlésre merőleges biztosítószerkezeti eredő erőnek olyan nagynak kell lennie, hogy a iejáró kőzettömeg dőlésirányban ne csúszhasson cl. Az egyensúly ilyenkor a súrlódás Coulomb-féle alaptörvénye szerint akkor áll elő, ha az R passzív reakció erő a súrlódás kúpján belül van, azaz ha a te lepnormálissal bezárt szöge kisebb a súrlódási kúp nyílásszögénél (9 >
= Gí]ctg
A behelyettesítések elvégzésével a lejáró kőzettömeg dőlésirányú megcsúszá sát megakadályozó biztosítószerkezeti eredő erő: Pszüks. ~ G cosa p
+
G\\ cigcp = G cosa + (7 sina ctgy?
szüks. = G (cosa + sina • ctgy?)
Ez a számítás csak a súrlódásból származó erőt veszi figyelembe mint olyat, amely a csúszást akadályozza. Ez helyes is önjáró mechanikus fejtési biztosí62
tószerkezeteknel (pülertamos, keretes és pajzs hiztositoszerkezeteknél), mert ezek léptetésekor a lejáró kis szakaszon időlegesen el is válhat a magasfedütől. Egyedi támos biztosításnál viszont ez nem áll elő, különösen nem ha a fejtés hidraulikus tárnokkal van biztosítva, ezért a magasfedű és a lejáró között adhéziós kapcsolat is akadályozza az elcsúszástJEzt a későbbiekben figyelembe is fogjuk venni. A lejáró kőzettömeg dőlésirányú megcsúszását megakadályozó PszüJa. és a súlyerő (G) hányadosa a telepdőlés (a) függvényében különböző súrlódási tényezők (tgy>) figyelembevételével a 5. ábra szerint alakul. Az ábra jól mutatja, hogy mere dek telepeknél (a = 40* - 70°) 2-3-szor nagyobb biztosítószerkezeti eredő erő szük séges ugyanolyan súlyú lejáró kőzettömeg biztosításához mint közel szintes telepnél. Az előzőekből kitűnik, hogy eltérő a szerepe, feladata szintes telepnél (lapos dőlésnél) és meredekdőlésű telepnél a fejtés biztosításának. Míg lapos dőlésnél a le járó kőzettömeget úgy tudja egyensúlyban tartani a biztosítószerkezet, hogy megen gedheti annak részleges elválását a magasfedütől, addig meredek telepnél ezt nem teheti. Meredek telepnél a biztosítószerkezetnek annak érdekében, hogy megakadá lyozza a dőlésirányú megcsúszást olyan erővel kell támasztani a lejáró kőzettöme gét, hogy a lejáró kőzettömeg és a magasfedű között olyan súrlódó erő keletkezhes sen, amely megakadályozza az elcsúszást. Meredek dőlésnél a biztosítás fő feladata az, hogy a lejáró kőzettömeget megfelelő mértékben odaszorítsa a magasfedühöz. Meredek dőlésű fejtésben a lejáró rétegek nem kellő mértékű odaszorítása a magasfedühöz a lejáró kőzettömeg dőlésirányú megcsúszását eredményezheti, ez pedig omlást idéz elő, mert a biztosításrendszer dőlésirányú erőt nem tud felvenni. 3. A fejtésbiztosftás biztonsági tényezői Az alábbiakban példaként vizsgáljuk meg a 6. ábrán látható biztosítás elren dezésnél a biztonság kérdését. Vegyük figyelembe a következőket. A lejáró kőzettö meg rendkívül kis szilárdságú, folyásra hajlamos, másrészt a talp is igen kis szüárdságú szén. Ilyen körülmények mellett a főte hézagmentes deszkázása szükséges. Ez viszont azt jelenti, hogy a hidraulikus tárnokát csak addig feszítik elő, hogy a desz kázatba nyomódó fémsüvegek a deszkázatot tönkre ne tegyék. A hidraulikus tárnok előfeszítése ezért mecseki tapasztalatok szerint általában 80-100 kN, vagy ennél kisebb. Ez az érték a konvergencia növekedésével lényegesen nem is változik, mert a tárnok a talpemelkedést hathatósan nem tudják gátolni, benyomódnak a lágy talp ba. A vizsgált biztosítási technológiánál a fejtési homlokra merőleges metszetben egy sorban 4, 5 tám viseli a terhelést. Ezt úgy vehetjük számításba, hogy 4 db támerő A, B, C, D működik, ahol a fenti feltételek miatt A = B = C, a törőtámsorban pedig a legnagyobb a konvergencia miatt D = 1,5 C helyett Z) = 2 C a terhelésfelvé63
1 A
1 —
eS i
\k
«
s
0
"A M
*"\
s
8
s
in
o
CNJ
^ :
ri o
CL*
5.
ra
64
6. ábra
65
7. ábra
66
tel. A tárnok sorrendben lA, lB, IQ , Ijy távolságra helyezkednek el a fejtési hom loktól. í = 0,8m sortávolság, L = 4,2 m nyitott pásztaszéiesség mellett egy tamsorral 2 2 biztosított felület F = 3,36 m , a támsűrűség 1,34 db/m . Vizsgáljuk a lejáró kőzettömeg egyensúlyát igen lágy, folyásra hajlamos lejá ró kőzettömeg esetében. Az egyensúly egyeneletei: A+B+C+D=G+R=P AlA=BIB
+ Clc + DlD =
A=B = C, D-2C
i R±P = G±
G±lG+RxlR=PlP
feltételek mellett:
*h>
lA+lB + lc + 2lD — ;
lR = 2lG-
0,5 m
5_//2
LA+lB + lc + 2lD
Pp — 5 Cp — G |
T
R I p',
U + h + lc+2lD
Lp —
Itt R ,p passzív erő, amely a G • és a tárnok helyzete alapján meghatározott és ezáltal a többi erő (Ap ,Bp,Cp, DP, Pp) is passzív, az egyensúlyhoz alakulnak ki. Ha aktívan biztosítunk a rögzített támerő arányok mellett azaz P >Pp-X állí tunk elő, akkor R \p megnövekszik R • aktívra, miközben lp nem változik, de lR kisebb lesz, lp-hez közeledik. Ha P > Pp adott, akkor G [_ + Äj_ = P és G_\_lG + Rj_lR = Plp innen
67
OL n
n
n
,
Pl
P~GlG
h
~
P
KL-P-V-LflR—jTZGl
'°
~£]7 1
P
lp
/ c = 2 , 5 m , / D = 3,9m
R L p = 0,290 G [_; / Ä = 3,7 m C P = 0,258 (7
L
P P = 1,290 (7j_; / P = 2,46 m 5 = 0,8 m, ÄI_|_ = 4 m, L = 4,2 m, p = 2,2 t/m 3 értékkel (?_[_ = 296 kN. Ezzel Rj_P = 85,8 kN Ap = Bp = CP = 76t4\(N\
Dp = 152,7 kN
P P = 381,9 kN. Az F = i L = 3,36 m felülettel a fajlagos biztosítószerkezeti rekacio 9_LP
= — = 113,7 kN/ni
Tmax = 294 kN névleges teherbírású tárnok és a / = 4,5 db/F = 1.34 db/m támsűrűség figyelembe vételével a biztosítási ellenállás (névleges fajlagos támteherbírás) £ = 7:maxf = 394kN/m 2 Az átlagos támkihasználtság: v = ^ r = 0,29 = 29 %
68
Itt a lejáró kőzettömeg közötti adhéziót is figyelembe vehetjük, de csak a fejtési homlok közvetlen közelében. Hátrább ugyanis a fedü íves lehajlása miatt a kőzetrétegek elnyíródnak egymáson. A Ca adhéziós erő figyelembevételével a dőlés re merőleges és a dőlésirányú erők egyensúlya: P =GL
+R_L
\\ = R± W + C° ' m" R ± = (°\\ ~ C°) Ct^ •
G
A lejáró kőzettömeg dőlésirányú megcsúszását megakadályozó biztosí tószerkezeti eredő erő p
szüks. = G
cosa +
(G\\ ~ ca)
cX
8P = G
cosa
( C^ ^a = G cosa + sina -' G ctgp szüks. Vagy
l
[
+
(G sin« ~ Ca) CXgip
.
G L G = —^=a helyettesítésevei cos
szüks. = G_L 1 + t g a -
r
_L
ctg^>
tga
U_
Ez a képlet igen jól mutatja a telepdőlés hatását. A Pszűks/G l ~ a* függ vénykapcsolatot a Cf/G I paraméter változásával különböző ctg^> értékeknél a 7. ábrán látjuk, azaz minél nagyobb a súrlódás, annál kisebb a Cg/G % arány és a te lepdőlés befolyásoló hatása és fordítva. A fejtési homlok közvetlen közelében fellépő adhéziós erővel legfeljebb 0,5-1 m-es sávban lehet számolni, így Ca — (0,5 - 1,0) • sca ahol ca a fajlagos adhézió. A fajlagos adhézió mindig kisebb, mint az érintkező kőzetrétegek közül a kisebbik szi lárdságú kohéziója. Azaz esetünkben ca < c = 1,0 — 1,4 MPa. A fajlagos adhézió érteke esetünkben mintegy ca = 500 kN/m -re tehető. így az adhéziós erő s = 0,8 m sortávolsággal Ca = 350 kN. Az elcsúszás elleni biztonság tényezőjét fogalmazhatjuk úgy, hogy az a csú szást akadályozó és a csúszást előidéző erők hányadosa, azaz
69
_ R_L tgp + Ca n= G G=
cosa
(P - GJJ tgy> + Ca G sina
helyettesítésével a biztonsági tényező
_(P-G_ L )tgy> + Cfl n= (?_Ltga
=
G
- 1 tgy> +
r
_L
tga
n = 1 mellett P = Pszüks., « = 0-nál n = <». Esetünkben P = PP = 382 kN biztosítószerkezeti eredő erő, Gi = 296 kN, a = 45° telepdőlés, valamint Ca = 350 kN adhéziós erő figyelembe vételével az elcsúszás elleni biztonság tényezője n= 1,24 A vizsgált biztosítás a vizsgált körülmények mellett tehát a = 45° telepdőlés nél is megfelelő. Egyébként ugyanolyan körülmények mellett a telepdőlés függvényében az el csúszással szembeni biztonság tényezője: a°
n
0
00
15
4,63
30
2,15
45
1,24
Az elcsúszás elleni biztonság tényezője a tárgyalt körülmények között igen érzékeny függvénye az adhéziós erőnek. Ha a homloknál a lejáró jelentősen fellazul, mert a homloki tárnok sok helyen nem kerülnek beépítésre, vagy felszakadások je lentkeznek, amelyek elválást tesznek lehetővé a lejáró és magasfedü között, akkor csökken vagy megszűnik az adhéziós erő. Ha az adhéziós erő 30 %-al kisebb a fen tebb számításba vettnél, azaz Ca = 245 kN akkor az elcsúszás elleni biztonság n = 0,89 vagyis csúszásveszély áll fenn.
70
A fejtésbiztosítás biztonsága tehát két paraméterrel jellemezhető. Ezek: Átlagos támkihasználtság: v Elcsúszással szemben biztonság tényezője: n. A fejtésbiztosítás biztonsága akkor megfelelő, hav < 1; n > l. Az alábbiakban 8. ábrán vázolt egyedi hidraulikus fémbiztosítású fejtési biz tosítási technológiát tesszük vizsgálat tárgyává. E technológiánál a legkisebb biztosítási ellenállás a BB, CC, DD, EE met szetekben áll elő. A DD metszetben a tárnok elhelyezkedése ugyanolyan mint a CC metszetben, ezért külön a DD elrendezést nem vizsgáljuk. A szóbanforgó A -jelű biz tosítási technológia mértékadó biztosítási ellenállása r max = 294 kN névleges teher2
bírású tárnok alkalmazásával 272 kN/m . A 9. ábrán vázolt hasonló biztosítási technológiánál a legkisebb biztosítási ellenállás a BB, CC, DD, EE metszetekben áll elő. A DD metszetben a tárnok elhe lyezkedése ugyanolyan mint a CC metszetben, ezért külön a DD elrendezést nem vizsgáljuk. A szóbanforgó B jelű biztosítási technológia biztosítási ellenállása a 2 Tmax = 294 kN névleges teherbírású tárnok alkalmazásával 408 kN/m . A biztosítás körülményei az alábbiak. A tárnok a talpba nyomódnak ezért passzív módon alakul ki biztosításreakció. A támerő mindegyik támban közel egy forma. A lejáró kisszilárdságú, amelyet e = 90° és e = 75° mellett vizsgálunk. Felté telezzük, hogy a fejtési homloknál a lejáró megtörik és csak igen minimális mértékű 2
250 kN/m a magasfedü és lejáró közötti adhézió. Kis értékű
71
x'K> C>^
E
l
I
METSZET
^° ft
iL
#( f ©~íV
max. 4,8 m
Ä dfcra
72
T<* [J
x
U-Qt l
I •eh
U
m u
-
"( H O B *
•+e-
B
-©t-
•+©-
•«+•
-*-«-
-&t-
+e-
•©•-
METSZET
r» «r ***** ** mm
utrfw*«*aj^
TT A*
L&a max. 4,8 m
9. ábra
73
A B-jelű biztosítási technológia a telepdőlés növekedésével egyre kisebb lejá róvastagság mellett felel meg a biztonság követelményeinek. Kisebb felszakadási szög mellett nagyobb a támkihasználtság, ugyanakkor növekszik az elcsúszás elleni biztonság. Ebben a vonatkozásban tehát különbözőképpen reagál a két biztosítási technológia a lejáró szilárdságváltozására. Az analízisből az az érdekes eredmény adódott, hogy a B-jelű biztosítási technológia nem alkalmazható szélesebb körben, mint a A -jelű, annak ellenére, hogy az A -jelű technológiánál 272 kN/m , a B-jelűnél 408 kN/m a biztosítási elle nállás. Ennek oka az, hogy az elcsúszással szembeni biztonság tényezője a B-jelű technológiánál nem nagyobb, sőt valamivel kisebb mint az A -jelűnél. Míg az A -jelű biztosítási technológiánál n = 0,33 - 4,28 között változik és 27 alkalommal kisebb egynél, addig a 2?-jelű biztosítási technológiánál « = 0,22—2,71 között változik és 35 alkalommal kisebb egynél. Végeredményben a 5-jelű biztosítási technológia a vizsgált körülmények között az elcsúszásveszély szempontjából kedvezőtlenebb an nak ellenére, hogy nagyobb a biztosítási ellenállása. A bemutatott vizsgálatok alkalmasak arra, hogy biztosítási technológiákat analizáljuk, meghatározzuk a technológiák biztonságos alkalmazási körülményeit, minősítsünk, egymással összehasonlítsunk biztosítási technológiákat.
IRODALOM
1. BCRÖN, C. - ARIOGLU, E.: Design of Supports in Mines. WUey, New York, 1983. 2. PENG, S. S.: Coal Mine Ground Control. WUey, New York, 1978.
SAFETY FACTORS FOR SUPPORTING OF LONGWALL WORKINGS by ZS. SOMOSVARI Summary In general, at supporting of longwall working in inclined deposits there are two factors characterizing the safety: ratio of the real support load and the total support bearing capacity and the safety factor against sliding of immediate roof rock in the direction of inclination. It can be proved, that the safety factors for a support system with given bearing capacity varies considerably with changing of conditions (inclination of deposit, thickness of immediate roof, etc.) . Therefore for the sake of the working safety it is necessary to determine these safety factors under the most varied circumstances. For completing the calculations a software is available at the Mining Department.
74
ME Közleményei, Miskok, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 75-84.
KŐBÁNYÁSZATI TERMELÉSIRÁNYÍTÁSI RENDSZER (KTIR) BUÓCZ Z. - FÖLDESI J. - MÉSZÁROS L. - MÉSZÁROS Z.
Összefoglalás A Kőbányászati Termelésirányítási Rendszer feladata a kőbánya üzemeltetésével kapcsolatos te vékenységek számítógépes támogatása. A műszaki tervező alrendszer az alábbi modulokat tartalmazza: kutatás, ásványvagyonbecslés, kisajátítás, előkészítési tervek, letakarítás, fejtési tervek, robbantások terve zése (szemcseloszlás becslés, szeizmikus hatás vizsgálat, költséganalízis), rekultivációs tervek, költségter vezés, fö;ldtani modellezés, térképezés. Az irányítási alrendszer tartalmazza a termelési terv készítését, a termelés folyamatos követését, a gépek üzemeltetésének irányítását, a raktárgazdálkodást, a létszám és bérgazdálkodást.
A KTIR célja bányaüzemi szinten számítógépi támogatást adni a mérnöki tervezéshez és termelésirányításhoz, a gazdálkodás hatékonyságának növeléséhez.
DR. BUÓCZ ZOLTÁN egy. docens
MÉSZÁROS LÁSZLÓ tud. mts.
DR. FÖLDESI JÁNOS egy. docens
DR. MÉSZÁROS ZOLTÁN egy. adjunktus
MISKOLCI EGYETEM Bányamflveléstani Tanszék
Kézirat beérkezett: 1991. február
75
A komplex rendszer alrendszerekből és modulokból épül fel. Az alrendszerek, s ezen belül a modulok lazán kapcsolódnak össze, ami lehetővé teszi a program rendszer fokozatos kiépítését, fejlesztését, de lehetőséget ad a különböző felhaszná lói igények megfelelő, eltérő modulok rendszerbe illesztésére is. A moduláris felépítés a fentieken túl arra is módot nyújt, hogy a felhasználó már meglévő, jól működő programjait a rendszerbe modulként bevigye. Az illesztést ez esetben természetcsen meg kell oldani, de ez lényegesen egyszerűbb feladat, mint új programokat készíteni. A rendszer felépítését az 1. ábra mutatja. A fő elemek a következők: adatbázis kezelő rendszer,, adatbázisok, funkcionális alrendszerek, dokumentációs alrendszerek. Az adatbáziskezelö rendszer egy saját fejlesztésű adatbázis kezelő keret rendszeren alapul, amely lehetőséget teremt a rugalmas, feladatorientált adatkeze lésre. A keretrendszer segítségével könnyen alakíthatók ki az eltérő méretű és fel építésű rekordok, s így biztosítható a szükséges tárkapacitás minimalizálása. Az adatkezelést (bevitel, törlés, módosítás) jól áttekinthető képernyő képek kel támogatja, s hasonló felépítésű adatnyomtatásra is képes. Az adatok különböző szempontok szerinti leválogatási lehetősége az adatok céliránuos csoportosítását biztosítja. A keretrendszer több ellenőrzési funkcióval illetve adatválogatásos megoldá sokkal segíti a hibás adatfelvitel elkerülését. A keretrendszert közel két éve használja az egyik szénbánya vállalat, hasz nálhatóságát bizonyította. A funkcionális alrendszer moduláris felépítésben négy egységből (alrend szerből) áll, amelyeken belül egyes önállóan használható blokkok helyezkednek el. A blokkok mindegyike egy vagy több programot tartalmaz, amelyek részben a törzsa dattárra, részben közbenső munkaállományokra ill. grafikus rendszerre támaszkodva interaktív működési móddal oldanak meg egy-egy feladatot vagy feladatcsoportot. A műszaki alrendszer elsősorban az alapadatok feldolgozását végzi, s olyan végeredményeket hoz létre, amelyeket vagy a törzsadattárbakban helyezünk el, vagy közbenső munkaállományokon keresztül a további programok, blokkok használják fel, azaz a tervezéshez nyújtanak alapadatokat. A bányamérési blokk elsősorban a mérési adatok feldolgozását végzi,s a szá mított koordináták, illetve egyéb adatok (pl. jövesztett térfogat) a törzsadattár meg-
76
Kőbányászati Termelésirányítási Rendszer (KTIR) ADATBÁZIS
KEZELŐ
RENDSZER
I
Esetleges kapcsolat más adatbázisokkal
ADATBÁZISOK -
munkaero t er melóé sztöz anyag energia bér
geodéziai és bányamérési törzs földtani törzs technikai lörzs biztonságtechnikai környezetvédelmi gazdasági i
FUNKCIONÁLIS
MŰSZAKI ALRENDSZER bányamérési blokk földtani nyomvonal statisztika
TERMELÉS TERVEZÉS műszaki üzemi terv blokk kijelölés időütemezés ( kisajátítás, előkészítés , letakarítás, te}tés, rekultiváció •) költségelemzés
D
0
G r a f i k u s
-j
ALRENDSZEREK
K
TECHNOLÓGIAI ALRENDSZER Fúrás tervezés Robbantás tervezés Batórozás lőrés Szállítós Osztályozás Irlakorflás Dokumentáció Költségelemzés
U H E N T A C I O
Alfa - numeri kus
TERMELES KÖVETÉS Minden termelési folyamat időben tolya matos követése. Kisajátítástól a bér gazdálkodásig. Általános költségelemzés.
felelő helyére kerülnek. Az itt keletkezett adatok (eredmények) a tervezésen túl a termelés követésének is az alapját képezik.. A földtani blokk a földtani kutatási adatok feldolgozását végzi. Itt elsősor ban a fúrási szelvények kiértékelésére, a mennyiségi, minőségi paraméterek térbeli eloszlásának a meghatározására van szükség. Számítani kell az ásványvagyon nyil vántartásához szükséges hivatalosan előírt adatokat is. A földtani adatok kiértékeléséhez felhasználható programokat illetve számí tási eljárásokat a felhasználókkal egyeztetve kell kialakítani, mivel a hagyományos módszerek mellett a korszerű, nagyobb számítási igényű geostatisztikai módszerek alkalmazására is lehetőség van. A nyomvonal blokk átmenetet képez a tervezési alrendszerhez, mivel itt a különböző utak, vezetékek nyomvonalának a kijelölésére alkalmas programok talál hatók. A tervezéssel való kapcsolat nyüvánvaló, hiszen egy út dőlésviszonyai, széles ségem a kanyarulati sugarak meghatározása, stb. mindenképpen tervezési feladatot jelentenek. A nyomvonalak illetve a berendezéseik helye a geodéziai és bányamérési törzsadattárában kerülnek rögzítésre, bár ezt véglegesíteni csak a kiépítést követően végzett mérések után lehet. A statisztikai blokk különböző, nagy tömegű adat matematikai statisztikai feldolgozását végzi, illetve lehetőséget teremthet ezen adatok elemzésére. Például az alkatrész utánpótlással, az üzemzavarok elemzésével kapcsolatban, a földtani adatok eloszlásainak vizsgálatával, vagy a szeizmikus hatások elemzésével, a munkaerőgaz dálkodással, vagy a jövesztéssel kapcsolatosan (hiányzások, határozás, stb.). A termelés tervezési alrendszer az igényekből kiindulva határozza meg a műszaki-üzemi terv előírás szerinti paramétereit. Itt lehetőség van arra, hogy maga a program állítsa elő az előírás szerint szükséges dokumentációkat, vagy azok egy részét. A rövidebb időtartamú (éves) tervek mellett a hosszabbtávú tervek kidolgo zása, időütemezése is itt végezhető el, csakúgy mint az éves terven belüli ütemezés a különböző bányabeli blokkok, területek kijelölésével. A termelés tervezési blokk magába foglalja a területek előkészítésén túl a ki sajátítás, letakarítás, fejtés és ha szükséges a rekultiváció ütemezését. Mód van al ternatív megoldások kidolgozására, a tervekhez kapcsolódóan költségelemzésre, s ezzel az ütemezés, a telepítés optimalizálására. Költség megtakarítás érhető el pl. a bányatelken belül minél rövidebb idejű terület igénybevételekkel dolgozni, azaz mi nél később kisajátítani, minél hamarabb rekultiválni. A bányaművelési tervek kidol gozása során kellő adatok birtokában pl. figyelembe lehet venni a tervezett létesít mények költség kihatásait, (építkezések tervezése a bánya közelében olyan tervmó dosítást eredményezhet, hogy az új területekre veszélyesebb bányaterületeken addig termeljünk fokozottabb ütemben amíg az károkat nem okoz.)
78
A programok segítségével jobb összhang teremthető a fő munkafázisok kö zött, amelyek egyértelműen sorbakapcsolódva követik egymást időben. A rendszer kiépítésének előrehaladtával a KTTR lehetőséget teremt a terve zési feladatokhoz kapcsolódóan a különböző biztonsági és környezetvédelmi előírá sok folyamatos figyelembevételére, ezzel fokozva a művelés biztonságát, csökkentve a várható költségeket. A technológiai alrendszer az egyes technológiai műveletek részleges tervezé sét teszi lehetővé. A részletes művelet-tervezés minden ezetben költség elemzéssel kapcsolódik össze, s így túl a művelet-tervezésben elérhető pontosságon a költség minimalizálására is lehetőségünk van. Ennek az alrendszernek a legfontosabb eleme a robbantások tervezése. A fú rólyuk telepítésétől a robbantások káros hatásainak figyelembevételéig a teljes fo lyamat tervezésére van szükség, mivel a művelet elemei összefüggnek, kölcsönösen hatnak egymásra. Ki kell emelni, hogy ennek a modulnak szerves része az interaktív grafikus rendszer is, ami a tervezési folyamatot támogatja és az eredmények megjelenítését végzi rajzi formában is. A 2., 3., 4., és 5. ábrákon, valamint az 1. táblázatban pél daképpen bemutatjuk a robbantás tervező modul tervezési folyamatának egyes moz zanatait, valamint az eredményét. A fúrások tervezésénél lehet felhasználni a robbantási tervben rögzített tele pítési tervet, tervezhető a fúrások eszköz és gépigénye, a várható kőzetparaméterek függvényében a fúrási időtartam, koronakopás, stb. A határozásoknál a gépi határozás és a robbantásos megoldás közötti válasz tást segítheti a program ill. adhat paramétereket a különböző technológiákhoz. A törés, aprítás tervezése, esetleg az osztályozás a kitermelt kőzet értékét növelheti, ha a keresettebb szemcseosztályok kihozatala növelhető. A technológiai sor tervezésén túl, a meglévő berendezések működésének elemzése olyan következ tetésekre vezethet, ami a folyamatok kedvezőbbé alakítását ill. folyamatos ellenőr zését teszi lehetővé. A letakarításnál a mennyiségi paraméteren túl szükség van a jövesztési mód kiválasztására, az értékeítési kehetőség vagy a tárolási hely kiválasztására, a szállí tási mód, az útvonal meghatásozására. A költségelemzés ez esetben is megtakarítást eredményezhet. A rekultiváció esetén a speciális feladat megoldási lehetőségeit kell költsége lemzéssel összehasonlítani, az előírások figyelembevételével együtt. A termelés-követési alrendszer naprakész állapotban tükrözi a bánya állapo tát a gépek, berendezések állapotát, a raktári forgalmat, készleteket, a bérgazdálko-
79
dást. A termelési ráfordítások és az árbevétel naprakész vezetése képet ad a bánya üzem gazdálkodásáról, figyelmeztethet a szükséges beavatkozásokra. A termelés-követési alrendszer, valamint a termelési alrendszer időütemezési blokkjának eredményeit összehasonítva figyelmeztetéseket kaphatunk a tervek telje sítésével kapcsolatosan, illetve felszólításokat a szükséges intézkedések megtételére. Ez vonatkozik a raktásforgalomtól a letakarítás ütemezéséig minden folyamatra. A dokumentációs alrendszer két főeleme a grafikus és az alfa-numerikus modul. A két modul között nyilvánvalóan átfedések vannak, mégis célja szerint megkülönböztetjük őket. A grafikus modul a paraméterek pontos értékeit tartal mazza olyan formában, ami dokumentum értékű, archiválható. Az alrendszer egyik fontos célja a tervezési folyamat támogatása, ami a kép ernyőn megjelenő ábrákkal és szöveges, numerikus információkkal történik. Ez na gyon hatékony interaktív kezelést tesz lehetővé a részeredmények gyors kiértékelé sével. A grafikus rendszer másik funkciója a rajzi dokumentálás. Ennek egyik fon tos formája a térképi megjelenítés. Ennek tényleges kihasználása nagyméretű rajz gép (plotter) használatával lehetséges, ami nem minfden esetben valósulhat meg. A térképi jellegű, szabványos ábrázolások segítenek minden esetben a rajzok értelme zésében még akkor is, ha azok nem lehetnek méretarányosak. További lehetősége a grafikus rendszernek a háromdimenziós ábrázolás, ami ugyancsak a tervezés haté konyságának fokozásához járulhat hozzá. A dokumentációs rendszer nem csupán a funkcionális alrendszerekben meg jelenő input adatok, információk megjelenítését teszi lehetővé, hanem a törzsadat tár adatainak ellenőrzéséhez, dokumentálásához, archiválásához szükséges nyomtat ványok készítésére is alkalmas. A teljes rendszer rövid ismertetésével működésének lehetőségeire és a rend szeren belüli elemek összefüggéseire kívántuk a figyelmet felhívni. Bizonyos elemei nek a kidolgozását elvégeztük, más fejlesztések folyamatban vannak. A rendszer leglényegesebb tulajdonsága a moduláris felépítés minden al rendszeren belül és az alrendszerek között. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszert a fejlesztés első fázisában és alkalmazzák a gyakorlatban. Minden további fejlesz tés a korábbiakhoz kapcsolódva épül be a teljes rendszerbe, használva a törzsa dattárakat illetve bővítve azokat. A moduláris felépítés másik előnye, hogy a fejlesztés kezdeti fázisában lévő rendszer továbbfejlesztése minden esetben a felhasználó kívánsága szerint történhet. Az általunk fontosnak tartott modulok helyett, vagy mellettük további modulok ké szíthetők s állíthatók rendszerbe. Az egyes moduloknál szinte csak példaként sorolt funkciók bővíthetők, elhagyhatók a megoldandó feladatnak megfelelően.
80
A teljes rendszer keretét az egységes felépítésű adatbázis, az adatbázis keze lő keretrendszer, valamint a grafikus és alfa-numerikus dokumentációs alrendszer képezi. A funkcionális alrendszer moduljai, programjai adnak tartalmat a rend szernek.
2 átra. Tervállomány betöltési képernyő
81
ft-OOO. OO, lOO. oo» l o o . oo> B - < i 3 e . o s . 11 a. 4B,tcn.D<> C - Í 1 3 7 . 3 2 , 1 2 2 . B9, JOB. DO) [>-<••_ -t3, 1 0 3 . 1 4 , 1 0 1 . 0 0 > T»]p»5Clrit -^I.OOCK) F.l»«5»»*»q - 2 0 . OOCiO tela« -TQCfokl Sorok sxana Lgukt IV —t.OOCnO dot« ho»xa-3.30ta]
K»»'«-«
*0,tCM.*-l> O o l » s e j M foki , t mr
^a?T^'"? " T*»—I OC«»J
BadaaXUaJiU T o n a n t i gio»o w - i » » [ « i " • « ' - " — M H I
U»—I»I
J. ábra. Robbantás tervezése
loo
CM]
7
»o L •a i
i
i i
i
1
1 so L
!
..L
io I
oi_ O.*.
0.3
! 1
:i
1
-....
t:; ..._i ..,.1
1 1
i
..L
J i.a
j
"l
«o 1
!
i j
"1-
—j—j—
• o [...,
|
i
:
íi—i
In
X .O
4
a
ir
s.o
I
1
1
i i *
o
M . O
K v a n U t u C l^r» ]
4. ábra. Szemcseeloszlás becslés
5. ábra. Robbantás szimulációja
82
««.O
|
!•
IIS.OCCR]
20tfc<53
KTIR Robbanta» Tervaaé« öbánya Bersmendi LyuktalapiWsi terv TI y B AbmCmml Lyuk «a 93 104.64 137.33 122.60 Fl-1 93 104.27 133.77 120.81 Fl-2 93 103.91 130.19 119.02 Fl-3 93 103.33 126.Ól 117.23 Fl-4 93 103.18 123.04 113.44 Fl-3 93 102.82 119.46 113.66 Fl-6 93 102.43 113.08 111.87 Fl-7 93 102.09 112.30 110.08 Fl-0 95 101.73 108.73 108.29 Fl-9 95 101.36 103.13 106.30 Fl-10 95 101.00 101.57 104.71 Fi-li
1990.12.39 html dölé»tfok] 31.34 31. IB 30.76 30.38 29.99 29.60 29.22 28.83 28.44 28.06 27.67
70 70 70 70 70
70 70 70 70 70 70
Töltési terv Det. G y u t a c s A.kör Lyuk Sor fojtás Fö robb.a Alsó robb, a (ml s z á n tip íms] Cm] tipus [kg] [ml típus [kg]
Fl-1 FI-2 FI-3 FI-4 FI-5 FI-6 FI-7 FI-8 FI-9 FI-10 FI-11
S
JMSG-1 0 0! ANDO 100.00 1 7 . 4 7 J P A X I T 10. 00 1 .73 MSG-2 23 ANDO 100.00 17.47 P A X I T 10. 00 1 .73 MSG-3 30 ANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .73 MSG-4 75 ANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .73 MSG-5 1 0 3 ANDO 100.00 17.47 P A X I T 10. 00 1 .73 VG-6 1 2 5 00 1 ANDO 100.00 17.47 P A X I T 10. .73 MSG-3 103 ANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .73 MSG-4 75 OiANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .73 MSG-3 ANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .75 50 MSG-2 10 ANDO 100.00 17.47 PAXIT 10. 00 1 .75 23 11 !MSG-1 0 ANDO 100.00 1 7 . 4 7 J F A X I T 10. 00 1 .73 Robbanóanyag ANDO 11 0 0 . 00 tkgl összes mennyisége: 1 9 2 . 1 3 Cm] Robbanóanyag : FAXIT 1 1 0 . 0 0 [kg] összes mennyisége 19.21 [ml Gyutacs : MSG-1 ms] összes mennyisége késletetése: 0 2 [db] Gyutacs MSG-2 késletetése: 25 msl ö s s z e s m e n n y i s é g e 2 [db] Gyutacs : MSG-3 késletetése: 30 ms] ö s s z e s m e n n y i s é g e 2 [db) Gyutacs MSG-4 késletetése: 75 ms] ö s s z e s m e n n y i s é g e 2 [db] Gyutacs : MSG-5 késletetése: 103 ms] összes mennyisége 2 [db] Gyutacs : VG-6 késletetése: 125 1 ídb] ms] ö s s z e s m e n n y i s é g e Detonátorok sz ama : 22 [db]
1 ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
í
Költség vizsgálat Robbanóanyagok: ANDO ilOO.OOCkg] 192.13rm ] 13.00[Ft/kg] FAXIT HO.OOtkg] 19.21CIB ] 30.00ÍFt/kg] Gyutacsok: MSG-1 OCms] 2ídb] 121.00CFt/db] MSG-2 25Cms] 2[db] 121.00[Ft/db] MSG-3 SOCmsl 2ídb] 121.00[Ft/db] MSG-4 73[ms] 2ídb] 121.00CFt/db] MSG-5 lOStms] 2Cdb] 121.00[Ft/dbl VG-6 125Cms] lídb] 121.50[Ft/db] Detonátor: 22ídb] lOO.OOÍFt/db] Lyukak közti k é s l e l t e t é s ára= Robbantózsinór teljes ára = Töltés teljes költsége = Szolgáltatasok költsége = Szeizm. vizsgálat k ö l t s é g e » Egyéb k ö l t s é g = Fúrás fent 5.64[m ] 130.00ÍFt/m] Fúrás talpon O.OOÍrn ] 170.00íFt/m] Teljes költség K i r o b b a n t o t t közét K i r o b b a n t o t t közét Fajlagos költség Fajlagos költség
14300.OOtFt] 3300.00CFtl 242.00ÍFt] 242.00IFt] 242.00IFt] 242.00fFt] 242.00[Ft] 12i.50íFt] 2200.00[Ft] O.OOíFtl OOÍFt] 20000.OOÍFt] 10000.OOÍFt] 00[Ft] OOÍFtl
42333.55ÍFt] 0.OOÍFt] PötftfS.OSÍFt] 3817.71Im-31 9926.06Ct] 2G.OtííFt/'«~3] P.64rFty't]
1. táblázat
83
QUARRY PRODUCTION CONTROLL SYSTEM by Z. BUÓCZ - J. FÖLDESI - L. MÉSZÁROS -Z. MÉSZÁROS Summary The job of the Quarry Production Controll System is to aid, by computer the activity in relation with quarry production. The technical planning subsystem includes the following modules: exploration, estimation of mineral resources, expropriation, preparatory planning, uncovering, planning of workings, blasting design (prediction of fragmentation, examination of seismic effects, cost analysis), recultivation designs, cost estimation, geological modelling, mapping. The production controll system includes planning, monitoring of production, controlling of machine operation, management of stocks, wages and staff management.
84
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. fixa,
85-94.
ROBBANTÁSTECHNIKAI FEJLESZTÉSI FELADATOK AZ ÚJ OSZTRÁK ALAGÚTÉPÍTÉSI MÓDSZER (NÖT) ALKALMAZÁSÁNÁL BOHUS G.
Összefoglalás Az új osztrák alagútépítés! módszer gyorsan meghódította a világot, de hazánkban még alig tudunk eredményes bevezetéséről. Felismerve a magyarországi alkalmazások szükségességét, a szerző néhány fejlesztési feladatot vázol fel a robbantásos jövesztésű alagűtépítésnél. Ezek: a ragasztott horgonyok beépítést idejének, a beton bedolgozásának és a robbantás időpontjának az összehangolása, a szelvénytartó, kőzetkímélö robbantási eljárások, a "füstszegény" robbanóanyagok alkalmazása, az optimális fogásmélység és telepítési létszám.
Az új osztrák alagútépítési módszer (német nyelvterületen szokásos elnevezé se: NÖT - Neue Österreichische Tunnelbauwese -, az angol elnevezés: NATM - New Austrian Tunnelling Method -), olyan kéthéjazatú falszerkezetet eredményező épí tési eljárás, melynél a külső teherhordó elemet az üreg körüli kőzetgyfirű és a haj lékony biztosítás együttesen alkotja, a Belső teherviselő elem pedig merev beton- fa lazat. A kettő között foglal helyet szükség esetén a szigetelés. A módszer messzeDR. BOHUS GÉZA oki. bányamérnök a műszaki tudomány kandidátusa, egyetemi docens .MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
85
menően kihaszalja a kőzet önstabilizáló képességét azáltal, hogy megőrzi az üreg eredeti szilárdsági tulajdonságait. Számol a valódi hegynyomás csökkentésének le hetőségeivel, így a szükséges biztosítási ellenállás az optimális minimum körül van. A módszer leghaladóbb gondolata, hogy a klasszikus építési mód egymástól élesen elkülönülő kitörési és biztosítási ütemeit nem választja szét egymástól, mert ezek egymásba fonódnak a vágathajtás során. Mindezt azáltal valósítja meg, hogy kimondja és bizonyítja az "in-situ" mérések jelentőségét, ezekre alapozva megte remti az empirikus méretezés gyakorlatát, mint egyetlen olyan eljárást, mely követ ni képes a helyről-helyre változó kőzetmechanikai jellemzők hatásait. A módszer gyakorlati menete - általános esetben - az 1. ábrán követhető: a teljes szelvényt általában megosztják a kalott, a mag és a talp fejtésére, minden egyes szelvényrész kitörése után elhelyezik a megtámasztó harangprofi lú íveket és ponthegesztett betonacélhálót, elkészítik a kőzethorgonyokat, majd a lövelltbeton réteget a végleges vastagság gal (külső boltozat). Az egyes munkafolyamatok építése szorosan követi egymást, olyan vágat hosszak egyszerre történő munkába vételével, melyek a kalott megnyitásától számít va előre meghatározott időpontra biztosítják a teljes gyűrű megépítését. A kőzet minőségétől és a terheléstől függően változik a biztosítás erőssége, a beton vastagsá ga, az erősítő acélívek mérete és osztástávolsága, a horgonyok teherbírása, kiosztási távolsága és hossza, valamint a fogások mérete. A külső boltozat megépítése után elhelyezik a kiválasztott ellenőrző keresztszelvényekben a műszereket és mérik a vá gat mozgásait. A mozgások lezajlása után - kb. 5-6 hónap elteltével - elhelyezik a vízzáró szigetelést, majd beépítik a merev belső boltozatot. A NÖT olyan nagyszelvényű hegyvidéki alagutak építésénél alakult ki, ahol a jelentős vastagságú takaróréteg miatt a valódi hegynyomás mindig fellép. A mód szer alkotó elemei között a modern kőzetmechanika alapelvei éppúgy helyet kaptak, mint a korszerű építési eljárások és szerkezeti elemek. Hazánkban több bányaépítésnél is kipróbálták a NÖT-módszer alkalmazását, de az eredmények nem feleltek meg a várakozásnak. Az eredménytelenség okai jól ismertek: rosszul választották meg a kőzetféleségeket, nem figyelték a kőzetmozgá sokat, vagy a merev szerkezeteket túl hamar építették be. Az előfordult hibák analízise azt mutatja, hogy csak alapos kőzetmechanikai vizsgálatok alapján szabad ezt az eljárást alkalmazni, illetve a kőzetmechanikai előtanulmányok alapján kell a fejtést és a falazatot, illetve a munkamódszert megtervezni. A hagyományos módszerekkel szemben a NÖT tehát a következők szerint jár el: 86
I
1. ábra A NÖT-módszer munkamenete
87
iß 0,41
SSO -r 5,80m 2 ábra. Robbantási típustechnológiák NÖT--rendszerű alagútépltéshez
88
-
Első ütemben vékony héjat épít be, mely megfelelően lezárja a felületet, de le hetővé teszi a kőzet elmozdulását is.
-
A héj beépítése után - megfelelő idő elteltével - az erőátrendezés, a védőzóna kialakulása megtörténik, beáll az egyensúly, melyet a mozgások megszűnése mutat.
Manapság kevés esélye van az újabb bányák létesítésének. Viszont Magyar ország sem vonhatja ki magát azon törekvések alól, hogy a tájkép minél kisebb ká rosításával az utakat, vasutakat alagutakba kell "bújtatni". Ez a gondolat - költség igénye miatt - ma meglehetősen légvárépítőnek tűnik, mégsem térhetünk ki sokáig előle. Ahhoz pedig, hogy a majd felmerülő alagútépítési igényeket a külföldön már megszokott színvonalon oldják meg nálunk is, a figyelmet mindinkább rá kell irá nyítani az alagútépítés ma legáltalánosabban használt módszerében, a NÖT-ben rej lő lehetőségekre. A gépesített alagúthajtás és metróépítés előnyei, megoldásai helyett ezen előadásban csupán a kisebb beruházási költségeket igénylő fúrás-robbantással vég zett alagúthajtásról szólunk. A fúró-robbantó munkára alapozott vágathajtás magas részarányú fennmara dását hosszútávon a nemzetközi bányászati gyakorlatban a következő tények tá masztják alá: a nagy alkalmazkodó képesség úgy a kihajtandó vágatszelvény területhez és for mához, mint a kihajtandó vágathosszúsághoz és dőlésszöghöz, a létesítendő vá gat környezetében elhelyezkedő kőzetek tulajdonságaihoz; az alkalmazandó gépi berendezések költsége viszonylag kicsi; célszerűen kialakított gépláncelemek munkájának megfelelő összehangolásával, ül. megszervezésével több művelet egyidejűleg, párhuzamosan végezhető. A fúrás-robbantással végzett vágathajtás eredményességét döntően befolyá solja a kihajtandó szelvényterület és a fogásmélység. A két tényező természetesen egymással is összefügg, amit bizonyít az a gyakorlati tény is, hogy a kiképzendő vá gatszelvény területével nő a célszerűen alkalmazandó fogásmélység is. (A fogáshossz növelése a fajlagos munkaidő ráfordítást csökkenti le.) A fúrás-robbantás közvetlen munkafolyamatai időszükségletének csökkenté sével kapcsolatos megoldások a következőkre irányulnak: növelik a töltetek átmérőjét, ami az egy fogás kidolgozásához szükséges összes robbantó lyukszám jelentős csökkentésére vezet, a kevesebb lyuk pedig nagyobb teljesítményű fúrógépekkel rövidebb idő alatt készül el;
89
gépesített robbanóanyag betöltést alkalmaznak, ami ugyancsak időmegtakarítást eredményez és a robbantólyukak jobb kitöltését s ezzel végső soron a robban tással felszabadított energiának a roncsolandó közegnek való hatékonyabb át adását; tulajdonképpen a megfelelő késleltetések alkalmazásával érhető el, hogy az egy fogásban jövesztett készletben minél kisebb részarányú legyen a másodlagosan felaprítandó darabok hányada. (Ennek a követelménynek a teljesítése azért na gyon lényeges, mert minél egyenletesebben felaprított a jövesztett készlet, annál folyamatosabbá tehetők a kapcsolódó rakodási és szállítási munkafolyamatok). Egy fogás jövesztése után a készlet eltakarításában nagy jelentőségű a füstrevárási idő lecsökkentése is. Az amerikai szénbányászat megoldása a "füstszegény" robbanóanyagok alkalmazása. Egy másik lehetséges alternatívát a német feketeszén bányászatban felhasznált fokozott örvényhatást létrehozó Coonda típusú légcsőszellőztetők jelentik a füstrevárási időnek 10-15 percre, vagy még ennél is rövidebb időre történő lecsökkentésével. A fúrás-robbantással jövesztett készlet gyors feltakarítása érdekében a rako dás és a szállítás munkafolyamatait kell szorosan összekapcsolni és időben folyama tossá tenni. Az említett cél elérésére vagy harácsolókaros folyamatos, vagy oldalbillenős mozgékony, ciklikus működésű rakodógépeket használnak. Ezek az eszközök a készletet vagy folyamatos átrakó és távolsági szalagra rakják, vagy pedig átrakó szalaggal olyan számú csillébe, amelyek elegendőek egy fogás teljes készletének a befogadására, tárolására és megfelelő ütemben történő kiszállítására. A korszerű vágathajtási megoldásoknál lehetőség nyüik az egyik legnagyobb időhányadú munkafolyamat, a biztosítás összidőtartamának lecsökkentésére is. Ezt olyan módon lehet elérni, hogy a robbantólyukak lefúrására szolgáló fúróberende zéssel az ideiglenes ül. olykor a végleges biztosítást jelentő kőzetcsavarok fúrólyu kait is elkészítik és magukat a kőzetcsavarokat is beépítik. A másik megoldás a biztosítási munkák gyorsítására és időhányadának csök kentésére pl. az, hogy a készlet rakodási munkáival egyidejűleg emelik be a fúróko csi karjával a végleges biztosító ívek elemeit, majd az előbb említett munkák befe jezése után lőttbetonozással elvégzik a meUékkőzetekkel való szoros együttműködést biztosító háttérkitöltést is. Az ideiglenes és olykor a végleges biztosítást jelentő kőzetcsavarok telepíté sénél a behelyezésre szolgáló fúrólyukak fúrása és magának a kőzetcsavarnak a be építési ideje kb. 5 perc. Ez azt jelenti, hogy 1 fm hosszra 15 kőzetcsavar beépítése a szokásos berendezésekkel összesen mintegy 75 perc időt igényel, ami semmivel sem kevesebb, mint a csúszóíves biztosítószerkezetek elhelyezéséhez szükséges idő. A legújabb megoldásoknál a fúróberendezések teljesítményének növelésével a kő zetcsavarok beépítési idejét 3 percre lehet csökkenteni. A csúszóíves biztosí tóberendezéseknél pedig acél borítólemezek alkalmazásával, a bélelési időhányad 90
mérséklésével, továbbá a biztosítási ívek osztásközének a megnövelésével igyekeznek az ossz munkaidőigényt lecsökkenteni. A párhuzamos munkavégzésnek egyéb előnyei is lehetnek. A recski mélyszin ten végzett feszültségmérések alapján megállapítottuk, hogy a munkahomloktól 1,5 m-re elmaradó kőzethorgonyok még kellően meg nem szilárdult ragasztóanyaga a robbantás során összerepedezik, ezáltal tartóssága jelentősen csökken. A horgonyok tartóssága amiatt is csökkent, hogy a robbantás okozta vibráció a sűrített levegővel befúvatott, de még meg nem kötött hígfolyós cementmasszát zsugorítja, kifelé moz gásra készteti. A végig ragasztott horgonyok elhelyezésére egyetlen lehetőség a rob bantás utáni közvetlen beépítés a készletről, amikor a ragasztóanyagnak van ideje a következő robbantásig megszilárdulni. Egy újabb probléma: mennyiben befolyásolják a rezgések az ilyen körülmé nyek között beépítésre kerülő beton mechanikai tulajdonságait, valamint a betonba kerülő acélbetétek és a beton együttdolgozását és a felületi kötést. Irodalmi adatok alapján megállapítható, hogy az utóbbi tömörítés általában javítja a beton szilárdságát (28 napos korban kb. 10-15%-kal), ha az utótömörítés nem túl későn, tehát nem az előszüárdulási szakaszban, hanem a beton kötésének vége előtt történik. A szüárdságnövelő hatás erőteljesebb a korai szilárdságokra és a zöldszüárdságokra (12,24 óra, 2-3 nap), elérheti a 25-40%-ot is. A szilárdságnövekedés különösen jelentős, ha a beton utótömörítését - a ce ment kötési folyamatától, a beton és a környezet hőmérsékletétől, a cementtarta lomtól és fajtától, a beton összetételétől függően, - a bedolgozás után 1-2 óra múlva végzik el. A megfelelő időben alkalmazott utótömörítés hatása a szilárdságnövekedésen kívül abban is jelentkezik, hogy a betonban - a leadott víz következtében - előálló hézagokat, zsugorodási repedéseket megszünteti és növeli a testsűrűséget, a vízzáró ságot. A kedvező hatás rendszerint a beton felületen kialakuló (cementpép-) filmben jelentkezik. Az utótömörítés kedvező hatása tehát csak akkor jelentkezik, ha az utótömí tés időpontját helyesen választják meg. Ha az utótömörítést akkor kezdjük meg, amikor a beton már nem eléggé friss, nem elég lágy, akkor a betonban repedések, lazulások állhatnak elő. Számos laboratóriumi és félüzemi kísérlet során azt a következtetést vonták le, hogy a kb. 20 C átlaghőmérsékleten szüárduló beton kockaszilárdságát és a be betonozott acélbetét felületi kötését javította az a körülmény, hogy a betont bedol gozás után 2, 4, 8 órával utóvibrálták. A szüárdságnövekedés a kísérlet körülményei között (képlékeny betonkon zisztencia, kb. 20 C hőmérséklet) a nem utóvibrált betonhoz képest kb. 17%-os volt, a felületi kötés pedig 5-10%-kal nőtt. Ezt az előnyt tehát a vágat, alagút beto91
nozási ideje és a következő robbantás időpontjának megválasztásánál feltétlenül ki kell használni. A hagyományos robbantástechnológiák alkalmazása mellett elkerülhetetlen a vágatfal 0,3-1.2 m mélységben történő roncsolása, mely roncsolás a felszakadások előidézője lehet és megfogására nem alkalmasak a végig ragasztott horgonyok. Ha gyományos technológia mellett a hosszabb (legalább 2 m beépítési hosszúságú) előfeszített horgonyok alkalmasak csak teherviselő fémhálóval. Végig ragasztott horgonyok alkalmazásához a kontúrnál ún. kőzetkímélő robbantást kell végezni. A horgony ül. kőzetcsavar legalább 0,5 m-rel érjen túl a lazult kőzetzónán. A lazult zónán túlnyúló horgonyhossz teherbírását egyik oldalról a horgonykereszt metszet húzószilárdsága, másrészt a horgony és a kőzet között kialakuló tapadás határozza meg. A főtében elhelyezett horgonyok egymástól való távolságának meg határozásánál abból indulnak ki, hogy a horgonyok az alagútszelvényre ható teljes terhet képesek legyenek viselni. A Rurh-vidéken azt tapasztalták, hogy ha a 800 m-es művelési mélységben a 25 kg/m fajlagos tömegű biztosító ívekről áttértek a 30-35 kg/m-es típusokra és a biztosítási ívek osztásközét 0,5-ről 0,7 méterre megnövelték, a teljes biztosítási ív beépítési idejét 15-20%-kal is le lehetett csökkenteni. Időközben az is bebizonyoso dott, hogy lőttbetonos biztosítással a biztosítási munkaidőhányad további lényeges csökkentése érhető el. A bányatechnikai követelményekből fakadó (szállítási, szeüőztetési előírások) vágatszelvény növekedés hatására az egy fogás kidolgozásának ideje egyrészt na gyobb teljesítményű gépek alkalmazásával, másrészt több dolgozó telepítésével csök kenthető. Az elérhető vágathajtási sebesség alakulásában döntő szerepe van a kikép zendő szelvényterületnek. A vágathajtási sebességekben jelentkező különbség a kisebb és a nagyobb szelvényterületű vágatok között szervezési okokkal is magyarázható. Kisebb szel vényterületű vágatok létesítésénél ugyanis az ún. ritmikus vágathajtás valósítható meg, ami azt jelenti, hogy az egy ül. több fogás kidolgozásával kapcsolatos munka folyamatok (fúrás, robbantás, rakodás, szállítás, biztosítás) egy műszakon belül tel jesülnek. A nagyszelvényű vágatok létesítésénél aritmikussá válik az üzem, ami azt jelenti, hogy az egyes munkafolyamatok átnyúlnak a különböző műszakokba. Az aritmikus üzem előidéző okai az egy fogás kidolgozására telepített több robbantólyuk, az egyszerre jövesztett nagyobb készletmennyiség, valamint a beemelendő na gyobb tömegű biztosító elemek alkalmazása. A vágathajtási költségek adott vágatszelvény esetén a legdinamikusabban a kihajtási sebesség növelésével csökkenthetők, így érthetővé válik, hogy a NSZK fe keteszén bányászatában 20-25 m -es szelvényterületű vágatoknál miért határolják be a jövőben elérendő napi vágathajtási sebességeket 7-10 m-ben, a 20 m -nél ki sebb szelvényterületű vágatoknál pedig 10-15 m-ben. A gyakorlati tapasztalatok 92
ugyanis azt igazolták, hogy mégha technikailag lehetséges is lenne fúró-robbantó technológia alkalmazása esetén az említetteknél nagyobb kihajtási sebességek eléré se, gazdasági szempontból ez már nem eredményezne érdemleges költségmegtakarí tást. A Németországban Hannover és Würzburg között épült 327 km hosszú vas úti pálya Kassel és Fulda közötti kb. 70 km hosszú szakasza szinte földalatti vasút ként került kialakításra, mert egymást érik az alagutak. E vonalszakaszon és több németországi alagútépítésen magyar szakemberek is dolgoztak. Ott szelvénytartó, kőzetkímélő robbantásokat alkalmaztak (23 g/fm Nitropenta töltetű robbanózsinór ral) és a technológiák (2. ábra) kielégítették a vágathajtásra és alagútépítésre java solt, kikísérletezett technológiai normákat, melynek lényege: A technológia nem változtatható önkényesen. Bárhogyan változik is a vágat kihajtása során a kőzet, a robbantólyukak száma és egymáshoz viszonyított hely zete változatlan marad. Változatlan a késleltetés, az iniciálás iránya, a fojtás és a robbantás előkészítésének és kivitelezésének többi munkafázisa is. Az egyet len változtatási lehetőség: az össztöltet és a lyukankénti töltetnagyság csökken tése vagy növelése a kőzet és a fogásmélység megváltozása esetén. (A fogás mélység változtatására akkor lehet szükség, ha a főte állapota hosszabb vagy rö videbb kinyitást tesz lehetővé, vagy ha módosítják a biztosítószerkezeteket és azok beépítési távolságát.) Az előzetesen ellenőrzött villamos gyutacsokat már a föld alatti robbantóanyagraktár kezelője kötegeli a kiadott technológia alapján, ezzel elmarad a fokoza tok önkényes összeválogatása. A villamos gyutacsok rendelését is pontosítani le het a technológiához szükséges fokozatok száma, a fogásmélység és a vágat hossz ismeretében. A vágathajtáshoz szükséges robbantástechnológiák itt leírt módon való terve zése és alkalmazása nem igényel sem újabb beruházást, sem többletköltséget, csu pán a jelenlegi gyakorlatnál nagyobb gondosságot, munkafegyelmet és rend szerességet. Az üzemi robbantásvezető többletmunkája bőven megtérül a nagyobb vágathaj tási sebességben és a munka biztonságának fokozódásában. Természetesen a NÖT szélesebb körű hazai elterjesztése még számos technológiai fejlesztési lehe tőséget kínál, melyekkel élve mi is felzárkózhatunk a megbízható alagútépítő orszá gok közé.
IRODALOM
1. RÓZSA, L.: A lövellbetonos alagútfalazat méretezésének kérdései. Közlekedésépítés- és Mélyép. Tud. Szemle 1989. Nr. 1.
93
2. LAKATOS, E.: Az NSZK vasút (DB) új vonala Hannover és Würzburg között. Közlekedésépítésés Mélyép. Tud. Szemle. 1989. Nr. 5. 3. SZENDRŐI, D- Új osztrák építési módszer és alkalmazása. Mélyép. Tud. Szemle. 1978. Nr. 6. 4. BOHUS G. - HORVÁTH, L.: A kőzetszegecsek alkalmazásával kapcsolatos vizsgálatok a recski mélyszinti bányaüzemben. A Bányászati Kutató Intézet szakvéleménye, Tatabánya, 1977. szep tember 5. ARANY, P.: A rezgések hatása a betonstruktúrára. Építőanyag, 1988. Nr. 4. 6. CSAJI, CS.: Diplomaterv. 1986. NME Bányászati Szak. Konzulensek: Csorba, B. és Bohus, G. 7. BOHUS, G.: Javaslat a vágathajtáshoz alkalmazható robbantástechnológiai előírások készítésére. BKL Bányászat, 1987. Nr. 7.
BLAST-TECHNICAL DEVELOPMENT TASKS AT THE APPLICATION OF THE NEW AUSTRIAN TUNNEL DRIVING METHOD by G. BOHUS Summary The new Austrian tunnel driving method conquered the world quickly but hardly anything is known about its successful introduction in Hungary. Realizing the necessity of the Hungarian application the author sketches out some development tasks at tunneling using blasting rock cutting as follows: coordination of setting time of sealed rock anchors, the time of working in of concrete and blasting, section keeping and rock protective blasting techniques, the application of smoke poor explosives, the optimal advance and staff numbers.
94
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 95-109.
SZELLŐZTETÉSI PROBLÉMÁK DÍZELGÉPEK ÜZEMELTETÉSÉNÉL BUÓCZ Z.
Összefoglalás A szerző a dízelmotoros bányagépeket üzemeltető bányák szellőztetésének kérdésével foglalkozik. A kipufogógázok megfelelő mértékű hígítására egy új szimulációs megoldást dolgozott ki. A szimuláció kiterjed a motorok gázkibocsátásának, valamint a gépek mozgásának modellezésére. A szimulációs programmal végzett bányaüzemi vizsgálatok alapján javaslatot tesz a bányahatósági előírások módosítására, valamint több, a szellőztetési viszonyokat javító intézkedésre.
Az önjáró dízelmotoros bányagépek komoly hátránya, hogy nagymértékben szennyezi kipufogógázaival a bányalevegőt. A kipufogógázban található káros kom ponensek (szén-monoxid, szén-dioxid, nitrogén-oxidok, kén-dioxid, aldehidek, ko rom) közül mérgező hatását tekintve a nitrogén-oxidok vannak jelen a legnagyobb mennyiségben. Nitrogén-dioxidra vonatkoztatva a bányalevegőben megengedett mű szaki iránykoncentráció mindössze 5 ppm (9.4 mg/m ), szemben az ugyan csak
DR. BUÓCZ ZOLTÁN egy. docens a műszaki tudomány kandidátusa MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
95
erősen mérgező szén-monoxiddal, ahol ez az érték 50 ppm. Ha a nitrózus gázokat sikerül a megengedett koncentrációra hígítani, akkor az összes többi gáz ül. szenynyező anyag a megengedett koncentráció töredékére higul. A kérdéskörrel foglalko zó szakemberek körében egyöntetű vélemény alakult ki abban, hogy a kipufogógá zok hígításának szükséges mértékét a nitrózus gázok hígítása alapján kell számítani. Ezt a hazai bányarendészeti előírás (ABBSZ) lehetővé teszi, mivel nem foglalkozik azzal a kérdéssel, hogy a különböző gázok együttes előfordulásakor additív hatással kell-e számolni. Mivel a nitrózus gázok higitása után az egyéb szennyezők koncent rációja a megengedett érték tizedét sem éri el, dízelmotoros gépek szellőztetésénél megengedhető az alkalmazott számítási eljárás. A dízelmotoros berendezések szellőztetésével kapcsolatban sok nyitott kérdés van, amit az is jelez, hogy a szakirodalom évek óta folyamatosan foglalkozik a problémával. Tisztázottnak tekinthető a kipufogógázok összetétele, álló gépek esetén a szükséges hígítás mértéke, de számos bizonytalanság van a kipufogógáz mennyisé gének és a mozgó gépek szellőztetésének kérdésében. Elvileg adható matematikai összefüggés a kipufogógázok mennyiségének szá mítására, valamint a mozgó dízelmotoros gépek kipufogógázainak hígítására, de ezek a tényleges viszonyokat pontatlanul tükrözik. Az összefüggések nem veszik fi gyelembe a körülmények változásaiból adódó eltéréseket, s emiatt többségében szubjektív alapon, esetleg korábbi megfigyelések alapján meghatározott átlag érté kekkel dolgoznak. Az így adódó szubjektív hibák kiküszöbölése érdekében dolgoztuk ki azt a szimulációs eljárást, ami fékpadi, valamint bányabeli mérésekre támaszkodva sta tisztikai alapon igyekszik követni a sztochasztikus jellegű folyamatokat. Álló gépek légszükséglete Álló gépek kipufogógázainak hígításához szükséges légmennyiség az alábbi összefüggéssel számítható: C
N
Q-q
3
, m/min,
(1)
'meg
ahol q
3 időegység alatt kibocsátott kipufogógáz mennyisége, m /min,
CN
a kipufogógázban a nitrózus gázok koncentrációja,
CN^xeg
a bányalevegőben megengedett nitrózus gáz koncentrációja.
Ha az (1) alapján a hazai gyakorlatban alkalmazott 60 kW körüli teljesítmé nyű gépek számítható maximális gázkibocsátásával határozzuk meg a szükséges lég96
mennyiséget, 800 m /min körüli értéket kapunk. Ez olyan magas légmennyiség, amit fejtési, vagy vágathajtási munkahelyenként nem lehet biztosítani. Az átlagos gázkibocsátás meghatározására - eltérően a szakirodalomban ta lálható megoldásoktól - szimulációs megoldást alkalmazunk. Laboratóriumi mérések alapján meghatározható a dízelmotorok teljesítmény diagramja a fordulatszám (n) és az effektív középnyomás (pe) függvényében. Ugyan csak a fordulatszám és az effektív középnyomás függvényében mérések alapján meghatározható a nitrózus gázok időegységre eső kibocsátott mennyisége (7. ábra). Az 1. diagram alapján meghatározható egy olyan eloszlás amely teljesítményszin tenként megadja adott szintű nitrogén-dioxid kibocsátás valószínűségét (2. ábra) Az 1. és 2. ábra az Autóipari Kutató Intézet mérései alapján készült és a hazánk ban több helyen alkalmazott Deutz F6L912W típusú dízelmotorokra vonatkozik. Megfelelő adatok birtokában ez az eloszlás minden motortípusra meghatározható. A szimulációhoz szükség van a gépek teljesítmény eloszlásának a meghatáro zására is. Részletes elemzést közöl a motorok kihasználtsági fokáról és teljesítmény eloszlásáról a német kálisó bányászatban végzett vizsgálatok alapján a [3] jelű iro dalom. A vizsgálatot több műszakon keresztül, több vezetővel végezték, s így az ál talánosításra lehetőség van. A teljes általánosításhoz a teljesítmény eloszlást a ma ximális motor teljesítmény százalékában adjuk meg. Az empirikus eloszlás jól köze líthető egy harmadfokú görbével (3. ábra). Az eloszlás alapján látható, hogy a gé pek üzemelése közben rendkívül magas a nulla teljesítményosztály aránya, ami a megfigyelések szerint a gázkar gyakori visszaengedésével magyarázható. A teljesít mény eloszlás általánosíthatóságára utal az a hazai adat is, miszerint a teljesítmény kihasználtság átlagos értéke 56-63 % között van. A kutatási eredményekből, mérésekből származó eloszlások alapján meghatá rozható a gázkibocsátás várható értéke. A számítógépes program segítségével egyen letes eloszlású véletlen számok állíthatók elő a 0-1 intervallumban. Ennek alapján első lépésként véletlenszám-generálással szimuláljuk a motorteljesítmény pillanatnyi értékét a maximális teljesítmény százalékában (a 3. ábra alapján). Következő lépés ként a 2. ábrán feltüntetett NOx -kibocsátás-eloszlások közül kiválasztjuk a megfe lelő teljesítményhez tartozókat, amelyek vagy megfelelnek a kiválasztott teljesítmé nyértékeknek, vagy alulról és felülről határolják azt. Ezt követően újabb véletlen szám-generálással meghatározható a gázkibocsátás pillanatnyi értéke. Amennyiben az N teljesítményérték nem felel meg valamely meghatározott eloszlásnak, akkor a két szomszédos érték között lineárisan interpolálunk. A közölt adatokkal és eloszlásokkal futtatva a programot, minden esetben kb. 152 g/h értékhez jutottunk az NO x -kibocsátás ártlagértékében. A gázkibocsátás át lagértéke alapján meghatározható a szükséges légmennyiség nagysága:
97
5 1. ábra. Az összes nitrogénoxid mint NO2 eloszlása a Deutz F6L 912W motor működési tartományában, valamint a teljesítménygörbék a Nmax százalékában
98
oyO»N
M
0,1 N
1QQ
120
140
ISO
1»
200
120
140
ISO
NOj, kibocsátás értéi» N02-re vonatkoztatva g/h-ban
2*0
G^Q
300
J»
Cg/h]
2. ábra. NOx kibocsátás eloszlása különböző teljesítményszinteken
100
90 BO 70
^, r* -8 N 8
60 50 40
20 10
20
30
40
50
60
70
80
90
XX)
3. ábra A motorteljesítmény kihasználásának eloszlása
99
_ 1000 • G 3. Q= — — , m/min 60 " C Nmeg
(2)
ahol G
az átlagos gázkibocsátás, g/h, 3
Cw ,meg az NO x megengedett koncentrációja, mg/m . Az előzőekben meghatározott 152 g/h NQr-kibocsátás alapján a szükséges légmennyiség: _ ö =
152 • 1000 3 60-9,4 = 2 6 9 ' 5 m / ^ -
A számított érték a szakirodalmi adatokkal jól egyezik. Mozgó jármüvek, légmennyiségének a meghatározása Az LHD-berendezések az üzemszerű tevékenység alatt rendszeresen közle kednek a bányában. A munkahelyi szállító-rakodó gépek jellemző üzemmódja az in gajárat, a szállítójárműveknél pedig a nagyobb távolságokon folyó közlekedés. A mozgó járművek kipufogó gázaikkal nagy távolságokon szennyezik a levegőt, s a mozgás miatt ezeknek a szennyezéseknek a jellege sajátos, ami külön vizsgálatot követel a szükséges légmennyiség meghatározása érdekében. Mozgó Járművekhez szükséges légmennyiség meghatározásának elvi alapjai Mozgó járművek esetén a szükséges szellőztető légmennyiség nagyságát a ko rábban említett tényezőkőn túl a levegő és a berendezés relatív sebességkülönbsége is befolyásolja. Elvüeg két alapesetet kell megkülönböztetni: a levegő sebessége meghaladja a gép sebességét (v/>vg ), a levegő sebessége kisebb, mint a gép sebessége (v i
= Q0,
(3)
ellentétes haladási irány esetén pedig F(vi + vg) = Qo,
100
(4)
ahol F
2 a vágat szabad szelvényének nagysága, m ,
vi
a levegő átlagos sebessége a vágatban, m/s,
vg
a berendezés átlagos haladási sebessége, m/s,
Qp
az azonos átlagos teljesítményű, álló berendezés szellőztetéséhez szüksé ges légmennyiség, m Is.
Ha a légsebesség kisebb, mint a gép sebessége, akkor a (3) helyett az alábbi összefüggést kell felírnunk azonos légáramirány és haladási irány esetére: F(vg-vi)
= Qo
(5)
míg a (4) érvényes marad ebben az esetben is az ellentétes haladási irányokra vo natkozóan. A (3, 4, 5) összefüggés alapján megadható a megfelelő szellőztetést biztosító légsebesség tartomány:
V
Qo Qo 8 + T-Vl-VS~~F-
Ha a levegő sebessége meghaladja a gép maximális sebességét, akkor elvileg nem kell azzal számolnunk, hogy az áramló levegőnek ugyanazt a szakaszát, töme gét újra szennyezheti a berendezés. Ellenkező esetben ( vi
101
A levezetés mellőzésével - megtalálható [9,14,15]-ben - közöljük a 4. ábrát, ami mutatja ingajárat esetén a megfelelő szellőztetéshez szükséges légsebességek tartományát a gépsebesség függvényében. A végpontokon történő várakozás (rakodás, ürítés) módosít az összefüggése ken, mivel megnöveli a fordulóidőt, s ezáltal csökkenti a lehetséges újbóli szennye zések számát. Ingajáratban közlekedő gépek esetén megnő az a tartomány, ahol a mozgó gépek által kibocsátott NOx nem hígítható a megengedett értéknél kisebb koncent rációra. Ha a légsebesség például 0,6 m/s, ami a Qo/F érték fölött van (pontvonal jelöli), akkor a kb. 0,2 m/s és 1,4 m/s közötti gépsebesség tartományban elvileg a gázkoncentrációnak a megengedett érték fölé kell növekednie, azonos haladási irány esetén, mivel a gép sebessége és a levegő sebessége között nincs olyan nagy különb ség, ami a hígításhoz elegendő légmennyiséget biztosítaná. A legveszélyesebb hely zet akkor alakul ki, ha a gép a levegővel azonos légsebességgel halad. Mit jelent ez a gyakorlat szempontjából? Az ingajáratban közlekedő gépek sebessége elérheti a 25-35 km/h értéket, azaz akár 7-10 m/s-ot is. Lehetetlen kíván ság, hogy ennél magasabb légsebességgel szellőztessük a vágatokat. Ha v/CN ,meg relációnak fenn kell állnia. A gépek gyorsításától, lassításától függően általában né hány másodpercet jelent, amíg kritikus sebességgel halad a gép. Ingajárat esetén te hát minden fordulóban 2 alkalommal rövid időtartamra és rövid vágatszakaszra (15 m) vonatkozóan elkerülhetetlenül meghaladja a kibocsátott NO koncentrációja a levegőben megengedett értéket. Ez egyébként minden olyan indulás és megállás ese tén is előfordul, amikor a gép haladási iránya megegyezik a levegő haladási irányá val, ehhez ingajáratra sincs szükség. A fentiek alapján, ha egyébként megfelelő a légmennyiség, akkor 6-8 ppm értékre, a szennyeződés halmozódása esetén 12-15 ppm-re nőhet ezeken a szaka szokon az NOx koncentráció. A fentiek alapján különös gondot kell fordítani a fővonalakon közlekedő dí zelmotoros berendezésekre (gépjármű, adhéziós mozdony, Scharf mozdony), mivel itt a légsebesség nagyobb 1-6 m/s, ami közelítőleg megegyezhet a járművek sebessé gével. Ilyen esetekben szükség lehet arra is, hogy a járművek sebességét korlátoz zuk, ha a légsebesség nem változtatható. A szellőztetés! viszonyok szimulációja mozgó járművek esetén Amint erről korábban szó esett analitikusan a tényleges szellőztetési, gáze missziós folyamatok leírása rendkívül nehézkes, és sok egyszerűsítést tartalmaz. A gázkibocsátásra vonatkozóan megállapítottuk, hogy a munkafolyamatok során fellé102
Glpacbesség
vg
mh
•#. áfcra. Ingajárat esetén a lehetséges légsebességek tartcxnánya
2.sz.mh. Qz
iL
Q
3"°1 *Q2
. "B LZ
wftwi)n»> a., 2 szakasza« szólító» útvonal
mh.
JFK Q2
Q4 fa,, 3 szakaszos szállítási útvonal
5. «tóra
103
pő sok véletlenszerű hatás miatt célszerű matematikai statisztikai módszereket al kalmazni a tényleges folyamatok modellezésére. Hasonló problémák jelentkeznek a gépek üzemelésével, közlekedésével kapcsolatban is. A menetdiagram az átlagos ér tékeket tartalmazó paraméterekkel leirja a rakodó-szállító gép üzemelési folyama tát, de a pillanatnyi értékekben jelentős szórások lehetnek akár a sebességet, akár a töltési-ürítési időt tekintjük. Külön problémát jelentenek azok az esetek, amikor a gépek nem egy fejtés homloka és bejárata között közlekednek, hanem ki kell menniük más vágatokba is, ahol a légáram nagysága megváltozik. A mozgó gépek levegőszennyezésének szimulációs modellezése azt jelenti, hogy a gázkibocsátásra kidolgozott szimulációs eljárást össze kell kapcsolni az adott útvonalon közlekedő gép mozgásával, illetve a levegő mozgásával az adott vágatok ban. Az ilyen felépítésű szimulációs modellben a közlekedési viszonyokat csaknem teljesen pontosan leíró menetdiagramot hozhatunk létre, gyorsítási, lassítási szaka szokkal, töltési és ürítési idővel, valamint a terhelésnek és az útviszonyoknak meg felelő sebességekkel. A szimulációs modell időben másodpercenként követi az eseményeket, a ki bocsátott gázt pedig a szennyezett szakaszon 1 m hosszúságú egységekre osztja szét. Ez a közelítés pontosságát tekintve megfelelő, mivel részben szimulálja a kismérté kű gázkeveredést az 1 m-es hosszon való gáz szétoszlatással, az 1 másodpercenkénti állapotvizsgálat rövidítésére pedig nincs szükség, mivel a légsebesség többnyire 0,5 m/s alatt van a külön szcllőztetésű vágatokban, és 2-3 m/s körül az áthúzó szellőztetésű vágatokban, a gépek mozgási sebessége maximum 3-5 m/s. A szimulációs modellben a közlekedési útvonal koordináta rendszere a vága tokhoz igazodik. A munkahely homlokán nulla, az ürítés helyén L a távolság értéke (az egyes vágatszakaszhosszakat L\, L2, . . . Ln jelöli). Ebben a koordinátarend szerben követjük a gép és a levegő mozgását, valamint a légszennyezés mértékét. A gép mozgását természetesen nemcsak ingajárat esetén lehet menetdiagrammal ábrá zolni, bármelyik szállító jármű mozgása szimulálható. A program bemenő adatai: a gép haladási sebessége üresen és rakottan, a gép gyorsítása és lassítása üresen és rakottan, töltési és ürítési idő, a közlekedési útvonal szakaszainak hossza, az egyes szakaszokon áramló légmennyiség, a vágatok szelvényterülete.
104
A modellben a gázkibocsátást a korábban leírt módon szimuláljuk, mivel függvényszerűen nem írható le a gázkibocsátás a végzett munkafolyamatok függvé nyében. A másodpercenkénti gázkibocsátás ingadozása mellett, a menetdiagram ele meiben is szimulálunk kisebb véletlenszerű ingadozásokat, amit a vágattalp előre nem jelezhető egyenetlenségei és a járművezető vezetési stílusa okoz. Termé szetesen a modell figyelembe veszi a vágatcsatlakozásoknál a kanyarodás miatti las sításokat és gyorsításokat is. A kapott menetdiagramot nyomtatón, vagy plotteren jelenítjük meg. A menetdiagramon azokban a pillanatokban, amikor a gépek a végpontokra érnek, feltüntetjük a teljes hosszon, a pillanatnyi gázkoncentrációk értékeit is. Szag gatott vonalakkal megadjuk az NOx megengedett értékét, s így érzékelhető minden esetben a megengedett érték túllépése. A végpontokon kiíratjuk az ábrára az alábbi adatokat: maximális NOx koncentráció az útvonalon, (MAX NO), átlagos NOx koncentráció az útvonalon, (ATL NO), azt a vágathosszt, ahol a gázkoncentráció meghaladja a megengedett értéket, (HOSSZ), többszakaszos szállítás esetén a munkahely teljes hosszán az átlagos gázkon centrációt, (MH ATL NO). A menetdiagramok a szokásos ábrázolási móddal készültek, a függőleges ten gelyen a távolság (szállítási út), a vízszintes tengelyen az idő van feltüntetve. A vizsgált időtartam egy menetciklussal (fordulóval) meghaladja azt az időtartamot, ami alatt a levegő a homlokról a végpontig ér. A 5. ábrán a több szakaszos mozgási útvonalra mutatunk példákat. A szimu lált légszennyezési viszonyok az 6. és 7. ábrán láthatók. A számítógépes program gyakorlati használata során minden esetben a tény leges viszonyoknak megfelelő adatokkal futtatjuk a programot és a légmennyiségek nagyságának változtatásával határozzuk meg a szükséges légmennyiség nagyságát. A szimulációval kapott ábrák igazolják azt az elméletileg levezetett megálla pítást, miszerint a légsebességnél nagyobb gépsebességek esetén elkerülhetetlen a megengedett koncentráció túllépése. Légáramirányba történő gyorsítások és lassítá sok során élesen jelentkeznek a koncentráció csúcsok.
105
Q(1)s1S0m3>tMn
Lt1)=30m
V{I)=0,25"<M V/Kf>1,2"* V(2)sQ33m/» WBEAl,6mrt 1 Szrhwny -tt.Om
Q(2):200rrvWi U2)r30m >t)w hessi -GQ0m I*,7 5,* 110 (4.0)
".•
IS,'
1.0 1,0 12.S)
Ml. NO
:
&
13.*)
L (2)
Gurltó
6. ábra
100175 . ISO
Q100m3>Mn L(U=S0m a a j s l l O m V i n i (21= 30m O O k t t O m W i L(3)s30m 1t%t* h a m = 110,0 m ».0
i.» i,o tl.i)
7.4
1Q1
Í1,»
t.« no 12.3)
V i*o (1,1)
V tio (O)
V(1)sQJ7m/» V/KI/st.2m/» V(2)=0.»m/i V/BE/cXtmM V(31*Q2Sm* Sarlwny=*y)in 3 «.» no (M)
O »,0 U»)
A» lip IU)
4«, NO HMBX HKM.NO
M X.0 <*.0>
L(3)
1 2
3
4
5
6
7 »
7. tóra
9
»
11
12
13
GurKó
ű rs « " " i T Idő [min]
A bányahatósági előírások szükséges módosítása A Bakonyi Bauxitbányák részére végzett szimulációs vizsgálataink során megállapítottuk, hogy a bányarendészet (OBF) jelenleg hatályos előírásai dízelmoto ros gépek alkalmazása esetén nem tarthatók be. Az ÁBBSZ vonatkozó előírásai a nitrózusgázok megengedett koncentrációját - minden egyéb megjegyzés nélkül 5ppm-ben határozzák meg. Amint a szimulációs ábrákon is látható ez legfeljebb időbeli, vagy térbeli átlagként érhető el, ha a légsebesség nem haladja meg a gép maximális sebességét. Ezt a szimulációs vizsgálatok során rendre bizonyított megál lapítást elméletileg is bizonyítottuk. Rendkívül károsnak tartunk egy olyan előírást, ami bizonyítottan nem tart ható be. Célszerű lenne a hatósági előírásokat úgy módosítani, hogy egy műszakon belül rövidebb időszakra (pl. 30 perc) az 5ppm-nél magasabb NOx koncentráció le gyen megengedve. Ezzel együtt a teljes műszakra vonatkozó átlagos gázkoncentráció megengedett értéke, ha szükséges csökkenthető (pl. 3,5-4 ppm). A javasolt megoldást támogató érveink: a kipufogógázban nagyobb hányadban fordul elő NO, mint NO2 az NO mérgező hatása kisebb (az USA-ban a megengedett koncentrációja 25ppm), a fejtési munkahelyeken és a szállítási útvonalon a rakodás, szállítás közben a gépkezelőn kívül más nem tartózkodhat, ill. ez megtütható, a gépkezelő a rakodás, szállítás alatt gyakran van olyan helyzetben, hogy kívül esik a szennyezett levegőn (pl. rakodás idején), a rakodási-szállítási munka a tapasztalatok szerint műszakonként legfeljebb 2-5 órát tesz ki, létezik a gyakorlatban olyan nitrózusgáz-doziméter, amivel a gépkezelő műszakonkénti terhelése mérhető (AUER). Következtetések Az elméleti és szimulációs vizsgálatokból a hatósági előírások szükséges mó dosításán túl több, a szellőztetést javító következtetés vonható le: a dízelgépekkel végzett rakodás, szállítás esetén a fejtésekben a különszellőztetés nyomó rendszerű legyen, így a munkahely homlokán kedvezőbb szellőztetés biztosítható, mint szívó szellőztetés esetén,
107
a légcsőrakat munkahelyi végpontja mindig a fejtési homlok és a rakodógép ki pufogó csöve között legyen, így elkerülhető, hogy a légáram a kipufogó gázokat besodorja a homlokra, ha mód van rá, a fejtéseket úgy kell telepíteni, hogy kifelé lejtsenek, ez szállí tási szempontból kedvezőbb, s a nagyobb gépsebesség a szellőztetési viszonyokat is javítja, a szállítógép ürítési pontját lehetőleg áthúzó légáramú vágatban kell kialakítani, gondoskodni kell a vágattalp jó állapotban tartásáról a gép sebesség-ingadozásá nak csökkentése érdekében.
IRODALOM
1. összesító jelentés a JOY TFL-4 típusú dízelmotoros bányaüzemi rakodó- és szállítógép légszenynyezó hatásával és a motor üzembiztos működésével kapcsolatosan végzett vizsgálatokról. Autói pari Kutató Intézet, Budapest, 1978. 2. Zárt bányatérségekben Uzemeló dízelmotorok kipufogógáz-analízise. Közlekedési és Távközlési Műszaki Főiskola Közlekedésgépészeti Intézetének autógépész osztálya, Győr, 1985. 3. Önjáró technika a föld alatti bányászatban. Glückauf GmbH, Essen, 1979. 4. HELT J.: A munkahelyi szellőztetés a dízel-hidraulikus berendezések alkalmazása esetén. BKL Bányászat, 115. évf. (1982) 8jsz.,p: 541-546. 5. GALÁNTAI M.: A bányaszellóztetés elméleti és gyakorlati problémái belső égésű motorok bányabeli alkalmazása esetén. BKL Bányászat, 118. évf. (1985.) 2. sz., p: 93-95. 6. GALÁNTAI M.: összefüggések a belső égésű motorok alkalmazásakor az áthúzó szellőztetésű bányatérségekben. BKL Bányászat, 118. évf. (1985.) 7. sz., p: 440-442. 7. GALÁNTAI M.: összefüggések a belső égésű motorok alkalmazásakor a külön szellőztetésű bá nyatérségekben. BKL Bányászat, 118. évf. (1985.) 8. sz., p: 526-530. 8. WEBER F.: Szellőztetési felülvizsgálat a dízelgépek gázkibocsátásának, és a parciális szellőztetés nek a viszonyáról. Üzemi vizsgálat, Tapolca, 1985. június 15. 9. BENKE L. - BUÓCZ Z.: A dízelmotoros önjáró berendezések szellőztetési kérdései, különös te kintettel az ingajáratra. BKL Bányászat, 118. évf., (1985) 8. sz. p. .531-540. 10. VOSS, V. L: Grubenklima. Glückauf-Betriebsbucher, Band 27. Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1981. 11 USAKOV K. Z.: Szpravocsnik po rudnicsnoj ventiljacii. Nyedra, Moszkva, 1977 12. DIETRICH, W.: Emmission-und Immission-Untersuchungen an Schadstoff armen Vorkammer-Die selmotoren. Glückauf 118. (1982.) Jg. Nr.l,p:24-30. 13. RENHBERG, O.-et al.: Controlling Diesel emission underground. World Mining, 1982. június,p: 48-52. 14. BUÓCZ Z.: Szellőztetési hálózatok tervezése, Kandidátusi értekezés, Miskolc, 1984. 15. BUÓCZ Z.: Számítógépes szimuláció dízelmotoros bányagépek kipufogó gázainak hígítására. BKL Bányászat 1990/1. pp:10-l7.
108
VENTILATION QUESTIONS OF DIESEL MINING MACHINES by Z. BUOCZ Summary The author deals with the ventilation problem of mines operating diesel mining machines. A new simulation solution was worked out for the required dilution of exhausting gases. The simulation covers the gas emission of engines as well as the modelling of machine movement. Upon the examination carried out by the simulation software the author puts forward a proposal for modification of rules of mining authority and propose several measures for improving of ventilation conditions.
109
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 111-126.
A VÍZHOZAMVÁLTOZÁS OKAINAK VIZSGÁLATA A HÉVÍZI TÓ-FORRÁSNÁL JANOSITZ J.
Összefoglalás A dolgozat a Hévízi tó-forrás vízhozamváltozásainak mérhető paraméterekkel igazolható magyarázatait keresi. A tó-forrás hőmérséklete az első - a század elejéről származó - mérések óta állandó. Ez az adott körülmények között csak azzal magyarázható, hogy a forrás vize nem származhat több, eltérő módon változó karsztvíznívójú tápterületről. Héviz esetében a tó-forrás és a Keszthelyi hegység, mint tápterület között értelmezhető áramcsövek áramlási ellenállását, - a nagy hosszak miatt, számottevően nem befolyásolja a karsztvíznívó ingadozása. Ez esetben a forráshozam a tápterületen belül a víznívófelUlet és forrásszint közötti térfogattal arányos részből és a termokonvekcioval magyarázható állandó részből áll. E függvénykapcsolatot a hozammérések és az ehhez tartozó, a karsztvíznívótérképek alapján meghatározott térfogatértékek regresszióanalízise is igazolja.
1. Bevezetés A Hévizi tó-forrás utóbbi időben mért hozamcsökkenéseit a szakirodalom és a szakfórumok különböző módon és különböző okokkal magyarázzák. A dolgozat
DR. JANOSITZ JÁNOS tud. főmunkatárs c. egyetemi docens, a műszaki tud. kandidátusa MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
111
ezek elemzését ill. bírálatát nem tekintette feladatának. A problémakörrel kapcsola tos teóriák gyártásával szemben csupán arra vállalkozik, hogy összegyűjtse a ténye ket, a rendelkezésre álló hidrológiai adatokat, méréseket és keresi az ezek elemzése alapján levonható következtetéseket. 2. A Hévizi tó-forrással kapcsolatos tények és az azokból levonható következtetések A tó-forrással kapcsolatos megfigyelések ill. mérések közül az alábbiakat cél szerű kiemelni: a. A tó-forrás hőmérséklete a századforduló óta lefolytatott hőmérsékletmérések tanúsága szerint nem változott. b. A tó-forrás vize kevert víz, a felfelé áramló melegvízhez hideg karsztvíz is ke veredik, s így alakul ki a változatlan vízhőmérséklet. E két feltétel egyidejű teljesülése kétféleképpen képzelhető el: egy igen nagy tároló hőkiegyenlítő hatása oly mértékű, hogy az abba beáramló különböző hőmérsékletű vizek eltérő hozamai mellett sem változik mérhetően a tóforrás hőmérséklete, vagy a különböző mélységek különböző hőmérsékletű vizeinek aránya mindig ugyan olyan hőmérsékletű vizet eredményez. Az első lehetőség elemzésénél először két különböző fj és f2 hőmérsékletű és q\ ül. ^2 mennyiségű víz keveredését vizsgáljuk egy V tárolótérben. (/. ábra) A tá rolóból a tó-forrás felé áramló víz mennyisége ? = <7i+?2 és hőmérséklete t állandó. Amennyiben a tárolótérbe áramló vizek hozamai megvál toznak és ezzel a beáramló vizek átlaghőmérséklete 'h+92't2 7 =' (!) 9\ + 92 lesz, akkor A T idő alatt a tárolótérbeli Ar hőmérsékletváltozás a következő össze függésből számítható: 9\
(?1*1 + Í2'2) * A T ~ 0? 1 + 92) ' * ' A T = V ' A í
(2)
A összefüggés mindkét oldalát Ar-val osztva és A T - » 0 határátmenetet képezve a következő differenciálegyenlethez jutunk:
112
"1
"2
Lábra
dt 'h+(l2't2-((ll+
9l
(3)
Ezt a differenciálegyenletet megoldva, ha a r = 0 időpillanatban a V tárolóbeli hőmérséklet t0 akkor r idő múlva a qx és 02 hozamok és t\ és *2 hőmérsékletek esetén a tárolótérbeli r hőmérséklet t = (t0-tK)-e
Ar
(4)
+ tK
Ahol: 'JC S
(5) Í1+Í2
es ^4 =
<7l+?2
(6) 3
3
A
113
A tárolótér V térfogata alatt annak a kavernarendszernek a térfogatát értjük, amely biztosítja a tó-forrás felé áramló vizek keveredését. A kavernákban áramló vizek hőmérsékletét ugyanis a kőzet már sokkal kevésbé befolyásolja, mint a szivár gó vizekét. f%
'X
A példában feltételezett kavernarendszer térfogata 10 m . Ennél nagyság rendekkel nagyobb kavernarendszer a tó-forrás közvetlen környezetében nem való színűsíthető, hiszen a tó-forrás közvetlen közelében az üdülők gyógyvízellátására mélyített kutak vízhőmérsékletei is mind eltérnek a tóforrás vízhőmérsékletétől. S hogy ezeknek szerepe nem elhanyagolható bizonyítja az is, hogy az említett kutak összhozama a tó-forrás hozamának 10 %-át meghaladja. Az eltérő hőmérsékletű vizeknek a tó-forrás felé áramlását az is bizonyítja, hogy a forrás környezetében olyan fúrás is mélyült, amely magasabb szinten ütött meg melegvizű és mélyebben hidegvízű kavernát. Ez nyüvánvalóan nem jelent mást, mint azt, ami a karsztkavernák szövevényes rendszereiben egyáltalán nem ritka, hogy egy mélyebbről induló kavernajárat egy adott pontban egy magasabbról induló járat fölött folytatódik. Ilyen kisebb térségen belül lokálisan független karsztjárato kat pl. vágatokból történt előfúrások során a karsztvízveszélyes bányaüzemekben igen sokszor találtak. Az említett tó környéki, különböző hőmérsékletű vizek a forrás felé áramol va nyüvánvalóan keverednek. E keveredés utolsó fázisa maga a forrás alsó kürtője, hiszen ismert, hogy ebbe is különböző hőmérsékletű vizek áramlanak. A tó környéki fúrásokban észlelt vizek és a forrás között a távolság azonban olyan kicsi, hogy azon belül az eddigi ismereteink szerint nem képzelhető el olyan kaverna, amelynél a térfogat nagyságrendje 10 m -nél nagyobb és amely minden jelentősebb vízhozamot összegyűjtve táplálná a tó-forrást. Azaz megállapítható, hogy a tó-forrás vízhőmérsékletének állandóságát nem egy a forrás alatt lévő nagy hőkiegyenlítő víztároló biztosítja, hanem az, hogy a for rás felé áramló különböző hőmérsékletű vizek hozamainak a tó-forrás hozamához viszonyított aránya az első hőmérsékletmérések óta nem változott számottevően. Ez a megállapítás nyüvánvalóan minden a forrást tápláló jelentősebb vízhozamú, de a forrásvíztől eltérő hőmérsékletű vízáramlásra igaz. Az eddigi megfontolásainkat arra a megfigyelésre alapoztuk, hogy a tó-for rást különféle hőmérsékletű vizek táplálják, s ezek keverékének hőmérséklete állan dó. Feltételeztük, hogy a különböző karsztrétegeken át a forrás felé szivárgó vizek hőmérséklete az áramló mennyiségektől független, állandó. E feltételezésnél abból indultunk ki, hogy a karsztrétegekben szivárgó víz igen nagy felületen érintkezik a kőzettel. Tehát a kőzet és víz közötti hőátadás igen gyorsan lejátszódik. Továbbá is mert, hogy a rés- és repedésrendszerekben lévő víz tömege a kőzettömegnek csak néhány százaléka. Vagyis a kőzettömeg alkotta "hőtartály" hőmérsékletét a megfi-
114
gyeit intenzitáshatárok között áramló víz számottevően (mérhetően) nem befolyá solja. 3. A forráshozamváltozások elemzéséhez felhasználható összefüggések, levezetése 3.1. Támpontok, megfigyelések a hozamváltozást leíró összefüggések felállításához A további elemzéseinknél az eddigiek mellett tényként vehetjük figyelembe a tó-forrásnak a karszt alaphegységgel való kapcsolatát. Ez a kapcsolat - a rendelke zésre álló információk alapján - nem korlátozódik csupán a karszt magasabban vagy mélyebben fekvő rétegeire. Nincs okunk azt feltételezni, hogy létezik a tóforrás kör nyezetében, a karszthegységben olyan jelentős vastagságú réteg, amelynek repedés ül, résrendszere, kavernái ne lennének kapcsolatban a forrás kavernarendszerével. A felsorolt tények mellett feltételezzük, hogy a tápterület és a tó-forrás kö zött lamináris az áramlás. Azaz a kavernákon belüli turbulens áramlások súrlódás miatti nyomásveszteségét a rés- és repedésrendszerbeli szivárgások nyomásvesztesé ge mellett a számításainknál elhanyagolhatónak tekintjük. E feltételezés helyességét az erre alapozott következtetéseinkkel összhangban lévő mérések igazolták. A szivárgás intezitása, - s ily módon a forráshozam is -, a rés- és repedésrendszer jellemzői mellett a piezometrikus szintkülönbségektől és az ún. termokonvekció jellemzőitől függ. A vízmozgás energiaforrásai a forrás küépési szintje (+109 raAf.) fölött a piezometrikus magasságkülönbségek (a hidraulikus gradienst megha tározó potenciális energia), alatta pedig a termokonvekció hatása (geotermikus energia). A potenciálos áramlásnál e két hatás, - a piezometrikus magasságkülönb ségek és a termokonvekció hatása, - szuperponálódik. Tehát ezek elkülönítve is vizs gálhatók. 3.2. A karsztvíz potenciális energiájával magyarázható forráshozamrészre vonatkozó összefüggés A tó-forrás víz felszíne felett lévő karsztvíz nyomásmagasságának a forrásho zamot befolyásoló hatásának elemzésénél a következőkből indulhatunk ki: Ha a tápterület szabad karsztvízfelszínének elemi részei és a forrásfelszín kö zött a lehetséges vízszivárgás terében értelmezhető áramlási ellenállások közel azo nosak és ezek értékét a nagy áramlási hosszakhoz képest a karsztvíznívóban bekö vetkező kis változások nem befolyásolják, akkor egy adott Ar időbeli átlagos Q for ráshozamra a következő összefüggés vezethető le: Q = aV
(7) 115
Ahol V a tápterület kontúrvonalán belül a forrásfelszín síkja és a karsztvízní vófelület közötti, a Aí időintervallumon belüli átlagos térfogatot jelenti. Az a pedig a tápterület és a tó-forrás közötti áramlási ellenállástól függő állandó. A (7) leveze tésénél feltételeztük, hogy a tápterület szabad vízfelszínétől van vízáramlás (szivár gás) a forrás felé és a Ar időintervallumon belül a karsztvíznívó változás elhanya golható. Azaz egy forrás tápterülete alatt azon szabad karsztvízfelszín-pontok füg gőlegesen egy vízszintes síkra vetített pontjainak az összegét kell érteni, amely víz felszínpontokból az adott forráshoz vezetnek áramvonalak. Ebből az is adódik, hogy ha egy szabad vízfelszínről több forrás irányába áramlik víz, akkor a különböző for rásokhoz tartozó tápterületrészek meghatározásához a felszíni pontok és a források közötti áramlási tér egészében ismerni kell a k szivárgási tényezőt. A legegyszerűbb esetekben a karsztokban értelmezhető k mind iránytól, mind helytől független szto chasztikus változónak tekinthető. Ilyenkor a nyitott karsztok vizét megcsapoló for rások tápterületeinek határvonalait jól közelíthetjük a karsztvíznívó felület gerinc vonalaival (2. ábra) Ha egy forrásnak j számú tápterülete van és ezek mindegyikénél külön-külön érvényesek a korábban megfogalmazott feltételek, akkor az eddigi jelölések felhasz nálásával írható, hogy /' 1=1
Az eddigiek mellett az is bizonyítható, hogy ha változik egy forrás tápterüle te vagy tápterületeinek nagysága, de a (7)-es összefüggés levezetésénél rögzített fel tételek mindvégig helytállóak, akkor a (7) ill. (8) összefüggés érvényessége továbbra is fennáll. 3.3. A termokonvekció hatása a forráshozamra Az eddigi vizsgálataink során a forráshozamnak a tápterületen levő karsztvíz tóforrás szintje feletti nyomásmagasságától való függését elemeztük. Ha a 3. ábrán vázolt áramcsőben a víz az S-M-F pontokkal jelzett a tó-for rás szintje alatt levő (go) útvonalon áramlik és ott oly mértékben felmelegszik, hogy az számottevő sűrűségváltozással is jár, akkor a forráshozamot növeli a g 2 görbe mentén lefelé áramló hideg ill. felfelé áramló meleg víz nyomásmagasságai közötti h t különbség: H
' = pf(gf{z)'dZ
116
(9)
(Itt p a víz M-pontbeli sűrűsége és p{z) a víz sűrűsége a z mélység függvé nyében.) Dyen esetben tehát az A, területen beszivárgó víz forráshoz jutásában a ht piezometrikus magasságkülönbség mellett a termokonvekció hatására létrejövő A0- is szerepet játszik. A két hatás a szivárgásoknál összeadódik. A korábbi féltételeink mellett üyen esetekben az is feltételezhető, hogy a for rás egyes qi (i — 1, 2 , . . . jí) részhozamait alkotó vizek lényegében véve mindig azo nos mélységintervallumban melegednek fel. E mélységintervallumban az adott hő mérsékletű kőzetben a szivárgás útja pedig olyan hosszú, hogy a
(10)
ahol Qtk a termokonvekció hatására kialakult állandó hozamrész a hévízi tó-forrás nál. 4. A Hévízi tó-forrás vízhozamainak változása a Keszthelyi-hegységen belüli karsztvíznívófelületek alatti térfogat függvényében Ezek után vizsgáljuk meg, hogy a Hévízi tó-forrás vízhozamváltozásai meny nyiben magyarázhatók a levezetett összefüggéseinkkel. Ehhez a Vízgazdálkodási Tu dományos Kutató Központ I. Vízrajzi Intézet által készített Dunántúli-Középhegység karsztvízszint térképeit használtuk fel. Ezek 1978-tól részletesebbek, de gyakor latilag csak 1982-től megbízhatóak. Ezért a Hévízi tóforras hozamvizsgálatainál 1982 és 1989 között készített térképeket használtuk fel. E térképeknek az említett terüle teket tartalmazó részeiből az 1989. évit a 4. ábra szemlélteti. Valamennyi térképen a nyitott karszt határaiként az ott húzódó törésvonala kat, vetőket ül. víznívófelületek nyitott karszterületen húzódó gerincvonalait fogad tuk el. A Hévizi tó-forrás tápterülete - a fentiek alapján - csak a Keszthelyi hegy ségnek a víznívófelületek gerincvonalaitól Ny-ra és a hegység szélén lévő törésvona lak közötti része. A hegység szélén lévő törésvonalak feltételezhetően elválasztják a nyitott és a leszorított szintű fedett karsztokat. A forrás vízhozamaiként elfogadtuk SÁRVÁRY 1989-ben készített tanul mányában közölt [1] Izápy-Maucha-Sárváry által készített ábra átlagadatait. Ennek az elmúlt 20 évre vonatkozó részletét tartalmazza a 5. ábra. Ezen adatokból az éves átlagvízhozamok év végi értékét a következő év janu ár 1. állapotához tartozó víznívó felületekhez rendeltük.
117
00
Karsxtvíznívó-fslUlet a forrás táptarületin (szatoadszintú karsztban)
N
> a tó-forrás szintje
er
Lf
Szf
Áramlás az 1-es forrásTete' Az 1-es forrós l tápterülete
Vízzáró rétegek j I j! ',' Karszt rétagak Karsztvíznívo- falület vO
A 2-es forrás tápterülete
N y - Nyitott karszt Lf -
S z f - saatoadszintO karszt
Leszorított szintű fedett karszt
V " * vízválasztó vonsl agy pontja
A tápterületen belül planimetrálással meghatároztuk a víznívófelületek szint vonalai közötti területeket. E területek nagyságát megszorozva az adott területré szek a karsztvíznívófelületnek a Hévizi tó-forrás 109 m-es szintje feletti átlagmagas ságával és az így kapott térfogatrészeket a tápterületen belül összegezve kaptuk az 1. táblázatban feltüntetett V térfogatokat. 1. táblázat A Hévizi tó-forrás összetartozó Qi vízhozam, Ai tápterületnagyság és a tápterületen a tószint és a karsztvíznívó felület közötti Vi térfogatadatai (Az Ai és Vi adatokhoz az i-edik évet megelőző év végének vízhozama tartozik.) A z í'-edik év 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1998 1989
Qi (Us)
358 326 314 304 309 313 319 298
Ai (km3) 115,5
Vi (km3) 1,55
99,7
1,38
107,6
1,28
95,6
120
102,2
1,20
99,6
1,21
92,3
124
90,1
1,09
Az 1. táblázat összetartozó Q, és Vx értékeit a 6. ábra is szemlélteti. E pon tokhoz számítottuk a Q = aV+b
(11)
korrelációs függvényt. A függvényválasztásnál egyrészt a termokonvekció miatt in dokolt az inhomogén függvény, másrészt azért, mert a tápterületről a forrás felé áramló vízből egy Qcs részt a tó környéki üdülők és vízművek megcsapolnak. A ko rábbi megfontolásaink alapján a termokonvekció hatására a piezometrikus magas ságviszonyoktól független Qxk forráshozammal is számolnunk kell. Tehát írható, hogy
amiből a Qtk mellett a Qcs -t is állandónak tekintve Q = aV+Qtk-Qcs
= aV + b
(13)
A számításaink eredményei a 6. ábrán láthatók. Azaz, ha a tó környék vízmegcsapolásai 100-110 1/s-ra tehetők. Tehát a ter mokonvekció a vízhozamot 254-264 1/s-al növeli. 120
JEUaslYájUZAT A íflkaraztviz fal színinak áa pia.110-'zoastrikus nyoaásának szintvonalai 10 «-ónként L^tlS^
falazd szintvonal
«—100% Vastag azmtvonal l 50 a-ankánt 1 —
\
A víznívé falüU" tek gerincvonala •int táptarülat határvonal Törésvonalak tán faltátalazatt táptarülat haftat Lehetséges tápta rülat határa a Keszthelyi hegy ségtől ÉNy-ra
4. ábra. Részlet a VITUKI 1989-es karsztvíznívó-térképétxS
121
Érdekességként megemlítjük, hogy a tápterületek A[ nagysága és a Q,- forráshozamok között is szoros korrelációs kapcsolat van. (7. ábra) Ennél az állandó tag 145,4 l/s ami igen jó egyezést mutat a 6. ábra egyenesének állandójával (153,8 l/s). Ez arra utal, hogy az adott időszakban nem annyira az e infütráció intezitás válto zása okozta a forráshozamváltozást, mint a tápterület nagyságában bekövetkezett változások. Az elvégzett vizsgálatok tehát igazolták a Q forráshozam és a tápterületen a tó-felszín és a karsztvíznívófelület közötti V térfogat között várt korrelációs kapcso latot. A számítások egyértelműen bizonyították, hogy a tó-forrás tápterülete a Keszthelyi-hegység. A karsztvíznívó térképek alapján megjegyzendő, hogy a Keszt helyi-hegységtől ÉNy-ra a térképeken szaggatott vonallal körülhatárolt terület is le het tápterülete a tó-forrásnak. Az elvégzett számítások bizonyos mértékig igazolták is ezt. De ennek ismertetésétől itt két ok miatt is el kell tekintenünk. Egyrészt a karsztvíznívó felület szerkesztése - a térképeken feltüntetett megfigyelési pontok igen kis száma miatt ezen a részen bizonytalan. Másrészt a rendelkezésre álló isme retek alapján nem tudtuk eldönteni, hogy az említett területen valóban van-e, lehete külszíni vízutánpótlódás és kétséges, hogy szabad szintű-e az adott területen a karsztvíz. Az eddigiek alapján az is megállapítható, hogy egyértelműen elvethetők azok a sokáig vitatott elméletek, amelyek szerint Nyírád térségéből mélyben áramló vagy un. "karéjos áramlással" a Sümegi Bakony és a Keszthelyi-hegység megkerülésé vel áramló víz táplálja a tó-forrást. De ugyanúgy elvethető minden olyan teória, amely olyan tápterületet is fel tételez amelyben a piezometrikus magasságok az elmúlt évtizedekben a Keszthelyihegységbeli értékektől eltérő módon változtak. Ez nyüvánvalóan hőmérsékletválto zást is eredményezett volna. Ezért is fontos annak tisztázása, hogy az előzőekben említett, a Keszthelyi-hegységtől ÉNy-ra lévő terület mennyiben tápterülete a Héví zi tó-forrásnak. Hiszen - a korábban említett bizonytalanságok mellett - ott látszik a leginkább veszélyeztetettnek a forrás tápterülete. Továbbá az is megállapítható, hogy a Keszthelyi-hegység nyitott karsztjától Nyírád felé áramló vizek közvetve csökkentik a tó-forrás vízhozamát. Tehát mind addig amíg a Nyírádi vízemelés oly mértékű, hogy ennek hatására a Keszthelyi hegységben a víznívófelület gerincvonala Ny-ra Hévíz irányába tolódik, addig a tóforrás vízhozamának csökkenése is várható.
122
r «X>
A szsaitásoknál szereplő adatok (Évi itlpQhozaaok elfogadott adata
t
1972
i
i
i
1975
i
1
1
1
1
1980
1
r
"»
1
r
1
1985
Részlet Izápy-Maucha-Sárváry által szerkesztett ábrából
1 —
1988
1
5. ábra
123
6. ábra. A Qi vízhozam és Vi térfogatértékek összetartozó értékei ill. a mérési eredmények alapján számított regressziós egyenes
124
7. ábra. Az Ai tápterület és Qi vívhozamértékek összetartozó értékei ill. a mérési eredmények alapján számított regressziós egyenes
125
IRODALOM
1. VTTUKI (Dr. Sárváry István): A Dobogói és Vadaskerti vízművek kapcsolata a Hévízi tó hozamá val és hőmérsékletével. (Kutatási jelentés) 1989. december 2. JANOSITZ F. - JANOSITZ J.: Kiegészítések a karsztvízbetőrésekkel kapcsolatos megfigyelések hez és azok magyarázatához. NME Közleményei I. Sorozat, Bányászat, 25. (1978) kötet. 2-4. fü zet pJ99/227. 3. NÉMETH E..: Hidromechanika. Tankönyvkiadó, Bp. 1963. 4. BUÓCZ Z.: A regressziós függvények meghatározásának és alkalmazásának néhány kérdése. NME Közleményei I. Sorozat Bányászat, 22 (1976) 2-4 füzet p. 197/213. 5. VINCZE J.: Matematikai statisztika ipari alkalmazásokkal Műszaki Könyvkiadó, Dp. 1968.
EXAMINATION OF REASONS FOR OUTPUT OF WATER FLOW IN THE HEVIZ LAKE- SPRING by
J. JANOSITZ Summary The report finds explanations - proved by measured parameters - of water flow in the Heviz lake-spring. The temperature of the lake-spring has been constant since the first - from the beginning of the century - measurements. Under the given circumstances this can be explained so, that the water of the spring can not come from more, karstic supply areas of karstic level changing in different way. In the case of Heviz the resistivity along the flow paths between the lake - spring and the Keszthely mountain - as a supply area - is not influenced by the oscillation of karstic water table. In this way the output of the spring in the supply area consists of a proportional part between the water table and the spring surface and the constant part of the thermoconvection. This functional relation is proved by the regression analysis of the water output measurements and the volume values determined by the karstic water maps.
126
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4, füzet, 127-136.
SZÁMÍTÓGÉPES PROGRAMCSOMAG FÉLVEZETŐ GAMMA-DETEKTOROK KALIBRÁLÁSÁRA TERSTYÁNSZKY G. - BODON P. - V. M. NAZAROV - SZILI B. - TÓTH B.
Összefoglalás A dubnai Egyesített Atomkutató Intézet munkatársai által készített publikáció germánium alapú gamma-detektorok kalibrálására készült programot ír le. Ez része egy olyan programcsomagnak, amely lehetővé teszi a hitelesítő izotópok és ismeretlen anyagminták mérését. A program a kalibrálás során meghatározza a detektorok energia-csatorna, effektivitás-energia és félszélesség-energia kalibrálási összefüggéseit, kiértékeli a mért spektrumokat, ábrázolja a spektrumok és kalibrálási összefüggések, valamint az izotópkönyvtár adatait. A kalibrálás-ból nyert empirikus összefüggéseket ASCII formátumban az X.CAL és x.SPE file-ok tartalmazzák. Ezek szükség esetén rugalmasan változtathatók, ezért előnyösen alkalmazhatók a neutronaktivációs analitikai sorozatméréseknél.
TERSTYÁNSZKY GÁBOR tud. munkatárs MISKOLCI EGYETEM V. M. NAZAROV szektorvezető Egyesített Atomkutató Intézet Neutronfizikai Laboratórium Dubna
DR BODON PÁL tud. főmunkatárs, a műsz. tudományok kandidátusa MISKOLCI EGYETEM SZILI BÉLA mérnök Paksi Atomerőmű Vállalat
DR. TÓTH BÉLA tud. főmunkatárs, a fiz. tudományok kandidátusa MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézet, Budapest Kézirat beérkezett: 1991. február
127
Bevezetés A nukleáris méréstechnikában, a magspektroszkópiában és a nagyenergiás fi zikában igen elterjedtek a germánium alapú gamma-detektorokat használó spektrometriai módszerek. A neutronaktivációs-analitikában - nagy érzékenységük és jó felbontásuk révén - ezeknek a detektoroknak szinte kizárólagos a használatuk, mi nél fogva nagy igény mutatkozik gamma-spektrumok mérésére és feldolgozására szolgáló számítógépes programok iránt. E munkában egy ilyen programról számolunk be, amely a szokásos lehetősé geken kívül még speciális szolgáltatásokat is nyújt a germánium félvezető detekto rok kalibrálásához. A program a következő feladatok végrehajtását teszi lehetővé: hitelesítő izotópok és ismeretlen anyagminták mérése; Ge(Li) detektorok energia-csatorna, effektivitás-energia és félszélesség-energia kalibrálási összefüggéseinek meghatározása; a mért spektrumok kiértékelése; a mért spektrumok és a kalibrálási összefüggések adatainak ábrázolása karakte res és grafikus formában; izotópkönyvtár adatainak ábrázolása. A felsorolt feladatok megoldására egy-egy önálló programmodult dolgoztunk ki, amelyek lehetővé teszik a mérést és a kalibrálási függvények meghatározását, valamint a mért spektrumok és a kalibrálási görbék adatainak ábrázolását. Egy ismeretlen összetételű minta neutronaktivációs analízisét rendszerint úgy végzik, hogy a besugárzott minta gamma-spektrumát összehasonlítják egy ugyanüyen körülmények között besugárzott, ismert összetételű etalon spektrumával. E módszer hátránya, hogy nehézkes az etalon elkészítése és időbeli stabüitásának biz tosítása, valamint többletidővel jár a besugárzásuk és a mérésük. E hátrányok kikü szöbölésének és általában minden kvantitatív mérésnek egyik elengedhetelen feltéte le a detektor érzékenységének abszolút egységekben való ismerete adott energiaér téknél, ill. adott energia-intervallumban. A gamma-detektorok érzékenységére, a detektorban végbemenő fizikai folya matok alapján, többféle definíció vezethető be. Ezek közül gyakorlatüag a legfonto sabb a teljes energiájú fotócsúcsra vonatkozó abszolút kvantumhatásfok, amelyet az adott energiánál fellépő fotócsúcsban regisztrált impulzusok számának a sugárforrás által kibocsájtott gammakvantumok számához való viszonya fejez ki. Ily módon a detektor kalibrálása az energia-csatorna, a hatásfokenergia és a félszélesség-energia függvények meghatározását jelenti számítások vagy mérések se gítségével. A mérésekhez szabványosított izotópokat használnak sugárforrásként. Általában olyanokat amelyek a gamma-spektruma nagy számban tartalmaz gamma-
128
vonalakat. Esetünkben Eu-152 izotópot használtunk, mivel ennél az energia, a ha tásfok és a félszélesség szerinti kalibrálás elvégezhető ugyanazzal az izotóppal a ne utronaktivációs analitika szempontjából érdekes 100-1500 keV tartományban. A mért kalibrációs spektrumokat feldolgozva és megfelelő empirikus össze függéseket kiválasztva meghatározhatók a detektorra és az adott körülményekre jel lemző energia-csatorna, hatásfok-energia és félszélesség-energia függvények együtt hatói. 1. Gamma-spektrumok feldolgozási módszerel és algoritmusai A Ge(Li) félvezető detektorok energia-csatorna, effektivitás-energia és fél szélesség-energia kalibrálásakor a felhasznált hitelesítő izotópokkal mért spektrum ban a csúcsok meghatározására három különböző módszert használnak: kivonásos -; összegzeses -; függvény illesztéses módszer. A kivonásos módszer ' alkalmazásakor megkeresik a vizsgált spektrum-tar tományban a legnagyobb energiájú csúcsot, meghatározzák a paramétereit, majd ki vonják a spektrumból. A csúcsok kiválasztását, paramétereinek meghatározását az utolsó, legkisebb energiájú csúcsig folytatják. Az összegzeses megoldás^ " ' a csúcs alatti tiszta terület (Net Peak Area) fel használásával határozza meg az egyes csúcsok paramétereit: a súlypontot, a hatás fokot és a félszélességet. A csúcs alatti területet a csatorna beütésszámanak és hát terének különbsége határozza meg a csúcs környezetében. A függvény illesztéses számítás a csúcsokat vagy a Gauss függvény módosí tott^ ' % vagy a Gauss függvény kiegészített^ ' ' változatával írja le és e függvé nyeket felhasználva határozza meg az egyes csúcsok paramétereit. A csúcsok paramétereinek meghatározására használt három eljárás közül a kivonásos módszer hátránya, hogy a kisenergiájú tartományban a csúcsok fokozatos kivonása miatt a csúcsok paramétereit pontatlanul határozza meg, így a kalibrálási görbék is pontatlanok lesznek. A másik két számítási módszer pontossága egyedi csúcsok esetén megközelítőleg azonos (0.5. . . 1.0 %), összetett csúcsok feldolgozásá nál azonban a függvény illesztéses módszer nagyobb pontosságot tesz lehetővé. Utóbbi módszer közül az összegzeses eljárás kevésbé számítás igényes, ezért ezt a megoldást választottuk. Az összegzeses számítási eljárás alkalmazásakor a csúcs alatti tiszta területet (NPA) kell kiszámolni. Ehhez meg kell határozni a hátteret a csúcs közelében, majd
129
ki kell vonni a csúcsból. A számítás pontosságát alapvetően befolyásolja, hogy hány csatorna beütésszámát használjuk fel a csúcs két oldalán. Az elmúlt évek során több számítási algoritmust dolgoztak ki a csúcs alatti tiszta terület meghatározására, amelyek közül legfontosabbak Wasson * , Covell * ), Sterlinsky * ' és Quittner^ ' módszerei. A felsorolt módszerek közül Quittner mód szer módosított változatát használjuk fel, mivel ez közelíti a legpontosabban a hát teret. A csúcs két oldalán kijelölünk egy-«gy tartományt a Quittner által javasolt módon (ld. Lábra) és a két tartomány adatait felhasználva a legkisebb négyzetek elvét alkalmazva meghatározunk egy összefüggést a háttér közelítésére az XL — kL és az XR - kR tartományban: Bx = b0 + bl*x + b2*x2
(1)
ahol bo>b\ ,bz - a közelítő egyenlet együtthatói x - egy tetszőleges csatorna az XL — kL és az XR — kR tartományban A (1.) figyelembevételével a csúcsok paramétereit a következő összefüggések segítségével lehet meghatározni^ ' a csúcs alatti terület (Net Peak Area) i=wR
NPA^^iq-Bi)
(2)
csúcspont (centroid), [keV] i—wR
x=i=w
L
ma
(3)
100
(4)
hatásfok, [%] NPA IAtm
félszélesség, [keV]
130
^(C-BÜ-ÍXi-xf w= 2.355-'^
—
(5)
ahol Q Bi / A ím
- az "x;"-dik csatornához tartozó beütésszám - az "xz"-dik csatornához tartozó háttér - az adott csúcs intenzitása - aktivitás - mérés idő A (2.-5.) egyenletek segítségével meghatározható a centroid, a hatásfok, a félszélesség, és az egyes csúcsokhoz tartozó kiszámított értékek egy-egy tömbben tárolhatók. A felhasználni kívánt csúcsok kijelölése és adatainak meghatározása után a legkisebb négyzet elvének segítségével meghatározhatók az energia-csatorna, effektivitás-energia és félszélesség-energia kalibrálási görbék együtthatói ezek fel használásával a csatornaszánok alapján számíthatók a spektrum tetszőleges pontjá nak energia értékei, következésként meghatározható a csúcs félszélessége és a de tektor hatásfoka. 2. Gamma-detektor kalibráló, mérő és mérési eredmény megjelenítő programcsomagja
A mérő, kalibráló és adatkijelző programmodulokat a TURBO PASCAL 5.0 verziójának^ ' felhasználásával készítettük el. A programmodulok az alábbi unito kat használják fel: 1. GDriver, GKernel, Gwindow unitok -
a Borland cég grafikus TOOLBOX-ának részei a grafikus képernyő ke zelését, függvények ábrázolását teszik lehetővé (pont, -egyenes és gör be vonal ábrázolás);
-
a kész unitokat minimális mértékben kibővítettük az adott feladat kö vetelményeinek megfelelően pl. a pont törlése és invertálása assembly szubrutinokkal;
2. LeastSqr unit -
a Borland cég numerikus TOOLBOX-ához tartozik, a legkisebb négy zetek számítási módszerét hajtja végre;
-
a számítás végrehajtásához az IBM PC-nek aritmetikai processzorral kell rendelkeznie (180287 segédprocesszor)
131
3. CRTedi unit -
a karakteres adatbeolvasást, kijelzést és tárolást biztosítja;
-
integer, real és string típusú adatok kezelését teszi lehetővé
4. GRPedi unit -
a GDriver, a Gkernel és a GWindow unitok eljárásait és függvényeit felhasználva lehetővé teszi a mért spektrumok ábrázolását GRDTDISPLAY-, a spektrum csúcsainak kiválasztását -MARKER SET-, a kiválasztott csúcsok adatainak meghatározását -PEAKDETüzemmódban;
-
mind integer, mind real típusú adatokat tud kezelni, mivel az ábrázol ni kívánt adat típusának függvényében vagy egy integer, vagy egy real típusú dinamikus tömbváltozót határoz meg a grafikus üzemmód beál lításakor.
A CRTedi és a GRPedi unitokat a mérés, a kalibrálás és az adatábrázolás ál tal felvetett követelmények figyelembevételével készítettük el. 3. A GE(Li) félvezető detektorok kalibrálási együtthatóit meghatározó programmodul A programmodul biztosítja: -
a hitelesítő izotópok mérését és a mért spektrum tárolását az x.SPE fi le-ban;
-
a mérési jegyzőkönyv összeállítását és tárolását ugyancsak az x.SPE file-ban;
-
a kalibrálási függvények meghatározását a mért spektrumokat felhasz nálva, valamint a kalibrálási együtthatók tárolását hard diszken az x.CAL file-ban.
A detektorok kalibrálása alatt két file-t használunk, az x.SPE és az x.CAL file-kat. Mind a két file text típusú és ASCII adatokat tárol. Az x.SPE file elején a mérési jegyzőkönyv, végén a mért spektrum található. A mérési jegyzőkönyv utolsó két adata az első és az utolsó mért és tárolt csatorna száma, így az X.SPE file-ban a csatornák beütésszámait kell csak tárolni. Az X.CAL füe a kalibrálási függvények együtthatóinak meghatározásakor használt bemeneti adatokat és a kalibrálás ered ményeként kapott együtthatókat tartalmazza. Minden egyes programmodulnak, illetve az egyes feladatoknak (pl. jegyző könyv kezelés, kalibrálás) egy-egy külön képernyőlap felel meg.
132
3.7. A mérési jegyzőkönyv A mérési jegyzőkönyvet a felhasználó tölti ki a hitelesítő izotóp spektrumá nak mérése előtt. A mérési jegyzőkönyv a következő adatokat tartalmazza: a mé résidőpontja, a detektor adatai (típusa, azonosító kódja), a mérőrendszer adatai (besugárzási és hűtési idő, besugárzási távolság, csatornaszám, mérési geometria), a hitelesítő izotóp adatai (izotóp azonosító, aktivitás, súly, mérési és hitelesítési idő). 3.2. A detektor kalibrálási együtthatóinak meghatározása A kalibrálási függvény együtthatóinak meghatározását két szakaszra lehet felbontani. Az első szakaszban ki kell választani az egyes csúcsokat, ki kell számíta ni a középpontjukat, a hatásfokukat, a félszélességüket, valamint el kell tárolni a meghatározott értékeket. A második szakaszban az eltárolt értékeket felhasználva a legkisebb négyzetek módszerének alkalmazásával meg kell határozni az energia-csa torna, a hatásfok-energia és a félszélesség-energia kalibrálási függvények együttha tóit. A két szakaszhoz két különböző képernyőlap tartozik (DETP, DETC) A kalibrálás üzemmód beállítása után a képernyőn a DETP képernyőlap jele nik meg, amelyen egy táblázat látható. A táblázat a hitelesítő izótop(ok) adatait (az egyes csúcsok energia-csatorna, vagy effektivitás-energia vagy félszélesség-energia adatai) ábrázolja az adatcsoportot azonosító "cHannel", "efficiency" és "fWhm" pa rancsok függvényében. Az üzemmód kiválasztása után a csatorna, a hatásfok és a félszélesség adatokat tároló TrCh, TrEf és TrFw adattömböket a program végignul lázza. A csúcsok kiválasztása és azok adatainak meghatározása a Teak" paranccsal történik. A programmodul átkapcsolja az IBM PC képernyőjét grafikus üzemmódra és kijelzi a GRAP grafikus képernyőlapot. A felhasználni kívánt x.SPE file nevének megadása után a füe a "Load" paranccsal betölthető a Grlnt két dimenziós dinami kus adatömbbe, ahol az egyik résztömb Integer típusú és a csatornaszámokat (x vál tozó), a másik résztömb Longinteger típusú és a beütésszámokat (y változó) tárolja. Az adatbeolvasás során mind az "x", mind az "y" változók esetén minimum és maxi mum vizsgálatot végez a programmodul és meghatározza az XMIN, XMAX, YMIN, YMAX értékeket, amelyek alapján kiszámolja a spektrum ábrázolás léptékét. Az adatolvasás befejezése után a felhasználó a "Display" paranccsal kirajzoltathatja az x.SPE file-ban tárolt spektrumot. A spektrum kirajzolása után a "LeftMarker" és "Rigth Marker" parancsokkal manuálisan kijelölhetők az egyes csúcsok. A csúcskijelölés után a program megkeresi azt a csúcsot, amelyhez az adott intervallumban a legnagyobb beütésszám tartozik és ettől balra és jobbra kijelöl 2020 csatornára egy-egy 8-8 csatornából álló szakaszt. A két szakasz adatai alapján a legkisebb négyzetek módszerével meghatározza a hátteret közelítő függvény együtt hatóit (lásd 1. ábra). A háttér ismeretében a csúcs középpontja, félszélessége, a de tektor hatásfoka meghatározható és eltárolható. A képernyőn a programmodul az
133
X
X 136
X I
a. X
i. áí>ra A háttér közelítése
134
egyes csúcsok kijelölése után kijelzi a középpont (CENTROED), a csúcs alatti tisz taterület (NPA), az effektivitás (EFFICIENCY) és a félszélesség (FWHM) értékét. A megfelelő számú csúcs kiválasztása után az "END" parancsra a program a képer nyőt visszakapcsolja karakteres üzemmódba és kijelzi a DETP képernyőlapot. Az eDit paranccsal az egves csúcsok adatai törölhetők. Amennyiben a csúcshoz tartozó adatak hibásak, a csúcsok kiválasztása és adatainak meghatározása után a "Calibra tion" paranccsal lehívható a DETC detektor kalibrálási képernyőlap, amely lehetővé teszi a kalibrálási függvények együtthatóinak meghatározását és tárolását az JCCAL füe-ba. A kalibrálási függvények között a "cHannel", "efficiency" és az "fWhm" pa rancsokkal lehet választani. A fenti parancsok hatására a képernyőn az adott függ vény kalibrálási együtthatóinak kiszámításához szükséges bemeneti adatok láthatók a táblázatban. A "Calibration" parancs kiadásakor a programmodul a legkisebb négyzetek elvének alkalmazásával meghatározza az (1-5.) egyenletek valamelyikének együtthatóit. Az x.CAL file név megadása után a kalibrálási bemeneti adatok és a kalibrálási függvény együtthatói a "Store" paranccsal tárolhatók az X.CAL file-ban. Az X.CAL füe három azonos nagyságú, hasonló struktúrájú blokkból áll. Az egyes blokkok az energia-csatorna a hatásfok-energia és a félszélesség-energia kalibrálás bemeneti adatait és együtthatóit tárolják. A "Graph" parancs hatására a képernyő ismét grafikus üzemmódba kapcsol át és lehetőség van a kalibrálási bemeneti ada tok, valamint a kalibrálási együtthatók segítségével meghatározott kalibrálási görbék grafikus ábrázolására. összefoglalás A leírt TEGA interaktív programcsomag lehetővé teszi az IBM PC típusú számítógépekkel támogatott gamma-spektrometriai mérések precíz végrehajtását és a mért spektrumok előzetes feldolgozását kézi üzemmódban. Számos hasonló célt szolgáló programtól a kifinomult képernyőkezelési technikája és a jól szervezett menüje különbözteti meg. A gamma-detektorokra kidolgozott kalibrációs eljárás számos újszerű fogást és módszert tartalmaz, ami jelentősen javítja a kalibráció pontosságát és megbízha tóságát. A program továbbfejleszthető az automatikus csúcskeresésnek, és a csúcsil lesztés valamelyik konvencionális módszerének bevezetésével. Ez utóbbinak az alacsony statisztikajú spektrumoknál van nagy jelentősége. A bővíthető izotópkönyvtárral a többféle izotóppal történő kalibrálás is lehetségessé válik. A detektor kalibrálásból nyert empirikus összefüggésekkel (az energia-csator naszám, a hatásfok-energia és a félszélesség-energia függvényekkel) az adott detek torral mért ismeretlen gamma-spektrumok megbízhatóan kalibrálhatok. A kalibráci ós összefüggéseket adott detektorra és az ismeretlen spektrumot ASCII formátum ban a megfelelő füe-ok (x.CAL ül. X.SPE) tartalmazzák, így ezek szükség esetén ru-
135
galmasan változtathatók. Ez főleg a neutronaktivációs analitikában fontos sorozat mérések esetén.
IRODALOM 1. F. Covcll: Detcrmalion of Gamma-Ray Abundance Directly from the Total Absorption Peak Analytical Chemistry, vol. 31. No. 11 November 1959 p. 1785-1790 2. J. T. Routti, S. G. Prussin: Photopeak method for the Computer Analysis of Gamma-Ray Spectra from Semiconductor Detectors Nuclear Instruments & Methods, 72 (1969) p. 125-142 3. M. A. Mariscotti: A Method for Automatic Identification of Peaks in the Presence of Background and its Application to Spectrum Analysis Nuclear Instruments & Methods, 50 (1967) p. 309-320 4. L. Varnell, J. Trischuk: A Peak-Fitting and Calibration Program for Ge(Li) Detectors Nuclear Instruments & Methods, 76 (1969) p. 109-114 5. G. W. Phillips, K. W. Marlowe: Automatic Analysis of Gamma-Ray Spectra Nuclear Instruments & Methods, 137 (1976) p. 525-536 6. L. Kokta: Determination of Peak Area Nuclear Instruments & Methods, 1 12 (1973) p. 245-251 7. S. Sterlinsky: Peak Area Determination Analytical Chemistry, vol. 40. No. 1 1 November 1968 p. 785-793 8. P. Quittner: Peak Area Determination for Ge(Li) Detector Data Nuclear Instruments & Methods, 76 (1969) p. 115-124 9. C. M. Lederer: Computer Analysis of Spectra Radioactivity in Nuclear Spectroscopy J. H. Hamilton, J. C. Manthuruthil editors Gordon & Breach, New York, 1972, p. 73-107 10. TURBO PASCAL 5.0, BORLAND First Edison, 1988 11. IBM PC/AT Technical Reference IBM, 1985
SOFTWARE PACKAGE FOR CALIBRATION SEMICONDUCTOR GAMMA DETECTORS by
G. TERSTYANSZKY - P. BODON, - V. M. NAZAROV B. SZHJ - B. TOTH Summary The report by the scientific workers of Dubna Unified Nuclear Research Institute describes a software for calibration of gamma detectors on germanium base, which makes it possible to measure the standard isotopes and the samples of unknown materials. During the calibration the software determines the energy - channel, effectiveness - energy and semi-width-energy calibration terms, evaluates spectra measured, plots data of spectra, the calibration terms and the isotope directory. The empirical expressions from the calibration are included in ASCn format in the files X. CAL and KSPE. This can be changed easily if it is necessary, therefore they can be applied in series of analytical measurements of neutron activation-
136
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 137-143.
AZ ÁSVÁNYVAGYON-GAZDÁLKODÁS HAZAI PROBLÉMÁI BENKEL.
Összefoglalás Az ásványvagyon-gazdálkodással szemben támasztott két, egymásnak ellentmondó követelmény: megakadályozni az ásványkincs pazarlását, ugyanakkor minél nagyobb nyereséggel gazdálkodni. Hazánkban az utóbbi szempont látszik felülkerekedni. A bányaműveló mérnök fontos feladata azokat a bányaműveléstani módszereket megtalálni, amivel a két alapkövetelmény közötti egyensúly mindenkor megteremthetó.
Az ásványvagyon-gazdálkodás a bányaműveléstau egy olyan határterülete, ahol legalább olyan súlyúak a közgazdasági megfontolások mint a műszaki szem pontok. De ezek mellett gyakran tekintettel kell lenni bizonyos társadalmi, szociális, sőt politikai vonatkozású aspektusokra is. Jelen dolgozattal nem egy szokványos műszaki probléma megoldására vállal kozom, hanem bányászatunk egyik égető kérdését kívánom felvetni, s megoldásához kísérlek meg néhány támpontot felvázolni.
DR. BENKE LÁSZLÓ tud. munkatárs MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék
Kézirat beérkezett: 1991. február
137
Az elmúlt évtizedre visszatekintve egész Európára a változás a jellemző. Kü lönösen igaz ez az utóbbi 1-2 évre és különösen térségünkre, a volt keleti tömb or szágaira. A változások társadalmi téren voltak látványosabbak, a gazdasági szféra természeténél fogva - csak lassabban, nagyobb tehetetlenséggel változik. Ezen belül is a bányászat egyike a legkevésbé rugalmas ágazatoknak. A mai, modern technika felhasználásával is egy bánya létesítésének ideje csak években mérhető, s ha a kuta tási időszakot is számítjuk, akkor legtöbbször egy évtizednél is hosszabb idő telik el az első ígéretes kutatási eredmény és az első tonna üzemszerűen kitermelt hasznos anyag megjelenése között. A bányaműveletek tervezésének és kivitelezésének problémája az időigényes ség mellett abban is megnyilvánul, hogy egy bezárt, vagy "tartósan szüneteltetett" mélyművelésű bánya az esetek nagy többségében nem nyitható újra anélkül, hogy ott jelentős ásványvagyon veszteséggel ne kellene számolnunk. A jelenlegi változó gazdasági környezet és feltételrendszer tehát fokozott ki hívást jelent a magyar bányászat számára. Ezzel a kihívással kell a magyar bánya mérnököknek szembenézni és meg kell tenni minden tőlük telhetőt annak érdeké ben, hogy mai döntéseink következményeit évek, évtizedek múlva is vállalhassuk. Beosztóan vagy nyereségesen? (avagy Szkülla és Karibdisz között) Közhelyszámba menő tétel, hogy a bányászat olyan őstermelő iparág, amely a korlátozottan rendelkezésre álló és gyakorlatüag újra nem termelődő készletek ki nyerésével foglalkozik. Szokták ezért Földünket egy olyan űrhajóhoz is hasonlítani, ami úgy száguld a világűrben, hogy az indulásnál berakott készletekkel kell, hogy gazdálkodjon, útközben nincs utánpótlási lehetősége. Tekintettel arra, hogy a Föld ásvanyvagyona nem egyenletesen van elosztva, csak nagyon kevés olyan ország van, ami mindenből önellátó lehet. Minden ország azzal az ásványkinccsel kell, hogy gazdálkodjon, ami területén van, az összes többit valamilyen ellenértékért szerezheti csak meg. Annak ellenére, hogy az egyes orszá gok elszigeteltsége - éppen a bevezetőben is említett változások következtében - ro hamosan csökken, valószínűtlennek látszik, hogy a Föld egész gazdálkodását valaha is egyetlen központ irányítsa. Belátható időn belül még az sem tűnik elérhetőnek, hogy egy-egy olyan zárt földrajzi egység mint a Duna völgye, vagy a Kárpát-me dence közös ásványvagyon-gazdálkodási politikát alakíthatna ki. Sokáig változatlan marad tehát még az a tétel, hogy minden országnak töre kedni kell a saját ásványkincsét a leggazdaságosabban és a lehető legteljesebb mér tékig hasznosítani részben saját szükséglete fedezésére, részben piaci értékesítésre. Mindezek mellett az ásványkincseket kiaknázó bányavállalatok is gazdasági egységek és ma már nemcsak a nyugati vüágban tekinthetők vállalkozásoknak. Min138
den vállalkozás természetes célja és értelme, hogy gazdaságosan működjön. Még to vább menve, egy vállalkozás szemszögéből az a legtermészetesebb igény, hogy az el érhető nyereség maximumára törekedjen. Magyarországon már 1990-től megszűnt a szénbánya vállalatok ellátási kötelezettsége, s a velük szemben támasztott legfőbb követelmény a deficit nélküli gazdálkodás, az önfinanszírozás lett. Bányaműveléstani vonatkozásban ez az igény azt jelenti, hogy mindenkori legnag>obb haszonnal kitermelhető és értékesíthető ásványvagyon-részek kibányá szása a cél. Ha ennek az elvileg nem kifogásolható törekvésnek szabad folyást enge dünk, akkor viszont súlyos ellentmondásba kerülünk az előzőekben vázolt kívána lommal, ami az igények minél hosszabb ideig való kielégítését akarja megvalósítani. Példaként elég ha csak a többtelepes szénelőfordulásaink "szelektív" kitermelését említjük, amikor csak a legnagyobb gazdasági eredményt ígérő telepek, teleprészek lefejtésére törekszünk, s a kisebb hasznot hozó részeket úgy hagyjuk vissza, hogy azok önmagukban való kitermelése már valószínűleg soha nem lesz gazdaságos. De említhetnénk a viszonylag kisebb fémtartalmú érclencsék aláfejtésének problémáját is, amikor csak azért kerülnek omlásba és semmisülnek meg, mert a náluk jobb mi nőségű mélyebben fekvő vagyonrészek kitermelésével is kielégíthető egy adott idő szakra vonatkozó termelési terv. Az előzőekben vázolt két egymásnak ellentmondó követelmény egyensúlyát, illetve az optimális megoldást két tényező lenne hivatott kijelölni: a bányatörvény, amely az ásványvagyon védelméről gondoskodik és a műrevalósági mutató, amely alapján elvüeg kijelölhetők azok a fejtési blok kok, amelyek az adott gazdasági és műszaki körülmények között kitermelhetők lennének. E rövid előadás keretében nem lehet célom, hogy vizsgáljam a bányatörvény érvényesülését a gyakorlatban, illetve azt, hogy a "törvény szigora" müyen mérték ben kényszeríti a termelő egységeket lényegében közvetlen érdekükkel ellentétes in tézkedésekre. Ugyancsak nem kívánom elemezni a műrevalósági mutató alkalmazá sának elvi és gyakorlati problémáit, annál is inkább, mivel korábban ezt már mások nem egy esetben megtették. E problémát legtömörebben még 1978-ban megfogalmazta az akkori Nehéz ipari Minisztérium egyik ásványvagyon-gazdálkodással foglalkozó vezető szakem bere: "A bányavállalatnak tehát nem érdeke, hogy olyan - népgazdasági megítélés szerint műrevaló - ásványvagyonrész kiaknázását, vagy kihozatalának növelését szorgalmazza, amelyre a ráfordított költségtöbblet nem nála, vagy nem az érdekkö rébe eső termelési részfolyamaton belül hoz nyereséget. Ugyancsak nem érdeke a vállalatnak bizonyos határon túl, hogy a jelen eredménycsökkenése ellenében a táv latban realizálódó eredménylehetőségek biztosítására törekedjék, azaz éves vagy ötéves üzemi terveinek teljesítését feláldozza a nagyobb távlatban előirányozható eredményességnövelés érdekében." [1] 139
Úgy érzem, ezek a megállapítások a mai magyar bányászatban még aktuáli sabbak mint valaha. A bányamüvelés etikája Láttuk tehát, hogy - bár az ásványvagyon-gazdálkodási látszólag szigorú és egzakt törvények szabályozzák -, mégis viszonylag nagy a szabadsága egy vállalat nak, üzemnek ezek érvényesítésekor. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy a bányamű velési terv elkészítésekor viszonylag nagy a szubjektív elem súlya a döntések meg hozatalában. Egy adott előfordulás leművelése esetén ugyanazon műszaki-gazdasági feltételrendszer esetén is többféle döntés hozható, s ezek mindegyikéről bebizonyít ható, hogy megfelelnek az ásványvagyon-védelem követelményeinek - holott a vesz teségi mutatóik igencsak különbözőek lehetnek. Adódik ebből az a kérdés, hogy beszélhetünk-e a bányaművelés etikájáról, szorosabban véve van-e, s ha igen mekkora a bányamérnök erkölcsi felelőssége a meg nem újítható nemzeti kincs felhasználásában? A kérdés első részére föltétlen igennel kell válaszolni, még ha sokak szemé ben már maga a kérdés feltevése is anakronisztikus. Véleményem szerint pedig en nek soha nagyobb jelentősége nem volt mint éppen most, amikor napirenden van nak a bányafelhagyásokról, gyorsított lefejtésekről vagy éppen megkezdett bányá szati beruházások leállításáról hozott döntésele Ezek az intézkedések önmagukban is áványvagyonunk egy részéről való lemondást jelentik, de még inkább kényszerítik a "talpon maradó" bányák műszaki vezetőit a nagyobb hasznot hozó megoldások alakalmazására. Ezeket a gazdasági kényszerintézkedéseket látva szoktak aztán a szakmától távolabb álló, vagy kellő áttekintéssel nem rendelkező emberek a "bánya kirablásá ról" beszélni. Ezeket az ítéleteket azonban legkevésbé az objektív mérlegelés jellem zi, annál több viszont bennük a hátsó szándék, érzelmi elfogultság vagy éppen poli tikai motiváció. Mindez azonban nem adhat felmentést a bányamérnöknek az ésszerű ásványvagyon-gazdálkodás követelményei alól. Marad tehát a kérdés: mekkora ez a fele lősség? Köztudott, hogy az embereket legegyszerűbben anyagi ösztönzéssel lehet be folyásolni egy cél érdekében. Az üzemi bányamérnököt azonban sem közvetlenül sem közvetve nem motiválja semmiféle anyagi megfontolás az asvanyvagyonnal való ésszerű takarékoskodásra. Sőt, a prémium-feltételek általában mennyiségi tervek teljesítéséhez kötöttek, ami gyakran az ásványvagyon-gazdálkodással szembeni el lenérdekeltséget jelent. Ha vállalati szinten vizsgáljuk ezt a kérdést, akkor legalább egy közvetett be folyásoló tényező mindenképpen megjelenik: a pazarló kitermelés a bánya gyorsabb 140
kimerülését jelenti, ami új bányanyitást tesz (vagy tenne) szükségessé, s ennek költ sége már jórészt a vállalatot terheli. Ahhoz azonban, hogy világosan körvonalazható legyen egy vállalat szintjén is az "ésszerű ásványvagyon-gazdálkodás" fogalma, átgondolt, stabil, hosszútávú orszá gos ásványvagyon-gazdálkodási koncepcióra lenne szüség. Addig azonban, amíg bá nyáinkkal szembeni elvárások 2-3 évenként változnak (pl. az energetikai és lakossá gi szén aránya), amíg egyszerre szeretnénk piacgazdasági hatásokat és állami befo lyásolást is érvényesíteni úgy, hogy ezek mértéke és mikéntje hosszú távra nem tisztázott, amíg feltárt ásványvagyonunkról és bányászati beruházásainkról a szak ma sajátosságait kellően nem ismerő (vagy el nem ismerő) pénzügyi-gazdasági szak emberek döntenek, addig még vállalati szinten sem várható el a takarékos (vagy leg alább nem pazarló) ásványvagyon felhasználás. Van a kérdésnek azonban egy másik oldala is, amiről kevesebbet beszélünk: a szűkebb értelemben vett bányászati, bányaműveléstani oldal. A műrevalósági minősítés egyik lényeges eleme a műszaki színvonal, az "op timálisan korszerű" technika és technológia. Az "optimális" hasznosanyag kihozatal, sőt maga a műrevalósági mutató is csak egy konkrét technológia esetén értelmezhe tő, s ugyanígy a termék fajlagos önköltsége is. Márpedig a technológia megválasztá sában a vállalatoknak, sőt az üzemeknek is nagyobb a lehetősége mint az egyéb, ko rábban említett tényezők befolyásolásában. A kutatási zárójelentésekben, vagy a beruházási okmányokban leírt geológiai adottságok általában csak többé-kevésbé felelnek meg a valóságosnak, sőt olykor szinte alig hasonlítanak a ténylegesen megismert állapotokra (pl. Lencsehegy-II). A főfeltárás, majd mezőfeltárás során megismert mikrotektonika és részletes geoló giai, közetmechanikai jellemzők nagymértékben megváltoztathatják az eredeti bá nyaművelési elképzeléseket. S ezen a ponton nő meg a bányamérnök erkölcsi fele lősségének súlya. Itt már nem szabad, hogy prémiumok és más gazdasági ösztönzők döntsenek abban, hogy megtett-e mindent egy olyan, az előfordulás tényleges adott ságainak és a gazdasági realitásoknak valóban megfelelő technológia kidolgozásáért, ami a lehető legjobb kihozatali adja úgy, hogy a termék ráfizetés nélkül eladható legyen. Bár a mai gyakorlatunk szerint az ásványfelhagyás mértéke egy adott tech nológia függvényében gyakorlatilag mindig törvényesíthető, mindig maradnak vissza olyan vagyonrészek, amelyek a "tulajdonosi szemlélet" alapján kitermelhetők lenné nek. Valószínű ugyan, hogy valamivel nagyobb önköltséggel, több élőmunka ráfordí tással, azaz kisebb gazdasági eredménnyel, de még a nyereség határain belül. Ebben a vonatkozában nő meg a fontossága az egymás mellett létező különböző technoló giák alkalmazásának (az ún. kombinált bányaművelési módszereknek). A gyakorló bányamérnöktől ez természetesen megköveteli az új eljárások iránti nyitottságot, a széles körű műszaki tájékozottságot és esetenként a konfliktushelyzetek vállalását
141
is. Ismét fel kell fedeznünk, hogy elengedhetetlen a szakma vállalatainak szorosabb együttműködése a kölcsönös előnyök alapján, sőt még az olyan, - haszonelvű-korunkban gyakran avultnak gondolt - fogalmak becsületét is vissza kellene adni, mint kollegialitás és barátság. Összefoglalva az eddigieket: nem halasztható egy hosszútávú ásványvagyon-gazdálkodási koncepció kidolgo zása; minél előbb meg kell újítani a bányatörvényt az új társadalmi-gazdasági kör nyezet és az előbbi koncepció szellemében; nélkülözhetetlen az alapanyagok, nyersanyagok, energiahordozók reális értéken való számbavétele a teljes technológia vertikumon belül (pl. szénbányászat szénelőkészítés - energiatermelés) és ebből következően a bányászati költségek ésszerűbb megosztása a kitermelők, feldolgozók és forgalmazók között; rugalmasabb, hatékonyabb, gyorsabb bányaművelési tervező rendszerek alkal mazása (a számítógépek nagyobb mérvű igénybevétele). A magyar bányászat jövője nemcsak rajtunk múlik, sőt néha azt érezzük, hogy alig van beleszólásunk abba. A felelősségünk mégis nagy, hiszen a jövő nemze dék elsősorban a bányászaton kéri majd számon az ésszerű ásványvagyon-gazdálkodást. A magyar bányászatban dolgozó csaknem valamennyi bányaművelő mérnök Zambó professzor úr tanítványa volt, tőle tanulta nemcsak a bányaműveléstan mű szaki alapjait, hanem annak tágabb környezetét, emberi tényezőit is. Megtanulhat tuk a gazdaság kényszerét, a piac könyörtelen törvényeit, de azt is, hogy tudnunk kell ahhoz mindig alkalmazkodni, s meg lehet és meg kell találni az okos kompro misszumot. Ez a közös indíttatás, ha kellő elszántsággal és kitartással párosul, képessé tehet a helytállásra minden körülmény között, s akkor nemcsak a bányászatunk múltjára lehetünk büszkék, hanem bízhatunk jövőjében is.
IRODALOM 1. TÓTH JÓZSEF: Néhány gondolat az ásványi nyersanyag-előfordulásaink hasznosításának gazda sági hatékonyságáról - III. rész BKL Bányászat, 1978. 4. sz. p. 256-257.
142
PROBLEMS OF MINERAL MANAGEMENT IN HUNGARY by L. BENKE Summary Two conflicting requirements against the mineral managemfnt are: preventing the waste of the mineral resources and at the same time to manage more profitable. The latter view seems to prevail. The mining engineer has the important job to find the mining methods which create the equilibrium of the two requirements at all times.
143
ME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 36 (1991) kötet, 1-4. füzet, 145-157.
KÉT SZÉNTELEPES ÖSSZLET FRONTFEJTÉSSEL TÖRTÉNŐ EGYÜTTES LEFEJTÉSÉNEK VIZSGÁLATA MOLNÁR J.
A széles homlokú gépesített frontfejtések és a gumihevederes szállítószalagok működésének összehangolása meglehetősen bonyolult feladat. A szerző korábban két cikkben is foglalkozott e probléma néhány fontosabb elméleti kérdésével ([5] és [6]). A vizsgálat módszere mindkettőben a sztochasztikus digitális szimuláció volt. Az első tanulmány [5] a frontfejtés - szalagsor - tároló bunker rendszer termelő szállító kapacitásának meghatározási módszeréről, míg a második [6] a széles hom lokú frontfejtések működésének matematikai modelljéről szól. Ezen legújabb cikk egy újabb probléma megoldását tűzi ki célul: a vertikális irányban változó minőségű széntelep frontfejtéssel történő lefejtésének legcélszerűbb módját megtalálni. Az oroszlányi szénmedence egyik új bányamezőjében a frontok telepítésével és a fejtéstípus megválasztásával kapcsolatban a következő probléma vetődött fel. A két széntelepet és a köztük levő vékony közkövet (maximum 1 m vastag) együtt szándékoznak lefejteni, mégpedig úgy, hogy a kitermelendő összletben sem főteszén omlasztást, sem szeletosztást nem alkalmaznak majd. A fejtési homlok magassága DR. MOLNÁR JÓZSEF egyetemi adjunktus MISKOLCI EGYETEM Bányaműveléstani Tanszék Kézirat beérkezett: 1991. február
145
így megegyezik a művelt telepvastagsággal. A felső telep átlagos fűtőértéke a kuta tó mélyfúrásokból szerzett adatok szerint lényegesen jobb, mint az alsó telepé, ezért el kell dönteni, hogy a fejtésben szelektív jövesztést alkalmazzanak-e, vagy sem. A feladatot földtani és gépészeti paraméterek numerikus modellezésével - ún. determi nisztikus digitális szimulációval - oldottam meg. E módszer alkalmas arra, hogy a bányamezőben egy tetszőleges fejtési pasztát felvéve a fronthomlok előrehaladásá nak függvényében megadjuk, miként változik például a fogásonként kitermelt szén tömege, fűtőértéke, hamutartalma, a jövesztési ciklus tiszta gépideje, ha szelektív jövesztést alkalmazunk, illetve ha nem. A konkrét program futtatási eredmények birtokában - a szén értékesítési piacon tapasztalt keresleti viszonyokat ismerve - el lehet dönteni: jó volt-e a fejtési paszta megválasztott telepítési helye, és hogy cél szerű-e szelektív jövesztési módot választani. A bányaműszaki paraméterek két nagy csoportját kell a feladat megoldása során modellezni. Az egyik csoportba a széntelepek és a közkő vastagsági és minő ségi adatai (és azok térbeli eloszlása), a másikba pedig a fronti gépek működésének egy korábbi cikkemben - [6] - már részletesen ismertetett jellemzői tartoznak. Ve gyük sorra, milyen törvényszerűségeket és matematikai összefüggéseket kell a szi muláció során használni. Elsőként egyszerű függvénykapcsolatot kellett találni a szén és az átszénült közkő sűrűsége, hamutartalma és fűtőértéke között. A kutató mélyfúrásokból szár mazó magminták laborvizsgálati eredményei alapján az ásványelőkészítési szakiro dalom - [2] - által ajánlott lineáris függvényeket regressziószámítással írtam fel. A sűrűség és a fűtőérték közötti összefüggés 370 mérési adat alapján: p = 2259 - 45,84 F
(kg/m 3 , MJAg)
(1)
A korrelációs tényező - 0,931, a becslés becsült szórása 2,05MJ/kg. A függ vény a 0,452 MJ/kg
(2)
A korrelációs tényező - 0,9635, a becslés becsült szórása 1,5 MJ/kg. Ez a függvény is a 0,452 MJ/kg < F < 21 MJ/kg tartományban érvényes. Ez utóbbi függ vényben nem szerepel szén nedvességtartalma, mert az F és n közti parciális korre lációs tényező mindössze 0,497, így n figyelmen kívül hagyása inkább használ, mintsem árt a pontosságnak. A sűrűség és a hamutartalom közötti összefüggés 370 mérési adat alapján: p = 1212 + 12,71/1 (kg/m 3 , %)
146
(3)
A korrelációs tényező 0,9567, a becslés becsült szórása 79 kg/m . A függ vény a 6,75%
tu 1 -c
•5?
-4o
a
LH
Í*
T
i. áfrrű. A széntelepes összlet fűtőértékének és hamutartalmának változása vertikális irányban az egyik fúrólyukban
148
I
l l 1" i m «.
JC ll
^w %*$
SLi
u.4
-u?
2. áfcra. A széntelepes összlet fűtőértékének és hamutartalmának változása vertikális irányban (idealizált rétegszelvény)
149
A fejtési technológia megválasztásánál a kitermelendő telepek vastagságából kell kiindulni. A vizsgált bányamezőben a két széntelep vastagsága a gépi jövesztés szempontjából nagyon kedvezőtlen: az I. telep vastagsága 0,8 és 2,55 m, a közkőé és a n. telepé - együtt - pedig 1,1 m és 5 m között változik, és az ingadozás sajnos egy-egy fejtési pasztán belül is elég jelentős. A kitermelhető összlet vastagsága se hol nem haladja meg a 6,3 métert, sőt azt is csak egy viszonylag kis területen köze líti meg, ezért a főteszénomlasztásos technológia alkalmazása nem tűnik helyénvaló nak. A telepvastagságok kellemetlen ingadozása miatt a két telep két szeletben tör ténő lefejtése sem jöhet szóba, különben az egyébként nem túl nagy kiterjedésű bá nyamezőn belül többféle (vékony, középvastag, esetleg vastag telepi) típusú fejtési berendezést is kellene használni. A szimulációs számításokkal egy olyan lefejtési technológiát vizsgáltam meg, amelynél középvastag telep művelésére való pajzsokat és maróhengeres jövesztőgépet alkalmaznak. A kitermelhető összlet alján az alsó padi gyenge minőségű szénből egy kb. 0,5 m vastag talpbörke bent marad, hogy a fronti gépek el ne süllyedjenek a közvetlen feküt alkotó agyagban. A homlok felső részén az I., az alsón pedig a n. telep van. Ahol a kitermelhető összlet a fronti gépekhez túl vékony, ott a homlok felnyúlik a fedőben levő meddő kőzetbe, ahol pedig túl vastag, ott a bent maradó talpbörke 0,5 m-nél vastagabb. Háromféle fejtési technológiát vizsgáltam meg: 1. szelektív jövesztés (a felső szelet az I. telep és a fötéből esetleg jövesztendő meddő, az alsó szelet pedig a közkő és a n. telepből kitermelhető rész; a felső szeletet az egyik, az alsót pedig a másik irányban haladva vágja a maróhenger) 2. torlasztásos jövesztés (az egyik irányban haladva jöveszti a teljes szeletet - a felső és az alsó szelet együtt -, a másikban pedig torlasztja a talpon maradt készletet) 3. kétirányú jövesztés (mindkét irányban teljes szeletet jöveszt a gép) A szelektív jövesztési technológia vizsgálatánál feltételeztem, hogy a kétféle terméket a szalagsoron is el lehet különíteni egymástól. Az első és a második tech nológiai változat tulajdonképpen két-két esetet foglal magában, ugyanis a jövesztési ciklus maróhenger gépideje függ attól, hogy a felső szelet vágása illetve a torlasztas hegy- vagy lejtmenetben történik-e. A szimulációs számítások során természetesen mindegyiket megvizsgáltam, de végeredménynek mindkét változatnál a kedvezőbb esetet tekintettem. Az első és a második technológiai változatnál egy teljes ciklus ban csak egy fogásnyit halad előre a homlok, míg a harmadiknál kettőt. Ezért mindháromnál a két fogásnyi előrehaladáshoz szükséges tiszta jövesztogep gépidőt adtam meg. A számításokhoz olyan fejtési berendezést választottam, amely 2 és 3,4 m közé eső magasságú homlok vitelére alkalmas. A jövesztogep fronthomlok irányú
150
maximális menetsebességét több tényező is korlátozza. Ezek: a jövesztőgép motorjá nak névleges teljesítménye, a vontató műnél alkalmazható legnagyobb menetsebes ség, a maximális forgácsvastagság, amelynek vágására a jövesztő kések alkalmasak, a pajzs beléptetés homlok irányú legnagyobb sebessége, valamint a fejtési láncos vonszoló szállító kapacitásának pillanatnyi csúcsértéke. A 3. ábra megmutatja, hogy a jövesztett szeletvastagság függvényében melyik tényező mekkora pillanatnyi jö vesztőgép menetsebességet tesz lehetővé. A szimulációs számításokat személyi számítógéppel végeztem el. A program a következő eredményeket szolgáltatta, valamennyit a homlok előrehaladásának függvényében: 1. a felső, az alsó és a teljes szeleti termeivény, a talpi (a borke fölötti) veszteség szén és a főtéből jövesztendő meddő 1 fogásra eső részének tömege; 2. a felső, az alsó és a teljes szeleti termeivény fűtőértéke; 3. a felső, az alsó és a teljes szeleti termeivény hamutartalma; 4. a szelektív, a torlasztásos és a kétirányú jövesztés két fogásnyi előrehaladáshoz szükséges maróhenger gépidői; A példaként választott frontra kapott futtatási eredmények a 4.-7. ábrán lát hatók. Az ismertetett szimulációs vizsgálat segítséget adhat a bánya termékszerke zetének kialakításához. A szénpiaci keresleti viszonyok ismeretében el lehet dönte ni, hogy a szelektív vagy pedig a teljes szeletes jövesztéssel kapott termékeket cél szerű termelni. A szelektív, a torlasztásos és a teljes szeletes jövesztési mód közötti döntést a kiszámított gépidők is segítik. A bányaüzemi termelési terv elkészítésekor is jól használhatók a kapott eredmények. Ha egyidejűleg több fejtés is működik, az egyes frontokra kapott diag ramok alapján kielégítő pontossággal megbecsülhető a termékek mennyiségének és minőségének időbeli alakulása. Az ismertetett szimulációs eljárás nagy előnye más - hasonló célt szolgáló vizsgálati módszerekkel szemben, hogy lényegesen olcsóbban ad kellő pontosságú eredményeket. A számítási algoritmust az adott telepviszonyokhoz készítettem el, de természetesen ugyanezen elvek alapján fejleszthetők ki más adottságú szénlelő helyek modellezésére alkalmas programok is.
151
maximális forgácsvastugsá
w •
jövesztögép vontató mű if/f/t
1
2
3
Fejtési szeletvastagság [m]
3. ábra. A különféle korlátozó tényezók által megengedett jövesztögép menetsebességek a fejtési szeletvastagságok függvényében
152
•8
II
! ! i i
li
II
1J9
A
1
1
i
i
i
1*8
*\ r
%
4\ \
\ 1
8
il /
/
I /
l/l
•8
-
/
!
1
:p u>
5
o o
±-M o 8
s
4 áfera A termeivény, a talpi szénveszteség és a jövesztendő meddő 1 fogásra eső tömegének alakulása a homlok előrehaladásának függvényében
153
5. ábra A termeivény fűtőértékének alakulása a homlok előrehaladásának függvényében
154
o
a! w i
B
Ü.'
1 Í
-8
£
d d/vű. A termeivény hamutartalmának alakulása a homlok előrehaladásának függvényében
155
C/1 ON
ßh
p
minimális ciklusido [min]
if K
en
r in 3
J» 5* in
^
a?
g: | 5 £*
so-
teljes szelet jövesztése egv irányban •__ torlasztó menet
"v. V
*N
%%
szelektív jövesztés
s'
-
a ?
teljes^ szelet jöveszhese két irányban
9*. **
f I woST»
1 100
1
1
1
200
300
400
1__».
500
front előrehaladás [m]
.s£ 8"
IRODALOM
1. WILLIAM FELLER: An Introduction to Probability Theory and its Applications. John Wiley and Sons, Inc. New York - London - Sydney - Toronto, 1971. 2. DR. PETHÖ SZILVESZTER: Aprítás és osztályozás - I. Kézirat. Tankönyvkiadó, Budapest, 1981. 3. DR. M. MA1GNAN: Geostatistik. Kriging. Zürich, 1977. ( Kézirat ) 4. E. .1.. GOJZMANN: Modelirovanie proizvodsztvennih processzov na sahtah ( A bányabeli termelő folyamatok modellezése). Moszkva, Nyedra, 1977. 5. MOLNÁR JÓZSEF: Nagy kapacitású szénbányászati fejtési-szállítási rendszerek tervezése digitá lis szimulációval. A Nehézipari Műszaki Egyetem Közleményei, I. sorozat, Bányászat, 34. (1986.) kötet, 1-4. füzet, P 131-140. 6. MOLNÁR JÓZSEF: Frontfejtések matematikai modellje. A Bányamérnöki Kar kutatási eredmé nyei, 1983. - 1986.1. kötet, P 237.-250. Miskolc, 1986. 7. KIRÁLY ANTAL LÁSZLÓ - MOLNÁR JÓZSEF: Kapacitáskihasználási vizsgálat a Borsodi Szén bányák Mákvölgyi Bányaüzemében. Bányászati és Kohászati Lapok, Bányászat, 122. évfolyam (1989.) I. szám, P 32.-36. 8. A BÓKOD - I I M lelőhelyről kitermelhető barnakőszén minőségi paramétereinek vizsgálata. Kuta tási jelentés. Miskolci Egyetem Bányaműveléstani Tanszék, Miskolc, 1990. június. 9. A BÓKOD - UJA lelőhelyen alkalmazható frontfejtési technológiák vizsgálata. Kutatási jelentés. Miskolci Egyetem Bányaműveléstani Tanszék, Miskolc, 1990. augusztus.
STUDY INTO EXTRACTION OF DOUBLE COAL SEAMED DEPOSIT BY LONGWALL WORKING SYSTEM by J. MOLNÁR Summary To harmonize the operation of the mechanized longwall working system ;and the rubber belt conveyor is a very difficult problem. The author have already dealt with some theoretical questions of this problem before ([5] and [6]). The method of the examination was a stochastic digital simulation in both cases. The fist study [5] discusses the production - transporting capacity of the longwall working system - series of conveyor belts - bunkers system and the second one [6] writes about mathematical modelling of the operation of longwall working system. The recent report aims at solving of an other problem: to find the most suitable method to extract a coal deposit of vertically varying quality.
157
TARTALOMJEGYZÉK
Köszöntő (Kovács F.)
3
Zambó J.: A legfontosabb természeti paraméterek szerepe a bányák gazdaságosságának előzetes vizsgálatában Kovács F. • Patvaros J.: A bányászati tudományról
7 15
Kovács F. - Molnár /.; Bányamező lefejtési változatainak összehasonlítása a frontfejtés költségei alapján
21
Faller G: A telepítéselmélet és az ásványvagyon-gazdálkodás néhány kölcsönhatásáról
33
Patvaros J.: A természeti környezetet kímélő bányászat feladatai és lehetőségei
39
Somosvávi Zs.: Frontfejtések biztosításának biztonsági tényezői
55
Buócz Z - Földesi J. - Mészáros L. - Mészáros Z ; Kőbányászati termelésirányítási rendszer (KTTR) Bonus G.: Robbantástechnikai fejlesztési feladatok az új osztrák alagút építési módszer
75
(NŐT) alkalmazásánál
85
Buócz Z.: Szellőztetés! problémák dízelgépek üzemeltetésénél
95
Janositz /.: A vízhozamváltozás okainak vizsgálata a Hévízi tó-forrásnál Terstyánszky G. - Bodon P. - V. M. Nazarov - Szili B. - Tóth B.: Számítógépes programcsomag félvezető gamma-detektorok kalibrálására Benke L.: Az ásványvagyon-gazdálkodás hazai problémái
111
Molnár J.: Két széntelepes összlet frontfejtéssel történő együttes lefejtésének vizsgálata
145
127 137
