Costs reduction of main fans operation according to safety ventilation in mines – a case study

Considering the various hazards present in an underground mine, safe ventilation entails maintaining a certain airflow rate in the mining workings. The air velocity, airflow rate and air composition must be regulated in a ventilation network by operation of the main fans. On the other hand, ventilation costs must be minimized. Thus, the optimal solution is when the requisite safety features are fulfilled and the power output of the fans is at a minimal yet sufficient rate. In real-world mines, it is common to have airstreams interlinking subnets of the main fans. The current restructuring of the mining sector commonly involves the connection of different mines, which leads to an increase in the number of such cases. This article presents the results of research into ventilation networks containing these kind of airstreams and introduces a new method for reducing ventilation costs. The method is based on an algorithm which allows the determination of the resistance of a stopping, the head of the fans and the air quantity for which air distribution is optimal. As a result, the total power output of the fans is at the lowest level that yields a reduction in ventilation costs. The method was applied for two theoretical examples and a practical one which was taken from a real ventilation network. In the first example, fan power output was reduced by 17.252 kW, which gave an annual reduction of 188.909 MWh, and an annual electricity cost reduction of €27014. Therefore, optimization enabled a saving of approximately 14% of the costs. In the second example, power output was reduced by 106.152 kW, which produced an annual reduction of 1162.364 MWh, and an annual electricity cost reduction of €166218. In this case, optimization allowed a reduction in costs of approximately 40%. Considering both examples, the cost reductions did not affect the safe airflow rate. For the real-world mine, the annual savings were 2343 MWh, which corresponds to approximately €335000.

Ze względu na zagrożenia występujące w podziemnej kopalni bezpieczna wentylacja powinna zapewniać dostarczenie właściwego wydatku objętościowego powietrza do wyrobisk górniczych. Wentylatory głównego przewietrzania powinny zapewnić w wyrobiskach bezpieczną prędkość powietrza oraz jego skład chemiczny . Jednocześnie ze względów ekonomicznych istotna jest minimalizacja jej kosztów. Celem więc jest znalezienie optymalnego rozpływu powietrza uwzględniającego bezpieczeństwo górników i minimalizującego zużycie energii przez wentylatory. W istniejących kopalniach występują prądy powietrza łączące podsieci wentylatorów głównego przewietrzania. Aktualnie prowadzona restrukturyzacja górnictwa polegająca także na łączeniu kopalń przyczynia się do zwiększenia liczby takich prądów. W artykule zaprezentowano wyniki badań nad sieciami wentylacyjnymi zawierającymi wspomniane prądy powietrza. Przedstawiono nową metodę pozwalającą na obniżenie kosztów wentylacji. Przedstawiony w pracy algorytm pozwala na wyznaczenie wartości oporu tamy regulacyjnej oraz spiętrzenia i wydajności wentylatorów, przy których rozpływ powietrza jest optymalny. Uzyskiwana przy nim wartość sumarycznej mocy użytecznej wentylatorów jest najniższa, co przyczynia się do obniżenia kosztów związanych z wentylacją. W artykule przedstawiono wyniki optymalizacji przeprowadzonej według nowej metody dla dwóch przykładów teoretycznych oraz dla rzeczywistej sieci wentylacyjnej kopalni. W pierwszym przykładzie uzyskano zmniejszenie mocy użytecznej wentylatorów o 17 252 W, rocznego zużycia energii 188 909 kWh, rocznych kosztów za energię elektryczna 113 345 zł. Oszczędności wyniosły 14% względem stanu przed optymalizacja. Dla drugiego przykładu uzyskano odpowiednio spadki: mocy o 106 152 W, rocznego zużycia energii o 1 162 364 kWh, rocznych kosztów 697 418 zł. W tym przykładzie zastosowanie metody pozwoliłoby uzyskać oszczędności na poziomie 40%. Dla rzeczywistej kopalni roczne oszczędności wyniosły 2 343 MWh, co odpowiada w przybliżeniu 335 000 Euro.