Japonské hlubinné hornictví prošlo v posledních třiceti létech výrazným útlumem. Řada hlubinných uhelných dolů byla z ekonomických důvodů a z důvodu dotěžení zásob uzavřena. Dnes jsou v Japonsku provozovány poslední dva hlubinné doly (Obr.č.2), zlatorudný důl Hishikari v jihozápadní části ostrova Kyushu, kde se těží cca 7,5 kg zlata ročně z ložiska s relativně vysokou kovnatostí 40 g/t a poslední hlubinný uhelný důl Kushiro ve východní části ostrova Hokaido. Zde se dobývá 0,7 mil. tun ročně černého uhlí z hloubky 350 m pod hladinou moře. Japonsko pokrývá měrnou spotřebu energie čítající 8,6 MWh/obyv.rok. (128 mil. ob.) z 28 % energetickým uhlím převážně z dovozu. Článek uvádí přehlednou informaci o energetice Japonska a poznatky z dolu Kushiro získané autorem článku při návštěvě dolu v září 2010.

Japonská energetika

Dnes třetí největší ekonomika světa spotřebovává podle statistiky OECD více než 700 Mtce (tce – tuna uhelného ekvivalentu, 29.3 MJ/kg) primární energie ročně. V primárním energetickém portfoliu činil podíl uhlí 22 %, ropy 43 %, zemního plynu 17 % a jaderné energie 13 % [1]. Množství spotřebovaného uhlí činilo v roce 2007 celkem 161 Mtce, což ve skutečnosti představovalo 128 mil.t energetického a 58 mil.t koksovatelného uhlí. V portfoliu výroby elektrické energie (1100 TWh/2007) bylo uhlí zastoupeno 28 %, ropa 13 %, zemní plyn 26 %, jaderná energie 23 %, vodní energie 6 %, ostatní zdroje 4 %.

Těžba uhlí v Japonsku činila začátkem 80-tých let 20 mil. tun ročně s následným postupným poklesem, obr. 1. Dovoz uhlí postupně narůstal až na 187 mil.t v roce 2007. Hlavními exportéry byly Austrálie (136 mil.t) a Indonézie (33,2 mil.t). Přesto, že světové statistiky IEA [1], EIA[2], již neuvádějí od roku 2002 domácí těžbu uhlí Japonska, bylo zde v roce 2009 vytěženo cca 1,2 mil.t černého uhlí, z toho 0,7 mil. tun vytěžil důl Kushiro a ostatní těžba připadla na malé soukromé povrchové doly.

Společnost Kushiro Coal Mine Co., Ltd.

Historie organizované těžby černouhelného ložiska Kushiro sahá do dvacátých let minulého století. Těžbu ložiska zahájila společnost Taiheiyo Coal Mining Co., Ltd. Do konce válečného období byly těženy zásoby nacházející se pod pevninou dané lokality. V roce 1946 byla zahájena ražba hlavní úpadnice Harutori směrem pod hladinu šelfu Pacifiku a byla tak zahájena etapa těžby části dobývacího pole nacházejícího se pod mořem. V roce 2001 ohlásila společnost Taiheiyo pod vlivem nízkých cen uhlí z dovozu uzavření dolu a propuštění 1000 zaměstnanců. Došlo k restrukturalizaci dolu a vzniku společnost Kushiro Coal Mine Co., Ltd., která zahájila těžbu v dubnu 2002 s 500 zaměstnanci. K hlavní činnosti dolu (těžba uhlí) byly v nových podmínkách přiřazeny aktivity v podobě Mezinárodního výcvikového střediska důlních technologií a centrálního odpadového a recyklačního hospodářství. Mezinárodní výcvikové středisko důlních technologií dolu Kushiro školí důlní zaměstnance pro vlastní i zahraniční potřeby. Jsou zde školení důlní pracovníci a specialisté pro Indonézii, Čínu a Vietnam. Počet zaměstnanců výcvikového střediska čítá 30. Ke specializovaným činnostem střediska patří např. školení vedoucích větrání v rámci výpočetního programu pro řešení větrních sítí a havarijních situací, programu „Kazemaru“. Předmětné školení je realizováno ve spolupráci s Univerziou Kyushu ve Fukuoce.

 

Těžba pod hladinou moře

Dobývací prostor pod hladinou moře dolu Kushiro sahá 8 km jižním směrem od pobřeží a 12 km východo-západním směrem. V současné době je zde dobývána zúžená oblast o rozměrech 2.2 km východo-západním směrem a 4 km severojižním směrem. Uhelné zásoby zde byly dobývány ve třech horizontech. V době rozvinuté těžby dosahovala celková délka důlních děl 100 km, nyní čítá 14 km. Dnes je těžena sloj č. 6 ve vzdálenosti 3,5 km od pobřeží v hloubce 350 m pod hladinou moře. Hloubla šelfu v místě dobývání je 30 m. Povrch dolu je vybaven přízemními, v některých případech jednopatrovými budovami a vysunutou rampou hlavního těžního pásového dopravníku. Důl je otevřen systémem úpadnic, obr. 3. Dobývaná uhelná sloj č. 6 o mocnosti 2.6 m se svažuje k jihu pod úhlem 6o. Důl je plně mechanizován s využitím dobývací metody směrného stěnování z pole na zával. Ražba přípravných důlních děl je zajišťována razicími kombajny typu „continuous miner“. Denní hrubá těžba dolu dosahuje vždy z jednoho činného stěnového porubu až 10 000 t. V záři 2010 zde byl v provozu porub o směrné délce 800 m, délce porubní fronty 220 m, vybavený technologií JOY/DBT s denním postupem 10 m. Porub byl obsazen celkem 8 důlními pracovníky. Po dvou na přechodech porub-chodba, dva pracovníci u kombajnu a dva u posunu výztuže. Četná a častá přítomnost proplástků v těžené sloji byla příčinou snížení podílu odbytové těžby až na 50 % těžby hrubé. Těžené uhlí bylo energetické kvality s nízkým obsahem síry (0,2-0,3 %) o hodnotě spalného tepla 25,5 MJ/kg. Důl byl provozován s celkem 300 výkonnými pracovníky (bez administrativy a zaměstnanců výcvikového střediska). Důlní výkon dosahoval 18 t/sm. Plynové poměry dolu byly příznivé s nízkou úrovní metanové plynodajnosti. Důl byl větrán celkovým objemovým průtokem 4000 m³/min při depresi hlavního ventilátoru 830 Pa. Monitorovací síť sledovala kontinuálně CH₄ a CO na čtyřiceti místech v dole. Těžba pod hladinou moře nebyla v dole Kushiro příčinou zvýšené náročnosti na čerpání důlních vod. Nadložní vrstvy poskytovaly dostatečnou nízkou vodopropustnost i při dobývání na zával. V dole byl zaveden běžný režim čerpání důlních vod.

Báňské záchranářství

Mezinárodní výcvikové středisko báňských technologií dolu Kushiro zabezpečuje kromě výcviku řady specializací rovněž přípravu báňských záchranářů. Středisko zabezpečuje výcvik jak vlastních báňských záchranářů, tak záchranářů pro poslední japonský rudný hlubinný důl Hishikari a pro zahraniční smluvní partnery. Báňským záchranářem se může stát důlní pracovník s tříletou praxí ve věku 22 let. Věkový limit pro ukončení činnosti báňského záchranáře je 42 let. Základní školení trvá 7 dnů a praktický výcvik v dýmnici s pracovním dýchací přístrojem je zařazen v pěti dnech základního školení.

Na dole Kushiro bylo v září 2010 celkem 40 báňských záchranářů. Z uvedeného počtu byly organizovány čtyři čety, 6 báňských záchranářů bylo vyčleněno pro potřeby technické podpory, 8 se podílelo na výcviku a spolupracoval jeden lékař, báňský záchranář. Hlavním instruktorem byl pan Kenichi Yamamoto, nestor báňského záchranářství Japonska, který v dané profesi působí již 40 let, dnes technický manažér oddělení báňského záchranářství Mezinárodního výcvikového střediska báňských technologií dolu Kushiro. Na obrázku 4 je pan Kenichi Yamamoto vyfotografován na učebně báňského záchranářství s pracovním dýchacím přístrojem Oxy GEM-11. Přetlakový kyslíkový regenerační přístroj Oxy GEM-11 je v základech totožné konstrukce s přístrojem BG 4. Přístroj o celkové hmotnosti 13,4 kg obsahuje chladič s náplní ledu 1,2 kg. Zásobu kyslíku poskytuje kompozitní tlaková láhev o objemu 1,8 l. Při plnícím tlaku kyslíku 19,6 MPa poskytuje přístroj ochrannou dobu 150 min. Pohlcovač je přeplňovací s nátronovým vápnem. Přístroj vyrábí od roku 2006 japonská firma Air Water Safety Service Inc. v prefektuře Kobe. Dříve tento přístroj vyráběla firma Kawasaki, která zahájila vývoj přístroje v roce 1996. Ve výbavě záchranné stanice dolu Kushiro bylo v době návštěvy autora článku 52 předmětných přístrojů. Sebezáchranné přístroje používané na dole Kushiro byly filtrační přístroje amerického výrobce MSA, typ W 65.

Součástí výcvikového střediska báňského záchranářství byla dýmnice v podobě povrchového labyrintu důlních děl. Umožňovala výcvik v nedýchatelném ovzduší se sníženou viditelnosti a za vysokých teplot, včetně výcviku hašení požáru a stavby uzavíracích hrází, obr. 5. Periodická cvičení báňských záchranářů dolu Kushiro byla povinna 4x ročně.

Technické zajímavosti

Jedním z provozních rizik dolu Kushiro je samovznícení uhlí. Inkubační doba samovznícení je zde 3 až 5 měsíců. Ohniska samovznícení se vyskytují především v místech kontaktu hlavních důlních děl s rozrušenou slojí a v místech křížení důlních děl. Asanovaná místa výskytu samovznícení byla na povrchu důlních děl izolována betonovým potěrem a byla osazena teplotními sondami společně se sondami pro nasávání plynů pro chromatografickou analýzu. Sondy byly umísťovány v kritických místech podle potřeby. Vzdálenosti sond činily 0,5 m a více. Na sondách byly určeným pracovníkem pravidelně měřeny teploty přenosným digitálním teploměrem s pamětí umožňujícím vyhodnocení trendu vývoje teploty počítačem. Plyny na chromatografickou analýzu byly odebírány v případě potřeby 2x týdně. Je vhodné připomenout, že aplikace vyšších plynných uhlovodíků pro účely protizáparové prevence pochází z Japonska z padesátých let minulého století, kdy japonský autor Kittagowam poukázal na výskyt etylénu v důlním ovzduší /4/. Tato technologie byla v Japonsku široce využívána. V minulosti byly všechny hlubinné uhelné doly Japonska vybaveny chromatografy. Důl Kushiro provozuje na úseku větrání 6 chromatografů, obr. 6.

Citlivost chromatografie je na úrovni ppb (10-9). Dva nejnovější chromatografy Shimadzu GC-2014 byly pořízeny v roce 2010. Doba odezvy chromatografické analýzy předmětných chromatografů je 20 min. Sledovaný plynový obraz indikačních plynů obsahuje celkem 12 indikačních plynů, včetně butenu (C₄H₈, i-C₄H₈). Součásti výpisu vyhodnocení chromatografických analýz jsou Grahamová čísla a bezrozměrné ukazatele C₃H₈/C₂H₆, C₂H₄/C₂H₆, C₃H₆/C₂H₄. Vzorky důlních plynů jsou odebírány do plastových vzorkovnic amerického výrobce Belt Art Products, obr. 7.

 

Větrní síť dolu Kushiro je řešena výpočetním programem „Kazemaru“/5/. Vývoj programu byl zahájen na Univerzitě Kyushu v roce 1985. První verze byla praxi poskytnuta v roce 1988. Do doby ukončení těžby četných hlubinných dolů byl program využíván na deseti uhelných dolech Japonska a dvou dolech rudných. Program je sestaven s několika výpočetních modulů. Základním modulem je modul řešení větrních sítí s maximálním počtem větví 2000 umožňující simulaci důlního požáru. K dalším výpočetním modulům patří např. modul důlního mikroklimatu, modul koncentrací plynů, modul důlních ventilátorů, modul 3D zobrazení důlních děl aj. Je připravován modul aerodynamiky závalových prostor. Pozornost poutá modul umožňující prostorové zobrazení důlních děl s možnosti 3D vizualizace, rotace modelu a přiblížení. Pomoci uvedených funkcí lze v rámci projekce vizuálně „vstupovat“ do různých části dobývacího pole. Na obrázku 9 je 3D model dolu Kushiro z roku 1990. S modelem lze libovolně otáčet, pohybovat jak v horizontálním, tak vertikálním směru, model lze přibližovat a oddalovat. Virtuální model lze využít v rámci řešení mimořádných událostí, kdy by bylo možné pomoci velkoplošné projekce poskytnout havarijní komisi vizualizaci důlních děl z žádaného úhlu s možnosti rotace a detailního přiblížení části důlních děl ohrožené oblasti. V současné době je program Kazemaru používán na obou posledních hlubinných dolech v Japonsku. V zahraničí je používán v Jižní Koreji, Číně, Vietnamu, Indonézii, Turecku a Iránu. Poprvé byl v zahraničí využit v Jižní Koreji v roce 1993. Univerzita Kyushu nabízí zdokonalování programu Kazemaru podle požadavků praxe, /6/.

V polovině roku 2010 byly na důl Kushiro zakoupeny důlní osobní svítidla nové generace s integrovanou baterií v reflektoru, obr. 9. Důlní osobní svítidlo postrádá v daném provedení akumulátor zavěšený u pasu i propojovací kabel. Svítidlo je vybaveno dvěmi světelnými diodami pro přímé a sklopné osvětlení. Výrobek pochází z Kanady, kde jej v Ontariu vyrábí firma NL Technologies. Výrobce uvádí následující parametry svítidla : nabíjecí čas < 12 h, svítivost >12 h, počet cyklu nabití 500, hmotnost 170 g, životnost světelných diod o výkonu 1 W 20 000 h, provozní teplota 0-40 ^oC, provedení do prostředí kategorie M1. Výrobce nabízí individuální nabíjecí soupravu 220 V/12 V, nebo stojany pro 24 a 48 svítidel. Firma NL Technologies působí v Čile a Austrálii /7/.

Text a foto Prof. Ing. Alois Adamus, Ph.D., VŠB-TU Ostrava

Literatura :

1. „Coal Information 2009“, International Energy Agency, Paříž, 2009, ISBN 978-92-64-06105-7.

2. „World Coal Production“, [online]. [cit. 2010-11-30]. Elektronický soubor webové stránky U.S. Energy Information Administration (U.S.A.), založen 7.11. 2008, aktualizován podle dostupnosti dat. URL: http://www.eia.doe.gov/emeu/international/RecentPrimaryCoalProductionMST.xls

3. „Kushiro Coal Mine Co., Ltd.“, [online]. [cit. 2010-12-6]. Webové stránky společnosti Kushiro Coal Mine Co., Ltd. URL: http://www.k-coal.co.jp/index.html

4. Kittagowam, T.: Detection of underground spontaneous combustion in its early stage with detectors. 10th International Konference of Directors of Safety in Mines Research, Pittsburgh, PA, 1959.

5. Inoue, M.: KAZEMARU. Soubor výpočetních programů pro výpočet větrních sítí a řešení havarijních situací v dole. Nosič CD. Kyushu University, Kyushu, 2010.

6. Dr. Masahiro Inoue, osobní sdělení. Konzultace autora článku na Univerzitě Kyushu, Fukuoka, 6. 9. 2010.

7. Northern Light Technologies. [online]. [cit. 2010-12-10]. Webové stránky společnosti NL Technologies. URL: http://www.nltinc.com/.