Nowoczesne technologie dla węgla brunatnego - Rozmowa z dr hab. inż. Zbigniewem Kasztelewiczem

Panie Profesorze, jakie wyzwania stoją przed górnictwem węgla brunatnego, które odgrywa ważną rolę w zaopatrzeniu energetyki w paliwo jakim jest węgiel brunatny?
Gospodarka światowa, a w tym szczególnie technika i technologie zmieniają się w XXI wieku bardzo dynamicznie. Rolą inżyniera, a tym samym pracownika naukowego, jest śledzenie, analiza zmian i proponowanie nowych rozwiązań do wymogów dnia dzisiejszego i przyszłego. Bardzo ważna jest też analiza dotycząca wyzwań nadchodzących. Nie inaczej jest z górnictwem. W okresie ostatnich lat dynamicznie zmieniają się uwarunkowania, tak w samym górnictwie, jak i w otoczeniu. Kto tych zmian nie analizuje i szybko nie wyciąga wniosków, może „dużo” stracić.

Czy poziom technologii stosowany w krajowych kopalniach węgla brunatnego jest konkurencyjny w stosunku do innych krajów?
Górnictwo w Polsce posiada technologie urabiania i przeróbki kopalin nie odbiegające od technologii światowej. Optymalizację procesów górnicy dokonują poprzez dopracowanie i dostosowanie do krajowych warunków znanych technologii z tej dziedziny. Jeżeli natomiast dokonamy analizy wyzwań, jakie czekają górnictwo węgla brunatnego, to też należy powiedzieć, że dobre czasy to już dla tej branży minęły!

To znaczy, że górnictwo węgla brunatnego nie ma przed sobą przyszłości?
Tak postawiona teza na pewno nie jest prawdziwa. Górnictwo węgla brunatnego, podobnie jak górnictwo skalne w Polsce, posiada technologie urabiania i zwałowania nie odbiegające od technologii światowej. W tym miejscu, aby to wyjaśnić, należy pokazać uwarunkowania tej branży, które można określić jako „przeszłe” i „przyszłe”.
Do głównych uwarunkowań „przeszłych” należy zaliczyć park maszyn podstawowych, tj. koparek wielonaczyniowych i zwałowarek taśmowych. W poprzednim okresie, tj. w latach 50., 60. czy 70. XX wieku, gdy dokonywano umaszynowienia odkrywek w Koninie, Turku czy Bogatyni, to wybór składników KTZ (koparek - taśmociągów - zwałowarek) z przyczyn politycznych był bardzo ograniczony. Niejednokrotnie zakupione koparki nie były dostosowane do trudnych warunków geologiczno-górniczych panujących w tych kopalniach. W kopalniach dawnego DDR warunki te były diametralnie inne - korzystniejsze. Natomiast umaszynowienie odkrywki w Bełchatowie odbywało się już „prawie” na racjonal-nych warunkach. Z tego powodu, głównie koparki wielonaczyniowe, ale i też inne składniki KTZ, poddane zostały wielu modernizacjom i zmianom. Mimo tych technicznych zabiegów - rozwiązania konstrukcyjne tych maszyn mają obecnie po 40, 50 i więcej lat. Niewiele ma 10 czy 20 lat. Natomiast uwarunkowanie tzw. „przyszłe” - to przede wszystkim gorsze parametry geologiczno-górnicze nowych złóż, tak w obecnie eksploatowanych regionach, jak i w regionach perspektywicznych. Na te uwarunkowania nakładają się wyzwania ekologiczne EU. Dlatego tak bardzo ważne jest dla krajowego górnictwa ciągłe podglądanie najlepszych, wyciąganie wniosków i wprowadzanie ciągłych zmian dla optymalizacji kosztów wydobycia. Jestem optymistą i wierzę, że uda się dokonać dalszej restrukturyzacji technicznej, jak i osobowej w krajowych kopalniach.

Mówiąc o uwarunkowaniach przyszłych, wskazuje Pan na „przeszkody”, jakie musi branża pokonać, aby funkcjonować w obiegu gospodarczym. Czy nowoczesne rozwiązania technologiczne sprostają tym wyzwaniom?
Nasze krajowe zaplecze naukowo-projektowo-techniczne ma dobrą renomę i jest uznawane wśród światowego górnictwa węgla brunatnego. Jednak brak od prawie dwudziestu lat nowych dużych inwestycji w nowe kopalnie spowodował okresowy zastój w projektowaniu nowych rozwiązań technologii urabiania, maszyn i urządzeń. Inwestycje zagraniczne nie zrekompensowały tych strat. Zaprojektowane w ostatnich latach pojedyncze koparki czy zwałowarki są przykładem dużych możliwości tego zaplecza, ale światowy postęp techniczny i technologiczny w górnictwie nie stoi w miejscu. Tym ważniejsze jest studiowanie i analiza nowych rozwiązań technologicznych oraz maszyn i urządzeń wprowadzanych do ruchu w innych kopalniach na świecie przez inne firmy. Czyli śledzenie, co robią inni.

To proszę nam powiedzieć, gdzie i co można podglądnąć?
Katedra Górnictwa Odkrywkowego Wydziału Górnictwa i Geoinżynieri AGH, którą reprezentuję, od kilku lat intensywnie uczestniczy w wielu wyjazdach, spotkaniach i dyskusjach, mających na celu zapoznanie się z nowinkami, zarówno w kopalniach krajowych: Koninie, Turku, Bełchatowie, Bogatyni czy ostatnio w Sieniawie, ale również i w kopalniach zagranicznych. Zdobytą wiedzę wykorzystujemy do celów dydaktycznych tak, aby studenci mogli otrzymywać najnowszą wiedzę. Doświadczeniami dzielimy się również w licznych opracowaniach i ekspertyzach dla przemysłu. Byliśmy w licznych kopalniach w Niemczech, tak na wschodzie, jak i na zachodzie - zapoznaliśmy się ze „sztuką górniczą” w kopalniach Vatenfalla, RWE, Laubagu. Poznaliśmy metody rekultywacji i rewitalizacji LMBV. Byliśmy w Czechach oraz na Węgrzech. Z każdego wyjazdu, spotkania i rozmów wynosimy coś innego i nowego. W Niemczech zapoznaliśmy się między innymi z mostami przerzutowymi, technologią masową z udziałem koparek tzw. 200-tysięczników, planowaniem strategicznym czy ze składowiskami dla homogenizacji węgla przy kopalniach i elektrowniach. Z dużym zaciekawieniem obserwowaliśmy zagospodarowanie ponad 30 zamkniętych kopalń w dawnym DDR. W czeskich kopalniach zetknęliśmy się z niespotykanymi w innych kopalniach podwoziami kroczącymi w koparkach wielonaczyniowych, zwałowarkach czy stacjach napędowych, jak również wybudowanymi obiektami na zwałowiskach w postaci dużych autodromów czy hipodronów.

Podczas której z zagranicznych wizyt spotkał się Pan z technologią, która może zagwarantować nowoczesność branży węgla brunatnego?
Można powiedzieć, że największe nasze zaciekawienie wzbudziły dwie odkrywki na Węgrzech z koparkami kompaktowymi. Wizyta ta zmieniła nasz dotychczasowy pogląd dotyczący możliwości zastosowania koparek kompaktowych oraz zwałowarek z długimi wysięgnikami. Z dużym uznaniem odnieśliśmy się do górników węgierskich, którzy jesienią 2009 r. oddawali do ruchu najnowocześniejszą koparkę wielonaczyniową, a zarazem największą na świecie koparkę kompaktową, PE 100 produkcji firmy Sandvik o zdolności rocznej gwarantowanej 10 mln m3, z możliwością eksploatacyjną nawet 15 mln m3/rok. Koparka jest „produktem” o rozwiązaniach technicznych z XXI wieku. Należy powiedzieć, że takich rozwiązań jest mało na świecie. Konstruktorzy i technolodzy zastosowali wiele rozwiązań, które mogą być wykorzystane w nowo projektowanych maszynach w innych kopalniach węgla brunatnego. Koparka ta, o znakomitych parametrach technologicznych (wskaźnik wydajności do masy koparki czy do mocy zainstalowanej), czy koparki o podobnych rozwiązaniach technicznych, mogą w przyszłości zastąpić wyeksploatowane koparki w kopalniach Konina, Adamowa czy Turowa oraz mogą stanowić główne maszyny w kopalniach w nowych zagłębiach - czyli w kopalniach o średnich parametrach. W kopalniach „dużych”, jak w Bełchatowie, mogą z powodzeniem konkurować z obecnymi koparkami SRs 2000 do wydobywania węgla brunatnego. Koparki kompaktowe, z uwagi na znakomite parametry eksploatacyjne, mają bardzo szerokie zastosowanie. Mogą urabiać trudno urabialne kopaliny, jak i łatwo urabialne. W Polsce firma SKW Zgorzelec zaprojektowała i buduje w KWB „Konin” pierwszą małą, o zdolności eksploatacyjnej o ponad 10-krotnie mniejszą jak firma Sandvik, koparkę kompaktową.

Czy spotkał się Pan z innymi rozwiązaniami tej firmy?
Tak. Inną nowością maszynową - konstrukcyjną produkcji firmy Sandvik, jest mobilna stacja krusząca PF300 (wielofunkcyjna samojezdna kruszarka na podwoziu gąsienicowym) o bardzo dużej wydajności godzinowej od 2-12 tys. ton/h. Kruszarka ta głównie może współpracować z koparką jednonaczyniową ale też jest możliwość współpracy z koparką wielonaczyniową. Może stanowić składnik popularnego KTZ.
Kruszarka jest jakby uzupełnieniem koparki, porusza się w układzie z koparką - kruszy nadawę, która następnie podawana jest przenośnikami do zakładu przeróbczego lub układem przenośników na zwałowisko lub składowisko. Jest to bardzo konkretny produkt do zastosowania w eksploatacji ciągłej. Niejednokrotnie nadawa - urobiona kopalina winna być poddana wstępnemu kruszeniu ze względu na duże bryły, które nie mogą być transportowane ze względu na niszczenie przenośników lub wymusza taki proces odbiorca - zakład przeróbczy. Taki układ, tj. koparka kompaktowa o dużej sile urabiania wraz przejezdną kruszarką może pracować w kopalniach węgla brunatnego przy urabianiu trudno urabialnych warstw występujących w nadkładzie, np. wkładki piaskowca albo do urabiania węgla z dużą zawartością ksylitu, który winien być pokruszony przed dalszym transportem.

Czy podejście systemowo-procesowe - jeden dostawca (solution provider), oferowane między innymi przez Sandvik, to sposób na nowoczesną kopalnię?
Myślę, że to jest wielka konieczność w XXI wieku. Nasze kopalnie w XX wieku, z racji ograniczeń możliwości zakupów, posiadały sprzęt różnych typów i od różnych dostawców. Ta sytuacja zmuszała kopalnie do różnorodności w postaci: uprawnień operatorów i umiejętności pracy na różnych maszynach, wielu dokumentacji, tak ruchowej, jak technicznej, poznania technologii napraw i remontów dla każdej jednostki oraz posiadania tysięcy części podzespołów dla każdej maszyny. To wszystko skutkowało koniecznością posiadania specjalistów „prawie dla każdej maszyny”, co powodowało przerost zatrudnienia. Ta sytuacja ulega raptownej zmianie. Są już kopalnie, które posiadają cały sprzęt od jednej firmy z opcją, że ta firma podpisuje jednocześnie umowę na utrzymanie tego sprzętu w gwarantowanej sprawności. Takie podejście znacznie obniża zatrudnienie oraz koszty eksploatacyjne, a tym samym powoduje, że jedna tona wydobytej kopaliny kosztuje dużo mniej niż poprzednio. Ten proces szybciej przebiega w górnictwie skalnym niż węglowym z racji wielkości posiadanego tak sprzętu technologicznego (samochody, koparki jednonaczyniowe, spycharki czy ładowarki), jak i podstawowego (koparki wielonaczyniowe, przenośniki i zwałowarki taśmowe). Dam przykład: w „dużej” kopalni węgla brunatnego jest sprzętu pomocniczego w ilości np. 500 sztuk, a podstawowego np. 25 sztuk - to jest wartość nawet do kilku mld złotych. Ten proces musi trwać znacznie dłużej niż wymienia się 10 sztuk maszyn w kopalni np. dolomitu. Niejednokrotnie z uwagi na żywotność eksploatacji poszczególnych złóż, nie jest ekonomicznie uzasadnione np. na 10-15 lat wymieniać posiadany park maszynowy. Do każdej kopalni należy podchodzić indywidualnie. Odpowiadając na pytanie, mało jest na rynku firm, które posiadają i oferują różnorodną paletę maszyn i urządzeń dla górnictwa węgla brunatnego - taką jaką posiada firma Sandvik. Oprócz firmy Sandvik jest jeszcze firma Krupp która przoduje w możliwościach dostaw maszyn podstawowych dla górnictwa węgla brunatnego na świecie. W Polsce są firmy takie jak: Kopex FAMAGO Zgorzelec, FUGO Konin czy FAMAK Kluczbork oraz biura projektowe SKW Zgorzelec czy Poltegor -projekt i Poltegor Instytut, które z racji swoich „ograniczeń” oferują głównie maszyny i urządzenia podstawowe dla górnictwa węgla brunatnego. Wymienione polskie firmy powinny w przyszłości starać się zawiązać konsorcjum, które skonsolidowałoby możliwości, a nie jak obecnie, konkurowało ze sobą. Nie ma na rynku polskim kompleksowych dostawców urządzeń dla kopalń odkrywkowych, takich jak polska spółka Sandvik Mining and Construction z Tychów. Jedynie firma HSW - Stalowa Wola, oferująca całą paletę spycharek czy ładowarek.

Czy Pana zdaniem wprowadzenie nowoczesnego parku maszynowego może mieć znaczący wpływ na poprawę efektywności wydobycia węgla brunatnego?
Nowoczesny i wydajny sprzęt to jedno zagadnienie, a drugie to organizacja pracy układów technologicznych tak, aby wykorzystanie tego parku było jak największe. W przeszłości były różne uwarunkowania, które miały istotny wpływ na wykorzystanie tego potencjału maszynowego. Były okresy, gdy brakowało sprzętu technologicznego - koparki i zwałowarki bez odpowiedniej ilości tego sprzętu nie mogły być optymalnie wykorzystane. Inna sprawa że, z powodu ograniczeń ekonomicznych, układy technologiczne pracowały poza szczytami energetycznymi dopołudniowymi i popołudniowymi - to kilku godzinne nie wykorzystanie maszyn. Były też okresy, gdy węgiel brunatny był w mniejszym stopniu wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej niż inne paliwa, mimo, że ta energia była i jest najtańsza - wówczas były ograniczane zadania w zdejmowaniu nadkładu - należy tu wyjaśnić, że nadkład jest kosztem. W przypadku modernizacji bloków energetycznych, np. w Turowie układy technologiczne pracowały z ograniczoną zdolnością produkcyjną. Te i inne uwarunkowania spowodowały, że średni współczynnik wykorzystania czasu kalendarzowego koparek wielonaczyniowych jest poniżej 50%. Samo zwiększenie tego współczynnika o 10% może spowodować blisko 20% zwiększenie zdolności wydobywczej istniejących układów wydobywczych - co jednocześnie znacznie poprawi efektywność pracy układów KTZ, a tym samym może znacznie obniżyć koszty wydobycia węgla brunatnego.
Na zakończenie rozmowy dodam, że jestem optymistą w przyszłościowym zagospodarowaniu złóż perspektywicznych i produkcji najtańszej energii elektrycznej na bazie węgla brunatnego, mino narastających problemów ekologicznych związanych z CO2 w I połowie XXI wieku w Polsce. Podobnym wyzwaniem, jakim jest współczynnik wykorzystania czasu pracy układów technologicznych w kopalniach, jest dla elektrowni sprawność bloków energetycznych. Wg niemieckich i greckich specjalistów podniesienie sprawności siłowni energetycznych o 10% powoduje ograniczenie emisji CO2 o 20% - to tyle co nasze zobowiązania w tym zakresie! Podniesienie sprawności bloków energetycznych jest realne i do zrealizowania w naszym kraju.

Rozmawiał: Mariusz Marchwiak