Hydraulische rotatieboor voor kolenmijnen: veiligheids- en selectieregels

Een hydraulische rotatieboor die in een kolenmijn wordt gebruikt, wordt geconfronteerd met een risicocategorie die eenvoudigweg niet van toepassing is op metaalmijnen of tunnelbouw: ontsteking van methaan. Het slagmechanisme genereert warmte op het aanslagvlak van de zuiger en aan de interface tussen de schacht en de geleidingbus; het hydraulische circuit werkt onder een druk van 160–220 bar met een verwarmde retourolie-temperatuur; en indien een oliespuit uit een lekkende aansluiting een gasaccumulatie bereikt, is het brandrisico onmiddellijk. Elke componentkeuze en elk operationeel procedé bij het gebruik van een hydraulische rotatieboor in een kolenmijn moet worden beoordeeld tegen deze achtergrond, en niet alleen tegen de standaardcriteria voor prestaties en levensduur.

Kolenmijnen worden ook ingedeeld op basis van de classificatie van het gasgevaar—van niet-gasrijk tot zeer gasrijk—met bijbehorende wettelijke vereisten voor de specificaties van apparatuur, die per rechtsgebied kunnen verschillen. De selectieregels in dit artikel zijn specifiek van toepassing op hydraulische rotatieboorinstallaties (drifters) en hun bijbehorende vloeistofcircuits, binnen de categorie apparatuur, en niet als vervanging voor naleving van site-specifieke wettelijke voorschriften.

Eisen voor explosiebestendig ontwerp

Vuurvaste hydraulische vloeistof is de basisvereiste voor elk ondergronds kolenmijn-hydraulisch circuit. Standaard minerale oliehydraulische vloeistof is brandbaar; een lekkende slang die minerale olie spuit op hete oppervlakken of een elektrische boog vormt een reëel ontstekingspad. Water-in-olie-emulsies (HFA-E, meestal 95–97% water met olieconcentraat) of water-glycolen (HFC) zijn de standaard vuurvaste alternatieven voor ondergrondse kolenmijn-percussiecircuits. De afweging: beide hebben een lagere smerendheid dan minerale olie, wat hogere eisen stelt aan de afdichtingsmaterialen en aan het anti-slijtadditiefpakket in de vloeistof.

PU-slagafdichtingen presteren aanvaardbaar met water-in-olie-emulsies bij concentraties die binnen de specificatie worden gehandhaafd. Wanneer de emulsieconcentratie onder de 5% olieconcentraat daalt (het gebruikelijke minimum), neemt de smeringswerking sterk af en slijten PU-afdichtingen sneller dan hun ontwerplevensduur. HNBR-afdichtingen verdragen variaties in concentratie beter en worden daarom verkozen in toepassingen waar het moeilijk is om de exacte emulsieconcentratie te handhaven. Water-glycolvloeistoffen met een onjuiste glycolconcentratie kunnen standaard NBR-statische afdichtingen (O-ringen) aantasten via opzwellen; voor water-glycolcircuiten worden FKM- of HNBR-O-ringmaterialen gespecificeerd in plaats van standaard NBR.

Apparatuurspecificaties voor gashoudende omgevingen

Operationele veiligheid: De drie procedures die het meest tellen

Inspectie van het vloeistofcircuit vóór elke ploegendienst is onontkoombaar in een kolenmijnomgeving, waar een slangbreuk tijdens de bedrijfsvoering direct een brandgevaar oplevert. De inspectie omvat: de toestand van de slang (geen snijwonden, slijtage door de buitenste mantel heen of opzwelling die interne beschadiging aangeeft), de aansluitingen van de fittingen (geen lekkage bij schroefverbindingen, geen verplaatsing van de fittingen onder handdruk) en het vloeistofniveau in de tank met controle van de emulsie- of glycolconcentratie. Een verslechterde emulsie die er normaal uitziet qua kleur, maar bij testen een olieconcentratie van minder dan 5% vertoont, vormt tegelijkertijd een risico voor afdichtingsbeschadiging en ontsteking.

Voorkoming van leegvuur is in kolenmijnen belangrijker dan in andere toepassingen. Wanneer het boorhoofd contact met de rots verliest en de slagbeweging tegen lucht plaatsvindt, werkt de ontlastingsklep van het slagcircuit continu, waardoor warmte in het kleplichaam wordt opgewekt. Bij standaard mijnbouw en bouw is dit een onderhoudsprobleem; in een methaanomgeving vormt een verwarmd kleplichaam echter een extra ontstekingsrisico. Automatische leegvuuronderbrekingssystemen – die de slagbeweging binnen 200–500 milliseconden na detectie van onbelaste slag via analyse van het drukpatroon stoppen – behoren tot de standaardspecificatie bij goed beheerde kolenmijnboorinstallaties.

Na de plooi wordt het slagcircuit ontlucht en ontdrukt voordat de boorinstallatie wordt losgekoppeld, waardoor brandwerend vloeistof onder druk wordt verwijderd uit de slangsecties die tijdens de plooiwisseling het meest kans lopen op verstoring. Het loskoppelen van een onder druk staande slang in een gasachtige galerij vormt zowel een contaminatierisico als een risico op brand door spuitende vloeistof. De procedure vereist ontdrukken via het ontworpen veiligheidspad van het systeem, niet door fittingen onder druk los te draaien.

Selectiecriteria specifiek voor omgevingen in kolenmijnen

Drifter-ontwerpkenmerken die het bedrijfsrisico in kolenmijnen verminderen: gesloten percussiecircuit (terugstromende olie stroomt terug naar de tank zonder blootstelling aan de atmosfeer, waardoor de vorming van olieachtige nevel in de galerijatmosfeer wordt geminimaliseerd); afgedichte behuizing van de rotatiemotor met een overdrukbarrière om binnendringen van koolstofstof in de lagerzone te voorkomen; spoelwatercircuit voor de voorste spanklem met terugslagklep om terugstroom van percussieolie naar het spoelcircuit te voorkomen (verontreinigd spoelwater in een koolstofgalerij vormt een secundair gevaar); en antistatische mantel op alle percussie- en rotatieslangen.

Specificatie van de afdichtingskit voor mijnbouwboorinstallaties: slagkits in HNBR-materiaal voor compatibiliteit met HFA-E- of HFC-vloeistoffen, voorste spoelsegels in PTFE-gevoerd materiaal (chemisch inert ten opzichte van pH-schommelingen in mijnwater) en alle statische O-ringen in HNBR of FKM voor compatibiliteit met water-glycolcircuit. Deze materiaalspecificaties moeten expliciet worden vermeld in het aanvraagdocument, in plaats van te vertrouwen op de 'standaardkit'. HOVOO levert afdichtingskits die geschikt zijn voor mijnbouwtoepassingen voor alle belangrijke merken boorinstallaties, waarbij de materiaalopties zijn geverifieerd op compatibiliteit met HFA-E en HFC. Volledige modelverwijzingen op hovooseal.com.