Hydraulisk bergborr för kolgruvor: Säkerhets- och urvalregler

En hydraulisk bergborrmaskin som används i en kolgruva står inför en farokategori som helt enkelt inte gäller för metallgruvdrift eller tunnelbyggnad: metanantändning. Percussionsmekanismen genererar värme vid kolvens slagyta och vid gränsytan mellan skaftet och ledningsbussningen; det hydrauliska kretssystemet arbetar vid 160–220 bar med en varm återföringsoljetemperatur; och om en oljesprut från ett fästningsfel når en gasansamling är brandrisken omedelbar. Varje komponenturval och varje driftprocedur för en hydraulisk bergborrmaskin i en kolgruva måste utvärderas mot denna bakgrund, inte endast mot standardkraven för prestanda och servicelevnad.

Kolgruvor klassificeras också enligt gasriskklassificering – från icke-gasrika till mycket gasrika – med motsvarande regleringskrav för utrustningsspecifikationer som varierar beroende på jurisdiktion. Väljreglerna i den här artikeln gäller specifikt för hydrauliska bergborrningsdrifters och deras kopplade vätskkretsar, inom utrustningskategorin snarare än som ersättning för platsanpassad efterlevnad av regler.

Krav på explosionssäker konstruktion

Brandhämmande hydraulikvätska är den grundläggande kravet för alla hydraulikkretsar i underjordiska kolgruvor. Standard mineraloljebaserad hydraulikvätska är brandfarlig; ett slangbrott som sprutar ut mineralolja på heta ytor eller en elektrisk båge skapar en verklig antändningsväg. Vatten-i-olja-emulsioner (HFA-E, vanligtvis 95–97 % vatten med oljekoncentrat) eller vattenglykoler (HFC) är de standardmässiga brandhämmande alternativen för underjordiska kolgruvors slagkretsar. Kompromissen: båda har lägre smörjförmåga än mineralolja, vilket ställer högre krav på tätningens material och på vätskans anti-slitageadditivpaket.

PU-slagtätningar fungerar acceptabelt med vatten-i-olja-emulsioner vid koncentrationer som hålls inom specifikationen. När emulsionskoncentrationen sjunker under 5 % oljekoncentrat (den typiska miniminivån) minskar smörjförmågan kraftigt och PU-tätningarna slits snabbare än deras designlivslängd. HNBR-tätningar tolererar variationer i koncentration bättre och är att föredra i drift där det är svårt att hålla exakt emulsionskoncentration. Vattenglykolvätskor med felaktig glykolkoncentration kan angripa standard-NBR-statiska tätningar (O-ringar) genom svällning – FKM- eller HNBR-O-ringmaterial specificeras för vattenglykolkretsar istället för standard-NBR.

Utrustningsspecifikationer för gasrika miljöer

Driftsäkerhet: De tre procedurerna som är viktigast

Inspektion av vätskekretsen innan varje skift är obligatorisk i en kolgruvmiljö, där ett slangbrott under drift skapar en omedelbar brandrisk. Inspektionen omfattar: slangs tillstånd (inga snitt, nötning genom yttre mantel eller svullnad som indikerar inre skada), anslutningar för fästen (ingen läckage vid gängade kopplingar, inget rörelse hos fästen under handtryck), samt vätskenivå i tanken med kontroll av emulsionens eller glykolkoncentrationen. En försämrad emulsion som ser normal ut i färg men testas till under 5 % oljekoncentration utgör samtidigt en risk för tätningsskada och antändning.

Förhindring av tomfyrning är viktigare i kolgruvor än i andra tillämpningar. När borrverktyget förlorar kontakt med berget och slagverkan sker mot luft, går tryckavlastningsventilen i slagkretsen kontinuerligt i drift, vilket genererar värme i ventilkroppen. I standardmässig gruvdrift och byggverksamhet är detta ett underhållsproblem; i en metanmiljö utgör en upphettad ventilkropp dessutom en extra tändrisk. Automatiska system för avbrytande av tomfyrning – som stänger av slagverkan inom 200–500 millisekunder efter att tomfyrning har upptäckts via analys av tryckmönster – är standardspecifikation i välhanterade kolgruvors borrdrivsystem.

Efter avslutad skiftperiod utförs tömning och dekompression av slagkretsen innan driftaren kopplas från, vilket tar bort tryckfyllt brandsäkert fluid från slangavsnitten som troligen störs mest under skiftbytet. Att koppla ifrån en pressuriserad slang i ett gasfyllt schakt utgör både en kontaminationsrisk och en brandrisk på grund av sprutande fluid. Proceduren kräver dekompression via systemets konstruerade säkerhetsväg, inte genom att lossa fästen under tryck.

Urvalskriterier specifika för gruvmiljöer i kolgruvor

Driftsdesignfunktioner som minskar driftsrisken i kolgruvor: sluten slagkrets (returoljan återförs till tanken utan atmosfärisk exponering, vilket minimerar oljedimma i gruvans atmosfär); förseglat rotationsmotorgehärd med övertrycksbarriär för att förhindra att kolstoft tränger in i lagerzonen; framre spännklospolningsvattenkrets med backventil för att förhindra att slagolja flödar tillbaka in i polningskretsen (kontaminerat polningsvatten i en kolgruva utgör en sekundär fara); samt antistatisk slangbeklädnad på alla slag- och rotationsslangar.

Specifikation för tätningskit för gruvborrmaskiner: slagkit i HNBR-material för kompatibilitet med HFA-E- eller HFC-vätskor, främre spolningstätningsringar i PTFE-förstärkt material (kemiskt inerta mot pH-variationer i gruvvatten) samt alla statiska O-ringar i HNBR eller FKM för kompatibilitet med vattenglykolkretsar. Dessa materialspecifikationer ska anges uttryckligen i upphandlingsdokumentet istället for att förutsätta 'standardkit'. HOVOO levererar gruvanpassade tätningskit för alla större driftarmärken, med materialalternativ som verifierats för kompatibilitet med HFA-E och HFC. Fullständiga modellreferenser finns på hovooseal.com.