BEZPIECZNE KABINY SAMOJEZDNYCH MASZYN GÓRNICZYCH KGHM ZANAM S.A.

Stanowisko operatora to coś znacznie więcej niż „obudowa z szybami”. W samojezdnych maszynach górniczych jest to kluczowy dla bezpieczeństwa operatora element konstrukcji maszyny, który w praktyce izoluje operatora od zewnętrznych zagrożeń i warunków środowiskowych występujących pod ziemią (często na głębokości dochodzącej do 1300m). Dobrze zaprojektowana kabina zapewnia bezpieczeństwo operatorowi maszyny i jednocześnie, pomimo ekstremalnie trudnych warunków środowiskowych i eksploatacyjnych, pozwala mu pracować długo, skutecznie i komfortowo.

W podziemnych wyrobiskach nie ma miejsca na kompromisy. Ograniczona przestrzeń pracy maszyny, wysoka temperatura otoczenia, wysoka wilgotność, zagrożenia gazowe, zapylenie, nierówne podłoże i ryzyko obwałów sprawiają, że kabina operatora musi być projektowana jak konstrukcja ochronna i spełnić rygorystyczne wymagania. Podstawą projektowania bezpiecznej kabiny operatora są jasno określone normy, według których – w zależności od przeznaczenia maszyny i warunków jej pracy – przeprowadzane są badania konstrukcji ochronnych. Każda z nich odpowiada na inny typ zagrożenia występującego w środowisku górniczym.

• ROPS (Roll-Over Protective Structure) – konstrukcja chroniąca operatora przed skutkami wywrócenia maszyny; badania prowadzone zgodnie z normą PN-EN ISO 3471:2009.
• FOPS (Falling-Object Protective Structure) – konstrukcja zabezpieczająca przed spadającymi przedmiotami; wymagania i metody badań określa norma PN-EN ISO 3449:2009.
• RSPS (Rock Slide Protective Structure) – konstrukcja chroniąca operatora przed skutkami obwałów skalnych; wymagania zawarte w normie PN-G-59001:1992.

Każda z tych norm opisuje inne zagrożenie, ale ich wspólnym celem jest zachowanie nienaruszonej przestrzeni pracy operatora, nawet gdy konstrukcja kabiny zostaje poddana bardzo dużym obciążeniom (np. w przypadku obwału skalnego czy tąpnięcia).

W warunkach kopalń należących do KGHM Polska Miedź S.A. szczególne znaczenie ma norma RSPS. Wymaga ona, aby kabina była odporna na uderzenie o energii 60 kJ. To ogromna wartość, odpowiadająca uderzeniu bardzo ciężkiego bloku skalnego. Podczas badań sprawdza się nie tylko, czy konstrukcja nie zostanie przebita, ale też czy żaden jej element nie naruszy tzw. przestrzeni chronionej operatora. Kluczowe jest zachowanie minimalnego dystansu między kabiną a makietą DLV, która odwzorowuje sylwetkę operatora w kabinie.

Zanim jednak dojdzie do ewentualnych badań fizycznych, większość pracy odbywa się w środowisku cyfrowym. Biorąc pod uwagę rozwój systemów komputerowych oraz modeli obliczeniowych, przy projektowaniu konstrukcji ochronnych operatorów, konstruktorzy KGHM ZANAM S.A. wykorzystują analizy wytrzymałościowe metodą elementów skończonych (MES) w zakresie dynamicznym. Pozwala to już na etapie projektowym sprawdzić zachowanie kabiny w warunkach odpowiadających rzeczywistym zagrożeniom występującym w kopalni. Dzięki temu kabina jest dokładnie dostosowana i zaprojektowana do mogących wystąpić zdarzeń górniczych i wymagań prawnych.

Analizy obejmują w szczególności symulację próby udarowej konstrukcji ochronnej zgodnie z normą PN-G-59001:1992 (RSPS), przy założeniach i warunkach badania określonych w normie PN-EN ISO 3449:2009 (FOPS). Na tym etapie tworzony jest model geometryczny, a następnie model dyskretny konstrukcji, na podstawie którego wyznaczane są przemieszczenia, prędkości oraz naprężenia w poszczególnych elementach kabiny.

Zgodnie z normą PN-G-59001:1992, badanie polega na poddaniu konstrukcji chroniącej operatora obciążeniu dynamicznemu poprzez uderzenie obciążnikiem badawczym w górne elementy poszycia. W chwili uderzenia obciążnik posiada energię kinetyczną 60 000 J.

Warunkiem pozytywnego wyniku jest brak przebicia konstrukcji oraz brak takich odkształceń sprężystych i plastycznych, które naruszałyby przestrzeń chronioną operatora, określoną za pomocą makiety DLV, przy zachowaniu minimalnej odległości 50 mm.

Bezpieczeństwo to jednak nie tylko odporność na uderzenia. Równie istotna jest ergonomia stanowiska pracy. Operator, który spędza w kabinie wiele godzin, musi mieć zapewnioną dobrą widoczność, intuicyjny układ sterowania, fotel z niezawodną amortyzacją i odpowiednie warunki klimatyczne. W warunkach podziemnych kopalni KGHM Polska Miedź S.A. temperatura otoczenia może sięgać nawet 55°C, a wilgotność zbliżać się do 98%. Odpowiednio dobrana klimatyzacja, wentylacja powietrza i izolacja termiczna kabiny mają bezpośredni wpływ na koncentrację i czas reakcji operatora.

Nie bez znaczenia są też drgania i hałas. W zależności od typu maszyny, kabiny montowane są na wibroizolatorach, które ograniczają przenoszenie drgań z podwozia na ciało operatora. Również bardzo istotnym elementem są siedziska operatorów oraz właściwie dobrana charakterystyka pracy zawieszenia oraz pasy (najczęściej 4-punktowe)

Dobrze zaprojektowana kabina działa więc jak system. Chroni przed skutkami zdarzeń górniczych, wspiera operatora w codziennej pracy i pozwala zachować kontrolę nad maszyną nawet w najbardziej wymagających warunkach.  Lata doświadczeń i dziesiątki zaistniałych w tym czasie zdarzeń górniczych pokazują, że działania KGHM ZANAM S.A. w trosce o zdrowie i życie operatorów samojezdnych maszyn górniczych przynoszą pozytywne skutki.