The outburst risk as a function of the methane capacity and firmness of a coal seam

• Autorzy: Wierzbicki M. , Skoczylas N.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0070

Warianty tytułu

PL

Zagrożenie wyrzutowe w funkcji metanonośności i zwięzłości – wyniki kopalnianie oraz badania laboratoryjne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In most coal basins that are currently being exploited, gas and rock outbursts pose a considerable safety threat. The risk of their occurrence is frequently assessed by means of a parameter known as the methane capacity of coal. In a lot of countries, the evaluation of the mechanical properties of coal is conducted by means of another parameter: the firmness of coal. Due to the laboratory investigations and in situ observations carried out by the authors of this paper, it was possible to determine a function space in which the outburst risk can be described as a function of the methane capacity and firmness of a coal seam. This, in turn, made it possible to link the „gas factor” to the „mechanical factor”, and thus provide a more comprehensive risk analysis.

PL

Wyrzuty gazów i skał stanowią duże zagrożenie w większości obecnie eksploatowanych zagłębi węglowych. Bardzo często wykorzystywanym parametrem oceny stanu zagrożenia wyrzutowego jest zawartość metanu w węglu. W wielu krajach do oceny mechanicznych parametrów węgla wykorzystuje się zwięzłość. Autorzy przeprowadzili badania laboratoryjne polegające na prowokacjach wyrzutów w skali laboratoryjnej. Jako materiał badawczy wykorzystane zostały brykiety węglowe. W trakcie badań wstępnych ustalona została zależność pomiędzy porowatością brykietów, a ich zwięzłością f oraz pomiędzy ciśnieniem nasycania metanem, a wskaźnikiem intensywności desorpcji dP. Pozwoliło to na przygotowywanie eksperymentów o kontrolowanych parametrach gazowych (wskaźnik intensywności desorpcji) oraz wytrzymałościowych (zwięzłość). Opracowana została metoda kontrolowania intensywności prowokacji wyrzutu poprzez określenie tempa spadku ciśnienia gazu przed czołem brykietu. Dzięki temu dla siatki parametrów f-dP możliwe było poszukiwanie minimalnej, skutecznej intensywności prowokacji wyrzutu. Znormalizowana wartość stałej czasowej spadku ciśnienia przed czołem brykietu powodującej skuteczną inicjację wyrzutu uznana została za miarę zagrożenia wyrzutowego dla rozpatrywanych parametrów f-dP. Dysponując wartościami tak określonych miar zagrożenia wyrzutowego dla całej siatki parametrów f-dP można wykreślić przestrzeń zagrożenia wyrzutowego w funkcji rozpatrywanych parametrów. Równoległa faza badań dotyczyła poszukiwania korelacji pomiędzy wskaźnikiem intensywności desorpcji, a zawartością gazu w węglu (metanonośnością Mn) na przykładzie pomiarów wykonanych w pokładzie 412 KWK „Zofiówka”. W pokładzie tym zaobserwowano bardzo wyraźną, liniową zależność pomiędzy wskaźnikiem intensywności desorpcji, a metanonośnością. Poznanie funkcyjnej zależności Mn(dP) umożliwiło przedstawienie wyników prac laboratoryjnych jako przestrzeni zagrożenia wyrzutowego w funkcji zwięzłości i metanonośności. Analiza uzyskanej przestrzeni zagrożenia wskazuje na jej zgodność zarówno z intuicją, jak i z kopalnianym doświadczeniem. Dla progowej w polskim górnictwie węglowym wartości zwięzłość (f = 0.3) stan zagrożenia wyrzutowego na poziomie 50% występuje przy Mn około 7 m3CH4/Mgcoaldaf. Aby zagwarantować podobny stan zagrożenia wyrzutowego dla kryterialnej wartości metanonośności na poziomie 8 [m3CH4/Mgcoaldaf] węgiel powinien mieć zwięzłość f powyżej 0.5. Oczywiście wartość izolinii na poziomie 50% jest umowna, a interpretacji powinny podlegać raczej kształty izolinii, niż ich wartości.

Słowa kluczowe

EN

gas and rock outburst; methane; firmness; outburst risks

PL

wyrzuty gazów i skał; metanonośność; zwięzłość; ryzyko wyrzutowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 4
• Strony: 1023--1031
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wierzbicki M.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

autor

Skoczylas N.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Beamish B., Crosdale P.J., 1998. Instantaneous outbursts in underground coal mines: An overview and association with coal type. International Journal of Coal Geology, 35, 27-55.
• [2] Borowski J., 1976. Metoda odgazowania próbek węgla dla określenia gazonośności pokładów. Przegląd górniczy, 1976.
• [3] Brandt J., 1987. Methandesorption in Kohlenbohrlochern zur Beurteilung einer Gasausbruchgefahr. Dr. Ing. Dissertation. Technische Hochschule Aachen, Germany, 122 pp.
• [4] Crank J., 1975. The Mathematics of diffusion. 2nd ed. Oxford Univ. Press, London, 414.
• [5] Evans I., Pomeroy C.D., 1966. The Strength, Fracture and Workability of Coal. Pergamon Press, London.
• [6] Lama R.D., 1995. Management and control of high gas emissions and outbursts in underground coal mines. International Symp. Cum. Workshop: Westonprint in Kiama Wollongong, NSW, Australia, 618 p.
• [7] Lama R.D., Bodziony J., 1996. Outbursts of Gas, Coal and Rock in Underground Coal Mines. R.D. Lama & Associates, Wollongong, NSW, Australia, 499.
• [8] Lama R.D., Bodziony J., 1998. Menagement of outburst in underground caol mines. Int. J. of CG, 35.
• [9] Skoczylas N., 2009. Wybrane właściwości mechaniczne i gazowe brykietów węglowych. Przegląd Górniczy, 7-8.
• [10] Skoczylas N., 2012a. Laboratory study of the phenomenon of methane and coal outburst. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 55, 102-107.
• [11] Skoczylas N., 2012b. Coal seam methane pressure as a parameter determining the level of the outburst risk - laboratory and in situ research. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 4, p. 861-869.
• [12] Skoczylas N. Topolnicki J., Wierzbicki M., 2010. Istotność wybranych parametrów górniczych w ocenie zagrożenia wyrzutowego na podstawie badań statystycznych. Przegląd Górniczy, T. 66, nr 5, s. 10-16.
• [13] Skoczylas N., Wierzbicki M., 2012. Porównanie kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał w górnictwie polskim i innych krajów. WUG: bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie, 10(218).
• [14] Skotniczny P., 2009. Dynamic phenomena in the air flow in a mine drift caused by rock and gas outburst. Arch. Min. Sci., Vol. 54, No. 4.
• [15] Stączek A., Simka A., 2004. Evaluation of methane and rock outbursts basing on limit index of gas desorption intensity from coal. Przegląd Górniczy, Vol. 60, No. 11, p. 40-49 (in Polish).
• [16] Szlązak N., Borowski M., Korzec M., 2011. Określenie metanonośności pokładów węgla na podstawie pomiarów wskaźnika desorpcji dla południowej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. 23 Materiały konferencyjne XX Szkoły Eksploatacji Podziemnej, 21-22 lutego 2011.
• [17] Thomas A., Filippov L.O., 1999. Fractures, fractals and breakage energy of mineral particles. International Journal of Mineral Processing, 57.
• [18] Wierzbicki M., 2011. Zastosowanie uniporowego modelu dyfuzji do określenia objętości gazu desorbowanego podczas pobierania prób węgla dla oceny metanonośności. Przegląd Górniczy, 12.
• [19] Wierzbicki M., 2013a. The effect of temperature on the sorption properties of coal from Upper Silesian Coal Basin, Poland. Arch. Min. Sci., Vol. 58, No 4, p. 1163-1176.
• [20] Wierzbicki M., 2013b. Changes in the sorption/diffusion kinetics of the coal-methane system caused by different temperatures and pressures. Mineral Resources Management, Vol. 29, Issue 4, p. 155-168.