Study on distribution of CO and concentration prediction in blind gallery after blasting operation

• Autorzy: Cao Y. , Ji H. , Zhang Y. , Li S.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122448

Warianty tytułu

PL

Badanie i prognozowanie rozkładu stężenia CO w ślepym wyrobisku po zakończeniu prac strzałowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is meaningful to study the issues of CO migration and its concentration distribution in a blind gallery to provide a basis for CO monitoring and calculation of fume-drainage time, which is of a great significance to prevent fume-poisoning accidents and improve efficiency of an excavation cycle. Based on a theoretical analysis of a differential change of CO mass concentration and the CO dispersion model in a fixed site, this paper presents several blasting fume monitoring test experiments, carried out with the test location to the head LP in arrange of 40-140 m. Studies have been done by arranging multiple sensors in the arch cross-section of the blind gallery, located at the Guilaizhuang Gold Mine, Shandong Province, China. The findings indicate that CO concentrations in the axial directions are quadratic functions with the Y and Z coordinate values of the cross-section of the blind gallery in an ascending stage of CO time-concentration curve, with the maximum CO concentrations in Y = 150 cm and Z = 150 cm. Also, the gradients of CO concentration in the gallery are symmetrical with the Y = 150 cm and Z = 150 cm. In the descending stage of CO time-concentration curve, gradients of CO concentration decrease in lateral sides and increase in the middle, then gradually decrease at last. The rules of CO concentration distribution in the cross-section are that airflow triggers the turbulent change of the CO distribution volume concentration and make the CO volume concentration even gradually in the fixed position of the gallery. Moreover, the CO volume concentrations decrease gradually, as well as volume concentration gradients in the cross-section. The uniformity coefficients of CO concentration with duct airflow velocities of 12.5 m/s, 17.7 m/s and 23.2 m/s reach near 0.9 at 100-140 m from the heading to the monitoring spot. The theoretical model of a one-dimensional migration law of CO basically coincides with the negative exponential decay, which is verified via fitting. The average effective turbulent diffusion coefficient of CO in the blind gallery is approximate to 0.108 m2/s. There are strong linear relationships between CO initial concentration, CO peak concentrations and mass of explosive agent, which indicates that the CO initial concentration and the CO peak concentration can be predicted, based on the given range of the charging mass. The above findings can provide reliable references to the selection, installation of CO sensors and prediction of the fume-drainage time after blasting.

PL

Badania migracji, rozpływu i rozkładu stężenia CO w ślepym wyrobisku są niezbędne, stanowią one bowiem podstawę do skutecznego monitorowania poziomu CO i obliczania czasu niezbędnego na usunięcie z wyrobiska szkodliwych gazów – jest to kwestia kluczowa dla zapobiegania wypadkom związanych z zatruciem spalinami oraz dla planowania przebiegu prac wydobywczych. W oparciu o teoretyczną analizę zmian stężenia masowego CO i wykorzystując model dyspersji gazu w stałym punkcie, w pracy przedstawiono wyniki eksperymentów przeprowadzonych w ramach monitorowania stężeń gazów powybuchowych w wyrobisku LP na odległości 40-140 m od czoła wyrobiska. Badania prowadzono przy wykorzystaniu zestawu czujników rozmieszczonych w wybranych punktach ślepego wyrobiska w kopalni złota Guilaizhuang, w prowincji Shandong, Chiny. Wyniki badań wskazują, że stężenia CO w kierunkach poosiowych są funkcjami kwadratowymi wartości współrzędnych Y i Z przekroju przekroju ślepego wyrobiska w zakresie krzywej opadającej na wykresie opisującym zależność stężenia CO od czasu, przy czym maksymalne stężenia CO stwierdzono dla Y =150 cm i Z = 150 cm. Ponadto, wykazano że gradienty stężenia CO w wyrobisku są symetryczne dla Y =150 cm i Z =150 cm. W zakresie krzywej rosnącej na wykresie zależności stężenia CO od czasu gradienty stężenia CO wykazują spadek w końcowych regionach wykresu, w środkowej części wykresu notuje się jego wzrost, po czym znów następuje spadek. Na rozkład stężenia CO w tym przekroju wpływ ma fakt że przepływ powietrza wywołuje turbulentne zmiany stężenia objętościowego CO, następnie stężenie objętościowe maleje systematycznie w dalszych częściach wyrobiska. Ponadto, stwierdzono że stężenie CO a także gradienty stężenia objętościowego w przekroju maleją stopniowo. Współczynniki wyrażające równomierność stężenia CO przy przepływach powietrza z prędkością 12.5 m/s 17.7 m/s i 23.2 m/s osiągają wartość 0.9 w punkcie kontrolnym odległym od wyrobiska o 100-140 m. Teoretyczny model jednowymiarowego rozpływu CO zasadniczo pokrywa się z wzorem zależności wykładniczej z wykładnikiem ujemnym, co zostało potwierdzone w procedurze pasowania. Średnia wartość współczynnika dyfuzji CO dla przepływu turbulentnego w ślepym wyrobisku wyniosła 0.108 m2/s. Stwierdzono istnienie silnej zależności liniowej pomiędzy początkowym stężeniem CO, szczytową wielkością stężenia oraz masą użytego materiału wybuchowego, która wskazuje na możliwość prognozowania początkowego i szczytowego stężenia CO w oparciu o zakres wielkości użytego ładunku wybuchowego. Przedstawione wyniki badań stanowić mogą wiarygodną podstawę dla wyboru rodzaju i miejsca zainstalowania czujników CO oraz do prognozowania czasu wymaganego na usuniecie szkodliwych gazów po zakończeniu prac strzałowych.

Słowa kluczowe

EN

time-concentration curve; CO concentration distribution; uniformity coefficient; dispersion coefficient; attenuation index; fume-drainage time

PL

rozkład stężenia CO; zależność stężenia od czasu; współczynnik określający równomierność stężenia; współczynnik dyspersji; współczynnik wyrażający spadek stężenia; czas usuwania szkodliwych gazów; zakończenie prac strzałowych

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 2
• Strony: 283--300
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cao Y.

• School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

autor

Ji H.

• School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

autor

Zhang Y.

• School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

autor

Li S.

• Guilaizhuang Mining Co. Ltd., Shandong Gold Group, Linyi, 273307, China

Bibliografia

• [1] Cao Y., Ji H.G., You S., Zhou Q.M., 2015. Research on mechanism of blasting fume poisoning and prevention technology. Industrial Safety and Environmental Protection 6, 73-75.
• [2] Chen K.Y., Li S.G., Zhang Z.H., 2008. Theoretic research related to the method of measuring air quantity by means of a tracing gas. Journal of China University of Mining & Technology 37, 1, 10-14.
• [3] Deng X.H., Liu Z., Liu Z.C., 2014. 3D numerical simulation on forced construction ventilation of long single head tunnel of lianghekou. Journal of Civil, Architecture & Environmental Engineering 36, 2, 35-41.
• [4] Chen K.Y., Li S.G., Zhang Z.H., He J.J. et al., 2008. Theoretic research related to the method of measuring air quantity by means of a tracing gas. Journal of China Univer sity of Mining & Technology 37, 1, 10-14.
• [5] El-Fawal M.M., 2011. Mathematical modeling for radon prediction and ventilation air cleaning system requirements in underground mines. Journal of American Science 7, 2, 389-402.
• [6] Ji H.G., Cao Y., Zhang G., 2014. Prediction of drain-fume time of single-end roadway in tunneling process. Metal Mine 43,142-145.
• [7] Cao Y., Ji H. Zhou Q., 2017. Calculation of fume-drainage time of tunnel after blasting. Journal of Harbin Institute of Technology 49, 8, 135-140.
• [8] Li E.L., 1989. The longitudinal dispersion model and longitudinal dispersion coefficient of turbulent mass transfer in mine tunnel. Journal of Fuxing Mining Institution 8, 3, 65-69.
• [9] Li Y.C., Yang S.Q., Zhang S., 2013. The qualitative identification of air leakage channels in goaf based on the tracer gases. Safety in Coal Mine 44, 1, 185-188.
• [10] Li Z.X., Wang T.M., Jia J.Z., 2013. Numerical simulation of migration and diffusion of exogenous gas in mine roadway. Journal of China University of Mining & Technology 5, 731-735.
• [11] Lu G.L., Li C.S., 2000. Study on the law of concentrative harmful gas spreading in ventilation network. Journal of Shandong University of Science and Technology (Natural Sceince) 19, 2, 120-122.
• [12] Peng H., Lei J.S., Yao J.J., 2009. Research on blasting fume natural diffusion model during tunnel construction. Subgrade Engineering 6, 30-31.
• [13] Torno S., Toraño J., Ulecia M., Allende C., 2013. Conventional and numerical models of blasting gas behaviour in auxiliary ventilation of mining headings. Tunnelling and Underground Space Technology 34, 73-81.
• [14] Yang Z.C., Yang P., Lv W.S., 2011. Numerical simulation on diffusion law of blasting fume during roadway tunnel across a vein in an alpine mine. Journal of University of Science and Technology Beijing 33, 5, 521-525.
• [15] Ye Y.J., Jiang J.T., Ding D.X., 2015. Transport of radon and blasting-fume in blind roadway with exhaust ventilation after blasting. China Safety Science Journal 25, 5, 131-137.
• [16] Wang L.X., Bai Y.H., Liu Z.R., 2007. Study on calculation method for measuring air ventilation rate with trace gas of CO2. Building Science 23, 8, 36-40.
• [17] Zeng X.Y, Chi Z.H., Zheng M.G., 2011. Experimental study on the mixing uniformity of tracer gas. Journal of China University of Metrology 2, 132-137.
• [18] Zhou Y.X., Chen H., 2013. A review of natural ventilation measurements using tracer gas techniques. Building Energy & Environment 1, 54-56.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)