The role, importance and impact of the methane hazard on the safety and efficiency of mining production

• Autorzy: Palka Dorota , Brodny Jarosław , Tutak Magdalena , Nitoi Dan

Identyfikatory

DOI

10.30657/pea.2022.28.48

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Underground mining production is an extremely important process for the economy and carried out in very difficult and complex environmental conditions. The disturbance of the balance of this environment makes it also a very dangerous process. Due to the importance of coal, mainly as an energy raw material, the process of its exploitation is carried out all over the world. The specificity of its production is mainly determined by mining and geological conditions, which determine the method of operation and the selection of machines and devices for this process. One of the most dangerous natural hazards associated with this process are ventilation hazards, including methane hazard. The reason for this threat is methane, an odorless and colorless gas, which becomes a flammable and explosive gas under certain criteria. These features make this gas a huge threat to mining operations. Its huge amounts, contained in coal seams, are released into the mine atmosphere during the exploitation process, causing a very high threat to work safety. Events related to the occurrence of methane are most often the cause of mining disasters, in which people die and the technical and mining infrastructure is destroyed. The reason for the growing methane hazard is the increasingly difficult mining conditions, and mainly the increasing depth of mining, and thus also the increase in methane-bearing capacity of the seams. Taking into account the huge impact of methane hazard on the mining process, the article discusses its impact on the safety and efficiency of this process. The results of the literature review with regard to this risk are presented and the accident statistics are presented. On the basis of actual data, an analysis of interruptions in the exploitation process related to exceeding the permissible me-thane concentrations was carried out in one of the mines. The problem of limiting the production process due to these exceedances is an important factor reducing the efficiency of this process. The obtained results clearly indicate that the losses resulting from these breaks deteriorate the profitability of the entire process and affect the economic efficiency of the industry. In order to effectively counteract the dangerous phenomena related to the methane hazard and to improve the efficiency of the mining production process, solutions were proposed to improve this state and the directions for further research were proposed.

Słowa kluczowe

EN

mining production process; process efficiency; hard coal mining; methane hazard; numerical modeling and simulations

PL

górniczy proces produkcyjny; wydajność procesu; górnictwo węgla kamiennego; zagrożenie metanowe; modelowanie i symulacja numeryczna

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Stowarzyszenia Menedżerów Jakości i Produkcji
• Czasopismo: Production Engineering Archives
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 28, Iss. 4
• Strony: 390--397
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Palka Dorota

• Silesian University of Technology, Roosevelta 26, 41-800 Zabrze, Poland

autor

Brodny Jarosław

• Silesian University of Technology, Roosevelta 26, 41-800 Zabrze, Poland

autor

Tutak Magdalena

• 2Silesian University of Technology, Akademicka 2a, 44-100 Zabrze, Poland

autor

Nitoi Dan

• University Politehnica of Bucharest, Splaiul Independentei no. 313, sect. 6, Bucharest, Romania

Bibliografia

• 1. Brodny, J., Tutak, M., 2018. Analysis of Methane Hazard Conditions in Mine Headings. Technical Gazette 25, 1, 271-276.10.17559/TV-20160322194812
• 2. Brodny, J., Tutak, M., 2016. Determination of the zone endangered by methane explosion in goaf with caving of longwalls ventilated on “Y” system. Management Systems in Production Engineering, 4(24), 247-251.10.2478/mspe-05-04-2016
• 3. Brodny, J., Tutak, M., 2015. Numerical analysis of airflow and methane emitted from the mine face in a blind dog heading. Management Systems in Production Engineering, 2(18), 110-118.
• 4. Brodny, J., Tutak, M., 2017. Symulacja numeryczna jako narzędzie wspomagające ocenę zagrożenia metanowego w kopalni węgla kamiennego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Organizacja i Zarządzanie, 100, 45-59.10.29119/1641-3466.2017.100.3
• 5. Brodny, J., 2015. Koncepcja wykorzystania modelu efektywności całkowitej do analizy pracy maszyn górniczych. Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji.
• 6. Brodny, J., Tutak, M., 2021. Applying computational fluid dynamics in research on ventilation safety during underground hard coal mining: A systematic literature review. Process Safety and Environmental Protection 151, 373-400.10.1016/j.psep.2021.05.029
• 7. Broja, A., Małachowski, M., Felka, D., 2015. Monitorowanie parametrów odmetanowania w kontekście ich wpływu na wartości metanowości w rejonie ściany. Konferencja Naukowo-Szkoleniowa: Zasilanie, telemetria i automatyka w przemyśle wydobywczym „Innowacyjność i bezpieczeństwo” EMTECH 2015, 274-283.
• 8. Coward, H.F., Jones, G.W., 1952. Limits and flammability of gases and vapors, US Bureau of Mines Bulletin 503.
• 9. Knosala, R., 2002. Zastosowanie metod sztucznej inteligencji w inżynierii produkcji. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• 10. Lipski, J., Pizoń, J., 2014. Sztuczna inteligencja w inżynierii produkcji. W: Monografia Innowacyjne metody w inżynierii produkcji, 11-24, Politechnika Lubelska, Lublin.
• 11. Loska, A., 2017. Analytical model of the exploitation policy assessment of technical network systems-case study. Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji, 6.
• 12. Łukaszczyk, Z., 2020. Methane - fuel gas. Opportunities and threats. New Trends in Production Engineering. Sciendo.10.2478/ntpe-2020-0036
• 13. Łukaszczyk, Z., 2019. Zagrożenie metanowe - przegląd literatury. Systems Supporting Production Engineering, 8(1), Górnictwo-perspektywy i zagrożenia, 300-313.
• 14. Małachowski, M., 2015. Zastosowanie oprogramowania wykorzystującego obliczeniową mechanikę płynów CFD do analiz zjawisk wentylacyjnych w kopalniach. Konferencja Naukowo Szkoleniowa: Zasilanie, telemetria i automatyka w przemyśle wydobywczym „Innowacyjność i bezpieczeństwo” EMTECH, 284-296.
• 15. Matuszewski, K., 2009. Najważniejsze zagrożenia powodujące katastrofy w polskich podziemnych zakładach górniczych. Bezpieczeństwo Pracy: nauka i praktyka, 25-28.
• 16. Mirek, A., Katan, D., 2013. Zagrożenie metanowe w polskim górnictwie węgla kamiennego w ostatnim dwudziestoleciu i perspektywy kształtowania się poziomu tego zagrożenia w najbliższych latach. Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków 2013.
• 17. Mróz, J., Broja, A., Felka, D., Małachowski, M., 2016. Struktura systemu monitorowania i analiz on-line zaburzeń oraz zagrożeń metanowych w sieci wentylacyjnej kopalni. Przegląd Górniczy, 9, 28-36.
• 18. Olszewski, J. 2017. Znaczenie górnictwa węgla kamiennego dla gospodarki i regionów oraz bariery jego funkcjonowania, GIPH, Surowce dla gospodarki Polski, Kraków, 2017.
• 19. Palka, D., 2021. A methane emission from hard coal mines in Poland in 2009–2019 and its business use, Proceedings of the 37th International Business Information Management Association Conference IBIMA.
• 20. Romanowski, M., Nadolny, K., Bałasz, B., 2017. Metody analityczne w ocenie efektywności procesów produkcyjnych. In Innowacje w zarządzaniu i inżynierii produkcji.
• 21. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII z dnia 23 listopada 2016 r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych
• 22. Stecuła, K., Brodny, J., Tutak, M., 2017. Informatics platform as a tool supporting research regarding the effectiveness of the mining machines'work; CBU International Conference Proceedings, 5.10.12955/cbup.v5.1099
• 23. Szlązak, N., Korzec, M., 2010. Zagrożenie metanowe oraz jego profilaktyka w aspekcie wykorzystania metanu w polskich kopalniach węgla kamiennego. Górnictwo i Geoinżynieria, 34, 163-174.
• 24. Tutak, M., Brodny, J., 2018a. Analysis of the Impact of Auxiliary Ventilation Equipment on the Distribution and Concentration of Methane in the Tailgate, Energies. 11, 3076, DOI: 10.3390/en11113076.
• 25. Tutak, M., Brodny, J., 2018b. Prognozowanie rozkładu stężenia metanu w wyrobiskach górniczych z wykorzystaniem badań modelowych oraz pomiarów w warunkach in situ. Automatyzacja Procesów Dyskretnych. Teoria i Zastosowania, 1, 219-228, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• 26. Tutak, M., 2021. The Application of Numerical Methods and IT Tools to Environment and Safety Engineering. A special issue of Sustainability (ISSN 2071-1050), Environmental Sustainability and Applications.
• 27. Wendt, J.F., 2008. Computational fluid dynamics: an introduction. Springer Science & Business Media, 5-15
• 28. Wyższy Urząd Górniczy, Niebezpieczne zdarzenia – metan, 2022, dostęp online 20.05.2022 (www.wug.gov.pl/bhp/zdarzenia)
• 29. Xu, G., Luxbacher, K.D., Ragab, S., Xu, J., Ding, X., 2017. Computational fluid dynamics applied to mining engineering: A review. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 31(4), 251-275.10.1080/17480930.2016.1138570
• 30. Żyła, M., Praca zbiorowa: Układ węgiel kamienny-metan w aspekcie desorpcji i odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych. Nauka i Technika Górnicza, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2000.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).