Modeling atmosphere composition and determining explosibility in a sealed coal mine volume

• Autorzy: Cheng J. , Luo Y.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0002

Warianty tytułu

PL

Modelowanie składu powietrza i określanie niebezpieczeństwa wybuchu w zamkniętej przestrzeni w obrębie kopalni węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Explosions originated from or around the sealed areas in underground coal mines present a serious safety threat. The explosibility of the mine atmosphere depends on the composition of oxygen, combustible and inert gases. In additional, the composition in the inaccessible sealed areas change with time under various factors, such as gases emissions, air leakage, inert gases injected, etc. In order to improve mine safety, in this paper, a mathematical model based on the control volume approach to simulate the atmosphere compositions is developed, and the expanded Coward explosibility triangle diagram is used to assess the mine gas explosion risk. A computer program is developed to carry out the required computations and to display the results. In addition, the USBM explosibility diagram is also included in the program to serve as a double check.

PL

Wybuchy powstające wewnątrz lub wokół zamkniętych (odizolowanych) regionów w podziemnych kopalniach węgla stanowią poważne zagrożenie. Możliwość wystąpienia wybuchu powietrza kopalnianego uzależniona jest od proporcji zawartego w nim tlenu, gazów palnych i gazów obojętnych. Ponadto, skład atmosfery wewnątrz zamkniętych odizolowanych przestrzeni ulega zmianom w czasie pod wpływem różnorakich czynników: wydzielanie gazów, przecieki powietrza, doprowadzanie gazów obojętnych. Dla poprawy bezpieczeństwa pracy w kopalni opracowano model matematyczny bazujący na metodzie objętości kontrolnej dla symulacji składu powietrza. Rozszerzony wykres Cowarda wskazujący skłonność do wybuchu wykorzystany został do oszacowania ryzyka wystąpienia wybuchu gazów kopalnianych. Opracowano program komputerowy który wykonuje niezbędne obliczenia i wyświetla wyniki. Ponadto, dla dodatkowego potwierdzenia wyników wykorzystano wykres USBM obrazujący niebezpieczeństwo wybuchu.

Słowa kluczowe

EN

mine sealed atmosphere; mine gas explosibility; simulation model; dynamic atmosphere changes

PL

powietrze w odizolowanej części kopalni; niebezpieczeństwo wybuchu gazów kopalniach; model symulacyjny; zmiana składu powietrza dynamiczna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 1
• Strony: 25--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cheng J.

• College of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu, 221116, P.R. China

autor

Luo Y.

• Department of Mining Engineering, West Virginia University, Morgantwon, WV, 26506, U.S.A.

Bibliografia

• Coward H.F., Jones G.W., 1952. Limits of Flammability of Gases and Vapors. U.S. Bureau of Mines, Bulletin 503, US Government Printing Office, 153 p.
• Cioca I.-L., Moraru R.I., 2012. Explosion and/or Fire Risk Assessment Methodology: A Common Approach, Structured for Underground Coal Mine Environments. Archives of Mining Science, Vol. 57, No. 1, p. 53-60.
• Foster-Miller, Inc., 1988. Improved ventilation of sealed mine gob. [In:] U.S. Bureau of Mines Contract Report J0308029.
• Jacobs M., Porter I., 1998. Rapid Generation of Control Charts for Analysis of Complex Gas Mixes in Crisis Situations. [In:] Proceedings of Coal 1998: Coal Operators’ Conference. Wollongong: University of Wollongong & the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, p. 641-648.
• Kukuczka M., 1982. A new method for determining explosibility of complex gas mixtures. Mechanizacja I Automatuzacja Gornictwa, 164 (11), p. 36-39.
• McPherson M.J., 1993. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering. Chapman & Hall, London, United Kingdom.
• Ray S.K., Singh R.P., Saha, N., Varma N.K., 2004. Assessing the status of sealed fire in underground coal mines. Journal of Scientific and Industrial Research, 63(7), p. 579-591.
• Szlazak N., Kubaczka C., 2012. Impact of Coal Output Concentration on Methane Emission to Longwall Faces. Archives of Mining Science, Vol. 57, No. 1, p. 3-21.
• Timko R.J., Derick R.L. 2006. Methods to determine the status of mine atmospheres - an overview. National Institute for Occupational Safety and Health Publications.
• Welty J.R., Wicks C.E., Wilson R.E., Rorrer G., 2001. Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer. New York, NY: John Wiley & Sons, Inc. 780 p.
• Zipf R.K., Mohamed K.M., 2010. Composition change model for sealed atmosphere in coal mines. Proc. 13th United States/North American Mine Ventilation Symposium, Ed. S. Hardcastle and D. McKinnon, Laurentian University, Sudbury, p. 493-500.