A reliable method of completing and compensating the results of measurements of flow parameters in a network of headings

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krach A. , Pałka T.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2015-000

Warianty tytułu

PL

O pewnej metodzie uzupełniania i wyrównywania wyników pomiarów parametrów przepływu w sieci wyrobisk górniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Forecasting a ventilation process is based on two factors: using a validated software (Dziurzyński et al., 2011; Pritchard, 2010) and a properly prepared database encompassing the parameters describing the flow of air and gases, compatible with the adopted mathematical model of the VentGraph software (Dziurzyński, 2002). With a body of measurement data and a mathematical model for computer calculations and air flow simulation at our disposal, we proceed to develop a numerical model for a chosen network of mine headings. Preparing a numerical model of a ventilation network of a given mine requires providing a collection of data regarding the structure of the network and the physical properties of its elements, such as headings, fans, or stoppings. In the case of fire simulations, it is also necessary to specify the parameters describing the seat of a fire and the properties of the rocks of which the rock mass is comprised. The methods which are currently applied to this task involve manual ventilation measurements performed in headings; the results obtained in the course of these measurements constitute a basis for determining physical parameters, such as the aerodynamic resistance of a heading, density of the flow of air, or natural depression. Experience shows that – due to difficulties regarding accessibility of headings, as well as the considerable lengths of the latter – there are some nodes and headings in mines where such measurements are not performed. Thus, an attempt was made to develop a new methodology that would provide the missing data on the basis of some other available information concerning – for example – the air density, the geometry of headings and elevations. The adopted methodology suggests that one should start with balancing the air mass fluxes within the structure of a network of headings. The next step is to compile a database concerning the pressure values in the network nodes, based on the measurement results – and provide the missing pressure values on the basis of the available results of measurements carried out in adjacent nodes, as well as the pressure value calculated on the basis of the heading geometry and the given volumetric flow rate. The present paper discusses the methodology of compensating and balancing the volumetric air flow rates within a network of headings (Chapter 2) and the methodology of determining pressure values (Chapter 3) in the nodes of the network. The developed calculation algorithms – verified by means of sample calculations performed for a selected area of a mine ventilation network – were introduced into the VentGraph software system. The calculation results were presented in tabular form. The Summary section discusses the minuses and pluses of the adopted methodology.

PL

Podstawą prognozy procesu przewietrzania jest posługiwanie się zwalidowanym programem komputerowym (Dziurzyński i in., 2011; Pritchard, 2010) oraz poprawnie przygotowaną bazą danych zawierającą parametry opisujące przepływ powietrza i gazów, zgodną z przyjętym modelem matematycznym w programie komputerowym VentGraph (Dziurzyński, 2002). Dysponując bazą danych pomiarowych oraz przyjętym do obliczeń komputerowych i symulacji procesu przewietrzania modelem matematycznym przystępujemy do opracowania modelu numerycznego dla wybranej sieci wyrobisk kopalni. Przygotowanie modelu numerycznego sieci wentylacyjnej danej kopalni wymaga dostarczenia zestawu danych dotyczących struktury sieci i własności fizycznych jej elementów, tj. wyrobisk, wentylatorów, tam, a przy symulacji pożaru dodatkowo wymagane jest podanie parametrów opisujących ognisko pożaru oraz własności skał górotworu. Obecna praktyka postępowania polega na tym, że wykonuje się ręczne pomiary wentylacyjne w wyrobiskach górniczych, a uzyskane wyniki stanowią podstawę do wyznaczenia parametrów fizycznych takich jak: opór aerodynamiczny wyrobiska, gęstość przepływającego powietrza i naturalna depresja. Z uwagi na występujące trudności w dostępności wyrobisk jak również na znaczne ich długości, praktyka pokazuje, że pomiary nie są realizowane we wszystkich węzłach i wyrobiskach kopalni. Dlatego podjęto próbę opracowania nowej metodyki prowadzącej do uzupełnienia brakujących danych na podstawie innych dostępnych danych dotyczących np. gęstości powietrza, geometrii wyrobisk i kot niwelacyjnych. Z przyjętej metodyki wynika, że w pierwszej kolejności należy wykonać bilans strumieni masy powietrza w strukturze sieci wyrobisk. Następnie zbudować bazę danych ciśnień w węzłach sieci w oparciu o pomiary i uzupełnić brakujące ciśnienia na podstawie dostępnych wyników pomiarów w sąsiednich węzłach oraz ciśnienia obliczonego z wartości oporu aerodynamicznego wyznaczonego na podstawie geometrii wyrobiska i znanego strumienia objętości. W artykule przedstawiono metodykę wyrównywania i bilansowania strumieni objętości powietrza w sieci wyrobisk (rozdz. 2) oraz metodykę wyznaczania ciśnień (rozdz. 3) w węzłach sieci wyrobisk. Opracowane algorytmy obliczeń wprowadzono do systemu programów VentGraph, które zostały sprawdzone poprzez obliczenia dla przykładu wybranego rejonu kopalnianej sieci wentylacyjnej. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci tabelarycznej. W podsumowaniu omówiono wady i zalety przyjętej metodyki.

Słowa kluczowe

EN

measurements in headings; database; forecasting the ventilation process; safety of the mine ventilation system

PL

pomiary w wyrobiskach; baza danych; prognozowanie procesu przewietrzania; bezpieczeństwo systemu wentylacji kopalni

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, no. 1
• Strony: 3--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

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

autor

Krach A.

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

autor

Pałka T.

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

Bibliografia

• [1] Budryk W., 1961. Wentylacja kopalń. cz. I, Katowice, Wyd. „Śląsk”.
• [2] Biernacki K., Gumiński A., 1999. Ocena dokładności wykonywania bazy danych kopalnianej sieci wentylacyjnej dla obliczeń komputerowych. 1 Szkoła Aerologii Górniczej, Zakopane.
• [3] Dziurzyński W., 2002. Symulacja numeryczna procesu przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. Rozprawy-Monografie, nr 2, Prace IMG PAN.
• [4] Dziurzyński W., Pałka T., 2002. Metoda wprowadzenia pomiarów ciśnienia w węzłach sieci wyrobisk kopalni do Systemu programów komputerowych. Prz. Gór., nr 7/8.
• [5] Dziurzyński W., Wasilewski S., Krach A., Pałka T., 2011. Prognoza stanu atmosfery w rejonie ściany i jej zrobach na podstawie danych z systemu monitoringu kopalni. Prz. Gór., nr 7-8 s. 265-271.
• [6] Dziurzyński W., Krawczyk J., 2012. Możliwości obliczania wybranych programów symulacyjnych stosowanych w górnictwie światowym, opisujących przepływ powietrza, gazów pożarowych i metanu w sieci wyrobisk kopalni. Prz. Gór., nr 5, s. 1-11.
• [7] Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., 2014. Computer simulation of the propagation of heat in abandoned workings insulated with slurries and mineral substances. Arch. Min. Sci., Vol. 59, No 1, p. 3-23.
• [8] Pritchard C.J., 2010. Validation of the Ventgraph program for use in metal/non-metal mines. Proceeding of the 13th Mine Ventilation Symposium, Sudbury, Kanada.
• [9] Prokop P., Zapletal P., Košňovský V., 2012. Evolution of microclimatic conditions in Paskov mine. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 4, p. 1045-1055.
• [10] Roszczynialski W., Trutwin W., Wacławik J., 1992. Kopalniane pomiary wentylacyjne. Katowice, Wyd. „Śląsk”, s. 464.
• [11] Krawczyk J., Janus J., 2014. Modelowanie propagacji metanu ze zrobów ściany wydobywczej przy pomocy dwuwymiarowego opisu. Arch. Min. Sci., Vol. 59, No 4, p. 851-868.
• [12] Frycz A., Sułkowski J., 1973. Kierowanie przewietrzaniem kopalni w oparciu o elektroniczną technikę obliczeniową. Prz. Gór., nr 10, s. 375-380.
• [13] Krause E., Krzemień K., 2014. Methane risk assessment in underground mines by means of a survey by the panel of experts (SOPE). Journal of Sustainable Mining, 13(2), 6-13.
• [14] Krach A., 2002. Measurement Uncertainty of Static Differential Pressure Measurement in Mine Ventilation Networks using the Barometric Method. Arch. Min. Sci., Vol. 47, No 3, p. 421-441.
• [15] Krach A., Krawczyk J., Kruczkowski J., Pałka T., 2007. Zmienność pola prędkości i strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalń głębinowych, Archiwum Górnictwa, Seria: Monografia, nr 1, Kraków.
• [16] Krach A., 2009. Uncertainty of measurement of selected mine ventilation parameters. Archives of Mining Sciences, Monograph, No 8, s. 147.
• [17] Krach A., 2011. Node method for solving the mine ventilation networks. Arch. Min. Sci., Vol. 56, No 4, p. 601-620.
• [18] Madeja-Strumińska B., Strumiński A., 2009. Wpływ zmian czasowych parametrów aerologicznych na bezpieczeństwo i ekonomikę przewietrzania kopalń podziemnych. Wydawnictwo Cuprum, nr 3, 4 (52, 53), Wrocław.
• [19] Skotniczny P., 2014. Stany przejściowe w przepływie mieszaniny powietrzno-metanowej na wylocie ze ściany wywołane nagłym wypływem metanu. Arch. Min. Sci., Vol. 59, No 4, p. 887-896.
• [20] Strumiński A., 1971a. Wyrównywanie materii strumieniem powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych. Prace GIG, Katowice, Wyd. „Śląsk”.
• [21] Strumiński A., 1971b. Wyrównywanie wyników pomiarów potencjału powietrza w kopalnianych sieciach wentylacyjnych. Prace GIG, Wydanie 586, Katowice, Wyd. „Śląsk”.
• [22] Wasilewski S., 2014. Influence of Barometric Pressure Changes on Ventilation Conditions in Deep Mines. Arch. Min. Sci., Vol. 59, No 3, p. 621-630.