Rozwój systemów symulacji procesu przewietrzania w rejonie ściany z uwzględnieniem czujników systemu gazometrii

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

Warianty tytułu

EN

Development of systems supporting the simulations of ventilation conditions in the longwall region, taking into account the sensors in the gas monitoring systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN od szeregu lat rozwijany jest program komputerowy realizujący symulację procesu przewietrzania w rejonie ściany. Program uwzględnia emisję metanu związaną z urabianiem kombajnem i urobkiem na przenośniku, a także wykorzystuje dane zarejestrowane przez czujniki systemu gazometrii. Program wymaga dostarczenia wielu parametrów wynikających z modeli matematycznych zastosowanych do opisu zjawisk związanych z przewietrzaniem, ruchem kombajnu i przenośnika oraz dopływem metanu. Stąd wynika konieczność sformułowania metodyki uzyskania i przygotowania wiarygodnych danych do programu, koniecznych dla modelowania przepływów mieszaniny gazów w rejonie ściany i zrobach. Połączenie programów Ventgraph i VentZroby otwiera nowe możliwości symulacji przewietrzania wyrobisk ścianowych z uwzględnieniem przepływu powietrza przez zroby eksploatowanych ścian. Zostaną przedstawione kolejne etapy przygotowana szerokiej bazy danych wejściowych począwszy od parametrów charakteryzujących przepływ powietrza, specyfikacji źródeł dopływu metanu, pracy kombajnu oraz danych uzyskiwanych z systemu gazometrycznego kopalni. Systemy gazometrii automatycznej stosowane w kopalniach węgla kamiennego dostarczają wiele informacji dotyczących bieżącego stanu parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni. Dane rejestrowane na bieżąco oraz archiwizowane w bazach danych kopalnianych systemów nadzoru niezależnie od funkcji kontrolnych stanu wentylacji i zmian parametrów powietrza stanowią niezwykle cenny materiał poznawczy oraz pozwalają na szersze ich wykorzystanie. Ogromna liczba danych gromadzonych w kopalnianych systemach gazometrii automatycznej i nadzoru dyspozytorskiego oraz potrzeba i możliwości ich nowego wykorzystania wymagają wyboru narzędzi oraz metod, które potrafią te dane przetwarzać w celu pozyskania użytecznych informacji. Zaproponowano zastosowanie mechanizmów tzw. odkrywania wiedzy (ang. knowledge discovery) do przygotowania danych rejestrowanych w systemach gazometrii do celów analiz stanu przewietrzania oraz tworzenia modeli numerycznych jak i ich weryfikacji. Wykorzystanie danych rejestrowanych w systemie musi uwzględniać własności metrologiczne oraz specyficzne wymagania stosowania czujników stacjonarnych w systemach gazometrii automatycznej. W artykule wybrano wielkości fizyczne, które mogą być określane z danych rejestrowanych w systemie gazometrii oraz sformułowano podstawowe warunki ich wykorzystania do celów symulacji i weryfi kacji modeli numerycznych procesu przewietrzania.

EN

Research work has been continued at the Strata Mechanics Research Institute aimed to develop a computer programme for simulations of ventilation conditions in the longwall region. Key aspects to be addressed include methane emissions due to the mining operation using the combined shearer systems and conveyor installations. The programme utilises the data registered by the sensors of the gas monitoring systems. The procedure uses numerous parameters derived from mathematical models used for describing ventilation processes, motion of the shearer and of the conveyor and methane inflows, so the dedicated methodology is required specifying how to collect and prepare reliable data to be used in the programme and necessary for accurate modelling of flows of gas mixtures in the longwall regions and in the mine workings. Integration of the programmes Ventgraph and VentZroby offers a possibility to simulate the ventilation of the longwall region, taking into account the air flows through the workings being mined. Further stages will be outlined, involving the development of a database of input data: air flow parameters, specification of methane sources, operational parameters of the shearer system and the data from the gas monitoring system in the mine. The gas monitoring systems in coal mines provide a great deal of information about the current parameters of air in the mine workings. Alongside their control function, data registered on the online basis and those stored in the database of the supervisory systems provide most valuable information allowing their wide use. In order that this vast body of data should be effectively used, tools and methods are required allowing the data processing so as to obtain the relevant information. The knowledge discovery algorithms are proposed for handling the data registered by the gas monitoring systems to support the analyses of the ventilation conditions and development and verification of numerical models of the ventilation conditions. When utilising data registered in the system, cognisance should be taken of the metrological properties and specific requirements of the stationary sensors in the automatic gas monitoring systems. This study focuses on physical quantities which can be derived based on data registered by the gas monitoring systems and requirements are formulated for their application in simulations and verification of numerical models of ventilation conditions.

Słowa kluczowe

PL

symulacja komputerowa; baza danych; system gazometrii automatycznej; monitoring parametrów powietrza; eksploracja danych do celów modelowania i symulacji

EN

computer simulation; database; automatic gas monitoring system; monitoring of air parameters; data exploration for simulation and modelling

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 1-2
• Strony: 3--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Pałka T.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Krach A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Wasilewski S.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Blecharz B., Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., 2003: Symulacja przepływu mieszaniny powietrza i metanu w rejonie ściany z uwzględnieniem procesu urabiania i odstawy węgla. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 3-4, (2003) s. 55-67.
• Dziurzyński W., 1998: Prognozowanie procesu przewietrzania kopalni głębinowej w warunkach pożaru podziemnego, Studia, Rozprawy, Monografi e Nr. 56, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN Kraków, (1998).
• Dziurzyński W., Pałka T., 2000: Algorytmy komputerowej symulacji procesu przewietrzania umożliwiające dostęp i wykorzystanie danych systemu monitoringu sieci wentylacyjnej. Prace IMG PAN. Vol. 2, No. 1-2 s. 161-176, (2000).
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., 2001: Prognozowanie rozkładu stężenia metanu w sieci wentylacyjnej z uwzględnieniem systemu monitoringu. Prace IMG PAN, Vol. 3, No. 2 s. 163-182, (2001).
• Dziurzyński W., Krawczyk J., Pałka T., 2004: Obserwacja stanu sieci wentylacyjnej przy pomocy interaktywnego programu z symulacją danych z systemu monitoringu, Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 1, (2004), s. 18-26.
• Dziurzyński W., Krach A., Krawczyk J., Pałka T., Weryfikacja modelu matematycznego wydzielania metanu w rejonie ściany z uwzględnieniem zmian ciśnienia atmosferycznego. Prace IMG PAN, T. 6, Nr 3-4, (2004), s. 131-142.
• Dziurzyński W., Krach A., J Krawczyk, Pałka T., 2005: Walidacja modelu matematycznego przewietrzania kopalni stosowanego w programie VentMet z wykorzystaniem bazy danych pomiarowych wybranego rejonu wentylacyjnego KWK. Prace IMG PAN, T. 7, Nr 1-2, s. 101-115, (2005).
• Dziurzyński W., Krach A. Krawczyk J., Pałka T., 2007: Zastosowanie miary odległości szeregów czasowych do walidacji modelu matematycznego przewietrzania kopalni stosowanego w programie VentMet. Przegląd Górniczy, nr 1, (2007).
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2007: Walidacja komputerowego programu symulacji wentylacji VentMet dla rejonu ściany, z uwzględnieniem zmiennych w czasie źródeł metanu, związanych z cykliczna pracą kombajnu. Prace IMG PAN Vol. 9, No. 1-4, s. 3-26, (2007).
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2008: Walidacja programu VentZroby z wykorzystaniem wyników eksperymentu „in situ” i z zastosowaniem nowych algorytmów przygotowania danych wejściowych. Prace IMG PAN Vol. 10, No. 1-4, s. 67-102, (2008).
• Dziurzyński W., Kruczkowski J., 2007: Validation of the mathematical model used in the VENTGRAPH programme on the example of the introduction of new headings to the ventilation network of mine. Archives of Mining Sciences. Vol. 52, No 3, (2007).
• Dziurzyński W., Krawczyk J., Pałka T.:2015 VENTGRAPH dla Windows – System programów inżyniera wentylacji do analizy sieci wentylacyjnej kopalni i zrobów w stanach normalnych i awaryjnych. Podręcznik użytkownika, IMG PAN, nie publikowane.
• Dziurzyński W., Krawczyk J., Kruczkowski J. 2008: Assessment of stability of flow a modified mine ventilation network considering a presence of fi re hazards, Proceedings of the 12 Th U.S.12 North American Mine Ventilation Symposium, June 9-11, 2008, Reno, Newada (2008), s. 578-582, (2008).
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2009: Walidacja procedur programu VentZroby z wykorzystaniem systemu monitoringu stanu atmosfery kopalni. Prace IMG PAN Vol. 11, No. 1-4, s. 79-112, (2009).
• Dziurzyński W., Wasilewski S., 2009: Monitoring air parameters and computer simulation to fight fire hazard in longwall caving, Mine Ventilation Ninth International Mine Ventilation Congress, India, s. 927-940.
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2010: Rozwój metody prognozowania stanu atmosfery kopalni z wykorzystaniem symulacji numerycznejoraz danych z systemu monitoringu. Prace IMG PAN, Vol. 12, No. 1-4, (2010), s. 115-132.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2010: Validation of computer simulation of air parameters at a longwall vs. results of an in situ experiment, 13th United Stated North American Mine Ventilation Symposium 2010 -Hardcastle&McKinnin, s. 407-414.
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2011: Opracowanie narzędzi programowych dla celów odtworzenia zaistniałych zdarzeń i katastrof oraz ich weryfikacja na podstawie danych „post”. Prace IMG PAN, T. 12, nr 1-4, (2011).
• Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St. 2012: Walidacja programu komputerowego do prognozowania przewietrzania kopalni z zastosowaniem metod optymalizacji numerycznej. Prace IMG PAN, T. 12, nr 1-4, (2012).
• Dziurzyński W., Wasilewski St., 2012: Model and experimental studies in the longwallgoaf in the methane inflow conditions. Proceedings of the14th US Mine Ventilation Symposium at University of Utah, in Salt Lake City USA, 2012.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T. 2014: Computer simulation of the propagation of heat in abandoned workings insulated with slurries and mineral substances. Archives of Mining Sciences, vol. 59 No 1 (2014) p. 3-23
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T. 2015: A Reliable Method of Completing and Compensating the Results of Measurements of Flow Parameters in a Network of Headings. Archives of Mining Sciences, Vol. 60, No 1, (2015), p. 3-24.
• Raport końcowy 2013, z zadania 3, Opracowanie zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagrożenia metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny, projektu strategicznego pt. „Poprawa bezpieczeństwa kopalń”, Kraków, czerwiec 2013 (niepublikowany).
• Nawrat St., 1999: Eksperymentalne i modelowe badania procesu wypełniania metanem otamowanych wyrobisk w kopalniach węgla kamiennego, Prace naukowe, badawcze, wdrożeniowe EMAG Katowice, nr 1 (11), 1999.
• Sikora M., Krzystanek Z., Bojko B., Śpiechowicz K., 2009: Moduł czyszczenia i agregacji danych jako składnik systemu predykcji stężenia gazów w kopalniach węgla kamiennego. Materiały Konferencji EMTECH, p. 175-182.
• Szlązak J.,1980: Wpływ uszczelniania chodników przyścianowych na przepływ powietrza przez zroby. Praca doktorska, AGH Kraków, 1980.
• Szlązak J., 2000: Przepływ powietrza przez strefę zawału w świetle badań teoretycznych i eksperymentalnych. Rozprawy Monografi e, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, (2000).
• Wasilewski St., Bojarski K., Kurpas M., 2007: Badania eksperymentalne stanów nieustalonych parametrów powietrza w ścianie w czasie urabiania kombajnem. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa. Nr 6(437) czerwiec 2007, Wyd. EMAG, Katowice, (2007).
• Wasilewski St., Cimr A., Wach M. 2010: Ocena zagrożenia pożarowego w zrobach przestrzeniach otamowanych za pomocą czujników gazometrii automatycznej. XXXVI Dni Techniki ROP 2010, XXVII Seminarium Pożary Podziemne – Teoria i Praktyka, s. 145-161, (2010).
• Wasilewski S., 2012: Systemy kontroli i monitorowania zagrożeń gazowych w polskich kopalniach węgla kamiennego. Bezpieczeństwo Pacy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, nr 12 (220)/2012, s. 3-11.
• Wasilewski S., Krawczyk J., Janus J. 2014: Ocena przydatności danych zbieranych przez czujniki systemu gazometrycznego dla celów modelowania numerycznego przepływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Prace IMG PAN, T. 16, Nr 3-4, s. 3-22, 2014.
• Wala A.M., 1992: Teaching Mine Fire Principles with Intelligent Computer Assisted Instruction, Proceedings of the Fifth International Mine Ventilation Congress, Marshalltown, South Africa.
• Trutwin W., Wasilewski S., 1994: Digital filters in ventilation monitoring and control systems. Archives of Mining Sciences, Vol. 39, No 2, p. 133-144.