Walidacja procedur programu VentZroby z wykorzystaniem systemu monitoringu stanu atmosfery kopalni

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

Warianty tytułu

EN

The validation of VentZroby software procedures with the use of the mine atmosphere condition monitoring system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Systemy monitorowania parametrów powietrza niezależnie od spełnienia wymagań zabezpieczeń gazometrycznych dostarczają znacznej liczby danych pomiarowych. Pozyskane z tych systemów dane zarówno wzbogacają wiedzę o procesach zachodzących w wyrobiskach podziemnych jak i pokazują związki i wpływ pracy maszyn oraz procesów technologicznych na zmienność parametrów przewietrzania w rejonach ścian. Współczesna metodyka badań w wielu dziedzinach oparta jest na metodach badań procesów z wykorzystaniem metod symulacji komputerowej. Rozwój systemów symulacji komputerowej procesów wentylacji jest w ostatnim czasie widoczny w wielu obszarach, w zagadnieniach pożarowych, rozkładu metanu w zrobach czy ostatnio rozkładu metanu w rejonie ścian wyposażonych w kombajny. Wiarygodność wyników symulacji zależy w dużej mierze od poprawności przyjętych modeli oraz właściwego dopasowania parametrów modeli do rzeczywistych warunków. Temu służą metody identyfikacji i walidacji modeli na podstawie pomiarów i eksperymentów in-situ. Podstawą walidacji procedur programu komputerowego VentZroby jest eksperyment badawczy, który został przeprowadzony w ścianie 841A pokład 405/2wg w kopalni Bielszowice. Eksperyment polegał na długookresowej obserwacji rejonu ściany 841A w kopalnianym systemie monitoringu oraz specjalnie przygotowanym systemie badawczym w okresie od sierpnia do października 2009 roku. Uzyskano interesujące dane pomiarowe, które wykorzystano dla celów walidacji procedur programu, jak również wielowymiarowych modeli matematycznych oraz do oceny pracy czujników pomiarowych systemu monitoringu stanu atmosfery kopalni. Jednocześnie w rejonie ściany wykonano złożone precyzyjne pomiary wentylacyjne, które wykorzystano dla opracowania modelu numerycznego rejonu ściany 841A pokład 405/2wg i wyrobisk przyległych wraz ze zrobami. W artykule przedstawiono kolejne wyniki walidacji programu komputerowego VentZroby otrzymane przez porównanie wyników pomiarów uzyskanych z eksperymentów z wynikami symulacji komputerowej wykonanej dla tego rejonu kopalni, przy czym do walidacji wybrano dwa okresy pomiarowe z dnia 12.08.09 oraz z dnia 01.10.09. Z uwagi na długookresową obserwację rejonu przez system monitoringu konieczna była modyfikacja modelu emisji metanu z calizny węglowej przed rozpoczęciem urabiania kombajnem w ścianie. Modyfikacja modelu matematycznego miała na celu wyznaczenie rozkładu metanu wzdłuż ściany po dłuższym postoju kombajnu, a przed rozpoczęciem urabiania. Rozpatrywano pracę kombajnu w dwóch cyklach, z urabianiem w jedną stronę zgodną z kierunkiem przepływu powietrza i z postojami przenośników w czasie przerw w pracy kombajnu. Wykonane eksperymenty wraz z obserwacją pracy kombajnu wniosły nowe elementy dla przygotowania danych wejściowych dla programu symulacyjnego oraz ustalenia struktury i parametrów sieci wentylacyjnej ze zrobami z uwzględnieniem parametrów eksploatacyjnych kombajnu oraz parametrów modelu emisji metanu ze ściany i z urobku towarzyszących eksploatacji. Obliczone wyniki symulacji i ich porównanie z wynikami pomiarów w kopalni pokazują bogate możliwości programu VentZroby dla prognozowania stanu wentylacji rejonu ściany urabianej kombajnem, ale równocześnie wskazały niedoskonałości istniejących rozwiązań wyznaczając kierunki dalszych badań modelowych i eksperymentalnych.

EN

Air parameter monitoring systems, irrespective of the fulfilling of gasometric protection measures, provide a significant amount of measurement data. The data obtained from such systems enrich the knowledge of the processes taking place in underground workings as well as show the relations and impact of the operation of machinery and technological processes on the changeability of the ventilation parameters in longwall areas. The presently used investigation methodology is based, in many domains, on the methods of the study of processes with the use of the computer simulation method. The progress made in the computer simulation systems in the field of ventilation processes has become rather noticeable recently in many areas, including fire issues, the distribution of methane in abandoned workings or, recently, the distribution of the methane in the longwall areas where combined cutter-loaders are operating. The credibility of the simulation results depends, to a large degree, on the correctness of the adopted models and the appropriate match of the model parameters to the actual conditions. For this identification and validation, methods based on measurements and in-situ experiments are used. The basis of the validation of the VentZroby software procedures is a research experiment that was carried out on the 841A longwall, 405/2wg seam in the Bielszowice mine. The experiment comprised a long-term observation of the 841A longwall area that was conducted within the mine monitoring system and a specially developed research system in the period from August to October 2009. Interesting measurement data were obtained that were subsequently used for the validation of software procedures, as well as for the development of multidimensional mathematical models and the evaluation of the operation of measuring sensors working within the mine atmosphere condition monitoring system. At the same time, complex and precise ventilation measurements were carried out for working out a numeric model of the 841A longwall area, 405/2wg bed, and adjoining headings along with abandoned workings. In the paper, successive results of the VentZroby software validation are presented, which were obtained by the comparison of the measurement results acquired from the experiments to those of the computer simulation carried out for this same mine area, while for the validation two measurement periods were selected: one dated 12 Dec. 2009, and the other dated 01 Oct. 2009. Owing to the long-term observation of the area conducted by the monitoring system, a modification of the model of the methane emission from the unmined coal, before mining the longwall with a combined cutter-loader started, was indispensable. The mathematical model modification was aimed to determine the methane distribution along the longwall after a longer stoppage of the mining machine operations and before mining was resumed. The combined cutter-loader operation was considered in two cycles: with mining in one direction consistent with the direction of the airflow, and with the stoppage of conveyors during the breaks of the cutter-loader operations. The experiments carried out, along with the observation of combined cutter-loader operations, brought forth new elements for the preparation of the input data for the simulation programme, as well as for the determination of the structure and parameters of the ventilation system together with abandoned workings, and with taking into account the cutter-loader machine utilisation parameters and those of the model of the methane emission from the longwall and from the winning obtained at the mining. The calculated simulation results and the comparison of these results to those obtained from the measurements in the mine show extensive VentZroby programme possibilities for making forecasts of the ventilation conditions in the area of a longwall that is mined with a combined cutter-loader. However, at the same time, the comparison has shown some imperfections in the existing solutions, and it determined a further model and experimental research trends.

Słowa kluczowe

PL

wentylacja kopalń; walidacja; zagrożenie metanowe; praca kombajnu; system monitoringu

EN

mine ventilation; validation; methane hazard; combine cutter-loader operation; monitoring system

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 11, no. 1-4
• Strony: 79--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

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

autor

Krach A.

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

autor

Pałka T.

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

autor

Wasilewski S.

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

Bibliografia

• Airuni A.T., 1987: Prognozirowanie i priedotwraszczienie gazodynamiczieskich jawlienij w ugolnych szachtach. Moskwa, „Nauka”.
• Biernacki K., Gumiński A., 1999: Ocena dokładności wykonywania bazy danych kopalnianej sieci wentylacyjnej dla obliczeń komputerowych. Mat. 1. Szkoły Aerologii Górniczej, Zakopane.
• 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.
• Drzęźla B., Badura H., 1980: Przybliżony rozkład stężenia metanu emitowanego z urobku. Archiwum Górnictwa, t. 25, z. 2.
• Dziurzyński W., Pałka T., 1999: Przetwarzanie danych systemu monitoringu sieci wentylacyjnej w programach komputerowych Inżyniera Wentylacji Ventgraph. Prace IMG PAN, Vol. 1, No. 1-2 (11), s. 175-192.
• Dziurzyński W., Pałka T., 2000: Algorytmy komputerowej symulacji procesu przewietrzania umożliwiające dostęp i wykorzystanie danych systemu monitoringu sieci wentylacyjnej. Prace IMG PAN.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., 2001: Prognozowanie rozkładu stężenia metanu w sieci wentylacyjnej z uwzględnieniem systemu monitoringu. Prace IMG PAN, t. 3, nr 1-2.
• Dziurzyński W., Krach A., Krawczyk J., 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.
• 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 Vent-Met dla rejonu ściany, z uwzględnieniem zmiennych w czasie źródeł metanu, związanych z cykliczna pracą kombajnu. Prace IMG PAN, t. 9, nr 1-2.
• 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, t. 10, nr 1-4.
• Dziurzyński W. i in., 2009: Przygotowanie merytoryczne i wykonanie eksperymentu badawczego w ścianie wydobywczej o wysokim poziomie zagrożeń naturalnych i technologicznych w aspekcie pozyskania danych dla weryfikacji modelu matematycznego rozkładu stężenia metanu podczas urabiania kombajnem. Etap I. Opracowanie założeń i wytycznych dla przeprowadzenia eksperymentu badawczego w rejonie ściany 841a pokład 405/1 w KWK Bielszowice. Zespół IMG PAN pod kierunkiem W. Dziurzyńskiego, Kraków, kwiecień 2009.
• Materiały KWK Bielszowice dotyczące warunków górniczo-geologicznych, zagrożeń naturalnych, przewietrzania, wyposażenia ściany i danych technicznych systemu zabezpieczeń metanometrycznych i wczesnego wykrywania pożarów w systemie gazometrii automatycznej. Marzec 2009.
• Tarasow B.G., Kołmakow W.A., 1978: Gazowyj barjer ugolnych szacht. Moskwa „Niedra”.
• 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.