Rozwój metody prognozowania stanu atmosfery kopalni z wykorzystaniem symulacji numerycznej oraz danych z systemu monitoringu

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

Warianty tytułu

EN

Development of a method for forecasting the air condition in the mine using numerical simulations and monitoring data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zmierzające do rozwoju metody prognozowania niestacjonarnego przepływu mieszaniny powietrza i gazów w sieciach wentylacyjnych, zrobach, w procesie przewietrzania kopalń, z uwzględnieniem naturalnych i katastrofi cznych zaburzeń w warunkach przepływu. Przyjęto, że istotne informacje o stanie przewietrzania wnoszą dane z systemu gazometrii automatycznej w kopalni. Wyniki wcześniejszych badań w zakresie walidacji programu komputerowego VentZroby były na tyle interesujące, że dały podstawę do zaproponowania nowego podejścia do zasad budowy modelu numerycznego sieci wentylacyjnej kopalni, obejmującego również zroby. Zaproponowano wykorzystanie modeli numerycznych utworzonych na bazie systemu programów Inżyniera Wentylacji Ventgraph z dołączonym obszarem zrobów eksploatowanych ścian. Opracowany nowy algorytm programu oraz interfejs programu są „przyjazne” w obsłudze dla użytkownika. W drugiej części pokazano nowe możliwości praktycznego wykorzystania programu komputerowego Vent- Zroby do badań stanów przewietrzania na przykładzie rejonu wentylacyjnego ściany 4 i 5 pokład 409 kopalni Śląsk, w której miało miejsce tragiczne zdarzenie we wrześniu 2009 roku. Podjęto próbę odtworzenia stanu przewietrzania przed zdarzeniem, z uwzględnieniem zagrożenia metanowego. Takie badania pozwalają nie tylko na samą ocenę przyczyn zdarzenia, ale również umożliwiają zbudowanie profesjonalnego narzędzia dla oceny skali zagrożeń wynikających z przepływu oraz migracji gazów wybuchowych względnie toksycznych, jako produktów rozwijającego się pożaru węgla w zrobach. W celu walidacji rozwiązań modelowych w zakresie wyznaczenia przepływu powietrza i metanu w rejonie ściany wykorzystano dane z kopalnianego systemu monitoringu prędkości powietrza i stężenia metanu w wyrobiskach po zatrzymaniu wentylatora głównego przewietrzania. Brak danych pomiarowych o parametrach przepływu powietrza (prędkości, ciśnienia itp.) dla rejonu ściany, przed zdarzeniem utrudnił ustalenie danych początkowych do symulacji. Obliczenia programem VentZroby dla zmiennych parametrów modelu prowadzono tak aby uzyskać najlepsze dopasowanie wyników obliczeń do danych zarejestrowanych w kopalnianym systemie gazometrii automatycznej. Wyniki badań pokazały szereg trudności w wyznaczaniu parametrów modelu numerycznego z wykorzystaniem danych uzyskanych z czujników kopalnianego systemu gazometrii automatycznej, co m.in. wynika z punktowego sposobu pomiarów w tych systemach oraz losowych zaburzeń sygnałów pomiarowych parametrów powietrza. Stwierdzono, że istotnym elementem dla wiarygodności danych jest ich potwierdzenie drogą pomiarów porównawczych, w miejscach zainstalowania czujników systemu monitoringu w wyrobiskach sieci wentylacyjnej kopalni. Losowe zaburzenia parametrów powietrza rejestrowane przez czujniki w systemie gazometrii mogą być również eliminowane przez fi ltrację sygnałów pomiarowych przed ich wykorzystaniem do badań modelowych.

EN

The study summarises the research data to be used for development of a method for forecasting the non-stationary flows of air and gas mixtures in ventilation networks, goafs, and formed during the ventilation processes, taking into account the natural and catastrophic flow disturbances. It is assumed that all vital information about the ventilation conditions are available from the automatic gas flow control system in the mine. The results of previous attempts to validate the program VenZroby were sufficiently promising and thus prompted the development of a new approach to creating numerical models of ventilation networks in the mines, incorporating the goafs too. It is suggested that numerical models should be used that are developed on the basis of the Ventilation Engineer’s Ventgraph program, with incorporated goaf areas. The newly designed program’s algorithm and interface seem to be more user-friendly. The second part of study explores the potential applications of the program VentZroby in analysing the air conditions. The case study considered there is that of the face regions 4 and 5 in the colliery “Śląsk” where a catastrophic accident occurred in September 2009. An attempt is made to reconstruct the ventilation conditions before the accident, taking into account the methane hazard. Such analyses are most helpful when studying the causes of the accident and enable us to develop professional tools for evaluating the risks due to flow and migration of explosive or toxic gases- the products of spreading coal fires in goafs. To validate the model solutions (prognosticated flows of air and methane in the face region), the monitoring data were used, available from the air velocity and ,methane concentration control systems after the main fan was switched off. Because of the lack of measurement data about the air flow parameters (velocity, pressure) before the accident, it was difficult to fi nd the initial data for simulations. Calculations supported by the program VentZroby, for variable model parameters, were done such as to achieve the best agreement between the calculation results and data available from the automatic gas flow control systems in the mine. Results revealed a number of difficulties involved in finding the parameters of the numerical model using the data from the gas flow control system, due to with point-to-point measurements implemented in these systems and random disturbances of airflow measurement signals. To prove the reliability of thus obtained results, they have to be confirmed by comparative measurements taken at those points of the ventilation network in the mine where the monitoring sensors are installed. Random disturbances of airflow parameters registered by the sensors, making up the gas flow control system, can be eliminated through filtering of measurement signals before they are used in model tests.

Słowa kluczowe

PL

symulacja procesu przewietrzania; walidacja programu komputerowego; zagrożenie metanowe; bezpieczeństwo

EN

simulation of ventilation process; validation of the computer program; methane hazard; safety

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 12, no. 1-4
• Strony: 115--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

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

autor

Wasilewski St.

• 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

Bibliografia

• 1. Cygankiewicz J., Sułkowski J., Trutwin W., 2010: Analiza przewietrzania i zagrożenia pożarowego rejonu ściany 5/409 KWK Wujek, Ruch Śląsk w związku z wypadkiem zbiorowym w dniu 18.09.2009 r. Prace Komisji dla zbadania przyczyn i okoliczności zapalenia i wybuchu metanu oraz wypadku zbiorowego w dniu 18 września 2009 roku, Wyższy Urząd Górniczy w Katowicach.
• 2. Dziurzyński W., Krawczyk J., Kruczkowski J., 2008: Assessment of stability of flow a modified mine ventilation network considering a presence of fire hazards. 12 Th U.S.12 North American Mine Ventilation Symposium, June 9-11, 2008, Reno, Newada, s. 578-582.
• 3. Dziurzyński W., 2009: Badania modelowania przepływu mieszania powietrza i gazów w rejonie ściany w aspekcie walidacji wyników komputerowej symulacji. Przegląd Górniczy, nr 11-12, s. 61-71.
• 4. Dziurzyński W,. Krach A., Pałka T., Wasilewski St., 2009: Walidacja procedur programu VentZroby z wykorzystaniem systemu monitoringu stanu atmosfery kopalni. Prace IMG PAN, T. 11, nr 1-4, s. 79-112.
• 5. Dziurzyński W., Wasilewski St., 2009: Monitoring of the air parameters and computer simulation to support fighting with fire hazards in longwall cavings. 9-ty Międzynarodowy Kongres Wentylacji Kopalń, New Delhi, Indie.
• 6. Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski St., 2010: Digital simulation of the gas dynamic phenomena caused by bounce, experiment and validation. Arch. Min. Sci., Vol. 55, No 3, p. 403-425.
• 7. Krach A., 2004: Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na stężenie metanu w prądzie powietrza wypływającym z rejonu ściany z przyległymi zrobami – model matematyczny i algorytm obliczeniowy. Arch. Min. Sci., Vol. 49, No 1, p. 43-53.
• 8. Krawczyk J., 2007: Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych. Przykłady zastosowań. Arch. Min. Sci., Monograph, No 2, p. 192.
• 9. Krawczyk J., Wasilewski S., 2009: Migration of Methane into Longwall and tailgate crossing. Mine Ventilation, Ninth International Mine Ventilation Congress, India, p. 483-494.
• 10. Łukowicz K., Szlązak N., Wasilewski St., 2010: Analiza zagrożenia metanowego i zabezpieczeń gazometrycznych w rejonie ściany 5 /409 na poziomie 1050 m w K.H.W. S.A. KWK Wujek, Ruch Śląsk w Rudzie Śląskiej, Prace Komisji dla zbadania przyczyn i okoliczności zapalenia i wybuchu metanu oraz wypadku zbiorowego w dniu 18 września 2009 roku, Wyższy Urząd Górniczy w Katowicach.
• 11. 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).
• 12. Niezgoda F., 2000: Wpływ rozkładu ciśnienia na stężenie gazów w sieci wentylacyjnej kopalni w warunkach okresowego zatrzymania wentylatora głównego przewietrzania, Praca doktorska, Wydział Górniczy, AGH Kraków.
• 13. Szlązak J., 2000: Przepływ powietrza przez strefę zawału w świetle badań teoretycznych i eksperymentalnych. Rozprawy Monografie, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków.
• 14. 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.