A mathematical model of inflow of toxic gases during disintegration of chemical sealants applied in undeground mines

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krach A.

Warianty tytułu

PL

Model matematyczny dopływu gazów toksycznych podczas rozkładu chemicznych środków uszczelniających stosowanych w kopalni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fires in collieries pose a major threat and may lead to serious accidents. Organic sealants, such as polyurethanes and urine-formaldehyde resins, have to be widely used in mines to stabilise the rock strata, to seal galleries and fill the voids. Sometimes these sealing agents have to be applied in the conditions of already spreading fire. It is reasonable to suppose that the flowing air is heated up by the fire source and in contact with chemical agents it will lead to the process of chemical decomposition. A technique to precisely evaluate how the presence of final products of (thermal ?) chemical decompositions of sealants might still enhance the risks of mining operations is still lacking. The danger is there, as the flowing air will now contain toxic gases, such as hydrogen cyanide. A method is proposed whereby the potential risk due to the inflow of toxic gases should be assessed on the basis of prognosticating techniques utilising computer simulations of the ventilation processes, supported by specialised software. These techniques enable us to monitor the variations of gas composition distribution in response to the preset input. Distri­butions of gas composition are computed using mathematical models of air outflow and the sources of inflow in the ventilation network. The paper provides the background information and main assumptions underlying the mathematical model of inflow of hydrogen cyanide, which is a final product of high-temperature oxidation of urine-formaldehyde foam. Model parameters are determined on the basis of specialised tests performed in the Laboratory of Physico-Chemical Properties of Non-metallic Materials in the Department of Materials Engineering of the Central Mining Institute. The paper gives the model parameters obtained for one substance: hydrogen cyanide (HCN).

PL

W kopalniach prowadzących eksploatacje pokładów węgla jednym z zagrożeń są pożary, które ciągle są przyczyną poważnych katastrof. Do wzmacniania górotworu, uszczelniania chodników przyścianowych, wypełniania pustek stosuje się różnorodne organiczne środki uszczelniające jak np. poliuretany, żywice mocznikowo-formaldehydowe. Często środki te stosuje się w sytuacji rozwijającego się ogniska pożaru. Można z dużym prawdopodobieństwem przyjąć, że na skutek ciepła wydzielanego w ognisku pożaru dochodzi do podgrzania przepływającego powietrza, które następnie w kontakcie ze środkami che­micznymi powoduje termiczny ich rozkład. Obecnie brak metod oceny, jak produkty rozkładu termicznego środków chemicznych zwiększają zagrożenie poprzez pojawienie się w strumieniu przepływającego powietrza dodatkowych gazów toksycznych np. cyjanowodoru. W artykule proponuje się, aby jednym ze sposobów oceny zagrożenia wywołanego dopływem toksycznych gazów do przepływającego siecią wyrobisk powietrza była metoda prognozowania z wykorzystaniem programów komputerowej symulacji procesu przewietrzania. Programy te umożliwiają wyznaczenie zmian rozkładu stężenia gazów w czasie jako odpowiedź na zadane zaburzenie. Obliczanie rozkładu stężenia gazu oparte jest na modelach matematycznych rozpływu powietrza i źródeł dopływu w sieci wentylacyjnej. W artykule przedstawiono rozważania prowadzące do opracowania modelu matematycznego źródła dopływu strumienia cyjanowodoru będącego produktem termooksydacyjnego rozkładu pianki mocznikowo-formaldehydowej. Jako podstawę wyznaczenia parametrów modelu przyjęto wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych w Laboratorium Badań Właściwości Fizyko-Chemicznych Materiałów Niemetalowych Zakładu Inżynierii Materiałowej Głównego Instytutu Górnictwa. W artykule przedstawiono wyspecyfikowane parametry modelu, które dla wybranego jednego ze składników - cyjanowodoru przedstawiono przy pomocy wzoru (28).

Słowa kluczowe

EN

undeground fires; decomposition; high-temperature oxidation; MF foam

PL

pożary podziemne; rozkład termooksydacyjny; pianka MF

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 49, nr 2
• Strony: 175--192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., wykr.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27, 30-059 KIraków, Poland

autor

Krach A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27, 30-059 KIraków, Poland

Bibliografia

• [1] Dziurzyński W., Krawczyk J. 2001: Unsteadyflow ofgases in a minę ventilation network-a numericalsimulation, Archives of Mininig Sci., Vol. 46. Issue 2. pp. 119-137.
• [2] Staniszewski B., 1979: Wymiana ciepła. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.
• [3] Wachowicz J., Bojarska-Kraus M., Sobieszczuk G., i inni. 2001: Badania palności organicznych środków uszczelniających dla górnictwa -I Etap. Zakład Inżynierii Materiałowej, GIG Katowice.
• [4] Wachowicz J., Bojarska-Kraus M.. Sobieszczuk G., i inni. 2002: Badania palności organicznych środków uszczelniających dla górnictwa - II Etap. Zakład Inżynierii Materiałowej, GIG Katowice.