Mathematical model of ventilation process interrupted by a rock burst

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krach A.

Warianty tytułu

PL

Omodelu matematycznym procesu wentylacji kapalni zakłóconego tąpnięciem górotworu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this articlc prescnted are considerations regarding thc impact of shock or rock burst on performancc of mine ventilation networks. A practical approach being applied to control such venti-lation systems is to usc a mcthod of forecasting of the vcnting (aeration) process of mine ventilation network, with application of computer simulation of thc occurring phenomena. The new issue that has not been taken into consideration until now in application of forecasting method of the air and methane mixture's spreading in mine excavation network, is a mathematic description of phenomena caused by rock burst, as well as impact of a sudden inflow of methane on the air and methane mixture's spreading and methane concentration distribution. Presented here is a mathematical model, with consideration of a phenomenon called after-blow, as well as transportation of the air and methane mixture after the shock or rock burst.

PL

W artykule przedstawiono rozważania związane z wpływem tąpnięcia górotworu na rozpływ mieszaniny powietrza i metanu w sieci wentylacyjnej kopalni. W kopalniach gazowych tąpaniom towarzyszy silny wypływ lub wyrzut metanu (Budryk 1952). Można tu wyróżnić następujące zjawiska związane z emisją metanu: - wydzielanie się metanu wolnego i sorbowanego z okruchów zniszczonego pokładu węgla i przemieszczonego do wyrobiska, - filtracyjny przepływ metanu do wyrobiska przez nowo formowaną w procesie reologicznym strefą odprężenia i przez górotwór poza tą strefą. Stosowaną w praktyce metodą kontroli systemu wentylacji jest zastosowanie prognozowania procesu przewietrzania kopalnianej sieci wentylacyjnej z wykorzystaniem komputerowej symulacji zachodzących zjawisk. Nowym zagadnieniem, dotychczas nie uwzględnianym przy stosowaniu tej metody, jest prognozowanie rozpływów mieszaniny powietrza i metanu w sieci wyrobisk po wystąpieniu tąpnięcia górotworu. Proces wentylacyjny, który realizuje się w takim systemie ma charakter bardzo złożony, przy czym rozpatrujemy proces składający się z powiązanych ze sobą zjawisk, takich jak dopływ znacznej ilości metanu w krótkim czasie wywołany tąpnięciem górotworu oraz transport przepływającej mieszaniny powietrza i metanu w złożonej sieci wentylacyjnej. Rozważania teoretyczne poparte obserwacjami praktycznymi (Parysiewicz 1966) pozwalają na wyróżnienie zjawiska rozchodzenia się w sieci wentylacyjnej fali ciśnienia i prędkości, wywołanej gwałtownym zmniejszeniem się objętości strefy tąpnięcia (tzw. podmuch). W tym okresie istotne znaczenie mają procesy narastania ciśnienia, a strefa podwyższonego stężenia metanu ogranicza się tylko do rejonu wstrząsu lub tąpnięcia. Następnie, po ustaniu wstrząsu lub tąpnięcia górotworu, rozważa się przepływ mieszaniny powietrza i metanu w wyrobiskach górniczych. W tym okresie istotne znaczenie mają procesy emisji oraz transportu metanu w sieci wyrobisk, przy czym pojawiają się znaczne wartości depresji naturalnej, mającej wpływ na kierunki przepływu mieszaniny. W związku z powyższym w artykule przedstawiono matematyczny model zjawisk wywołanych tąpnięciem, zachodzących w sieci wentylacyjnej. Wyróżniono zjawiska: * podmuchu, który opisano układem równań ciągłości, ruchu i stanu mieszaniny dla płynu nieściśliwego dla strefy tąpnięcia (7), (8), (9), i dla pozostałych wyrobisk (10), (11), (12)., * przepływ mieszaniny powietrza i metanu w wyrobiskach po zakończeniu wstrząsu tub tąpnięcia, który opisano układem równań ciągłości, ruchu i stanu mieszaniny dla płynu nieściśliwego i stanu ustalonego (24), (26), (32), (39), * zmiany stężenia metanu w wyrobiskach wywołane dopływem metanu oraz transportu wzdłuż dróg wentylacyjnych, gdzie uwzględniono: - dopływ metanu wywołany tąpnięciem, - w równaniu transportu metanu wzdłuż wyrobiska poza strefą tąpnięcia uwzględniono zjawisko dyfuzji. Przedstawiony matematyczny model zostanie wykorzystany w dalszych pracach prowadzących do opracowania profesjonalnego programu komputerowego do symulacji rozpatrywanych zjawisk.

Słowa kluczowe

EN

mine ventilation; rock burst; mathematical model

PL

wentylacja kopalń; tąpnięcie górotworu; model matematyczny

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, nr 3
• Strony: 333--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Instytut Mechaniki Górotworu, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27

autor

Krach A.

• Instytut Mechaniki Górotworu, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27

Bibliografia

• [1] Parysiewicz W., 1966: Tąpania w kopalniach. Wyd. Śląsk, Katowice.
• [2] Budryk W., 1952: Eksploatacja złóż. PWT, Katowice.
• [3] Dziurzyński W., Krach A., Roszkowski J., 2000: Opracowanie modelu matematycznego i algorytmu przestrzennego obszaru odgazowania w górotworze pod wpływem wstrząsu lub tąpnięcia z uwzględnieniem czynników geodynamicznych, gazowych i wentylacyjnych. Projekt PC-9 T12A 19 98C/4167, Kraków.
• [4] Dziurzyński W., Krach A., 2001: Mathematical model of methane emission caused by a collapse of rock in a mine, Archives of Mining Vol. 46, i. 4.
• [5] Pawiński J., Roszkowski J., Strzemiński J., 1995: Przewietrzanie kopalń. Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice.