Measurements of air-methane mixture flow rate in mine fan duct: a comparative study

• Autorzy: Dziurzyński W. , Ostrogórski P. , Jamróz P. , Skotniczny P. , Trenczek S.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2025.156296

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents the results of precise measurements of the volume flow rate of an air-methane mixture flowing out of a mine shaft and compares them with measurements at the air intakes to the shaft. Continuous measurement of the volume flux of the air-methane mixture in underground mine workings is a complex issue, and given the need to determine methane emissions by mining companies based on quantitative methane measurements in air discharged through ventilation shafts, it represents a current and important problem for both ecological and economic reasons. The development of measurement methods based on a purpose-built instrument was complemented by the creation of a multipoint system for measuring methane velocity and concentration using SOM 2303-type methane anemometers. With the cooperation of the mine, simultaneous measurements were taken in the collection duct of Shaft VI and at all four air intakes to the shaft. The results were presented as determined air and methane fluxes, followed by a comparative analysis of the volume flux measurements taken in the workings at the inlet to Shaft VI.

Słowa kluczowe

EN

underground mine; airflow and methane measurement; comparative study

PL

kopalnia podziemna; pomiar metanu; wentylacja kopalni

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 70, no. 3
• Strony: 505--523
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 27 W. Reymonta Str., 30-059 Krakow , Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1441-9219

autor

Ostrogórski P.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 27 W. Reymonta Str., 30-059 Krakow , Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7377-8839

autor

Jamróz P.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 27 W. Reymonta Str., 30-059 Krakow , Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8318-6298

autor

Skotniczny P.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 27 W. Reymonta Str., 30-059 Krakow , Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5699-3775

autor

Trenczek S.

• Central Mining Institute National Research Institute, Pl. Gwarków 1 40-166 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8313-4757

Bibliografia

• [1] T. Andersen, Z. Zhao, M. Vries, J. Neck, J. Swolkien, M. Menoud, T. Röckmann, A. Roiger, A. Fix, W. Peters,H. Chen, Local-to-regional methane emissions from the Upper Silesian Coal Basin (USC B) quantified using UA V based atmospheric measurements. Atmos. Chem. Phys. 23, 5191-5216 (2023).DOI: https://doi.org/10.5194/acp-23-5191-2023.
• [2] Alicia Maroto, Ricard Boqué, Yvan Vander Heyden Estimating Uncertainty LCGC Europe 21 (12), 628 (2008).
• [3] B. Belle, Real-time air velocity monitoring in mines – A quint essential design parameter for managing majormine health and safety hazards. In 13th Coal Operators’ Conference; Aziz, N., Ed.; University of Wollongong:Wollongong, Australia, 2013; pp. 184-198.
• [4] I. Care, F. Bonthous, J.R. Fontaine, Measurement of air flow in duct by velocity measurements. In: 16th international congress of metrology, October 7-10 2013, Paris, France.
• [5] E. Chiuzan, G.A. Găman, D. Cioclea, C. Tomescu, I. Gherghe, Continuous invasive monitoring technology for determination of air velocity at the level of main ventilation station. Environmental Engineering and Management Journal 18, 4, 789-795 (2019). DOI: https://doi.org/10.30638/eemj.2019.073.
• [6] W. Dziurzyński, A. Krach, Pole prędkości przepływu powietrza w kanale kopalnianej stacji wentylatorowej. Archiwum Górnictwa 46, 3 (2002).
• [7] W. Dziurzyński, A. Krach, S. Wasilewski, Wyznaczanie niepewności pomiaru parametrów fizyko-chemicznych powietrza w kopalniach głębinowych. Monografia 2013 rok. Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk s. 91 (2013).
• [8] W. Dziurzyński, M. Gawor, T. Pałka, Wyznaczanie profilu prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym– narzędzia informatyczne. Wydawnictwo Instytut Mechaniki Górotworu PAN , 2016, Monografia, IS BN978-83-946392-2-8.
• [9] W. Dziurzyński i in., Zasady pomiarów przepływu powietrza w wyrobiskach kopalnianych. Wybrane sposoby kontroli i kalibracji przyrządów pomiarowych. Rozprawy, Monografie, Wydawnictwo IMG PAN , 2017 nr 10,IS BN 978-83-929976-6-5.
• [10] J. Janus, J. Krawczyk, J. Kruczkowski, P. Ostrogórski, Nowe rozwiązania urządzeń do pomiaru pól prędkości i rozkładów stężenia metanu oraz wyniki badań porównawczych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN 14,1-4, 149-163 (2012).
• [11] J. Janus, P. Ostrogórski, Underground Mine Tunnel Modelling Using Laser Scan Data in Relation to Manual Geometry Measurements. Energies 15, 2537 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/en15072537.
• [12] T.P. Kersten, M. Lindstaedt, Geometric accuracy investigations of terrestrial laser scanner systems in the laboratory and in the field. Appl. Geomat. 14, 421-434 (2022). DOI: https://doi.org/10.1007/s12518-022-00442-2.
• [13] A. Krach, J. Krawczyk J. Kruczkowski, T. Pałka, Zmienność pola prędkości i strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalń głębinowych. Arch. Min. Sci., Monograph 1, Kraków 2006.
• [14] A. Krach, Uncertainty of measurement of selected mine ventilation parameters. (Niepewność pomiaru wybranych wielkości w kopalnianych pomiarach wentylacyjnych). Archives of Mining Sciences, Monograph No 8, (2009),ISSN 0860-7001, s. 147.
• [15] J. Krawczyk, P. Ligęza, E. Poleszczyk, P. Skotniczny, Advanced hot-wire anemometric measurment systems ininvestigations of the air flow velocity fields in mine headings. Arch. Min. Sci. 56, 4, 683-700 (2011).
• [16] J. Kruczkowski, Wpływ własności dynamicznych czujnika anemometru skrzydełkowego na dokładność pomiaru prędkości przepływu powietrza. Praca doktorska, IMG PAN , Kraków 1999.
• [17] J. Kruczkowski, Wyznaczanie metanowości wentylacyjnej przy wykorzystaniu nowej techniki pomiarowej. Materiały 7 Szkoły Aerologii Górniczej, Krynica-Zdrój, 9-11 październik 2013, s. 71-82.
• [18] J. Kruczkowski, P. Ostrogórski, Metanoanemometr SOM 2303. Materiały 8 Szkoły Aerologii Górniczej w Jaworze13÷16 października 2015.
• [19] J. Kruczkowski, P. Ostrogórski, New Method for Ventilation Methane Content Monitoring. Proceedings of the11th International Mine Ventilation Congress (2018). DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-13-1420-9_23.
• [20] A .L. Martikainen, H.N. Dougherty, C.D. Taylor, A.L. Mazzella, Sonic anemometer airflow monitoring technique for use in underground mines. In: Proceedings of the 13th U.S./North American mine ventilation symposium, Sudbury, Ontario, Canada, June 13-17 McPherson MJ (2009).
• [21] P. Ostrogórski, Właściwości dynamiczne cyfrowego anemometru skrzydełkowego. Przegląd Górniczy 71, 4 (2015).
• [22] P. Ostrogórski, Consideration of the shape and height of the floor in result of measuring the cross-sectional area for rings type ŁP (Uwzględnienie kształtu i wysokości spągu w wyniku pomiaru pola przekroju dla obudowy typu ŁP). Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN 17, nr 1-2, 27-30 (2015).
• [23] P. Ostrogórski, Metoda trawersu ciągłego w pomiarze prędkości średniej powietrza anemometrem skrzydełkowym. Materiały 9 Szkoły Aerologii Górniczej (2017).
• [24] G .C. Rhoderick, Analysis of natural gas: the necessity of multiple standards for calibration. J. Chromatogr. A. 31,1017 (1-2) 131-9 (2003). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chroma.2003.08.002. PMID: 14584698.
• [25] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE ) 2024/1787 z dnia 13 czerwca 2024 roku w sprawie redukcji emisji metanu w sektorze energetycznym. http://data.europa.eu/eli/reg/2024/1787/oj.
• [26] S. Kumar Singh, B. Pratap Banerjee, S. Raval, A review of laser scanning for geological and geotechnical applications in underground mining. International Journal of Mining Science and Technology 33, 2, 133-154 (2023).DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2022.09.022.
• [27] P Skotniczny, P. Ostrogórski, Three-dimensional air velocity distributions in the vicinity of a mine heading’ssidewall. Arch. Min. Sci. 63, 2, 335-352 (2018). DOI: https://doi.org/10.24425/122451.
• [28] A. Suresh, A. Mathew, P.B. Dhanish, Factors influencing the measurement using 3D laser scanner: A designed experimental study. J. Mech. Sci. Technol. 38, 5605-5615 (2024).DOI: https://doi.org/10.1007/s12206-024-0931-1.
• [29] J. Swolkień, Polish underground coal mines as point sources of methane emission to the atmosphere. International Journal of Greenhouse Gas Control 94, 102921 (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2019.102921.
• [30] J. Swolkień, A. Fix, M. Gałkowski, Factors influencing the temporal variability of atmospheric methane emissions from Upper Silesia coal mines: a case study from the CoMet mission. Atmos. Chem. Phys. 22, 16031-16052 (2022).DOI: https://doi.org/10.5194/acp-22-16031-2022.
• [31] S. Trenczek, P. Wojtas, Rozwój monitorowania zagrożeń naturalnych w okresie ostatniego 20-lecia (Development of natural hazard monitoring over the last 20 years). Bezpieczeństwo Pracy I Ochrona środowiska w Górnictwie 9, 3-10 (2014).
• [32] User manual Leica Disto D810 touch, User manual Leica Disto D810 touch (English, 44 pages).
• [33] L. Zhou, R.A. Thomas, L. Yuan, D. Bahrami, Experimental Study of Improving a Mine Ventilation Network Model Using Continuously Monitored Airflow. Mining, Metallurgy & Exploration 39, 887-895 (2022).DOI: https://doi.org/10.1007/s42461-022-00574-4.
• [34] L. Zhou, L. Yuan, R.A. Thomas, Iannacchione, Determination of velocity correction factors for real-time air velocity monitoring in underground mines. International Journal of Coal Science and Technology 4, 322-332 (2017).DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-017-0184-z.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)