Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of BLSS-PE mine 3d laser scanning measurement system in stability analysis of a uranium mine goaf

Sun Gangyou, Xia Yuandi, Kang Qinrong, Zhang Weizhong, Hu Qingzhen, Yuan Wei

Archives of Mining Sciences

|

2023

|

Vol. 68, no. 3

443--456

EN

Accurate understanding of the three-dimensional (3D) morphology of a complex goaf and its relative displacement in space is a precondition to further analyzing the stability of the cavity. In this study, to make an accurate stability analysis of the goaf, laser detection and numerical simulation are used to study the interior space form of goaf and the change characteristics of stress and displacement in goaf. The results of the study show that the BLSS-PE mining 3D laser system as a field detection tool can detect the morphology of the cavity more comprehensively and improve the accuracy of the detection data to a certain extent. Combined with the numerical simulation software analysis, it can be seen that the maximum principal stress in the 818-2# goaf increases after excavation. In addition, the maximum value appears in the top and bottom plates of the goaf, and the minimum stress remains nearly unchanged. The tensile stress appears in the upper and lower plates but is lower than the surrounding rock. The maximum horizontal and vertical displacements of the 818-2# goaf are small. The plastic zone appears in the surrounding rock of the goaf as the mining work progresses, but the area is small. It is concluded that the goaf is relatively stable overall. The research results may provide a strong reference for ground pressure management in mines and comprehensive control of goaves.

2

Numerical modelling of gas pumping in inner interlocked tail roadway of coal mine based on coupled fracture-seepage model

An Huaming, Wang Hongsheng

Mining Science

|

2021

|

Vol. 28

33--45

EN

This paper focuses on modelling of pumping high overrun gas in an upper corner and fully mechanized caving face of a coal mine with extra-thick seam. The process of roof fracture and fall in goaf is analyzed. Then the numerical model of the immediate roof and main roof collapse in goaf is established. On the basis of the numerical model, FLUENT is employed to simulate the gas seepage process in the accumulation of the rock and coal in goaf. In addition, the influence of the inner interlocked tail roadway at different positions for the gas concentration in goaf is analyzed. To calibrate the proposed numerical model, it is implemented to a coal mine. It is concluded that numrical results are similar to those in the coal mine.

3

Modelowanie przepływu powietrza w narożu ściany wydobywczej

Janus Jakub, Krawczyk Jerzy

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2020

|

T. 22, nr 1-4

9--16

PL

W artykule został zaprezentowany model numeryczny ściany przewietrzanej na U z uwzględnieniem szczegółowych elementów jak: obudowa ŁP, obudowa ścianowa, kombajn oraz przegroda wentylacyjna w górnym narożu ściany. Od poprzednich opisów odróżnia go sposób odwzorowania przyległych zrobów. Opis ten uwzględnia obecny stan wiedzy odnośnie rozkładów przestrzennych wysokości, porowatości i przepuszczalności zrobów. Analogiczne rozkłady są stosowane w dwuwymiarowym modelu zaimplementowanym w programie Ventgraph Zroby. Porównanie wyników obliczeń trójwymiarowego przepływu z symulacjami Ventgraph-a mogą być użyteczne do weryfikacji prostszego opisu oraz oceny wpływu uproszczeń na wyniki symulacji. Przeprowadzono obliczenia przepływu powietrza z zastosowaniem wybranych modeli turbulencji, w celu doboru odpowiednich metod numerycznych modelu. Uzyskane wyniki prezentują możliwości prowadzenia rozległych obliczeń numerycznych dla zagadnień przepływowych w środowisku kopalnianym, przy uwzględnieniu coraz dokładniejszego opisu oraz interpretację wyników obliczeń prowadzonych przy pomocy prostszych opisów.

EN

The article presents numerical model of a U-ventilated longwall, taking into account detailed elements such as arch yelding suport, roof suports and shearer. What distinguishes it from previous models is the mapping of adjacent goafs. This model taks into account the current state of knowledge regarding spatial height distribution, porosity and permeability of goaf. Analogous models are used in two-dimensional models implemented in Ventgraph Zroby Software. Comparing the calculation results of three-dimensional flow with Ventgraph simulations may be useful to verify a simpler description and to assess the impact of simplifications on the simulation results. Air flow calculations were carried out withe the use of selected turbulence models in order to select appropriate numerical methods for the model. Obtained results show possibilities of conducting extensive numerical calculations for the flow problems in the mine environment, taking into account more complex description, and the interpretation of the calculation results carried out with simpler models.

4

Influence of the Volumetric Expenditure of Air Supplied to the Longwall Through the “Y” Ventilation System on the Location of an Area at the Risk of an Endogenic Fire

Tutak Magdalena

Multidisciplinary Aspects of Production Engineering

|

2020

|

Vol. 3, Iss. 1

206--215

EN

In the case of longwall ventilation, in the underground hard coal mines, a phenomenon related to the migration of a certain amount of the air stream supplied to the longwall deep into goaf zones occurs. One of the wall ventilation systems, in which this phenomenon is quite intense, is the so called “Y” ventilation system. This migration is immensely unfavorable because it can lead to the self-heating process of coal left in a goaf and, consequently, to an endogenous fire. Such a fire is a great threat to both the safety and continuity of operation processes. For this reason, various activities are undertaken to prevent such a fire from occurring in goaf zones. One solution is a method presented in this article. It aims at determining an area in goaf zones, where an endogenous fire may occur. The study focused on the longwall ventilated with the Y system. This area was determined based on two criteria, namely air velocity and oxygen content. The study was carried out for various volumes of air supplied to the longwall. Therefore, the purpose of the study was to develop research methodology and determine the location of an area at the risk of an endogenous fire. The location of this area was determined for three different volume expenditures of air supplied to the longwall ventilated with the Y system.

5

Influence of the Permeability of the Longwall Goaf Zones on the Location of an Area With Explosive Methane Concentration Levels

Tutak Magdalena, Palka Dorota

Multidisciplinary Aspects of Production Engineering

|

2020

|

Vol. 3, Iss. 1

238--247

EN

One of the basic ventilation hazards and, at the same time most dangerous, in hard coal mines is the methane hazard. During the exploitation process using the longwall system with the breaking down of roof rocks, methane is released into mining excavations from both mined coal and the one left in goaves. Significant amounts of methane also flow from the underworked and overworked seams, through cracks and fissures formed in the rock mass. When accumulated at an explosive concentration level in goves and at an appropriate oxygen concentration level and the occurrence of a trigger (e.g. a spark or endogenous fire), methane may either explode or ignite. These are immensely dangerous phenomena. Therefore, the possibility of their occurrence should be limited. The article presents the results of the research aimed at determining the impact of the permeability of goaf zones on the distribution of methane and oxygen concentration levels in these goaves. The study was carried out for the longwall ventilated with the Y system. The model analysis was conducted, the results of which allowed the authors to determine these distributions. On their basis, both the location and size of the areas in which hazardous methane concentrations could occur were designated. The results are of great practical importance as they indicate areas in goaves where preventive measures should be implemented.

6

Przegląd technologii pozyskania metanu ze zlikwidowanych kopalń węgla w Polsce

Grzybek I.

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2017

|

nr 10

31--37

PL

Artykuł omawia modele pozyskania metanu ze zrobów zlikwidowanych kopalń węgla i przedstawia polskie doświadczenia w tym zakresie na tle charakterystyki zmian własności zbiornikowych formacji węglonośnych w wyniku eksploatacji węgla kamiennego.

EN

Technologies used to acquire methane from goafs in abandoned mines strictly depend on local circumstances. Therefore, the article only presents general models used to capture methane. These models can be divided into methane capture from underground excavations adjacent to goafs of working mines and methane capture with the use of boreholes from the surface. The former involves the installation of methane capture piping in goafs or abandoned shafts or development of goafs from adjacent underground excavations, while the latter involves drilling boreholes from the surface and the connection of piping or boreholes to the mine methane recovery station or a separate compressor. Methane capture from the surface features the drilling of vertical boreholes to develop goafs or to develop a sequence of boreholes into reservoir rocks located over fully-exploited coalbeds and hydraulically connected with these coalbeds. In Poland, successful attempts at methane capture from goafs using each of the above-mentioned models were made in Czyżowice and Jankowice-Wschód deposits, the “Bzia-Dębiny” elevation, and “1 Maja”, “Moszczenica” and “Żory” abandoned mines. Total methane extraction from abandoned mines is estimated to be approx. 80 million m3, including 37.0 million m3 of methane captured using surface boreholes. If one also were to include methane capture from goafs of working mines (approx. 830 million m3), it is obvious that methane capture from after-exploitation mine (both working and abandoned) goafs is a beneficial way to extract coalbed methane. Combined with coal exploitation, methane capture would help to make use of the enhancement of coal reservoir properties, which are generally unfavourable in intact rock, by methane capture.

7

Uwagi na temat stosowania gazów obojętnych (azotu, dwutlenku węgla) do gaszenia pożaru w otamowanym polu rejonu wydobywczego

Trutwin W.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

253--259

PL

Rozważany w prezentowanej pracy przypadek stosowania inertyzacji atmosfery otamowanego pola pożarowego po zapaleniu i wybuchu metanu w rejonie ściany F-22 na KWK Borynia [1] wzbudził wątpliwości odnośnie skuteczności stosowania tej operacji w likwidacji pożaru. Zastosowana intensywna inertyzacja azotem i dwutlenkiem węgla w okresie przed i po wybuchu (Rys. 3, 4) nie wpływała w znaczący sposób na dynamikę kształtowania się składu w polu pożarowym (Rys. 5-8). Przez cały czas monitorowania składu atmosfery stężenie azotu spadało natomiast stężenia metanu wzrastało (Tabl. 1). Nie można, jednak, w sposób jednoznaczny przyjąć twierdzenie że taka inertyzacja jest nieskuteczna bez zbadania w niej roli ogromnych objętości pustek, które połączone są otamowanym polem, ponadto nie uwzględniając dopływu gazów z górotworu. W zakończeniu postulowane są badanie w oparciu wszystkie dotychczasowe doświadczenia w stosowaniu inertyzacji atmosfery w zwalczaniu zagrożeń pożarowych.

EN

A studied case concerning the use of inert gases for fi re suppression in a sealed area after a fire and subsequent methane explosion [1] is casting questions whether this expensive operation is effective. The monitoring of the gas component of the atmosphere in the sealed area during the operation shows the decline of N2 and CH2 content with no effect on O2 and CO2 content in the area (Fig. 5-8). Without consideration of the role of the voids (goaf, old workings etc.) communicating with the sealed area the question co not be answered. Further investigations are needed in order to solve the problem.

8

Weryfikacja modelu matematycznego wydzielania metanu w rejonie ściany z uwzględnieniem zmian ciśnienia atmosferycznego

Dziurzyński W., Krach A., Krawczyk J., Pałka T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2004

|

Vol. 6, no. 3-4

131--142

PL

W artykule przedstawiono model zrobów, umożliwiający modyfikację programu komputerowego VentZroby, opracowanego w IMG PAN i służącego do prognozowania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w kopalnianej sieci wentylacyjnej ze zrobami tak, aby program ten uwzględniał w prognozie wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na stężenie metanu w sieci wentylacyjnej kopalni spowodowany zjawiskiem tzw. oddychania zrobów. W rozdziale 3 podano w skrócie opis modelu zastosowanego do wyznaczania przepływu mieszaniny gazów w zrobach w programie VentZroby. W rozdziale 4 przedstawiono podstawowe zależności dla zmodyfikowanego modelu zrobów, uwzględniającego zmiany ciśnienia barometrycznego i ich wpływ na gęstość mieszaniny metanu i powietrza w zrobach, traktowanej jako płyn ściśliwy. Algorytm obliczeń numerycznych dla tego modelu zamieszczono w rozdziale 5, a w rozdziale 6 przedstawiono weryfikację numeryczną tego algorytmu. Weryfikacja przedstawionego algorytmu wymagała opracowania testowego programu komputerowego dla sprawdzenia zbieżności procedury iteracyjnej wyznaczania rozkładu ciśnień w węzłach sieci bocznic modelującej zroby. Wykonana weryfikacja modelu matematycznego zrobów z uwzględnieniem zmian ciśnienia barometrycznego z zastosowaniem programu testowego „ZROBY” wykazała zbieżność procedury iteracyjnej, stosowanej w algorytmie obliczeniowym i potwierdziła celowość prowadzenia dalszych prac nad zastosowaniem tego modelu w programach numerycznego modelowania kopalnianych sieci wentylacyjnych ze zrobami.

EN

Variations of atmospheric pressure contribute to exchange of gases between goaf and a network of intentionally maintained underground workings of a mine. Oxygen forced in may trigger a spontaneous combustion while a pressure fall may drag toxic or explosive gases out of a goaf. Paper presents a mathematical model of those phenomena. This model is an extension of joined description of typical ventilation network and goaf, in which the goaf is represented by a grid of airways of a Darcy’s flow. Subsequent chapters describe the phenomena itself, relevant mathematical and numerical models, algorithm of solving the problem and results of first simulations which indicate correctness of presented approach.

9

Obserwacja stanu sieci wentylacyjnej przy pomocy interaktywnego programu z symulacją danych z systemu monitoringu

Dziurzyński W., Krawczyk J., Pałka T.

Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa

|

2004

|

R. 42, nr 1

18-26

PL

W artykule przedstawiono nowe możliwości programu komputerowego VentMet. Program ten pozwala na wyznaczanie rozkładu stężenia metanu w wyrobiskach i w zrobach z symulacją wpływu pracy kombajnu w ścianie. Nowe procedury umożliwiają w trakcie symulacji porównywanie zmian stężeń metanu zmierzonych przez systemu monitoringu z wynikami symulacji komputerowej przepływu powietrza i metanu. W trybie interaktywnym można dobierać parametry modelu w celu osiągnięcia zgodności z pomiarami. Prowadzi to do weryfikacji parametrów zastosowanego modelu matematycznego, a w perspektywie umożliwi prawidłowe prognozowanie stanu wentylacji rejonu ściany w warunkach postępującej eksploatacji w rejonie kopalni. Do badań wybrano rejon ściany W-1 kopalni .Pniówek.. Przedstawiono przykłady, które pokazują uzyskane rozwiązania w postaci wykresów czasowych zmian stężenia metanu i prędkości przepływu powietrza. W zakresie rozwoju oprogramowania pracującego w czasie rzeczywistym uzyskano dalszy postęp. Baza danych obejmująca jeden rok obserwacji procesu przewietrzania przez czujniki systemu monitoringu kopalni .Pniówek. pozwala na dalsze badania prowadzące do rozwoju metod weryfikacji postaci oraz parametrów modeli matematycznych zastosowanych w programie komputerowych VentMet.

EN

The article presents new potentiality of a computer programme VentMet This programme allows determining the methane distribution in mine workings and goafs, with simulation of an effect of a cutter-loader operation at longwall. Used in simulation the new procedures enable to compare the variation of methane concentration measured by monitoring system with the results of computer simulation of air and methane flow. In the interactive mode, to achieve conformity with measurements, one can choose the model parameters. The leads to verify the parameters of the mathematical model in use, and in view it will be possible to correct forecasting of ventilation state at longwall area under conditions of advancing working at mine region. For testing, the longwall W-1 of the .Pniówek. mine has been chosen. The article presents some examples that show the obtained solutions in a form of the diagrams of time variation of methane concentration and air flow velocity. A further progress in software of real time has been achieved. Data base comprising one year of observation of ventilation process by sensors of the monitoring system of the .Pniówek. mine enables further research work that may lead to developing the verification methods of forms and parameters of mathematical models used in the computer programme VentMet.

10

Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na stężenie metanu w prądzie powietrza wypływającym z rejonu ściany z przyległymi zrobami - model matematyczny i algorytm obliczeniowy

Krach A.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 1

43-53

PL

W artykule przedstawiono sposób modyfikacji programu komputerowego VentZroby, opracowanego w IMG PAN i służącego do prognozowania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w kopalnianej sieci wentylacyjnej ze zrobami tak, aby program ten uwzględniał w prognozie wpływ zmian ciśnienia barometryczncgo na stężenie metanu w sieci wentylacyjnej kopalni spowodowany zjawiskiem tzw. oddychania zrobów. Zagadnieniem tym zajmowali się liczni badacze, wśród których można wymienić W. Trutwina (1973), S. Wasilewskiego (1998) i Z. Kajdasza ze współautorami (2002). Trutwin podał model zrobów jako jedną dużą objętość, oddzieloną od wyrobiska przyległego strefą filtracji. Taki model tylko w przybliżeniu reprezentuje rzeczywiste zroby, które są obiektem o stałych rozłożonych i charakteryzuje się przestrzennym rozkładem prędkości filtracji mieszaniny powietrza i metanu i rozkładem dopływu metanu. Właściwości te uwzględnia model zrobów w postaci sieci wzajemnie prostopadłych bocznic (rys. 1) z dopływami metanu w węzłach (Dziurzyński 1998; Nawrat 1999), zastosowany w programie komputerowym VentZroby. W rozdziale 2 przedstawiono w skrócie podstawy teoretyczne tego modelu: równanie przepływu przez bocznicę sieci wentylacyjnej (1), równanie przepływu filtracyjnego przez zroby (3), równanie przepływu przez bocznicę sieci modelującej zroby (6) i wzór na stężenie metanu w strumieniach wypływających z danego węzła sieci bocznic (2). Modyfikację przedstawionego modelu w celu uwzględnienia wpływu zmian ciśnienia barometrycznego na rozkład stężenia metanu w zrobach i bocznicach sieci wentylacyjnej pokazano w rozdziale 3. Wychodząc od równania stanu gazu dla mieszaniny dwuskładnikowej (7) wyprowadzono wzór na zależność strumienia masy mieszaniny powietrza i metanu, dopływającej do danej objętości, od prędkości zmiany ciśnienia i stężenia w tej objętości (11). Następnie, z równania bilansu masy dla mieszaniny powietrza i metanu (12) wyprowadzono równanie różniczkowe (14), opisujące zmianę stężenia metanu w rozpatrywanej objętości. Wyprowadzone zależności pozwalają uzupełnić model zrobów tak, jak to pokazano na rysunkach 2 i 3. Na tej podstawie można zmodyfikować algorytm numerycznego obliczania rozpływu gazów i rozkładu stężenia metanu w bocznicach sieci wentylacyjnej i siatki modelującej zroby w sposób podany w rozdziale 4. Dla kolejnych kroków czasowych wykonuje się sekwencję działań, zaczynając od zapamiętania wartości ciśnień w węzłach sieci i obliczenia ciśnień w węzłach dla kolejnej wartości ciśnienia na zrębie szybu. Następnie oblicza się nowe ciśnienia w węzłach z zależności (16), dla tych ciśnień oblicza się dodatkowe dopływy masy do węzłów (17), dodaje się je do strumieni masy metanu dopływających do węzłów (18) i dla tych wartości dopływów wyznacza się rozpływ powietrza w bocznicach sieci wentylacyjnej łącznie z bocznicami siatek modelujących zroby. Dla obliczonych rozpływów wyznacza się ciśnienia węzłowe oraz odległość wektora tych ciśnień od wektora ciśnień wyznaczonych z zależności (16). Taką sekwencję działań powtarza się aż do uzyskania odległości wektorów ciśnień mniejszej od przyjętej jako miara dokładności obliczeń. Następnie wyznacza się stężenia w elementarnych objętościach zrobów skojarzonych z węzłami, rozwiązując numerycznie układ równań różniczkowych (19) i całą procedurę powtarza się dla kolejnego kroku czasowego. Realizacja przedstawionego algorytmu wymaga opracowania szeregu procedur programu komputerowego, a następnie wbudowania ich w odpowiednie miejsce obecnej wersji programu VentZroby. Prognoza rozkładów stężenia metanu w zrobach i w bocznicach sieci wentylacyjnej, uzyskana dzięki zamodelowaniu sieci wentylacyjnej wybranej, przykładowej kopalni w zmodyfikowanym programie VentZroby i wykonaniu symulacji zmian ciśnienia barometrycznego, wykaże prawidłowość i przydatność rozbudowy modelu zrobów w tym programie.

EN

The paper presents a manner of such modification of the computer program VentZroby, which was developed at IMG PAN and has served a purpose of predicting the distribution of air and distribution of methane concentration in a mine ventilation network with the goaf, that it includes in the forecast the influence of barometric-pressure variation on methane concentration in a mine ventilation network due to so called goaf respiration. The problem was considered by numerous research workers, let us mention W. Trutwin (1973), St. Wasilewski (1998) and Z. Kajdasz with co-authors (2002). Trutwin (1973) proposed a model of the goaf being one large volume, separated by a filtration zone from an adjacent working. Such a model only aproximately represents the real goaf that is an object with distributed constants and is characterized by spatial distribution of filtration felocity of an air - methane mixture and distribution of methane inflow. These features are taken into consideration by a model of the goaf in the shape of a network of mutualy perpendicular branches (Fig. 1) with methane inflow at nodes (Dziurzyński 1998;Nawrat 1999), which was applied to the computer program VentZroby. In Chapter 2, theoretical background of this model is presented in short: an equation of flow trough a branch of a ventilation network (1), an equation of filtration flow trough the goaf (3), an equation of flow trough a branch of a network that models the goaf (6), and a formula for methane concentration in streams that flow out of a given node of a network of branches (2). The modification of the presented model with the purpose of taking into account the influence of barometric-pressure variation on the distribution of methane concentration in the goaf and branches of a ventilation network is revealed in Chapter 3. Based on the gas law for a binary mixture (7), a formula was derived for dependence of mass flow of an air - methane mixture that flows into the given volume on the speed of pressure and concentration variations in this volume (11). Subsequently, from the mass-balance equation for an air - methane mixture (12) a differential equation (14) was derived that describes the methane-concentration variation in the volume under discusion. The derived equations enabled us to supplement the goaf model, as it was shown on Fig. 2 and 3. On these grounds it is possible to modify the algorithm for numerical calculation of distribution of gases and distribution of methane concentration in branches of a ventilation network ; and branches of the goaf-modeling network in the way which is given in Chapter 4. For succesive time steps a sequence of operation is run, starting from storing the pressure values at the network nodes and calculating the pressure at the nodes for successive pressure value at the outset. Afterwards, new pressures at nodes are calculated trough the relation (16), for these pressures additional mass inflows to the nodes are calculated (17), they are added to the methane mass streams that flow up to the nodes (18), and for these values of the inflows, the distribution of air in branches of the ventilation network is deterrmined, together with branches of networks that model the goaf. For the calculated distributions of air, nodal pressures and distance of the vectors of these pressures from the vectors of the pressures from the relation (16) are determined. Such a sequence of operations is repeated up to a distance of pressure vectors which is smaller than the distance accepted as measure of calculation accuracy. Next, methane concentrations in elementary volumes of the goaf associated with the nodes are determined through numerical solution of the system of differential equations (19) and the whole procedure is repeated for the subsequent time step. Realisation of the presented algorithm requires development of a number of procedures for the computer program and next building it in a proper place of the current version of the VentZroby program. A forecast of distribution of methane concentration in the goaf and branches of a ventilation network, prepared owing to modeling of the ventilation network of a selected exemplary mine through the modified VentZroby program and simulation of barometric-pressure variation, will prove correctness and usefulness of the development of the goaf model in the program.

11

On a certain mathematical model of a mine fire located in the goaf

Dziurzyński W.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Earth Sciences

|

2000

|

Vol. 48, nr 2

199-208

EN

This article contains a presentation of a mathematical model of the mine fire, which takes into account the consumption of oxygen in the coal combustion process. The adopted mathematical model of the mine fire, given in cylindrical coordinates, enables calculation of the temperature of the mine fire in the goaf, taking into consideration the transport and conduction of heat emitted during the coal combustion process. Furthermore, the absorption of heat by walls surrounding the goaf has also been taken into consideration.