Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Czynniki kształtujące wzrost zagrożenia metanowego w ścianach w świetle doświadczeń Głównego Instytutu Górnictwa

Krause Eugeniusz, Litwa Piotr

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2021

|

nr 3

2--8

PL

W publikacji omówiono czynniki kształtujące poziom zagrożenia metanowego w rejonach ścian wydobywczych w polskich kopalniach węgla kamiennego w okresie wdrażania działań restrukturyzacyjnych, skutkujących między innymi wzrostem koncentracji wydobycia. Doświadczenia GIG Kopalni Doświadczalnej „Barbara", m.in. w zakresie zwalczania zagrożenia metanowego i pożarowego w polskich kopalniach, oraz 20-letnia współpraca tej jednostki naukowo-badawczej z Wyższym Urzędem Górniczym pozwoliły na opracowanie zasad, wytycznych oraz kryteriów oceny zagrożenia metanowego, stanowiących narzędzia dla praktyków w warunkach sukcesywnie zwiększającego się wydzielania metanu do środowiska ścian. Publikacja omawia efekty tej współpracy w zakresie poprawy bezpieczeństwa pracy w kopalniach węgla kamiennego.

EN

The publication discusses the research acquis of the Central Mining Institute of the Experimental Mine „Barbara" in the field of combating methane risk in Polish hard coal mines. As a result of more than 20 years of research, principles and guidelines for assessment and design of mining works in methane fields were developed in the form of instructions. The most important of them are: 1. Rules for classifying workings (rooms) in methane fields into individual levels of explosion risk in coal mining plants [9]. 2. Rules for classifying workings in methane fields in coal mining plants as hazardous into methane explosion risk levels [4]. 3. Rules for airing excavations under methane hazard conditions, including the selection of ventilation devices to mitigate it [6]. 4. Dynamic forecast of absolute wall methane-bearing capacity [7]. 5. Principles of working longwalls under methane hazard conditions [8]. 6. Principles of designing mining works under conditions of combined methane and fire hazard [5]. All these studies provided mine engineering staff with tools for assessing methane risk at the stage of designing and conducting mining works, as well as allowed for the selection of preventive actions.

2

Analysis of Methane Concentration Distribution at U-Ventilated Longwall Outlet – Case Study

Niewiadomski Adam, Badura Henryk, Ivanova Tanyana N., Repko Alexandr, Yury Nikitin R.

New Trends in Production Engineering

|

2020

|

Vol. 3, Iss. 1

149 --168

EN

The methane hazard concerns a growing number of longwalls in the Polish coal mining industry each year. Mitigating this hazard, both of work safety and economic reasons requires the application of preventive measures adequate to its level. Commonly threat level is estimated based on registered methane concentrations, which fluctuate and highly depends on the place of measurement. The article presents studies on the average and maximum methane concentrations at the longwall outlet, including analyses of the interdependence of methane concentration in methanometry sensors installation locations.

3

Zmiany strumienia powietrza w wyrobiskach ścianowych w aspekcie bezpieczeństwa pracy

Kapusta M., Obracaj D.

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2013

|

nr 8

23--32

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów prędkości powietrza wzdłuż frontu ściany dla systemów przewietrzania U i Y. Pomiary zostały wykonane w czterech czynnych wyrobiskach ścianowych, zróżnicowanych pod względem warunków geologiczno-górniczych. Wyniki pomiarów oraz ich interpretację zaprezentowano w formie graficznej. Na podstawie uzyskanych wyników zamodelowano przepływ powietrza przez strefę zrobów i określono miejsca wypływu powietrza. Do przeprowadzenia symulacji rozpływu powietrza przez strefę zawałową w zrobach wykorzystano program komputerowy.

EN

The results of measurements of air velocity along longwalls with U and Y ventilation systems are presented. Measurements are conducted in four working longwall excavations with different mining and geological conditions. Volumetric and mass flow rate along longwall excavations are calculated on the basis of the obtained results. The measurement results and their interpretation are presented in a graphic form. On the basis of the obtained results, air flow in goaf zone is modeled and places of air leakages in longwalls are determined. The computer programme [6] was used for this purpose. On the basis of the conducted research and calculations it can be concluded that in the case of longwalls with Y ventilation systems there is a decrease in volumetric air flow rate along the whole longwall. For longwall 809 there was a decrease of about 26% in relation to mass flow rate at the inlet to the longwall. The air returns gradually along top entries starting at crossroads of the main gate with the entry. In the case of longwalls with U ventilation systems, which occupy 2/3 of the width of the longwall there are air leakages into goaf. The air returns to the longwall at the distance of 1/3 width of a longwall from the crossroads of the tail gate with an entry.

4

Dopuszczalne wybiegi ścian z uwagi na długość dróg ucieczkowych w przypadku stosowania przewietrzania w układzie U

Badura H.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 2

16-24

PL

W artykule omówiono wpływ stosowania wymiany środków ochrony dróg oddechowych oraz wykonania przecinki w polu ścianowym łączącej chodnik podścianowy z nadścianowym, na dopuszczalny z uwagi na długość dróg ucieczkowych wybieg ścian podłużnych przewietrzanych w układzie U. Stwierdzono, że wykonanie przecinki przynosi mniejsze wydłużenie wybiegu niż stosowanie wymiany środków ochrony dróg oddechowych. Największe wydłużenie wybiegu osiąga się przez jednoczesne wykonanie przecinki oraz zastosowanie wymiany środków ochrony dróg oddechowych.

EN

The article discusses the influence of application of exchange of air ways protection means and driving of a set-up entry in the longwall panel connecting the main gate with the tail gate on an admissible, from the point of view of the length of escape routes, life (in terms of distance) of longitudinal longwalls ventilated using the "U" system. It has been found that driving of a set-up entry brings smaller extension of the longwall life (in terms of distance) than the application of air ways protection means. The optimum results of longwall life (in terms of distance) extension can be achieved by simultaneous driving of the set-up entry and application of exchange of air ways protection means.

5

Air flow measurements through the laboratory stand of the crossing of the long wall and ventilation gallery for CFD code validation

Branny M., Karch M., Wodziak W., Szmyd J., Jaszczur M., Nowak R.

AGH Journal of Mining and Geoengineering

|

2012

|

Vol. 36, no. 2

59-68

EN

In this study results of the experimental and numerical research of the air flow through a system of T- -shape ventilation ducts have been presented. The laboratory model is a certain simplification of the system of the intersection of the long wall and the ventilation gallery. Simplifications refer both to the object's geometry such as the rectangular shape of the cross-section of the workings as well as the lack of elements constituting the long wall and heading equipment along with the air flow conditions such as the lack of air inflow from the goaf domain. The laboratory model consists of the inlet channel (the final part of the long wall), the cavity and the outlet channel (the ventilation gallery) at the end of which a fan has been installed. The aim of the conducted research is an attempt to evaluate the accuracy with which numerical simulations map the real flow. Velocity measurements have been conducted using the PIV method (Particle Image Velocimetry). The point of the measurement lies in the introduction of marker particles to the flowing fluid. Their movement is monitored by a CCD camera perpendicular to the illuminated plane. Digital registration and image correlation allows for the determination of the velocity vectors in the whole flow area. Numerical simulation of the air flow for identical conditions such as during experimental research has been carried out with the CFD methods (Computational Fluid Dynamics) and with the use of the FLUENT software. In the study two turbulence models have been tested: standard k-epsylon and the RNG k-epsylon model. Measurements have been conducted for an average flow velocity equal to 9,85 m/s, and so for Reynolds number equal to 148 600. The experimental results have been compared to the results of numerical simulations. The conducted research allows for evaluation of accuracy with which the numerical simulations map the real flow. The greatest differences between the measured and calculated velocity field occur in the cavity zone. In this part of the flow domain the standard k-epsylon model imitates the conditions of the real flow better than the RNG k-epsylon model. The velocity field at the beginning of the outlet channel is calculated with satisfactory accuracy, however, in the zone of the secondary flow differences between the measurements and calculations are meaningful. In this part of the flow domain the consistency of measurements and calculations is arrived at with the use of the RNG k-epsylon model.

PL

W pracy prezentowane są wyniki badań eksperymentalnych i numerycznych przepływu powietrza przez układ przewodów wentylacyjnych (wyrobisk) w kształcie litery T. Model laboratoryjny jest pewnym uproszczeniem układu wyrobisk skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Uproszczenia dotyczą zarówno geometrii obiektu jak i warunków przepływu. Stanowisko laboratoryjne składa się z kanału dolotowego (końcowy fragment ściany), wnęki i kanału wylotowego (chodnik wentylacyjny) na którego końcu zainstalowano wentylator pracujący w trybie ssącym. Celem przeprowadzonych badań jest próba oszacowania dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ fizyczny. Pomiary prędkości wykonywano metodą PIV (Particle Image Velocimetry). Istota pomiaru polega na statystycznym oszacowaniu ruchu cząstek wskaźnikowych wymieszanych z powietrzem, których ruch rejestrowany jest przez kamerę cyfrową. Cyfrowa rejestracja i korelacja obrazów cząstek umożliwia określenie składowych wektora prędkości w całym obszarze przepływu. Symulację numeryczną przepływu powietrza, dla warunków identycznych jak w badaniach eksperymentalnych wykonano metodą CFD (Computational Fluid Dynamics) przy użyciu programu FLUENT. W pracy testowano dwa modele turbulencji: standardowy k-epsilon i jego modyfikację model RNG k-epsilon. Pomiary wykonano dla średniej prędkości przepływu równej 9,85 m/s czyli przy liczbie Reynoldsa wynoszącej 148 600. Wyniki eksperymentalne porównano z wynikami symulacji numerycznych. Wykonane badania pozwalają na ocenę dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ rzeczywisty. Największe różnice między zmierzonym i obliczonym polem prędkości występują w strefie wnęki. W tej części obszaru przepływu model k-epsilon lepiej niż RNG k-epsilon przybliża warunki rzeczywistego przepływu. Pole prędkości w kanale dolotowym jak i na początku kanału wylotowego obliczane jest z zadawalającą dokładnością jakkolwiek w strefie przepływu wtórnego różnice pomiędzy pomiarami i obliczeniami są znaczące. Dobrą zgodność pomiarów z obliczeniami w tym fragmencie obszaru przepływu uzyskuje się przy użyciu modelu RNG k-epsilon.

6

Three-dimensional distribution of temperature and gas concentration in longwall drifts accompanying the phenomenon of self-combustion of coal deposited in longwall goafs

Skotniczny P.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 2

235-255

EN

Self-combustion of coal deposit in a goafs area is common phenomenon in underground coal mines. The essence of this phenomenon is slow oxidation of coal leavings caused by air flow, which, in conjunction with insufficient heat transfer produces temperature rise above its ignition value. Main problem concerning self combustion phenomenon is proper estimation of the process scale. The most efficient way dealing this problem would be constant monitoring of mine atmosphere composition in selected region located inside goafs zone, but this kind of activity is impossible to realize mainly because of technical constrains. One of the solution assumes constant monitoring of air composition in upper comer, in this case however content of carbon monoxide could indicate already existing fire in the goafs, not the self heating conditions. Taking into account above observations, it would be good solution to utilize temperature sensors in longwall 's upper corner as an additional source of information concerning temperature changes in longwall, which depends, besides presence of eIectrical equipment also on goafs thermal activity. Of course one ought to calibrate sensors due to additional heat sources (cutter, conveyor etc.), but measured constant rise of temperature in this place could be the signal for early prevent action. Unfortunately this kind of solution meets the same constrains as previous one. Therefore the best solution for approaching this phenomenon is to deal with it numerically. Presented paper discuss results of three - dimensional CFD simulation of temperature and carbon monoxide propagation inside goafs -longwall complex. Because of high Reynolds number, Re > 105, which implies turbulent flow in longwall excavations, the calculation was realized using k-w-SST model (proved to be suitable by Wala). The simulation results are represent in a form of three-dimensional distributions of temperature inside goafs and longwall zone (fig. 9), carbon monoxide concentration (fig. 14) and as a two dimensional charts of temperature and carbon monoxide in selected places of goaf-Iongwall complex (fig. 11 and 16).

PL

Samozagrzewanie węgla zdeponowanego w zrobach ścianowych jest zjawiskiem powszednim w kopalniach węgla kamiennego. Istotą procesu jest powolne utleniania zdeponowanego w zrobach węgla dzięki dostępowi powietrza penetrującego przestrzeń zrobów. Zjawisko to jest naturalne i nieuniknione, jednakże jego niekontrolowany przebieg a w szczególności niedostateczny odbiór energii cieplnej zgromadzonej w obszarze zrobów może prowadzić do powstania ogniska pożaru endogenicznego, co bezpośrednio prowadzi do zagrożenia zdrowia i życia pracujących górników. Głównym problemem w walce z tym zagrożeniem jest właściwe ocenienie skali procesu. Najkorzystniejszym w tym przypadku rozwiązaniem byłby ciągły monitoring temperatury w różnych punktach w głąb zrobów, jednak tego typu działanie jest niemożliwe do realizacji ze względów technicznych oraz logistycznych; należałoby przezbrajać sieć czujników wraz z postępem ściany. Pewnym kompromisem mogłoby być monitoring składu chemicznego powietrza w górnym narożu, w którym obecność tlenku węgla jest wskaźnikiem zachodzącej reakcji prowadzącej do powstania pożaru endogenicznego. W tym przypadku samo badanie powietrza na zawartość CO może się okazać działaniem spóźnionym, ponieważ występowanie tlenku może być spowodowane istniejącym już ogniskiem pożaru. Mając na uwadze to spostrzeżenie interesującym podejściem może być dodatkowo wykorzystanie czujników temperatury badających rozkład temperatur w górnym narożu oraz w wyrobisku nadścianowym. W tym przypadku monotoniczne narastanie wartości temperatury średniej w przekrojach kontrolnych może być wskaźnikiem kumulacji temperatury w przestrzeni zrobowej. Oczywiście zastosowanie tej metody wiązałoby się z przeprowadzeniem kalibracji czujników w której należałoby wziąć pod uwagę chwilowe zmiany wartości temperatury spowodowane pracą urządzeń elektrycznych (kombajn, przenośnik zgrzebłowy itp.) lecz tego typu informacja mogłaby się okazać dobrym wskaźnikiem do rozpoczęcia akcji prewencyjnej mającej na celu doprowadzenie do wychłodzenia części materiału w zrobach a przez co zlikwidowania potencjalnego ogniska pożaru. W artykule omówiono wyniki trójwymiarowych symulacji CFD propagacji temperatury i tlenku węgla przy założeniu skupionego źródła temperatury w zrobach ścianowych oraz wyrobiskach ścianowych. Do wyznaczenie wielkości związanych z wymianą masy i energii zastosowano turbulentny model k-w-SST (równania I i 2) stosowany z powodzeniem w tego typu przypadkach (Wala i in., 2004) Ponadto wykonano obliczenia w przestrzeni zrobów przy założeniu równomiernej porowatości ośrodka, która wprowadza dodatkowy człon źródłowy (równanie II) w równaniach ruchu. Przestrzenne rozkłady stężeń tlenku węgla były modelowane dzięki sformułowaniu dodatkowego równania ruchu (równanie 14). Wyniki symulacji zostały przedstawione w postaci trójwymiarowych rozkładów temperatur w zrobach oraz przestrzeni wyrobisk ścianowych (rysunek 9) , przestrzennych rozkładów stężeń tlenku węgla (rysunek 14) oraz w postaci wykresów opisujących zmiany temperatur i stężeń w szczególnych miejscach kompleksu zroby-wyrobiska ścianowe (rysunki Iloraz 16). Omawiany przykład należy potraktować jako wstęp do dalszej analizy zagadnienia z zastosowaniern metod numerycznej mechaniki płynów do przewidywania zjawiska powstawania pożaru endogenicznego w zrobach ścianowych.

7

Computer simulation of flow of air and methane mixture in the longwall- return crossing zone

Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2006

|

Vol. 51, no 1

133-145

EN

This paper investigates how the positions of jet fans, installed at the outlet ITom the longwall region, should affect the efficiency of methane rarefaction and removal ITom the area. The adequacy of the suggested solution is verified by numerical simulations supported by the programme FLUENT 6.1. The flow region comprising two crossing headings (Iongwall end section with the return airway) is shown in Fig. I. Methane inflow ITom the rock strata is modelled by assuming the appropriate boundary condition on one of the walls restricting the flow region. The potentials to reduce methane hazards by the use of free jet fans are explored. The fan WLE-603B is installed in the inlet cross-section of the niche (x = 5 m), in three positions: a) half-way the section width, 0.5 m from the roof b) in the upper corner ofthe inlet cross-section c) in the lower corner of the inlet cross-section and d) underneath the roof, at the distance x = 4 m from the niche front e) underneath the roof, at the distance x = 6 m from the niche front Fig. 5-6 and 7-8 show velocity fields and distributions of mass fractions of methane at selected cross-sections. The most favourable variants are those designated as b (Fig. 5, 7) and c and e, where the fan is positioned in the upper or lower corner of the inlet cross-section or when it is pushed into the through-flow stream. Registered differences between these solutions are minor and prove to be negligible in practical applications.

PL

W pracy analizowano wpływ rozmieszczenia wentylatorów pomocniczych, instalowanych na wylocie ze ściany na możliwość rozcieńczania i usuwania metanu z tego rejonu. Skuteczność projektowanego rozwiązania oceniano drogą symulacji numerycznej. Obliczenia wykonano przy użyciu programu FLUENT 6.1. Obszar przepływu, składający się z dwóch krzyżujących się wyrobisk (sekcja końcowa ściany z chodnikiem nadścianowym) przedstawiono na rys. 1. Dopływ metanu z górotworu modelowano poprzez przyjęcie odpowiedniego warunku brzegowego na jednej ze ścian ograniczających obszar przepływu. Założono, że mieszanina powietrzno-metanowa jest gazem doskonałym i ściśliwym, dla którego znajduje zastosowanie równanie Clapeyron'a. Ruch mieszaniny jest ustalony zaś proces przebiega w warunkach izotermicznych. Rozważany problem opisany jest układem równań ciągłości (2) oraz Naviera-Stokesa, modelu k-E: i transportu składników chemicznych o postaci ogólnej (3) (FLUENT Inc., 2005). W otworach wlotowych zadawano stały strumień masowy zarówno dla powietrza jak i metanu. Kinetyczną energię turbulencji i szybkość dyssypacji tej energii wyliczano przy założeniu 10% intensywności turbulencji na wlocie. Udziały masowe poszczególnych składników mieszaniny gazowej wynosiły dla powietrza y Nz = 0.76; y Oz = 0.23 i Y HzO= 0.01 natomiast dla wlotu metanu Y c~ = 1.0. W przekroju otworu wylotowego zakładano, że ciśnienie jest wielkością stałą natomiast dla pozostałych zmiennych przyjmowano, że w kierunku przepływu at; = o . Przy opisie warunków przyściennych korzystano z klasycznego modelu ax funkcji ściany. W prezentowanych przykładach analizowano możliwość zmniejszenia zagrożenia metanowego przy użyciu wentylatora wolnostrumieniowego. Wentylator WLE-603B usytuowano w przekroju wlotowym do wnęki (x = 5 m) w trzech położeniach: a) w połowie szerokości w odległości 0.5 m od stropu, b) w górnym narożu przekroju wlotowego, c) w dolnym narożu przekroju wlotowego oraz d) pod stropem w odległości x = 4 m od czoła wnęki, e) pod stropem w odległości x = 6 m od czoła wnęki. Na rysunkach 5+6 i 7-8 przedstawiono odpowiednio obrazy pól prędkości oraz rozkłady udziałów masowych metanu w wybranych przekrojach. Najkorzystniejszymi rozwiązaniami z uwagi na możliwość rozcieńczania i usuwania metanu z rozważanego obszaru są warianty b (rys. 5,7), c i e, w których wentylator znajduje się w górnym lub dolnym narożu przekroju wlotowego bądź też przesunięto go w głąb strumienia obiegowego. Odnotowane różnice między tymi rozwiązaniami są nieznaczne a dla praktyki nieistotne. Najwyższe stężenia metanu występują gdy wentylator znajduje się we wnęce (wariant d, rys. 6, 8) jak również wtedy gdy jest zainstalowany pod stropem w połowie szerokości wnęki (wariant a). Obliczenia numeryczne odwzorowują również strefę przepływu wtórnego związaną ze zmianą kierunku przepływu prądu obiegowego a powstającą w wyniku oderwania strugi na krawędzi przecięcia się calizny ściany i ociosu chodnika nadścianowego.