Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ocena przydatności danych zbieranych przez czujniki systemu gazometrycznego dla celów modelowania numerycznego przepływu powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej

Wasilewski S., Krawczyk J., Janus J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 3-4

3--21

PL

Opracowanie i aktualizacja modelu numerycznego kopalni wymaga wykonywania szeregu pomiarów zarówno parametrów geometrycznych wyrobisk jak i parametrów fizyko-chemicznych powietrza w tym prędkości, ciśnienia i temperatury oraz składu chemicznego powietrza płynącego w sieci wyrobisk. Systemy gazometrii automatycznej stosowane w kopalniach węgla kamiennego dostarczają wielu informacji dotyczących bieżącego stanu parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni. Obecnie kopalnie stosują ponad 1200 anemometrów (średnio około 40 w kopalni) oraz ponad 250 czujników ciśnienia barometrycznego (średnio około 8-9 w kopalni) czy ponad 4500 metanomierzy (średnio około 150 w kopalni). Wydaje się obecnie możliwe opracowanie metodyki wykorzystania bogatej bazy danych rejestrowanych w systemach gazometrii automatycznej jako uzupełnienie pomiarów in-situ zarówno do celów tworzenie modeli numerycznych jak i ich weryfikacji. Takie zastosowanie danych z czujników stacjonarnych systemu gazometrii musi uwzględniać własności metrologiczne tych czujników, specyficzne wymagania dla stosowania czujników stacjonarnych w systemach gazometrii automatycznej. W artykule wybrano wielkości fizyczne, które potencjalnie mogą być określane przy pomocy danych z czujników systemu gazometrii. Określono również zagadnienia, w których dane z czujników mogą być wykorzystane dla programu Ventgraph i metody objętości skończonej.

EN

Developing and updating of the mine numerical model requires performing a series of measurements both geometric parameters of mine drift and physico-chemical parameters including air velocity, pressure, temperature and chemical composition of the air flowing in the mine network. Automatic gasometric system used in coal mines provide a lot of information about the current parameter state of air in the mine drift. Now a days more than 1200 anemometers are used (average 40 on a mine), over 250 barometric pressure sensors (average 8-9 on a mine) and more than 4500 methanometers (average 150 on a mine). It seems possible to develop a methodology to use a rich database of registered in gasometric system as a complement to in-situ measurements for the development of numerical models. Such use of data form sensors of gasometric system must take into account the metrological properties of these sensors, specific requirements for stationary sensors used in automatic gasometric system. Authors selected physical quantities that potentially can be determine by using data form gasometric systems sensors. Also identified issues where sensors data can be used for Ventgraph program and finite volume method.

2

Źródła niepewności w kopalnianych pomiarach wentylacyjnych

Krach A.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr spec

151-178

PL

W artykule przedstawiono sposoby określania niepewności pomiaru wybranych parametrów wentylacyjnych, mierzonych w ramach ciągłego monitoringu lub okresowych kontroli procesu wentylacji kopalni. W kolejnych rozdziałach artykułu zaprezentowano funkcje modelujące pomiar i wariancje złożone następujących wielkości: -średnia prędkość i strumień objętości powietrza w wyrobisku; -stężenie niebezpiecznych gazów w strumieniu powietrza; -absolutne ciśnienia statyczne w węzłach sieci wentylacyjnej, różnice ciśnień statycznych i całkowitych, straty naporu; -gęstość powietrza w bocznicach, niezbędna przy pomiarach prędkości powietrza przyrządami spiętrzającymi, przy wyznaczaniu oporów aerodynamicznych, depresji naturalnej i sporządzaniu schematów potencjalnych; -opory aerodynamiczne wyrobisk, od których zależy rozpływ powietrza w sieci wentylacyjnej.

EN

Monitoring and control of ventilation in mines requires the measurements of basic parameters on the regular or periodic basis. The main parameters of the ventilation process include: -average velocity and stream of air in the mine headings; -concentration of hazardous gases in the air stream; -absolute static pressure in the nodes of the ventilation network, differences in absolute and total pressure, pressure loss; -air density in branches required in airflow velocity measurements using impact devices, necessary to determine aerodynamic drag, natural depression and to graph potential diagrams; -aerodynamic resistance in mine headings which affects air propagation in the ventilation network. Of particular interest is reliability of measurements. In accordance with the guidelines issued by the International Committee of Measures, the quality of measurement is measured by its uncertainty. The standard value of uncertainty of measurements is expressed as the standard deviation. When the measurement result is derived from other quantities, the total uncertainty equals the positive square root of the complex variation, expressed by the formula (1). A major determinant of measurement result precision in complex measurements is the function modelling the measurements. It should involve as many correlations between input quantities as possible, even though some of these quantities are negligible while computing the final results. Further sections outline the methods of estimating the uncertainty of measurements of selected ventilation parameters. Chapter 4 reviews the major sources of uncertainty of measurements of the average airflow velocity in the gallery cross-section, using a vane anemometer. The method of continuous traversing is employed. The modelling function is provided (3) and so is the complex variance of the measurement result (4). Component variations of the two input parameters in the model are: -accuracy of readouts of average airflow velocity from the anemometer; -coefficients of the anemometer characteristics; -fluctuations of airflow velocity; -shape of the traversing path; -the rate of anemometer movement; -velocity profile in the gallery cross-section; -presence of people in the gallery cross-section. Chapter 5 investigates the uncertainty of measurements of the surface area of the gallery cross-section, which comprises the uncertainty of air volume measurements expressed by (20) in chapter 6. Chapter 7 focuses on measurements of local concentrations of hazardous gases and volume fractions of those gases in the stream of flowing air. Variances of streams of hazardous gases in measurements using the summation of elementary streams or measurements of local flow intensity are given as (22) and (25). Measurements of pressure and pressure differences are of key importance in mines. They are required for flow velocity measurements using impact devices, in measurements of pressure loss, fan characteristics, aerodynamic drags and while preparing socalled depression images of the mine. Measurements of pressure differences at two distant points of the ventilation network are taken using the barometric method whereby the difference between absolute pressures at those points is measured. Chapter 8 deals with uncertainty involved in measurements of barometric pressure and pressure difference, taking into account such sources of uncertainty as random fluctuations of absolute pressure in the mine headings, characteristics of the measuring equipment and resolution of the readout systems. In the case of measurements of pressure differences three cases are considered: -uncertainty of the difference of two absolute pressures measured at the beginning and at the end of the gallery with two different instruments, the pressure measurements taken at certain .time intervals (39); -uncertainty of the difference of two absolute pressures measured at the beginning and at the end of the gallery using the same instrument, the pressure measurements taken at certain time intervals; -uncertainty of the difference of two absolute pressures measured at the beginning and at the end of the gallery with two different instruments, the pressure measurements taken at the same time (43). The knowledge of air density is requisite for measurements of airflow velocity using impact devices, for determining aerodynamic resistance, natural depressions and potential diagrams. Uncertainty involved in air density measurements is investigated in chapter 9. Results of measurements of absolute pressure difference, air density, airflow velocity and gallery cross-section and the difference in altitude of control points are input values to the mathematical model of measurements of aerodynamic resistance, expressed as (59) or (60). The uncertainty of resistance measurement is the complex one. Individual components of the complex variance of the drag are investigated in chapter 10. For each input value the sensitivity factor is also provided.

3

Numerical analysis of time series of the mine air parameters

Szywacz J., Wasilewski S.

Archives of Mining Sciences

|

2003

|

Vol. 48, nr 4

445-479

EN

Implemented in coal mines, the systems for monitoring and control of gas hazards and ventilation performance provide a great number of data onto the surface. The purpose of those systems is current control maintained by the mine's dispatch service in relation to the mine atmosphere, and in particular in the aspects of potential methane and fire hazards. As the test had proved (Dziurzyński, Wasilewski 1999), such data may be also applied for both the analyses and prophylactic-preventive measures carried out by ventilation services in mines. This paper presents is the analysis of time series of signals from measurement of the mine air, registered in systems for monitoring and control of ventilation. Observation of the signals representing physical-chemical parameters of the mine air (pressure, air flow velocity or gases CH4, CO, and smoke concentration) prove that the above are subjected to disturbances of random amplitude and duration. Reliability and effectiveness of the analyses being carried out require both the information on properties of physical-chemical parameters of mine air and identification of the signals' frequency/time structure. Occurrence of the random disturbances in ventilation process and insufficient knowledge of the venue structure bring about a necessity of the statistic methods of identification to be applied in practice. A significant advantage of the statistic methods of processes identification (Mańczak 1971) may be the fact that their application docs not require experiments, but is based on data registered in conditions of the venue's regular operation. These are just the most appropriate methods that enable to evaluate characteristics of the objects subjected to non-measurable random disturbances. For this purpose a numerical analysis of measuring data, based on the correlation-spectral theory of stationary stochastic processes is proposed. The air physical-chemical parameters are the continuous realisation of the stochastic process observed only at discrete moment in time, because in computerised monitoring systems they are subjected to sampling with a fixed frequency, giving a sequence of real numbers that form a time series. As a result of the numerical analysis of a stochastic process the characteristics of signals (Bendat, Piersol 1976; Otnes, Enochson 1978) with regards to amplitude (statistical analysis), time (correlative analysis) and frequency (spectral analysis) were determined. In the correlative-spectral analysis of time series the calculation algorithms based on the discrete Fourier transform are applied. Independently of individual signals testing, the paper presents the results of testing of inter-dependencies between signals registered at various points of the mine workings network. So obtained information may be applied to the multi-aspect identification of the network parameters, with the use of signals correlation. The numerical analysis of time series in a complex network may be also used (Wasilewski 1998) for evaluation and balance of gases being released during of exploitation work, e.g. shooting, or gas-dynamic phenomena caused by rapid outflow of methane due to bump, methane breakout or explosion (Report of the Commission WUG, 2002).

PL

Zainstalowane w kopalniach systemy monitorowania i kontroli zagrożeń gazowych i stanu wentylacji dostarczają na powierzchnię dużą liczbę danych. Celem tych systemów jest doraźna kontrola przez dyspozytorów kopalń stanu atmosfery kopalnianej, szczególnie pod kątem zagrożeń metanowych i pożarowych. Doświadczenia pokazują (Dziurzyński, Wasilewski 1999), że dane te mogą być również wykorzystywane przez służby wentylacji kopalń do analiz i działań profilaktyczno-prewencyjnych. W artykule przedstawiono analizę szeregów czasowych sygnałów pomiarowych parametrów powietrza kopalnianego rejestrowanych w systemach monitorowania i kontroli wentylacji. Obserwacja sygnałów reprezentujących parametry fizyczno-chemiczne powietrza kopalnianego (ciśnienie, prędkość powietrza czy stężenie gazów CH4, CO, oraz dymu) pokazują, że podlegają one silnym zakłóceniom o przypadkowej amplitudzie oraz czasie trwania. Wiarygodność i skuteczność wykonywanych analiz wymaga zarówno informacji o właściwościach parametrów fizyczno-chemicznych powietrza kopalnianego, jak i znajomości struktury częstotliwościowo-czasowej sygnałów. Występowanie przypadkowych zakłóceń w procesie wentylacji oraz niedokładna znajomość struktury obiektu powodują konieczność stosowania w praktyce statystycznych metod identyfikacji. Istotną zaletą statystycznych metod identyfikacji procesów (Mańczak 1971) jest fakt, że nic wymagają one dodatkowych eksperymentów, ale wykorzystują dane rejestrowane w warunkach normalnej eksploatacji. Właśnie te metody pozwalają na ocenę właściwości obiektów poddawanych niemierzalnym zakłóceniom przypadkowym. W tym celu proponuje się analizę numeryczną danych pomiarowych opartą na teorii korelacyjno--widmowej stacjonarnych procesów stochastycznych. Parametry fizyczno-chemiczne powietrza są ciągłymi realizacjami procesu stochastycznego obserwowanymi tylko w dyskretnych chwilach czasu, ponieważ w komputerowych systemach monitorowania podlegają próbkowaniu z ustaloną częstotliwością, dając ciąg liczb rzeczywistych stanowiących szereg czasowy. W wyniku analizy numerycznej procesu stochastycznego wyznacza się zdeterminowane charakterystyki sygnałów (Bendat, Piersol 1976; Otnes, Enochson 1978) w dziedzinie amplitudy (analiza statystyczna), czasu (analiza korelacyjna) oraz częstotliwości (analiza widmowa). W analizie korclacyjno-widmowej szeregów czasowych wykorzystuje się algorytmy obliczeniowe oparte na dyskretnym przekształceniu Fouriera. W artykule niezależnie od badania pojedynczych sygnałów dokonano również badania zależności wzajemnych sygnałów rejestrowanych w różnych punktach sieci wyrobisk kopalnianych, które mogą być szeroko wykorzystywane do identyfikacji parametrów sieci z wykorzystaniem korelacji wzajemnej sygnałów. Analiza numeryczna szeregów czasowych w złożonej sieci może być również wykorzystywana (Wasilewski 1998) do oceny i bilansu gazów wydzielających się w czasie prowadzenia robót eksploatacyjnych, np. strzelania czy zjawisk gazodynamicznych wywołanych nagłym wypływem metanu w wyniku tąpnięcia, wyrzutu czy wybuchu metanu (Sprawozdanie Komisji WUG, 2002).

4

Testing air-flow velocity distributions across a section of a duct at a mine-ventilation station

Dziurzyński W., Krach A.

Archives of Mining Sciences

|

2001

|

Vol. 46, nr 3

227-236

EN

This paper details the construction of air volume flow rate measurement apparatus in mine ventilation ducts using the profile of velocities integration method and describes measurements with the use of this equipment to take measurements the duct in a main, multi-fan ventilation station installed in one of the mines in the Polish copper field. The results of the in-situ measuring procedure were used to calculate the distribution of velocities of air-flow across the duct section for single fans and with various parallel configurations of fans.

PL

W artykule przedstawiono budowę urządzenia do pomiaru strumienia objętości powietrza w kopalnianych kanałach wentylacyjnych metodą całkowania bryły prędkości oraz podano opis wykonania pomiaru z zastosowaniem tego urządzenia w kanale wielowentylatorowej stacji głównego przewietrzania jednej z kopalń zagłębia miedziowego. Wyniki przeprowadzonych pomiarów wykorzystano do wyznaczenia pola prędkości przepływu powietrza w kanale przy pracy pojedynczych wentylatorów i różnych wariantów pracy równoległej.

5

Pomiar strumienia objętości powietrza w kanale kopalnianej stacji wentylacyjnej

Dziurzyński W., Krach A.

Przegląd Górniczy

|

2000

|

T. 56, nr 9

21-25

PL

W artykule przedstawiono budowę urządzenia do pomiaru strumienia objętości powietrza w kopalnianych kanałach wentylacyjnych metodą całkowania bryły prędkości, podano opis wykonania pomiaru z zastosowaniem tego urządzenia w kanale wielowentylatoro-wej stacji głównego przewietrzania jednej z kopalń zagłębia miedziowego i zaprezentowano wyniki przeprowadzonych pomiarów.

EN

The paper presents construction of a device for air volume stream in the mine fan drift measurement by the solid of velocities integration method. Description of measurement execution with this device application in the multi-fan drift of the main ventilation station of one of the mines of the copper basin is given. Results of the carried out measurements are presented.