Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Narzędzia komputerowe dla wariantowych symulacji procesu przewietrzana z dostępem do czujników systemu gazometrycznego kopalni

Dziurzyński W., Pałka T., Krach A., Wasilewski S.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2015

|

Vol. 17, no. 3-4

3--14

PL

Rozwój narzędzi komputerowych do wariantowych symulacji i analizy procesu przewietrzana w warunkach pracy zestawów wydobywczych (kombajn, przenośnik, obudowa) wymaga aktualizacji zastosowanych modeli w programie komputerowym poprzez rozbudowę o elementy procesu przewietrzania dotychczas pomijane. W pracy przyjęto zastosowanie czujników systemu gazometrycznego dla przygotowania danych początkowych i brzegowych dla prowadzenia wariantowych symulacji procesu przewietrzania w warunkach dopływu metanu. Rozpoczynając symulację, istotnym jest prawidłowe, zgodne z rzeczywistym dopływem metanu przygotowanie danych. Prowadzi to do wykonania tzw. bilansu masy metanu i wyznaczenie źródeł poprzez wskazanie miejsca jego wydzielania (np. zroby, calizna, przenośnik, przodki przygotowawcze) i wielkości dopływu masy metanu. W pracy przedstawiono rozważania poświęcone problemowi wyznaczania strumieni masy gazów, a w szczególności dopływu metanu do węzłów sieci i do wyrobisk rejonów eksploatacji systemami ścianowymi. Opracowano nowe procedury i algorytmy połączonego programu komputerowego VentGraph z modułem VentZroby tworząc program o nazwie VentGraph-plus (Dziurzyński i in., 2015b) dla wyznaczania bilansu gazowego w wyrobiskach kopalni, szczególnie bilansu metanu w rejonach i w pozostałych wyrobiskach kopalni. Celem sprawdzenia poprawności przyjętych procedur i algorytmów przygotowano przykład obliczeniowy dla rejonu ściany 420 i zrobów oraz z rejonu zlikwidowanej ściany 421 kopalni „W”. Wyznaczono strumień masy metanu dopływającego z rejonu ściany na podstawie danych zmierzonych w okresie dwu tygodni przez zainstalowane w rejonie ściany czujniki metanu i prędkości systemu gazometrycznego oraz przez dodatkowe pomiary ręczne. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci tabelarycznej i graficznej. Stwierdzono poprawność przyjętych procedur i algorytmów oraz ich przydatność do bilansowania metanu w wyrobiskach kopalni.

EN

The development of computer tools for multi-variant simulation and analysis of ventilation processes during the longwall mining (operation of shearer, conveyor, power roof support) needs extension of models used in a computer program considering elements of ventilation process so far neglected. In the paper the way of use of mine gas monitoring system sensors for the preparation of initial and boundary data for multi- -variant simulation of ventilation in the conditions of methane emission has been shown. Starting simulation, it is important to prepare data consistent with the actual inflow of methane. This leads to the implementation of the so-called methane mass balance and appointment of sources by an indication of its place (eg. goaf, coal face, conveyor, development headings) and the quantity of the mass flow of methane. The paper presents a discussion focusing on the problem of determining the mass flow of gases, especially methane to the network nodes and branches of the longwall regions New procedures and algorithms for determining the balance of the gas in mine workings, particularly in longwall regions and other mine workings have been developed. Coupling computer program VentGraph with a specialized goaf module VentZroby resulted in a new program named VentGraph-plus (Dziurzyński et al., 2015). In order to verify the correctness of the accepted procedures and algorithms a calculation example for the longwall region 420 and workings and the area of abandoned longwall 421 of the ‘W’ mine has been prepared. Upon data recorded by velocity and gas concentration monitoring during two weeks and supplementary manual measurements the methane inflow distribution has been evaluated. The results are presented in tabular and graphical form. It was found the appropriateness of the procedures and algorithms and their suitability for balancing methane in the mine workings.

2

Prognoza stanu atmosfery w rejonie ściany i jej zrobach na podstawie danych z systemu monitoringu kopalni

Dziurzyński W., Wasilewski S., Krach A., Pałka T.

Przegląd Górniczy

|

2011

|

T. 67, nr 7-8

265--271

PL

W artykule pokazano nowe możliwości praktycznego wykorzystania programu komputerowego VentZroby do badań stanów przewietrzania na przykładzie rejonu wentylacyjnego ściany 4 i 5 pokład 409 kopalni „Śląsk”, w której miało miejsce tragiczne zdarzenie we wrześniu 2009 roku. Podjęto próbę odtworzenia stanu przewietrzania przed zdarzeniem, z uwzględnieniem zagrożenia metanowego. W celu walidacji rozwiązań modelowych w zakresie wyznaczenia przepływu powietrza i metanu w rejonie ściany wykorzystano dane z kopalnianego systemu monitoringu prędkości powietrza i stężenia metanu w wyrobiskach po zatrzymaniu wentylatora głównego przewietrzania. Brak danych pomiarowych o parametrach przepływu powietrza (prędkości, ciśnienia itp.) dla rejonu ściany przed zdarzeniem utrudniał ustalenie danych początkowych do symulacji. Stąd prowadzono wielokrotne obliczenia programem VentZroby, zmieniając parametry modelu, tak aby uzyskać najlepsze dopasowanie wyników obliczeń do danych zarejestrowanych w kopalnianym systemie gazometrii automatycznej. Wyniki badań pokazały wiele trudności z wykorzystaniem danych uzyskanych z czujników kopalnianego systemu gazometrii automatycznej, do wyznaczania parametrów modelu numerycznego, co m.in. wynika z punktowego sposobu pomiarów oraz losowych zaburzeń sygnałów pomiarowych parametrów powietrza rejestrowanych w tych systemach. Stwierdzono, że dla uzyskania wiarygodnych danych z systemu monitoringu do celów symulacji konieczna jest ich weryfikacja drogą pomiarów porównawczych, w miejscach zainstalowania czujników systemu w wyrobiskach sieci wentylacyjnej kopalni

EN

In the article have been shown new possibilities of practical use of the computer programme VentZroby for investigations of ventilation states on the example of the ventilation area of longwall 4 and 5, seam 409 of the Śląsk mine, in which a tragical event in September 2009 took place. An attempt was undertaken to reconstruct the ventilation state before the event, taking into consideration the methane hazard. In order to validate model solutions with respect to the determination of the air and methane flow in the longwall area, data from the mine monitoring system regarding air velocity and methane concentration in mine workings after the stoppage of the ventilation main fan were used. The lack of measuring data about air flow parameters (velocity, pressure etc.) for the longwall area before the event hindered the settlement of initial data for simulation. Therefore repeated calculations by means of the VentZroby programme were conducted changing the model parameters in order to obtain the best adaptation of calculation results to data registered in the mine automatic gasometry system. The results of investigations have shown many difficulties regarding the use of data obtained from sensors of the mine automatic gasometry system, for the determination of parameters of the numerical model, what among others results from the point measurement method and random disturbances of measuring signals of air parameters registered in these systems. It has been ascertained that in order to obtain reliable data from the monitoring system for simulation purposes, necessary is their verification by means of comparative measurements in places of installation of the system’s sensors in workings of the mine ventilation network.

3

Opracowanie narzędzi programowych dla celów odtworzenia zaistniałych zdarzeń i katastrof oraz ich weryfikacja na podstawie danych „post”

Dziurzyński W., Wasilewski St., Krach A., Pałka T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

131--152

PL

W ostatnich dwóch latach w ramach działalności statutowej w Instytucie Mechaniki Górotworu podjęta została próba opracowania narzędzi programowych opartych na systemie programów komputerowych Ventgraph oraz VentZroby dla celów odtwarzania procesów zachodzących w czasie zdarzeń i katastrof. Jest rzeczą oczywistą, że takie analizy wykonywane w oparciu o modele i programy komputerowe będą efektywne i skuteczne o ile zostaną zweryfikowane i zwalidowane w oparciu o rzeczywiste dane i rejestracje parametrów powietrza z kopalń nawet uzyskane po zdarzeniu. Taką właśnie metodę weryfikacji i walidacji narzędzi programowych zastosowano w badaniach przedstawionych w artykule. Kontynuując wcześniejsze prace, zaproponowano opracowanie modelu numerycznego z wykorzystaniem pomiarów wentylacyjnych przeprowadzonych w październiku 2010 roku we wszystkich wyrobiskach kopalni w bazie danych systemu programów komputerowych Inżyniera Wentylacji Ventgraph. Korzystając z nowych opcji programu VentZroby, do utworzonego modelu numerycznego kopalni dołączono obszar zrobów eksploatowanej we wrześniu 2009 roku rejonu ściany 5, zlikwidowanej ściany 3 oraz rozpoczynającą eksploatację ścianę 4 w pokładzie 409. W artykule przedstawiono wyniki odtworzenia stanu przewietrzania metodą symulacji numerycznej przed wyłączeniem, w trakcie postoju oraz po załączeniu wentylatora w szybie III kopalni „Śląsk”, z uwzględnieniem dopływu metanu. W badaniach wykorzystano dane zarejestrowane w kopalnianym systemie gazometrii automatycznej tj. prędkości powietrza, stężenia metanu oraz różnicy ciśnień na tamach, a także stężenia metanu w rurociągu odmetanowania ze zrobów. Takie badania pozwalają nie tylko na samą ocenę zjawisk przepływowych ale również na pokazanie zmian stężenia metanu, wywołanych wyłączeniem wentylatora. Ponadto, umożliwiają zbudowanie profesjonalnego narzędzia dla celów odtworzenia zaistniałych zdarzeń i katastrof oraz ich weryfikacji na podstawie danych uzyskanych po zdarzeniu. Potrzebne dane wejściowe do budowy modelu numerycznego sieci wyrobisk uzyskano z: pomiarów wentylacyjnych, z systemu gazometrycznego kopalni oraz z informacji ustnych od służb wentylacyjnych kopalni. Uzyskanie zwalidowanego modelu numerycznego umożliwia wiarygodną wielowariantową symulację zdarzeń, która prowadzi do wyciągnięcia praktycznych wniosków i zrozumienia przyczyn katastroficznych zdarzeń.

EN

For the past two years, at the Strata Mechanics Research Institute, attempts have been made – as part of the Institute’s objects – to develop software tools based on the system of the Ventgraph and VentZroby computer programs. The objective is to recreate processes taking place during mining events and distasters. Obviously, such analyses – carried out with computer models and programs – shall not be effective unless verified and validated on the basis of real data and the recorded parameters of the air in mines (even if the latter are obtained after the event). Such is the method of verification and validation that the research described in the article makes use of. As a continuation of previous work, it has been suggested that a numerical model should be developed, involving ventilation measurements carried out in October 2010 in all the mine excavations entered into the database of the Ventilation Engineering Ventgraph program system. New options included in the VentZroby program made it possible to enrich the developed numerical model of the mine with the area of post-mining excavations of Wall 5, exploited in September 2009, as well as of the already liquidated Wall 3, and Wall 4, whose exploitation has just begun. All the walls are part of Deposit no. 409. The article presents the effects of recreating the state of ventilation by means of the numerical simulation method – before turning off the ventilator in the 3rd pit-shaft of the Śląsk coal mine, during its stoppage, and after turning it on. The infl ow of methane was taken into account. The tests made use of the data recorded by the mine system of automatic gasometry, i.e. the speed of the air, the concentration of methane, and the difference in pressures on dams, as well as the concentration of methane in the pipeline outgassing the post-mining excavations. Not only do such tests make it possible to evaluate the fl ow phenomena, but they also demonstrate changes in the concentration of methane, caused by turning the ventilator off. In addition, the tests enable development of a professional tool for recreating events and disasters, and for their verification on the basis of the data obtained after a given event happened. The entry data needed to develop a numerical model of the excavation network was acquired via the following sources: ventilation measurements, the gasometric system of the mine, and the information provided by the mine ventilation personnel. Developing a validated numerical model makes it possible to perform a multivariant event simulation, which opens the way for drawing practical conclusions and understanding the reasons behind disasters.

4

Rozwój metody prognozowania stanu atmosfery kopalni z wykorzystaniem symulacji numerycznej oraz danych z systemu monitoringu

Dziurzyński W., Wasilewski St., Krach A., Pałka T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

115--132

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zmierzające do rozwoju metody prognozowania niestacjonarnego przepływu mieszaniny powietrza i gazów w sieciach wentylacyjnych, zrobach, w procesie przewietrzania kopalń, z uwzględnieniem naturalnych i katastrofi cznych zaburzeń w warunkach przepływu. Przyjęto, że istotne informacje o stanie przewietrzania wnoszą dane z systemu gazometrii automatycznej w kopalni. Wyniki wcześniejszych badań w zakresie walidacji programu komputerowego VentZroby były na tyle interesujące, że dały podstawę do zaproponowania nowego podejścia do zasad budowy modelu numerycznego sieci wentylacyjnej kopalni, obejmującego również zroby. Zaproponowano wykorzystanie modeli numerycznych utworzonych na bazie systemu programów Inżyniera Wentylacji Ventgraph z dołączonym obszarem zrobów eksploatowanych ścian. Opracowany nowy algorytm programu oraz interfejs programu są „przyjazne” w obsłudze dla użytkownika. W drugiej części pokazano nowe możliwości praktycznego wykorzystania programu komputerowego Vent- Zroby do badań stanów przewietrzania na przykładzie rejonu wentylacyjnego ściany 4 i 5 pokład 409 kopalni Śląsk, w której miało miejsce tragiczne zdarzenie we wrześniu 2009 roku. Podjęto próbę odtworzenia stanu przewietrzania przed zdarzeniem, z uwzględnieniem zagrożenia metanowego. Takie badania pozwalają nie tylko na samą ocenę przyczyn zdarzenia, ale również umożliwiają zbudowanie profesjonalnego narzędzia dla oceny skali zagrożeń wynikających z przepływu oraz migracji gazów wybuchowych względnie toksycznych, jako produktów rozwijającego się pożaru węgla w zrobach. W celu walidacji rozwiązań modelowych w zakresie wyznaczenia przepływu powietrza i metanu w rejonie ściany wykorzystano dane z kopalnianego systemu monitoringu prędkości powietrza i stężenia metanu w wyrobiskach po zatrzymaniu wentylatora głównego przewietrzania. Brak danych pomiarowych o parametrach przepływu powietrza (prędkości, ciśnienia itp.) dla rejonu ściany, przed zdarzeniem utrudnił ustalenie danych początkowych do symulacji. Obliczenia programem VentZroby dla zmiennych parametrów modelu prowadzono tak aby uzyskać najlepsze dopasowanie wyników obliczeń do danych zarejestrowanych w kopalnianym systemie gazometrii automatycznej. Wyniki badań pokazały szereg trudności w wyznaczaniu parametrów modelu numerycznego z wykorzystaniem danych uzyskanych z czujników kopalnianego systemu gazometrii automatycznej, co m.in. wynika z punktowego sposobu pomiarów w tych systemach oraz losowych zaburzeń sygnałów pomiarowych parametrów powietrza. Stwierdzono, że istotnym elementem dla wiarygodności danych jest ich potwierdzenie drogą pomiarów porównawczych, w miejscach zainstalowania czujników systemu monitoringu w wyrobiskach sieci wentylacyjnej kopalni. Losowe zaburzenia parametrów powietrza rejestrowane przez czujniki w systemie gazometrii mogą być również eliminowane przez fi ltrację sygnałów pomiarowych przed ich wykorzystaniem do badań modelowych.

EN

The study summarises the research data to be used for development of a method for forecasting the non-stationary flows of air and gas mixtures in ventilation networks, goafs, and formed during the ventilation processes, taking into account the natural and catastrophic flow disturbances. It is assumed that all vital information about the ventilation conditions are available from the automatic gas flow control system in the mine. The results of previous attempts to validate the program VenZroby were sufficiently promising and thus prompted the development of a new approach to creating numerical models of ventilation networks in the mines, incorporating the goafs too. It is suggested that numerical models should be used that are developed on the basis of the Ventilation Engineer’s Ventgraph program, with incorporated goaf areas. The newly designed program’s algorithm and interface seem to be more user-friendly. The second part of study explores the potential applications of the program VentZroby in analysing the air conditions. The case study considered there is that of the face regions 4 and 5 in the colliery “Śląsk” where a catastrophic accident occurred in September 2009. An attempt is made to reconstruct the ventilation conditions before the accident, taking into account the methane hazard. Such analyses are most helpful when studying the causes of the accident and enable us to develop professional tools for evaluating the risks due to flow and migration of explosive or toxic gases- the products of spreading coal fires in goafs. To validate the model solutions (prognosticated flows of air and methane in the face region), the monitoring data were used, available from the air velocity and ,methane concentration control systems after the main fan was switched off. Because of the lack of measurement data about the air flow parameters (velocity, pressure) before the accident, it was difficult to fi nd the initial data for simulations. Calculations supported by the program VentZroby, for variable model parameters, were done such as to achieve the best agreement between the calculation results and data available from the automatic gas flow control systems in the mine. Results revealed a number of difficulties involved in finding the parameters of the numerical model using the data from the gas flow control system, due to with point-to-point measurements implemented in these systems and random disturbances of airflow measurement signals. To prove the reliability of thus obtained results, they have to be confirmed by comparative measurements taken at those points of the ventilation network in the mine where the monitoring sensors are installed. Random disturbances of airflow parameters registered by the sensors, making up the gas flow control system, can be eliminated through filtering of measurement signals before they are used in model tests.

5

Numerical simulation of retentive reservoirs of methane in coal mines

Berger J., Dziurzyński W., Nawrat S.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 3

339-357

EN

The problem of using sealed coal mine headings for retentive storing of methane obtained in the process of methane drainage in coal mines is important for economic and ecological reasons, because this process enables to obtain a qualitatively and quantitatively stabilized low-methane-content fuel used in power and heat generation installations. Improvement in the degree of the utilization of methane from methane drainage influences directly the limitation of methane emission to the atmosphere. In 2001 year experimental research in the above-mentioned scope was carried out in the "Zofiówka" coal mine on three experimental objects which were headings sealed against explosions, of various lengths, volumes, and structures of the surrounding rocks. The experimental research indicated that the sealed headings were not leak proof to various degrees, however, if they were adapted appropriately, they could be used as underground retentive reservoirs of methane from methane drainage in operating coal mines on condition that their locations and level of leakproofness guaranteed work safety and economic effectiveness. The research also confirmed the operational usability of the applied machines and technological solutions. The development of a mathematical model, and in the next stage--methods of numerical simulation of the studied phenomena based on that model and computer software, creates a possibility to carry out preliminary evaluations of the usability of sealed headings as retentive reservoirs of methane from methane drainage and to consider optional solutions for planned and already operating reservoirs. For the acepted mathematical model a computer software has been developed. Results of simulation of transients during pumping methane in and out of a reservoir (Fig.l) have been presented in diagrams (Fig. 3--6).

PL

Zagadnienie wykorzystania otamowanych podziemnych wyrobisk górniczych dla retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania w kopalniach węgla kamiennego jest bardzo istotne ze względów gospodarczych i ekologicznych. Proces ten pozwala na uzyskanie ustabilizowanego pod względem ilościowym i jakościowym paliwa niskometanowego wykorzystywanego w urządzeniach ciepłowniczo-energetycznych. Poprawa stopnia wykorzystania metanu z odmetanowania wpływa bezpośrednio na ograniczenie emisji metanu do atmosfery. Zbadanie możliwości retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania w podziemnych kopalniach węgla kamiennego wymagało przeprowadzenia w pierwszej kolejności eksperymentów na obiekcie rzeczywistym (Berger 2002) w kopalni oraz badań modelowych z zastosowaniem metody symulacji komputerowej. W ramach badań wykonano cztery eksperymenty w KWK „Zofiówka" na trzech obiektach badawczych, których głównym celem była ocena szczelności otamowanych wyrobisk pod wpływem podawanego do nich metanu z odmetanowania, a następnie dwa eksperymenty dotyczące zasad działania układu technologicznego dla retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania. W poszczególnych eksperymentach wykorzystane zostały w różnym zakresie elementy opracowanej technologii retencji metanu z odmetanowania (Berger 2002; Nawrat 1999) polegającej na: --wykonaniu zbiornika (magazynu) metanu przez przystosowanie otamowanego wyrobiska; --zabudowie instalacji i urządzeń tłoczących metan do zbiornika; zabudowie i wykorzystaniu istniejących instalacji i urządzeń odmetanowania; --cyklicznym napełnianiu zbiornika metanem z odmetanowania; --cyklicznym odprowadzaniu metanu ze zbiornika przez urządzenia sieci odmetanowania; --skierowaniu metanu poprzez powierzchniową stację odmetanowania do urządzeń ciepłowniczo-energetycznych, w których jest on wykorzystany jako paliwo. Uzyskane rezultaty badań potwierdziły złożoność rozważanego problemu wynikającą zarówno z uwarunkowań górniczo-geologicznych jak i z przebiegu zjawisk podawania oraz ujmowania metanu z odmetanowania w wyrobiskach stanowiących zbiornik retencyjny. Potrzeba stworzenia modelu matematycznego dla opisu przebiegu zjawisk związanych z technologią retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania w otamowanych wyrobiskach górniczych, wynikała przede wszystkim z wymogów projektowo-eksploatacyjnych. Opracowanie modelu matematycznego (rozdział 2), a w następnej kolejności programu komputerowego symulacji zjawisk opartych o ten model, stwarza możliwości do prowadzenia wstępnych ocen przydatności otamowanych wyrobisk do pełnienia roli retencyjnego zbiornika metanu z odmetanowania, a także rozpatrywania wariantowych rozwiązań projektowanych i eksploatowanych zbiorników. Opracowany komputerowy programu METAN w oparciu o przedstawiony matematyczny model pracujący w systemie programów VENTGRAPH pozwolił na podjęcie próby odtworzenia przebiegu procesów podawania i ujmowania metanu ze zbiornika zachodzących w trakcie przeprowadzonych eksperymentów. W celu przeprowadzenia stosownych obliczeń przygotowano bazę danych składającą się: --ze zbioru zawierającego parametry charakteryzujące przepływ mieszaniny powietrza i metanu przez elementy zbiornika i wyrobisk przyległych; --ze zbioru danych dotyczących podawania metanu do zbiornika za pomocą stacji przetłaczania gazu; --ze zbioru danych dotyczących wymiarów geometrycznych zbiornika, tam izolacyjnych i ewentualnych połączeń zbiornika z innymi wyrobiskami poprzez szczeliny w górotworze. Wyniki symulacji numerycznej podawania i ujmowania metanu w warunkach odpowiadających dwóm eksperymentom przeprowadzonym w otamowanym chodniku wentylacyjnym poz. 580 m (rys. 2) w KWK „Zofiówka", przedstawione zostały w formie wykresów zmian w czasie stężenia metanu (rys. 3-6) dla stacji pomiarowej zlokalizowanej w wyrobisku. Wyniki badań eksperymentalnych pozwalają na jakościową weryfikację modelu matematycznego. Wyniki obliczeń symulacyjnych przeprowadzonych w oparciu o dane uzyskane z badań eksperymentalnych retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania w otamowanych wyrobiskach górniczych wykazały dobrą zgodność przebiegów czasowych zmian stężenia metanu w zbiorniku w stosunku do eksperymentu dla okresu podawania metanu. Na powyższe wpływ miało prawidłowy dobór objętościowego wydatku przepływu mieszaniny przez zbiornik, oporu tam izolacyjnych i objętości mieszania.