Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The outburst probability index (Ww) as a new tool in the coal seam outburst hazard forecasting

Dreger Marcin, Celary Piotr

Journal of Sustainable Mining

|

2024

|

Vol. 23, iss. 1

55--60

EN

Gas and rock outbursts are one of the most unpredictable natural hazards in Polish and worldwide underground mining. The complexity and unpredictability of this phenomenon make forecasting and underground prevention difficult to achieve. Gas-geodynamic phenomenon occurs in greater intensity in the southern part of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) - close to the Bzie-Czechowice fault zone. The relatively low firmness of coal combined with high methane content and pressure may result in a coal seam outburst. To forecast the gas and rock outburst occurrence, the sorption capacity and gas diffusion parameters are used in Polish coal mining. To provide a new, more direct and helpful tool for outburst hazard occurrence interpretation - an outburst probability index (Ww) has been developed in the CLP-B Laboratory. The components of the simple formula are: methane content, firmness of coal, desorption intensity, effective diffusion coefficient and methane sorption capacity. The four numerical ranges are provided to define the probability of the coal seam outburst occurrence. The new method proposed by the CLP-B Laboratory simplifies the outburst hazard prediction and can be used successfully in the coal mines to foresee the forthcoming danger. The result of the outburst probability index reflects changes in each component, which makes it adequate in long-term outburst research in the new drifting roadways.

2

Zjawiska gazogeodynamiczne w czasie drążenia chodników badawczych w KWK Knurów-Szczygłowice Ruch Szczygłowice

Wasilewski Stanisław, Gruchot Dariusz

Przegląd Górniczy

|

2020

|

T. 76, nr 9

27--42

PL

Zjawiska dynamiczne w górotworze to m.in. zjawiska gazogeodynamiczne, którym towarzyszą wyrzuty gazów i skał, opady węgla i skał z nagłym oderwaniem się węgla od ociosów i wydzieleniem gazu, wypływy gazów (wydmuchy). W pokładach skłonnych do wyrzutów powstają opady węgla i skał z gwałtownymi wypływami gazów złożowych do wyrobisk górniczych, które powodują zakłócenia i zagrożenia stanu przewietrzania kopalni. Skala tych zjawisk jest szczególnie uciążliwa w kopalniach w południowej i zachodniej części GZW, tj. kopalniach wchodzących w skład Jastrzębskiej Spółki Węglowej i ma istotny wpływ na poziom bezpieczeństwa górników. Znane są przykłady stanów nieustalonych parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni rejestrowanych w czasie zjawisk gazodynamicznych np. po wstrząsach i tąpnięciach. W artykule przedstawiono skutki zjawisk gazogeodynamicznych związanych z opadami węgla i skał wraz z towarzyszącym im uwalnianiem znacznych ilości gazów złożowych w czasie drążenia chodników badawczych w kopalni węgla kamiennego Knurów-Szczygłowice Ruch Szczygłowice. Charakter dynamiki tych zjawisk pokazano na przykładach, powstających w ich wyniku, stanów nieustalonych parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni zarejestrowanych w kopalnianym systemie gazometrii.

EN

Dynamic phenomena in the rock mass include: gas-geodynamic phenomena accompanied by gas and rock outbursts, coal and rock falls with a sudden separation of coal from the wall and gas emission, gas outflows (blows). In the seams prone to rock and gas outburst, coal and rock fall occurs, with rapid outflows of deposit gases into the mine workings, which cause disturbances and threats to the mine’s ventilation. The scale of these phenomena is particularly heavy in mines in the southern and western parts of the Upper Silesia Coal Basin, i.e. mines belonging to Jastrzebska Coal Company, and has a significant impact on the level of safety of miners. Such transient states of air parameters in mine workings during gas-dynamic phenomena, e.g. after shocks and bumps have been recorded by mine monitoring systems. The article presents the effects of gas-geodynamic phenomena related to coal and rock falls with the accompanying release of significant amounts of deposit gases during the driving of research galleries in the Knurów-Szczygłowice mine Szczygłowice part. The nature of the dynamics of these phenomena is shown by the examples of the resulting transient states of air parameters in the mine workings recorded by the mine gasometry system.

3

Katastrofalny wyrzut gazów i skał w kopalni „Ruben” (KWK „Nowa Ruda” pole „Piast”) w dniu 10.05.1941 roku

Bodlak M., Borzęcki R., Zibrow A.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 4

85--92

PL

W 1941 roku w kopalni węgla kamiennego i łupku ogniotrwałego „Ruben” (później KWK „Nowa-Ruda”, pole „Piast”) w Nowej Rudzie nastąpił jeden z największych na świecie wyrzutów gazów i skał. W jego wyniku śmierć poniosło 187 górników. Artykuł prezentuje cenne materiały dotyczące tego tragicznego wypadku. Przedstawione tu dane zaczerpnięto z niemieckich dokumentów i sprawozdań przechowywanych w archiwum Muzeum Górnictwa Węglowego w Nowej Rudzie.

EN

In 1941, in a coal mine “Ruben” (later Coal Mine “Nowa Ruda”, the “Piast” field) in Nowa Ruda, there was one of the biggest gas and rocks outburst on the world. As a result 187 miners were killed. This paper presents valuable materials relating to this tragic accident. The data presented here are taken from the German documents and reports that are stored in the archives of the Museum of Coal Mining in Nowa Ruda.

4

Transport sedymentacyjny mas powyrzutowych

Topolnicki J., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 3

67--73

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów wybranych własności dolomitu pobranego z mas powyrzutowych. Anizotropia kierunkowa rozmiarów ziaren zdaje się potwierdzać teorię o płatkowaniu zachodzącym w procesie niszczenia skały podczas wyrzutu gazów i skał. Wykorzystując informacje dotyczące głębokości, ciśnienia złożowego oraz porowatości otwartej w masach powyrzutowych dokonano oceny wielkości energii potencjalnej skał i gazu jaka była do „dyspozycji wyrzutu”. Dokonano również analizy możliwości transportu sedymantacyjnego mas powyrzutowych. Rozważania dotyczą dwóch przypadków. W pierwszym oddziałuje wyłącznie struga gazu a w drugim analizowany jest wpływ oddziaływania strugi unoszonego materiału skalnego.

EN

The paper presents the results of measurements of selected properties of dolomite collected from the outburst masses. Grain size anisotropy seems to confirm the theory of flaked occurring in the process of destruction of rocks during the gas rocks outbursts. Using the information on depth, reservoir pressure and open pores porosity of the outburst masses assesses the potential energy of rock and gas for “outburst disposal “. Ultimately, sediment transport of mass was analyzed. Considerations apply to the two cases. The first, takes into account only gas interactions, and the second analyzes the effect of the impact of entrained outburst mass.

5

Historia eksploatacji węgla kamiennego w rejonie dawnej kopalni „Wacław” w Ludwikowicach Kłodzkich na Dolnym Śląsku

Borzęcki R., Bodlak M.

Hereditas Minariorum

|

2014

|

Vol. 1

151--167

PL

W artykule zaprezentowano rys historyczny górnictwa węgla kamiennego w rejonie dawnej kopalni „Wacław” w Ludwikowicach Kłodzkich. Zakres historyczny obejmuje okres od roku 1662 do chwili obecnej. Opisano również tragiczny wyrzut gazów i skał jaki zdarzył się w kopalni „Wacław” w 1930 r.

EN

This article introduces the history of coal mining in the old mine “Wacław” located in the area between Ludwikowice Kłodzkie, Jugów and Sokolec. It discusses the hazards of gas and rock outbursts, with the most tragic one of 1930. Historical range covers the period from 1662 to the present. There was a need to summarize the history of mining there because of the high chances of resumption of coal mining in the area of discussed mine. During the research on the not yet understood problem of gas and rock outburst it turned out that it had a decisive influence on mining. Any resumption of mining could be an unprecedented opportunity to start research in this area. In this report the engineeringtechnical and cartographic materials and documents never published before have been collected in the Archives of the Museum of Coal Mining in Nowa Ruda. At the beginning of 2013 an Australian investor became interested in the geological layer of the mine “Wacław”. In November 2013, under the supervision of a Coal Holding, the company began drilling research boreholes to the depth of 1000m. The documented reserves of geological layer were estimated at about 84 million tons of coal. However, even the initial research showed that the actual amount could be much higher. Consequently, in the middle of 2015, the Coal Holding is going to apply for a license for exploitation of the geological layer. It is estimated that the construction of the mine will cost about 150 million dollars. It will provide employment to about 2,000 people. Annual production is expected to be 1.25 million tons of charcoal in the initial stage of the project. It will then be raised to 2.5 million tones.

6

The outburst risk as a function of the methane capacity and firmness of a coal seam

Wierzbicki M., Skoczylas N.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 4

1023--1031

EN

In most coal basins that are currently being exploited, gas and rock outbursts pose a considerable safety threat. The risk of their occurrence is frequently assessed by means of a parameter known as the methane capacity of coal. In a lot of countries, the evaluation of the mechanical properties of coal is conducted by means of another parameter: the firmness of coal. Due to the laboratory investigations and in situ observations carried out by the authors of this paper, it was possible to determine a function space in which the outburst risk can be described as a function of the methane capacity and firmness of a coal seam. This, in turn, made it possible to link the „gas factor” to the „mechanical factor”, and thus provide a more comprehensive risk analysis.

PL

Wyrzuty gazów i skał stanowią duże zagrożenie w większości obecnie eksploatowanych zagłębi węglowych. Bardzo często wykorzystywanym parametrem oceny stanu zagrożenia wyrzutowego jest zawartość metanu w węglu. W wielu krajach do oceny mechanicznych parametrów węgla wykorzystuje się zwięzłość. Autorzy przeprowadzili badania laboratoryjne polegające na prowokacjach wyrzutów w skali laboratoryjnej. Jako materiał badawczy wykorzystane zostały brykiety węglowe. W trakcie badań wstępnych ustalona została zależność pomiędzy porowatością brykietów, a ich zwięzłością f oraz pomiędzy ciśnieniem nasycania metanem, a wskaźnikiem intensywności desorpcji dP. Pozwoliło to na przygotowywanie eksperymentów o kontrolowanych parametrach gazowych (wskaźnik intensywności desorpcji) oraz wytrzymałościowych (zwięzłość). Opracowana została metoda kontrolowania intensywności prowokacji wyrzutu poprzez określenie tempa spadku ciśnienia gazu przed czołem brykietu. Dzięki temu dla siatki parametrów f-dP możliwe było poszukiwanie minimalnej, skutecznej intensywności prowokacji wyrzutu. Znormalizowana wartość stałej czasowej spadku ciśnienia przed czołem brykietu powodującej skuteczną inicjację wyrzutu uznana została za miarę zagrożenia wyrzutowego dla rozpatrywanych parametrów f-dP. Dysponując wartościami tak określonych miar zagrożenia wyrzutowego dla całej siatki parametrów f-dP można wykreślić przestrzeń zagrożenia wyrzutowego w funkcji rozpatrywanych parametrów. Równoległa faza badań dotyczyła poszukiwania korelacji pomiędzy wskaźnikiem intensywności desorpcji, a zawartością gazu w węglu (metanonośnością Mn) na przykładzie pomiarów wykonanych w pokładzie 412 KWK „Zofiówka”. W pokładzie tym zaobserwowano bardzo wyraźną, liniową zależność pomiędzy wskaźnikiem intensywności desorpcji, a metanonośnością. Poznanie funkcyjnej zależności Mn(dP) umożliwiło przedstawienie wyników prac laboratoryjnych jako przestrzeni zagrożenia wyrzutowego w funkcji zwięzłości i metanonośności. Analiza uzyskanej przestrzeni zagrożenia wskazuje na jej zgodność zarówno z intuicją, jak i z kopalnianym doświadczeniem. Dla progowej w polskim górnictwie węglowym wartości zwięzłość (f = 0.3) stan zagrożenia wyrzutowego na poziomie 50% występuje przy Mn około 7 m3CH4/Mgcoaldaf. Aby zagwarantować podobny stan zagrożenia wyrzutowego dla kryterialnej wartości metanonośności na poziomie 8 [m3CH4/Mgcoaldaf] węgiel powinien mieć zwięzłość f powyżej 0.5. Oczywiście wartość izolinii na poziomie 50% jest umowna, a interpretacji powinny podlegać raczej kształty izolinii, niż ich wartości.

7

Analytical method for determination of displacement and stress in fault zone for evaluation of rock and gas outburst hazard

Chlebowski D.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 3

543-562

EN

Occurrence of various types of tectonic dislocation of various genesis and spatial orientation is a characteristic feature of multiseamed deposits of coal in GZW (Upper Silesian Coal Basin). Amplitude of these dislocations often exceeds several hundred meters and has throw declining. Experience in mines shows that mining exploitation in the immediate vicinity of this type of disturbances is associated not only with numerous technological problems, but also with potentially high level of hazard of rocks and gas outburst phenomena. (Zorychta et al., 2006). Based on the theory of cylindrical bending of plate in triaxial stress state, geomechanical model of fault was proposed (Zorychta et al., 2007). It presupposes a linear-elastic deformability of roof and floor layers, and non-linear characteristics of stress-strain relation for seam as well as inequality of static loads on the seam level. For such model, proper problem of the field of solid mechanics has been solved. As a result analytical expressions defining the development of the component of vertical displacement and the state of stress was obtained providing possibility of damage of the original structure of seam in the zone of fault vicinity based on Mohr-Coulomb criterion.

PL

Charakterystyczną cechą wielopokładowego złoża węgla w GZW jest występowanie różnego rodzaju, przestrzennej orientacji i pochodzenia dyslokacji tektonicznych, zarówno o amplitudach przekraczających niejednokrotnie kilkaset metrów, jak i o zrzutach wygasających. Doświadczenia kopalń wskazują, że prowadzenie robót górniczych w bezpośrednim sąsiedztwie tego typu zaburzeń wiąże się nie tylko z licznymi problemami natury technologiczno-ruchowej, lecz również potencjalnie wysokim poziomem zagrożenia zjawiskami gazogeodynamicznymi (Zorychta i in., 2006). Bazując na teorii walcowego zginania płyt w trójosiowym stanie naprężenia zaproponowano geomechaniczny model uskoku (Zorychta i in., 2007) zakładający liniową odkształcalność warstw tropowospągowych oraz nierównomierność obciążeń statycznych na poziomie pokładu opisanego nieliniową charakterystyką deformacyjno-naprężeniową. Dla takiego modelu rozwiązano odpowiednie zagadnienie mechaniki ośrodków odkształcalnych otrzymując analityczne wyrażenia definiujące kształtowanie się składowej pionowej stanu przemieszczenia i naprężenia z uwzględnieniem możliwości naruszenia struktury pierwotnej pokładu w strefie przyuskokowej w oparciu o kryterium Coulomba-Mohra.

8

Model numeryczny wyrzutu węgla i gazu w pokładzie jednorodnym

Kidybiński A.

Przegląd Górniczy

|

2007

|

T. 63, nr 9

1-5

PL

Przedstawiono w zarysie stan wiedzy na temat wyrzutów węgla I gazu w podziemnych kopalniach węgla w Polsce i świecie. Wskazano na możliwości stosowania metody elementów odrębnych w zakresie modelowania przebiegu tego procesu oraz bliższego rozpoznania jego mechanizmu pod kątem prognozy i profilaktyki zagrożenia w kopalni. Na podstawie badań przeprowadzonych przez autora w GIG wykazano zależność zasięgu u formy wyrzutu w przodku wyrobiska korytarzowego - od średniej zwięzłości calizny węglowej. Omówiono powiązanie kierunku i prędkości przepływu metanu przez przyczołową część pokładu węglowego w trakcie modelowanego wyrzutu z fazą mechaniczną rozwoju wyrzutu i chwilową pozycją frontu niszczenia calizny węglowej. Wskazano na zalecane badania w caliźnie pokładu parametrów, takich jak wskaźnik wytrzymałości calizny węglowej oraz metanonośność i prędkość desorpcji z pokładu, które mogą umożliwić opracowanie metody wykorzystania modeli numerycznych do prognozowania stanu zagrożenia wyrzutem w przodku drążonego wyrobiska korytarzowego w pokładzie nie zaburzonym geologicznie.

EN

An outline on the state of knowledge on coal and gad outbursts in underground coal mines in Poland and world is presented. Application possibility of the method of separate elements in the range of this process course modelling as well as closer recognition of its mechanism from the point of view of a forecast and prevention of a hazard in mines is pointed out. On the basis of research conducted by the Author in the Main Mining Institute (GIG) dependence of the range and from of an outburst in a narrow working face on the average hardness of coal solid has been proved. Connection of direction and velocity of methane flow through the part of coal seam near the face during the modelled outburst with the mechanical phase of outburst development and the instantaneous position of the coal solid destruction front are discussed. Recommendations are advised to test in the seam solid parameters such as coal solid strength indices, as well as methane bearing capacity and velocity of de-sorption from the seam, which can enable elaboration of a method of using numerical models for forecasting the state of outburst hazard in the face of narrow working driven in the not faulted seam.

9

Ocena stanu zagrożenia wyrzutami metanu i skał na podstawie wyznaczonego granicznego wskaźnika intensywności desorpcji gazu z węgla

Stączek A., Simka A.

Przegląd Górniczy

|

2004

|

T. 60, nr 11

40-49

PL

Artykuł opisuje aktualnie stosowany desorbometr manometryczny cieczowy typu DMC-2 i elektroniczny przyrząd typu "Barbara" do określania szacunkowej zawartości metanu pochodzenia naturalnego w węglu (metanonośności) i wielkości wskaźnika intensywności desorpcji gazu z węgla do prognozowania stanu zagrożenia wyrzutami metanu i skal oraz nową metodę określania granicznego wskaźnika intensywności desorpcji gazu z węgla. Ocenę stanu zagrożenia wyrzutami gazów i skal w czole przodka drążonego wyrobiska górniczego oraz możliwość zaistnienia zagrożenia wyrzutowego w przodku umożliwia graniczny wskaźnik intensywności desorpcji gazu z węgla, P2 36,9 hPa wyznaczony przy użyciu elektronicznego przyrządu typu "Barbara" bezpośrednio w miejscu badania pokładu węgla w drążonym wyrobisku górniczym.

EN

The currently used manometric liquid desorbometer DMC-2 type and electronic device "Barbara" type for determination of the estimated natural origin methane in coal (methane bearing capacity) and the gas desorption intensity index value from coal for forecasting methane and rock outbursts state of hazard as well as a new method of the limit index of gas desorption intensity from coal determination are described. Evaluation of gas and rock outburst state of hazard at the heading face of a driven mining working as well as possibility of outburst occurrence in the face enables the limit index of gas desorption intensity from coal P2 [greater than or equal to] 36,9 hPa, determined by means of the electronic device "Barbara" type directly in the place of coal seam testing in the driven mining working.

10

Visualisation of coal desintegration and investigation of rapid changes of gas pressure, temperature and strain during gas-geomechanical phenomena

Gawor M., Rysz J.

Archives of Mining Sciences

|

2002

|

Vol. 47, nr 1

3-22

EN

The paper reviews the results of experimental tests involving the disintegration of coal briquettes saturated with gas. Pressure measurements were taken on the briquette side, strain and temperature were measured inside the briquette. At the same time photos were taken of the briquette surface while it disintegrated. Application of a fast CCD camera operating in the Frame-Transfer mode allowed for recording of the emerging cracks and briquette slices and for correlating of thus obtained image with the changes of thermodynamic parameters (gas pressure, briquette deformations, temperature). The earlier experiments revealed that the strain gauge is broken before the crack, presented in the photo, is actually formed. It can be explained by the fact that because of friction forces acting upon the side of the briquette, the disintegration process there is slower than inside the briquette. The briquette decompresses, which is registered by the strain gauges, long before it disintegrates. At the time interval of about 2 ms all strain gauges would record the increasing deformation which indicates the briquette is decompressing before it disintegrates. At the moment of strain gauge failure, the magnitude of strain amounts to 13%. The decompression wave moves much faster than the destruction wave, reaching 80 m/s while the rate of the briquette disintegration ranges from 5 to 10 m/s. The rapid decompression wave inside the briquette facilitates gas filtration towards the free front section and "prepares" the conditions necessary for crack formation. The motion of briquette slices formed during the destruction process is accelerated. The maximal calculated velocity of the slice motion near the briquette front is 23 m/s. Near the bottom the slices move more slowly, reaching 8 m/s. The rate of crack formation is estimated to be about 20 m/s. The temperature changes pattern indicates that briquette cooling is an adiabatic process. At the instant the briquette breaks, the temperature changes rapidly as the result of the change of the medium in which the thermometer is placed. Most significant temperature changes occur near the briquette front where the destruction proceeds at a higher rate than near the bottom.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych procesu rozpadu brykietu węglowego nasyconego gazem. Podczas destrukcji rejestrowano ciśnienia gazu na pobocznicy brykietu węglowego, odkształcenia i temperaturę wewnątrz brykietu, przy jednoczesnym fotografowaniu jego powierzchni. Zastosowanie szybkiej kamery CCD, pracującej w trybie Frame-Transfer, umożliwiło obserwację powstających w brykiecie szczelin i płatków oraz korelowanie zarejestrowanego obrazu ze zmianami parametrów termodynamicznych (ciśnienie gazu, odkształcenie węgla, temperatura). W celu formowania brykietów, zamontowania przetworników pomiarowych oraz umożliwienia wykonania zdjęć zaprojektowano i wykonano rurę wyrzutową (brykieciarkę). Schemat tej rury przedstawia rysunek 2. Do pomiaru ciśnienia gazu zastosowano piezorezystancyjne przetworniki ciśnienia firmy Lucas typ NPP-301-700A. Temperaturę mierzono za pomocą termoelementów konstantan-manganin wykonanych z drutu o grubości 0,1 mm. W celu zmniejszenia stałej czasowej termometru i zwiększenia powierzchni wymiany ciepła, rozklepano złącze czynne do grubości 10 mm. Tensometry grafitowe umieszczone wewnątrz brykietu służyły do pomiaru lokalnego odkształcenia brykietu, jak również momentu destrukcji. Pomiar dynamicznych zjawisk zachodzących podczas wyrzutu węgla nasyconego gazem wymaga zastosowania szybkiego rejestratora sygnałów. Wykorzystano do tego celu szybki system pomiarowy oparty na dziewięciu kartach komputerowych A/C (Gawor 1999). Wykonane eksperymenty umożliwiły: wyliczenie prędkości destrukcji brykietu (rys. 6 i 7) i prędkości ruchu płatków po oderwaniu od czoła brykietu (rys. 8 i 9), określenie grubości powstających płatków, wyznaczenie prędkości powstawania szczelin, korelację zjawisk mechanicznych -- powstawanie szczelin i płatków, oraz termodynamicznych -- zmiany ciśnienia gazu, odkształcenia brykietu i jego temperatury. Na podstawie wykonanych eksperymentów stwierdzono, że rozerwanie tensometru, umieszczonego w głębi brykietu następuje wcześniej niż powstanie szczeliny widocznej na zdjęciu. Wynika to z faktu, że ze względu na siły tarcia występujące na pobocznicy brykietu proces destrukcji przebiega tutaj wolniej niż wewnątrz brykietu. Rozprężenie brykietu, rejestrowane przez tensometry, następuje dużo wcześniej niż jego destrukcja. Wszystkie tensometry (rys. 4 i 5) rejestrują (w przedziale czasu ok. 2 ms) rosnące odkształcenie brykietu, oznaczające jego rozprężanie przed momentem destrukcji. W momencie pęknięcia odkształcenie to dochodzi do 13%. Fala rozprężenia porusza się znacznie szybciej niż fala destrukcji, jej prędkość osiąga wartość 80 m/s, a prędkość destrukcji wynosi od 5 do 10 m/s. Szybka fala rozprężenia w brykiecie ułatwia filtrację gazu w kierunku swobodnego czoła i "przygotowuje" warunki niezbędne do powstania szczeliny (Topolnicki 1999). Tworzące się podczas destrukcji brykietu płatki poruszają się ruchem przyspieszonym (rys. 8 i 9). Maksymalna wyliczona prędkość ruchu płatków w pobliżu czoła brykietu dochodzi do 23 m/s. W pobliżu dna płatki poruszają się wolniej, maksymalna ich prędkość dochodzi do 8 m/s. Oszacowano (rys. 10), że prędkość tworzenia się szczeliny wynosi około 20 m/s. Zmiany temperatury nic przekraczają 4 K i wskazują na adiabatyczne ochładzanie brykietu. W momencie pęknięcia brykietu następuje skokowa zmiana temperatury związana ze zmianą właściwości ośrodka, w którym znajduje się termometr. Większe zmiany temperatury następują w pobliżu czoła brykietu, gdzie proces destrukcji jest szybszy niż w pobliżu dna, gdzie jest on wolniejszy. Zastosowanie szybkiej fotografii cyfrowej opartej na względnie taniej i równocześnie nowoczesnej kamerze CCD w istotny sposób wzbogaciło informacje na temat procesu destrukcji brykietu węglowego. Opracowano metodykę posługiwania się takimi kamerami, zarówno do badania procesów periodycznych, jak również jednokrotnych.

11

Rock and gas outbursts

Gawor M., Litwiniszyn J., Rysz J., Smolarski A. Z.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 3

347-361

EN

This paper presents the studies and research into rock and gas outbursts phenomena. A continuous medium in which rarefaction shock waves can propagate is taken to be the model of such a rock-gas medium. The results of laboratory research into "mini-outbursts' of coal briquettes saturated with CO2, N2, He are presented. These provide valuable information on time-space correlations between certain parameters, such as pressure, temperature, deformations - those that characterise the medium during outburst initiation and reveal the emerging disc structure of the medium.

PL

Praca przedstawia badania nad zjawiskiem nagłych wyrzutów ośrodka skalno-gazowego. Występujące w naturze zjawiska wyrzutów z wnętrza ziemi mas skalno-gazowych, jak np. wybuchy wulkanów, gejzery, gigantyczne wyrzuty wody nasyconej CO2 z jezior wypełniających dawne kratery wulkaniczne znane są od dawna. Naruszenie działalnością górniczą pierwotnego stanu górotworu, w którym znajdują się substancje podlegające przemianom fazowym, powoduje niekiedy wyrzuty mas skalno-gazowych. Procesy termodynamiczne towarzyszące tym zjawiskom odbywają się w warunkach nierównowagi termodynamicznej. Jakościowy obraz zależności p = p(V) przedstawia rys. 1. W fundamentalnej pracy Bethe (1942) podał równanie (1), które można zapisać w postaci (2). W obszarze parametrów termodynamicznych, dla których spełniona jest nierówność <0 możliwa jest generacja i propagacja rozrzedzeniowych fal uderzeniowych. Thompson i Lambrakis (1973) zakomunikowali o odkryciu pewnych substancji spełniających powyższy warunek. Podane przez B e t h e g o równanie i fakt, że ciepło właściwe węgla deponującego CO2 i CH4 jest znacznie większe niż ciepło właściwe gazów, nasuwa myśl, żeznak pochodnej <0 jest taki sam jak pochodnej <0. Ponieważ badania (rys. 1) wskazywały, że w pewnych obszarach spełniona jest zależność >0, a więc w ośrodku mogą się generować i propagować rozrzedzeniowe fale uderzeniowe. W przyjętym modelu założono, że węgiel z zawartymi w nim substancjami jest ośrodkiem ciągłym tworzącym tzw. roztwór stały. Stosując zasadę zachowania masy i pędu oraz równania konstytutywne p=p(V) o własności < 0 otrzymano układ nieliniowych równań hiperbolicznych, który w przypadku jednowymiarowym przyjmuje postać (3). Równania konstytutywne w ogólnym przypadku mają postać (4); zakładając nieobecność procesów relaksacyjnych, brak pamięci materiału i ograniczając się tylko do zmian objętości, równania konstytutywne redukują się do równania stanu (5). Na granicy obszaru można je zapisać w postaci (6), przyjmując za Łydżbą (Łydżba 1990) funkcję F(p) w postaci (6). Dla zadanych warunków brzegowo-początkowych odpowiadających warunkom w niżej przedstawionych eksperymentach uzyskano rozwiązanie w postaci rozrzedzeniowej fali uderzeniowej opisującej ciśnienie porowe w ośrodku. W świetle tego modelu inicjacja wyrzutu jest skutkiem generowanej serii następujących po sobie rozrzedzeniowych fal uderzeniowych, w wyniku działania których powstaje zbiór plastrów o płaszczyznach podziału równoległych do frontu tych fal (Litwiniszyn 1994). Wykonano badania, których celem było potwierdzenie warstwowego sposobu rozpadu węgla oraz wpływu desorpcji na charakter tego procesu. Schemat eksperymentu przedstawia rys. 3. Rys. 4 przedstawia obrazy rozpadającego się brykietu o porowatości 16% nasyconego azotem (a) i dwutlenkiem węgla (b) do ciśnienia 0,6 MPa, rozprężanego do ciśnienia atmosferycznego. Rys. 5 przedstawia zależność położenia płatków rozpadającego się brykietu od czasu dla obu gazów. Wykonane zdjęcia potwierdziły pogląd o warstwowym mechanizmie rozpadu brykietu. W celu weryfikacji hipotezy, że przyczyną powstawania płatków podczas wyrzutu jest uderzeniowa fala rozrzedzeniowa, wykonano eksperymenty, w których w czasie destrukcji brykietu mierzono ciśnienie gazu, odkształcenie i jego temperaturę. Ciśnienie mierzono za pomocą piezorezystancyjnych przetworników ciśnienia, do pomiaru temperatury posłużono się termoparami umieszczonymi wewnątrz próbki. Lokalne odkształcenie mierzono za pomocą tensometrów węglowych o oryginalnej konstrukcji (Rysz 1996). Rys. 7 przedstawia przebiegi ciśnienia, odkształcenia i temperatury podczas eksperymentu z rozpadem brykietu nasączonego dwutlenkiem węgla, przebiegi eksperymentu z helem przedstawiono na rys. 9. Rys. 8 przedstawia zmiany ciśnienia gazu i ich pochodne po czasie. Im dalej od czoła brykietu, tym bezwzględna wartość pochodnej ciśnienia jest większa, co świadczy o rosnącym nachyleniu spadku ciśnienia. Może to stanowić potwierdzenie hipotezy o formowaniu się fali uderzeniowej w brykiecie.