Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wyłączenie przewietrzania kopalni Ruch "Anna" – symulacja numeryczna

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2018

|

T. 20, nr 3

189--196

PL

Przedstawiono wyniki symulacji przepływu mieszaniny powietrza i metanu w wyrobiskach kopalni Rydułtowy- Anna dla Ruchu Anna podczas końcowego etapu likwidacji wyrobisk kopalni Anna. Ta faza likwidacji kopalni obejmowała postawienie tam w wyrobisku łączącym Ruch Anna z Ruchem Rydułtowy oraz na wyłączeniu wentylatora na szybie Ryszard z równoczesnym otamowaniu szybów wdechowych Chrobry I i II. Przedstawiono zmiany w rozpływie powietrza i rozkładzie stężenia metanu. Symulacja potwierdziła przydatność programu komputerowego VentGraph do analizy stanu atmosfery w otamowanych wyrobiskach likwidowanenej kopalni Anna.

EN

The paper is connected with a process of abandonment of the Anna coal mine. Results of a computer simulation of the flow of air and methane mixture in the excavations of the Rydułtowy-Anna mine complex were presented during the final stage of the abandonemet of underground workings of the Anna mine subregion. This phase of the mine's liquidation included construction of separating seals in the excavation connecting the Subregion Anna with the Subregion Rydułtowy and stoppage of the fan at the Ryszard shaft with the simultaneous blockage of the inlet shafts Chrobry I and II. Changes in the airflow distribution and distribution of methane concentration are presented. The simulation confirmed the usefulness of the VentGraph computer program to analyze the state of the atmosphere in the sealed excavations of the Anna mine.

2

Badania eksperymentalne wpływu urabiania kombajnem na warunki przewietrzania w rejonie ściany wydobywczej

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2018

|

T. 20, nr 4

249--267

PL

Badania prowadzone w polskim i światowym górnictwie pokazują, że zagrożenie metanowe często powoduje utratę ciągłości pracy kompleksów ścianowych oraz ma również istotny wpływ na warunki bezpieczeństwa załóg w ścianie. Praktyka górnicza pokazuje, że w kopalniach silnie metanowych właśnie metan często stanowił podstawowe ograniczenie dla nowoczesnych i wysokowydajnych kompleksów ścianowych. Badania wpływu urabiania kombajnem na warunki przewietrzania w ścianie oraz powstawania stanów nieustalonych prędkości powietrza i stężenia metanu prowadzono w warunkach polskich kopalń Budryk oraz Bielszowice. Systemy monitorowania stosowane w kopalniach węgla kamiennego dostarczają wiele informacji o stanie parametrów powietrza w ścianach wydobywczych i wyrobiskach przyległych. Niezależnie od bieżącej kontroli i monitorowania parametrów w systemach gazometrii prowadzone są badania eksperymentalne „in-situ, które wzbogacają bazy danych i mogą być wykorzystane do weryfikacji modeli numerycznych. W artykule wybrano obserwacje i badania wykonane w ścianie Cw-4 w pokładzie 364/2 kopalni Budryk. W obserwacji stanu metanowego w ścianie Cw-4 niezależnie od rejestracji parametrów powietrza w systemie monitorowania wykorzystano dodatkowe czujniki zabudowane w końcowym biegu ściany od strony zawału oraz rejestracje prędkości powietrza i stężenia metanu w systemie wielopunktowym zabudowanym w wybranym przekroju poprzecznym ściany. Dane z rozszerzonego systemu były na bieżąco zapisywane w archiwach systemów monitorowania, a systemu wielopunktowego bezpośrednio w pamięciach metaanemometrów, co pozwoliło na wykonanie analizy porównawczej uzyskanych zapisów z wielu metanomierzy. Ważnym elementem prowadzonych analiz była równoczesna rejestracja stężenia metanu w ścianie wraz z informacją o czasie pracy, kierunku jazdy kombajnu oraz rodzaju pracy urabianie/ czyszczenie.

EN

Research conducted in the Polish and global mining shows that the methane hazard has a significant impact on the safety of machine operators in the longwall, and is also limiting the loss of longwall work. The mining practice shows that in methane coal mines, methane is often the basic limitation for modern and high-efficiency longwall complexes. Research on the impact of mining with the combine on aeration conditions in the longwall and the formation of transient air velocities and methane concentrations were conducted in the Polish mines Budryk and Bielszowice. Monitoring systems used in hard coal mines provide a lot of information on the status of air parameters in mining longwalls and adjacent excavations. Regardless of the current control and monitoring of parameters in gasometry systems, in-situ experiments are carried out in the databases and can be used to verify numerical models. The article selected observations and tests carried out in the Cw-4 longwall in board 364/2 of the Budryk mine. In observation of the methane state in the Cw-4 longwall, additional sensors installed in the end part of the longwall from the side of the gob and registrations of air velocity and methane concentration in the multipoint system built in the selected longwall cross-section were used regardless of the air parameters recorded in the monitoring system. The data from the extended system were recorded on an ongoing basis in the archives of the monitoring system, and the multipoint system was directly stored in the metaanemometers, which allowed to perform a comparative analysis of the obtained records from many methane detectors. An important element of the analyzes was the simultaneous registration of the methane concentration of the longwall together with information on the operating time, the direction of the shearer and the type of work the mining / cleaning.

3

Shearer control algorithm and identification of control parameters

Dziurzyński W., Krach A., Pałka T.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 3

537--552

EN

This paper describes the concept of controlling the advancement speed of the shearer, the objective of which is to eliminate switching the devices off to the devices in the longwall and in the adjacent galleries. This is connected with the threshold limit value of 2% for the methane concentration in the air stream flowing out from the longwall heading, or 1% methane in the air flowing to the longwall. Equations were formulated which represent the emission of methane from the mined body of coal in the longwall and from the winnings on the conveyors in order to develop the numerical procedures enabling a computer simulation of the mining process with a longwall shearer and haulage of the winnings. The distribution model of air, methane and firedamp, and the model of the goaf and a methanometry method which already exist in the Ventgraph-Plus programme, and the model of the methane emission from the mined longwall body of coal, together with the model of the methane emission from the winnings on conveyors and the model of the logic circuit to calculate the required advancement speed of the shearer together all form a set that enables simulations of the control used for a longwall shearer in the mining process. This simulation provides a means for making a comparison of the output of the mining in the case of work using a control system for the speed advancement of the shearer and the mining performance without this circuit in a situation when switching the devices off occurs as a consequence of exceeding the 2% threshold limit value of the methane concentration. The algorithm to control a shearer developed for a computer simulation considers a simpler case, where the logic circuit only employs the methane concentration signal from a methane detector situated in the longwall gallery close to the longwall outlet.

PL

W pracy opisano koncepcję układu sterowania prędkością posuwu kombajnu, którego celem jest eliminacja wyłączeń napięcia zasilania urządzeń w ścianie i chodnikach przyległych związana z przekroczeniem progu 2% stężenia metanu w prądzie powietrza wypływającym z wyrobiska ścianowego lub 1% w powietrzu dopływającym do ściany. Dla opracowania procedur numerycznych umożliwiających symulację komputerową procesu urabiania kombajnem ścianowym i odstawy urobku podano związki opisujące emisję metanu z urabianej calizny węglowej ściany i z urobku na przenośnikach. Razem z już istniejącymi w programie Ventgraph-Plus modelem rozpływu powietrza, metanu i gazów pożarowych, modelem zrobów i modelem metanometrii, model emisji metanu z urabianej calizny ściany, model emisji metanu z urobku na przenośnikach i model układu kalkulacyjnego obliczającego wymaganą prędkość posuwu kombajnu tworzą zestaw umożliwiający wykonanie symulacji sterowania kombajnem ścianowym w procesie urabiania. Symulacja ta pozwala na porównanie wydajności urabiania przy pracy z układem sterowania prędkością posuwu kombajnu i wydajności urabiania bez tego układu, gdy występują wyłączenia napięcia zasilania z powodu przekraczania progu 2 % stężenia metanu. Algorytm sterowania kombajnem utworzony dla symulacji komputerowej obejmuje prostszy przypadek, gdy układ kalkulacyjny wykorzystuje sygnał stężenia metanu tylko z metanomierza w chodniku nadścianowym w pobliżu wylotu ściany.

4

Zmiana warunków cieplnych w rejonie ściany w funkcji wydobycia i zagrożenia metanowego

Dziurzyński W., Głuch B.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

33--43

PL

Eksploatacja pokładów węgla kamiennego systemem ścianowym napotyka barierę wzrostu wydajności kompleksu ścianowego z uwagi na zagrożenie metanowe oraz klimatyczne. Urządzenia pracujące wyrobiskach eksploatacyjnych wydzielają ciepło do powietrza wpływając na warunki mikroklimatu. Przyczyną generowania ciepła przez urządzenia są straty cieplne oraz rozpraszanie energii w ruchu poprzez tarcie. W niniejszym artykule przedstawiono krótki przegląd literatury oraz metodyki wyznaczania dopływu ciepła do miejsc pracy w rejonie ściany przy uwzględnieniu prędkości urabiania kombajnu ścianowego. Zauważono, że metody określania warunków cieplnych w wyrobiskach podziemnych biorą pod uwagę przeważnie znamionową moc urządzeń. W rzeczywistości wartość strumienia cieplnego zależy także od sposobu obciążenia urządzeń. Na przykładzie wybranego rejonu ściany kopalń „M-W” przedstawiono prognozę zmian temperatury w wyrobiskach eksploatacyjnych przy uwzględnieniu różnego poziomu wydobycia. W badaniach zwrócono uwagę na czynniki mające wpływ na wydzielanie zarówno ciepła jak i metanu z punktu widzenia problemu uzyskania wysokiego wydobycia. W podsumowaniu zawarto wnioski odnoszące się do dalszych badań oraz propozycji zmian w metodzie prognozowania cieplnych warunków pracy.

EN

Coal extraction effi ciency of longwall is limited by the methane and climatic hazards. Mining equipment working in excavation transmit heat to the air and affect microclimate conditions. This article presents short literature review and description of the determination of heat input to the longwall considering the speed of mining longwall shearer. The methods of determination of microclimate conditions in underground excavations take into consideration the rated power of mining equipment. In working environment, the value of the heat flow depends also on methods of mining equipment loading. This article presents forecast of temperature in excavations taking into account extraction in a longwall selected in the mine “M-W”. The research was focused on efficiency limitations caused by heat generation and methane release. Summary of the paper presents conclusions and plans for further researches on evaluation of microclimate conditions.

5

Rozwój narzędzi komputerowych do wariantowych symulacji procesu przewietrzania w aspekcie wyznaczania bocznic przekątnych w KSW

Dziurzyński W., Krach A., Pałka T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

21--31

PL

Rozwój ujednoliconego oprogramowania o nazwie VentGraph-Plus w oparciu o system monitoringu kopalni i pomiary ręczne jest kontynuowany. Za istotne uznano zwiększenie użyteczności rozwijanego programu komputerowego o zagadnienie wyznaczania bocznic przekątnych w złożonej strukturze wyrobisk kopalni podziemnej. Uzasadnieniem takiego wyboru uzupełnienia są zdobyte doświadczenia oraz potrzeba opracowania narzędzi do realizacji na modelu numerycznym symulacji rewersji wentylacji. Zasadniczym celem takich symulacji jest wyznaczenia miejsc lokalizacji tam wentylacyjnych potrzebnych do przeprowadzenia rewersji rejonu ściany przewietrzanego prądem wznoszącym lub schodzącym. Ważnym elementem strategii prowadzenia manewru wentylacji jakim jest rewersja, jest ustalenie miejsc lokalizacji tam wentylacyjnych, które trzeba otworzyć lub zamknąć dla wykonania manewru rewersji. W tym zakresie ciągle brak zadawalającego narzędzia wspomagającego przygotowanie prowadzenia takich manewrów, szczególnie w sytuacji wystąpienia pożaru. Prowadzone prace mają znaczenie praktyczne w aspekcie zagrożenia metanowego i pożarowego w kopalniach podziemnych węgla kamiennego. W tym celu opracowano dodatkowe moduły programu komputerowego VentGraph-Plus, które umożliwią użytkownikowi sprawną jego obsługę w zakresie wyznaczenia bocznic przekątnych, będących podstawą do realizacji manewrów wentylacji prowadzących do rewersji. W pracy przedstawiono krótki przegląd literatury zagadnienia, przyjętą metodę i zastosowany algorytm wyznaczania bocznic przekątnych. Pracę kończy opis nowych opcji programu komputerowego oraz przykład wyznaczenia bocznic przekątnych dla wybranej złożonej struktury wyrobisk dla kilku wybranych kopalń. W podsumowaniu zawarto wnioski odnoszące się do metody wyznaczania bocznic i jej przydatności dla prowadzenia manewrów tamami dla uzyskania rewersji wentylacji.

EN

The paper presents the stage of progress in the development of the multi-functional mine ventilation modeling software VentGraph-Plus. Operation of the software is closely linked with the dedicated in-situ measurements and indications of the monitoring system. Detection of diagonal airways in complex underground mine ventilation networks will be one of new functions enhancing usability of the software. Importance of knowledge, which airways are diagonal became more evident after the simulations of ventilation reversals. Core objective of such simulations is to point the places for ventilation door necessary to perform the reversal of flow in a longwall region with ascending or descending currents. So far there is no tool providing assistance in designing the sequence of operations for such maneuver, especially in case of an underground fire. Ongoing work has practical significance in terms of methane and fire hazard frequently occurring in Polish underground coal mines. For this purpose, additional modules the computer program VentGraph-Plus, which will allow the user designate the diagonal airways for planned ventilation reversal in an easy way have been developed. The paper presents a brief review of the state of the art, describes the idea of the methode of diagonal airways detection and the algorithm applied. Then follow examples using complex networks of some Polish collieries. Final conclusions relate to the method itself and its applicability.

6

Wyznaczanie profilu prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym

Dziurzyński W., Gawor M., Pałka T.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 7

26--33

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań pola prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym kopalni podziemnej. Przepływ powietrza w większości wyrobisk górniczych charakteryzuje się zmiennością w czasie i wielkoskalową turbulencją. Dla poznania skali i zakresu zmienności pola prędkości wykonano eksperymenty pomiarowe w wyrobiskach ośmiu kopalń polskich korzystając z systemu wielopunktowego pomiaru, wyposażonego w kilkanaście (max 32) anemometrycznych czujników skrzydełkowych pomiaru prędkości przepływu powietrza (SWPPP). Dla zobrazowania zrejestrowanych danych, opracowano algorytmy i procedury programu IZO przeznaczonego do obróbki wyników pomiarów prędkości przepływu powietrza i wizualizacji na ekranie komputera chwilowej wartości prędkości, pola prędkości przedstawionego na wykresach 2D jako linii jednakowych prędkości (izotachy) lub 3D jako powierzchni obrazującej zmienny w czasie profil prędkości. Wyznaczenie zmiennego w czasie profilu prędkości, wnosi istotny poznawczy element w aspekcie zgodnego z zasadami mechaniki płynów położenia stacjonarnego anemometru w przekroju poprzecznym wyrobiska. Przedstawiono metodykę posługiwania sie opracowanymi komputerowymi narzędziami do wizualizacji pola prędkości i wyznaczenia strumienia objętości przepływu powietrza. Powyższe umożliwia wyznaczyć poprawne do warunków metrologicznych, miejsce lokalizacji anemometru stacjonarnego, adekwatne do warunków przepływu powietrza, w tym do średniej prędkości przepływu powietrza, geometrii wyrobiska i znajdujacych się elementów wyrobiska (taśma, kable, rurociąg, lutniociag).

EN

This paper summarises the studies of airflow velocity fields in mine workings in underground mines. Typically, air flows in mines are time-variant and are subject to multi-scale turbulence. To identify the scale and variability range of the velocity field, measurements were taken in eight Polish collieries using a multi-point system incorporating several (no more than 32) vane anemometer sensors for measuring airflow velocity. To visualise the measurement data, dedicated algorithms and procedures of the IZO program were developed, allowing the registered airflow velocity data to be duly processed and the instantaneous airflow velocity and flow velocity fields to be visualised on the computer screen as velocity contour (isotach) lines (2D graphs) or as surfaces representing time-variant velocity profiles (3D graphs). Determination of the time-variant velocity profile adds a vital cognitive aspect when trying to establish the optimal position of a vane anemometer in the gallery’s cross section, in accordance with the principles of flow mechanics. The methodology is outlined showing how to use the tools for flow velocity field visualisation and for determining the volumetric flow rate in order to find the location of a stationary anemometer position adequate to the airflow velocity conditions (average flow velocity, geometry of the cross section of the gallery) and taking into account the presence of mine equipment (conveyor belts, cables, pipelines, ventilation ducts).

7

Podstawy budowy, regulacji rozpływu i monitoringu sieci odmetanowania

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

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 7

34--42

PL

W artykule przedstawiono podstawy funkcjonowania monitoringu sieci odmetanowania. Ocenia się, że wprowadzenie do praktyki monitoringu i regulacji pozwoli na poprawę efektywności ujęcia metanu. Omówiono podstawy teoretyczne regulacji przepływu mieszaniny metanu i powietrza w rurociągu odmetanowania oraz przedstawiono koncepcję automatycznej regulacji przepływu w sieci rurociągu odmetanowania. Przyjęto, że zastosowanie metod numerycznych i programu komputerowego VentOdmet do wyznaczania stanu sieci odmetanowania w połączeniu z obliczeniami programem VentGraph modelującym rozpływ powietrza w sieci wentylacyjnej rejonu umożliwia badanie wzajemnego wpływu tych dwóch sieci, w tym obliczanie rozpływu gazu w rurociągu odmetanowania i regulacji rozpływu. Przedstawiono przykład obliczeń na opracowanym modelu numerycznym wykonanej regulacji rozpływu metanu w sieci rurociągu odmetanowania kopalni „Z”. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci graficznej, korzystając ze schematu połączeń rurociągu odmetanowania.

EN

This paper briefly outlines the operating principles of monitoring of the methane drainage network. The introduction of methane flow control and monitoring to the mining practice is expected to help improve the efficiency of methane recovery. Theoretical background of the regulation of the flow in the methane drainage network and a concept of automatic flow control of the drainage system are presented. It is assumed that the application of specific numerical procedures and co-operation of the computer program VentOdmet, which is modelling operation of the methane drainage network, with the VentGraph program for modelling the airflow in ventilation network in the area, should allow for the interactions between those two networks to be reliably tested, including calculation and control of the methane drainage flows. Regulation of the drainage system at the colliery Zofiówka is presented as an example. Calculation data have been displayed graphically by use of the schematic diagram of methane control pipeline connections.

8

Rozwój systemów symulacji procesu przewietrzania w rejonie ściany z uwzględnieniem czujników systemu gazometrii

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2015

|

Vol. 17, no. 1-2

3--19

PL

W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN od szeregu lat rozwijany jest program komputerowy realizujący symulację procesu przewietrzania w rejonie ściany. Program uwzględnia emisję metanu związaną z urabianiem kombajnem i urobkiem na przenośniku, a także wykorzystuje dane zarejestrowane przez czujniki systemu gazometrii. Program wymaga dostarczenia wielu parametrów wynikających z modeli matematycznych zastosowanych do opisu zjawisk związanych z przewietrzaniem, ruchem kombajnu i przenośnika oraz dopływem metanu. Stąd wynika konieczność sformułowania metodyki uzyskania i przygotowania wiarygodnych danych do programu, koniecznych dla modelowania przepływów mieszaniny gazów w rejonie ściany i zrobach. Połączenie programów Ventgraph i VentZroby otwiera nowe możliwości symulacji przewietrzania wyrobisk ścianowych z uwzględnieniem przepływu powietrza przez zroby eksploatowanych ścian. Zostaną przedstawione kolejne etapy przygotowana szerokiej bazy danych wejściowych począwszy od parametrów charakteryzujących przepływ powietrza, specyfikacji źródeł dopływu metanu, pracy kombajnu oraz danych uzyskiwanych z systemu gazometrycznego kopalni. Systemy gazometrii automatycznej stosowane w kopalniach węgla kamiennego dostarczają wiele informacji dotyczących bieżącego stanu parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni. Dane rejestrowane na bieżąco oraz archiwizowane w bazach danych kopalnianych systemów nadzoru niezależnie od funkcji kontrolnych stanu wentylacji i zmian parametrów powietrza stanowią niezwykle cenny materiał poznawczy oraz pozwalają na szersze ich wykorzystanie. Ogromna liczba danych gromadzonych w kopalnianych systemach gazometrii automatycznej i nadzoru dyspozytorskiego oraz potrzeba i możliwości ich nowego wykorzystania wymagają wyboru narzędzi oraz metod, które potrafią te dane przetwarzać w celu pozyskania użytecznych informacji. Zaproponowano zastosowanie mechanizmów tzw. odkrywania wiedzy (ang. knowledge discovery) do przygotowania danych rejestrowanych w systemach gazometrii do celów analiz stanu przewietrzania oraz tworzenia modeli numerycznych jak i ich weryfikacji. Wykorzystanie danych rejestrowanych w systemie musi uwzględniać własności metrologiczne oraz specyficzne wymagania stosowania czujników stacjonarnych w systemach gazometrii automatycznej. W artykule wybrano wielkości fizyczne, które mogą być określane z danych rejestrowanych w systemie gazometrii oraz sformułowano podstawowe warunki ich wykorzystania do celów symulacji i weryfi kacji modeli numerycznych procesu przewietrzania.

EN

Research work has been continued at the Strata Mechanics Research Institute aimed to develop a computer programme for simulations of ventilation conditions in the longwall region. Key aspects to be addressed include methane emissions due to the mining operation using the combined shearer systems and conveyor installations. The programme utilises the data registered by the sensors of the gas monitoring systems. The procedure uses numerous parameters derived from mathematical models used for describing ventilation processes, motion of the shearer and of the conveyor and methane inflows, so the dedicated methodology is required specifying how to collect and prepare reliable data to be used in the programme and necessary for accurate modelling of flows of gas mixtures in the longwall regions and in the mine workings. Integration of the programmes Ventgraph and VentZroby offers a possibility to simulate the ventilation of the longwall region, taking into account the air flows through the workings being mined. Further stages will be outlined, involving the development of a database of input data: air flow parameters, specification of methane sources, operational parameters of the shearer system and the data from the gas monitoring system in the mine. The gas monitoring systems in coal mines provide a great deal of information about the current parameters of air in the mine workings. Alongside their control function, data registered on the online basis and those stored in the database of the supervisory systems provide most valuable information allowing their wide use. In order that this vast body of data should be effectively used, tools and methods are required allowing the data processing so as to obtain the relevant information. The knowledge discovery algorithms are proposed for handling the data registered by the gas monitoring systems to support the analyses of the ventilation conditions and development and verification of numerical models of the ventilation conditions. When utilising data registered in the system, cognisance should be taken of the metrological properties and specific requirements of the stationary sensors in the automatic gas monitoring systems. This study focuses on physical quantities which can be derived based on data registered by the gas monitoring systems and requirements are formulated for their application in simulations and verification of numerical models of ventilation conditions.

9

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.

10

A reliable method of completing and compensating the results of measurements of flow parameters in a network of headings

Dziurzyński W., Krach A., Pałka T.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 1

3--24

EN

Forecasting a ventilation process is based on two factors: using a validated software (Dziurzyński et al., 2011; Pritchard, 2010) and a properly prepared database encompassing the parameters describing the flow of air and gases, compatible with the adopted mathematical model of the VentGraph software (Dziurzyński, 2002). With a body of measurement data and a mathematical model for computer calculations and air flow simulation at our disposal, we proceed to develop a numerical model for a chosen network of mine headings. Preparing a numerical model of a ventilation network of a given mine requires providing a collection of data regarding the structure of the network and the physical properties of its elements, such as headings, fans, or stoppings. In the case of fire simulations, it is also necessary to specify the parameters describing the seat of a fire and the properties of the rocks of which the rock mass is comprised. The methods which are currently applied to this task involve manual ventilation measurements performed in headings; the results obtained in the course of these measurements constitute a basis for determining physical parameters, such as the aerodynamic resistance of a heading, density of the flow of air, or natural depression. Experience shows that – due to difficulties regarding accessibility of headings, as well as the considerable lengths of the latter – there are some nodes and headings in mines where such measurements are not performed. Thus, an attempt was made to develop a new methodology that would provide the missing data on the basis of some other available information concerning – for example – the air density, the geometry of headings and elevations. The adopted methodology suggests that one should start with balancing the air mass fluxes within the structure of a network of headings. The next step is to compile a database concerning the pressure values in the network nodes, based on the measurement results – and provide the missing pressure values on the basis of the available results of measurements carried out in adjacent nodes, as well as the pressure value calculated on the basis of the heading geometry and the given volumetric flow rate. The present paper discusses the methodology of compensating and balancing the volumetric air flow rates within a network of headings (Chapter 2) and the methodology of determining pressure values (Chapter 3) in the nodes of the network. The developed calculation algorithms – verified by means of sample calculations performed for a selected area of a mine ventilation network – were introduced into the VentGraph software system. The calculation results were presented in tabular form. The Summary section discusses the minuses and pluses of the adopted methodology.

PL

Podstawą prognozy procesu przewietrzania jest posługiwanie się zwalidowanym programem komputerowym (Dziurzyński i in., 2011; Pritchard, 2010) oraz poprawnie przygotowaną bazą danych zawierającą parametry opisujące przepływ powietrza i gazów, zgodną z przyjętym modelem matematycznym w programie komputerowym VentGraph (Dziurzyński, 2002). Dysponując bazą danych pomiarowych oraz przyjętym do obliczeń komputerowych i symulacji procesu przewietrzania modelem matematycznym przystępujemy do opracowania modelu numerycznego dla wybranej sieci wyrobisk kopalni. Przygotowanie modelu numerycznego sieci wentylacyjnej danej kopalni wymaga dostarczenia zestawu danych dotyczących struktury sieci i własności fizycznych jej elementów, tj. wyrobisk, wentylatorów, tam, a przy symulacji pożaru dodatkowo wymagane jest podanie parametrów opisujących ognisko pożaru oraz własności skał górotworu. Obecna praktyka postępowania polega na tym, że wykonuje się ręczne pomiary wentylacyjne w wyrobiskach górniczych, a uzyskane wyniki stanowią podstawę do wyznaczenia parametrów fizycznych takich jak: opór aerodynamiczny wyrobiska, gęstość przepływającego powietrza i naturalna depresja. Z uwagi na występujące trudności w dostępności wyrobisk jak również na znaczne ich długości, praktyka pokazuje, że pomiary nie są realizowane we wszystkich węzłach i wyrobiskach kopalni. Dlatego podjęto próbę opracowania nowej metodyki prowadzącej do uzupełnienia brakujących danych na podstawie innych dostępnych danych dotyczących np. gęstości powietrza, geometrii wyrobisk i kot niwelacyjnych. Z przyjętej metodyki wynika, że w pierwszej kolejności należy wykonać bilans strumieni masy powietrza w strukturze sieci wyrobisk. Następnie zbudować bazę danych ciśnień w węzłach sieci w oparciu o pomiary i uzupełnić brakujące ciśnienia na podstawie dostępnych wyników pomiarów w sąsiednich węzłach oraz ciśnienia obliczonego z wartości oporu aerodynamicznego wyznaczonego na podstawie geometrii wyrobiska i znanego strumienia objętości. W artykule przedstawiono metodykę wyrównywania i bilansowania strumieni objętości powietrza w sieci wyrobisk (rozdz. 2) oraz metodykę wyznaczania ciśnień (rozdz. 3) w węzłach sieci wyrobisk. Opracowane algorytmy obliczeń wprowadzono do systemu programów VentGraph, które zostały sprawdzone poprzez obliczenia dla przykładu wybranego rejonu kopalnianej sieci wentylacyjnej. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci tabelarycznej. W podsumowaniu omówiono wady i zalety przyjętej metodyki.

11

Wyznaczanie dróg ucieczkowych w razie pożaru w kopalni podziemnej – nowe możliwości systemu VentGraph

Dziurzyński W., Pałka T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 1-2

3--16

PL

W artykule przedstawiono nowe algorytmy dla systemu programów komputerowych VentGraph w zakresie poszukiwania miejsca pożaru w zadymionych wyrobiskach sieci wentylacyjnej kopalni jak i określania nowych dróg ucieczkowych dla załogi znajdującej się w tych wyrobiskach. W ramach realizacji projektu strategicznego „Poprawa bezpieczeństwa w górnictwie” zadanie nr 2 opracowano założenia i algorytmy wyznaczania dróg ucieczkowych oraz zaktualizowano program komputerowy POŻAR systemu VentGraph o nowatorskie i przydatne dla praktyki procedury wspomagające pracę osób dozoru kopalni w zakresie wyznaczania bezpiecznego wyprowadzenia załogi górniczej z dowolnego miejsca kopalni. Opracowany program został poddany intensywnemu testowaniu na wybranym przykładzie jednej z polskich kopalń. Należy zwrócić uwagę, że program POŻAR systemu VentGraph wyznaczający drogi ucieczkowe dla określonego miejsca pracy załogi, ustawia drogi od najkrótszej do najdłuższej w sensie kryterium długości lub czasu przejścia, podając jednocześnie ich długości, czasy przejścia tych dróg, oraz inne parametry które mogą mieć istotny wpływ na wybór drogi. Informacje te służą pomocą służbom wentylacyjnym w trakcie przygotowywania planu akcji pożarowej zgodnie z obowiązującymi przepisami. Również w trakcie pożaru, może wspomagać działania kierownika akcji pożarowej, wtedy gdy sytuacja wymaga wyznaczenia nowej drogi nie przewidzianej w planach. Jedna z opcji programu POŻAR daje możliwość przeprowadzenia symulacji rozpływu gazów pożarowych w trakcie rozwijającej się sytuacji pożarowej co pozwala na obliczenie prognozowanej widoczności w dowolnym odstępie czasowym od powstania pożaru.

EN

New algorithms added to the computer system Ventgraph can be used to locate the fires in smoke-filled sections of the ventilation network in the mines and to find the emergency exit routes for miners present in the area. Within the framework of the strategic research project “Improvement of safety features in the mining sector” (task 2), the new algorithms were developed to determine the exit routes in the case of fire and, the computer programme POŻAR, a part of the Ventgraph system, was updated accordingly to include novel and useful procedures supporting the mine supervisory personnel in helping to find the means of escape from any point in the mine. The program was extensively tested in one of the Polish collieries. It is worthwhile to mention that the programme POŻAR in the Ventgraph system, while finding the exit routes for workers at the specifi ed point, arranges the emergency exit routes using the criterion of distance (from the shortest to the longest) or the time of passage and, at the same time, provides their lengths, the time required for exit as well as other parameters that may affect the choice of the exit route. This information is of particular importance for ventilation personnel when planning the actions to be taken in case of fire in accordance with the applicable regulations. During the fire, this information will prove most useful for the co-ordinator of the fire-fighting action, should the need arise to find a new exit route not included in previous plans. One of the options available in the program POŻAR supports simulations of the flow of fire gases when the fire is developing, which allows for forecasting the field of vision at any time interval from the instant the fire breaks.

12

Computer simulation of the propagation of heat in abandoned workings insulated with slurries and mineral substances

Dziurzyński W., Krach A., Pałka T.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 1

3--23

EN

In the paper the results of investigations aimed at further identification of the phenomena occurring in abandoned workings and connected with the flow of air-gas (methane, carbon dioxide, nitrogen, oxygen and carbon oxidation products) mixture with taking into consideration the impact of supplied mineral substances on the processes of self-heating of the coal left in goaves were presented. The known and successfully used method for the prevention of fires in abandoned workings is the technology of filling goaf with an ash-air mixture, which also raises the issue of the effective use of that mixture. The computer, i.e. digital simulation methods being developed and intended for the purpose of the process discussed here are a good complement of the use of that technology. A developed mathematical model describing the process of additional sealing of gob with wet slurry supplied with three pipelines is based on the balance of volume of the supplied mixture and contained in the body created in goaves. The form of that body was assessed on the basis of the observation results available in literature and the results of model investigations. The calculation examples carried out for the the longwall area and its goaf ventilated with the “U” system allow to state that the introduced modification of the mathematical model describing the flow of the mixture of air, gases, and wet slurry with consideration of the coal burning process in the fire source area was verified positively. The digital prognostic simulations have confirmed a vital impact of the wet slurry supplied into the goaf on the processes of coal burning and also the change of rate and volume flow rate of the air mixture in goaf. As a complement to the above it should be noted that such elements as the place of the slurry supply in comparison with the longwall inclination or fire source area location is of great importance for the effectiveness of the fire prevention used. The development of computer/ digital simulation methods requires further investigations of the model adopted in this study. Those investigations should be aimed at making credible the theoretical model of the mixture flow through porous medium and the supplied mineral material. Such investigations will allow to verify the body form based on the mixture parameters such as humidity, viscosity, and fluidity and depending on the properties of the porous medium. Further development of the modelling of the phenomena discussed in this paper should be based on the methods of use of the description of the flow of fluids and slurry on the basis of 3D models.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań prowadzące do dalszego poznania zjawisk zachodzących w zrobach związanych z przepływem mieszaniny powietrzno-gazowej (metan, dwutlenek węgla, azot, tlen i produkty utleniania węgla) z uwzględnieniem wpływu podawanych substancji mineralnych na procesy samozagrzewania pozostawionego w zrobach węgla. Znaną i stosowaną z powodzeniem metodą zapobiegania pożarom w zrobach jest technologia wypełniania zrobów mieszaniną popiołowo - wodną, co wiąże się również z zagadnieniem efektywnego jej stosowania. Rozwijane metody komputerowej symulacji rozważanego procesu dobrze uzupełniają jej stosowanie. Przedstawiono rozbudowany model matematyczny opisujący proces doszczelniania zrobów poprzez podanie za pomocą trzech rurociągów wilgotnej zawiesiny, bazuje na bilansie objętości mieszaniny doprowadzonej i zawartej w bryle utworzonej w zrobach. Kształt tej bryły oszacowano na podstawie dostępnych w literaturze wyników obserwacji i wyników badań modelowych. Wykonane przykłady obliczeniowe dla rejonu ściany i jej zrobów przewietrzanej system na „U“, pozwalają stwierdzić, że dokonana modyfikacja modelu matematycznego opisującego przepływ mieszaniny powietrza, gazów i wilgotnej zawiesiny z uwzględnieniem procesu palenia węgla w ognisku pożaru została pozytywnie zweryfikowana. Wykonane komputerowe symulacje prognostyczne, potwierdziły istotny wpływ podawanej wilgotnej zawiesiny do zrobów na procesy palenia węgla jak również na zmiany prędkości i strumienia objętości przepływu mieszaniny powietrza w zrobach. W uzupełnieniu powyższego należy zauważyć, że takie elementy jak miejsce podania zawiesiny w stosunku do nachylenia ściany czy lokalizacji ogniska pożaru ma duże znaczenie dla skuteczności zastosowanej profilaktyki pożarowej. Rozwój komputerowej symulacji wymaga eksperymentalnych badań celem uwiarygodnienia przyjętego w niniejszej pracy teoretycznego modelu przepływu mieszaniny i podawanych substancji mineralnych przez ośrodek porowaty. Badania takie umożliwią weryfikację kształtu bryły w zależności od parametrów mieszaniny takich jak wilgotność, lepkość i rozlewność oraz od własności ośrodka porowatego. Dalszy rozwój modelowania omawianych w artykule zjawisk winien opierać się na metodach zastosowania opisu przepływu płynów i zawiesiny w oparciu o modele trójwymiarowe.

13

Komputerowa symulacja wpływu likwidacji chodników przyścianowych na rozkład metanu w rejonie ściany i zrobów

Dziurzyński W., Janus J., Pałka T.

Przegląd Górniczy

|

2013

|

T. 69, nr 5

7--16

PL

Wykazano, że sposób likwidacji chodników przyścianowych ma wpływ na zmianę parametrów przepływu powietrza i metanu w rejonie ściany. Modelowanie procesu migracji mieszaniny powietrza i metanu pozwala na wykonanie symulacji numerycznych celem określenia rozkładu stężenia metanu w zrobach oraz, co istotne, jego migracji do sąsiadujących zrobów przed i po wykonaniu prac likwidacji chodników przyścianowych. W tym celu przeprowadzono wielowariantowe symulacje numeryczne z wykorzystaniem specjalistycznego programu VentZroby na modelu numerycznym wybranego rejonu eksploatacji systemem ścianowym w kopalni polskiej. Podczas symulacji uwzględniono sposób likwidacji chodników przyścianowych, jak i zmianę kierunku przewietrzania rozważanego rejonu ściany i zrobów. Analiza porównawcza wykazała istotny wpływ sposobu likwidacji chodnika przyścianowego na rozkład stężenia metanu w zrobach oraz migracji metanu do zrobów sąsiadujących zlikwidowanych ścian. Uzyskano również zauważalną różnicę wartości stężeń metanu w chodnikach wzdłuż calizny węglowej, w których prowadzona jest eksploatacja. W podsumowaniu stwierdzono, że mimo odsunięcia się strefy podwyższonych stężeń metanu od frontu ściany, zaleca się prowadzić rabowanie obudowy lub podsadzanie chodników przyścianowych.

EN

It was shown that the method of roadway liquidation causes change in the parameters of methane and air flow in the longwall area. Modeling of the process of air-methane mixture migration allows to perform numerical simulations to determine the methane concentration distribution in gobs and its migration to the adjacent gobs before and after work on the liquidation of roadways. To do this, multivariant numerical simulations with the use of the advanced software VentZroby were performed. Numerical models of selected exploitation areas with longwall system in a Polish coalmine were analyzed. During the simulation the method of roadway liquidation as well as the change of ventilation direction of the considered area of longwall and gobs were taken into account. Comparative analysis showed that the method of roadway liquidation affects greatly the methane concentration distribution in gobs and methane migration to the adjacent gobs of the abandoned walls. A significant value difference of methane concentration in roadways along the body of coal where the exploitation takes place was discovered. The summary shows that despite the retraction of the methane increased concentration zone from the wall face, it is recommended to withdrawing or backfilling.

14

Walidacja programu komputerowego do prognozowania przewietrzania kopalni z zastosowaniem metod optymalizacji numerycznej – etap II

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 1-2

3--22

PL

Badania są kontynuacją prac nad rozwojem metod optymalizacji numerycznej w celu doboru parametrów modelu numerycznego wirtualnej kopalni. W tym celu wykorzystano dane rejestrowane przez czujniki systemu gazometrii automatycznej sieci wyrobisk kopalni. Wcześniejsze badania (etap I) pozwoliły na dokonanie wyboru i adaptacji metody optymalizacyjnej parametrów modelu matematycznego stosowanego w programie komputerowym VentZroby. Zastosowano miarę odległości wyników obliczeń symulacyjnych i danych z czujników systemu gazometrii automatycznej. Jako funkcję celu minimalizowaną metodą optymalizacji numerycznej przyjęto sumę kwadratów różnic wartości zmierzonych i prognozowanych z wagami. Zastosowana metoda i wykonane przykłady obliczeniowe w I etapie badań pozwoliły na sformułowanie wniosków, które stały się podstawą do rozwoju metody optymalizacji. W omawianym etapie II dla symulacji numerycznej wybranego rejonu ściany ze zrobami, przygotowano wyniki z pomiarów ręcznych oraz dane z anemometrów stacjonarnych i czujników metanu systemu gazometrii dla rozważanego rejonu. Ponadto dla przyjętego modelu numerycznego wybranego rejonu wykonano obliczenia stanu początkowego rozpływu, tj. wartości strumieni objętości powietrza w bocznicach i udziały objętościowe metanu w tych strumieniach. Następnie wykonano obliczenia walidacyjne dla wybranego rejonu, dla minimalizacji funkcji celu, z zastosowaniem zmodyfikowanej metody optymalizacji numerycznej realizowanej w trzech krokach obejmujących: zmiany oporów bocznic sieci (minimalizacja dla strumieni objętości powietrza), zmiany wartości strumieni objętości metanu dopływających do sieci ze źródeł zewnętrznych (minimalizacja dla strumieni objętości metanu) oraz ponownie zmiany oporów bocznic sieci (minimalizacja dla strumieni objętości powietrza). Wykonane obliczenia walidacyjne dla wybranego rejonu z zastosowaniem zmodyfikowanej metodyki optymalizacji pokazały że wprowadzone w algorytmie estymacji zmiany przyniosły pozytywny rezultat, aczkolwiek należy dodać, że pojawiły sie inne problemy wynikające z własności obiektu badań. W podsumowaniu uzyskanych wyników podkreślono, że ważnym zagadnieniem w obliczeniach walidacyjnych jest kontrola poprawności danych rejestrowanych w sieci wyrobisk kopalni przez czujniki prędkości powietrza i stężenia metanu systemu gazometrii automatycznej oraz prawidłowe określenie metodyki obliczania strumieni masy powietrza i metanu z danych rejestrowanych przez czujniki w bocznicach, w których znajdują się wymienione czujniki.

EN

This study summarises the next stage of research efforts aimed at development of numerical optimisation methods to support the selection of parameters of the numerical model of a virtual mine. The data registered by the automatic network of gas detector sensors in a mine are recalled and utilised. In the previous stage (step I) the optimisation method was selected and adapted to incorporate the parameters of the mathematical model used in the programme VentZroby. The measure of distance between simulation data and the data from the automatic network of gas sensors was applied. The objective function was taken as the mean squared difference of measured and predicted values, with appropriate weights attached. The applied procedures and calculations performed during the stage I led us to the conclusions underlying the development of the current optimisation method. A longwall region, including both galleries and goaf has been selected. The stage II uses the results of manual measurements and the data collected from stationary anemometers and methane detector sensors in the area. Furthermore, the initial conditions of gas flows were obtained for the adopted numerical model of the wall region, including the volumetric flow rate of air streams in the branches and volumetric fraction of methane in the air streams. That was followed by a validation procedure applied to investigate the given area, the goal being the minimisation of the objective function using the modified method of numerical optimisation involving three steps: changing the flow resistance in network branches (minimisation of the volumetric airfl ow rates), altering the flow rate of methane entering the network from external sources (minimisation of the methane infl ow rates) and repeated change of the flow resistance in network branches (minimisation of the volumetric airfl ow rates). Calculations for the specified face region by the modified optimisation methods performed for the purpose of validation revealed that the changes implemented in the estimation algorithm produced positive results though some new problems arose associated with the specificity of the investigated object. The conclusion emphasises that the correctness and adequacy of data registered by the anemometers and gas detector sensors within the automatic network have to be rigorously checked prior to the validation procedure. Besides, the proper methodology of calculating the flow rates of air and methane based on the data from sensors located in network branches has to be precisely determined.

15

Weryfikacja rejestracji parametrów powietrza w systemach dyspozytorskich

Dziurzyński W., Wasilewski S.

Górnictwo i Geologia

|

2013

|

T. 8, z. 4

36--49

PL

Monitorowanie parametrów powietrza w kopalnianych systemach dyspozytorskich za pomocą stacjonarnych czujników jest ważnym elementem kontroli stanu wentylacji w wyrobiskach kopalni. Obserwowany w ostatnich latach rozwój systemów gazometrii automatycznej oraz stałe poszerzanie zakresu i różnorodności czujników stanowią istotne elementy poznawcze oraz kontrolne. Zastosowanie systemów komputerowych w kopalnianych systemach dyspozytorskiego nadzoru stwarza możliwości coraz powszechniejszego wykorzystania danych z kontroli parametrów powietrza. Szerokie zastosowanie danych o parametrach powietrza w wyrobiskach kopalni rejestrowanych w systemach gazometrii automatycznej ma sens o tyle, o ile dane te są wiarygodne i faktycznie reprezentują parametry powietrza oraz jego zmiany. Warunek ten jest podstawą wykorzystania danych z systemów gazometrii automatycznej do oceny stanu wentylacji kopalni, ale także jako danych wejściowych do coraz częściej stosowanych metod walidacji modeli symulacyjnych stanu wentylacji kopalni. W artykule, wychodząc od definicji słowa weryfikacja, sprawdzono, tzn. skontrolowano zgodność danych o parametrach powietrza rejestrowanych w systemach gazometrii automatycznej z pomiarami wykonywanymi za pomocą precyzyjnej aparatury pomiarowej.

EN

Monitoring of air parameters in the mine dispatching systems with the use of stationary sensors constitutes an important element of control of ventilation condition in mine workings. The development of automatic gasometry systems observed in recent years and continuous expansion of the scope and diversity of sensors constitute an essential cognitive and control element. The use of computer systems in the mine systems of supervision by dispatchers creates opportunities for ever greater and greater use of data from monitoring of air parameters. Extensive use of data on air parameters in mine workings, recorded by automatic gasometry systems, makes sense provided the data are reliable and represent the actual parameters of air and its changes. This condition is a basis of the use of data from the automatic gasometry systems for the assessment of the state of mine ventilation, but also as an input data in methods of validation of simulation models of mine ventilation condition being more and more widely used. Starting from formula-tion of a definition of verification, the scrutiny, the is check-up of conformity of data on air parameters recorded in the automatic gasometry systems with measurements done with the use of precision measurement instruments was performed in this paper.

16

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prądami wznoszącymi i schodzącymi w warunkach zagrożenia pożarowo-metanowego

Dziurzyński W., Krach A., Pałka T.

Górnictwo i Geologia

|

2013

|

T. 8, z. 4

19--34

PL

W artykule przedstawiono pewną koncepcję sposobu przeprowadzenia rewersji rejonu wentylacji eksploatacji ściany w warunkach rozwiniętego pożaru z uwzględnieniem zagrożenia metanowego. Wykonanie manewru rewersji wentylacji w rzeczywistych warunkach, przy złożonej strukturze wyrobisk rejonu, bez wcześniejszego przygotowania nie powinno być dozwolone. Bezpiecznym, a jednocześnie efektywnym sposobem jest wcześniejsze, przed wystąpieniem pożaru, ustalanie środków, jakie trzeba podjąć w celu przeprowadzenia rewersji lokalnej wraz z możliwymi zagrożeniami wynikającymi z ustalonych działań. Jako podstawę sposobu rewersji rejonów eksploatacyjnych przyjęto metodę symulacji numerycznej, która umożliwia prognozowanie procesów przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni w stanie awaryjnym, jakim jest pożar. Zastosowano system programów VentGraph, który jest dobrym narzędziem umożliwiającym prognozowanie zmiennego w czasie rozwoju ogniska pożaru i jego wpływu na rozpływ powietrza i gazów pożarowych. Opracowana nowa opcja programu VentGraph wyznaczania bocznic przekątnych wspomaga prowadzenie rewersji i ustalenie miejsc lokalizacji tam umożliwiających rewersję. Uzyskane wyniki (patrz przykład) potwierdzają prawidłowość działania opracowanych algorytmów wyznaczenia bocznic przekątnych oraz prowadzenia rewersji. Stwierdzono, że przed wystąpieniem pożaru w kopalni dla rejonu eksploatacji, szczególnie w warunkach zagrożenia metanowego, konieczne jest zbadanie wpływu przeprowadzenia rewersji lokalnej na występujące zagrożenia w celu ustalenia dodatkowych rygorów w planie zabezpieczenia przeciwpożarowego załogi.

EN

The paper outlines a conceptual design of reversing the ventilation in the longwall region in the conditions of a fully-developed fire, taking into account the risk of methane explosion. In a real mine being a complex system of galleries and workings, reversal of ventilation should be forbidden, unless relevant preparation has been done. A safe and effective method should be selected prior to eventual fire. Risks involved in those measures have to be duly assessed. Numerical simulations may support forecasting of flow in a ventilation of network under the emergency conditions, that is during a fire. For this purpose the VentGraph software system has been used, which is an excellent tool for forecasting the time-variable development of the fire source and its effects on the flow of air and gases. The newly developed option available in VentGraph allowing the diagonal branches to be indicated supports the reversing process and selection of regulators (ventilation door), used to perform the reversal. Results illustrated by an example confirm the adequacy of the developed algorithms used to determine the diagonal branches and carry out the reversion manoeuvre. It is established that prior to the fire occurrence, the effects of the reversion process on the risk levels have to be thoroughly investigated in order to plan the rigorous fire fighting procedures.

17

Ocena zagrożenia metanowego w rejonie ściany na podstawie czujników gazometrii oraz symulacji komputerowej przepływu mieszaniny powietrza i metanu

Dziurzyński W., Wasilewski S.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 12

28--34

PL

Opracowano model numeryczny rejonu wentylacji obejmującego zroby ściany eksploatowanej oraz wyrobiska przyścianowe [8, 9]. Wykonano symulację komputerową wpływu pracy kombajnu i dopływu metanu podczas jego pracy na rozpływ mieszaniny powietrza i metanu oraz porównano wyniki symulacji z danymi zarejestrowanymi podczas eksperymentu pomiarowego przez czujniki kopalnianego systemu gazometrii automatycznej. Porównanie zarejestrowanych przebiegów stężeń metanu z wynikami komputerowej symulacji warunków przepływu powietrza i metanu w rejonie wydobywczym kopalni wykazało zmiany metanowości wentylacyjnej w trakcie eksploatacji ściany kombajnem. Za istotne w niniejszym artykule uznano przedstawienie bilansu metanowego rejonu ściany, który pozwolił na wyznaczanie metanowości wentylacyjnej.

EN

This article presents selected test results for the extent of methane hazard occurence in the area of longwalls which is evaluated on the basis of gas sensing electrode and computer simulation of the flow of air-and-methane mixture. A numerical model of the ventilation area covering gobs of the mined longwall and wall excavations [8, 9]. A simulation of the impact of mechanical coal miner operation and its methane flow in the air and methane mixture reflow was performed, as well as a comparison of its results with data recorded by the sensors of automatic gasometry mining system during measure test was prepared. Comparing the recorded methane concentration courses with the results of methane and air flow simulation in the mining zone resulted in ventilation metanovelty changes during exploitation by means of mechanical coal miner. In this article a methane balance in the area of longwall was presented, which allowed the indication of the ventilation metanovelty.

18

Możliwości obliczeniowe wybranych programów symulacyjnych stosowanych w górnictwie światowym, opisujących przepływ powietrza, gazów pożarowych i metanu w sieci wyrobisk kopalni

Dziurzyński W., Krawczyk J.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 5

1--11

PL

Polskie rozwiązania w zakresie prognozowania stanu mieszaniny powietrza i dopływających gazów (metan, gazy pożarowe) kopalni są oryginalne i stosowane nie tylko w kraju, ale i za granicą, w górnictwie takich krajów, jak USA, Australia, Kanada i Czechy. Wyrazem tego są publikacje w literaturze światowej [24, 41, 53], gdzie można spotkać zastosowania obecnych polskich rozwiązań w zakresie prognozy rozpływu powietrza i gazów pożarowych. Obecnie technika komputerowa wspomaga pracę inżyniera wentylacji i dyspozytora kopalni [11, 17, 38, 40, 43, 44]. Celem zapoznania inżynierów wentylacji kopalń z istniejącymi obecnie komputerowymi programami symulacyjnymi do prognozowania stanu sieci wentylacyjnej kopalni w niniejszym artykule przedstawiono stosowane modele matematyczne w najbardziej znanych programach wentylacyjnych rozwijanych w Polsce i na świecie wraz z rozszerzoną listą pozycji literatury. Najważniejszym elementem programu komputerowego do obliczeń i symulacji procesu przewietrzania są modele matematyczne stosowane do opisu ruchu powietrza i gazów szkodliwych w sieci oraz algorytmy implementujące te modele w omawianych programach symulacji. Zwrócono uwagę na zagadnienia modelowania struktury sieci wentylacyjnej, opisu ruchu powietrza w elementach sieci, dopływu metanu i propagacji mieszaniny metanowo-powietrznej w sieci, modelowania zrobów i przepływu powietrza z metanem przez zroby, modelowania ogniska pożaru i przepływu gorących gazów pożarowych w sieci wyrobisk kopalni. W zależności od dostępności informacji w literaturze światowej przedstawiono również opis możliwości obliczeniowych stosowanych w nauce i przemyśle górniczym programów komputerowych.

EN

Polish solutions regarding the prediction of the state of mixture of air and inflowing gases (methane, fire gases) in the mine are original ones and are applied not only in Poland but also abroad, in the mining industries of such countries as the USA, Australia, Canada and the Czech Republic. The expression of this fact are publications in the world literature [24, 41, 53], where can be found the application of current Polish solutions with respect to the prediction of propagation of air and fire gases. The present computer technique aids the work of the ventilation engineer and mine dispatcher [11, 17, 38, 40, 43, 44]. In order to acquaint the ventilation engineers of mines with the currently existing computer simulation programmes for the prediction of the state of the mine ventilation network, in the present article were presented the applied mathematical models in the most known ventilation programmes developed in Poland and in the world along with an extended list of literature items. The most important elements of the computer programme for calculation and simulation of the ventilation process are mathematical models used for the description of movement of air and harmful gases in the network and algorithms implementing these models in the discussed simulation programmes. Attention was drawn to problems of modelling of the ventilation network structure, description of air movement in network elements, methane inflow and propagation of the methane-air mixture in the network, modelling of gobs and flow of air with methane through gobs, modelling of fire focus and flow of hot fire gases in the mine workings network. According to the accessibility of information in the world literature, also the description of calculation possibilities of computer programmes used in science and in the mining industry was presented.

19

Walidacja programu komputerowego do prognozowania przewietrzania kopalni z zastosowaniem metod optymalizacji numerycznej

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

121--137

PL

Dotychczasowe doświadczenia z zakresu walidacji modelu matematycznego zastosowanego w programie komputerowym VentZroby pokazują, że jest to zagadnienie trudne, przede wszystkim z powodu konieczności dysponowania dostatecznie dużą liczbą zarejestrowanych w kopalni przebiegów przejściowych porównywanych wielkości. Przyjęto, że wiarygodność prognozy procesu przewietrzania sieci wyrobisk kopalni opracowanej na podstawie symulacji jest ściśle związana z wiarygodnością poziomu dopasowania zastosowanego w programie symulacjach modelu do rzeczywistej sieci wentylacyjnej kopalni. Walidację modelu matematycznego przeprowadzono poprzez weryfikację wyników otrzymanych na drodze obliczeń numerycznych i porównanie ich z wynikami otrzymanymi z pomiarów za pomocą czujników systemu monitoringu wentylacji wyrobisk kopalni. Wykonane w latach 2000-2011 badania walidacyjne prowadzone były w oparciu o jakościowe kryteria obserwowanych przebiegów czasowych wyników symulacji (Dziurzyński i in., 2001, 2005, 2007a, 2007b, 2008, 2009, 2011). Do walidacji programów symulacyjnych stosowano procedurę wykorzystującą miarę odległości danych z prognozy i danych z monitoringu w postaci sumy kwadratów różnic wartości zmierzonych i prognozowanych z wagami. Obecnie zaproponowano, że miara taka jest funkcją celu minimalizowaną wybraną metodą optymalizacji numerycznej. Miara odległości szeregów czasowych dobrze nadaje się do zastosowania w numerycznych metodach minimalizacji funkcji celu, co pozwoliło na podjęcie próby automatyzacji procesów weryfikacji parametrów modelu matematycznego zastosowanego w programie VentZroby. W pierwszej kolejności opracowano algorytm automatycznej optymalizacji wybranego parametru modelu, którym jest strumień objętości przepływającego powietrza. Funkcję celu stanowi unormowany kwadrat odległości wektorów stanu prognozowanego i rzeczywistego, przy czym składniki tych wektorów to strumień objętości powietrza prognozowany i obliczony na podstawie pomiarów prędkości przez anemometry systemu monitoringu rozmieszczone w wybranych wyrobiskach kopalni. Następnie opracowano algorytmy optymalizacji numerycznej, dla których ułożono nowe procedury programu komputerowego VentZroby. Do testowania procedur przygotowano przykład obliczeniowy, a odpowiedni model numeryczny oraz dane z czujników systemu monitoringu (gazometrii) pozwoliły na sprawdzenie poprawności działania przyjętej metody optymalizacji numerycznej procesu estymacji stanu sieci wentylacyjnej. Uzyskane wyniki przedstawiono na wykresach i zestawieniach tabelarycznych. W podsumowaniu przedstawiono wnioski potwierdzające trudności prowadzenia badań walidacyjnych wynikające zarówno z powodu złożonego modelu matematycznego opisującego przepływ powietrza oraz trudności z uzyskaniem dobrej jakości danych pomiarowych za pomocą czujników systemu monitoringu wyrobisk kopalni.

EN

The experience gathered during the validation of the mathematical model underpinning the computer program VentZroby reveals the complexity of the issue, caused by the large number quantities to be considered as well as their variability patterns. It is assumed that the reliability of the forecast of airing conditions in the mine obtained from simulations is associated with the reliability of the quality of fit between the simulated and real ventilation networks. The mathematical model was validated by verifying the numerical data and comparing them with measurement results obtained from the sensors making up the monitoring system. Validation tests performed between 2000-2011 were based on qualitative criteria of simulated time patterns of particular quantities (Dziurzyński et al. 2001, 2005, 2007a, 2007b, 2008, 2009, 2011). Validation of the simulation programme was fi rst based on a procedure using the measure of distance between the prognosticated results and monitoring data in the form of the sum of squared differences between measured and prognosticated results, with the appropriate weights. Now it is suggested that this measure should be an objective function minimised by the selected method of numerical optimisation. The measure of distance of time series is well applicable to numerical methods of minimisation of the objective function and so attempts can be made to automate the verification of mathematical model parameters used in the program VentZroby. In the fi rst place the algorithm was developed for automatic optimisation of the selected model parameter (volumetric airfl ow rate). The objective function was defined as the normalised squared distance between the prognosticated and real vectors of state, and the vectors components include the volumetric flow rate of air- those prognosticated and calculated from flow velocity measurements by the anemometers located at selected points in the mine and making up the monitoring system. Then the numerical optimisation algorithm was developed, supported by new procedures in the computer program VentZroby. The procedures will be tested on an example and the numerical model and data from the monitoring system will allow us to test the adequacy of the adopted method of numerical optimisation of estimation of the ventilation network condition. Results are shown in the form of graphs and tables. The summing-up section gives conclusions confirming the difficulties involved in validation procedures, mostly due to complexity of the mathematical airflow model and the fact that good-quality measurement data from the monitoring sensors are hard to obtain.

20

Ocena stanu atmosfery w rejonie ściany i jej zrobach na podstawie badań modelowych i danych z systemu monitoringu w kopalni

Dziurzyński W., Wasilewski S.

Górnictwo i Geologia

|

2012

|

T. 7, z. 4

15--30

PL

Zapalenia i wybuchy metanu, które miały miejsce w ostatnich latach w polskich kopalniach węgla kamiennego, wielokrotnie miały swoje źródło w zrobach ścian zawałowych. Powszechnie uznaje się, że przestrzeń zrobów jest w praktyce słabo rozpoznawana pod względem rozkładu koncentracji gazów i zjawisk zachodzących w tych przestrzeniach, a często nawet niekontrolowana. Zjawiska w zrobach i wyrobiskach otamowanych często przebiegają bez wyraźnych oznak oraz zmian składu powietrza obiegowego w wyrobiskach przyległych, co znacznie utrudnia ich rozpoznawanie i kontrolę. W analizach zapaleń i wybuchów metanu, szczególnie w zrobach ścian zawałowych oraz przestrzeniach zamkniętych, coraz częściej pomocne stają się metody symulacji komputerowych, które umożliwiają rozpatrywanie wentylacji rejonów eksploatacji systemem ścianowym z uwzględnieniem przepływu mieszaniny powietrza i gazów w zrobach. Efektywność symulacji i wiarygodność obliczeń są możliwe pod warunkiem weryfikacji i walidacji modeli z wykorzystaniem danych in situ, uzyskanych z systemów gazometrii automatycznej oraz w czasie eksperymentów. W artykule na wybranych przykładach przedstawiono narzędzie badawcze przygotowane do badań w projekcie strategicznym pt. „Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach”, realizowanym w IMG-PAN w Krakowie, które łączy metody numeryczne modelowania stanu atmosfery w rejonie ściany i jej zrobach z danymi rejestrowanymi w systemie gazometrii.

EN

Assessment of the status of air in the vicinity of a longwall and its goaf area on the basis of a model research and the data from the monitoring system in a coal mine Methane ignitions and explosions that have occurred in recent years in Polish hard coal mines often had their source in goaf areas of longwalls mined with cave-in. It is widely recognized that the space of goaf areas is, in practice, poorly recognized in terms of distribution of gases concentrations and the phenomena occurring in these areas, and often this space is even out of control. The phenomena in the goaf areas and sealed off ones are often occurring without obvious symptoms and changes in the composition of the air circulating in the adjacent mine workings, what significantly hinders their detection and control. Computer simulation methods are becoming increasingly useful in the analysis of methane ignitions and explosions, especially in goaf and confined areas that allow the consideration of ventilation of the areas mined by a longwall system with taking the account of flow of air and gases mixture in the gobs. The effectiveness of the simulation and reliability of calculations is possible under the condition of the verification and validation of models using in-situ data obtained from automatic gasometry systems and during the experiments. The paper presents on selected examples the research tools that had been prepared for studies within the strategic project titled "Improvement of work safety in mines", conducted by Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences /SMRSPAS/ , which combines numerical methods of the status of mine air modeling in the vicinity of a longwall and its goaf area with the data recorded in the gasometry system.