Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania przebiegu wybuchów metanu w warunkach wyrobisk doświadczalnych GIG KD Barbara

Cybulski K., Dyduch Z., Hildebrandt R., Koptoń H.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2018

|

nr 103

29--40

PL

Wybuchy metanu są jednym z największych zagrożeń w polskim górnictwie węglowym i niestety ciągle przyczyną wielu katastrof. Stały wzrost głębokości eksploatacji węgla w warunkach wysokiej koncentracji wydobycia powoduje zwiększenie metanonośności bezwzględnej i ciśnienia złożowego metanu z wybieranych pokładów. Sytuacja ta przekłada się bezpośrednio na wzrost poziomu zagrożeń wynikających z obecności metanu w podziemnym środowisku pracy. Oczywiste wydaje się zatem podjęcie wzmożonych prac badawczych, które pozwolą na opracowanie odpowiednich rozwiązań wykluczających ryzyko wystąpienia katastrof górniczych, wynikających z zapalenia i/lub wybuchu metanu. Nieodzownym elementem takiego podejścia jest, oprócz rozwoju metod profilaktyki zagrożenia metanowego, bardzo dokładne rozpoznanie mechanizmów samego przebiegu spalania i wybuchu tego gazu. W artykule przedstawiono sposób przeprowadzania i przykładowe wyniki badań wybuchów metanu w chodniku doświadczalnym 400 m Kopalni Doświadczalnej Barbara Głównego Instytutu Górnictwa. Badano dwa różne mechanizmy wydzielania się metanu do wyrobiska górniczego: gwałtowne uwolnienie znacznej objętości metanu i ciągły, stosunkowo wolny wypływ określonej ilości gazu do wyrobiska. Dokonano analizy wpływu sposobu wydzielania się metanu na rozkład stężeń gazu oraz, w zależności od tego rozkładu, na przebieg jego wybuchu lub spalania. Zgromadzone dane charakteryzują zjawiska termodynamiczne, które określają poziom zagrożenia związanego z wybuchem. Przeprowadzone na dużą skalę badania umożliwiły również oszacowanie ryzyka powstania warunków wystarczających do wybuchu pyłu węglowego, zapoczątkowanego wybuchem metanu. Duża skala doświadczeń i zastosowany system ciągłej rejestracji przebiegu wybuchu pozwoliły na identyfikację i wyodrębnienie specyficznych cech propagacji frontu płomienia i fali ciśnienia w podziemnych wyrobiskach górniczych. Po raz pierwszy przebiegi doświadczeń były rejestrowanie za pomocą systemu kamer rozmieszczonych w chodniku doświadczalnym.

EN

Methane explosions are among the greatest hazards in the Polish coal mining industry and unfortunately continue to cause many catastrophes. The constant growth of the depth of coal exploitation in the conditions of the high concentration of mining causes the increase of absolute methane content and methane seam pressure from the mined seams. This situation directly affects the increase in the level of methane hazard in the underground work environment. It is therefore obvious to undertake intensive research that will allow for the development of appropriate solutions that help to exclude the risk of mining catastrophes resulting from the ignition and/or methane explosion. In addition to the development of methane hazard prevention methods, an indispensable element of this approach is a very accurate identification of the mechanisms of the combustion and explosion of this gas. The article presents the method of investigation and examples of results of methane explosions carried out in the 400 m experimental gallery of the Experimental Mine “Barbara” of the Central Mining Institute – the only large scale underground experimental facility in Europe. An analysis has been performed of the influence of the methane release into mining workings on the distribution of the gas concentration and on the course of its explosion or combustion. The data collected characterizes thermodynamic phenomena that form the basis for determining the level of the explosion hazard. Large scale studies have also allowed to assess the risk of conditions that are sufficient for the development of a coal dust explosion initiated by methane explosions. The large scale of the experiments and the system of continuous recording of the course of the experiments allowed the specific characteristics of the methane explosion and burning in underground mining workings to be identified and isolated. For the first time, the course of experiments was recorded via a camera system deployed along the gallery.

2

Zagrożenia wybuchem pyłów w świetle dyrektyw Unii Europejskiej

Dyduch Z.

Napędy i Sterowanie

|

2010

|

R. 12, nr 4

68-73

PL

W artykule podjęto próbę opisu zasad oceny zagrożenia wybuchem pyłu, zdefiniowanych w dyrektywach 1999/92/WE i 94/9/WE, a także metod realizacji tych zasad opisanych w odpowiednich normach europejskich. Przedstawiono specyficzne własności pyłów i obłoków pyłów odróżniające je od mieszanin gazów i par cieczy palnych z powietrzem. Omówiono parametry określające skłonność pyłów do zapalenia i skutki wybuchu. Z powodu szczególnych własności, jakimi charakteryzują się pyły i ich mieszaniny z powietrzem, zasadniczą treść artykułu poprzedzono kilkoma uwagami na ten temat.

EN

The article is trying to describe the rules of dust explosion hazard evaluation defined in Directives 1999/92/WE and 94/9/WE, as well as the methods of their implementation described in the related European standards. Specific properties of dust and dust clouds are given showing the difference between them and the properties of mixtures of gases and flammable liquid vapours with air. Parameters defining dust susceptibility to inflammation and explosion consequences are discussed. Due to the specific properties of dust and its mixture with air, the essential part of the article is preceded by the couple of remarks on this subject.

3

Szacowanie laminamej szybkości spalania mieszanin pył-powietrze na podstawie pomiarów ciśnienia w komorze sferycznej

Dyduch Z.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2009

|

nr 4

5-18

PL

W artykule opisano trudności związane z implementacją procedury dopasowania parametrów modelu Dahoe do wyników doświadczalnych uzyskiwanych w standardowej komorze 20-1. Przedstawiono trzy metody przezwyciężenia tych trudności. Zastosowanie tych metod poprawia jakość dopasowania parametrów modelu Dahoe do wyników pomiarów ciśnienia wybuchu w komorze 20-1 i w konsekwencji istotnie zmniejsza niepewność wyznaczania laminarnej szybkości spalania.

EN

In the paper difficulties bounded with implementation of fitting procedure of the Dahoe model parameters to experimental results obtained in the standard 20-1 spherical chamber were discussed. Three methods of overcoming the difficulties were presented. Application of the methods improves the fit ąuality of parameters of Dahoe model to pressure histories measured in the 20-1 sphere and in conseąuence significantly reduce uncertainty of assessment of the laminar burning speed.

4

Oznaczanie prędkości spalania w mieszaninach pyłowo-powietrznych z wykorzystaniem modelu wybuchu w zamkniętej objętości

Dyduch Z., Majcher-Morawiec B.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2007

|

nr 2

35-51

PL

W artykule przedstawiono wyniki oznaczania laminarnej szybkości spalania deflagracyjnego mieszanin pyłowo-powietrznych metodą pozwalającą na rutynowe wykonywanie tego typu oznaczeń. Po raz pierwszy metoda ta została zastosowana przez Dahoe'a (2000). Polega ona na wykorzystaniu pomiarów zmian ciśnienia w czasie wybuchu mieszaniny pyłowo-powietrznej w zamkniętej, sferycznej objętości oraz modelu wybuchu opracowanego z uwzględnieniem zasad zachowania masy, pędu i energii w ujęciu całkowym. Dopasowanie parametrów modelu do zmierzonych zmian ciśnienia pozwala na wyznaczenie laminarnej szybkości spalania w mieszaninie pyłowo-powietrznej. W artykule przedstawiono wyniki oznaczeń laminarnych szybkości spalania dwóch pyłów: lycopodium i skrobi kukurydzianej.

EN

The article describes the method of determining the laminar burning velocity of dust-air mixtures by use of experimental data from standardized tests. For the first time the method was applied by Dahoe (2000). Data on pressure development in a closed, spherical vessel were used as an input to the integral balance model of dust explosion. Pressure history predicted by the model was fitted to the experimental data with the laminar burning velocity as the model's parameter. The article presents the results obtained for two dusts: lycopodium and maize starch.

5

Prosty model propagacji wybuchu w mieszaninie pył-powietrze

Dyduch Z.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2004

|

nr 3

111-122

PL

W artykule omówiono prosty, jednowymiarowy model wybuchu mieszaniny pył-powietrze. Do numerycznego całkowania równań modelu wykorzystano schemat centralny Tadmora (Kurganov A., Tadmor E. 2002). Weryfikację przewidywań modelu przeprowadzono na podstawie wyników doświadczalnych opublikowanych przez Srinatha (Srinath S.R. 1985). Wstępne wyniki symulacji numerycznej wykazały dość dobrą zgodność z wynikami doświadczalnymi. Model poprawnie odtwarzał kształt przebiegu ciśnienia wybuchu oraz prędkość płomienia w obszarze, gdzie wpływ specyficznych cech urządzenia badawczego (FAT) nie był znaczący. Wartości uzyskiwanych ciśnień były jednak niższe niż doświadczalne.

EN

Abstract In the paper a simple one-dimensional model of explosion in a dust-air mixture was described. For numerical integration of the model's equations the central scheme developed by Tadmor (Kurganov A., Tadmor E. 2002) has been applied. Model predictions were verified basing on the experimental data of Srinath (Srinath S.R. 1985). Results of preliminary simulations were in fairly good agreement with the experimental data. The model correctly reproduced pressure history and flame speed in the area, where the specific features of the experimental tube (FAT) were insignificant. However, pressures were lower than those obtained in the experiment.

6

Skuteczność zapór przeciwwybuchowych zbudowanych z pojemników typu zamkniętego

Lebecki K., Cybulski K., Dyduch Z., Słotwiński R.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2002

|

nr 1

67-90

PL

Stosowanie zapór wodnych jest w polskich kopalniach ograniczone do wyrobisk mokrych, gdzie bardziej prawdopodobny jest silny wybuch pyłu węglowego. Zapory wodne stanowią około 20% ogółu zapór przeciwwybuchowych. Są one zbudowane z pojemników w kształcie koryt, o objętości 40 litrów. Wymagana ilość wody wynosi 200 lub 400 kg na jeden metr kwadratowy przekroju poprzecznego wyrobiska w pokładach niemetanowych i metanowych odpowiednio. Oznacza to, że na przykład w wyrobisku o przekroju 15 m2 zapora musi zawierać co najmniej 75 pojemników. Wadą pojemników w kształcie koryt jest ich trudny transport i kruchość, powodujące znaczne straty. W ostatnich kilku latach niemiecka firma Chemisch-Technische Fabrikation dr Klaus Schulte zaprezentowała nowe rozwiązanie pojemników. Są to pojemniki zamknięte w postaci worków o objętości 40 lub 80 litrów, wykonane z folii polietylenowej o grubości 80 lub 110 mikrometrów, niepalnej i antystatycznej. Pojemniki owinięte wokół metalowego pręta nośnego, napełnione wodą zawieszone w przekroju wyrobiska zgodnie z obowiązującymi przepisami stanowią zaporę wodną (rys. 1). Pojemniki te zostały dopuszczone do użytku w górnictwie pod pewnymi warunkami. Celem przedstawionej pracy było zbadanie zachowania się i skuteczności zapór zbudowanych z pojemników zamkniętych w warunkach wybuchów o różnej sile, czyli określenie możliwości rozszerzenia zakresu stosowania zapór zbudowanych z pojemników typu zamkniętego. Badania wykonano w podziemnym chodniku doświadczalnym; zapora zawierająca 160 kg wody na jeden metr kwadratowy przekroju wyrobiska była umieszczona w odległości 70-100 m od źródła zapłonu pyłu, w środku strefy pyłowej zawierającej nominalnie 0,2 kg pyłu na metr sześcienny wyrobiska. Inicjałem wybuchu pyłu był pierwotny wybuch 25 lub 50 m3 stechiometrycznej mieszaniny metanowo-powietrznej. Przebieg wybuchu był rejestrowany przez czujniki płomienia i ciśnienia (rys. 2); uruchomienie zapory było oceniane prze pomiar czasu rozerwania pojemnika (rys. 3). Wyniki badań są następujące: - potwierdza się skuteczność zapory z pojemników zamkniętych w hamowaniu wybuchów silnych, o prędkościach płomienia powyżej 200 m/s (doświadczenia CH2514 i CH2518), - skuteczność ta nie jest dostateczna w przypadku hamowania wybuchów słabych; nie ma podstaw do wystąpienia o rozszerzenie dopuszczenia do stosowania tych zapór, - bardzo istotny jest kierunek nawinięcia worka na pręcie nośnym; rozpraszanie wody jest lepsze w przypadku, gdy nawinięcie jest przeciwne do kierunku fali ciśnienia wybuchu. Przebiegi wybuchów są przedstawione graficznie w postaci funkcji droga - czas. Rejestruje się ciśnienie statyczne, położenie płomienia, czas rozerwania pojemnika (czarny kwadrat na wykresie). Wykonano również badania z pojemnikami napełnionymi pyłem kamiennym, stosując eksperymentalne pojemniki trójkomorowe mieszczące około 30 kg pyłu. Pył wapienny umieszczony w workach jest chroniony przed wilgocią. Doświadczenia wykazały, że pył wapienny jest dobrze rozpraszany przez silny wybuch metanu (rys. 4 i 5). W słabym wybuchu, z ciśnieniem statycznym poniżej 0,5 bara rozpraszanie pyłu jest gorsze. W trzech doświadczeniach nie osiągnięto pozytywnych wyników w gaszeniu wybuchu. Stwierdzono również, że napełnianie pojemników jest kłopotliwe. Istotnym wynikiem projektu jest sonda pomiarowa typu SnobGreg do pomiaru ciśnienia statycznego, dynamicznego i temperatury w strumieniu silnie zapylonego powietrza. Przykładowy wynik pomiaru jest pokazany na wykresie CH2521, a sonda zamontowana w chodniku jest pokazana na rysunku 9. Autorzy wyrażają podziękowanie Komitetowi Badań Naukowych za finansowanie prezentowanej pracy.

EN

The use of water barriers is limited to wet workings, where strong explosion is more likely. In Polish coal mines water barriers constitute about 20% of total number of anti explosion barriers. The barriers are commonly built of containers in form of troughs, with volume of 40 litres. The amount of water should be 200 kg or 400 kg per square meter of working cross section in non gassy and gassy mine respectively. It means that in the cross section of 15 m2 at least 75 containers are needed. Disadvantage of the troughs is their difficult transportation and fragility causing considerable loss. In last several years the new solution presented by German company Chemisch-Technische Fabrikation dr Klaus Schulte appeared. The containers are in form of plastic bags (named also the closed containers), with volume or 40 or 80 litres, made of polyethylene foil, 80 or 110 micrometers thick, non flammable and antistacisized. The bags are simply rolled up around the rod, filled with water and hanged in the mine gallery (Fig. 1). The bags are approved for use in coal mines on certain conditions. The objective of the presented work was to investigate the possibility of weak coal dust explosion suppression that means a broader use of bagged barriers. The tests of explosion suppression were performed in underground gallery ; the barrier with about 160 kg of water per sqm of cross section was located inside of dusty zone (nominal dust concentration 0,2 kg/m3) at distance of 70 or 100m. from ignition point at the closed end of the gallery. The primary explosion of 25 or 50 m3 of stoichiometric methane - air mixture initiated the coal dust explosion. The course of explosion was monitored by flame and pressure sensors (Fig. 2); the action of barriers was estimated by a measuring the time of the bag bursting (Fig. 3). The results of tests were as follows: - efficiency of bagged water barrier is confirmed in case of suppression of strong explosions, with average flame speed about 200m/s (experiments CH2514 and CH2518), - efficiency is insufficient in case of weak explosions; there is no reason to broader approval of bagged water barrier, - the direction of rolling the bags up is very essential; the water dispersion is better in case of rolling up in opposite to the direction of pressure wave flow. Course of explosions is presented graphically as time - distance function. There are recorded: static pressures, flame position, container bursting time (black square). The tests with stone dust bags were also performed, using the experimental bags containing about 30 kg of limestone dust in three chambers. Stone dust placed in the bag is protected against moisture. The experiments proved that stone dust is well dispersed by the pressure wave of strong methane explosion (Fig. 4 and 5). In weak explosion with static pressure below of 0,5 bars the dispersion is worth. In three experiments no positive results were achieved. Also the filling of bags is troublesome. The essential result of the project is the probe of SnobGreg type for measurement of static and dynamic pressures, temperatures in strongly dusted air flow. The results of measurements are shown on figure CH2521 and the probe mounted in gallery on Fig. 9.