Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of Exploitation Parameters in Drainage Boreholes of the Longwall Demethylation System. Case Study

Badura Henryk, Łukaszczyk Zygmunt

Multidisciplinary Aspects of Production Engineering

|

2021

|

Vol. 4, Iss. 1

23--39

EN

In hard coal mines with methane, there is often a need to apply demethylation in order to keep the methane concentration not exceeding 2% in the ventilation air. The basic demethylation method in longwall areas is through drainage boreholes made in the roof rocks of the coal bed, from top gate, in front of the longwall. The drainage boreholes are usually made in bundles, in a fan-shaped arrangement, with several boreholes in each bundle. The paper presents the results of measurements and tests of the efficiency of a bundle of four drainage boreholes drilled approximately 100 m in front of the longwall face. The efficiency of individual boreholes was analyzed in time and depending on the distance of borehole outlets from the longwall face. It was found that there is a large variation in the extraction of air-methane mixture by individual drainage boreholes, as well as large differences in the efficiency of individual drainage boreholes during the longwall extraction process.

2

Modułowy system do pomiaru prędkości przepływu powietrza, temperatury, wilgotności i stężenia metanu

Kruczkowski Janusz, Ostrogórski Piotr

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2019

|

T. 21, nr 1-4

75--82

PL

Przedstawiono wyniki projektu modułu pomiarowego dla systemu monitorowania wybranych parametrów fizykochemicznych rejonu ściany w kopalni węgla kamiennego. Opracowanie systemu monitorowania jest projektem prowadzonym w Instytucie Mechaniki Górotworu PAN w celu stworzenia innowacyjnego rozwiązania metrologicznego potrzebnego w prowadzonych badaniach naukowych związanych ze zjawiskami przepływowymi zachodzącymi w trakcie przewietrzania ściany. Wprowadzanie nowych technologii w procesie wydobywczym węgla kamiennego, polegających głównie na przyspieszeniu procesu urabiania wymaga zapewnienia bezpieczeństwa zarówno dla procesu technologicznego jak i dla załogi. Dotyczy to głównie zagrożeń gazodynamicznych i geomechanicznych. Jedynym sposobem, pozwalającym na podjęcie próby wysłania wczesnych komunikatów ostrzegających do załogi zakładu górniczego, jest system monitoringu i analizy parametrów przewidywanych zagrożeń, działający w czasie rzeczywistym. Aby wykluczyć ryzyko fałszywych ostrzeżeń należy przeprowadzić badania mające na celu poznanie korelacji między obserwowanymi parametrami w sytuacjach awaryjnych. Skonstruowany moduł pomiarowy, wykorzystujący najwyższej jakości sensory pomiarowe i technologie bezprzewodowej transmisji danych, ma w założeniu umożliwić takie badania i jednocześnie pozwolić w przyszłości na jego komercyjne zastosowanie w kopalnianych inteligentnych systemach wczesnego wykrywania i analizy zagrożeń.

EN

The article presents result of measuring module project for measurement system of physicochemical parameters in coal mine’s longwall. The project is developing in Strata Mechanics Institute of Polish Academy of Knowledge. Objective is to create innovative measurement system for carrying investigations connected with air flow phenomena which appear in longwall. System consists of independent modules equipped with methane sensor, vane anemometric sensor, temperature and humidity sensor. Also is possible to extend module features by extra sensors like carbon monoxide and dioxide sensors. Module can work as node in wireless mesh network and is able to transmit data to telemetric concentrator located at surface.

3

Analiza zagrożenia metanowego w ścianie G-6 w pokładzie 412łg+łd i 412 łg w KWK „A” – studium przypadku

Badura H., Araszczuk D.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 4

47--55

PL

Artykuł napisano na podstawie danych pomiarowych stężenia metanu na wylocie z rejonu ściany, strumienia objętości powietrza na wylocie z rejonu wentylacyjnego ściany, strumienia objętości metanu ujętego systemem odmetanowania oraz notowań przekroczeń dopuszczalnych stężeń metanu w rejonie ściany. Omówiono warunki naturalne panujące w rejonie ściany i stosowane sposoby przewietrzania. Obliczono metanowość całkowitą oraz wentylacyjną rejonu ściany i przeanalizowano ich zmiany. Przebadano zmiany strumienia objętości metanu ujętego systemem odmetanowania. Omówiono statystykę miejsc i częstości występowania przekroczeń dopuszczalnego stężenia metanu i porównano ryzyko wybuchu metanu dla zastosowanych sposobów przewietrzania na „Y” i „U”.

EN

This paper was written on the basis of measurement data concerning methane concentration at the outlet of the longwall area, the air flow at the outlet of the longwall ventilation area, the flow rate of methane encompassed in methane drainage system, and permissible concentration of methane in the longwall area exceedance ratings. The paper discusses natural conditions in the longwall area and its ventilation systems. The total methane bearing capacity and methane content in the ventilation air were calculated and their changes analyzed. The changes in rate of methane flow through its drainage system were analyzed as well. Finally, the exceedances of methane concentration and the risk of methane explosion for “Y” and “U” ventilation systems were examined.

4

Laboratory investigations of stationary methane anemometer

Kruczkowski J., Krawczyk J., Ostrogórski P.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 4

893--909

EN

This paper presents a new stationary device that can perform simultaneous measurements of air flow velocity and methane concentration in a mine heading (stationary methane anemometer). The test station is designed to use the instrument to test the effect of various parameters on the air-methane stream. The air velocities and methane concentrations were fed to the measuring area via an injector and recorded. The results present numerical simulations of flow phenomena that occurred during measurement experiments.

PL

W artykule zaprezentowano nowe, stacjonarne urządzenie do jednoczesnego pomiaru prędkości przepływu powietrza i stężenia metanu w wyrobisku kopalni (metanoanemometr stacjonarny). Przedstawiono stanowisko badawcze pozwalające na przeprowadzenie eksperymentów pomiarowych polegających na oddziaływaniu na przyrząd strugą mieszaniny powietrzno-metanowej o zmiennych parametrach. Zarejestrowano przebiegi prędkości i stężenia metanu podawanego do obszaru pomiarowego za pomocą iniektora. Pokazano wyniki symulacji numerycznej zjawisk przepływowych zachodzących podczas eksperymentów pomiarowych.

5

Monitoring metanowości wentylacyjnej przy użyciu metanoanemometru stacjonarnego

Kruczkowski J., Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

45--56

PL

Artykuł przedstawia wyniki eksperymentalnych pomiarów metanowości wentylacyjnej w chodniku nadścianowym. Wykorzystano nowo opracowane w IMG PAN stacjonarne urządzenie pomiarowe o nazwie metanoanemometr. Metanoanemometr jest układem hybrydowym umożliwiającym jednoczesne pomiary prędkości przepływu powietrza i stężenia metanu. Na ich podstawie wyliczany jest strumień objętości metanu. Weryfikację działania urządzenia przeprowadzono przy wykorzystaniu metanoanemometru ręcznego typu SOM 2303 stosując technikę trawersu. Wyniki poddano analizie, uwzględniając dane pomiarowe uzyskane z systemu telemetrii kopalnianej.

EN

This paper presents experimental results of volume flow of methane measurements in tailgate of a longwall. Methaneanemometer – a new in-home designed stationary device was tested in-situ. Methaneanemometer is a hybrid set, which enables simultaneous measurements of air velocity and methane concentration. Based on this measurement the device calculates volume flow of methane. Verification of device was performed using hand held derivative of the methaneanemometer named SOM 2303. The reference flow rate was measured with a continuous traverse method. Results were analyzed using mine telemetry data.

6

Optymalizacja techniki dozowania próbki gazu do przenośnego analizatora lotnych substancji organicznych MicroFID

Twaróg A., Guzy P., Sechman H.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2015

|

R. 18, Nr 6 (206)

9--13

PL

Szeroko wykorzystywana w geochemii powierzchniowej „metoda gazu wolnego”, opiera się na analizie węglowodorów w próbce gazowej zassanej z gleby. Optymalna objętość próbki wynosząca 100 ml nie zawsze jest możliwa do pobrania z uwagi na zmienność utworów przypowierzchniowych. Bardzo często otrzymujemy dużo mniejsze objętości pobranych próbek. Zróżnicowana ich objętość może być parametrem wpływającym na wielkości rejestrowanych stężeń sumy węglowodorów. Tego typu pomiary wykonywane są w terenie z zastosowaniem przenośnego analizatora MicroFID. W związku z tym wykonano badania, których celem było określenie wpływu objętości próbki gazu, dozowanej do analizatora MicroFID na końcowy wynik pomierzonego stężenia metanu. Badania polegały na kilkukrotnym wykonaniu pomiarów stężeń metanu w próbkach gazu o objętościach: 50, 20, 10 i 5 ml pobieranych z worków tedlarowych i dozowanych do analizatora za pomocą strzykawki. Badania wykazały, że wartości stężeń pomierzone w próbkach dozowanych z worka tedlarowego są wyższe niż te pomierzone w próbkach dozowanych strzykawką. Główną przyczyną błędów jest mieszanie się próbki z powietrzem zasysanym z otoczenia. Dozując małe objętości gazu (np. 5 ml, 10 ml) popełniany błąd ma w przybliżeniu wartość stałą.

EN

‘The free gas method’, a widely applied method in surface geochemistry, is based on the analysis of hydrocarbons in a gas sample sucked from the soil. The optimal volume of the sample amounting for 100 ml is not always possible to collect due to the changeability of sub-soil creations. We very often receive much smaller volumes of the collected samples. Their varied volume might be the decisive parameter determining the credibility of the obtained results. It refers to the measurements of the total amount of hydrocarbons performed in the field by the means of MicroFID analyzer. Therefore, a study was conducted whose aim was to determine the influence of the volume of the gas sample, dosed to MicroFID analyzer, on the final result of the measured methane concentration. The study consisted in the performance of several measurements of methane concentration in gas samples whose volumes amounted for: 50, 20, 10 and 5 ml collected from tedlar bags and dosed to the analyzer with the syringe. The study has shown that the concentration values measured directly from the bag are higher than the ones measured in the samples dozed with the syringe. The main reasons for the errors is blending of the sample with the air sucked from the surroundings. By dosing small gas volumes (e.g. 5 ml, 10 ml) the error which is made is approximately of constant value.

7

Jednodniowe prognozy średniego stężenia metanu na wylocie z rejonu wentylacyjnego jako podstawa do doboru środków profilaktyki metanowej – studium przypadku

Badura H., Niewiadomski A.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 12

41--48

PL

Artykuł realizowano na podstawie danych pomiarowych stężenia metanu na wylocie z rejonu wentylacyjnego ściany C-5 w pokładzie 401/1 w KWK „Pniówek”. Dla 152 dni obliczono wartości średnie stężenia metanu i zbadano właściwości szeregu czasowego średniego stężenia metanu. Dla tych samych dni przeprowadzono prognozy jednodniowe stężenia metanu dwoma metodami. Jedna z metod opiera się na autokorelacji stężenia metanu w dniu analizowanym i poprzednim, a druga uwzględnia dodatkowo wpływ wydobycia na stężenie metanu. Wykazano, że błędy prognoz są małe, a prognozy nadają się do doboru środków doraźnej profilaktyki metanowej.

EN

This paper was prepared on the basis of measurement data of concentration of methane at the outlet to the ventilation region of C-5 longwall in the seam no. 401/1 in "Pniówek" coal mine. The average values of methane concentration were calculated for 152 days and the properties of time series of the average methane concentration tested. Simultaneously, for those days, one-day prognoses of methane concentration were elaborated by use of two methods. The first one is based on the autocorrelation of methane concentration in the currently analyzed day and the preceding one. Alternatively, the second method takes also into account the influence of mining on the methane concentration. It has been proved that devations of the prognoses are insignificant and they are suitable to the selection of preventive measures for methane.

8

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.

9

Urządzenie do pomiaru prędkości przepływu powietrza i stężenia metanu w wyrobisku kopalni

Kruczkowski J., Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 1-2

23--30

PL

W Instytucie Mechaniki Górotworu prowadzone są badania rozkładów pól prędkości powietrza i stężeń metanu w wyrobiskach kopalń głębinowych przy pomocy nowo skonstruowanych mierników (Kruczkowski, 2013; Dziurzyński i in., 2012). Jednym z efektów prac jest stwierdzenie dużej uniwersalności i przydatności tych urządzeń do celów metrologicznych. Dotychczas były one wykorzystywane w systemach pomiarów wielopunktowych, co nie pozwalało na bezpośredni odczyt mierzonych wielkości, gdyż z powodu przeznaczenia wyłącznie do celów badawczo-naukowych, dane pomiarowe były gromadzone w pamięci i dopiero na powierzchni, po transmisji do komputera, można było poddawać je analizie. Dzięki stosowaniu bezprzewodowej transmisji radiowej dane dodatkowo były dostępne w czasie rzeczywistym, lecz wiązało się to z koniecznością wykorzystania przenośnego komputera z modułem radiowym instalowanym na porcie USB. To stanowiło ograniczenie w wykorzystaniu miernika w niektórych eksperymentach badawczych a także do rutynowych pomiarów wykonywanych przez służby wentylacyjne. W artykule przedstawiono rozwiązania techniczne przenośnego urządzenia do współczasowego, quasi punktowego pomiaru stężenia metanu i prędkości przepływu powietrza w wyrobisku górniczym. Urządzenie zostało zaprojektowane z myślą o wykorzystaniu w podziemnych zakładach górniczych i spełnia wymagania odpowiednich norm i przepisów. W skład urządzenia wchodzą miernik zawierający czujniki stężenia metanu i prędkości przepływu oraz rejestrator umożliwiający wyświetlanie, analizę i zapamiętywanie danych pomiarowych. Komunikacja pomiędzy miernikiem i rejestratorem odbywa się drogą radiową. Nowe urządzenie pozwala na wykonywanie pomiarów punktowych i pomiarów metodą trawersu ciągłego. Przewiduje się, po opracowaniu odpowiednich procedur pomiarowych, wykorzystanie nowego urządzenia do wyznaczania strumienia objętości metanu. Ze względu na konieczność częstej weryfi kacji metrologicznej czujnika metanu zaprojektowano dodatkowe urządzenie umożliwiające przeprowadzanie procedury adjustacyjnej. Zostały przeprowadzone pomiary in situ i w opracowaniu zamieszczono przykładowe rejestracje zmierzonych wielkości.

EN

Research work was undertaken in the Strata Mechanics Research Institute to investigate the distribution of air flow velocity and methane concentration in underground mines using a new-design integrated sensors measuring those two parameters. The devices are proved to be universal and fit for use in a variety of metrological applications. To date they have been mostly used in multi-point measurements, yet the direct readout of the measured quantities is not possible. Since the device has been intended for the purpose of research only, the measurement data have to be stored in the computer memory, uploaded to the computer on the surface and then analysed and processed accordingly. Due to the application of wire-less radio transmission, the data have been accessible on-line, though a portable computer equipped with a specialised radio module installed in the USB port would be required. This has been a major limitation of the device so far, precluding its widespread use in routine measurements by the mine ventilation personnel. The paper outlines the design solution of a portable device for simultaneous, quasi-point-by point measurements of methane concentration and airfl ow velocity in a mine heading. This device is designed for use in underground mines and fully complies with all relevant rules and regulations. The device incorporates a methane concentration sensor, a flow velocity sensor and a recorder enabling the display, processing and storage of measurement data. The radio transmission is used to transfer data between the sensor and the recorder. The device enables the point-to-point measurements and those taken by the continuous traverse method. It is expected that once the measurement procedures are ready, the new device will be used to determine the volumetric flow rate of methane. Since the methane sensors are subject to regular verification of their metrological parameters, an additional device was designed to support the adjustment procedures. Exemplary results of in-situ measurements have been shown.

10

Nowe rozwiązania urządzeń do pomiaru pól prędkości i rozkładów stężenia metanu oraz wyniki badań porównawczych

Janus J., Krawczyk J., Kruczkowski J., Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

149--163

PL

Powietrze przepływające przez wyrobisko kopalni jest mieszaniną gazową. Często istotna jest znajomość składu tej mieszaniny i objętościowe udziały poszczególnych składników. W kopalniach w których występuje metan, jego objętościowy udział w strudze powietrza odpowiada za bezpieczeństwo prowadzenia wydobycia. Dotychczasowe badania przy pomocy opracowanego w IMG PAN systemu do pomiaru rozkładów pól prędkości (SWPPP), umożliwiającego także zmierzenie strumienia objętości powietrza, skłoniły autorów do przeanalizowania możliwości skonstruowania przenośnego urządzenia do zmierzenia strumienia objętości metanu. Nowe urządzenie mogłoby wykorzystywać sposób pomiaru strumienia metodą pola prędkości, i w połączeniu z metodą pomiaru średniej wartości stężenia metanu w przekroju wyrobiska umożliwiać bezpośrednie wyznaczanie strumienia objętości metanu. W opracowaniu przedstawiono wstępną koncepcję takiego rozwiązania wraz z wynikami analiz pomiarów prędkości lokalnych przy pomocy nowo skonstruowanego czujnika i porównaniu ich z wynikami pomiarów strumienia objętości wykonanych przy pomocy systemu SWPPP. Prowadzone badania mają na celu opracowanie efektywnych metod pomiaru strumienia objętości w rejonie ściany oraz modelu rozkładu koncentracji metanu w przekroju wyrobiska i na tej podstawie stworzenie algorytmów programowych dla pomiaru metanowości bezwzględnej wentylacyjnej w wyrobisku kopalni.

EN

Air flowing in the galleries is a mixture of gases. Of particular importance is the actual composition of this gas and volumetric proportions of its major components. In collieries where methane is present, its volumetric proportion in the stream of air determines the safety of mining operations. Results of measurements taken so far with the use of SWPPP (velocity fi eld distribution measurements) system, developed at the Strata Mechanics Research Institute and designed to measure velocity field distributions and volumetric flow rates of air, have prompted the authors investigate the feasibility of fabricating a portable device for measuring the volumetric flow rate of methane. This new device would utilise the principle of velocity field measurements combined with the method of measuring the average methane concentration in the gallery cross-section, thus allowing the volumetric flow rate of methane to be determined directly. This paper provides a conceptual design of this solution and results of local velocity measurements taken with a newly designed sensor. The results are compared with measurement data obtained with the use of the SWPPP system. The aim of the research work is to develop effective methods of volumetric flow rate measurements in the longwall zones and models of methane concentrations in the gallery cross-section. On that basis algorithms would be developed to support methane capacity measurements in galleries for mine for ventilation purposes.

11

Badanie średnich i maksymalnych dobowych stężeń metanu w rejonie ściany D-33 w KWK "Borynia"

Badura H.

Górnictwo i Geologia

|

2009

|

T. 4, z. 3

19-30

PL

Na podstawie wykonanych i zarejestrowanych automatycznie pomiarów stężenia metanu na wylocie ze ściany D-33 w KWK "Borynia" obliczono wartości średniego dobowego stężenia metanu oraz wyselekcjonowano maksymalne stężenia metanu w danej dobie. Przeprowadzono badanie własności szeregów czasowych tych wielkości. Stwierdzono, że średnie dobowe stężenie metanu jest silnie zależne od wydobycia dobowego oraz że stężenie maksymalne w danej dobie jest liniowo zależne od stężenia średniego.

EN

Basing on the performed and automatically registered measurements of the methane concentration at the mouth of D-33 longwall at the "Borynia" Coal Mine, the value of the average 24 hours' methane concentration was established as well as the maximum concentration for the given 24 hours' period was selected. It has been established that the average 24 hours' methane concentration is heavily dependant on the 24 hours' output and that the maximum concentration of the given 24 hours' period is linearly dependent on the average concentration.

12

Statystyczna analiza stężeń metanu na wylocie z rejonu ściany P-4 w kopalni "Pniówek"

Badura H.

Przegląd Górniczy

|

2007

|

T. 63, nr 10

6-11

PL

W artykule przeanalizowano statystycznie zmienność stężenia metanu na wylocie z rejonu ściany P-4 w kopalni "Pniówek". Okres obserwacji wynosił 158 dni. Analiza dotyczyła wartości minimalnych, maksymalnych i średnich stężenia metanu w całym okresie obserwacji z uwzględnieniem podziału na jednoimienne dni tygodnia. Stwierdzono, że proces stężenia metanu najmniej różni się w poszczególne czwartki. Dotyczy to zarówno minimalnych, maksymalnych, jak i średnich stężeń metanu. Przedstawioną w artykule analizę można wykorzystać w prognozie stężenia metanu.

EN

The statistical methane concentration changeability at the longwall P-4 in Hard Coal Underground Mine "Pniówek" is analysed. The time of observation amounted to 158 days. The analysis referred to the minimal, maximum and average values of methane concentration during the whole period of observation with taking into consideration division into the days of the same names. It has been stated that the process of methane concentration varies least on the particular Thursdays. It relates as well to the minimum, maximum as well as average methane concentrations. The presented analysis cane be used for the methane concentration forecast.

13

Badanie dynamiki zmian stężenia metanu w chodniku korytarzowym z zastosowaniem metod numerycznej mechaniki płynów

Dziurzyński W., Skotniczny P.

Przegląd Górniczy

|

2006

|

T. 62, nr 10

13-18

PL

Nagły dopływu metanu w przodku wyrobiska przewietrzanego wentylacją odrębną wywołuje znaczący wzrost zagrożenia bezpieczeństwa pracujących górników. Szczególnie groźne prowadzące do katastrofy są wyrzuty metanu połączone z pojawieniem się w przodku co najmniej kilkuset ton skruszonego na pył węgla. Z punktu widzenia zabezpieczenia przed skutkami nagłych wypływów metanu istotne jest poznanie przebiegu zjawiska i jego wpływu na proces przewietrzania wyrobisk kopalni. W artykule przedstawiono zastosowanie metod numerycznej mechaniki płynów do oceny gazodynamiki nagłego wypływu metanu oraz pokazanie przestrzennego rozkładu stężenia metanu w strefie przodkowej. Jako przykład do badań wzięto zdarzenie, jakie miało miejsce w chodniku badawczym, w którym doszło do znacznych przekroczeń stężenia metanu, spowodowanych niespodziewanym wypływem metanu w trakcie pracy kombajnu chodnikowego. Wyniki badań pozwoliły na ocenę intensywności wypływu metanu, wielkości dopływu metanu i czasu trwania zjawiska. Stwierdzono, że rozważany wypływ nie może być zaliczony do zjawiska, które nazywamy wyrzutami gazów i skał.

EN

A sudden inflow of methane in the face of a working with separate ventilation causes the significant increase of the hazard for the safety of working miners. Especially dangerous are - leading to a disaster - outbursts of methane connected with occurring in the face at least a few hundreds tones of coal crashed to dust. From the point of view of protection against the results of the sudden methane outflows essential is recognition of the course of phenomenon and its influence on the mine workings ventilation process. Application of numerical fluid mechanics methods for evaluation of gas dynamics of the sudden outflow of methane in the face zone is presented. As an example for research the phenomenon has been taken which took place in the research gallery, where occurred that methane concentration caused by unexpected methane outflow during the heading machine operation has been considerably exceeded. The results of research allowed to estimate intensity of methane outflow, the volume of methane outflow and time of the phenomenon duration. It has been stated that the outflow under consideration can not be rated among the phenomenon called gas and rock outbursts.

14

Występowanie metanu w złożu węgla brunatnego KWB "Bełchatów" S.A.

Macuda J., Zawisza L.

Wiertnictwo, Nafta, Gaz

|

2005

|

R. 22/1

233--238

PL

Gazy występujące w formacjach węglonośnych są akumulowane zarówno w strukturze węgli, jak i w porowatych skałach towarzyszących. Mogą one występować jako gazy wolne, zawarte w szczelinach i przestrzeniach porowatych oraz jako gazy zaadsorbowane w węglu. Gazy wolne stanowią tylko od 1 do 5% objętości wszystkich gazów nagromadzonych w pokładach eksploatowanego węgla. W artykule przedstawiono wyniki badań stężenia metanu w obrębie odkrywki KWB "Bełchatów" S.A. przy równoczesnym uwzględnieniu budowy geologicznej oraz zaawansowania prac górniczych. Stwierdzono, że emisja metanu do atmosfery w istotnym stopniu uzależniona jest od odwodnienia złoża, jak i wielkości zebranego nadkładu oraz postępu prac eksploatacyjnych. Odwodnienie górotworu jest niezbędnym warunkiem migracji metanu systemami szczelin, porów z rozwiniętymi kontaktami hydraulicznymi oraz strefami uskokowymi. Drugim, niezwykle istotnym czynnikiem podwyższonej emisji metanu jest również odprężenie serii złożowej w wyniku zdejmowania nadkładu. Potwierdzeniem tego są pokazane na wykonanych mapach zmiany koncentracji metanu w obrębie odkrywki.

EN

Gases in coal-bearing strata are accumulated both in the coal structure and in the pores of the accompanying rocks. They may take the form of free gases present in the fractures and porous spaces, or may be adsorbed in coal. Free gases make up ca. 1 to 5% of volume of all gases accumulated in the exploited coal seams. The authors present results of many years' analyses of methane concentration within the opencast KWB "Bełchatów" S.A. accounting for the geological conditions and advancement of mining works. Methane emission to the atmosphere greatly depends on dewatering of the field and the magnitude of the mined overburden and advancement. Dewatering of the rock mass preconditions methane migration through a system of fractures, pores with developed hydraulic contacts and fault zones. Another important factor responsible for increased methane emission is relaxation of the deposit strata while removing the overburden. This has been shown on the maps of changes methane concentration in the opencast area.

15

Weryfikacja modelu matematycznego wydzielania metanu w rejonie ściany z uwzględnieniem zmian ciśnienia atmosferycznego

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

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2004

|

Vol. 6, no. 3-4

131--142

PL

W artykule przedstawiono model zrobów, umożliwiający modyfikację programu komputerowego VentZroby, opracowanego w IMG PAN i służącego do prognozowania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w kopalnianej sieci wentylacyjnej ze zrobami tak, aby program ten uwzględniał w prognozie wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na stężenie metanu w sieci wentylacyjnej kopalni spowodowany zjawiskiem tzw. oddychania zrobów. W rozdziale 3 podano w skrócie opis modelu zastosowanego do wyznaczania przepływu mieszaniny gazów w zrobach w programie VentZroby. W rozdziale 4 przedstawiono podstawowe zależności dla zmodyfikowanego modelu zrobów, uwzględniającego zmiany ciśnienia barometrycznego i ich wpływ na gęstość mieszaniny metanu i powietrza w zrobach, traktowanej jako płyn ściśliwy. Algorytm obliczeń numerycznych dla tego modelu zamieszczono w rozdziale 5, a w rozdziale 6 przedstawiono weryfikację numeryczną tego algorytmu. Weryfikacja przedstawionego algorytmu wymagała opracowania testowego programu komputerowego dla sprawdzenia zbieżności procedury iteracyjnej wyznaczania rozkładu ciśnień w węzłach sieci bocznic modelującej zroby. Wykonana weryfikacja modelu matematycznego zrobów z uwzględnieniem zmian ciśnienia barometrycznego z zastosowaniem programu testowego „ZROBY” wykazała zbieżność procedury iteracyjnej, stosowanej w algorytmie obliczeniowym i potwierdziła celowość prowadzenia dalszych prac nad zastosowaniem tego modelu w programach numerycznego modelowania kopalnianych sieci wentylacyjnych ze zrobami.

EN

Variations of atmospheric pressure contribute to exchange of gases between goaf and a network of intentionally maintained underground workings of a mine. Oxygen forced in may trigger a spontaneous combustion while a pressure fall may drag toxic or explosive gases out of a goaf. Paper presents a mathematical model of those phenomena. This model is an extension of joined description of typical ventilation network and goaf, in which the goaf is represented by a grid of airways of a Darcy’s flow. Subsequent chapters describe the phenomena itself, relevant mathematical and numerical models, algorithm of solving the problem and results of first simulations which indicate correctness of presented approach.

16

Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na stężenie metanu w prądzie powietrza wypływającym z rejonu ściany z przyległymi zrobami - model matematyczny i algorytm obliczeniowy

Krach A.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 1

43-53

PL

W artykule przedstawiono sposób modyfikacji programu komputerowego VentZroby, opracowanego w IMG PAN i służącego do prognozowania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w kopalnianej sieci wentylacyjnej ze zrobami tak, aby program ten uwzględniał w prognozie wpływ zmian ciśnienia barometryczncgo na stężenie metanu w sieci wentylacyjnej kopalni spowodowany zjawiskiem tzw. oddychania zrobów. Zagadnieniem tym zajmowali się liczni badacze, wśród których można wymienić W. Trutwina (1973), S. Wasilewskiego (1998) i Z. Kajdasza ze współautorami (2002). Trutwin podał model zrobów jako jedną dużą objętość, oddzieloną od wyrobiska przyległego strefą filtracji. Taki model tylko w przybliżeniu reprezentuje rzeczywiste zroby, które są obiektem o stałych rozłożonych i charakteryzuje się przestrzennym rozkładem prędkości filtracji mieszaniny powietrza i metanu i rozkładem dopływu metanu. Właściwości te uwzględnia model zrobów w postaci sieci wzajemnie prostopadłych bocznic (rys. 1) z dopływami metanu w węzłach (Dziurzyński 1998; Nawrat 1999), zastosowany w programie komputerowym VentZroby. W rozdziale 2 przedstawiono w skrócie podstawy teoretyczne tego modelu: równanie przepływu przez bocznicę sieci wentylacyjnej (1), równanie przepływu filtracyjnego przez zroby (3), równanie przepływu przez bocznicę sieci modelującej zroby (6) i wzór na stężenie metanu w strumieniach wypływających z danego węzła sieci bocznic (2). Modyfikację przedstawionego modelu w celu uwzględnienia wpływu zmian ciśnienia barometrycznego na rozkład stężenia metanu w zrobach i bocznicach sieci wentylacyjnej pokazano w rozdziale 3. Wychodząc od równania stanu gazu dla mieszaniny dwuskładnikowej (7) wyprowadzono wzór na zależność strumienia masy mieszaniny powietrza i metanu, dopływającej do danej objętości, od prędkości zmiany ciśnienia i stężenia w tej objętości (11). Następnie, z równania bilansu masy dla mieszaniny powietrza i metanu (12) wyprowadzono równanie różniczkowe (14), opisujące zmianę stężenia metanu w rozpatrywanej objętości. Wyprowadzone zależności pozwalają uzupełnić model zrobów tak, jak to pokazano na rysunkach 2 i 3. Na tej podstawie można zmodyfikować algorytm numerycznego obliczania rozpływu gazów i rozkładu stężenia metanu w bocznicach sieci wentylacyjnej i siatki modelującej zroby w sposób podany w rozdziale 4. Dla kolejnych kroków czasowych wykonuje się sekwencję działań, zaczynając od zapamiętania wartości ciśnień w węzłach sieci i obliczenia ciśnień w węzłach dla kolejnej wartości ciśnienia na zrębie szybu. Następnie oblicza się nowe ciśnienia w węzłach z zależności (16), dla tych ciśnień oblicza się dodatkowe dopływy masy do węzłów (17), dodaje się je do strumieni masy metanu dopływających do węzłów (18) i dla tych wartości dopływów wyznacza się rozpływ powietrza w bocznicach sieci wentylacyjnej łącznie z bocznicami siatek modelujących zroby. Dla obliczonych rozpływów wyznacza się ciśnienia węzłowe oraz odległość wektora tych ciśnień od wektora ciśnień wyznaczonych z zależności (16). Taką sekwencję działań powtarza się aż do uzyskania odległości wektorów ciśnień mniejszej od przyjętej jako miara dokładności obliczeń. Następnie wyznacza się stężenia w elementarnych objętościach zrobów skojarzonych z węzłami, rozwiązując numerycznie układ równań różniczkowych (19) i całą procedurę powtarza się dla kolejnego kroku czasowego. Realizacja przedstawionego algorytmu wymaga opracowania szeregu procedur programu komputerowego, a następnie wbudowania ich w odpowiednie miejsce obecnej wersji programu VentZroby. Prognoza rozkładów stężenia metanu w zrobach i w bocznicach sieci wentylacyjnej, uzyskana dzięki zamodelowaniu sieci wentylacyjnej wybranej, przykładowej kopalni w zmodyfikowanym programie VentZroby i wykonaniu symulacji zmian ciśnienia barometrycznego, wykaże prawidłowość i przydatność rozbudowy modelu zrobów w tym programie.

EN

The paper presents a manner of such modification of the computer program VentZroby, which was developed at IMG PAN and has served a purpose of predicting the distribution of air and distribution of methane concentration in a mine ventilation network with the goaf, that it includes in the forecast the influence of barometric-pressure variation on methane concentration in a mine ventilation network due to so called goaf respiration. The problem was considered by numerous research workers, let us mention W. Trutwin (1973), St. Wasilewski (1998) and Z. Kajdasz with co-authors (2002). Trutwin (1973) proposed a model of the goaf being one large volume, separated by a filtration zone from an adjacent working. Such a model only aproximately represents the real goaf that is an object with distributed constants and is characterized by spatial distribution of filtration felocity of an air - methane mixture and distribution of methane inflow. These features are taken into consideration by a model of the goaf in the shape of a network of mutualy perpendicular branches (Fig. 1) with methane inflow at nodes (Dziurzyński 1998;Nawrat 1999), which was applied to the computer program VentZroby. In Chapter 2, theoretical background of this model is presented in short: an equation of flow trough a branch of a ventilation network (1), an equation of filtration flow trough the goaf (3), an equation of flow trough a branch of a network that models the goaf (6), and a formula for methane concentration in streams that flow out of a given node of a network of branches (2). The modification of the presented model with the purpose of taking into account the influence of barometric-pressure variation on the distribution of methane concentration in the goaf and branches of a ventilation network is revealed in Chapter 3. Based on the gas law for a binary mixture (7), a formula was derived for dependence of mass flow of an air - methane mixture that flows into the given volume on the speed of pressure and concentration variations in this volume (11). Subsequently, from the mass-balance equation for an air - methane mixture (12) a differential equation (14) was derived that describes the methane-concentration variation in the volume under discusion. The derived equations enabled us to supplement the goaf model, as it was shown on Fig. 2 and 3. On these grounds it is possible to modify the algorithm for numerical calculation of distribution of gases and distribution of methane concentration in branches of a ventilation network ; and branches of the goaf-modeling network in the way which is given in Chapter 4. For succesive time steps a sequence of operation is run, starting from storing the pressure values at the network nodes and calculating the pressure at the nodes for successive pressure value at the outset. Afterwards, new pressures at nodes are calculated trough the relation (16), for these pressures additional mass inflows to the nodes are calculated (17), they are added to the methane mass streams that flow up to the nodes (18), and for these values of the inflows, the distribution of air in branches of the ventilation network is deterrmined, together with branches of networks that model the goaf. For the calculated distributions of air, nodal pressures and distance of the vectors of these pressures from the vectors of the pressures from the relation (16) are determined. Such a sequence of operations is repeated up to a distance of pressure vectors which is smaller than the distance accepted as measure of calculation accuracy. Next, methane concentrations in elementary volumes of the goaf associated with the nodes are determined through numerical solution of the system of differential equations (19) and the whole procedure is repeated for the subsequent time step. Realisation of the presented algorithm requires development of a number of procedures for the computer program and next building it in a proper place of the current version of the VentZroby program. A forecast of distribution of methane concentration in the goaf and branches of a ventilation network, prepared owing to modeling of the ventilation network of a selected exemplary mine through the modified VentZroby program and simulation of barometric-pressure variation, will prove correctness and usefulness of the development of the goaf model in the program.

17

Wzbogacanie mieszanin gazowych w metan metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej

Sodzawiczny W., Warmuziński K.

Inżynieria Chemiczna i Procesowa

|

2001

|

T. 22, z. 3E

1291--1296

PL

Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i symulacji procesu adsorpcji zmiennociśnieniowej w dwukolumnowej instalacji laboratoryjnej wypełnionej węglowym sitem molekularnym. Przeanalizowano wpływ stężenia metanu w gazie zasilającym, ciśnienia adsorpcji oraz długości cyklu na średnie stężenie metanu w produkcie niskociśnieniowym. W oparciu o dane doświadczalne zaproponowano model sieci neuronowej oraz zweryfikowano model opisujący proces PSA.

EN

Experimental data and simulation results are presented on the separation of methane-nitrogen mixtures in a two-bed laboratory PSA installation packed with a carbon molecular sieve adsorbent. The effect is analysed of methane concentration in the feed gas, pressure adsorption and cycle length on the average methane concentration in the low-pressure product. Based on the experimental data a neural network model is proposed and a quantitative description of non-isothermal PSA processes is validated.