Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rock transport after an outburst and the fluidisation phenomenon – can it occur during a dolomite and gas outburst?

Kozieł Katarzyna, Skoczylas Norbert

Archives of Mining Sciences

|

2023

|

Vol. 68, no. 4

621--638

EN

Rock and gas outburst is a phenomenon in which fragmented rock material is transported deep into a pit. The transport of rock material by gas is a two-phase process. The article deals with the fluidisation of rock material. Considerations on the fluidisation phenomenon were carried out, and experiments were performed to help clarify whether the fluidisation of dolomite is possible. In the last chapter, a discussion was carried out, and the results obtained were analysed regarding the possibility of occurrence in mine conditions.

2

Force exerted by gas on material ejected during gas-geodynamic phenomena analysis and experimental verification of theory

Kozieł Katarzyna, Janus Jakub

Archives of Mining Sciences

|

2022

|

Vol. 67, no. 3

491--508

EN

The analysis of natural hazards, including gas-geodynamic phenomena, requires study of the basic physical processes that take place at each stage of an event. This paper focuses on analysing the transport of fragmented rock material during rock and gas outbursts. Our theoretical considerations and experiments have allowed us to specify and verify the significant forces acting on fragmented rock during its transport, thus determining the speed of grains of each grain class in the stream of expanding gas. The above study may serve as a preface to a wide-ranging quantitative and qualitative energy analysis of the movement of material ejected during Gas-geodynamic phenomena.

3

Wstępne badanie rdzeni wiertniczych dolomitów z OZG Rudna w aspekcie potencjalnego zagrożenia zjawiskami gazo-geodynamicznymi

Młynarczuk M., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

3--9

PL

W następstwie wyrzutu skał i gazu, który miał miejsce w 2009 roku w O/ZG Rudna, wykonano szereg odwiertów badawczych celem oceny górotworu w rejonie tego zdarzenia. Część z tych odwiertów charakteryzowała się zwiększonym wypływem gazu. W pracy przeanalizowano dwa podejścia badawcze, których celem była analiza struktury rdzeni celem jej skorelowania z miejscami wzmożonego wypływu gazu. W pierwszym podejściu analizowano zgłady wykonane z prób pobranych wzdłuż odwiertu, celem poszukiwania struktury skalnej zbliżonej do tej, odnalezionej w rejonie wyrzutu. Strukturę taką, charakteryzującą się zwiększoną porowatością skały, odnaleziono m.in. w odwiercie H-8 na głębokości ok. 50÷70 [m]. Głębokości te pokrywają się z miejscami zarejestrowanego, wzmożonego wypływu gazu z odwiertu. Drugim typem badań były badania podzielności rdzenia. Również w tych badaniach wykazano istnienie powiązania pomiędzy parametrem podzielności rdzenia a miejscem wypływu gazu z odwiertu. Otrzymane wyniki wskazują na możliwość wykorzystania analizy zmian struktury geometrycznej skały oraz analizy podzielności rdzenia dla detekcji obszarów o zwiększonym wypływie gazu z otworów wiertniczych.

EN

Following a rock and gas outburst that took place in the Rudna copper mine in 2009, a series of scientifi c drillings were performed to assess the condition of the strata in the area of the event. Part of the drillings revealed an increased outflow of gas. The paper provides a description of two types of scientific approach, both of which aimed at analyzing the structure of drill cores in order to correlate it with the areas of an increased gas outflow. One approach focused on the examination of microsections cut from the samples extracted along the length of the drilling, with a view to finding a rock structure similar to the one located in the area of the outburst. Such a structure, whose characteristic feature was a higher rock porosity, was found (among others) in the borehole H-8, at a depth of ca. 50÷70 [m]. These depths correspond to the areas of the recorded increased outflow of gas from the borehole. The other approach concerned studies into the core divisibility. These studies also proved the existence of a link between the index of core divisibility and the area of a gas outflow. The obtained results confirm the usefulness of the analysis of the changes in the geometrical structure of the rock, as well as of the analysis of the core divisibility, for detection of areas characterized by an increased gas outflow from boreholes.

4

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

Chlebowski D.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 3

543-562

EN

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

PL

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

5

Program do kompleksowego przetwarzania i analizy danych z eksperymentów filtracyjnych i wyrzutowych prowadzonych na stanowisku rury wyrzutowej

Sobczyk J., Topolnicki J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2007

|

Vol. 9, no. 1-4

149--160

PL

W związku z intensyfikacją prac badawczych związanych z wyrzutami skalno-gazowymi, w 2007 roku w pracowni Mikromerytyki IMG PAN wykonane zostało drugie stanowisko do badań tego zjawiska w skali laboratoryjnej. Jednym z głównych zadań podczas jego tworzenia było napisanie programu komputerowego służącego do wszechstronnej analizy danych pomiarowych. Program ten został napisany w oparciu o doświadczenia w analizie numerycznej podobnych eksperymentów uzyskane w latach poprzednich. Rdzeń programu stanowi algorytm obliczający rozkład ciśnień wewnątrz brykietu węglowego w funkcji czasu i przestrzeni dla zadanych parametrów filtracyjnych. Realizuje on nieliniowy, dwuparametrowy model matematyczny procesu filtracji gazu poprzez brykiety węglowe. W programie wykorzystano algorytm tzw. „kierunków sprzężonych” do poszukiwania najbardziej optymalnych parametrów filtracji dla danego zbioru danych eksperymentalnych. W oparciu o znalezione rozkłady ciśnień program wykonuje obliczenia m.in. rozkładów naprężeń we wnętrzu brykietu węglowego w czasie dynamicznych eksperymentów z filtracją niestacjonarną, aż do inicjacji wyrzutu włącznie. Planuje się rozszerzenie gamy generowanych wyników o nowe nie analizowane dotychczas elementy, jak np. gęstość energii gazu zgromadzonego.

EN

In accordance to intensification of the rock and gas outbursts research in 2007 there was created a new setup in the Micromeritics Laboratory of SMRI PAS. The setup was dedicated to rock and gas outbursts research in the laboratory scale. One of main tasks during making it was to write a versatile computer program for processing and analysis of all experimental data. Core of the program is the algorithm calculating space and time distribution of pressure throughout the coal briquette for given parameters. It is based on nonlinear, two-parameter mathematical model of gas transport throughout coal briquettes. The conjugate-directions method was used for optimal model parameters estimation. Once distribution of pressure is found program calculates, among others, space and time distribution of gas stresses during non-stationary gas filtration, including outburst initiation moment. More results to be generated by the program are planned in future, like energy density of the adsorbed gas.

6

Wyrzuty skalno-gazowe w świetle badań laboratoryjnych i pomiarów kopalnianych

Topolnicki J., Wierzbicki M., Skoczylas N.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr spec

99-116

PL

W pracy przedstawiono skrótowo główne kierunki badań nad zjawiskiem wyrzutów skalno-gazowych. Badania prowadzono w skali laboratoryjnej i w warunkach naturalnych. W laboratorium IMG PAN wypracowano model inicjacji wyrzutu skalno-gazowego w którym główną rolę w inicjacji wyrzutu odgrywa filtracja gazu. Opisane w pracy pomiary ciśnienia gazu przed czołem wyrobiska chodnikowego w kopalni „Pniówek" są próbą wdrożenia modelu wyrzutu do warunków naturalnych. Uzyskane wyniki zdają się świadczyć o tym, że przed czołem wyrobiska chodnikowego w kopalniach jastrzębskich występować może strefa podwyższonych ciśnień zwana barierą odgazowania. W obszarze bariery odgazowania występują maksymalne wartości naprężeń wynikających z obecności gazu w węglu. Dodatkowo strefa ta graniczy z miejscem powstawania spękań przyprzodkowych co jest zjawiskiem wielce niebezpiecznym z punktu zagrożenia wyrzutowego.

EN

The paper briefly reviews the main areas of research work on gas and rock outbursts. Tests were conducted in laboratory conditions and in situ. In the laboratory at the Strata Mechanics Research Institute the model was developed reproducing the initiation of a gas and rock outburst, the process involved being the gas filtration. Measurements of gas pressure ahead of the longwall face in the colliery "Pniówek" were taken to ensure that the model well captures the natural conditions. The results suggest ahead of the face region there is a high pressure zone, known as the degassing barrier. In this region the maximal stresses due to the presence of gas in coal are reported. At that zone severe fracturing occurs, too, which further enhances the risk of an outburst.

7

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

Gawor M., Rysz J.

Archives of Mining Sciences

|

2002

|

Vol. 47, nr 1

3-22

EN

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

PL

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

8

Rock and gas outbursts

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

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 3

347-361

EN

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

PL

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