METODA PROGNOZOWANIA METANOWOŚCI BEZWZGLĘDNEJ WYROBISK KORYTARZOWYCH DRĄŻONYCH KOMBAJNAMI W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE GIG GÓRNICTWO I ŚRODOWISKO RESEARCH REPORTS MINING AND ENVIRONMENT Kartalnik Quarterly 3/009 Henryk Koptoń METODA PROGNOZOWANIA METANOWOŚCI BEZWZGLĘDNEJ WYROBISK KORYTARZOWYCH DRĄŻONYCH KOMBAJNAMI W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO Streszczenie W artykule przedstaiono noą metodę prognozoania metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego, opracoaną na podstaie ynikó badań ykonanych Głónym Instytucie Górnicta i będącą tematem pracy doktorskiej autora. Omóiono yniki eryfikacji stosoanych metod prognozoania zakresie ich zgodności ze stanem faktycznym, z ykorzystaniem zbioru danych dotyczących ytypoanych losoo 60 yrobisk korytarzoych drążonych różnych arunkach geologiczno-górniczych ybranych kopalniach Kompanii Węgloej SA i Jastrzębskiej Spółki Węgloej SA. Ponadto, przedstaiono yniki analizy czynnikó, które mogą mieć zasadniczy pły na ielkość ydzielania się metanu z ykorzystaniem metody heurystycznej oraz yniki statystycznej zależności zeryfikoanego zbioru ytypoanych czynnikó pod kątem ich płyu na ydzielanie się metanu podczas drążenia yrobisk korytarzoych, z uzględnieniem arunkó geologiczno-górniczych, organizacyjno-technicznych, łasności fizykochemicznych ęgla oraz z uzględnieniem mechanizmu ydzielania się metanu, jak i rozkładu naprężeń okół yrobiska korytarzoego. Model matematyczny prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami został sporządzony na podstaie analiz uzyskanych metodami matematyczno-fizycznymi i empirycznymi. Model ten został zeryfikoany odniesieniu do rzeczyistego ydzielania się metanu do ytypoanych yrobisk korytarzoych drążonych różnych arunkach gazoych. W opracoanej noej metodzie prognozoania, stosunku do stosoanych metod, uzględniono mechanizm kinetyki ydzielania się metanu oraz kształt i zasięg, tz. strefy desorpcji dla yrobiska korytarzoego. Noa metoda prognozoania metanoości bezzględnej umożliia bardziej dokładne określenie ilości metanu ydzielającego się do drążonego yrobiska korytarzoego (ze szczególnym uzględnieniem strefy przyprzodkoej), co stanoi podstaę do łaściego doboru środkó profilaktyki metanoej, a zatem ma znaczący pły na bezpieczeństo proadzenia robót. Method of prognosing absolute methane content in dog headings driven ith heading machine in coal mines Abstract In the article, a ne method of prognosing absolute methane content in dog headings driven ith heading machines in coal mines, devised on the basis of research results conducted in the Central Mining Institute, hich is the subject of doctoral thesis of the author. Verification results ere discussed of utilized method of prognosing in the scope of their compliance ith the actual state using data file referring to 60 randomly chosen dog headings driven in various geological-mining conditions in selected mines of Kompania Węgloa S.A. and Jastrzębska Spółka Węgloa S.A. [Jastrzębska Coal Company Inc.] Furthermore, results of analysis of factors ere presented, hich can have profound influence on the amount of methane emission, applying heuristic method as ell as results of statistical dependence of verified collection of selected factors ith respect to their influence on methane emission during driving dog headings, taking geological-mining conditions, organizational-technical, physio-chemical properties Głóny Instytut Górnicta Kopalnia Dośiadczalna Barbara. 53

2 Mining and Environment of coal and also the mechanism of methane emission into consideration, as ell as stress pattern along the dog heading. Mathematical model of prognosing absolute methane content in dog headings driven ith heading machines as complied on the basis of analyses obtained from mathematical-physical and empirical methods. This model as verified in relation to actual methane emission in selected dog headings driven in various gas conditions. In the devised ne method of prognosing, in relation to applied methods, a mechanism of kinetics of methane emission as taken into account, as ell as shape and scope, so called desorption zones for dog heading. The ne method of prognosing absolute methane content allos for more accurate estimation of amount of methane emitted to the dog heading being driven (ith particular alloance for the near-front zone), hich makes up the basis for appropriate selection of methane preventive means, thus it has considerable influence on the safety of the orks carried out. WPROWADZENIE Wydzielanie się metanu podczas proadzenia robót górniczych i ynikające stąd zagrożenie ybuchoe jest nadal bardzo groźnym zjaiskiem, ystępującym kopalniach ęgla kamiennego. Wzrost tego zagrożenia jest ziązany zaróno z coraz iększą głębokością proadzonych robót, jak i z koncentracją produkcji. Ilość ydzielającego się metanu ma bezpośredni pły na bezpieczeństo podczas drążenia yrobisk korytarzoych oraz proadzenia eksploatacji kopalniach ęgla kamiennego. Zalczanie zagrożenia metanoego polega przede szystkim na ograniczaniu możliości postaania niebezpiecznych nagromadzeń metanu, jak i na eliminoaniu źródeł zapłonu metanu przez stosoanie środkó zabezpieczających. Obecnie stosoana metoda prognozoania metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych bazuje na ynikach badań sprzed ponad 0 lat. Wyrobiska korytarzoe iększości przypadkó są teraz drążone zupełnie odmiennych arunkach niż te, które były przedmiotem óczesnych badań, i na podstaie których opracoano metody prognozoania. Stosoanie starych metod prognozoania ydzielania się metanu podczas drążenia yrobisk korytarzoych skutkuje często dużą rozbieżnością między ynikiem prognozy a stanem faktycznym. Rozbieżność między artościami prognozoanymi, obliczonymi na etapie projektoania, a rzeczyistymi artościami ydzielającego się metanu czasie drążenia yrobisk, nie mieści się granicach błędu toleroalnego i rezultacie nie pozala na łaściy dobór środkó profilaktyki metanoej. W ziązku z poyższym stosoana obecnie metoda prognozoania metanoości bezzględnej drążonych yrobisk korytarzoych ymagała eryfikacji zakresie analizy parametró technicznych, łasności geologicznych oraz uarunkoań górniczych pod kątem ich płyu na ydzielanie się metanu, a ponadto uzględniono niej noe czynniki, dotąd nie brane pod uagę. 1. PRZEGLĄD I WERYFIKACJA STOSOWANYCH METOD PROGNOZOWANIA W polskim górnictie ęgla kamiennego stosuje się metody prognozoania metanoości yrobisk korytarzoych opracoane Głónym Instytucie Górnicta Kopalni Dośiadczalnej Barbara, a szczególnie metodę MPM/3 prognozoania metanoości chodnikó zależności od sposobu urabiania, opracoaną 1986 roku (Kalisz i in. 1978; Kozłoski 198, 1986; Krause i in. 001; Metoda MPM/ ). 54

3 Górnicto i Środoisko W badaniach autor uzględnił rónież metodę obliczania prognozy metanoości bezzględnej dla yrobisk korytarzoych drążonych ęglu, opracoaną przez Frączka (003). Weryfikacja stosoanych metod prognozoania polegała na porónaniu artości metanoości maksymalnej bezzględnej rzeczyistej drążonych yrobisk korytarzoych z artościami prognozoanymi dla realizoanego postępu doboego oraz oszacoaniu trafności prognoz. Przeproadzono ją na podstaie danych pozyskanych z kopalń Kompanii Węgloej SA i Jastrzębskiej Spółki Węgloej SA. Ocena trafności prognozy polegała na obliczaniu zględnego błędu prognozy ex post (Gajda 001). Założono, że daną prognozę można uznać za dopuszczalną, gdy zględny błąd, czyli odchylenie między artością prognozoaną a rzeczyistą, nie przekracza 5%. W celu spradzenia zgodności stosoanych metod prognozoania ze stanem faktycznym, obliczono artości prognozoanego ydzielania się metanu dla arunkó rzeczyistych, które ystąpiły czasie drążenia yrobisk korytarzoych analizoanego zbioru. Prognozoane ydzielanie się metanu ystępujących arunkach obliczono za pomocą stosoanej poszechnie metody MPM/3 KD Barbara oraz metody Frączka. Z przeproadzonych obliczeń ynikało, że przypadku przeażającej liczby prognoz metanoości bezzględnej błąd ten przekraczał 5%. Średni zględny błąd prognoz ex post, ynoszący 40%, obliczony dla arunkó rzeczyistych, znacznie przekraczał założone 5%. Wyniki przeproadzonej analizy śiadczą o tym, że obecnie stosoane metody prognozoania metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych ymagają eryfikacji zakresie parametró technicznych, łasności geologicznych oraz uarunkoań górniczych pod kątem ich płyu na ydzielanie się metanu obecnych arunkach, raz z uzględnieniem udziału noych, dotąd niebranych pod uagę czynnikó.. POTENCJALNY ZBIÓR CZYNNIKÓW, KTÓRE WPŁYWAJĄ NA KSZTAŁTOWANIE WYDZIELANIA SIĘ METANU DO DRĄŻONYCH WYROBISK KORYTARZOWYCH Kształtoanie ydzielania się metanu podczas drążenia yrobisk korytarzoych ęgloych i ęgloo-kamiennych zależy od ielu czynnikó geologiczno-górniczych i organizacyjno-technicznych, tym parametró urabianego ęgla. W czasie drążenia tych yrobisk są ykonyane badania metanonośności, stanoiącej ielkość zasadniczą yznaczaniu prognoz. W ziązku z poyższym, kluczoym problemem było udzielenie odpoiedzi na pytanie: od jakich dodatkoych czynnikó zależy ilość ydzielającego się metanu? Do yboru parametró i skaźnikó opisujących badane zjaisko ydzielania się metanu ykorzystano założenia metody heurystycznej. Ze zględu na arunki proadzenia badań procedurze doboru cech uczestniczyło 70 ekspertó. Wytypoanymi ekspertami byli przede szystkim kieronicy działó entylacji oraz osoby z dozoru yższego entylacji ybranych kopalń GZW, jak i specjaliści zakresie zagrożenia metanoego. Na podstaie dostępnej literatury oraz badań proadzonych GIG, sporządzono stępną listę czynnikó mogących mieć pły na ydzielanie się metanu do drążonych yrobisk korytarzoych. Lista ta została zaarta specjalnie przygotoanej tym celu an- 55

4 Mining and Environment kiecie. Zadaniem ankietoanych ekspertó było określenie płyu poszczególnych czynnikó na ydzielanie się metanu podczas drążenia yrobisk korytarzoych. Każdy ekspert określił, czy pły danego czynnika jest: peny, raczej peny, słaby czy też dany czynnik nie płya na ydzielanie się metanu. W celu spradzenia kompetencji ekspertó skorzystano ze spółczynnika zgodności uporządkoań ielokrotnych, tz. spółczynnika konkordancji. Otrzymano artość spółczynnika konkordancji, która ykazała zgodność uporządkoań określaną jako dobry plus. Ponadto, test χ ykazał, że eksperci byli zgodni sych opiniach. W celu zbiorczej oceny szystkich ankietoanych, posłużono się testem Grenia (1978). Przeproadzenie tego testu pozoliło na stierdzenie, że należy yeliminoać część cech z listy stępnej, a pozostałe cechy łączyć do potencjalnego zbioru cech opisujących badane zjaisko ydzielania się metanu do drążonych yrobisk korytarzoych. W tablicy 1 zestaiono sumy punktó, ynikające z rang klasyfikacji płyu poszczególnych czynnikó na ydzielanie się metanu, przyznane przez 70 ekspertó. Czynniki do yeliminoania z listy stępnej umieszczono na szarym tle. Tablica 1. Sumy punktó nadanych czynnikom płyającym na ydzielanie się metanu, z uzględnieniem ynikó testu Grenia Lp. Czynnik płyający na ydzielanie się metanu Suma punktó 1 Temperatura górotoru 7 Zagrożenie tąpaniami 7 3 Wpły kraędzi 73 4 Wpły cześniejszego odprężenia górotoru 73 5 Wpły odmetanoania yprzedzającego 73 6 Występoanie strząsó 73 7 Dokładność ykładki nad obudoą 73 8 Wpły uskokó 76 9 Rodzaj entylacji (ssąca lub tłocząca) Zaartość popiołu ęglu Wilgoć całkoita ęglu Liczba zmian roboczych ciągu doby Zaartość części lotnych ęglu Wytrzymałość ęgla na ściskanie Gabaryty yrobiska Zaleganie arst ęgla stropie (lub/i) spągu yrobiska strefie do 10 m Wybieg Zięzłość ęgla Czas drążenia yrobiska (liczba miesięcy) 38 0 Ilość jednorazoo urobionego ęgla przypadku stosoania MW 46 1 Długość części ęgloej obodu yrobiska 47 Głębokość proadzonych robót 49 3 Miąższość pokładu 49 4 Szerokość strefy odprężonej okół yrobiska 5 5 Sposób urabiania (kombajn lub MW) 5 6 Wydajność kombajnu przypadku jego zastosoania 53 7 Współczynnik dyfuzji metanu ęglu 54 8 Postęp doboy 59 9 Pojemność sorpcyjna ęgla zględem metanu Metanonośność złożoa pokładu 78 56

5 Górnicto i Środoisko Z opinii ekspertó ynikało, że sposób urabiania ma pły na ydzielanie się metanu do drążonych yrobisk korytarzoych, a zatem metodzie prognozoania poinny być uzględnione odrębne zory dla poszczególnych sposobó urabiania. Należy zaznaczyć, że trzech spośród 70 ekspertó do przedstaionej ankiecie listy czynnikó dodatkoo dopisało 8, mogących mieć pły na ydzielanie się metanu ( tablicy 1 czynniki od 1 do 8). Przy prognozoaniu ydzielania się metanu do yrobisk korytarzoych drążonych arunkach odprężenia poeksploatacyjnego, jest istotne uzględnienie częścioego odgazoania pokładu. Oczyiście, zasada dotyczy obecnie stosoanej metody prognozoania i zostanie uzględniona opracoyanej metodzie. Część czynnikó kalifikujących się do odrzucenia z listy stępnej rónież została ykorzystana dalszej analizie. Dotyczyło to parametró fizykochemicznych ęgla, tj. ilgoci całkoitej, zaartości części lotnych i zaartości popiołu, a także temperatury górotoru, gabarytó yrobiska i liczby zmian roboczych ciągu doby. Czynniki te tablicy 1 zaznaczono kursyą. Wpły ytrzymałości ęgla na ściskanie, z uagi na oczyisty ziązek z zakalifikoaną do dalszej analizy zięzłością ęgla, nie został pominięty, tylko zastosoany łaśnie tej postaci. 3. ANALIZA STATYSTYCZNA ISTOTNYCH CZYNNIKÓW MAJĄCYCH WPŁYW NA WYDZIELANIE SIĘ METANU DO DRĄŻONYCH WYROBISK KORYTARZOWYCH Przeproadzona analiza parametró technicznych, łasności geologicznych oraz uarunkoań górniczych pod kątem ich płyu na ydzielanie się metanu (z uzględnieniem opinii ekspertó), pozoliła na dobór zestau czynnikó, które mogą mieć zasadniczy pły na ynik prognozy ydzielania się metanu do drążonego yrobiska. Podstaą do przeproadzenia analizy statystycznej były dane dotyczące 60 yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami pokładach II, III i IV kategorii zagrożenia metanoego latach raz z bazą danych zaierającą zestaienie parametró górniczo-geologicznych i organizacyjno-technicznych oraz informacją dotyczącą prognozoanej i rzeczyistej metanoości bezzględnej tych yrobisk. W analizie statystycznej uzględniono następujące czynniki: X1 głębokość proadzonych robót (poziom), m, X miąższość pokładu, którym było drążone yrobisko, przyjęto: 0 przypadku, gdy miąższość pokładu była mniejsza od ysokości yrobiska, 1 przypadku, gdy yrobisko było proadzone po spągu pokładu, którego miąższość przekraczała ysokość yrobiska lub stropie, odległości do 5 m, zalegała arsta ęgla, przypadku, gdy yrobisko było proadzone pod stropem pokładu, którego miąższość przekraczała ysokość yrobiska, lub spągu, odległości do 5 m, zalegała arsta ęgla, X3 przekrój poprzeczny drążonego yrobiska, m, X4 czas drążenia yrobiska, dni, X5 postęp doboy drążenia yrobiska, m/dobę, X6 liczba zmian roboczych ciągu doby, c, 57

6 Mining and Environment X7 metanonośność złożoa maksymalna na ybiegu yrobiska, m 3 CH 4 /Mg cs, X8 zięzłość ęgla f (oznaczona metodą Protodiakonoa), X9 zaartość części lotnych ęglu V daf, %, X10 ilgoć całkoita ęglu W t, %, X11 zaartość popiołu ęglu A a, %, X1 temperatura pierotna górotoru, C, X13 pojemność sorpcyjna ęgla zględem metanu przy ciśnieniu 10 5 Pa, po uzględnieniu płyu ilgoci całkoitej ęglu, zaartości popiołu ęglu oraz temperatury pierotnej górotoru, cm 3 /g cs, X14 efektyny spółczynnik dyfuzji metanu ęglu D e, cm /s, X15 metanoość bezzględna maksymalna czasie drążenia, m 3 /min, X16 metanoość zględna maksymalna czasie drążenia (ilość metanu przypadającą na Mg średniodoboego ydobycia), m 3 /Mg, X17 różnica między artością maksymalną metanonośności złożoej a pojemnością sorpcyjną ęgla przy ciśnieniu 10 5 Pa, po uzględnieniu zaartości ilgoci całkoitej i popiołu ęglu oraz temperatury pierotnej górotoru. W celu znalezienia spółzależności między poszczególnymi ytypoanymi do badań czynnikami, zastosoano metodę statystyczną i obliczono korelację (spółczynnik korelacji linioej Pearsona) między poszczególnymi elementami zbioru yjścioego. Należy zaznaczyć, że celem przeproadzenia analizy statystycznej było przede szystkim określenie korelacji czynnikó charakteryzujących ilość ydzielającego się metanu (metanoość bezzględna i metanoość zględna) i pozostałych czynnikó. Analiza ta ykazała między innymi: zrost ydzielania się metanu raz ze zrostem miąższości pokładu (rónież przy zaleganiu arst ęgla stropie lub spągu odległości do 5 m), zrost ydzielania się metanu raz ze zrostem postępu doboego, zrost ydzielania się metanu raz ze zrostem metanonośności, spadek ydzielania się metanu raz ze zrostem zięzłości ęgla (to samo dotyczyło ytrzymałości ęgla na ściskanie), zrost ydzielania się metanu raz ze zrostem temperatury pierotnej górotoru, zrost ydzielania się metanu raz ze zmniejszaniem się pojemności sorpcyjnej ęgla zględem metanu, zrost ydzielania się metanu raz ze zmniejszaniem się artości efektynego spółczynnika dyfuzji metanu ęglu, zrost ydzielania się metanu raz ze zrostem różnicy między artością metanonośności złożoej i artością pojemności sorpcyjnej ęgla zględem metanu przy ciśnieniu 10 5 Pa. Szczegółoa analiza ynikó badań korelacji jest zamieszczona pracy doktorskiej (Koptoń 009). Na jej podstaie stierdzono, że decydujący pły na ydzielanie się metanu czasie drążenia yrobisk korytarzoych ma różnica między metanonośnością złożoą a pojemnością sorpcyjną ęgla zględem metanu, przy ciśnieniu 10 5 Pa. Ponadto, analiza ykazała pły artości efektynego spółczyn- 58

7 Górnicto i Środoisko nika dyfuzji metanu ęglu na ydzielanie się metanu. Został potierdzony rónież pły na ydzielanie się metanu miąższości pokładu ęgla odniesionej do ysokości drążonego yrobiska, zględnie ęgla zalegającego jego sąsiedztie. Z przeproadzonej analizy ynikało, że praktycznie szystkie rozpatryane czynniki mają pły na ydzielanie się metanu, tym szczególnie łasności sorpcyjne ęgla, co poinno być uzględniane przy sporządzaniu modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej dla yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami. 4. MODEL MATEMATYCZNY PROGNOZY METANOWOŚCI BEZWZGLĘDNEJ WYROBISK KORYTARZOWYCH DRĄŻONYCH KOMBAJNAMI W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO Model matematyczny prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami został sporządzony z ykorzystaniem metody matematyczno-fizycznej oraz z uzględnieniem ynikó, przeproadzonej cześniej, analizy czynnikoej. Najpier było konieczne przeproadzenie analizy i określenie zależności opisujących kinetykę ydzielania się metanu z urobionego ęgla i ęgla zalegającego strefie desorpcji okół yrobiska oraz określenie zasięgu tej strefy Kinetyka ydzielania się metanu z ęgla Badania łasności sorpcyjnych ęgli kamiennych są proadzone GIG laboratorium Zakładu Zalczania Zagrożeń Gazoych Kopalni Dośiadczalnej Barbara. Do określenia ilości gazu zgromadzonego yniku sorpcji, tz. pojemności sorpcyjnej dla struktur geologicznych, głónie pokładó ęgla, obecnie ykorzystuje się da bardzo precyzyjne układy sorpcyjne typu graimetrycznego, tj.: mikroagę Sartorius oraz układ graimetryczno-sorpcyjny IGA. W celu scharakteryzoania ęgli kamiennych pod zględem arunkó akumuloania i ydzielania metanu określa się pojemność sorpcyjną ęgla arunkach standardoych oraz yznacza się artość efektynego spółczynnika dyfuzji. Na rysunku 1 przedstaiono ykres kinetyki sorpcji metanu dla próbki ęgla z pokładu 409/4 kopalni Zofióka. Można założyć, że przebieg krzyej kinetyki sorpcji metanu, przedstaiającej desorpcję metanu z próbki ęgla na skutek obniżenia ciśnienia do artości 10 5 Pa, obrazuje rónież zjaisko desorpcji metanu z pokładu ęgla yrobiskach kopalni. Podczas drążenia yrobiska korytarzoego zostaje zachiana rónoaga sorpcyjna na skutek zmiany rozkładu naprężeń od ciśnienia pierotnego do rozkładu strefie odprężenia okół yrobiska, gdzie na jego obodzie panuje ciśnienie około 10 5 Pa i efekcie metan desorbuje do yrobiska. Zatem, znajomość rónania opisującego przebieg krzyej kinetyki sorpcji pozoliłaby na opisanie mechanizmu ydzielania się metanu podczas poadzenia robót górniczych kopalni, analizoanym przypadku podczas drążenia yrobisk korytarzoych. Jedną z metod opisujących mechanizm ydzielania się metanu z ęgla jest metoda J.P. Seidla (Metcalfe i in. 199; Olajossy 1993), stosoana górnictie amerykańskim. Podobnie, jak przypadku innych modeli linioych, próbuje się tą metodą 59

8 Mining and Environment opisać złożony mechanizm ualniania się metanu z kulistego ziarna (0 r R) przy użyciu efektynego spółczynnika dyfuzji D e, ychodząc z rónania V t = V D e r r V + r (1) 7,0000 6,0000 5,0000 qd, mg/g 4,0000 3,0000, ,0000 0, Rys. 1. Wykres kinetyki sorpcji metanu na próbce ęgla z pokładu 409/4 kopalni Zofióka : t czas, qd zględna zmiana masy, 1 desorpcja laboratoryjna, adsorpcja laboratoryjna, 3 pojemność sorpcyjna Vr Fig. 1. Graph of methane sorption kinetics on a coal sample from the coal bed 409/4 Zofióka Mine: t time, qd relative mass change, 1 laboratory desorption, laboratory adsorption, 3 sorption volume Vr Można zauażyć, że rónanie (1) jest rónaniem ynikającym z II praa Ficka dla izotropoej dyfuzji radialnej, określającego zmiany stężenia dyfundującego składnika ( analizoanym przypadku metanu) czasie, określonym przekroju poprzecznym strumienia dyfuzyjnego. Warunek początkoy dla tego rónania, arunki brzegoe i roziązanie, yrażone szeregiem nieskończonym oraz jego uproszczenia podano pracy doktorskiej (Koptoń 009). Na rysunku przedstaiono krzyą kinetyki sorpcji metanu dla badanej próbki ęgla z pokładu 409/4 kopalni Zofióka, uzyskaną metodą laboratoryjną oraz metodą analityczną po podstaieniu danych do poyższych rónań. Na podstaie porónania przebiegu desorpcji metanu z próbki ęgla, uzyskanego metodą laboratoryjną i analityczną, edług modelu Seidla, stierdzono, że artość spółczynnika determinancji R = 0,9777, odpoiadająca spółczynnikoi korelacji linioej Pearsona r = 0,99, skazała na praie pełną korelację między ynikami zarejestroanymi podczas badań laboratoryjnych a uzyskanymi z ykorzystaniem metody analitycznej. Wartość średniego błędu zględnego Ψ ynosiła 3,46%. Mając poyższe na uadze można stierdzić, że rónania ynikające z założeń modelu sorpcji metanu Seidla, sposób trafny, opisują zjaisko. W ziązku z poyższym, do opracoania modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej ykorzystano zory opisujące ten model. t, s 60

9 Górnicto i Środoisko 6,0000 q qd, d, mg/g 4,0000,0000 0, Rys.. Wykres kinetyki sorpcji metanu na próbce ęgla z pokładu 409/4 kopalni Zofióka uzyskany metodą laboratoryjną i analityczną: t czas, qd zględna zmiana masy, 1 desorpcja laboratoryjna, desorpcja analityczna, 3 pojemność sorpcyjna Vr = qs Fig.. Kinetics graph of methane sorption on a coal sample from the coal bed 409/4 Zofióka Mine obtained by laboratory and analytical method: t time, qd relative mass change, 1 laboratory desorption, analytical desorption, 3 sorption volume Vr = qs t, t,s s 4.. Określenie strefy desorpcji okół yrobiska korytarzoego Wyrobisko drążone metanoym pokładzie ęgla jest otoczone ze szystkich stron strefą odgazoania, którą można nazać strefą desorpcji (Tarnoski 1987, 1996). Założono, że zasięg i kształt tej strefy odpoiada strefie spękań, czyli strefie zniszczenia górotoru okół yrobiska. To łaśnie metan z ęgla zalegającego tej strefie desorbuje do yrobiska. W przypadku yrobisk drążonych pokładach o miąższości nieprzekraczajacej ysokości yrobiska istotny jest zasięg strefy ociosach. Przy drążeniu yrobisk pokładach grubych natomiast jest istotny rónież zasięg tej strefy stropie lub spągu zależności od tego, czy yrobisko jest drążone pod stropem czy też po spągu pokładu. Do sporządzenia modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej dla yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami ykorzystano yniki badań określania ielkości strefy zniszczenia górotoru okół yrobiska korytarzoego, które przeproadzili Prusek i Walentek (005). Wielkość stref, których nastąpiło zniszczenie skał otaczających yrobisko, uzyskano yniku obliczeń numerycznych z ykorzystaniem metody elementó skończonych, przyjmując kryterium ytrzymałościoe Hoeka-Brona dla ośrodka sprężystego. Obliczenia ykonano dla różnych typó i ielkości odrzi obudoy chodnikoej. Dodatkoo przeanalizoano zmiany kształtó stref zniszczenia okół chodnika z uagi na zróżnicoane artości ytrzymałości skał stropoych oraz ze zględu na zmienną głębokość zalegania yrobiska. Część obliczeń ykonano specjalnie celu zrealizoania pracy doktorskiej (Koptoń 009). Dla przykładu, na rysunkach 3 i 4 przedstaiono mapy ytężenia, obrazujące pły poszczególnych czynnikó na ielkość tej strefy. 61

10 Mining and Environment Rys. 3. Wyrobisko obudoie ŁP9 na poziomie 800 m, miąższość pokładu 3,5 m, ytrzymałość Rc ęgla na ściskanie 15 MPa Fig. 3. Excavation in ŁP9 lining, at the level of 800 m, seam thickness 3.5 m, coal resistance Rc on compression of 15 MPa Rys. 4. Wyrobisko obudoie ŁP9 na poziomie 800 m, proadzone pod stropem pokładu o miąższości 6,5 m, ytrzymałość Rc ęgla na ściskanie 15 MPa Fig. 4. Excavation in ŁP9 lining, at the level of 800 m, leading under roof of seam thickness of 6.5 m, coal resistance Rc on compression of 15 MPa W yniku przeproadzonej analizy płyu miąższości i ytrzymałości na ściskanie pokładu ęgla oraz głębokości zalegania, omóionej pracy doktorskiej (Koptoń 009) stierdzono, że: zależność między miąższością pokładu a zasięgiem strefy zniszczenia oraz zależność między głębokością zalegania a zasięgiem strefy zniszczenia, przy stałej ytrzymałości na ściskanie, można opisać funkcją linioą, zależność między ytrzymałością ęgla na ściskanie a zasięgiem strefy zniszczenia, przy stałej głębokości i miąższości, można opisać funkcją potęgoą. Wykorzystując yniki obliczeń symulacyjnych na założonym modelu górotoru oraz zależności empiryczne ystępujące między nimi, podjęto próbę określenia ielkości zasięgu strefy zniszczenia okół yrobiska korytarzoego dla charakterystycznych artości poszczególnych czynnikó (Koptoń 009). Dla przykładu, tablicy przedstaiono kształtoanie się zasięgu a 1 strefy zniszczenia górotoru ociosach yrobiska korytarzoego drążonego obudoie ŁP9 zależności od miąższości pokładu i głębokości zalegania, przy ytrzymałości ęgla na ściskanie R c ynoszącej 15 MPa. Tablica. Zasięg strefy zniszczenia górotoru ociosach yrobiska korytarzoego a1 zależności od miąższości pokładu d i głębokości zalegania, przy ytrzymałości ęgla na ściskanie 15 MPa Miąższość pokładu, m Głębokość, m ,6 1,61 1,7 1,83 1,94,05,16,7,38,5 1,49 1,61 1,73 1,84 1,96,07,18,30 3,5 1,43 1,54 1,65 1,76 1,87 1,98,09,0 6,5 (pod stropem) 1,3 1,43 1,54 1,65 1,76 1,87 1,98,09 6,5 (po spągu) 1,43 1,54 1,65 1,76 1,87 1,98,09,0 6

11 d 0,7 bs a + Górnicto i Środoisko Na podstaie ynikó analizy obliczeń numerycznych określono zory empiryczne opisujące zasięg strefy desorpcji dla drążonego yrobiska korytarzoego (a 1, b 1 i b ), pole poierzchni F d jej części ęgloej przekroju poprzecznym oraz objętość jej części ęgloej Q p, zależności od ystępujących typoych arunkó. Dla przykładu na rysunku 5 przedstaiono przekroje podłużne założonego zasięgu strefy desorpcji dla przodka drążonego pod stropem pokładzie grubym (przekrój poprzeczny rys. 5). Strefa desorpcji Założona strefa desorpcji przed frontem przodka a 1 a a1 A A a1 W z 0,8a1 a1 Strefa przyprzodkoa A -A Strefa desorpcji Założona strefa desorpcji przed frontem przodka b bs b W z 0,8a1 a1 Strefa przyprzodkoa Rys. 5. Założony zasięg strefy desorpcji dla przodka drążonego pod stropem pokładzie grubym Fig. 5. Complex scope of desorption zone for mine face driven under roof in thick stratum 63

12 Mining and Environment Wszystkie poyższe założenia dotyczące zasięgu i kształtu strefy desorpcji okół yrobiska korytarzoego zostały ykorzystane przy sporządzaniu modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego Budoa modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego Do sporządzania modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych (ęgloych i ęgloo-kamiennych), drążonych kombajnami, zostały przyjęte następujące założenia: metan ydziela się do przestrzeni yrobiska z pokładu, którym jest ono drążone, zględnie arst ęgla zalegających strefie desorpcji, pokład, którym jest drążone yrobisko, jest jednorodny na całej długości pod zględem łaściości fizykochemicznych, zasięg strefy desorpcji odpoiada zasięgoi strefy zniszczenia górotoru okół yrobiska korytarzoego określonej na podstaie kryterium Hoeka-Brona, do określenia ilości metanu ydzielającego się z ęgla zostaną ykorzystane zory ynikające z metody J.P. Seidla, bazującej na rónaniu II praa Ficka, modelu nie będą uzględniane nagłe ypłyy metanu do yrobiska na skutek zaistnienia strząsu górotoru, yrzutu czy też ystępoania tz. fukaczy metanu, modelu nie zostanie uzględniony dodatkoy dopły metanu ze zrobó poeksploatacyjnych przypadku, gdy yrobisko będzie drążone ich sąsiedztie. Prace ziązane z drążeniem yrobisk korytarzoych są skoncentroane przede szystkim strefie przyprzodkoej, dlatego też ilość ydzielającego się metanu, a zatem i jego prognozoanie tej strefie mają znaczący pły na bezpieczeństo proadzenia prac. Mając poyższe na uadze, modelu matematycznym, ilość metanu ydzielającego się do drążonego yrobiska korytarzoego V& (zgodnie z rys. 6) została określona jako suma: ilości metanu ydzielającego się z urobku V& mpu podczas ykonyania pojedynczego zabioru, czyli na długości rónej odległości z między sąsiednimi odrziami obudoy chodnikoej, ilości metanu ydzielającego się z ęgla zalegającego strefie desorpcji okół yrobiska założonej strefie przyprzodkoej V&, czyli na długości odpoiadającej doboemu postępoi drążenia, ilości metanu ydzielającego się z ęgla V& mo zalegającego strefie desorpcji na pozostałej długości części ślepej (poza strefą przyprzodkoą) drążonego yrobiska korytarzoego. mpo m 64

13 Górnicto i Środoisko V& mo V& mpo V& mpu V& n V& n 1 V& 3 V& V & 1 z Pozostała długość części ślepej yrobiska Strefa przyprzodkoa Rys. 6. Schemat stref ydzielania się metanu do drążonego yrobiska korytarzoego, przyjęty modelu Fig. 6. Scheme of methane emission zones to driven dog heading, applied in model: 1 remaining distance of blind part of excavation, near-front zone Zatem ogólna ilość metanu ydzielającego się do drążonego kombajnem yrobiska korytarzoego ynosi V & = V& + V& + V&, m 3 /min () m mpu mpo Z poyższego zoru można yodrębnić sumaryczną ilość metanu, jaka ydziela się strefie przyprzodkoej podczas urabiania mp mpu mpo Wydzielanie się metanu z ęgla urobionego V& (1) mo V & = V& + V&, m 3 /min (3) mpu przodku yrobiska, podczas ykonyania pojedynczego zabioru, czyli czasie drążenia umożliiającego zabudoę kolejnych odrzi obudoy, można określić jako ilość metanu desorbującą z objętości ęgla urobionego czasie ykonyania zabioru i obliczyć edług zoru = F zzγ ( M 0 qd ) 6 60π Deτ z V & 1 exp mpu,m 3 /min (4) τ π z Rzz gdzie: γ gęstość ęgla, Mg/m 3 ; q d pojemność sorpcyjna ęgla zględem metanu arunkach dołoych, przy ciśnieniu 10 5 Pa, z uzględnieniem temperatury pierotnej górotoru zaartości ilgoci całkoitej oraz popiołu ęglu, obliczona edług zoru [ 1 0,008( T 5) ] qs z qd =, cm 3 /g a cs (5) (1 + 0,3W t ) (1 0,01A ) gdzie: q s pojemność sorpcyjna ęgla arunkach standardoych, cm 3 /g; T z temperatura pierotna górotoru miejscu proadzonych robót, C; W t ilgoć całkoita ęglu, %; () 65

14 Mining and Environment A a zaartość popiołu ęglu, % (przy założeniu, że A a < 100%); M 0 metanonośność złożoa pokładu, m 3 /Mg cs ; D e efektyny spółczynnik dyfuzji metanu ęglu pokładu, cm /s; z głębokość zabioru (odległość między odrziami obudoy), m; F z poierzchnia odsłoniętych arst ęgla przodku, m ; gdy d b F da = a d ; z = gdy d > b Fz = 0,8ab = 0,8a d; gdzie: d miąższość pokładu, m; b ysokość yrobiska, m; a szerokość yrobiska, m; d = d miąższość pokładu (suma grubości odsłoniętych arst ęgla przodku yrobiska), m; τ z czas trania jednego zabioru, min. Czas trania jednego zabioru τ z można obliczyć edług zoró, jeżeli: miąższość pokładu d jest iększa lub róna ysokości yrobiska b (d b) γ F z τ z =, min (6) Gk miąższość pokładu d jest mniejsza od ysokości yrobiska b (d < b) γ dza + γ z( F da) s τ z =, min (7) Gk gdzie: F poierzchnia przekroju poprzecznego yrobiska ( yłomie), m ; γ s gęstość skały płonnej, Mg/m 3 ; G k ydajność kombajnu, Mg/min. Wydzielanie się metanu z ęgla V & mpo zalegającego strefie desorpcji yrobiska strefie przyprzodkoej, czyli z czoła przodka i ociosó na długości odpoiadającej doboemu postępoi drążenia, określono jako ilość metanu ydzielającą się z objętości arst ęgla strefie desorpcji przeliczeniu na sumaryczny czas trania zmian roboczych, podczas których jest proadzone drążenie = ( F + γ d Qp ) ( M0 qd ) π cde V & 1 exp mpo, m 3 /min (8) 70c π R zz gdzie: F d przekrój poprzeczny części ęgloej strefy desorpcji okół yrobiska, uzależniony od miąższości pokładu, głębokości, ytrzymałości ęgla na ściskanie i zastosoanej obudoy, obliczony odpoiednio edłu zoró i danych z tablic zaartych pracy doktorskiej (Koptoń 009); 66

15 Górnicto i Środoisko Q p objętość części ęgloej strefy desorpcji przed frontem przodka zależna od miąższości pokładu, głębokości, ytrzymałości ęgla na ściskanie i zastosoanej obudoy, obliczona odpoiednio edług zoró i danych z tablic zaartych pracy doktorskiej (Koptoń 009); postęp doboy yrobiska, m/dobę; c liczba sześciogodzinnych zmian, podczas których proadzone jest drążenie yrobiska (od 1 do 4); R zz średni promień ziarn ęgla strefie desorpcji, cm. (Pozostałe oznaczenia, jak yżej.) Do poyższego zoru, z uagi na rozkład ciśnienia strefie desorpcji, od artości odpoiadającej q d do artości odpoiadającej M 0, do rónania desorpcji przyjmuje się artość średnią (M 0 q d )/. Wydzielanie się metanu z ęgla V & mo, zalegającego strefie desorpcji na pozostałej długości części ślepej (poza strefą przyprzodkoą) drążonego yrobiska korytarzoego, stanoi sumę ilości metanu ydzielającego się na dobę jednocześnie z n odcinkó strefy o długościach odpoiadających doboemu postępoi drążenia yrobiska (rys. 6). Wykazano, że ilość metanu ydzielającą się z kolejnych odcinkó strefy można yrazić kolejnymi yrazami ciągu geometrycznego. Mając poyższe na uadze, ydzielanie się metanu V& mo z ęgloej części strefy desorpcji na pozostałej długości części ślepej (poza strefą przyprzodkoą) drążonego yrobiska korytarzoego, można przedstaić jako sumę kolejnych yrazó ciągu, yrażających ilości metanu ydzielającego się jednocześnie z n odcinkó strefy o długościach, odpoiadających doboemu postępoi drążenia yrobiska. Oczyiście, przy założeniu, że yrobisko jest drążone sposób ciągły (bez uzględnienia postoju dni olne od pracy). Założenie to, przypadku dłuższych ybiegó, pooduje nieznaczne zayżanie ynikó, jednak nie płynie to niekorzystnie na bezpieczeństo proadzonych robót L ( 1) [ exp( 86400π D / )] e Rzz, Fd ( M 0 q ) d D e 1 V& γ exp π mo = 480 R m 3 /min (9) π zz 1 exp( 86400π De / Rzz ) (Oznaczenia, jak yżej). Przyjęty do sporządzenia modelu zastępczy promień ziarn ęgla R zz, zalegającego strefie desorpcji, został yznaczony następujący sposób (Koptoń 009): Na podstaie spomnianej bazy danych, stanoiącej zestaienie maksymalnej na ybiegu rzeczyistej metanoości bezzględnej oraz ymaganych parametró geologiczno- -górniczych i organizacyjno-technicznych 60 ytypoanych losoo yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami, została obliczona artość prognozy ex post zgodnie z opracoanym modelem matematycznym. Następnie, przeproadzono analizę symulacyjną polegającą na podstaianiu różnych artości R zz, obseroaniu płyu zmian promienia na artość średniego zględnego błędu prognozy ex post Ψ i określeniu, dla jakiej artości błąd ten jest najmniejszy. W yniku przeproadzo- 67

16 Mining and Environment nych obliczeń uzyskano zależność między długością zastępczego promienia ziarn ęgla strefie desorpcji a artością średniego zględnego błędu prognozy ex post, przedstaioną formie ykresu (rys. 7); przy artości promienia R zz = 0,1340 cm, błąd był najmniejszy i ynosił Ψ = 6,17%. Taką artość R zz przyjęto do zoró opracoanego modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego. Wartość ta była jednocześnie kolejnym założeniem do opracoanego modelu ψ, % średni błąd ex post (6,17%) minimalny dla R zz = 0,1340 cm Rys. 7. Wpły długości promienia zastępczego ziarn ęgla Rzz zalegającego strefie desorpcji okół yrobiska na artość średniego zględnego błędu prognozy ex post ψ Fig. 7. Influence of effective radius length of coal grain Rzz covering in the desorption zone along the excavation on value of average relative prognosis error ex post ψ W ziązku z poyższym, podstaoe zory opracoanego modelu matematycznego analizoanej prognozy, po uproszczeniu, można przedstaić następujący sposób: gdzie: 0 0 0,05 0,1 0,15 0, 0,5 0,3 0,35 R zz, cm (R zz > 0) V & = V& + V& + V& m mpu mpo mo ( 3341, π D τ ) Fz zγ M qd V& ( mpu = 0 ) 6 1 exp e z τ π 5, m 3 /min (10) z ( 10940,5 π cd ) Fd + Qp γ M qd V& ( ) ( 0 ) 6 mpo = 1 exp e, m 3 /min (11) 70 c π 68

17 V& mo Górnicto i Środoisko γfd ( M 0 qd ) = exp( ,09 π 480 π 3 m / min (Pozostałe oznaczenia i dodatkoe zależności jak yżej). L ( 1) [exp( ,09 π D )] e De ) 1 exp( ,09 π D ) e, (1) Z poyższych zoró ynika, że ilość metanu ydzielająca się do drążonego yrobiska korytarzoego V& m jest prost proporcjonalna do różnicy między artością metanonośności złożoej M 0 i artością pojemności sorpcyjnej ęgla zględem metanu arunkach dołoych (przy ciśnieniu 10 5 Pa), z uzględnieniem temperatury pierotnej górotoru, zaartości ilgoci całkoitej oraz popiołu ęglu q d. Poyższe zory mają sens dla artości M 0 q d. W przypadku, gdy M 0 q d, zgodnie z założeniami do niniejszego modelu matematycznego, ydzielanie się metanu nie ystępuje. 5. WERYFIKACJA MODELU PROGNOZY METANOWOŚCI BEZWZGLĘDNEJ Weryfikacja modelu prognozy metanoości bezzględnej polegała na porónaniu artości metanoości bezzględnej rzeczyistej maksymalnej 60 drążonych yrobisk korytarzoych z artościami prognozoanymi, obliczonymi zgodnie z opracoanym modelem dla zadanych arunkó oraz oszacoaniu trafności prognozy. Oczyiście, eryfikacja, śietle analizy przeproadzonej ziązku z yznaczeniem długości zastępczego promienia ziarn strefie desorpcji, miała częścioo charakter formalny. Bazą danych do proadzenia eryfikacji było yżej ymienione zestaienie ymaganych parametró geologiczno-górniczych i organizacyjno-technicznych 60 yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami. Należy zaznaczyć, że na podstaie tych samych danych, dotyczących tych samych yrobisk, przeproadzono cześniejszą eryfikację dotychczas stosoanych metod prognozoania metanoości bezzględnej. Założono, że opracoaną prognozę można uznać za dopuszczalną, jeżeli zględny błąd ex post, czyli odchylenie między artością prognozoaną a rzeczyistą, nie przekroczy 5%. Z dokonanej eryfikacji ynikało, że zględny błąd prognozy ex post, obliczony z ykorzystaniem modelu matematycznego dla danych dotyczących analizoanego zbioru drążonych yrobisk korytarzoych, mieścił się zakresie od 16,5 do +15,08%, czyli żadnym przypadku nie przekraczał 5%. Wartość błędu podana ze znakiem dotyczyła prognoz przeszacoanych, czyli zayżonych ( 9 przypadkach na 60). Średni zględny błąd prognoz ex post ynosił 6,17% i był rónież mniejszy od 5%. Wyniki przeproadzonej analizy śiadczą o tym, że model matematyczny prognozy metanoości bezzględnej może zostać zastosoany do opracoania noej metody prognozoania ydzielania się metanu do yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego, której yniki będą bardziej zbliżone do rzeczyistego poziomu ydzielania się metanu, co jest celem pracy. 69

18 Mining and Environment 6. NOWA METODA PROGNOZOWANIA METANOWOŚCI BEZWZGLĘDNEJ WYROBISK KORYTARZOWYCH DRĄŻONYCH KOMBAJNAMI W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO Celem sporządzenia prognozy zagrożenia metanoego jest możliie ścisłe określenie ydzielania się metanu do yrobiska górniczego, tym przypadku yrobiska korytarzoego, ęgloego lub ęgloo-kamiennego. W prognozie poinno być określone najiększe ydzielanie się metanu czasie drążenia, dlatego do jej ykonania przyjmuje się zasze maksymalną artość metanonośności, jaka ystępuje lub może ystąpić sąsiedztie drążonego yrobiska. Do sporządzenia prognozy metanoości bezzględnej są konieczne następujące materiały yjścioe: mapy pokładoe z zaznaczonym ybiegiem projektoanego yrobiska oraz naniesionymi ynikami badań metanonośności rejonie, a także z naniesionymi uskokami, kraędziami eksploatacji itp., zesta przekrojó geologicznych z naniesioną grubością pokładu, którym będzie drążone yrobisko i pokładó sąsiednich, kotami ich zalegania oraz, jeżeli to możlie, metanonośnościami, dane dotyczące ęgla pokładzie, jak: ilgoć całkoita, zaartość popiołu, ytrzymałość ęgla na ściskanie, pojemność sorpcyjna zględem metanu, artość efektynego spółczynnika dyfuzji, dane techniczno-górnicze projektoanego yrobiska: ybieg, rodzaj obudoy, rodzaj i ydajność kombajnu, zabiór, założony postęp doboy, liczba zmian roboczych itp. Po zebraniu danych należy obliczyć ilość prognozoanego ydzielania się metanu na podstaie zoró opisujących opracoany model matematyczny prognozy. Należy zaznaczyć, że założenia modelu matematycznego prognozy metanoości stanoią jednocześnie założenia do noej metody prognozoania metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego. Opracoana metoda, od stosoanej metody KD Barbara, różni się tylko modelem matematycznym prognozy i przyjętymi do jego sporządzania założeniami z zakresu mechanizmu kinetyki ydzielania się metanu i określania tz. strefy desorpcji dla yrobiska korytarzoego. Prognoza metanoości stanoi zasze podstaę do racjonalnego doboru środkó profilaktyki metanoej, a szczególności do zaprojektoania systemu przeietrzania, czy naet sposobu odmetanoania górotoru. W czasie drążenia yrobiska jest istotna aktualizacja ykonanej prognozy metanoości. Dotyczy to zaróno konieczności porónyania ynikó prognozy ze stanem faktycznym i stosoania spółczynnikó korekcyjnych, jak rónież celoości aktualizacji danych do prognozy, ze szczególnym uzględnieniem zmiany założonej metanonośności pokładu, czy też łasności sorpcyjnych uzyskanych yniku kolejnych badań. 70

19 WNIOSKI Górnicto i Środoisko 1. Potencjalny zbiór czynnikó, które płyają na kształtoanie ydzielania się metanu do drążonych yrobisk korytarzoych został określony metodą heurystyczną na podstaie ynikó ankiety eksperckiej przeproadzonej śród 70 specjalistó z tej dziedziny. W opinii ekspertó, oprócz czynnikó uzględnianych dotychczas stosoanych metodach prognozoania, na ydzielanie się metanu do yrobisk korytarzoych mają pły łasności sorpcyjne ęgla (pojemność sorpcyjna ęgla zględem metanu oraz efektyny spółczynnik dyfuzji metanu ęglu), jak i zaleganie arst ęgla stropie (lub/i) spągu yrobiska.. Analiza statystyczna zależności korelacyjnych istotnych czynnikó, mających pły na ydzielanie się metanu do 60 drążonych, losoo ybranych, yrobisk korytarzoych, przeproadzona na zbiorze yjścioym, potierdziła ten pły (stopień i zajemną zależność). 3. Szczegółoa analiza i określenie zależności opisujących kinetykę ydzielania się metanu z urobionego ęgla, jak i ęgla zalegającego strefie desorpcji okół yrobiska oraz określenie zasięgu tej strefy, pozoliły na przyjęcie założeń do modelu matematycznego noej prognozy metanoości bezzględnej dla yrobisk korytarzoych. 4. Z eryfikacji opracoanego modelu matematycznego prognozy metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego ynika, że zględny błąd prognoz ex post, obliczonych dla danych dotyczących analizoanego zbioru 60 yrobisk korytarzoych, zmienia się zakresie od 16,5 do +15,08%, czyli żadnym przypadku nie przekracza założonego błędu dopuszczalności prognozy, ynoszącego 5%. Średni zględny błąd prognoz ex post ynosi 6,17% i jest rónież mniejszy od 5%. 5. Stierdzono, że opracoany model matematyczny prognozy metanoości bezzględnej może być podstaą noej metody prognozoania ydzielania się metanu do yrobisk korytarzoych, drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego, której yniki będą bardziej zbliżone do rzeczyistego ydzielania się metanu. 6. Duży pły na ydzielanie się metanu do drążonych yrobisk korytarzoych mają łasności sorpcyjne ęgla, które obecnie są określane jedynie aspekcie zagrożenia yrzutami metanu i skał. Rozposzechnienie tych badań pozoli nie tylko na monitoroanie zagrożenia yrzutoego, ale rónież na bardziej dokładne prognozoanie metanoości bezzględnej, czyli na popraę bezpieczeństa proadzonych robót. 7. Kontynuacja modeloania ydzielania się metanu do yrobisk korytarzoych drążonych przy użyciu MW, jak i do yrobisk ścianoych, jest możlia i potrzebna. 8. Prognoza metanoości zasze stanoi podstaę do racjonalnego doboru środkó profilaktyki metanoej, a szczególności do projektoania systemu przeietrzania, czy naet sposobu odmetanoania górotoru. Noa metoda umożlii bardziej dokładne określenie ilości metanu ydzielającego się strefie 71

20 Mining and Environment przyprzodkoej. Roboty ziązane z drążeniem yrobisk korytarzoych koncentrują się przede szystkim tej strefie, a zatem prognoza ydzielania się metanu do tej strefy ma znaczący pły na bezpieczeństo ich proadzenia. Literatura 1. Frączek R. (003): Aerologia górnicza. Przykłady i zadania. Gliice, Wyda. Politechniki Śląskiej.. Gajda J.B. (001): Prognozoanie i symulacja a decyzje gospodarcze. Warszaa, Wyda. Beck. 3. Greń J. (1978): Statystyka matematyczna. Modele i zadania. Warszaa, PWN. 4. Kalisz J., Kozłoski B., Sobala E. (1978): Porónanie metod prognozoania metanoości dla yrobisk chodnikoych górnictie ęgloym. Przegląd Górniczy nr Koptoń H. (009): Metoda prognozoania metanoości bezzględnej yrobisk korytarzoych drążonych kombajnami kopalniach ęgla kamiennego. Praca doktorska. Katoice, GIG (niepublikoana). 6. Kozłoski B., Grębski Z. (198): Odmetanoanie górotoru kopalniach. Katoice, Wyda. Śląsk. 7. Kozłoski B. (1986): Prognozoanie zagrożeń metanoych kopalniach głębinoych. Gliice, Wyda. Politechniki Śląskiej. 8. Krause E., Krzystolik P., Łukoicz K. (001): Rozpoznaanie, prognozoanie, kontrola i zalczanie zagrożenia metanoego kopalniach ęgla kamiennego. Katoice, Wyda. GIG. 9. Metcalfe R.S., Yee D., Seidle J.P., Puri R. (199): Revie of Research Efforts in Coalbed Methane Recovery. Workshop on the Recovery and End Use of Coal Bed Methane, Report No. A-10. Katoice, GIG. 10. Metoda MPM/3 prognozoania metanoości chodnikó zależności od sposobu urabiania (1986). Katoice, GIG. 11. Olajossy A. (1993): Relacja: laboratorium in situ badaniach desorpcji metanu z pokładó ęgla. Zeszyty Naukoe AGH. 1. Prusek S., Walentek A. (005): Wielkość strefy zniszczenia górotoru okół yrobiska korytarzoego oparciu o kryteria Hoeka-Brona. Prace Naukoe GIG, Seria Konferencje nr 49, s Tarnoski J. (1987): Prognoza gazoości yrobisk chodnikoych drążonych pokładach o małej i średniej miąższości. Archium Górnicta t. 3, z Tarnoski J. (1996): Uproszczona metoda opracoania metody prognozy gazoości yrobisk chodnikoych drążonych gazonośnych pokładach ęgla. Materiały konferencyjne: Zagrożenia metanoe i pożaroe górnictie, ykorzystanie metanu z pokładó ęgla. Prace Naukoe GIG, Seria Konferencje nr 14. Recenzent: prof. dr hab. inż. Paeł Krzystolik 7