GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 4

Transkrypt

1 GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 4 Stanisław WASILEWSKI Instytut Mechaniki Górotworu PAN, Kraków Antoni JAKUBÓW Jastrzębska Spółka Węglowa, Jastrzębie Zdrój Damian ARASZCZUK KWK Borynia-Zofiówka-Jastrzębie JSW S.A., Jastrzębie Zdrój CIĄGŁY MONITORING SKŁADU ATMOSFERY W ZROBACH ŚCIANY F-1, POKŁAD 406/1, KWK BORYNIA-ZOFIÓWKA- JASTRZĘBIE RUCH ZOFIÓWKA JSW S.A. W SYSTEMIE GAZOMETRII AUTOMATYCZNEJ Streszczenie. W artykule przedstawiono długookresowe obserwacje składu atmosfery w zrobach ściany F-1, pokład 406/1, KWK Borynia-Zofiówka-Jastrzębie Ruch Zofiówka JSW S.A. w systemie gazometrii automatycznej. Badania prowadzono, pobierając automatycznie próby powietrza ze zrobów za pomocą zintegrowanego czujnika zrobowego ZCZ-MP oraz rejestrując dane w kopalnianym systemie gazometrii. Pokazano wybrane rejestracje dla trzech faz biegu ściany, tj. normalnego ruchu ściany i w czasie jej likwidacji, kiedy pobierano próby powietrza z czynnych zrobów, oraz po zamknięciu i zaizolowaniu rejonu ściany tamami, kiedy pobierano próby powietrza zza tamy izolacyjnej. Analiza danych pokazała silną zależność i zmienność składu powietrza w punktach poboru prób wewnątrz zrobów w zależności od głębokości w zrobach, z której pobierano próby powietrza. Obserwacje pokazały również zmienność składu próbek powietrza pobieranych metodą skorelowaną ze zmianami ciśnienia rejestrowanymi również w rejonie badań. Przedstawiono też uwagi i wnioski ruchowe ze stosowania zintegrowanego czujnika zrobowego ZCZ. CONTINUOUS MONITORING OF MINE AIR COMPOSITION IN THE GOAF OF LONGWALL F-1, BED 406/1, IN BORYNIA-ZOFIÓWKA- JASTRZĘBIE COAL MINE, FIELD ZOFIÓWKA JASTRZĘBSKA COAL COMPANY BY THE AUTOMATIC GASOMETRY SYSTEM Summary. The paper presents long-term observations of air composition in the goaf of longwall in the automatic gasometry system. The study was shown for the three phases of the longwall s advance that is the normal advance of the longwall and during its liquidation and after closing and sealing off of the longwall s area with stoppings. The analysis of the data

2 194 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk showed a strong dependence and variability of the air composition at air sampling points inside the goaf area, depending on the depth of the goaf. The observations also showed variability of the composition of taken air samples correlated, among others, with changes in pressure also recorded in the area of investigations. 1. Wstęp Zagrożenie wybuchem w zrobach ścian zawałowych stanowi w ostatnich latach najpoważniejsze zagrożenie gazowe, często będące źródłem katastrof górniczych, co potwierdzają statystyki (Wasilewski, 2005). Badania przyczyn oraz okoliczności zapaleń i wybuchów, które wystąpiły w polskich kopalniach węgla kamiennego, pokazują, że wiele z tych zdarzeń miało swoje źródło w zrobach ścian zawałowych. W praktyce uznaje się, że inicjałem zapłonu czy wybuchu w przestrzeni zrobów mogą być pożary szczelinowe, ogniska samozagrzewania czy rabujące się, iskrzące zwięzłe skały stropowe tworzące gruzowisko, stąd istotne jest, aby w przestrzeniach zrobów mieszanina powietrzno-gazowa była niewybuchowa, np. o wysokim stężeniu metanu, lub zinertyzowana za pomocą dwutlenku węgla czy azotu. Bardzo niebezpieczne są stany nieustalone rozkładu ciśnień wokół i wewnątrz zrobów wywołane zaburzeniami wentylacyjnymi, np. krótkie spięcie lub zmiana ciśnienia barometrycznego (Wasilewski 2009), które mogą powodować niekontrolowane migracje gazów w zrobach (Szlązak N., 1990; Szlązak N., Szlązak J. 2005, Szlązak J., 2000, 2010) oraz prowadzić do sytuacji niebezpiecznych. W analizach i ocenie stanu zagrożenia metanowo-pożarowego w zrobach coraz częściej pomocne stają się również metody symulacji komputerowych (Dziurzyński, Wasilewski, 2009). Powszechnie uznaje się, że najważniejsze dla oceny i zwalczania zagrożenia metanowo-pożarowego w zrobach i wyrobiskach przyścianowych jest jego rozpoznanie za pomocą pomiarów, które obecnie prowadzi się przez: - monitoring powietrza w wyrobiskach przyścianowych, - analizy laboratoryjne metodami chemicznymi lub metodą chromatograficzną prób powietrza z obszaru zrobów i wyrobisk przyścianowych. O ile kontrola stanu atmosfery w wyrobiskach kopalni w opływowych prądach powietrza, prowadzona w kopalnianych systemach dyspozytorskiego nadzoru, jest obecnie na wysokim poziomie technicznym, o tyle stan atmosfery w miejscach niedostępnych, tj. zrobach i przestrzeniach otamowanych, jest słabo rozpoznany, a nawet pozostaje poza kontrolą. Badania eksperymentalne w tym obszarze prowadzono w kopalniach czeskich (Adamus, 2011), pobierając okresowo próby powietrza, które poddawano analizie chromatograficznej

3 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F w laboratorium. Znane są rozwiązania światowe dotyczące monitorowania i kontroli gazów zrobowych (Brady, 2009) pod kątem zagrożenia pożarowego, oparte na tzw. systemie rurkowym (tube bundle system), które są skutecznie stosowane w kopalniach Australii, US.A., Indie oraz Chin. Systemy te polegają na analizie chromatograficznej na powierzchni prób powietrza pobieranych ze zrobów i przestrzeni otamowanych za pomocą centralnej pompy i systemów rurkowych. Jednak z uwagi na rozległość i strukturę polskich sieci wentylacyjnych przeniesienie tego rozwiązania do warunków polskich kopalń jest niemożliwe ze względów technicznych. Równocześnie doświadczenia w polskim górnictwie pokazują, że metodyka pobierania prób powietrza z przestrzeni zrobów, w tym spoza tam izolacyjnych, oraz z rurociągów odmetanowania w celu oceny zagrożeń pożarowych w zrobach jest nieprecyzyjna i nie zawsze skuteczna. Praktyka pokazuje, że wpływ na błędną ocenę poziomu zagrożenia może mieć m.in. niewłaściwy sposób pobierania prób powietrza. Kierunkiem prowadzonych od kilku lat prac jest poszukiwanie rozwiązań gwarantujących obiektywność monitorowania atmosfery zrobów m.in. przez automatyzację pomiarów w celu eliminacji subiektywnych i rutynowych zachowań człowieka z toru pomiarowego. W latach opracowano zintegrowany czujnik zrobowy ZCZ (pomiar koncentracji gazów CH4, O2,), za pomocą którego rejestrowano parametry powietrza zrobowego w systemie gazometrii automatycznej (Cimr, Wasilewski, Przystolik, 2006). Kontynuując ten kierunek badań w ramach projektu badawczego rozwojowego realizowanego w IMG PAN w latach pt. Badania rozkładu stężeń gazów w zrobach ścian zawałowych w aspekcie zagrożeń zapaleniami i wybuchami metanu w zrobach, rozszerzono zakres czujnika zrobowego o pomiar koncentracji gazów CH4, O2, CO, CO2. Uzyskane wyniki badań były obiecujące (Wasilewski, Cimr, Wach, 2010; Raport, 2011), jednak pokazały, że przyjęty sposób monitorowania przestrzeni zrobów za pomocą czujników umieszczanych w zrobach mógł być zastosowany w celu rozpoznania w warunkach eksperymentu. Rozwiązanie takie nie mogłoby być wykorzystane w warunkach ruchowych z uwagi na trudności w utrzymaniu czujników w ciężkich warunkach w zrobach oraz kłopoty z kalibracją niedostępnych czujników, stąd wykorzystując uzyskane doświadczenia zaproponowano odmienne rozwiązanie, oparte na automatycznym poborze prób powietrza ze zrobów zamiast zanurzenia zintegrowanego czujnika zrobowego w przestrzeni zrobów. Na podstawie tej idei w zadaniu badawczym 3 pt. Opracowanie zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagrożenia metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny, realizowanego w ramach konsorcjum, którego liderem był IMG PAN, a partnerami byli GIG i AGH oraz JSW S.A. i KW S.A., w ramach

4 196 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk strategicznego projektu badawczego pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach, finansowanego przez NCBiR, powstał automatyczny układ do poboru prób powietrza wraz z pomiarem koncentracji gazów zrobowych CH4, O2, CO, CO2 i rejestracją w systemie gazometrii automatycznej (Raport, 2013). Istotą układu do automatycznego poboru prób powietrza oraz pomiaru koncentracji gazów zrobowych jest to, że czujniki są umieszczone w stacji na zewnątrz zrobów. Ważnym elementem nowego podejścia jest możliwość poboru prób powietrza z kilku punktów w zrobach. Ta nowatorska metoda automatycznego pobierania prób powietrza ze zrobów ściany oraz z przestrzeni otamowanych wraz z analizą ich składu w celu oceny zagrożenia metanowopożarowego została poddana testom i próbom weryfikującym w warunkach kopalni Borynia- Zofiówka-Jastrzębie Ruch Zofiówka JSW S.A. oraz kopalni Halemba-Wirek Ruch Halemba KW S.A. (Raport, 2013). 2. Układ automatycznego poboru prób powietrza i pomiaru składu gazów Układ jest oparty na zintegrowanym czujniku zrobowym ZCZ-MP, który jest przeznaczony do automatycznego pobierania i analizy składu chemicznego próby powietrza (gazów zrobowych) ze zrobów ścian oraz spoza tam izolacyjnych i pomiaru stężenia wybranych gazów w próbie wraz z transmisją wyników w kopalnianym systemie gazometrii automatycznej. Układ automatycznego poboru gazów zrobowych wraz z pomiarem koncentracji gazów jest urządzeniem (koncentratorem) zawierającym komorę, w której umieszczone są czujniki gazów CO, O2, CO2, CH4. Dopływ gazu jest wymuszony przez iskrobezpieczną pompkę sterowaną i zasilaną z koncentratora. W tym celu zastosowano jednostopniowy generator podciśnienia (pompkę eżektorową) zasilany sprężonym powietrzem z sieci kopalnianej. Sprężone powietrze przed podaniem do eżektora jest odwadniane, odolejane oraz filtrowane. Próba gazowa jest podawana z linii wężowej pobierania próby poprzez filtr oraz osuszacz. Szczelność i drożność układu pneumatycznego systemu jest kontrolowana za pomocą czujnika różnicy ciśnień. Koncentrator jest włączony do kopalnianego systemu gazometrycznego, w którym rejestrowane są zmierzone parametry składu gazu zrobowego. Istotą rozwiązania jest obiektywne, zdalne i automatyczne pobieranie próby powietrza, bez udziału próbobiorcy. Jednak zaproponowana metoda pozwala na pobranie przez próbobiorcę poprzez króciec do worka próby gazu o składzie porównywalnym do pomiarów

5 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F automatycznych w celu oznaczenia składu gazu na chromatografie w laboratorium. W ten sposób możliwa jest weryfikacja metody wraz z walidacją wyników automatycznych pomiarów na podstawie precyzyjnych analiz chemicznych z wykorzystaniem chromatografu. 3. Badania prowadzone w zrobach ściany F-1, w pokładzie 406/1 kopalni Borynia-Zofiówka-Jastrzębie Ruch Zofiówka Jako miejsce badań poligonowych i długookresowej obserwacji został wybrany przez JSW S.A. rejon ściany F-1 w pokładzie 406/1, partia F, w KWK Borynia-Zofiówka- Jastrzębie Ruch Zofiówka. Ruch ściany F-1 był prowadzony w warunkach IV kategorii zagrożenia metanowego oraz zagrożenia wyrzutami metanu i skał. Ściana F-1 o długości 245 m i wybiegu 1080 m w pokładzie 406/1 o miąższości 1,1 1,42 m była eksploatowana systemem podłużnym z zawałem stropu w kierunku od pola i przewietrzana sposobem na U. Przecinka transportowa F-6 pokł.407/2-3 czujnik CH 4 -RW 2,0% 11 czujnik O 2 19,5%/19,0% czujnik anemometryczny czujnik CH 4 -RS 1,5% 19 czujnik CH 4 -RW 2,0% 2 4 czujnik CH 4 -RSW 1,5% 2,0% czujnik CH 4 -RW 2,0% 3 5 czujnik CO ppm czujnik CO ppm 9 7 czujnik pomiaru ciśnienia bezwzględnego czujnik CO 2 0,5% 14 czujnik CH 4 -RW 1,5% czujnik CO 2 0,5% czujnik CH 4 -RW 1,5% 18 Chodnik nadścianowy F-1 pokł. 406/1 czujnik przepływu powietrza 16 czujnik CH 4 -RW 1,5% 17 ŚCIANA F-1 POKŁ.406/1 czujnik różnicy ciśnień 6 Chodnik podścianowy F-1 pokł. 406/1 czujnik anemometryczny 8 czujnik CO ppm 10 czujnik CH 4 -RW 1,0% 1 Rys. 1. Rozmieszczenie czujników systemu gazometrii automatycznej w ścianie F-1 Fig. 1. Location of sensors automatic gasometry system in the longwall F-1

6 198 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk W ścianie F-1 w pokładzie 406/1 zastosowano zabezpieczenia metanometryczne i telemetryczne zgodnie z przepisami oraz oceną zagrożeń w rejonie tej ściany. Schemat przewietrzania ściany wraz z lokalizacją czujników pokazano na rysunku 1. W trakcie badań w zrobach ściany F-1 Ruch Zofiówka prowadzono długookresowe obserwacje składu atmosfery w systemie gazometrii automatycznej. Badania prowadzono, pobierając automatycznie próby powietrza ze zrobów za pomocą zintegrowanego czujnika zrobowego ZCZ-MP oraz rejestrując dane w kopalnianym systemie gazometrii. Ponadto w czasie trwania długookresowej obserwacji były realizowane rejestracja i archiwizacja zdarzeń mających wpływ na uzyskiwane wyniki, tj. m.in. dat zabudowy kolejnych wygrodzeń w chodniku, dat i kilometraży zabudowy kolejnych rur pomiarowych, dat przebudowy kolejnych linii wężowych do układu pomiarowego oraz pobierania prób pipetowych powietrza do analizy laboratoryjnej, a także dat przebudowy układu pomiarowego Obserwacje składu gazów zrobowych w ścianie F-1 w pokładzie 406/1 w czasie normalnego biegu ściany wygrodzenie ze spoiwa mineralnego wygrodzenie z piany chemicznej zm E zm E zm E zm D zm A zm F zm A zm A zm F zm D zm A zm A zm F zm D zm E zm D zm D komora mieszania organ ze stojaków drewnianych linia chromatograficzna nr 1 linia chromatograficzna nr 2 linia chromatograficzna nr 3 linia chromatograficzna nr 4 linia chromatograficzna nr 5 linia chromatograficzna nr 6 lutniociąg Chodnik nadścianowy F-1 pokł. 406/1 około 10m zabudowana na KM 620 zabudowana na KM 680 zabudowana na KM zm D zm D zm A (pobrano pipetę) zabudowana na KM zm D zabudowana na KM zm E zabudowana na KM zm D Ściana F - 1 około 60m około 60m około 60m około 50m około 40m pokł. 406/1 zroby ściany Rys. 2. Schemat zabudowy rur pomiarowych oraz wygrodzeń w chodniku nadścianowym F-1 Fig. 2. Scheme of the measuring tube and baffles in the sidewalk at the outlet F-1 W kwietniu 2012 roku rozpoczęto badania za pomocą zintegrowanego czujnika zrobowego ZCZ-MP w rejonie ściany F-1 w pokładzie 406/1. W chodniku nadścianowym F-1 w pokładzie 406/1, z uwagi na brak możliwości jego rabunku za postępem ściany (wcześniejsze przykotwienie obudowy chodnika), była prowadzona jego izolacja za ścianą (rys. 2) za pomocą wygrodzeń (tzw. tam konstrukcyjnych), wykonanych na bazie pian chemicznych lub spoiw mineralnych. Wygrodzenia te były budowane w odległości

7 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F m za linią zawału ściany. W kolejnych wygrodzeniach budowano rury pomiarowe we wzajemnej odległości około 50 m, do których podłączano kolejne linie węża chromatograficznego, wyprowadzone do układu pomiarowego. W miejscu zabudowy kolejnych rur pomiarowych oraz z kolejnych linii wężowych były pobierane próby pipetowe do analizy laboratoryjnej gazów. Rejestrację zawartości gazów w próbach powietrza pobieranych ze zrobów za pomocą modelu zintegrowanego czujnika zrobowego ZCZ, włączonego do kopalnianego systemu gazometrii automatycznej, rozpoczęto w dniu roku. Równocześnie rejestrowano parametry powietrza obiegowego w ścianie F-1, pokł. 406/1, oraz ciśnienie barometryczne na powierzchni, a także pracę struga z systemu kontroli pracy maszyn i urządzeń technologicznych. Wszystkie dane pomiarowe były archiwizowane w kopalnianym systemie nadzoru ZEFIR. Rys. 3. Miesięczna rejestracja składu powietrza w zrobach w systemie gazometrii automatycznej Fig. 3. Monthly registration of the composition of air in the gob in the automatic gasometry system W miarę przesuwania się frontu ściany końcówki kolejnych linii pomiarowych pozostawały coraz głębiej w przestrzeni zrobów. W celu monitorowania składu powietrza zrobowego kolejne linie były podłączane do układu automatycznego poboru prób powietrza ze zrobów oraz rejestracji stężeń gazów w systemie gazometrii automatycznej. Na kolejnych rysunkach 3 i 4 pokazano zmiany parametrów powietrza w miarę coraz głębiej zanurzanych sond linii pomiarowych w przestrzeni zrobów. W próbach powietrza pobieranych ze zrobów i rejestrowanych w systemie gazometrii widać wyraźnie zwiększenie stężenia metanu i dwutlenku węgla oraz zmniejszenie stężenia tlenu.

8 200 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk Rys. 4. Miesięczna rejestracja składu powietrza w zrobach i ciśnienia w systemie gazometrii automatycznej Fig. 4. Monthly registration gob air composition and pressure in the automatic gasometry system 3.2. Obserwacje składu gazów zrobowych w ścianie F-1 w pokładzie 406/1 w czasie normalnego biegu ściany Od początku 2013 roku w rejonie likwidowanej ściany F-1 w pokładzie 406/1 realizowano pomiary z czterech linii wężowych: nr 3, nr 5, nr 6 oraz nr 8. Pozostałe trzy linie, łącznie z linią nr 10, po zaizolowaniu ściany F-1 w pokładzie 406/1 były nadal monitorowane. Na bieżąco za postępem ściany na tym odcinku jej biegu, w chodniku nadścianowym F-1 prowadzono w dalszym ciągu zabudowę kolejnych wygrodzeń w postaci tam konstrukcyjnych na bazie pian chemicznych lub spoiw mineralnych. Na rysunku 5 przedstawiono rozmieszczenie następnych wygrodzeń budowanych za postępem ściany F-1 w pokładzie 406/1 oraz ostatecznego wygrodzenia, zabudowanego po zakończeniu eksploatacji ściany i wyłączeniu lutniociągu doświeżającego (etap przygotowania ściany do likwidacji). Linię pomiarową nr 9 zabudowano na kilometrażu około 1022, tj. na około 50 m przed planowanym miejscem zakończenia ściany F-1 w pokładzie 406/1. W tym okresie rejestrowano interesujące zależności zmian składu prób powietrza pobieranych ze zrobów od zmian ciśnienia absolutnego rejestrowanego w rejonie ściany. Obserwowano tzw. oddychanie zrobów, czyli silny wpływ zmian ciśnienia absolutnego w chodniku nadścianowym F-1, pokład 406/1, m przed skrzyżowaniem z pochylnią wentylacyjną, na stężenia gazów w pobieranej próbie powietrza ze zrobów (rys. 6, 7 i 8).

9 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F Potwierdza to znane z praktyki górniczej obserwacje, że zmiany ciśnienia są ujemnie skorelowane ze zmianami stężenia metanu (spadek ciśnienia powoduje wzrost stężenia metanu) oraz dodatnio skorelowane ze zmianami stężenia tlenu (spadek ciśnienia powoduje spadek stężenia tlenu). Tak silne zmiany stężenia tlenu mogą być wynikiem wypierania tlenu przez metan oraz sorpcji metanu na węglu, a także reakcji niskotemperaturowego utleniania węgla. Na rysunku 5 pokazano również rozmieszczenie wygrodzeń w chodniku nadścianowym F-1, budowanych w celu ostatecznego wygrodzenia, zabudowanego po zakończeniu eksploatacji ściany i wyłączeniu lutniociągu doświeżającego (etap przygotowania ściany do likwidacji). Przed zabudową ostatecznego wygrodzenia w chodniku nadścianowym F-1, w pokładzie 406/1, zainstalowano linię pomiarową nr 10 (rys. 5). W miejscu zabudowy tej linii pobrano próbę pipetową powietrza do analizy chemicznej gazów. wygrodzenie ze spoiwa mineralnego wygrodzenie z piany chemicznej zm A zm A zm E zm D zm D zm D zm D zm A zm F zm D zm D zm A zm D zm D zm F zm F zm A zm F wiązka linii chromatograficznych od nr 1 do nr 8 linia chromatograficzna nr 9 linia chromatograficzna nr 10 Chodnik nadścianowy F-1 pokł. 406/1 zabudowana na KM zm A (pobrano pipetę) około 50m zroby ściany zabudowana na KM zm A (pobrano pipetę) Ś C I A N A F - 1 pokł. 406/1 Rys. 5. Schemat zabudowy rur pomiarowych oraz wygrodzeń w chodniku nadścianowym F-1, pokład 406/1, w okresie likwidacji ściany Fig. 5. Scheme of the measuring tube and baffles in the sidewalk at the outlet F-1 during the liquidation

10 202 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk Rys. 6. Miesięczna rejestracja składu powietrza w zrobach i ciśnienia w systemie gazometrii automatycznej Fig. 6. Monthly registration gob air composition and pressure in the automatic gasometry system Rys. 7. Miesięczna rejestracja składu powietrza w zrobach i ciśnienia w systemie gazometrii automatycznej Fig. 7. Monthly registration gob air composition and pressure in the automatic gasometry system

11 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F Rys. 8. Miesięczna rejestracja składu powietrza w zrobach w systemie gazometrii automatycznej Fig. 8. Monthly registration gob air composition in the automatic gasometry system 3.3. Obserwacje składu gazów zrobowych w ścianie F-1 w pokładzie 406/1 po jej izolacji W dniu roku ściana F-1 w pokładzie 406/1 została zaizolowana. Linie pomiarowe przeprowadzono w rurze stalowej poprzez tamę izolacyjną, przez co możliwe było dalsze prowadzenie pomiarów oraz pobieranie prób powietrza do analizy laboratoryjnej gazów. Schemat zabudowy ostatecznego wygrodzenia w chodniku nadścianowym F-1 w pokładzie 406/1 po zakończeniu likwidacji sekcji w ścianie, zabudowy tamy izolacyjnej oraz przeprowadzonych przez tamę linii pomiarowych przedstawiono na rysunku 9. Rys. 9. Schemat zabudowy linii pomiarowej oraz tamy izolacyjnej w chodniku nadścianowym F-1 Fig. 9. Scheme of the measuring line and the dam isolation in the sidewalk at the outlet F-1

12 204 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk Rys. 10. Zmiany stężenia gazów zrobowych zza tamy izolacyjnej bezpośrednio po otamowaniu ściany F-1 Fig. 10. Changes in the concentration of goaf gases behind the dam after isolation of the longwall F-1 Ze wszystkich linii prowadzono nadal rejestrację i archiwizację zarówno wyników pomiarów z układu pomiarowego, jak i wyników analiz laboratoryjnych, uzyskanych z pobieranych prób pipetowych. Na rysunku 10 pokazano zarejestrowane w kopalnianym systemie gazometrii zmiany składu gazów zrobowych za tamą bezpośrednio po zaizolowaniu rejonu ściany F-1, pokład 406/1. Widać wyraźnie zwiększenie stężenia metanu, tlenku i dwutlenku węgla oraz zmniejszenie stężenia tlenu w próbach powietrza pobieranych spoza tamy. 4. Podsumowanie Długookresowe badania i rejestracje monitorowania z ciągłym pomiarem gazów zrobowych w systemie automatycznych pomiarów potwierdziły, że ten sposób można uznać za metodę uzupełniającą oceny zagrożenia metanowo-pożarowego w zrobach w stosunku do wymaganej przepisami procedury wczesnego wykrywania pożarów. Taki sposób monitorowania zagrożenia jest niezależny i pozwala prowadzić obiektywną obserwację składu powietrza zrobowego bez udziału próbobiorców i konieczności wywożenia prób powietrza na powierzchnię kopalni. Przedstawione w niniejszym artykule wyniki badań dla danych rejestrowanych w systemie gazometrii automatycznej w zrobach ściany zawałowej przewietrzanej sposobem

13 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F na U mają duże znaczenie poznawcze i pozwalają zweryfikować dotychczasową wiedzę oraz wyniki badań modelowych zjawisk zachodzących w zrobach ścian. Przedstawione w artykule rejestracje pokazały silny wpływ zmian ciśnienia absolutnego w kolejnych miesiącach w rejonie ściany F-1, pokład 406/1, na stężenia gazów w pobieranych próbach powietrza ze zrobów. To potwierdza, że zmiany ciśnienia są ujemnie skorelowane ze zmianami stężenia metanu (spadek ciśnienia powoduje wzrost stężenia metanu) oraz dodatnio skorelowane ze zmianami stężenia tlenu (spadek ciśnienia powoduje spadek stężenia tlenu). W trakcie badań poligonowych w kopalniach wystąpiło wiele trudności ruchowych, w tym m.in.: 1. utrata drożności linii pomiarowych Jako linii pomiarowej użyto wężyka gumowego, stosowanego zwykle w akcjach ratowniczych do chromatografu. Linie pomiarowe były podwieszane do opinki chodnika nadścianowego na ociosie przeciwległym do wylotu ze ściany. Dla ściany F-1 w pokładzie 406/1 przewietrzanej sposobem na U odcinki linii pomiarowych pozostające w części zrobowej chodnika pozostawały bez możliwości kontroli. Doprowadziło to do stopniowej utraty drożności linii wraz ze zwiększającą się ich długością. Prawdopodobną tego przyczyną było zawodnienie linii. W przypadku ściany 2 w KWK Halemba-Wirek przewietrzanej sposobem na Y był stały dostęp do linii w utrzymywanym za ścianą chodniku, przez co możliwe było przeprowadzenie kontroli linii oraz ewentualnej korekty ich zawieszenia; 2. zatykanie się filtrów układu pneumatycznego zasilania czujników zrobowych Duża ilość zabrudzonej wody powodowała, że filtry układu pneumatycznego często się zatykały, a po kilkukrotnym czyszczeniu praktycznie nadawały się do wymiany; 3. duża awaryjność sensorów gazowych Dotyczy to szczególnie sensora dwutlenku węgla. Duża wilgotność powietrza zasysającego sprawiała, że komory pomiarowe traciły swoją czułość i sprawność, a skutkiem tego była konieczność częstych napraw, polegających na wymianie komór pomiarowych i filtrów; 4. zawadnianie układu pneumatycznego Zasilanie ZCZ z rurociągu sprężonego powietrza, pomimo zastosowania dodatkowego skraplacza, było przyczyną dwukrotnego zalania układu pneumatycznego i urządzenie musiało zostać wysłane do serwisu w celu osuszenia i naprawy przez wymianę sensorów. Pomimo stwierdzonych trudności kopalnie uznały wyniki testów nowej metody monitorowania zrobów za zadowalające. Podłączenie zintegrowanych czujników zrobowych do zrobów ściany F-1, pokład 406/1, Ruch Zofiówka, ale także do ściany 2 w pokładzie

14 206 S. Wasilewski, A. Jakubów, D. Araszczuk 502/H w KWK Halemba-Wirek pozwoliło na bieżącą i pełniejszą analizę zagrożenia pożarowego w eksploatowanych ścianach. Zintegrowane czujniki zrobowe były utrzymywane także w okresie likwidacji ściany F-1, pokład 406/1, Ruch Zofiówka oraz po zamknięciu i otamowaniu tej ściany w celu obserwacji przestrzeni otamowanej. BIBLIOGRAFIA 1. Adamus A.: Selected Measures to Suppress Spontaneous Combustion in Ostrava-Karvina Mines. Aktualne problemy zwalczania zagrożeń górniczych. Konferencja Naukowo- Techniczna pt. Aktualne problemy zwalczania zagrożeń górniczych. Brenna, kwiecień 2011, s Brady D., Harrison P., Bell S.: The Need for a Tube Bundle System for an Effective Mine Gas Monitoring System. Proceedings of the 9 th International Ventilation Congress, New Dehli, India 2009, p Cimr A., Wasilewski S., Przystolik A.: Możliwości oceny stanu atmosfery w zrobach z wykorzystaniem metanometrii automatycznej. Materiały 4. Szkoły Aerologii Górniczej, Kraków 2006, s Dziurzyński W., Wasilewski S.: Monitoring of the air parameters and computer simulation to support fighting with fire hazards in longwall cavings. Proceedings of the 9 th International Ventilation Congress, New Dehli, India 2009, p Jakubów A., Araszczuk D.: Założenia i propozycje do wymagań dla automatycznej kontroli i monitorowania zagrożenia metanowo-pożarowego w zrobach ścian zawałowych i przestrzeniach otamowanych w celu poprawy skuteczności zwalczania zagrożenia. Jastrzębie Zdrój, marzec 2011 (niepublikowane). 6. Szlązak N.: Ocena zagrożenia pożarowego w zrobach ścian zawałowych na podstawie intensywności ich przewietrzenia. Archives of Mining Sciences, Vol. 35, Issue 3, 1990, p Szlązak J.: Przepływ powietrza przez strefę zawału w świetle badań teoretycznych i eksperymentalnych. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków Szlązak N., Szlązak J.: Filtracja powietrza przez zroby ścian zawałowych w kopalniach węgla kamiennego. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków Szlązak J.: Metody obliczania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w zrobach ścian zawałowych. Przykłady wykorzystania. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Wasilewski S.: Stany nieustalone parametrów powietrza wywołane katastrofami oraz zaburzeniami w sieci wentylacyjnej kopalni. Rozprawy i Monografie, Wydawnictwo EMAG, nr 2/2005, s Wasilewski S., Cimr A., Wach M.: Ocena zagrożenia pożarowego w zrobach przestrzeniach otamowanych za pomocą czujników gazometrii automatycznej, XXXVI Dni Techniki ROP 2010, XXVII Seminarium Pożary Podziemne Teoria i Praktyka, 2010, s Wasilewski S.: Raport merytoryczny projektu rozwojowego R (N524), pt. Badania rozkładu stężeń gazów w zrobach ścian zwałowych w aspekcie zagrożeń zapaleniami i wybuchami metanu w zrobach, IMG-PAN Kraków 2011, (niepublikowany).

15 Ciągły monitoring składu atmosfery w zrobach ściany F Raport końcowy z zadania 3: Opracowanie zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagrożenia metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny, projektu strategicznego pt. Poprawa bezpieczeństwa kopalń, IMG-PAN Kraków, czerwiec 2013 (niepublikowany). Abstract The paper presents long-term observations of air composition in the goaf of longwall F-1 bed 406/1 in Borynia-Zofiówka-Jastrzębie coal mine, field Zofiówka Jastrzębska Coal Company by the automatic gasometry system. The study was conducted by automatic sampling of mine air from the goaf using the integrated goaf sensor ZCZ-MP and recording data in the mine s gasometry system. Selected recordings were shown for the three phases of the longwall s advance that is the normal advance of the longwall and during its liquidation when samples of mine air from were taken from the active goaf and after closing and sealing off of the longwall s area with stoppings when air samples were taken from behind the isolation stopping. The analysis of the data showed a strong dependence and variability of the air composition at air sampling points inside the goaf area, depending on the depth of the goaf, from which air samples were taken. The observations also showed variability of the composition of taken air samples correlated, among others, with changes in pressure also recorded in the area of investigations. Comments and conclusions from routine operations with the use of integrated goaf sensor ZCZ were also presented.