Wykonawca: Główny Instytut Górnictwa. Prace rozpoczęto roku, a zakończono roku. TR,

Transkrypt

1 Etap nr 1. Analiza obowiązujących metod oceny zagrożenia pożarowego wynikających z przepisów Rozporządzenia Ministra Gospodarki oraz stosowanych w światowym górnictwie pod kątem ich skuteczności i przydatności w obecnych warunkach geologiczno-górniczych Wykonawca: Główny Instytut Górnictwa Prace rozpoczęto roku, a zakończono roku. Analiza metod oceny zagrożenia pożarowego w Polsce i na świecie W okresie sprawozdawczym kontynuowano analizę dotychczas stosowanych metod oceny zagrożenia pożarowego wynikających z aktualnych przepisów, w szczególności obowiązujących w górnictwie polskim metod oceny zagrożenia pożarowego wynikające z przepisów Rozporządzenia Ministra Gospodarki. Analizie poddano również metody oceny zagrożenia pożarowego stosowane w krajach o wysoko rozwiniętym górnictwie węgla kamiennego. W wyniku rozpoznania literaturowego stwierdzono, że stosowane na świecie metody wczesnego wykrywania zagrożenia pożarami endogenicznymi bazują głównie na pomiarach zawartości tlenku węgla, jako powszechnie występującego produktu utleniania. Na podstawie tych pomiarów wyznaczane są liczbowe wskaźniki stanu zagrożenia. Istnieją jednak również rozwiązania oparte na wykrywaniu śladowych zawartości etylenu, acetylenu, rzadziej wodoru oraz na kryteriach oceny zagrożenia opartych na wielkości i trendach zmian stężeń tych gazów. Poniżej zamieszczono wykaz podawanych w literaturze i stosowanych na świecie wskaźników pożarowych: 1. Tricketta, 1955, CO2 3 / 4CO 1/ 4H2 TR, 0, 265N 2 O2 2. Grahama, CO2 GR, 0, 265N 2 O2 3. Emisja CO (Kock, Strang) 1990, 3 CO( ppm) * przepł yw( m min) COilośćć(/ min), Stosunku dwutlenku węgla do ubytku tlenu (Storrow, Graham 1924) - analogiczny do wskaźnika Grahama, dwutlenek węgla zastąpiony tlenkiem, 5. Stosunek tlenku węgla do dwutlenku (Rhed, Wheeler 1910) CO, CO 2 6. Indeks desorbowanych węglowodorów (stosunek RI lub indeksjustin-kim 1988) 1, 01 THC CH4 RI 1000 THC 0, 01 THC - całkowite stężenie węglowodorów w ppm, CH 4 - stężenie metanu 7. Stosunek C/H (Ghosh, Bannerjee 1967) - stosunek węgla do wodoru w emitowanych gazach, 8. Stosunek Willet a, 1951, CO2 WR N 2 CO2 TCOMB TCMB - całkowite stężenie gazów palnych 9. Stosunek Morris a 1988, N 2 3, 774O2 MR, CO CO 2

2 10. Stosunek Litton a, 1987, LR 1/ 3CO 3/ , 774O 2 CH 4 O 1/ Stosunek H 2 do C 2 H 4 (Noack, 1991) 12. Stosunek C 2 H 4 /C 2 H 2 (Perovich, Chuntu, 1978) 13. Wskaźnik oparty na obecności izobutanu (Cooper, 1990) 14. Wskaźnik oparty na obecności acetonu lub acetaldehydu (Cooper, 1990) 15. Wskaźnik oparty na obecności benzenu (Cooper, 1990) 16. Stosunek H/C (Hofer, Giardano, 1990) - odwrotność C/H 17. Stosunek C 2 H 4 /C4H10 (Chakravorty i Rolada, 1988) 18. Stosunek H 2 /CO (Noack, 1991) Dowiedziono, że dotychczas stosowane w polskim górnictwie wskaźniki pożarowe oparte przede wszystkim na monitorowaniu tlenku węgla mają znaczne ograniczenia, wynikające z faktu, że na zmiany stężenia tego gazu mają wpływ różne czynniki, część z nich nie ma związku z procesami utleniania węgla. Wdrażana obecnie w polskim górnictwie węglowym kalorymetryczno-chromatograficzna metoda wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych wydaje się być obecnie najbardziej zaawansowaną metodą oceny zagrożenia. Metoda ta oparta jest na założeniu, że profil emisji gazowej produktów utleniania z zagrzewającego się złoża węgla jest charakterystyczny dla temperatury przebiegu reakcji. Profil gazowy emisji z zagrzewającego się złoża obejmuje wartości stężenia produktów utleniania: tlenku węgla, dwutlenku węgla, pary wodnej oraz produktów pirolizy: etylenu propylenu, acetylenu i wodoru. Celem badań jest oszacowanie wartości temperatury zagrzewającego się węgla na podstawie profilu emisji gazowej reprezentowanego przez zmiany wielkości wskaźników pożarowych. Ustalono, że największą powtarzalność i efektywność odwzorowania temperatury reakcji utleniania dają CO C2H 4 C3H6 C2H 4 C3H6 następujące wskaźniki: WP1 ; WP2 ; WP3 ; H 2 H 2 C2H 2 C2H 4 C3H6 WP4 ; CO2 C2H 4 C3H H 6 2 C2H 2 - C2H 4 - C3H6 WP5 ; WP6 ; N H C H C H C H C2H 2 C2H 4 C3H WP7 = 0,265N 2 O2 CO Grahama G. 0,265N 2 O 2 Metoda badań oraz znany i szeroko stosowany w górnictwie światowym wskaźnik Wszystkie wyżej wymienione wskaźniki zmieniają się wraz narastaniem temperatury reakcji. Problemem jest, zatem wyznaczenie i optymalizacja algorytmu wyznaczania temperatury zagrzewającego się węgla w złożu, gdy znane są wartości wskaźników pożarowych. Zakład Aerologii Górniczej GIG dysponuje bazą danych zawierającą przebiegi zmienności zawartości gazów i wartości wskaźników dla próbek gazowych pobieranych systematycznie z rejonów wydobywczych kopalń oraz przebiegów zmienności tych parametrów wyznaczonych dla próbek węgla w warunkach laboratoryjnych. Obecnie prowadzone są próby zastosowania metod statystycznych, dla znalezienia rozwiązania problemu odwzorowania temperatury utleniania węgla w postaci funkcji t f1( WP 1, WP 2, WP 3, WP 4, WP 5, WP 6, WP 7) oraz w postaci: t f 2 ( G). Do wstępnej obróbki statystycznej wybrano wyniki analiz dla pięciu rejonów wydobywczych, funkcjonujących na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Dla każdego z rejonów liczebność próby przyjęto n = 12. W pierwszej kolejności badano związek temperatury ze wskaźnikami

3 pożarowymi WP-i (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Przyjęto wstępnie, że zachodzi następująca zależność temperatury od wskaźników pożarowych oraz zależność temperatury od wskaźnika Grahama: t a a WP a WP 2 a WP 3 a WP 4 a WP 5 a WP 6 a WP 7, t b0 b1 G, Dla każdego rejonu opracowano tablicę danych początkowych, w któraj w poszczególnych kolumnach zawiera: temperaturę, wskaźniki pożarowe: WP-1,WP-2, WP-3, WP-4, WP-5, WP-6, WP- 7 oraz wskaźnik Grahama. Następnie obliczono współczynniki regresji liniowej, błąd standardowy estymacji oraz wartości statystyki F i t. Najpierw wykonano obliczenia dla zależności temperatury od wskaźnika Grahama, a następnie zależności temperatury od wskaźników pożarowych. We wszystkich przypadkach współczynnik regresji R jest bardzo wysoki. Dla zależności temperatury od wskaźnika Grahama wynosi on od 0,94 do 0,99, zaś dla zależności temperatury od wskaźników pożarowych od 0,95 do 0,99. W przypadku, gdy zmienną niezależną jest wskaźnik Grahama wartości wyrazu wolnego a 0 oraz współczynnika kątowego a1 nie różnią się w sposób znaczący. Wyjątek stanowi rejon z kopalni Rydułtowy, dla której wymienione wskaźniki znacznie odbiegają od pozostałych. W przypadku, gdy poszukujemy związku temperatury ze wskaźnikami pożarowymi WP-i sytuacja jest bardziej skomplikowana. W zależności od tego, jaką rozpatrujemy kopalnię wybrany wskaźnik WP-i jest albo istotną zmienną niezależną, albo nieistotną zmienną niezależną. Zależność temperatury od wskaźnika Grahama. W dotychczasowych rozważaniach brano pod uwagę próby o małej liczebności (n = 12). W odniesieniu do wskaźnika Grahama (za wyjątkiem rejonu z kopalni Rydułtowy ) współczynniki a 0 i a 1 mają podobne wartości dla różnych rejonów. Zbadano, zatem próbę statystyczną zawierającą wyniki z wszystkich badanych rejonów. W ten sposób znacznie zwiększono liczebność próby (n = 60). Szukany związek ma postać 0, t( G) 605, G Pomimo faktu, że badane rejony pochodzą z różnych, nieraz odległych od siebie partii pokładów węgla o różnej budowie petrograficznej, współczynnik regresji jest stosunkowo wysoki. Najwyższą wartość ma on dla regresji potęgowej RG = 0,964. Oznacza to, że 93% zmienności temperatury tłumaczy wzór, a tylko 7% to czynnik losowy. Zależność wartości pozostałych wskaźników pożarowych od temperatury węgla. Wzór przedstawiający temperaturę węgla w zależności od wartości wskaźnika Grahama daje podstawę do założenia, że podobne rozważania można przeprowadzić zakładając, że temperatura węgla zależy od wskaźników pożarowych, z powtarzalnością mało zależną od lokalizacji rejonu wydobywczego. W jednym zbiorze umieszczono, zatem dostępne podzbiory danych z pięciu kopalń. Wyniki regresji wielokrotnej wskazują na to, że nie wszystkie zmienne niezależne są zmiennymi istotnymi. M. in. korelacja pomiędzy temperaturą, a wskaźnikami pożarowymi WP-1, WP-2 i WP-3 jest niska. Bardzo wysoka jest natomiast korelacja temperatury i wskaźnika WP-4, temperatury i WP-5, temperatury i WP-6 oraz temperatury i WP-7. Również wysoka korelacja jest pomiędzy WP-6 i WP-4, WP-6 i WP5 oraz WP-6 i WP-7. Stąd do dalszych rozważań przyjęto jako istotne zmienne niezależne wskaźniki pożarowe WP-4, WP-5 i WP-7. Dla tak przyjętego modelu współczynnik regresji jest bardzo wysoki (R = 0,986): t ( WP 3, Wp 4, WP6) 167,3675 0,025 WP 3 3,8332 WP 4 74,6668 WP 6 Wzór ten w 98% tłumaczy zmienność temperatury węgla w funkcji wskaźników pożarowych. Za pozostałe 3% odpowiedzialny jest czynnik losowy. Wartości przewidywane i obserwowane bardzo dobrze zgadzają się ze sobą. Powyższe rozważania przeprowadzono dla modelu regresji liniowej. Można postawić pytanie, czy inny model nie da lepszego dopasowania do rzeczywistości. Postanowiono sprawdzić trzy modele regresji: model regresji logarytmicznej, wykładniczej i potęgowej. Z uwagi na tę okoliczność, że wskaźnik pożarowy WP-6 przyjmuje wartości ujemne, postanowiono zastąpić go wskaźnikiem pożarowym WP-7, który jest silnie skorelowany ze wskaźnikiem WP-6 (wzajemna korelacja tych wskaźników wynosi 0,84). W przypadku modelu regresji logarytmicznej współczynnik regresji Rl = 0,962, w przypadku modelu regresji wykładniczej Rw = 0,952, w przypadku modelu regresji

4 potęgowej Rp = 0,957. Tymczasem współczynnik regresji dla modelu liniowego jest równy 0,986. Zatem uznano, że model liniowy najlepiej opisuje badane zjawisko. Wzór uzyskano jako wartość średnią dla wszystkich kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Dlatego stosując go do konkretnej kopalni można uzyskać wyniki obarczone większym błędem. Wśród badanych pięciu kopalń trzy należą do Centrum Wydobywczego Zachód Kompanii Węglowej S.A.. Zachodzi, więc pytanie, czy model regresji uwzględniający tylko te rejony z kopalń położonych blisko siebie będzie lepszy. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że współczynnik regresji dla takiego modelu jest równy R = 0,974, a więc jest nieco mniejszy od modelu obejmującego cały obszar GZW. Również standardowy błąd estymacji jest większy i to blisko o 40%. Bierze się to stąd, że dla modeli dotyczących poszczególnych kopalń wartości tego współczynnika są dosyć zróżnicowane. Np. dla kopalni Szczygłowice (należącej do Centrum Wydobywczego Zachód KW S.A.) R = 0,936, natomiast dla kopalni Rydułtowy (należącej do Centrum Wydobywczego Południe ) R = 0,991. Obecny stan badań. Wydaje się, że dla wstępnej oceny temperatury w zagrzewającego się złoża węgla można korzystać z metod statystycznych, przy czym koncentrować się należy na rozwijaniu podejścia zastosowanego podczas opracowania wzoru uwzględniającego wiele parametrów zależnych od temperatury. W dalszym toku projektu zostanie powiększona baza danych dla zwiększenia jakości modelu odwzorowania przebiegu temperatury reakcji utleniania. Wiarygodne określenie temperatury reakcji utleniania złoża węgla pozwoliłoby na ustalenie aktualnego stanu zagrożenia pożarowego w danym rejonie. Konieczne jest jednak przeprowadzenie dalszych badań, nakierowanych zwłaszcza na opracowanie skutecznej metody określania niskich temperatur reakcji utleniania, w zakresie od wartości bliskich temperatury pierwotnej górotworu (30-50 o C) do 100 o C. II. Wnioski z analizy sposobów oceny zagrożenia w aspekcie zaleceń powypadkowych Komisji WUG W toku realizacji projektu zapoznano się szczegółowo ze skompletowaną dokumentacją wyników prac Komisji powypadkowych powołanych przez Prezesa WUG dla zbadania przyczyn i okoliczności wypadków zaistniałych w ostatnich latach w kopalniach: Bielszowice, Halemba, Borynia, Zofiówka, Wesoła i Wujek-Śląsk, ze szczególnym uwzględnieniem wniosków dotyczących sposobu monitorowania zagrożenia pożarowego. W odniesieniu do zagrożenia pożarowego Komisje przedstawiły szereg wniosków, dotyczących następujących grup zagadnień: 1) Przestrzeganie przez służby kopalniane obowiązujących przepisów i stosowanie przyjętych metod oceny zagrożenia, a w tym w zakresie: pobierania w wyrobiskach, prób powietrza do analiz chemicznych, z wymaganą częstotliwością dwa razy w tygodniu, przestrzegania obowiązujących przepisów w zakresie bieżącej analizy oraz wykorzystania wskazań i zapisów urządzeń gazometrii, prowadzenia bieżącej oceny zagrożenia pożarem endogenicznym,, prowadzenia szczegółowych analiz dotyczących prawidłowego przewietrzania rejonu, metod zwalczania zagrożeń metanowego, pożarowego i tąpaniami oraz znaczenia innych współwystępujących zagrożeń, posiadania aktualnego schematu przestrzennego rejonowych sieci wentylacyjnych z potencjałami aerodynamicznymi, a w przypadku pozostawania płotów węglowych przy wczesnym wykrywaniu pożarów endogenicznych wykorzystywania precyzyjnej analizy chromatograficznej gazów zrobowych. sprawdzania ilości, prędkości i stabilności prądów powietrza, zapewnienia prawidłowości wyposażenia, rozmieszczenia i sprawności działania urządzeń monitorujących skład atmosfery kopalnianej oraz stabilność prądów powietrza, prowadzenia pomiarów tlenku węgla w ścianach i ślepych wyrobiskach przy pomocy czujników systemu monitoringu o zakresie pomiarowym nie mniejszym niż 200 ppm oraz krótkim czasie rejestracji.

5 poprzedzanie tamowania wyrobisk w polach metanowych, w których wystąpiło samozagrzewanie się węgla analizą i oceną stanu zagrożenia pożarowego. 2) Opracowanie nowych metod oceny stanu zagrożenia pożarowego, a w tym: opracowanie nowej metody oceny zagrożenia pożarowego dla warunków współwystępowania zagrożeń naturalnych, szczególnie metanowego i tapaniami. opracowanie nowych metod wczesnego wykrywania ognisk samozagrzewania węgla, opracowanie kryteriów otwierania otamowanych rejonów ścian, opracowanie kryteriów stosowania wentylacji odrębnej przy likwidacji ścian. przeprowadzenie weryfikacji zasad klasyfikacji pokładów węgla, w zakresie dotyczącym zagrożenia pożarowego, przy uwzględnieniu rzeczywistego stanu zagrożenia w trakcie prowadzonych robót górniczych lub utrzymywania wyrobisk, w tym otamowanych i opracowanie procedur ich wdrożenia. Ponadto Komisja powołana po wypadku w KWK Borynia podniosła trudności z wykryciem samozapalenia węgla w przypadku występowania niewielkich ilości produktów, powstających w wyniku tego procesu, które migrują w kierunku rejonów nie monitorowanych : 3) Zapisanie w przepisach górniczych obowiązku stosowania dodatkowych metod oceny stanu zagrożenia pożarowego, a w tym: ujmowania w dokumentacjach wentylacyjnych aktualnych wartości potencjałów aerodynamicznych dla oceny kierunku przepływu gazu w zrobach, obowiązku przeprowadzania oceny stanu zagrożenia pożarowego w oparciu o okresową analizę składu gazów pobieranych z rurociągów odmetanowania, obowiązku przeprowadzania analizy struktury sieci wentylacyjnej w oparciu o schemat kanoniczny i jego przekształcenia topologiczne, Z powyższego wynika, że organy nadzoru górniczego dostrzegają potrzebę i zalecają pracę nad ciągłym doskonaleniem metod oceny zagrożenia pożarowego, przy czym nowa lub zmodyfikowana metoda oceny zagrożenia powinna mieć następujące cechy: powinna umożliwiać bieżącą, ew. ciągłą ocenę stanu zagrożenia, powinna zapewniać wykrywanie zagrożenia w warunkach występowania znikomych ilości produktów samozagrzewania trudnych do oznaczenia w niekorzystnych warunkach, kiedy gazy zrobowe migrują w kierunku rejonów niemonitorowanych powinna uwzględniać współwystępowanie zagrożeń towarzyszących, w tym szczególnie metanowego i tąpaniami. Podczas pracy nad metodą oceny zagrożenia pożarowego i należy rozważyć wnioski z przeglądu metod stosowanych w innych krajach, w tym szczególności: indywidualizacja kryteriów oceny zagrożenia w zależności od warunków geologicznych i technicznych panujących w danej kopalni lub rejonie, ew. rezygnacja z uniwersalnego kryterium oceny zagrożenia, w szczególnie zagrożonych pożarami rejonach przy współwystępowaniu zagrożenia metanowego ciągłe pobieranie próbek z miejsc potencjalnego zagrzania, zintegrowanie nowej metody oceny zagrożenia z istniejącymi elektronicznymi systemami prezentacji zmian parametrów wentylacji funkcjonującymi w kopalniach.

6 Etap nr 2. Analiza obowiązujących metod oceny zagrożenia metanowego wynikających z przepisów Rozporządzenia Ministra Gospodarki oraz stosowanych w światowym górnictwie pod katem ich skuteczności i przydatności w obecnych warunkach geologiczno-górniczych Wykonawca: Akademia Górniczo-Hutnicza Prace rozpoczęto roku, a zakończono roku. Cel etapu i metoda badawcza. Celem niniejszego etapu badań jest przeprowadzenie analizy dotychczasowych metod oceny zagrożenia metanowego wynikających z aktualnych przepisów. Analiza ma na celu określenie przydatności tych metod w aktualnych warunkach górniczo geologicznych polskich kopalń podziemnych węgla kamiennego. Analiza prowadzona jest na podstawie metody badawczej analizy i krytyki piśmiennictwa. Metoda ta polega na wykazaniu celowości oraz oryginalności wyłonionego i podjętego do badań problemu. Biorąc pod uwagę warunki górniczo - geologiczne w polskim górnictwie metoda ta umożliwia również ustosunkowanie się do aktualnie stosowanej metody oceny zagrożenia metanowego w porównaniu do metod w innych krajach. Wykorzystując taką metodę badawczą wykazana zostanie skuteczność aktualnie stosowanych metod oceny zagrożenia metanowego w polskich kopalniach. Wyniki badań Ocena zagrożenia metanowego prowadzona jest przede wszystkim o wyniki pomiarów parametrów powietrza kopalnianego zarówno z systemu monitoringu jak i pomiarów chwilowych. Obecny stan technicznego wyposażenia kopalń oraz rozwiązania oferowane przez producentów pozwalają na pełną realizację systemów monitoringu w zakresie: pomiaru zawartości metanu w miejscach możliwego powstania zagrożenia, w tym zagrożenia spowodowanego dużymi stężeniami metanu pod przenośnikiem ścianowym, pomiaru zawartości metanu w rurociągach odmetanowania, możliwości i konieczności automatycznego sterowania siecią odmetanowania w zależności od stężenia metanu w rurociągu i w wyrobiskach, pomiaru prędkości powietrza w wyrobiskach i stężenia metanu wynikającego ze zmian przepływu powietrza, stanu zamknięcia tam wentylacyjnych, które mają wpływ na intensywność przewietrzania wyrobisk, a także na zmiany rozkładu potencjału aerodynamicznego w rejonie ściany, pomiaru zawartości innych gazów (np. tlenu, tlenku węgla, dwutlenku węgla), jeżeli występuje możliwość powstania zagrożenia pożarowego. Obowiązujące przepisy bezpieczeństwa nakładają obowiązek stosowania metanometrii automatycznej o skróconym czasie repetycji pomiarów lub o pomiarze ciągłym dla nowo budowanych central oraz w przypadkach, gdy zagrożenie metanowe występuje w układzie skojarzonym z zagrożeniem tąpaniami. W przepisach określono warunki minimalne co do ilości i miejsc zabudowy czujników metanometrycznych oraz przepływu powietrza. W ścianach o wysokiej koncentracji wydobycia, prowadzonych w warunkach dużego zagrożenia metanowego, samo przestrzeganie przepisów nie zawsze jest wystarczające. W przypadku takich ścian staje się konieczne ciągłe monitorowanie stanu parametrów bezpieczeństwa i produkcji w aspekcie ich wpływu na stan zagrożenia metanowego, stan przewietrzania i odmetanowania oraz kontroli pozostałych zagrożeń. W systemie monitorowania parametrów bezpieczeństwa i produkcji powinien być uwzględniony sposób ostrzegania i powiadamiania załogi o zaistniałym zagrożeniu. W obrębie wyeksploatowanego pokładu z zawałem stropu, skutkiem przemieszczania się skał powstaje strefa zawału, w której w polach metanowych gromadzi się metan. Metan ten wydziela się z węgla pozostałego w przestrzeni zawałowej, a przede wszystkim dopływa z sąsiednich pokładów metanowych przez powstałe w górotworze szczeliny i spękania. Intensywność wydzielania się metanu do zrobów ściany jest różna i zależna od wielu czynników między innymi od metanonośności pokładów (eksploatowanego oraz nadległych i podległych). Zroby tworzą pewnego rodzaju zbiornik, w którym następuje mieszanie się powietrza z metanem oraz powstawanie stref podwyższonym stężeniu gazu. Skład gazów w zrobach jest bardzo zmienny w poszczególnych

7 miejscach zrobów i zależny jest między innymi od systemu przewietrzania oraz intensywności wydzielania się metanu z pokładów. Rozeznanie prawidłowości w formowaniu się zbiorników metanowych w obszarze zrobów stanowi podstawę dla prawidłowej oceny zakresu i stopnia tego zagrożenia. W trakcie projektowania eksploatacji, w zależności od rodzaju skał stropowych, można wyznaczyć strefy o największym zagrożeniu pożarami endogenicznymi czy stężeniu metanu oraz przedsięwziąć odpowiednie środki profilaktyki zwalczania zagrożenia pożarowego i metanowego. Kryteria doboru systemu przewietrzania ścian W polskich kopalniach węgla kamiennego powszechnie stosowny jest system przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego. W tym systemie są przewietrzane niemal wszystkie wysokowydajne ściany również w przypadku dużego zagrożenie metanowego. Również powszechnie, choć w mniejszym stopniu są stosowane systemy Y w różnych odmianach. System ten jest stosowany zarówno w ścianach metanowych jak i niemetanowych, przy występowaniu zagrożenia pożarowego jak i przy jego braku. Również i te ściany osiągają rekordowe postępy i wydobycia. Stąd należy sądzić, że o zastosowaniu tego systemu przewietrzania decydują inne względy niż skala zagrożeń naturalnych. W warunkach polskich kopalń stosuje się również systemy przewietrzenia Z i H. System Z wymaga minimalnych robót przygotowawczych dla uruchomienia eksploatacji. Natomiast system H jest stosowany w przypadku dużego zagrożenia metanowego. Po przeprowadzeniu analizy systemów przewietrzania ścian, wskazano trzy najczęściej aktualnie wykorzystywane systemy przewietrzania ścian, z którymi należy wiązać rozwój metod zwalczania zagrożeń wentylacyjnych: U od granic pola eksploatacyjnego, Y z doświeżaniem chodnikiem nadścianowym, Y z rozprowadzaniem powietrza odprowadzanego ze ściany w dwóch kierunkach. Charakterystyka systemów przewietrzania ścian eksploatacyjnych Przewietrzanie system U od granic pola eksploatacyjnego. System przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego jest stosowany w ścianach przy I i II kategorii zagrożenia metanowego, zaś przy III i IV kategorii może być stosowany w połączeniu z efektywnym odmetanowaniem. W systemie przewietrzania U od granic pola eksploatacyjnego powietrze jest prowadzone chodnikiem wzdłuż calizny węglowej. Po przewietrzaniu ściany powietrze jest również odprowadzane chodnikiem wzdłuż calizny węglowej. Przy zastosowaniu tego systemu zakres robót przygotowawczych jest ograniczony oraz przed rozpoczęciem eksploatacji można rozpoznać pokład w polu eksploatowanej ściany. Czynnikami wpływającymi na dobór systemu przewietrzania są występujące zagrożenia, szczególnie zagrożenie metanowe. System ten ogranicza możliwość zwalczania dużego zagrożenia metanowego, poprzez brak możliwości zastosowania skutecznego odmetanowania. Szczególnie trudne jest zwalczanie zagrożenia metanowego w pokładach o małej miąższości. Wówczas występują trudności w doprowadzeniu odpowiedniej ilości powietrza do frontu ściany. Dodatkowo rozwój tego systemu na dużych głębokościach eksploatacji powodować może wzrost zagrożenia temperaturowego. Występują trudności w zwalczaniu zagrożenia temperaturowego na froncie ściany związane z wynoszeniem ciepła ze zrobów. W przypadku skomplikowanej tektoniki pokładu i zaburzeń geologicznych występują trudności w uzyskaniu postępu ściany, który gwarantuje minimalizację zagrożenia pożarowego. System ten zapewnia ograniczony przepływ powietrza przez zroby ściany i ogranicza zagrożenie pożarowe jedynie w przypadku zapewnienia odpowiedniego postępu eksploatacji ściany. System ten jest skuteczny w ograniczeniu procesu rozwoju samozagrzewania w zrobach ściany. Jednak w przypadku, kiedy występuje zagrożenie pożarowe w zrobach występują ograniczone możliwości jego zwalczania. Przewietrzanie systemem Y z doświeżaniem chodnikiem nadścianowym Układ przewietrzania Y z doświeżaniem chodnikiem nadścianowym stosowany jest w warunkach zagrożenia metanowego w pokładach o małej miąższości. Zapewnia odsunięcie metanu w zrobach od przestrzeni roboczej frontu ściany. Powietrze jest doprowadzane dwoma chodnikami wzdłuż calizny

8 węglowej. Po przewietrzaniu ściany powietrze łączy się z powietrzem doświeżającym i jest odprowadzane chodnikiem wzdłuż zrobów. System ten zapewnia bezpieczeństwo pracy w przestrzeni roboczej frontu ściany w warunkach dużego zagrożenia metanowego i daje korzystne warunki do prowadzenia odmetanowania. System ten stwarza korzystne warunki pracy w ścianie, zmniejsza zagrożenie temperaturowe poprzez oddzielenie dróg odstawy i doprowadzania powietrza. System ten jest również korzystny w warunkach zagrożenia tąpaniami ze względu na trzy możliwe drogi wyprowadzenia załogi z zagrożonego rejonu. W przypadku tego systemu możliwe jest też dobre rozpoznanie pokładu w polu eksploatacji ściany. Przewietrzanie systemem Y z odprowadzeniem powietrza w dwóch kierunkach Układ przewietrzania Y z odprowadzeniem powietrza w dwóch kierunkach jest korzystny w warunkach dużego zagrożenia metanowego w pokładach o średniej i dużej miąższości. Powietrze jest doprowadzane jednym chodnikiem wzdłuż calizny węglowej. Po przewietrzaniu ściany powietrze jest odprowadzane w dwóch kierunkach wzdłuż calizny węglowej i wzdłuż zrobów. System ten zapewnia bezpieczeństwo pracy w przestrzeni roboczej frontu ściany w warunkach dużego zagrożenia metanowego w pokładach o średniej i dużej miąższości. Stwarza korzystne warunki klimatyczne. Jest również korzystny w warunkach zagrożenia tąpaniami ze względu na trzy drogi wyprowadzenia załogi. System ten pozwala na dobre rozpoznanie pokładu w polu eksploatacyjnym ściany. Rozwój systemów przewietrzania Generalnie rozwój systemów przewietrzania powinien być skierowany na poprawę bezpieczeństwa względem zagrożenia pożarowego, tąpaniami, metanowego i temperaturowego. W celu uzyskania dużej koncentracji wydobycia konieczne jest zastosowanie nowoczesnych rozwiązań techniki urabiania: kombajnowej i strugowej, przez co będzie można uzyskać duże postępy ściany. Pozwoli to na ograniczenie zagrożenia pożarowego ale jednocześnie wzrośnie zagrożenie metanowe związane z większym postępem ściany i zagrożenie temperaturowe związane z głębokością eksploatacji oraz mocą zainstalowanych maszyn i urządzeń w rejonie ściany. Rozwój systemów przewietrzania wiąże się z rozwiązaniem szeregu problemów technicznych, do których zalicza się: sposób likwidacji chodników przyścianowych w celu utrzymania odpowiedniego postępu eksploatacji, sposób doszczelnienia zrobów ściany oraz uszczelniania pasa chodnika przyzrobowego, sposób lokowania pyłów dymnicowych w zrobach ściany, skuteczny sposób zwalczaniem zagrożenia metanowego, skuteczny system odmetanowania, sposób chłodzenia powietrza w ścianie, szczególnie w pokładach o małej miąższości. Metody obliczania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w zrobach ścian zawałowych W zrobach ścian zawałowych gromadzi się metan wydzielający sie z pozostawionego węgla, a przede wszystkim dopływających z pokładów sąsiednich (wyżej lub niżej leżących pokładów) przez powstałe w górotworze szczeliny i spękania. Wydzielanie metanu do zrobów ściany eksploatacyjnej z zawałem stropu jest procesem ciągłym jeżeli założy się ciągły postęp frontu ściany. Lokalnie intensywność wydzielania może być różna w zależności od lokalnej metanonośności pokładów i lokalnych warunków górniczo geologicznych. Niekiedy w procesie formowania się zawału dochodzi do niedostatecznie wczesnego osiadania na rumowisku skalnym zwięzłych warstw skalnych stropu zasadniczego. Wówczas powstaje obszar zrobów o różnym zasięgu migracji powietrza, w którym warstwy skalne zawisają nad rumowiskiem skalnym. Nagłe załamanie się tych warstw może spowodować wypchnięcie nagromadzonego w zrobach metanu do wyrobiska ścianowego i chodników przyścianowych. Spowodować to może nagły wzrost jego stężenia w tych wyrobiskach. W przypadku, gdy w wyrobiskach tych oraz w strefie zawału istnieją źródła inicjacji, może nastąpić zapłon metanu, który w sprzyjających okolicznościach może pociągnąć za sobą wybuch pyłu węglowego.

9 Rozkład stężenia metanu w zrobach nie ulega istotnym zmianom w przypadku stałego dopływu metanu z górotworu i niezmiennego sposobu przewietrzania. Stężenia w obszarze zrobów ulegną ewentualnym zmianom w bardzo wolnym czasie. Gwałtownym zmianom może jednak podlegać stężenie metanu w przypadku wystąpienia zaburzeń wywołanych: zmianami pola potencjału aerodynamicznego np. wskutek otwarcia, zamknięcia tam lub śluz wentylacyjnych, zmian w systemie przewietrzania, zmianami ciśnienia atmosferycznego, zawałem skał stropowych, wskutek czego mogą nastąpić gwałtowne wypchnięcia metanu do wentylacyjnie czynnych wyrobisk, zmianami spowodowanymi w oporze aerodynamicznym zawału (lokalne zamiany w strukturze skał stropowych), lokalnym wzrostem metanonośności złoża. Dokładne określenie stężeń metanu w przestrzeni zrobów jest bardzo trudne. Jednakże opierając się na wynikach pomiarów składu atmosfery zrobów i ilości powietrza oraz uwzględniając system przewietrzania i metanonośności można oszacować ich prawdopodobny rozkład jak również w przybliżeniu wyznaczyć przestrzenie w zrobach o różnych stanach wybuchowości atmosfery. Możliwości i okoliczności inicjacji zapłonów metanu w przestrzeni zrobów może być wiele. Zainicjowanie zapłonu metanu może nastąpić w przypadku wystąpienia samozapalenia się węgla tj. wystąpienia pożaru endogenicznego. Strefa samozagrzewania lub pożaru może znajdować się w przestrzeni zrobów, w których atmosfera gazów może być nawet atmosferą wybuchową. W normalnych stanach przyczynami inicjału zapłonu metanu w przestrzeni zrobów może być: roboty strzałowe dla wywołania zawału stropu, iskry wywołane wzajemnym uderzaniem brył skalnych o właściwościach iskrzących przy formowaniu się zawału, iskry mechaniczne wytwarzane przez organ urabiający kombajnu w zetknięciu z twardymi skałami stropu i spągu. Stopień zagrożenia zapłonu i wybuchu metanu w zrobach ścian uzależniony jest od wielu czynników, spośród których można wyodrębnić dwa podstawowe: ilość wydzielonego metanu w zrobach (stężenie w atmosferze zrobów), intensywność przepływu powietrza przez zroby uzależniona przeważnie od ukształtowania pola potencjału aerodynamicznego w sieci wentylacyjnej, obejmującej zroby i czynne wyrobiska w polach metanowych. Obliczenia rozkładu ciśnienia i prędkości przepływu powietrza w zrobach Rozpatrywanie zjawisk zachodzących w zrobach ścian zawałowych wymaga znajomości takich parametrów jak porowatość i przepuszczalność. Są one podstawą do sformułowania modelu przepływu powietrza i gazów przez ośrodek zawału. Poznanie zjawisk zachodzących w zrobach ścian zawałowych możliwe jest przez opracowanie modelu opisującego transport metanu przez zroby przy różnych sposobach ich przewietrzania. Opracowany program obliczeniowy, umożliwia dla stanu ustalonego określenie rozkładu prędkości przepływu powietrza w strefie zawału i ciśnienia powietrza. Znajomość rozkładu prędkości powietrza w zrobach w zależności od rodzaju skał stropowych jest bardzo istotna przy doborze profilaktyki zwalczania zagrożeń pożarowych i metanowych. Dlatego też poniżej przedstawiono przykład obliczeniowy. Obliczenia wykonano dla różnych systemów przewietrzania ściany (U - od granic, Y) położonej w identycznych warunkach geologicznych charakteryzujących się jednakowym oporem rozwarstwienia skał stropowych i jednakową wartością straty napory w rejonie przewietrzanej ściany oraz jednakowymi parametrami geometrycznymi (długość ściany 200 m, wybieg ściany 500 m, wysokość ściany 2,5 m). Przeprowadzone obliczenia umożliwiają uzyskanie rozkładu prędkości przepływu powietrza w przestrzeni zrobów ściany w płaskim układzie w formie rozkładu wektorów oraz rozkładu ciśnienia. Obliczenie rozkładu ciśnienia jest niezbędne dla obliczenia rozkładu prędkości przepływu powietrza. Na rysunku 1 przedstawiono rozkład wektorów prędkości liniowej powietrza w obszarze zrobów ściany przewietrzanej systemem na U - od granic (rys.1a) i Y (rys.1b). Dla analizy praktycznej takie przedstawienie wyników obliczeń jest niewygodne i mało zrozumiałe. Dlatego też postanowiono w obszarze zrobów przedstawić rozkład wartości wektorów nie

10 uwzględniając jego kierunku. Wówczas w obszarze zrobów uzyskujemy izolinie rozkładu prędkości przepływającego powietrza. Na rysunku 2 i 3 dla tych samych ścian przedstawiono mapę izolinii prędkości powietrza w obszarze zrobów. Takie przedstawienie wyników obliczeń umożliwia dokonanie oceny intensywności przewietrzania różnych stref zrobów zawałowych i przyjęcie odpowiedniej profilaktyki ograniczenia dopływu powietrza do zrobów ściany. a) b) Rys. 1. Rozkład wektorów prędkości liniowej powietrza w obszarze zrobów ściany, a) przy przewietrzaniu ściany systemem U od granic, b) przy przewietrzaniu ściany systemem Y od granic, Rys. 2. Mapa izolinii prędkości powietrza w zrobach przy przewietrzaniu ściany systemem U - od granic

11 Rys. 3. Mapa izolinii prędkości powietrza w zrobach przy przewietrzaniu ściany systemem Y - od granic Obliczenie zmian stężenia metanu w zrobach Podobnie jak dla rozpływu powietrza w zrobach można określić rozkład stężenia metanu w zrobach ścian zawałowych przy różnych systemach przewietrzania. Obliczenia wykonano dla różnych systemów przewietrzania ściany (U-od granic, Y) położonej w identycznych warunkach geologicznych charakteryzujących się jednakowym oporem rozwarstwienia skał stropowych i jednakową wartością straty napory w rejonie przewietrzanej ściany oraz jednakowymi parametrami geometrycznymi (długość ściany 200 m, wybieg ściany 400 m, wysokość ściany 2,5 m). Przeprowadzone obliczenia umożliwiają uzyskanie rozkładu stężenia metanu w przestrzeni zrobów ściany w płaskim układzie w formie izolinii pola stężenia metanu. Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono mapę izolinii rozkładu stężenia metanu w obszarze zrobów ściany przewietrzanej systemem U - od granic (rys.4) i Y (rys.5). Takie przedstawienie wyników obliczeń umożliwia dokonanie oceny intensywności wydzielania metanu ze zrobów i określenie w zrobach zawałowych stref o podwyższonym stężeniu metanu oraz przyjęcie odpowiedniej profilaktyki zwalczania zagrożenia metanowego w tym również zaprojektowanie systemu monitoringu. Rys. 4.Mapa izolinii stężenia metanu w zrobach przy przewietrzaniu ściany system U - od granic

12 Rys. 5. Mapa izolinii stężenia metanu w zrobach przy przewietrzaniu ściany systemem Y - od granic Ocena zagrożenia metanowego w innych krajach Rozwiązania techniczne i prawne związane z prowadzeniem robót górniczych w warunkach zagrożeń naturalnych zależą od zakresu prowadzonych robót górniczych i ich nasilenia, a tym samym specyfiki górnictwa danego kraju. Niemniej jednak poniżej przedstawiono ocenę stanu zagrożenia metanowego w wybranych krajach. Stany Zjednoczone Ameryki Ocena stanu zagrożenia metanowego odbywa się ten sposób, że wszystkie kopalnie podziemne i powierzchniowe zakłady są sklasyfikowane do jednej z kategorii lub podkategorii w celu ochrony ludzi przed zagrożeniem wybuchu metanem i pyłu zawierającego części lotne. Kategorie i podkategorie zdefiniowane są w sposób następujący: Kategoria I odnosi się do kopalń prowadzących wydobycie łatwopalnej kopaliny, z której wydziela się metan lub istnieje możliwość jego wydzielenia opierając się na historii kopalni lub geologii obszaru, gdzie położona jest kopalnia. Kategoria ta jest podzielona na podkategorie I-A, I-B, I-C w sposób następujący: podkategoria I-A odnosi się do kopalń prowadzących wydobycie łatwopalnej kopaliny gdzie wydziela się metan, a w której A - oznacza stężenie metanu o wartości 0,25% lub wyższe które zostało wykryte w atmosferze kopalnianej i jest potwierdzone przez analizy laboratoryjne, B - nastąpiło zapalenie metanu, podkategoria I-B odnosi się do kopalń prowadzących wydobycie łatwopalnej kopaliny z której wydziela się metan lub istnieje możliwość jego wydzielenia opierając się na historii kopalni lub geologii obszaru, na którym kopalnia się znajduje, a w której A - stężenie metanu o wartości 0,25% lub wyższe nie zostało wykryte w atmosferze kopalnianej, B - nie nastąpiło zapalenie metanu, podkategoria I-C odnosi się do kopalń, w których wydobywana kopalina jest łatwopalna a pył zawiera części lotne w ilości 60% lub więcej oznaczone przy pomocy wolnej wilgoci. Poza tym w USA występuje różnorodność kopalń wydobywających rudy metali i niemetali, w których metan uwalniany jest do atmosfery w bardzo różny sposób. Z tego powodu poszczególnym kopalniom przypisano kategorię określającą potencjalne zagrożenie metanem. MSHA (Instytut Bezpieczeństwa Kopalnianego i Administracji Zdrowia) w 1985 roku zdefiniował różne kategorie gazowości kopalń według standardów federalnych, jak przedstawiono poniżej. Kategoria I - odnosi się do kopalń wydobywających łatwopalną kopalinę albo uwalniającą metan albo mającą możliwość jego uwolnienia. W obrębie tej kategorii istnieje kilka podkategorii, w zależności od aktualnej obecności metanu (od 0,25% lub więcej) lub występowania zapalenia (podkategoria I-A) lub też jego braku (podkategoria I-B). Podkategoria I-C ustalona została do uwzględnienia

13 potencjalnego zagrożenia ze strony łatwopalnego pyłu. Kategoria I odnosi się głównie do kopalń olejów łupkowych. Kategoria II - odnosi się do regionalnych kopalń soli, w przypadku których historia kopalni lub geologia jej położenia wskazuje na potencjalną możliwość wystąpienia wyrzutów. Podobnie jak w przypadku kategorii I występują tu dwie podkategorie, w zależności od wystąpienia wyrzutu, który uwalnia 0,25 % metanu (podkategoria II-A) lub nie (podkategoria II-B). Kategoria III - odnosi się do kopalń, które zajmują się wydobyciem nie palnej kopaliny, z której uwalnia się metan na poziomie wybuchowym, lub jest zdolna do formułowania wybuchowej mieszaniny z powietrzem, bądź ma do tego potencjał bazując na historii kopalni lub geologii powierzchni, na której ta kopalnia jest usytuowana. Kategoria III odnosi się głównie do kopalni Trona (Trona- rodzima sól, składająca się z kombinacji obojętnego i kwaśnego węglanu sodu Na 2 CO 3. 2HNaCO 3. 2H 2 O). Występuje jako białe krystaliczne włókna w słonych jeziorach i źródłach- inaczej nazywane urao lub nitrum) Kategoria IV - odnosi się do kopalń wydobywających nie palną kopalinę, a z której wydziela się metan na poziomie nie wybuchowym i nie jest zdolna do tworzenia mieszanin wybuchowych z powietrzem. Kopalnia potasowe w Nowym Meksyku charakteryzują się zawartością metanu w glinie i pokładach łupków w górotworze równorzędnie z wysoką procentową zawartością obojętnego azotu. Kategoria IV odnosi się głównie do kopalń potasowych. Kategoria V - odnosi się głównie do kopalń ropy naftowej. Wszystkie kopalnie, które nie są umieszczone w żadnej z powyższych kategorii i podkategorii. Kategoria VI - obejmuje kopalnie niegazowe. Każda kategoria (lub sektor przemysłowy) ma swój własny zestaw wymagań dla monitorowania i kontrolnych pomiarów. Kategorie I, II i V w dużym stopniu odpowiadają standardom kopalń węgla kamiennego, z w pełni dopuszczalnym wyposażeniem w otoczeniu produkcji. Kategoria II rozpoznaje czy występuje tylko możliwość uwalniania metanu w niebezpiecznych ilościach podczas wierceń, przecinki i robót strzelniczych i z tego powodu te czynności są kontrolowane. Kategoria IV ma kilka ograniczeń, z monitorowaniem gazów jako podstawowym wymogiem. Australia Zawartość metanu w australijskich złożach węgla dochodzi do 25 m 3 /Mg csw. Pokłady węgla, w których zawartość metanu równa się 9 m 3 /Mg csw lub więcej są uznawana za "bardzo gazowe". Przed rozpoczęciem eksploatacji niezbędne jest metodami odmetanowania obniżenie metanonośności pokładu węgla. W tabeli 1przedstawiono możliwe problemy związane z udostępnieniem i eksploatacją w zależności od metanonośności w pokładzie węgla. Tabela 1. Zagrożenia metanowe w zależności od zawartości metanu w pokładzie górnictwo austarlijskie Zakres Zawartość metanu w pokładzie, m 3 /Mg csw Problemy z udostępnieniem pokładu do eksploatacji > 6.0 Problemy z eksploatacją > 3.0 Możliwość zagrożenia wyrzutami gazów i skał W warunkach australijskich w przepisach podano zasady rozpoznawania i zwalczania zagrożenia metanowego. Uwzględnia się zasady stosowania maszyn, urządzeń i instalacji w warunkach zagrożenia. Przepisy podają również obowiązki i sposób postępowania w razie wystąpienia zagrożenia metanowego. Podane w przepisach dopuszczalne stężenia stanowią wymóg, który należy osiągnąć za pomocą środków wentylacyjnych i technicznych. Obowiązują odrębne przepisy górnicze dla kopalń w prowincji Queensland i dla kopalń w prowincji New South Wales.(NSW).

14 Kopalnie w prowincji Queensland System wentylacji kopalń musi zapewnić między innymi stężenie metanu w powietrzu kopalnianym nie większe niż 2,5% obj. W systemie wentylacji dopuszcza się możliwość wzrostu stężenia metanu powyżej 2,5% obj., jeżeli stężenie to trwa krótkotrwale a system wentylacji jest w stanie szybko obniżyć to stężenie poniżej 2,5%. Stężenie metanu w prądzie powietrza doprowadzanego do strefy zagrożenia wybuchem wynosi 0,5% obj. Wyróżnia się trzy strefy zagrożenia wybuchem: Strefa wydzielona (niezagrożona) stężenie metanu nie może przekroczyć 0,25% obj., można stosować urządzenia elektryczne bez zabezpieczenia przeciwwybuchowego. Można stosować urządzania dopuszczone do pracy pod ziemią, przeciwwybuchowe lub ze stopniem zabezpieczenia co najmniej IP55 lub AS Strefa 1 - występuje jeżeli w wyrobisku występuje lub może wystąpić stężenie metanu w granicach 0,5% 2%. Można stosować urządzenia elektryczne dopuszczone do pracy pod ziemią z zabezpieczeniem przeciwwybuchowym. Strefa 0 - występuje w wyrobiskach, gdzie w powietrzu jest więcej metanu i może dojść do przekroczenia 2% stężenia metanu. Strefa 1 przechodzi w strefę 0 jeżeli stężenie w powietrzu przekroczy 2% obj. CH 4. W strefie tej można stosować dopuszczone do pracy pod ziemią urządzenia przeciwwybuchowe z zabezpieczeniem Ex ia, Ex s lub Ex I. Strumień powietrza doprowadzanego do przodków chodnikowych musi zapewnić rozrzedzenie metanu poniżej 2% w czole przodka i nie więcej niż 1,25% metanu na wylocie z wentylatorów lutniowych przy wentylacji ssącej. Prędkość średnia z przekroju poprzecznego powinna wynosić co najmniej 0,3m/s w miejscach pracy w strefie 1 oraz na wlocie miejsc pracy przy przodkach (eksploatacyjnych lub chodnikowych) w okresie bez urabiania. Stężenie metanu musi być kontrolowane na wylocie z rejonu eksploatacyjnego, z rejonu starych, nieizolowanych zrobów lub starych wyrobisk, w powietrzu przepływającym przez wentylator głównego przewietrzania, na wylocie z każdego wyrobiska, w którym odbywa się odstawa urobku, innych miejscach określonych w planie zabezpieczenia metanowego kopalni. System monitoringu gazowego musi poosiadać niezależne zasilanie na wypadek wyłączenia zasilania elektrycznego w rejonie. Co najmniej jeden metanomierz musi być zlokalizowany w prądzie powietrza doprowadzanego przed strefę 1 (przed wlotem powietrza do strefy 1) lub pomiędzy dwoma strefami wydzielonymi. W przypadku przekroczenia 0,25%CH 4 detektor musi generować widoczny alarm. W przypadku przekroczenia 0,5%CH 4 detektor wyłącza zasilanie wszystkich urządzeń zarówno w strefie wydzielonej jak i w strefie 1. Czujnik metanu zabudowuje się w prądzie powietrza odprowadzanego ze ściany jak i z rejonu wentylacyjnego. Czujniki na wlocie i wylocie ze ściany są czujnikami wyłączającymi o progu działania 2%CH 4. Czujniki na wylocie z rejonu lub w głównych prądach powietrza odprowadzanego ustalone są w planie zabezpieczenia metanometrycznego kopalni. Kombajn chodnikowy musi być wyposażony co najmniej w jeden czujnik metanu o progu alarmującym 1% i wyłączającym napięcie 2%. Czujniki o podobnym zakresie stosuje się przy innych maszynach i urządzeniach o zasilaniu elektrycznym. Kombajn ścianowy musi być wyposażony w co najmniej jeden czujnik metanu o progu alarmującym 1% i wyłączającym zasilanie kombajnu przy 1,25%CH 4 oraz wyłączającym napięcie pozostałych maszyn i urządzeń przy stężeniu powyżej 2%CH 4. Pojazdy o zasilaniu akumulatorowym lub z silnikami spalinowymi również są wyposażone w czujniki stężenia z progiem alarmowym 1%CH 4 i wyłączającym zasilanie lub silnik w przypadku przekroczenia stężenia 1,25%CH 4. Przy stężeniu powyżej 1%CH 4 operator pojazdu musi go wycofać do prądu powietrza o stężeniu poniżej 1%. Pojazdy przystosowane do stref wydzielonych (niezagrożonych) posiadają również czujniki stężania metanu o progu alarmowym 0,25% i wyłączającym zasilanie lub silnik przy stężeniu powyżej 0,5%. Stężenie metanu w powietrzu przepływającym przez wentylator główny lub pomocniczy podziemny nie może przekroczyć wartości dopuszczalnych. Wentylator główny lub podziemny musi być monitorowany, a detektor stężenia metanu wyposażony w wyświetlacz oraz sygnalizację świetlną

15 przekroczenia dopuszczalnego stężenia metanu. Dopuszczalne stężenie metanu w powietrzu przepływającym przez wspomagające wentylatory podziemne wynosi 1,25CH 4. Kopalnie w prowincji New South Wales (NSW) W kopalniach określa się strefę zagrożenia metanowego. Strefa zagrożenia metanowego obejmuje wszystkie drogi z powietrzem odprowadzanym oraz drogi doprowadzające powietrze w odległości do 100 m przed frontem ściany. Strefa może być powiększona jeżeli co najmniej dwa metanomierze zabudowane w wyrobisku będą wskazywały stężenie metanu powyżej 0,25% przez co najmniej dwa dni. Wentylacja musi zapewnić stężenie metanu w poradzie powietrza doprowadzanego nie więcej niż 0,25%CH 4, a w strefie zagrożenia nie więcej niż 2% CH 4. Podczas prowadzenia robót przygotowawczych dopuszczalne stężenie metanu w prądzie powietrza doprowadzanego do rejonów eksploatacyjnych (na wlocie do strefy zagrożenia wybuchem) wynosi 0,5%. Strumień powietrza doprowadzanego do przodków chodnikowych musi zapewnić rozrzedzenie metanu poniżej 2% w czole przodka i nie więcej niż 1,25% metanu na wylocie z wentylatorów lutniowych przy wentylacji ssącej. Również w prądach powietrza doprowadzanego do rejonów eksploatacyjnych dopuszczalna koncentracja metanu wynosi 0,25% w kopalniach NSW). W wyrobiskach zaliczonych do stref zagrożenia wybuchem metanu dopuszczalne stężenie metanu wynosi 1%. W przodkach chodnikowych i ścianowych dopuszczalne stężenie metanu wynosi 2%. W miejscach zabudowy urządzeń elektrycznych w obudowie iskrobezpiecznej stężenie nie może przekroczyć 2%. W systemie zabezpieczenia metanometrycznego należy stosować czujniki alarmujące z widzialnym alarmem oraz czujniki wyłączające zasilanie maszyn i urządzeń elektrycznych. Nad kombajnem chodnikowym buduje się metanomierz alarmujący o progu 1% i wyłączający zasilanie maszyny w przodku jeżeli stężenie osiągnie 2%CH 4 w trybie pracy maszyny. Przy kombajnach ścianowych stosuje się metanomierze wyłączające kombajn przy osiągnięciu 1,25%CH 4. Maszyny z silnikami diesla stosowane w prądach powietrza odprowadzanego musza być wyposażone w metanomierz alarmujący jeżeli stężenie osiągnie lub przekroczy 1% obj. CH 4. W kopalniach w prowincji NSW minimalna prędkość 1m/s jest określana w wyrobiskach z przenośnikami taśmowymi. W wyrobiskach z kombajnami prędkość powietrza musi wynosić 0,3m/s w przekroju poprzecznym wyrobiska. Dodatkowo w kopalniach NSW należy tak projektować wentylację, aby do ścian eksploatacyjnych doprowadzać co najmniej 4,0m 3 /s powietrza na 1m wysokości ściany i co najmniej 0,3m 3 /s na 1m 2 przekroju poprzecznego przodka chodnikowego podczas jego drążenia. W przypadku stosowania maszyn samojezdnych z silnika diesla należy dostarczyć 0,06m 3 /s na 1 kw mocy silnika lub 3,5m 3 /s powietrza. Rosja i Ukraina Ocena stanu zagrożenia metanowego jest uzależniona od wielkości metanowości względnej; kopalnie eksploatujące węgiel kamienny są podzielone na pięć kategorii. Tabela 2. Kategorie zagrożenia metanowego w rosyjskim górnictwie węgla kamiennego Podział kopalń na kategorie ze względu na metan Względna metanowość, m 3 /Mg I do 5 II od 5 do 10 III od 10 do 15 Ponad kategoria Niebezpieczne ze względu na wyrzuty 15 lub więcej, wypływy gazów Pokłady z niebezpieczeństwem wyrzutów gazów i skał Natomiast ocena zagrożenia metanowego dla kopalń rud odbywa się w zależności od czterech kategorii.

16 Tabela 3. Kategorie zagrożenia metanowego w rosyjskich kopalniach rud Wydzielanie gazów (metan + wodór) w czasie doby w odniesieniu do średniego wydobycia 1 m 3 rudy I do 7 II od 7 do 14 Podział kopalń na kategorie ze względu na metan III od 14 do 21 Ponad kategoria ponad 21 lub więcej, wypływy gazów Zarówno w Rosji jak i na Ukrainie roboty górnicze w wyrobiskach ścianowych można prowadzić przy zawartości metanu do 1 %. Przepisy szczegółowo określają prace jakie należy podejmować przy przekroczeniu zawartości metanu powyżej 1%. Zawartość metanu w atmosferze podziemnych wyrobiskach i rurociągach muszą być zgodne z normami podanymi w tabeli 4. Przy obliczaniu maksymalnego dopuszczalnego stężenia metanu wentylacji przyjmuje się stężenie metanu równe 1%, niezależnie od zastosowanego sposobu pomiaru. Tabela 4. Dopuszczalne stężenia metanu w wyrobiskach kopalń węgla kamiennego w Rosji i Ukrainie Strumień powietrza w wyrobisku, lutniociągu Niedopuszczalne stężenie metanu, % obj. Wylot z wyrobiska drążonego, komory, zajezdni Powyżej 1 Wylot ze ściany bez urządzeń AKM Powyżej 1 Wylot ze ściany z urządzeniami AKM Powyżej 1,3 W szybie wydechowym Powyżej 0,75 Wlot do wyrobiska ścianowego i drążonego, komory, zajezdni Powyżej 0,5 Miejscowe nagromadzenie metanu eksploatacyjnych 2 i więcej i drążonych wyrobiskach Wylot z komory mieszania 2 i więcej Rurociągi do odprowadzania metanu ze stacji iżektorów Powyżej 3,5 Rurociągi odmetanowania Od 3,5 do 25 Czujniki stężenia metanu powinny być rozmieszczone na początku i na końcu wyrobiska ścianowego. Natomiast w drążonym wyrobisku powinny się znajdować w przodku wyrobiska i być zawieszone na wysokości 1,6m. Dodatkowy czujnik powinien znajdować się w odległości 2,0m przed wentylatorem. W wielu krajach roboty górnicze w wyrobiskach ścianowych można prowadzić przy zawartości metanu 1 1,25 %. Jeśli zawartość metanu przekracza tę wartość urabianie kombajnem musi być wstrzymane. Przepisy szczegółowo określają prace jakie należy podejmować przy przekroczeniu zawartości metanu powyżej 1%. Ocena stanu zagrożenia metanowego wynikająca z obowiązujących aktów prawnych W polskich kopalniach węgla kamiennego ocena stanu zagrożenia metanowego jest prowadzona w oparciu o Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (stan prawny na dzień r.). W polskich warunkach przepisy odnoszą się do utrzymania dopuszczalnego stężenia metanu w powietrzu kopalnianym. W przepisach określono jak i gdzie prowadzi się kontrolę zawartości metanu w powietrzu kopalnianym. Pomimo, że stosuje się kontrolę zawartości metanu w powietrzu określono zabezpieczenia urządzeń elektrycznych za pomocą urządzeń metanometrii automatycznej. W oparciu o zamieszczone zasady wykonywania pomiarów przy zagrożeniu metanowym przedstawiono przykłady wykonywanych pomiarów w wyrobiskach górniczych przewietrzanych przy pomocy wentylacji lutniowej oraz w wyrobiskach ścianowych. Systemy monitoringu sieci wentylacyjnej i kontroli zagrożenia metanowego Wyrobiska przewietrzane przy pomocy wentylacji lutniowej