Opracowanie sposobów rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prdami schodzcymi

#$%&%'%()*+$##,-./%/.' /1#)2++3)(##$+' '14.)&(/$%+567898:;.+- Strategiczny projekt badawczy PS2 pt. "Poprawa bezpieczestwa pracy w kopalniach" Opracowanie zasad projektowania robót górniczych w warunkach wystpowania skojarzonego zagroenia metanowo poarowego w aspekcie systemów przewietrzania w podziemnych zakładach górniczych wydobywajcych wgiel kamienny Sprawozdanie z realizacji etapu nr 12 Raport kocowy Opracowanie sposobów rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prdami schodzcymi Kierownik czci projektu strategicznego: Prof. dr hab. in. Wacław Dziurzyski KRAKÓW, Grudzie 212 roku 1!"

#$%&%'%()*+$##,-./%/.' /1#)2++3)(##$+' '14.)&(/$%+567898:;.+- Projekt Strategiczny - Zadanie 2 Opracowanie zasad projektowania robót górniczych w warunkach wystpowania skojarzonego zagroenia metanowo poarowego w aspekcie systemów przewietrzania w podziemnych zakładach górniczych wydobywajcych wgiel kamienny Etap 12. Opracowanie sposobów rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prdami schodzcymi Charakter opracowania: Praca naukowo-badawcza. Opracował zespół w składzie: Prof. dr hab. in. Wacław Dziurzyski Dr Teresa Pałka Dr in. Andrzej Krach Mgr in. Alicja Ziemba Zatwierdził: Dyrektor Instytutu prof. dr hab. in. Wacław Dziurzyski 1!"

1 Spis treci 1. Wprowadzenie 2 2. Sposób rewersji lokalnej - propozycja 3 3. Rewersja lokalna rejonów eksploatacyjnych 4 3.1 Załoenia dla prowadzenia rewersji - symulacja komputerowa 4 3.2 Wyznaczenie bocznic przektnych w sieci wentylacyjnej 5 3.2.1 Algorytm wyznaczania bocznic przektnych - opcja 5 "Przektna" 4. Wyznaczenie stanu w rozpływie gazów poarowych po wykonaniu rewersji 12 lokalnej - przykłady zastosowania 4.1 Przykład 1 - rejon ciany F-3 13 4.2 Przykład 2 - rejon ciany N-12 18 4.3 Przykład 3 - rejon ciany C-1 25 5. Podsumowanie 33 6. Literatura 34

2 1. Wprowadzenie W ramach etapu 12 pt. Opracowanie sposobów rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prdami schodzcymi" projektu strategicznego zadanie 2 pt. Opracowanie zasad projektowania robót górniczych w warunkach wystpowania skojarzonego zagroenia metanowo poarowego w aspekcie systemów przewietrzania w podziemnych zakładach górniczych wydobywajcych wgiel kamienny prowadzono prace badawcze i programistyczne prowadzcych do realizacji produkt kocowego etapu 12 tj: "Opracowanie zawierajce sformułowanie sposobu realizacji rewersji lokalnej dla rejonów przewietrzanych prdem powietrza sprowadzanym z poziomu wyszego na niszy z uwzgldnieniem zagroenia metanowego wywołanego rewersj wentylacji". Zaistnienie poaru w wieym prdzie powietrza niesie ze sob szczególnie due zagroenie. Rozróniamy tu poary powstałe w: szybach wdechowych, rejonie podszybi, grupowych prdach wieego powietrza, w rejonach eksploatacji cian. Poary powstałe w wymienionych miejscach powoduj w wikszoci przypadków szybkie zadymienie duej czci kopalni. Takie poary charakteryzuj si gwałtownym zazwyczaj rozwojem, spowodowanym dopływem do ognia duej iloci powietrza. Niejednokrotnie istniej due trudnoci ograniczenia dopływu powietrza, a to z uwagi na znaczne przekroje wyrobiska oraz na wyposaenie wyrobisk w róne urzdzenia, np. odstawy. Z powyszych przyczyn poary te doprowadziły do zaistnienia powanych katastrof opisanych w ksice prof. Z.Maciejasza i F.Kruka pt. "Poary podziemne w kopalniach". W chwili obecnej z uwagi na dobre zabezpieczenie przeciwpoarowe szybów oraz prowadzony monitoring zagroenia, zaistnienie poaru w szybie wdechowym czy w grupowym prdzie wieego powietrza jest mniej prawdopodobne ni w rejonach eksploatacji systemami cianowymi. Rewersja prdu głównego lub rewersja lokalna powoduje zmiany rozkładu cinienia, wydatku przepływu powietrza, a w konsekwencji zmiany w rozkładzie stenia metanu w zrobach i wyrobiskach kopalni. W przypadku kopalni metanowej dochodzi do zwikszenia zagroenia w przypadku poaru. Przykład poaru w rejonie ciany N-12 w KWK Krupiski potwierdza konieczno prowadzenia bada, którego celem jest opracowanie sposobu, w oparciu o który zostanie przygotowany rzeczywisty plan realizacji rewersji lokalnej. Za istotne uznano uwzgldnienie zagroenia metanowego podczas prowadzenia rewersji wentylacji. Bezpiecznym, a jednoczenie efektywnym sposobem jest wczeniejsze, przed wystpieniem poaru, ustalanie rodków jakie trzeba podj dla przeprowadzenia rewersji lokalnej wraz z moliwymi zagroeniami wynikajcymi z ustalonych działa. Dobre rezultaty daje zastosowanie metody symulacji komputerowej prognozowania rozpływu gazów poarowych w wyrobiskach górniczych. Ta metoda pozwali na dokonanie sprawdzenia wpływu rónych strategii działa prowadzcych do bezpiecznego zwalczania skutków wywołanych poarem. Proces przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni szczególnie nadaje si do symulacji niecodziennych zdarze, jak np. poar podziemny, nagły dopływ gazów po tpniciu czy rozchodzenie si fali cinienia i prdkoci po wybuchu metanu lub pyłu. Przydatno metody symulacji jest znaczna: symulacja ułatwia zrozumienie zachodzcych zmian po wywołaniu zaburzenia np. rewersji, symulacja ułatwia podejmowanie decyzji przez

3 osoby dozoru ruchu kopalni, symulacja słuy do wiczenia i szkolenia pracowników kopalni, symulacja pozwala na prognozowanie rozwoju sytuacji szczególnie w sytuacji awaryjnej. 2. Sposób rewersji lokalnej - propozycja Jako podstaw ustalenia działa wentylacyjnych prowadzcych do przeprowadzenia rewersji lokalnej dla rejonów, przyjto metod symulacji numerycznej w oparciu o system programów komputerowych VentGraph, który umoliwia prognozowanie procesów przewietrzania w warunkach normalnych oraz w stanie awaryjnym, jakim jest poar. Proponowana metoda charakteryzuje si szerokimi moliwociami obliczeniowymi i łatwoci obsługi programu jak i interpretacji wyników jego oblicze (Dziurzyski W. 22), a ponadto umoliwia aktywne oddziaływanie prowadzcego symulacje na przebieg procesu przewietrzania. Program POAR pozwala na symulacj nieustalonego rozpływu powietrza i gazów w sieci wyrobisk po wystpieniu poaru podziemnego. Naley doda, e zastosowany model matematyczny w programie POAR uwzgldnia dopływ metanu do wyrobisk oraz proces spalania metanu w ognisku poaru (Dziurzyski W.1991). Zastosowanie symulacji numerycznej prowadzi do wyznaczenia stanu przejciowego wywołanego poarem podziemnym, który opisujemy poprzez: a) wyznaczenie natenia przepływu powietrza i gazów poarowych w kadej drodze wentylacyjnej, b) wyznaczenie aktualnej depresji wentylatorów i poaru, c) wyznaczenie temperatury jako funkcji czasu i współrzdnych przestrzennych, d) wyznaczenie propagacji dymów poarowych, stenia poszczególnych gazów (w tym metanu) jako funkcji czasu i połoenia, e) wyznaczenie czasu i obszaru przestrzennego, w którym dokonuje si odwrócenie kierunku przepływu lub znaczne zaburzenia wentylacji, Wymienione moliwoci programu pozwalaj na przewidywanie skutków uycia rónej taktyki przeciwpoarowej prowadzcej do rewersji lokalnej oraz ograniczenia procesów palenia i usuwania zadymienia z zagroonych wyrobisk. Prowadzenie wielowariantowych symulacji umoliwia poznanie przed wystpieniem rzeczywistego zagroenia - zachowania si sieci wentylacyjnej w czasie prowadzenia manewrów wentylacji. Zastosowany model matematyczny w programie VentGraph został opisany w monografii (Dziurzyski W.,22). W przypadku poaru podziemnego w rejonie ciany (oddział eksploatacyjny) moe zachodzi konieczno przeprowadzenia rewersji lokalnej wentylacji np. ze wzgldu na wyprowadzenie załogi znajdujcej si w strefie niebezpiecznej. W sytuacji zaistnienia poaru w rejonach eksploatacji cian moliwoci oddziaływania na przebieg rozwoju poaru oraz zmiany w przepływie gazów poarowych w wyrobiskach sprowadzaj si w zalenoci od potrzeb do wykonania nastpujcych manewrów wentylacji: zatrzymanie wentylatora, tzw. rewersja czciowa, rewersja całkowita, odwrócenie kierunku przepływu, rewersja w rejonie (lokalna) obejmujca tylko prd powietrza przewietrzajcy rejon eksploatacji systemem cianowym, w której ma miejsce poar.

4 budowa tam wentylacyjnych i stabilizacji przepływu poprzez zamykanie lub otwierania w odpowiednim miejscu tam wentylacyjnych, ograniczenie dopływu wieego powietrza do ognia i zabudowanie tamy zasadniczej, Uycie i kolejno zastosowania powyszych rodków zaley od: miejsca poaru, struktury sieci wentylacyjnej, a zwłaszcza wyznaczenia rejonu wyrobisk dla których dane wyrobisko (np. ciana) jest bocznic przektn, miejsca zabudowy tam i sposobu ich zabezpieczenia w przypadku odwrócenia kierunku przepływu. Najwaniejszymi czynnikami majcymi wpływ na wybór właciwych manewrów wentylacyjnych s: rozmieszczenie pracujcej załogi w poszczególnych rejonach kopalni (ciany, przesypy, komory, podszybia); dopływ metanu do wyrobisk; aktualny stan rozwoju ogniska poaru (wielko, depresja poaru); dostpnorodków oddziaływania na poar. Mówic o sposobie wykonania rewersji lokalnej to wymienione powyej manewry wentylacyjne sprowadzaj si do zastosowana tam wentylacyjnych, jedne z nich bd otwierane, inne zamykane. W takim przypadku naley wyznaczy wyrobiska w których bd wykonywane wyznaczone manewry wentylacyjne. W skrajnych przypadkach mog wystpi sytuacje, e dla przeprowadzenia rewersji lokalnej wyniknie konieczno wczeniejszego wykonania dodatkowych wyrobisk (Strumiski A.1987). Wykonanie operacji zamykania (tam bezpieczestwa) i otwierania tam (luzy wentylacyjne) jest czynnoci wymagajc pewnego okresu czasu i koordynacji działa, co ma wpływ na stany przejciowe w przepływie powietrza. W warunkach poaru podziemnego i w obecnoci metanu rewersja lokalna moe spowodowa znaczny wzrost zagroenia metanowego, a poziom tego zagroenia mona przedstawi za pomoc zmian stenia metanu oraz iloci powietrza jako wynik symulacji numerycznej. Uzyskane wyniki z wariantowych symulacji pozwol na szczegółowe przygotowania działa wentylacyjnych dla przeprowadzenia rewersji lokalnej. 3. Rewersja lokalna rejonów eksploatacyjnych 3.1 Załoenia dla prowadzenia rewersji - symulacja komputerowa W dalszym cigu, korzystajc z moliwoci metod komputerowej symulacji procesu przewietrzania, dokonamy analizy rozpływu powietrza i gazów poarowych w sytuacji wystpienia poaru w rejonie ciany eksploatacyjnej kopalni metanowej. Celem wykonania takiej analizy jest zbadanie poziomu zagroenia metanowego przed i po wykonaniu rewersji i okrelenie: czasów i dróg propagacji dymów, ste tlenu w strefie zadymionej, rozkładu temperatur powietrza za ogniskiem poaru,

5 czasu koniecznego na wykonanie manewru rewersji wentylacji głównej od chwili pojawienia si sygnału o poarze, np. z czujnika tlenku wgla, zbadanie efektów przeprowadzonej rewersji z punktu widzenia zagroenia metanowego i dróg ucieczkowych, okrelenie warunków przeprowadzenia manewru rewersji i wpisanie do planu akcji przeciwpoarowej. Uzyskanie odpowiedzi na wszystkie wyej wymienione cele czstkowe wymaga bdzie realizacji nastpujcego planu bada: 1. Przygotowanie rozszerzonej bazy danych dotyczcych sieci wentylacyjnej tj.: aktualnej bazy danych dla systemu VentGraph, danych dotyczcych dopływu metanu, charakter ródła metanu, wytypowanie miejsca prawdopodobnego wystpienia poaru. 2. Przygotowanie i realizacja taktyki prowadzenia oblicze symulacji kolejnych rozpatrywanych sytuacji poarowych. 3. Przygotowanie odpowiednich procedur do sporzdzania duej iloci wykresów czasowych i szybkiego ich przegldania. 4. Właciwa interpretacja uzyskanych wyników z kolejnych oblicze symulacji i wycignicie wniosków przydatnych dla praktyki górniczej. 3.2 Wyznaczenie bocznic przektnych w sieci wentylacyjnej Odwrócenie kierunku przepływu powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej kopalni moliwe jest jedynie w tzw. bocznicach przektnych. Bocznic przektn jest bocznica, któr mona przej w przeciwnych kierunkach idc od wzła pocztkowego, zwizanego z wlotami do szybów transportowych, do wzła kocowego, odpowiadajcego wylotom szybów wentylacyjnych. Za istotne dla sposobu realizacji rewersji lokalnej uznano sprawdzenie czy w rozpatrywanym rejonie wyrobisk s bocznice przektne, w których powietrze mogłoby zmieni kierunek przepływu na skutek zamykania i otwierania tam w istniejcych wyrobiskach. Zagadnienie wyznaczenia bocznic przektnych w złoonej sieci kopalnianej nie jest nowe i było przedmiotem rozwaa innych badaczy (Bystro H.,1956, Czeczott H.:1957, Frycz A., Sułkowski J., Kolarczyk M., 1987, Kolarczyk M. 199, Kolarczyk M., 1993). Z uwagi na zastosowanie metody komputerowej symulacji procesu przewietrzania jako narzdzia sposobu wykonania rewersji lokalnej przewietrzania, podjto udan prób opracowania algorytmu wyznaczenia bocznic przektnych dla złoonej struktury sieciowej z wieloma wentylatorami. Opracowany algorytm pozwolił na ułoenie procedur w programie komputerowym POAR systemu VentGraph. 3.2.1 Algorytm wyznaczania bocznic przektnych - opcja "Przektna" Struktur sieci wentylacyjnej kopalni reprezentuje graf o I wierzchołkach i J krawdziach, które w aerologii górniczej nazywane s odpowiednio wzłami i bocznicami

6 sieci. Std poszukiwanie bocznic przektnych sprowadza si do wyznaczenia macierzy cieek i nadania znaku elementom tej macierzy rónym od zera w zalenoci od kierunku krawdzi w grafie skierowanym w stosunku do kierunku cieki. Poniej zamieszczono kilka niezbdnych definicji (Narsingh Deo, 198): Scieka (droga elementarna) pomidzy dwoma wierzchołkami kocowymi jest to droga otwarta, w której aden wierzchołek nie pojawia si wicej ni jeden raz. Droga jest to skoczony cig wystpujcych na przemian wierzchołków i krawdzi, rozpoczynajcy si i koczcy wierzchołkami, taki, e kada krawd jest incydentna do wierzchołków poprzedzajcych j i nastpujcych po niej. adna krawd nie pojawia si w drodze wicej ni jeden raz. Macierz cieek jest zdefiniowana dla okrelonej pary wierzchołków. Elementy macierzy cieek P o wymiarze N x J, gdzie N jest ilocicieek, a J jest iloci krawdzi w grafie, przyjmuj nastpujce wartoci: p[n,j] = 1 gdy krawd j naley do cieki n, p[n,j] = gdy krawd j nie naley do cieki n. Macierz cieek mona utworzy metod poszukiwania wszerz lub w głb na grafie. Przyjmujc dalej terminologi aerologii górniczej, poszukiwanie wszerz na grafie zaczyna si od wzła pocztkowego i bocznic incydentnych z tym wzłem, przy czym kada z tych bocznic jest pierwsz bocznic kolejnej cieki. Drugi wzeł kadej z tych bocznic jest wzłem pocztkowym drugiej bocznicy kolejnej cieki i dalej w ten sposób, sprawdzajc czy wzeł nie pojawił si drugi raz, a do osignicia wzła kocowego. Przeszukiwanie grafu sieci w głb róni si tym, e od wzła pocztkowego tworzy si jedn ciek do wzła kocowego, a kolejne cieki tworzy si, cofajc si po tej ciece od wzła kocowego i w wzłach wybierajc inne, incydentne do nich bocznice. Inna metoda tworzenia macierzy cieek opiera si na twierdzeniu: ( ) = M T A P n,n (1) 1 2 gdzie A - macierz incydencji wzłowo bocznicowej (grafu nieskierowanego), P T (n 1,n 2 ) - transponowana macierz cieek od wzła n 1 do wzła n 2, M - macierz, która w wierszach odpowiadajcych wierszom n 1 i n 2 macierzy incydencji A ma same 1, a w pozostałych wierszach same. Uwzgldniajc, e mnoenie macierzy A i P T (n 1,n 2 ) jest mod 2, mona stwierdzi, e po pomnoeniu elementów wiersza macierzy A przez odpowiednie elementy kolumny macierzy P T (n 1,n 2 ) w wierszach n 1 i n 2 musi by nieparzysta liczba jedynek, natomiast w pozostałych wierszach liczba jedynek musi by parzysta lub równa.

7 Algorytm oparty na wyej pokazanym twierdzeniu zostanie przedstawiony na przykładzie prostej sieci pokazanej na Rys.1 Rys.1. Graf przykładowej sieci wentylacyjnej Struktur grafu skierowanego z Rys.1 mona zapisa w postaci tablicy liniowej. Nr bocznicy Nr wzła pocztk. 1 1 2 2 1 3 3 2 4 4 4 3 5 4 5 6 2 5 7 3 6 8 5 6 Nr wzła kocowego Odpowiednio tablica incydencji wzłowo-bocznicowej grafu nieskierowanego ma nastpujc posta: Nr wzła Nr bocznicy 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 2 1 1 1 3 1 1 1

8 Przyjmujc wiersz macierzy cieek w postaci: 4 1 1 1 5 1 1 1 6 1 1 p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 i mnoc mod 2 pierwszy wiersz macierzy incydencji (wzeł pocztkowy) przez wiersz macierzy cieek otrzymuje si równanie p p 1 i std: p 1 = i p 2 = 1 lub p 1 = 1 i p 2 =. 1 2 = Rozwizanie tego równania daje w wyniku nastpujce wartoci wierszy macierzy cieek 1 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 1 p 3 p 4 p 5 p 6 p 7 p 8 Podobnie dla wzła kocowego mnoy si mod 2 szósty wiersz macierzy incydencji przez wiersze macierzy cieek, otrzymujc warunek p p 1 i std: p 7 = i p 8 = 1 lub p 7 = 1 i p 2 =. 7 8 = Z tego warunku otrzymuje si nastpujce wiersze macierzy cieek 1 p 3 p 4 p 5 p 6 1 1 p 3 p 4 p 5 p 6 1 1 p 3 p 4 p 5 p 6 1 1 p 3 p 4 p 5 p 6 1 Dalej, mnoc mod 2 drugi wiersz macierzy incydencji 1 1 1 przez pierwszy i drugi wiersz macierzy cieek otrzymuje si warunek p p i std: p 3 = i p 6 = lub p 3 = 1 i p 6 = 1. 3 6 = Z pomnoenia mod 2 drugiego wiersza macierzy incydencji przez trzeci i czwarty wiersz macierzy cieek otrzymuje si warunek 1 3 6 = p p i std: p 3 = i p 6 = 1 lub p 3 = 1 i p 6 =.

9 Std otrzymuje si nastpujc macierz cieek 1 p 4 p 5 1 1 1 p 4 p 5 1 1 1 p 4 p 5 1 1 1 p 4 p 5 1 1 1 p 4 p 5 1 1 1 1 p 4 p 5 1 1 p 4 p 5 1 1 1 1 p 4 p 5 1 Teraz, mnoc mod 2 trzeci wiersz macierzy incydencji 1 1 1 przez powysze wiersze macierzy cieek otrzymuje si nastpujce warunki: dla 1-go i 2-go wiersza macierzy cieek: 1 p 4 = i std: p 4 = 1 dla 3-go i 4-go wiersza macierzy cieek: 1 p 4 1 = i std: p 4 = dla 5-go i 6-go wiersza macierzy cieek: p 4 = dla 7-go i 8-go wiersza macierzy cieek: p 1 i std: p 4 = 1. W wyniku otrzymuje si nastpujc macierz cieek 4 = 1 1 p 5 1 1 1 1 p 5 1 1 1 p 5 1 1 1 p 5 1 1 1 p 5 1 1 1 1 p 5 1 1 1 p 5 1 1 1 1 1 p 5 1 Z kolei pomnoenie mod 2 czwartego wiersza macierzy incydencji 1 1 1

1 przez wiersze powyszej macierzy cieek daje w wyniku nastpujce warunki dla kolejnych wierszy macierzy cieek dla 1-go, 4-go, 6-go i 7-go wiersza 1 p = 5 i std p 5 = 1 dla 2-go i 8-go wiersza 1 1 p = 5 i std p 5 = dla 3-go i 5-go wiersza p = 5 Std otrzymuje si nastpujc macierz cieek 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Pomnoenie ostatniego, pitego wiersza macierzy incydencji przez wiersze wyej pokazanej macierzy cieek słuy do kontroli poprawnoci tak wyznaczonych cieek (wynik mnoenia mod 2 musi by równy ) i eliminacji nadmiarowych wierszy tu jest to wiersz czwarty macierzy cieek, dla którego wynik mnoenia jest równy 1. Tak otrzyman macierz cieek pokazano w postaci tablicy. Nr cieki Nr bocznicy 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 3 1 1 4 1 1 1 5 1 1 1 1 6 1 1 1 1 1 7 1 1 1 1 Teraz, korzystajc z tablicy liniowej grafu lub macierzy incydencji wzłowo-bocznicowej grafu skierowanego łatwo mona znale bocznice o kierunku przeciwnym ni kierunek cieki. Przyjmujc, e dla bocznicy nalecej do danej cieki i o kierunku zgodnym z kierunkiem cieki jest 1, a w przypadku niezgodnoci kierunków jest -1, tablic cieek mona zapisa w postaci

11 Nr cieki Nr bocznicy 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1-1 1 1 2 1-1 -1 1 1 3 1 1 4 1 1 1 5 1 1 1 1 6 1 1-1 1 1 7 1 1 1 1 Bocznic przektn jest ta bocznica, dla której w odpowiadajcej jej kolumnie macierzy cieek znajduj si co najmniej dwa róne od zera elementy o przeciwnych znakach. W pokazanym przykładzie s to bocznice nr 3, 4 i 5. Przedstawiony algorytm powinien przynosi korzy zwłaszcza przy duych sieciach, gdy wprawdzie ronie wówczas ilo wierszy i kolumn macierzy incydencji wzłowobocznicowej, jednak w kadym wierszu wystpuje mała liczba elementów ( z jednym wzłem sieci jest skojarzone zwykle nie wicej ni trzy do czterech bocznic), przez co ograniczona jest równie liczba operacji sumowania mod 2 iloczynów elementów wiersza macierzy incydencji i wiersza macierzy cieek. Opisany powyej algorytm wyznaczenie bocznic przektnych pozwolił na ułoenie procedur programu komputerowego POAR systemu VentGraph, a opis uycia i zastosowania tej nowej opcji programu zamieszczono poniej. Opcja "Przektne" w module POAR słuy do sprawdzenia, czy w rozpatrywanym rejonie wyrobisk, s bocznice przektne, w których powietrze mogłoby zmieni kierunek przepływu, gdyby zaistniała taka potrzeba podczas przeprowadzanych działa wentylacyjnych w kopalni. Opcj t mona uywa niezalenie od przeprowadzanych w module POZAR działa, nawet przed przystpieniem do symulacji rozpływu powietrza w kopalni. Po wywołaniu opcji "Przektne" na ekranie pojawi si okno panelu "Przektne" (Rys. 2). Aby sprawdzi czy rozpatrywana bocznica jest przektn w danym rejonie naley wskaza najpierw bocznice wlotow i wylotow z tego rejonu. Po wciniciu klawisza "Wska bocznic wlotow do rejonu" naley kursorem myszy wskaza na schemacie przestrzennym sieci wlot do rozpatrywanego rejonu (zatwierdzi lewym klawiszem myszy), a nastpnie uy klawisza "Wska bocznic wylotow z rejonu" oraz wskaza kursorem (i lewym klawiszem myszy) na rysunku sieci wylot z tego rejonu. Numery wybranych bocznic bd wywietlane w panelu okna "Przektne" obok właciwych im opisów klawiszy. Majc tak okrelony rejon sieci mona przystpi do sprawdzania, która z bocznic jest przektn w tym rejonie. Po wciniciu klawisza "Wska bocznic przektn" naley wskaza

12 na schemacie sieci bocznic która nas interesuje. Program analizuje rejon dla tej bocznicy i po obliczeniach wywietla obok klawisza informacj czy wskazana bocznica jest przektn w tym rejonie. Rys.2. Rejon kopalni z oknem panelu "Przektne". W ten sposób wskazujc kolejno interesujce nas bocznice sprawdzamy czy s przektnymi w danym rejonie. Jeeli otrzymane wyniki nie spełniaj naszych oczekiwa, w kadej chwili mona zmieni te rozpatrywany rejon. Wybierajc now bocznic wlotow czy wylotow dla rejonu mona do zawzi lub rozszerzy. Wówczas po zmianie kadej z tych bocznic program analizuje rejon dla ostatnio wskazanej bocznicy "przektnej" i wywietla now informacj w oknie panelu. Oczywicie po zmianie rejonu mona cał operacj ze sprawdzaniem przektnoci poszczególnych bocznic powtarza. 4. Wyznaczenie stanu w rozpływie gazów poarowych po wykonaniu rewersji lokalnej - przykłady zastosowania Z uwagi na ogromn liczb danych jakie mona uzyska z jednej symulacji wpływu poaru na rozpływ gazów poarowych, a zwłaszcza dla planowanej rewersji lokalnej, dla celów udokumentowania wyników oblicze przyjto e: wyniki symulacji zostan przedstawione w postaci graficznej jako kopie ekranu fragmentu schematu przestrzennego sieci wentylacyjnej obejmujcej badany rejon. Na przedstawionych schematach zaznaczone bd lini grub w kolorze czerwonym drogi przemieszczania si gazów poarowych oraz metanu. Obserwacja tych dróg pozwala na ocen propagacji gazów poarowych i wyznacza stref zagroon, pokazane zostan wykresy czasowe zmian wydatku przypływu powietrza i gazów poarowych oraz zmian innych istotnych parametrów majcych wpływ na

13 przepływ gazów poarowych np. temperatura ogniska poaru czy zmiany stenia metanu w wybranym miejscu wyrobiska. Program POAR pozwala obserwowa przepływ gazów poarowych w wirtualnej sieci wentylacyjnej kopalni i posiada procedury umoliwiajce symulacje pracy sytemu monitoringu. Umoliwiaj to opcje: rozmieszczenia czujników pomiarowych w wybranych miejscach bocznic sieci wentylacyjnej, czujnik wydatku (prdkoci), czujnik ste metanu, tlenu, tlenku wgla, czujnik temperatury, czujnik temperatury ogniska poaru, czujnik strumienia ciepła generowanego w ognisku poaru. przedstawienie wykresów wartoci rejestrowanych wprost na ekranie komputera w formie przesuwanego okienka. rejestracji danych pomiarowych czujników na dysku komputera umoliwiajca ich archiwizacj i sporzdzanie wykresów zmian obserwowanego parametru. 4.1 Przykład 1 - rejon ciany F-3 Celem przedstawienia problematyki rewersji lokalnej w warunkach poaru i dopływu metanu w rejonie, wykonano symulacj numeryczn dla przykładu przeprowadzenia rewersji za pomoc zamykania i otwierania tam w wytypowanych wyrobiskach lokalnej rejonu ciany F-3 kopalni M. Poar powstał na wylocie ze ciany F-3, gazy poarowe kieruj si do chodnika nadcianowego (midzy wzłami 7-6) i przecinki ciany F-4, w której prowadzi si prace przygotowawcze do uruchomienia ciany F-4. Skutkiem eksploatacji na wylocie ciany F-3 mamy dopływ metanu, który (metanowo wentylacyjna) wynosi 7,2 m 3 /min. Ilo powietrza w cianie przed poarem wynosi 512 m 3 /min. Z uwagi na rozmieszczenie załogi na drodze odprowadzenia gazów poarowych i znaczn długo drogi ucieczkowej naley rozway moliwo wykonania rewersji lokalnej. Analiza struktury połcze wyrobisk rejonu wskazuje, e wyrobisko w której ma miejsce poar jest bocznic przektn (rys.2) wobec czego naley: otworzy tamy w wyrobiskach: midzy wzłami 3-11, oraz midzy wzłami 4-4A-13, zamkn tamy w wyrobiskach: midzy wzłami 3-4, oraz midzy wzłami 11-13, Na rysunkach kopie ekranu pokazane zostan kolejne fazy zmian w przepływie wywołane powstaniem poaru na wylocie ze ciany F-3. Gazy poarowe kieruj si do wylotu z rejonu, przy czym powstała depresja poaru powoduje odwrócenie prdu bocznego (bocznica 7B-8), gazy poarowe kieruj si do przecinki ciany F-4, co przedstawia rysunek 3.

14 Rys. 3. Schemat wyrobisk rejonu kopalni M wyrobiska zadymione, 121 minuta trwania poaru, stan przed rewersj lokaln Z uwagi na due zagroenie załogi znajdujcej si na drodze odprowadzenia gazów poarowych w 2-giej godzinie od pocztku poaru podjto decyzje o przeprowadzeniu rewersji lokalnej. Analiza sytuacji wykazała, e naley otworzyluzy w wyrobiskach: wzły 3 do 11 oraz w 4-4A i 4A-13, a zamkn tamy bezpieczestwa w wyrobiskach: 11-13, oraz w bocznicy 3-4. Powysze manewry powoduj odwrócenie prdu powietrza przepływajcego przez cian F-3. Po realizacji wymienionych manewrów tamami w czasie symulacji poaru uzyskano zamierzony efekt co pokazano na kolejnych rysunkach. Na rysunku 4 pokazano lini pogrubion rozkład stenia metanu w przepływajcych gazach poarowych po wykonanej lokalnej rewersji przewietrzania. Rys. 4. Schemat wyrobisk rejonu kopalni M, rozkład stenia metanu, 175 minuta trwania poaru, stan w przepływie po rewersji lokalnej

15 Rys. 5. Schemat wyrobisk rejonu kopalni M, 36 minuta trwania poaru, stan w przepływie po rewersji lokalnej Na rysunku 5 pokazano lin pogrubion czerwon wyrobiska w których przemieszczaj sie gazy poarowe po wykonanej lokalnej rewersji przewietrzania. Rys.6. Schemat wyrobisk rejonu kopalni M, 48 minuta trwania poaru, gazy poarowe, ograniczenie dopływu powietrza do ogniska poaru po rewersji lokalnej Na rysunku 6 przedstawiono sytuacje po zabudowaniu dodatkowych tam w wyrobiskach 6-7 oraz 8-7B, które ograniczyły dopływ powietrza do ogniska poaru. Na rysunku 7 przedstawiono kształtowanie si zawartoci tlenu w przepływajcej mieszaninie powietrza i

16 gazów poarowych po rewersji i ograniczeniu dopływu powietrza do ogniska poaru. Na wylocie z rejonu stenie tlenu jest niskie i wynosi 15 %. Rys.7. Schemat wyrobisk rejonu kopalni M, 485 minuta trwania poaru, stenie tlenu, ograniczenie dopływu powietrza do ogniska poaru po rewersji lokalnej, Przebieg zmian iloci powietrza oraz stenia metanu w przepływajcych gazach poarowych podczas wykonywania wszystkich operacji zamykania i otwierania tam rejestrowany przez czujniki wirtualnego systemu monitoringu przedstawiono na kolejnych rysunkach. Na rysunku 8 obserwujemy zmiany czasowe iloci powietrza (strumie objtoci) przepływajcego powietrza przez cian F-3 oraz w bocznicy 3-11 przed i po wykonaniu rewersji przewietrzania. wydatek [m 3 /s] 2 15 1 5-5 -1-15 -2 "pocztek rewersji" ograniczenie dopływu powietrza do poaru Wydatek- ciana-f-3.grf 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 czas [min] Rys.8. Zmiany wydatku przepływu: linia cigła w cianie F-3, linia przerywana w bocznicy 3-11 Na rysunku 9 przedstawiono zmiany zawartoci metanu w przepływajcym powietrzu rejestrowane na czujniku na wylocie ze ciany F-3 wywołane rozwojem poaru oraz przeprowadzona rewersj. Obserwujemy, e po wykonanej rewersji stenie metanu

17 okresowo znacznie wzrasta, po czym maleje. Interesujca sytuacj obserwujemy na wykresie rys. 1, który przedstawia czasowe zmiany stenia metanu w chodniku podcianowym ciany F-3 doprowadzajcym powietrze. stenie metanu [%] 3 2 1 pocztek rewersji metan- F-3 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 czas [min] Rys. 9. Przebieg zmian stenia metanu na wylocie ze ciany F-3, symulacja komputerowa Po przeprowadzeniu rewersji lokalnej przepływ powietrza w cianie maleje a do wartoci zerowej (rys.8), co powoduje okresowy wzrost stenie metanu. Nastpnie przepływ powietrza ronie ale w drodze odprowadzenia gazów poarowych wdruje korek metanu o znacznie podwyszonym steniu metanu. Po ustabilizowaniu si przepływu nastpuje wzrost iloci przepływajcego powietrza stenie szybko spada, dodatkowo z uwagi na dopływ metanu (7,2 m 3 /min) zachodz warunki dla palenia metanu w ognisku poaru (Dziurzyski W.1991). stenie metanu [%] 14 12 1 8 6 4 2 pocztek rewersji metan- F-3 5 15 25 35 45 1 2 3 4 5 czas [min] Rys.1. Przebieg zmian stenia metanu w chodniku podcianowym, wlot do ciany F-3, symulacja komputerowa

18 4.2 Przykład 2 - rejon ciany N-12 Na podstawie bazy danych systemu programów VentGraph (wg. pomiarów z dnia 13.2.21 roku) dokonano aktualizacji struktury sieci wentylacyjnej kopalni Krupiski dla stanu struktury sieci i warunków przepływu powietrza w dniu zaistnienia poaru na wylocie ze ciany N-12 (5 maja 211 roku). Uzupełniono baz danych o wyrobiska rejonu ciany N-12 oraz wykonano prognostyczne obliczenia rozpływu powietrza w całej sieci wentylacyjnej, odtwarzajc stan w rozpływie z przed zdarzenia powstania poaru. Do uzupełnienia bazy danych wykorzystane zostały: schemat przestrzenny rozwaanego rejonu ciany N-12, posiadan przez kopalni baz danych sieci wentylacyjnej kopalni Krupiski dla systemu VentGraph. Na rysunku 11 przedstawiono fragment sieci wentylacyjnej kopalni Krupinski z rejonem ciany N-12. Rys.11. Schemat przestrzenny kopalni Krupiski, droga odprowadzenia gazów poarowych z rejonu ciany N-12 Pierwszym etapem (I) sposobu przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej przewietrzania ciany N-12 jest wykonanie symulacji rozpływu gazów poarowych i wyznaczenia drogi przepływu gazów poarowych do szybu wentylacyjnego. Korzystajc z programu POAR systemu programów inyniera wentylacji VentGraph przeprowadzono stosowne symulacje, a na rysunku 11 pokazano lin pogrubion czerwon wyrobiska, w

19 których przemieszczaj sie gazy poarowe. Przyjto e poar powstał w chodniku 2 na wlocie do ciany N-12 i wygenerował znaczna objto gazów poarowych stwarzajc znaczne zagroenie atmosfer niezdatn do oddychania na drodze wylotowej ze ciany N-12. Kolejnym etapem (II) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest sprawdzenie czy wyrobisko z poarem jest bocznic przektn, gdy w takim przypadku moliwe jest wykonanie zmiany kierunku przepływu powietrza w rozwaanym rejonie ciany N-12. Wykorzystujc now opcj programu POAR "Przektne" (patrz pkt. 3.2.1) przeprowadzono nastpujce czynnoci polegajce na: 1. wskazaniu bocznicy wlotowej do rejonu doprowadzajcej wiee powietrze. 2. wskazaniu bocznicy wylotowej odprowadzajcej zuyte powietrze z rejonu. 3. wskazaniu bocznicy przektnej, w rozwaanym przypadku jest to ciana N-12, bocznica nr 548. Ustalone powyej postpowanie prowadzimy rozpoczynajc od wywołania opcji "Przektne" i zgodnie z opisem procedury w oknie programu wskazujemy bocznice od strony wlotu i wylotu oraz wskazujemy poszukiwana bocznic przektn. Na rysunku 12 pokazano widok ekranu z oknem opcji "Przektne". Czynnoci prowadzimy, a algorytm znajdzie dla wprowadzonej pary bocznic z wlotu i wylotu z rejonu, e ciana N-12 jest bocznic przektn. W takim przypadku w oknie procedury "Przektne" pojawi si komunikat napisany tekstem czerwonym: "Bocznica nr: 548 jest przektn w tym rejonie". Dla rozwaanego przypadku wyznaczono, e bocznic wlotow jest przekop N-1 poz.82, wyrobisko o numerze 55 midzy wzłami 65-67. Bocznic wylotow jest chodnik diagonalny N-8, wyrobisko o numerze 21 midzy wzłami 643-644. Rys.12. Rejonu wyrobisk ciany N-12 - okno procedury "Przektne" - wyznaczanie wlotu i wylotu dla poszukiwania bocznicy przektnej

2 Poar powstał w chodniku 2 na wlocie do ciany N-12, gazy poarowe kieruj si do ciany i dalej do chodnika wentylacyjnego N 12 (midzy wzłami 651-64), a dalej do pochylni N-1 pokł.329/1, 329/1-2. Skutkiem eksploatacji w cianie N-12 mamy dopływ metanu zarówno z calizny wglowej, z pokładów nadległych i podległych oraz ze ciany ssiedniej N-14, który wynosi 18,1 m 3 /min (metanowo wentylacyjna). Ilo powietrza w cianie przed poarem wynosi 1389 m 3 /min, a stenie metanu na wylocie wynosi 1.3 %CH 4. Ze wzgldu na dopływ metanu w przypadku rewersji przewietrzania wstpuj stany nieustalone, a okresowo znacznie wzronie stenie metanu, które moe przekracza wartoci dopuszczalne jak równie osign stenia wybuchowe. Kolejnym etapem (III) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest wyznaczenie wyrobisk, w których naley zamkn tamy oraz wyrobisk w których otworzymy tamy ułatwiajce przepływ powietrza. Metoda komputerowej symulacji umoliwia wielokrotne powtarzanie prowadzenia oblicze co pozwala na wybór wariantu, który zapewni wykonanie rewersji z dostateczn iloci powietrza. W tabeli 1 zestawiono wybrane wyrobiska w których naley zamkn tamy oraz w których otwieramy tamy. W kolumnie 4 pokazano warto oporu aerodynamicznego bocznicy po zamkniciu tamy lub po otwarciu tamy. Nr bocznicy Wlot-wylot Zamknicie tam w wyrobiskach Nazwa wyrobiska Tabela 1 Opór bocznicy po zamkniciu tamy 1 2 3 4 483 639-643 pochylnia N-1 pokł.329/1, 329/1-2, cz III 22 Bd wylot z rejonu 287 6-65 chodnik odstawczy N-11 pokł.329/2 22 Bd 549 55-55B chodnik diagonalny N-13 pokł.329/2 22 Bd Otwarcie tam w wyrobiskach 479 77-638 pochylnia N-1 pokł.329/1, 329/1-2, cz I.5 Bd 482 638-64 pochylnia N-1 pokł.329/1, 329/1-2, cz II.5 Bd 553 618-62 chodnik N-12 pokł.329/1,329/1-2 przed przecink wentylacyjn N-14a.5 Bd Wyniki symulacji zostan pokazane na rysunkach jako kopie ekranu w czasie symulacji oraz w postaci wykresów czasowych zmian w przepływie powietrza i gazów poarowych wywołane powstaniem poaru na wlocie ze ciany N-12. Na prezentowane wyniki ma te wpływ taktyka prowadzenie rewersji wentylacji, która wynika z nastpujcych działa:

21 do 5 godziny od rozpoczcia poaru nie oddziaływano na przebieg rozwoju poaru oraz na transport gazów poarowych. po upływie 5 godziny od rozpoczcia poaru podjto operacj zamknicia i otwarcia tam w wyznaczonych wyrobiskach ujtych w Tabeli 1. W przykładzie obliczeniowym manewry wentylacyjne zamykania lub otwierania realizowano w czasie 1 minut. wydatek [m 3 /s] 25 2 15 1 5-5 -1-15 "pocztek rewersji" ograniczenie dopływu powietrza do poaru zmiany wydatku przepływu powietrza w cianie N-12 "tama zasadnicza" Wydatek- ciana-n-12.grf 2 6 1 14 4 8 12 16 czas [min] Rys.13. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów poarowych w cianie N-12 Na rysunku 13 pokazano zmiany wydatku przepływu w cianie N-12, a na rysunku 14 przedstawiono zmiany wydatku przepływu w pochylni N-1-cz I, która po otwarciu tam w pochylni doprowadza wiee powietrze do ciany N-12. 2 zmiany wydatku przepływu powietrza w pochylni N-1 "tama zasadnicza" wydatek [m 3 /s] 15 1 5 "pocztek rewersji" otwarcie tamy w pochylni N-1 pokł.329/1, 329/1-2 2 6 1 14 4 8 12 16 czas [min] Rys.14. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów poarowych w pochylni N-1-cz I

22 Rys.15. Rejonu wyrobisk ciany N-12, drogi przepływu gazów poarowych przed rewersj z pokazanym trójktem wybuchowoci Dobrym miernikiem oceny atmosfery w rejonie objtym poarem jest pomiar składników gazów poarowych w tym metanu i obrazowanie wyników pomiaru na tzw. wykresie "trójkt wybuchowoci". Program POAR systemu VentGraph ma taka opcj, a wynik jej działania pokazano na rysunku 15. Analizujc rys. 15 mona stwierdzi, e do momentu manewrów wentylacyjnych prowadzcych do rewersji lokalnej nie ma zagroenia wybuchem metanu. Na rysunku 16 pokazano wykres zmian temperatury ogniska poaru i temperatury przepływajcych gazów poarowych przed i po przeprowadzonej rewersji lokalnej. Wida, e rewersja lokalna przewietrzania powoduje spowolnienie procesów palenia co wynika z chwilowego ograniczenia dopływu wieego powietrza do ogniska poaru. temperatura [st. C] 2 175 15 125 1 75 5 25 zmiany temperatury linia czerwona - w ognisku poaru linia fioletowa - przepływajacego powietrza w odległoci 8 m za ogniskiem "pocztek rewersji" Temp- ognisko- N-12 1 2 3 5 6 7 9 1 11 13 14 15 4 8 12 16 czas [min] Rys.16. Zmiany temperatury ogniska poaru i temperatury przepływajcych gazów poarowych

23 Interesujce przebiegi zmian stenia metanu w przepływajcych gazach poarowych bdce wynikiem wykonywania operacji zamykania i otwierania tam s rejestrowane przez czujniki wirtualnego systemu monitoringu programu POAR systemu VentGraph. Na rysunku 17 obserwujemy zmiany ste metanu na wylocie z chodnika wentylacyjnego N-12, a na rysunku 18 zmiany stenia metanu na wlocie do ciany N-12 przed i po wykonaniu rewersji przewietrzania. 1 zmiany stenia metanu na wylocie z chodnika wentylacyjnego N-12 stenie metanu [%] 8 6 4 2 pocztek rewersji metan- N-12 1 2 3 5 6 7 9 1 11 13 14 15 4 8 12 16 czas [min] Rys. 17. Przebieg zmian stenia metanu na wylocie ze chodnika wentylacyjnego N-12, symulacja komputerowa stenie metanu [%] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 zmiany stenia metanu na wlocie do ciany N-12 pocztek rewersji metan- N-12 1 2 3 5 6 7 9 1 11 13 14 15 4 8 12 16 czas [min] Rys. 18. Przebieg zmian stenia metanu na wlocie do ciany N-12, symulacja komputerowa Obserwujemy, e po wykonanej rewersji stenie metanu okresowo znacznie wzrasta, po czym maleje. Interesujc sytuacj obserwujemy na wykresie nr 18, który przedstawia czasowe zmiany stenia metanu na wlocie do ciany N-12 doprowadzajcym powietrze. Po przeprowadzeniu rewersji lokalnej przepływ powietrza w cianie okresowo zmalał (rys. 13), co spowodowało gwałtowny wzrost stenia metanu. Po odwróceniu kierunku przepływu w drodze odprowadzania gazów poarowych przepływa korek metanu o znacznie podwyszonym steniu metanu stwarzajc niebezpieczn sytuacj.

24 Rys.19. Rejonu wyrobisk ciany N-12, drogi przepływu gazów poarowych po rewersji z pokazanym trójktem wybuchowoci Analizujc rys.19 mona stwierdzi, e po wykonaniu rewersji lokalnej, nie ma zagroenia wybuchem metanu w rejonie ciany N-12. Na rysunku 19 w pokazanym oknie programu POAR "Trójkt wybuchowoci" obserwujemy wzajemn relacj dostpnoci tlenu i stenia metanu (linia niebieska), która jest poza obszarem wybuchowym. Pokazana sytuacja jest tylko chwilowa (rys.2), gdy w przypadku zmniejszenia iloci powietrza dopływajcego do rejonu poprzez ograniczenie dopływu powietrza po rewersji lokalnej do ciany N-12 (patrz rysunek 13, postawienie tamy zasadniczej) wzajemna relacja dostpnoci tlenu i stenia metanu znajduje sie obszarze wybuchowym. Na rysunku 2, wewntrz obszaru trójkta wybuchowego pojawił si znak krzya, co informuje o zagroeniu wybuchem metanu. Rys.2. Rejonu wyrobisk ciany N-12, drogi przepływu gazów poarowych po rewersji z pokazanym trójktem wybuchowoci

25 4.3 Przykład 3 - rejon ciany C-1 Kolejnym przykładem sprawdzenia proponowanego sposobu rozpoznania moliwoci wykonania rewersji lokalnej w złoonej strukturze sieci wentylacyjnej jest rejon ciany C-1 pokład 44/1 w kopalni Pniówek. Na podstawie aktualnej bazy danych systemu programów VentGraph uzyskanej z działu wentylacji kopalni Pniówek, wykonano prognostyczne obliczenia rozpływu powietrza i gazów poarowych dla wirtualnego poaru, który zlokalizowano w chodniku C-1 przed wlotem do ciany C-1. Na rysunku 21 przedstawiono rejon ciany C-1 oraz drog wentylacyjn odprowadzajc gazy poarowe do szybu V. Przeprowadzone prognostyczne obliczenia s pierwszym etapem (I) sposobu przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej przewietrzania ciany C-1. Rys.21. Droga odprowadzenia gazów poarowych z rejonu ciany C-1 oznaczona pogrubiona lini czerwon Kolejnym etapem (II) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest sprawdzenie czy ciana C-1 jest bocznic przektn, gdy w takim przypadku moliwe jest wykonanie zmiany kierunku przepływu powietrza w rozwaanym rejonie ciany C-1. Wykorzystujc now opcj programu POAR "Przektne" (patrz pkt. 3.2.1) przeprowadzono nastpujce czynnoci polegajce na: 1. wskazanie bocznicy wlotowej do rejonu doprowadzajcej wiee powietrze. 2. wskazanie bocznicy wylotowej odprowadzajcej zuyte powietrze z rejonu. 3. wskazanie bocznicy przektnej, w rozwaanym przypadku jest to ciana C-1, bocznica nr 4422. Ustalone powyej postpowanie prowadzimy rozpoczynajc od wywołania opcji "Przektne" i zgodnie z opisem procedury w oknie programu wskazujemy bocznice od strony wlotu i wylotu oraz wskazujemy poszukiwana bocznic przektn. Na rysunku 22 pokazano widok ekranu z oknem opcji "Przektne". Czynnoci prowadzimy, a algorytm znajdzie dla

26 wprowadzonej pary bocznic z wlotu i wylotu z rejonu, e ciana C-1 jest bocznic przektn. W takim przypadku w oknie procedury "Przektne" pojawi si komunikat napisany tekstem czerwonym: "Bocznica nr: 4422 jest przektn w tym rejonie". W pierwszej kolejnoci załoono, e wlot do rejonu stanowi pochylnia C-2 tj. bocznica nr 44212. Wylot z rejonu stanowi przekop wznoszcy C-3 tj. bocznica nr 8728. Dla rozwaanej pary bocznic wlotu i wylotu procedura "Przektne" nie stwierdziła, e ciana C-1 jest bocznica przektn. Na rysunku 22 pokazano okno procedury "Przektne" z komunikatem napisanym tekstem czerwonym: "Bocznica nr: 4422 nie jest przektn w tym rejonie". Rys.22. Wyznaczanie bocznicy przektnej, wlot do rejonu-bocznica 44212, ciana C-1 nie jest bocznic przektn Wobec uzyskanego wyniku, rozszerzono rejon i przyjto, e bocznic wlotow jest przekop N-2 poz.1 tj. bocznica nr 14 midzy wzłami 562-563. Wykonano te sprawdzenia przektnoci ciany C-1 dla przypadku wyboru przekopu wznoszcego C-4d oraz przekopu wznoszcego C-4a jako wylotu z wynikiem negatywnym. Dlatego bocznic wylotow jest jak przekop wznoszcy C-3 tj. bocznica nr 8728 midzy wzłami 25-351. Rys.23. Wyznaczanie bocznicy przektnej, wlot do rejonu-bocznica 14, ciana C-1 jest bocznic przektn

27 Rozszerzenie rejonu poza wzeł 351 spowodowało, e w oknie procedury "Przektne" pojawił sie komunikat napisany tekstem czerwonym: "Bocznica nr: 4422 jest przektn w tym rejonie", co pokazuje rys.23. Majc wyznaczone bocznice wlotowe i wylotowe do rejonu przystpujemy do przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej (etap III) i wyznaczenie wyrobisk, w których naley zamkn tamy oraz wyrobisk w których otworzymy tamy ułatwiajce przepływ powietrza. Na podstawie komputerowej symulacji i wielowariantowych oblicze wyznaczono wyrobiska (Tabela 2), w których naley zamkn tamy oraz w których otwieramy tamy. W kolumnie 4 pokazano warto oporu aerodynamicznego bocznicy po zamkniciu tamy oraz po otwarciu tamy w wytypowanych wyrobiskach. Tabela 2 Zamknicie tam w wyrobiskach: Nr bocznicy Wlot-wylot Nazwa wyrobiska Opór bocznicy po zamkniciu tamy 1 2 3 4 8728 562-563 Przekop wznoszcy C-3 od poziomu 83m do poziomu 75m 55 Bd 848 547-548 Przekop kierunkowy wschodni poz.83m od przekopu N-3 do przecinki III 22 Bd 858 319-554 Przekop kier. tamowy wschodni poz.83m od przecinki II do upadowej wentyl. do poz.1 22 Bd 188 348-553 Przecinka do upadowej wentylacyjnej z przekopu kierunkowego wschodniego poz.83 55 Bd 182 351-536 Przekop wznoszcy N-1 od przecinki łczcej do przecinki II-C (wlot do rejonu) 55 Bd Otwarcie tam w wyrobiskach 847 33-562 Przekop N-3 poz.83m midzy przekopem kierunkowym wschodnim a przekopem.5 Bd wznoszcym C-3 891 348-329 Przekop kierunkowy poz.83m od upadowej wentyl. do poz.1m do rozdzielni RDW-poz.83.5 Bd 844 319-318 Przecinka II prostopadła midzy przekopami kierunkowymi wschodnimi poz.83m.1 Bd Przeprowadzenie manewrów zamykania i otwierania tam w wyznaczonych wyrobiskach prowadzi do zmiany kierunku przepływu powietrza w cianie C-1 oraz w chodnikach przycianowych. Ze wzgldu na poziom zagroenia metanowego zaleca si aby zmiany kierunku przepływu za pomoc wymienionych manewrów wykona w jak najkrótszym czasie np. za pomoc tam sterowanych przez dyspozytora kopalni.

28 ciana C-1 przewietrzana jest systemem na "Y" z dowieaniem wylotu ze ciany chodnikiem C-2. W cianie prowadzone jest odmetanowanie. Skutkiem eksploatacji w cianie C-1 mamy dopływ metanu zarówno z calizny wglowej, z pokładów nadległych i podległych, który wynosi 22,4 m 3 /min (metanowo wentylacyjna). Ilo powietrza w cianie przed poarem wynosi 129 m 3 /min, dowieanie wynosi 195 m 3 /min, a stenie metanu na wylocie z rejonu w przekopie wznoszcym C-4c wynosi.97 %CH 4. Poar powstał na kocu chodnika C-1 na wlocie do ciany C-1, gazy poarowe kieruj si do ciany i dalej do chodnika C-2 wzdłu zrobów ciany C-1 (midzy wzłami 485-441), a dalej do przekopu wznoszcego C-4d, C-4c i C-4a. Ze wzgldu na dopływ metanu w przypadku rewersji przewietrzania wstpuj stany nieustalone, a okresowo znacznie wzronie stenie metanu, które moe przekracza wartoci dopuszczalne jak równie osign stenia wybuchowe. wydatek [m 3 /s] 25 2 15 1 5-5 -1-15 zmiany wydatku przepływu powietrza w cianie C-1 "pocztek rewersji" Wydatek- ciana-c-1.grf 1 3 5 7 9 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.24. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów poarowych w cianie C-1 Na rysunku 24 pokazano zmiany wydatku przepływu w cianie C-1 oraz w chodniku C-1. Uzyskana ilo powietrza w cianie po rewersji nie jest zadawalajca ale odwrócenie jest wyrane. Na rysunku 25 przedstawiono zmiany wydatku przepływu w pochylni C-2, która po przeprowadzonej rewersji odprowadza gazy poarowe z rejonu ciany C-1. wydatek [m 3 /s] 4 35 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 zmiany wydatku przepływu powietrza w pochylni C-2 wlot do rejonu "pocztek rewersji" Wydatek- ciana-c-1.grf 1 3 5 7 9 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.25. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów poarowych w pochylni C-2

29 Na rysunku 26 pokazano wykres zmian temperatury ogniska poaru i temperatury przepływajcych gazów poarowych przed i po przeprowadzonej rewersji lokalnej. Wida, e rewersja lokalna przewietrzania powoduje spowolnienie procesów palenia co wynika z chwilowego ograniczenia dopływu wieego powietrza do ogniska poaru. temperatura [st. C] 2 175 15 125 1 75 5 25 zmiany temperatury linia czerwona - w ognisku poaru linia fioletowa - przepływajacego powietrza w odległoci 8 m za ogniskiem "pocztek rewersji" Temp- ognisko- C-1 5 1 15 25 3 35 45 5 55 65 7 75 85 9 95 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.26. Zmiany temperatury ogniska poaru i przepływajcych gazów poarowych Na rysunku 27 pokazano drog odprowadzenia gazów poarowych z rejonu ciany C-1 po wykonanej lokalnej rewersji wentylacji. Rys.27. Linia czerwona pogrubiona - droga odprowadzenia gazów poarowych z rejonu ciany C-1 po wykonaniu rewersji wentylacji w rejonie ciany C-1 Interesujce przebiegi zmian stenia metanu w przepływajcych gazach poarowych bdce wynikiem wykonywania operacji zamykania i otwierania tam s rejestrowane przez czujniki wirtualnego systemu monitoringu programu POAR systemu VentGraph. Na rysunku 28 obserwujemy zmiany ste metanu na wylocie z rejonu ciany C-1 tj. w przekopie wznoszcym C-4d. Na rysunku 29 obserwujemy zmiany stenia metanu

3 oznaczon lini pomaraczowa w chodniku C-2 oraz zmiany stenie tlenu oznaczon lini zielon. 2 zmiany stenia metanu na wylocie z przekopu wznoszcego C-4-d wylot z rejonu ciany C-1 stenie metanu [%] 1.6 1.2.8.4 pocztek rewersji metan- C-1 5 1 15 25 3 35 45 5 55 65 7 75 85 9 95 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.28. Przebieg zmian stenia metanu w przekopie wznoszcym C-4d 25 zmiany stenia w chodniku C-2 linia orange: stenie metanu linia zielona: stenie tlenu 25 stenie metanu [%] 2 15 1 5 pocztek rewersji 2 15 1 5 stenie tlenu [%] metan- C-1 5 1 15 25 3 35 45 5 55 65 7 75 85 9 95 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.29. Przebieg zmian stenia metanu i tlenu w chodniku C-2 Interesujcy przebieg zmian stenia metanu (rys.3) obserwujemy w cianie C-1, gdzie przepływ powietrza po rewersji jest niezadawalajcy co prowadzi do niebezpiecznego wzrostu stenia metanu. Jednoczenie przedstawiono przebieg zmian stenia tlenu w cianie C-1, który jest w granicach 5-6 %O 2. Taki poziom stenia tlenu wynika z zuycia tlenu w ognisku poaru. Wykonywane operacje zmykania i otwierania tam, prowadzce do odwrócenia kierunku przepływu w cianie C-1 i chodniku C-1 oraz C-2 odbywaj si w pewnym okresie czasu. Wywołuje to stany przejciowe w przewietrzaniu, które maj decydujcy wpływ na ilo przepływajcego powietrza oraz poziom stenia metanu. Obserwujemy, e po wykonanej rewersji stenie metanu okresowo znacznie wzrasta, po czym maleje, z uwagi na mał ilo powietrza stenia s wysokie rzdu 2 %CH 4 (rys.3). Po odwróceniu kierunku przepływu w drodze odprowadzenia gazów poarowych np. w chodniku C-2 w czci przed chodnikiem C-1 przepływa korek metanu o znacznie

31 podwyszonym steniu metanu stwarzajc niebezpieczn sytuacj. Mona to zaobserwowa na rysunku 31. 1 zmiany stenia w cianie C-1 linia orange: stenie metanu linia zielona: stenie tlenu 25 stenie metanu [%] 8 6 4 2 pocztek rewersji 2 15 1 5 stenie tlenu [%] metan- C-1 5 1 15 25 3 35 45 5 55 65 7 75 85 9 95 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.3. Przebieg zmian stenia metanu i tlenu w cianie C-1 stenie metanu [%] 7 6 5 4 3 2 1 pocztek rewersji zmiany stenia metanu w pochylni C-2 wlot do rejonu ciany C-1 metan- C-1 5 1 15 25 3 35 45 5 55 65 7 75 85 9 95 2 4 6 8 1 czas [min] Rys.31. Przebieg zmian stenia metanu w chodniku C-2 w czci przed chodnikiem C-1 Analizujc rozpływ powietrza i gazów poarowych pokazany na rys.32 mona stwierdzi, e po wykonaniu rewersji lokalnej istnieje zagroenia wybuchem metanu w rejonie ciany C-1. Na rysunku 32 w pokazanym oknie programu POAR "Trójkt wybuchowoci" obserwujemy za cały okres prowadzonej symulacji wzajemn relacj dostpnoci tlenu i stenia metanu (linia niebieska). Obserwujemy, e w okresie prowadzenia rewersji lokalne wzajemna relacja dostpnoci tlenu i stenia metanu znajduje sie obszarze wybuchowym, gdy linia niebieska przecina obszar wybuchowy. Pokazana niebezpieczna sytuacja trwa pewien okres (rys.32), po czym po ustabilizowaniu si przepływu powietrza po rewersji lokalnej w cianie C-1 zagroenie wybuchem metanu zostało ograniczone.

32 Rys.32. Rejonu wyrobisk ciany C-1, drogi przepływu gazów poarowych po rewersji z pokazanym trójktem wybuchowoci Na rysunku 33 pokazano wyrobiska kopalni odprowadzajce gazy poarowe z rejonu ciany C-1 do obu szybów wentylacyjnych kopalni po przeprowadzeniu rewersji lokalnej. Rys.33. Droga odprowadzenia gazów poarowych po przeprowadzonej rewersji lokalnej w rejonie ciany C-1

33 5. Podsumowanie Jako podstaw sposobu rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prdami schodzcymi jak równie wznoszcymi oraz ustalenia działa wentylacyjnych prowadzcych do przeprowadzenia rewersji lokalnej dla rejonów, przyjto metod symulacji numerycznej, która umoliwia prognozowanie procesów przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni w stanie awaryjnym, jakim jest poar. Zastosowanie specjalistycznego programu POAR systemu VentGraph, a zwłaszcza nowa opcja programu wyznaczania bocznic przektnych pozwala na prognoz rozpływu powietrza, metanu i gazów poarowych w czasie trwania rozwoju sytuacji poarowej. Moliwo interaktywnego oddziaływania na przebieg zjawisk przepływowych i procesu palenia umoliwia szczegółowe przygotowanie taktyki postpowania na wypadek koniecznoci wykonania rewersji lokalnej. System VentGraph jest aktualnie jedynym narzdziem umoliwiajcym prognozowanie zmiennego w czasie rozwoju ogniska poaru i jego wpływu na rozpływ powietrza i gazów poarowych. Uzyskane wyniki (patrz przykłady) potwierdzaj prawidłowo działania opracowanych algorytmów wyznaczenia bocznic przektnych oraz pozwalaj na stwierdzenie, e cele etapu 12 Projektu Strategicznego zadanie 2 zostały zrealizowane zgodnie z planowanym zakresem merytorycznym. Z przeprowadzonych przykładowych symulacji wynikaj nastpujce uwagi i zalecenia: 1. Pierwszym etapem (I) sposobu przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej przewietrzania ciany jest wykonanie symulacji rozpływu gazów poarowych i wyznaczenia drogi przepływu gazów poarowych do szybu wentylacyjnego. 2. Drugim etapem (II) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest sprawdzenie czy wyrobisko z poarem jest bocznic przektn, gdy tylko w takim przypadku moliwe jest wykonanie zmiany kierunku przepływu powietrza w rozwaanym rejonie ciany. stosujc now opcje programu POAR "Przektne" (patrz pkt. 3.2.1) naley przeprowadzi nastpujce czynnoci: wskaza bocznic wlotow do rejonu doprowadzajcej wiee powietrze. wskaza bocznic wylotow odprowadzajcej zuyte powietrze z rejonu. wskaza bocznic przektn, w rozwaanym przypadku jest to ciana. 3. Trzecim etapem (III) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest wyznaczenie wyrobisk, w których naley zamkn tamy oraz wyrobisk w których otworzymy tamy ułatwiajce przepływ powietrza. Na podstawie komputerowej symulacji i wielowariantowych oblicze wyznaczamy wyrobiska, w których naley zamkn tamy oraz w których otwieramy tamy. W tym postpowaniu pomocne s wyznaczone bocznice wlotowe i wylotowe do rejonu.