METHOD OF VENTILATION REVERSAL IN REGIONS CONTAINING ASCENDING AND DESCENDING CURRENTS IN THE CONDITIONS OF FIRE AND METHANE EXPLOSION HAZARDS

GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 4 Wacław DZIURZYŃSKI, Andrzej KRACH, Teresa PAŁKA Instytut Mechaniki Górotworu PAN, Kraków SPOSÓB REALIZACJI REWERSJI WENTYLACJI REJONÓW EKSPLOATACYJNYCH PRZEWIETRZANYCH PRĄDAMI WZNOSZĄCYMI I SCHODZĄCYMI W WARUNKACH ZAGROŻENIA POŻAROWO-METANOWEGO Streszczenie. W artykule przedstawiono pewną koncepcję sposobu przeprowadzenia rewersji rejonu wentylacji eksploatacji ściany w warunkach rozwiniętego pożaru z uwzględnieniem zagrożenia metanowego. Wykonanie manewru rewersji wentylacji w rzeczywistych warunkach, przy złożonej strukturze wyrobisk rejonu, bez wcześniejszego przygotowania nie powinno być dozwolone. Bezpiecznym, a jednocześnie efektywnym sposobem jest wcześniejsze, przed wystąpieniem pożaru, ustalanie środków, jakie trzeba podjąć w celu przeprowadzenia rewersji lokalnej wraz z możliwymi zagrożeniami wynikającymi z ustalonych działań. Jako podstawę sposobu rewersji rejonów eksploatacyjnych przyjęto metodę symulacji numerycznej, która umożliwia prognozowanie procesów przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni w stanie awaryjnym, jakim jest pożar. Zastosowano system programów VentGraph, który jest dobrym narzędziem umożliwiającym prognozowanie zmiennego w czasie rozwoju ogniska pożaru i jego wpływu na rozpływ powietrza i gazów pożarowych. Opracowana nowa opcja programu VentGraph wyznaczania bocznic przekątnych wspomaga prowadzenie rewersji i ustalenie miejsc lokalizacji tam umożliwiających rewersję. Uzyskane wyniki (patrz przykład) potwierdzają prawidłowość działania opracowanych algorytmów wyznaczenia bocznic przekątnych oraz prowadzenia rewersji. Stwierdzono, że przed wystąpieniem pożaru w kopalni dla rejonu eksploatacji, szczególnie w warunkach zagrożenia metanowego, konieczne jest zbadanie wpływu przeprowadzenia rewersji lokalnej na występujące zagrożenia w celu ustalenia dodatkowych rygorów w planie zabezpieczenia przeciwpożarowego załogi. METHOD OF VENTILATION REVERSAL IN REGIONS CONTAINING ASCENDING AND DESCENDING CURRENTS IN THE CONDITIONS OF FIRE AND METHANE EXPLOSION HAZARDS Summary. The paper outlines a conceptual design of reversing the ventilation in the longwall region in the conditions of a fully-developed fire, taking into account the risk of methane explosion. In a real mine being a complex system of galleries and workings, reversal of ventilation should be forbidden, unless relevant preparation has been done. A safe and

20 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka effective method should be selected prior to eventual fire. Risks involved in those measures have to be duly assessed. Numerical simulations may support forecasting of flow in a ventilation of network under the emergency conditions, that is during a fire. For this purpose the VentGraph software system has been used, which is an excellent tool for forecasting the time-variable development of the fire source and its effects on the flow of air and gases. The newly developed option available in VentGraph allowing the diagonal branches to be indicated supports the reversing process and selection of regulators (ventilation door), used to perform the reversal. Results illustrated by an example confirm the adequacy of the developed algorithms used to determine the diagonal branches and carry out the reversion manoeuvre. It is established that prior to the fire occurrence, the effects of the reversion process on the risk levels have to be thoroughly investigated in order to plan the rigorous fire fighting procedures. 1. Wprowadzenie Zaistnienie pożaru w świeżym prądzie powietrza niesie ze sobą szczególnie duże zagrożenie. Rozróżniamy tu pożary powstałe w szybach wdechowych, w rejonie podszybi, w grupowych prądach świeżego powietrza, w rejonach eksploatacji ścian. Pożary powstałe w wymienionych miejscach w większości przypadków powodują szybkie zadymienie dużej części kopalni. Takie pożary charakteryzują się zazwyczaj gwałtownym rozwojem, spowodowanym dopływem do ognia dużej ilości powietrza. Z powyższych przyczyn pożary te doprowadziły do zaistnienia poważnych katastrof opisanych w książce prof. Z. Maciejasza i F. Kruka pt. Pożary podziemne w kopalniach. W chwili obecnej, z uwagi na dobre zabezpieczenie przeciwpożarowe szybów oraz prowadzony monitoring zagrożenia, zaistnienie pożaru w szybie wdechowym czy w grupowym prądzie świeżego powietrza jest mniej prawdopodobne niż w rejonach eksploatacji systemami ścianowymi. Rewersja wentylacji prądu głównego lub rewersja lokalna powoduje zmiany rozkładu ciśnienia i rozpływu powietrza, a w konsekwencji zmiany w rozkładzie stężenia metanu w zrobach i wyrobiskach kopalni. W przypadku kopalni metanowej dochodzi do zwiększenia zagrożenia w przypadku pożaru. Przykład pożaru w rejonie ściany N-12 w KWK Krupiński potwierdza konieczność prowadzenia badań, których celem jest opracowanie sposobu przygotowania rzeczywistego planu realizacji rewersji lokalnej. Za istotne uznano uwzględnienie zagrożenia metanowego podczas prowadzenia rewersji wentylacji. Bezpiecznym, a jednocześnie efektywnym sposobem jest wcześniejsze (przed wystąpieniem pożaru) ustalanie środków, jakie trzeba podjąć w celu przeprowadzenia rewersji lokalnej wraz z możliwymi zagrożeniami wynikającymi z ustalonych działań. Dobre

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 21 rezultaty daje zastosowanie metody symulacji komputerowej prognozowania rozpływu gazów pożarowych w wyrobiskach górniczych. Ta metoda pozwala na sprawdzenie wpływu różnych strategii działań prowadzących do bezpiecznego zwalczania skutków wywołanych pożarem. Przydatność metody symulacji jest znaczna; ułatwia ona zrozumienie zachodzących zmian po wywołaniu zaburzenia np. rewersji, ułatwia podejmowanie decyzji przez osoby dozoru ruchu kopalni, służy do ćwiczenia i szkolenia pracowników kopalni, pozwala na prognozowanie rozwoju sytuacji szczególnie w sytuacji awaryjnej. 2. Sposób rewersji lokalnej symulacja Jako podstawę ustalenia działań wentylacyjnych prowadzących do przeprowadzenia rewersji lokalnej dla rejonów przyjęto metodę symulacji numerycznej na podstawie systemu programów komputerowych VentGraph, który umożliwia prognozowanie procesów przewietrzania w warunkach normalnych oraz w stanie awaryjnym, jakim jest pożar. Proponowana metoda charakteryzuje się dużymi możliwościami obliczeniowymi i łatwością obsługi programu oraz interpretacji wyników jego obliczeń (Dziurzyński W., 2002), a ponadto umożliwia aktywne oddziaływanie prowadzącego symulacje na przebieg procesu przewietrzania. Program POŻAR pozwala na symulację nieustalonego rozpływu powietrza i gazów w sieci wyrobisk po wystąpieniu pożaru podziemnego. Należy dodać, że zastosowany model matematyczny w programie POŻAR uwzględnia dopływ metanu do wyrobisk oraz proces spalania metanu w ognisku pożaru (Dziurzyński W., 1991). Zastosowanie symulacji numerycznej prowadzi do określenia stanu przejściowego wywołanego pożarem podziemnym, który opisujemy przez wyznaczenie: natężenia przepływu powietrza i gazów pożarowych w każdej drodze wentylacyjnej, aktualnej depresji wentylatorów i pożaru, temperatury jako funkcji czasu i współrzędnych przestrzennych, propagacji dymów pożarowych, stężenia poszczególnych gazów (w tym metanu) jako funkcji czasu i położenia, czasu i obszaru przestrzennego, w którym dokonuje się odwrócenie kierunku przepływu lub znaczne zaburzenie wentylacji. Wymienione możliwości programu pozwalają na przewidywanie skutków użycia różnej taktyki przeciwpożarowej prowadzącej do rewersji lokalnej oraz ograniczenia procesów

22 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka palenia i usuwania zadymienia z zagrożonych wyrobisk. Prowadzenie wielowariantowych symulacji umożliwia poznanie przed wystąpieniem rzeczywistego zagrożenia zachowania się sieci wentylacyjnej w czasie prowadzenia manewrów wentylacji. Zastosowany model matematyczny w programie VentGraph został opisany w monografii (Dziurzyński W., 2002). W przypadku pożaru podziemnego w rejonie ściany (oddział eksploatacyjny) może zachodzić konieczność przeprowadzenia rewersji lokalnej wentylacji, np. ze względu na wyprowadzenie załogi znajdującej się w strefie niebezpiecznej. W sytuacji zaistnienia pożaru w rejonach eksploatacji ścian możliwości oddziaływania na przebieg rozwoju pożaru oraz zmiany w przepływie gazów pożarowych w wyrobiskach sprowadzają się, w zależności od potrzeb, do wykonania następujących manewrów wentylacji: zatrzymanie wentylatora, tzw. rewersja częściowa, rewersja całkowita, odwrócenie kierunku przepływu, rewersja w rejonie (lokalna) obejmująca tylko prąd powietrza przewietrzający rejon eksploatacji systemem ścianowym, w której występuje pożar, budowa tam wentylacyjnych i stabilizacji przepływu przez zamykanie lub otwieranie w odpowiednim miejscu tam wentylacyjnych, ograniczenie dopływu świeżego powietrza do ognia i zabudowanie tamy zasadniczej. Użycie i kolejność zastosowania wymienionych środków zależą od: miejsca pożaru, struktury sieci wentylacyjnej, a zwłaszcza wyznaczenia rejonu wyrobisk, dla których dane wyrobisko (np. ściana) jest bocznicą przekątną, miejsca zabudowy tam i sposobu ich zabezpieczenia w przypadku odwrócenia kierunku przepływu. Najważniejszymi czynnikami mającymi wpływ na wybór właściwych manewrów wentylacyjnych są: rozmieszczenie pracującej załogi w poszczególnych rejonach kopalni (ściany, przesypy, komory, podszybia), dopływ metanu do wyrobisk, aktualny stan rozwoju ogniska pożaru (wielkość, depresja pożaru), dostępność środków oddziaływania na pożar. Jeśli chodzi o sposobób wykonania rewersji lokalnej, to wymienione manewry wentylacyjne sprowadzają się do zastosowana tam wentylacyjnych; jedne z nich będą

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 23 otwierane, inne zamykane. W takim przypadku należy wyznaczyć wyrobiska, w których będą wykonywane wyznaczone manewry wentylacyjne. W skrajnych przypadkach mogą wystąpić sytuacje, w których dla przeprowadzenia rewersji lokalnej wyniknie konieczność wcześniejszego wykonania dodatkowych wyrobisk (Strumiński A., 1987). Operacja zamykania (tamy bezpieczeństwa) i otwierania tam (śluzy wentylacyjne) jest czynnością wymagającą pewnego czasu i koordynacji działań, co ma wpływ na stany przejściowe w przepływie powietrza. 3. Rewersja lokalna rejonów eksploatacyjnych 3.1. Założenia dla symulacji komputerowej prowadzenia rewersji W dalszym ciągu, korzystając z możliwości metod komputerowej symulacji procesu przewietrzania, przeprowadzimy analizę rozpływu powietrza i gazów pożarowych w sytuacji wystąpienia pożaru w rejonie ściany eksploatacyjnej kopalni metanowej. Celem wykonania takiej analizy jest zbadanie poziomu zagrożenia metanowego przed wykonaniem i po wykonaniu rewersji oraz określenie: czasów i dróg propagacji dymów, stężeń tlenu w strefie zadymionej, rozkładu temperatur powietrza za ogniskiem pożaru, czasu koniecznego na wykonanie manewru rewersji wentylacji głównej od chwili pojawienia się sygnału o pożarze, np. z czujnika tlenku węgla, efektów przeprowadzonej rewersji z punktu widzenia zagrożenia metanowego i dróg ucieczkowych, warunków przeprowadzenia manewru rewersji i wpisanie do planu akcji przeciwpożarowej. Uzyskanie odpowiedzi na wszystkie wymienione cele cząstkowe będzie wymagać realizacji następującego toku postępowania. 1. Przygotowanie rozszerzonej bazy danych dotyczących sieci wentylacyjnej, tj.: aktualnej bazy danych dla systemu VentGraph, danych dotyczących dopływu metanu do rejonu ściany, wytypowanie miejsca prawdopodobnego wystąpienia pożaru.

24 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka 2. Przygotowanie i realizacja taktyki prowadzenia obliczeń symulacji kolejnych rozpatrywanych sytuacji pożarowych. 3. Wybór sposobu obserwacji i dokumentowania wyników symulacji, założenie wirtualnego systemu monitoringu. 4. Właściwa interpretacja uzyskanych wyników z kolejnych obliczeń symulacji i wyciągnięcie wniosków przydatnych dla praktyki górniczej. 3.2. Wyznaczenie bocznic przekątnych w sieci wentylacyjnej Odwrócenie kierunku przepływu powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej kopalni jest możliwe jedynie w tzw. bocznicach przekątnych. Bocznicą przekątną jest bocznica, którą można przejść w przeciwnych kierunkach, idąc od węzła początkowego, związanego z wlotami do szybów transportowych, do węzła końcowego, odpowiadającego wylotom szybów wentylacyjnych. Za istotne dla sposobu realizacji rewersji lokalnej uznano sprawdzenie, czy w rozpatrywanym rejonie wyrobisk są bocznice przekątne, w których powietrze mogłoby zmienić kierunek przepływu na skutek zamykania i otwierania tam w istniejących wyrobiskach. Zagadnienie wyznaczenia bocznic przekątnych w złożonej sieci kopalnianej nie jest nowe i było przedmiotem rozważań innych badaczy (Bystroń H., 1956, Czeczott H., 1957, Frycz A., Sułkowski J., Kolarczyk M., 1987, Kolarczyk M., 1990, Kolarczyk M., 1993, Szlązak N., Liu Jian, Borowski M., Obracaj D., 1998). Z uwagi na zastosowanie metody komputerowej symulacji procesu przewietrzania jako narzędzia sposobu wykonania rewersji lokalnej przewietrzania podjęto udaną próbę opracowania algorytmu wyznaczenia bocznic przekątnych dla złożonej struktury sieciowej z wieloma wentylatorami. Opracowany algorytm pozwolił na ułożenie procedur w programie komputerowym POŻAR systemu VentGraph. Algorytm wyznaczenia bocznic przekątnych umożliwił ułożenie procedur programu komputerowego POŻAR systemu VentGraph. Opcja Przekątne w module POŻAR służy do sprawdzenia, czy w rozpatrywanym rejonie wyrobisk są bocznice przekątne, w których powietrze mogłoby zmienić kierunek przepływu, gdyby zaistniała taka potrzeba podczas przeprowadzanych działań wentylacyjnych w kopalni. Po wywołaniu opcji Przekątne na ekranie pojawi się okno panelu Przekątne (rys. 1). Aby sprawdzićm, czy rozpatrywana bocznica jest przekątną w danym rejonie, należy wskazać najpierw bocznice wlotową i wylotową z tego rejonu. Po wciśnięciu klawisza Wskaż bocznicę wlotową do rejonu należy kursorem myszy wskazać na schemacie przestrzennym sieci wlot do rozpatrywanego rejonu (zatwierdzić lewym klawiszem myszy),

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 25 a następnie użyć klawisza Wskaż bocznicę wylotową z rejonu oraz wskazać kursorem (i lewym klawiszem myszy) na rysunku sieci wylot z tego rejonu. Numery wybranych bocznic będą wyświetlane w panelu okna Przekątne obok właściwych im opisów klawiszy. Mając tak określony rejon sieci, można przystąpić do sprawdzania, która z bocznic jest przekątną w tym rejonie. Po wciśnięciu klawisza Wskaż bocznicę przekątną należy wskazać na schemacie sieci bocznicę, która nas interesuje. Program analizuje rejon dla tej bocznicy i po obliczeniach wyświetla obok klawisza informację, czy wskazana bocznica jest przekątną w tym rejonie. W ten sposób, wskazując kolejno interesujące nas bocznice, sprawdzamy, czy są przekątnymi w danym rejonie. Jeżeli otrzymane wyniki nie spełniają naszych oczekiwań, w każdej chwili można zmienić też rozpatrywany rejon. Wybierając nową bocznicę wlotową czy wylotową dla rejonu, można go zawęzić lub rozszerzyć. Wówczas po zmianie każdej z tych bocznic program analizuje rejon dla ostatnio wskazanej bocznicy przekątnej i wyświetla nową informację w oknie panelu. Oczywiście po zmianie rejonu całą operację ze sprawdzaniem przekątności poszczególnych bocznic można powtarzać. 4. Wyznaczenie stanu w rozpływie gazów pożarowych po wykonaniu rewersji lokalnej przykłady zastosowania Z uwagi na ogromną liczbę danych, jakie można uzyskać z jednej symulacji wpływu pożaru na rozpływ gazów pożarowych, a zwłaszcza dla planowanej rewersji lokalnej, dla celów udokumentowania wyników obliczeń przyjęto, że: wyniki symulacji zostaną przedstawione w postaci graficznej jako kopie ekranu fragmentu schematu przestrzennego sieci wentylacyjnej obejmującej badany rejon. Na przedstawionych schematach grubą linią będą zaznaczone drogi przemieszczania się gazów pożarowych oraz metanu. Obserwacja tych dróg pozwala na ocenę propagacji gazów pożarowych i wyznacza strefę zagrożoną, zostaną pokazane wykresy czasowe zmian wydatku przypływu powietrza i gazów pożarowych oraz zmian innych istotnych parametrów mających wpływ na przepływ gazów pożarowych, np. temperatura ogniska pożaru czy zmiany stężenia metanu w wybranym miejscu wyrobiska.

26 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka Program POŻAR pozwala obserwować przepływ gazów pożarowych w wirtualnej sieci wentylacyjnej kopalni i zawiera procedury umożliwiające symulacje pracy sytemu monitoringu. Umożliwiają to opcje: rozmieszczenia czujników pomiarowych w wybranych miejscach bocznic sieci wentylacyjnej, czujnik wydatku (prędkości), czujniki stężeń metanu, tlenu, tlenku węgla, czujnik temperatury, czujnik temperatury ogniska pożaru, czujnik strumienia ciepła generowanego w ognisku pożaru, przedstawienia wykresów wartości rejestrowanych wprost na ekranie komputera w formie przesuwanego okienka, rejestracji danych pomiarowych czujników na dysku komputera, umożliwiająca ich archiwizację i sporządzanie wykresów zmian obserwowanego parametru. 4.1. Przykład rejon ściany N-12 Na podstawie bazy danych systemu programów VentGraph zaktualizowano strukturę sieci wentylacyjnej kopalni Krupiński dla stanu struktury sieci i warunków przepływu powietrza w dniu zaistnienia pożaru na wylocie ze ściany N-12. Uzupełniono bazę danych o wyrobiska rejonu ściany N-12 oraz wykonano prognostyczne obliczenia rozpływu powietrza w całej sieci wentylacyjnej, odtwarzając stan w rozpływie przed powstaniem pożaru. Na rys. 1 przedstawiono fragment sieci wentylacyjnej kopalni Krupiński z rejonem ściany N-12. Pierwszym etapem (I) sposobu prowadzenia rewersji lokalnej przewietrzania ściany N-12 jest wykonanie symulacji rozpływu gazów pożarowych i wyznaczenia drogi przepływu gazów pożarowych do szybu wentylacyjnego. Korzystając z programu POŻAR systemu programów inżyniera wentylacji VentGraph, przeprowadzono stosowne symulacje, a na rys. 1 pokazano liną pogrubioną wyrobiska, w których przemieszczają sie gazy pożarowe. Przyjęto, że pożar powstał w chodniku 1, na wlocie do ściany N-12, i wygenerował znaczną objętość gazów pożarowych, stwarzając poważne zagrożenie atmosferą niezdatną do oddychania na drodze wylotowej ze ściany N-12. Kolejnym etapem (II) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest sprawdzenie, czy wyrobisko z pożarem jest bocznicą przekątną, gdyż w takim przypadku możliwe jest wykonanie zmiany kierunku przepływu powietrza w rozważanym rejonie ściany N-12. Wykorzystując nową opcję programu POŻAR Przekątne (rys. 1), przeprowadzono następujące czynności, polegające na:

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 27 1. wskazaniu bocznicy wlotowej do rejonu doprowadzającej świeże powietrze, 2. wskazaniu bocznicy wylotowej odprowadzającej zużyte powietrze z rejonu, 3. wskazaniu bocznicy przekątnej w rozważanym przypadku jest to ściana N-12, bocznica nr 548. Rys. 1. Schemat przestrzenny kopalni Krupiński, rejon ściany N-12, okno procedury Przekątne, określanie wlotu i wylotu w celu wyznaczenia bocznicy przekątnej Fig. 1. A spatial plan of Krupiński mine, N-12 longwall area, Diagonals procedure window, selection of the inlet and outlet for the determination of a diagonal air split Ustalone powyżej postępowanie prowadzimy, rozpoczynając od wywołania opcji Przekątne i zgodnie z opisem procedury w oknie programu wskazujemy bocznice od strony wlotu i wylotu do rejonu oraz wskazujemy poszukiwaną bocznicę przekątną. Na rys. 1 pokazano widok ekranu z oknem opcji Przekątne. Czynności prowadzimy, aż algorytm stwierdzi dla wprowadzonej pary bocznic z wlotu i wylotu z rejonu, że ściana N-12 jest bocznicą przekątną. W takim przypadku w oknie procedury Przekątne pojawi się komunikat napisany tekstem czerwonym: Bocznica nr: 548 jest przekątną w tym rejonie. Dla rozważanego przypadku wyznaczono, że bocznicą wlotową jest przekop N-1, poz. 820, wyrobisko o numerze 55 między węzłami 65-67. Bocznicą wylotową jest chodnik diagonalny N-8, wyrobisko o numerze 210 między węzłami 643-644. Pożar powstał w chodniku 2, na wlocie do ściany N-12, gazy pożarowe kierują się do ściany i dalej do chodnika wentylacyjnego N-12 (między węzłami 651-640), a następnie do pochylni N-10, pokł. 329/1, 329/1-2. Skutkiem eksploatacji w ścianie N-12 mamy dopływ metanu zarówno z calizny węglowej, z pokładów nadległych i podległych, jak i ze ściany sąsiedniej N-14, który wynosi

28 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka 18,1 m 3 /min. Ilość powietrza w ścianie przed pożarem wynosi 1390 m 3 /min, a stężenie metanu na wylocie to 1,3 %CH4. Ze względu na dopływ metanu w przypadku rewersji przewietrzania wstępują stany nieustalone, a okresowo znacznie wzrośnie stężenie metanu, które może przekraczać wartości dopuszczalne, jak również osiągnąć stężenia wybuchowe. Kolejnym etapem (III) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest wyznaczenie wyrobisk, w których należy zamknąć tamy, oraz wyrobisk, w których otworzymy tamy ułatwiające przepływ powietrza. Wyniki symulacji zostaną pokazane na rysunkach jako kopie ekranu w czasie symulacji oraz w postaci wykresów czasowych zmian w przepływie powietrza i gazów pożarowych, wywołanych powstaniem pożaru na wlocie ze ściany N-12. Na prezentowane wyniki ma też wpływ scenariusz prowadzenia rewersji wentylacji, który wynika z następujących działań: do 5. godziny od rozpoczęcia pożaru nie oddziaływano na przebieg rozwoju pożaru oraz na transport gazów pożarowych, po upływie 5. godziny od rozpoczęcia pożaru podjęto operację zamknięcia i otwarcia tam w wyznaczonych wyrobiskach. W przykładzie obliczeniowym manewry wentylacyjne zamykania lub otwierania realizowano w czasie 10 minut. wydatek [m 3 /s] 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 "początek rewersji" ograniczenie dopływu powietrza do pożaru zmiany wydatku przepływu powietrza w ścianie N-12 "tama zasadnicza" Wydatek- ściana-n-12.grf 200 600 1000 1400 0 400 800 1200 1600 czas [min] Rys. 2. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów pożarowych w ścianie N-12 Fig. 2. Variations in the delivery of the flow of air and fire gases in the N-12 longwall Na rys. 2 pokazano zmiany wydatku przepływu w ścianie N-12, a na rys. 3 przedstawiono zmiany wydatku przepływu w pochylni N-10-część I, która po otwarciu tam w pochylni N-10 doprowadza świeże powietrze do ściany N-12.

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 29 20 zmiany wydatku przepływu powietrza w pochylni N-10 "tama zasadnicza" wydatek [m 3 /s] 15 10 5 "początek rewersji" otwarcie tamy w pochylni N-10 pokł.329/1, 329/1-2 0 0 200 600 1000 1400 400 800 1200 1600 czas [min] Rys. 3. Zmiany wydatku przepływu powietrza i gazów pożarowych w pochylni N-10-część I Fig. 3. Variations in the delivery of the flow of air and fire gases in the N-10 inclined drift, part I Interesujące przebiegi zmian stężenia metanu w przepływających gazach pożarowych, będące wynikiem wykonywania operacji zamykania i otwierania tam, są rejestrowane przez czujniki wirtualnego systemu monitoringu programu POŻAR systemu VentGraph. Na rys. 4 obserwujemy zmiany stężeń metanu na wylocie z chodnika wentylacyjnego N-12, a na rys. 5 zmiany stężenia metanu na wlocie do ściany N-12 przed wykonaniem i po wykonaniu rewersji przewietrzania. 10 zmiany stężenia metanu na wylocie z chodnika wentylacyjnego N-12 stężenie metanu [%] 8 6 4 2 początek rewersji 0 metan- N-12 100 200 300 500 600 700 900 1000 1100 1300 1400 1500 0 400 800 1200 1600 czas [min] Rys. 4. Przebieg zmian stężenia metanu na wylocie z chodnika wentylacyjnego N-12 Fig. 4. The course of the variations of the methane concentration at the outlet from the N-12 airheading

30 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka stężenie metanu [%] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 zmiany stężenia metanu na wlocie do ściany N-12 początek rewersji metan- N-12 100 200 300 500 600 700 900 1000 1100 1300 1400 1500 0 400 800 1200 1600 czas [min] Rys. 5. Przebieg zmian stężenia metanu na wlocie do ściany N-12 Fig. 5. The course of the variations of the methane concentration at the intlet to the N-12 longwall Obserwujemy, że po wykonanej rewersji stężenie metanu okresowo znacznie wzrasta, po czym maleje. Interesującą sytuację obserwujemy na rys. 5, który przedstawia czasowe zmiany stężenia metanu na wlocie do ściany N-12 doprowadzającym powietrze. Po przeprowadzeniu rewersji lokalnej przepływ powietrza w ścianie okresowo zmalał (rys. 2), co spowodowało gwałtowny wzrost stężenia metanu. Po odwróceniu kierunku przepływu przez drogę odprowadzania gazów pożarowych przepływa korek metanu o znacznie podwyższonym stężeniu metanu, stwarzając niebezpieczną sytuację. Dobrymi miernikami oceny atmosfery w rejonie objętym pożarem są pomiar składników gazów pożarowych i obrazowanie wyników pomiaru na wykresie tzw. trójkąta wybuchowości. Program POŻAR systemu VentGraph ma taką opcję, a wynik jej działania pokazano na rys. 6. Analizując pokazane wyniki symulacji na rys. 6, można stwierdzić, że po wykonaniu rewersji wentylacji w obserwowanym czasie nie ma zagrożenia wybuchem metanu w rejonie ściany N-12. Pokazana sytuacja jest tylko chwilowa, gdyż w przypadku zmniejszenia ilości powietrza dopływającego do rejonu przez ograniczenie dopływu powietrza po rewersji lokalnej do ściany N-12, a następnie dalszego ograniczenia przepływu powietrza wzajemna relacja dostępności tlenu i metanu znajduje się blisko obszaru wybuchowego. Na rys. 6, w pokazanym oknie programu POŻAR Trójkąt wybuchowości obserwujemy wzajemną relację dostępności tlenu i stężenia metanu, która jest niebezpiecznie blisko obszaru wybuchowego.

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 31 Rys. 6. Rejon wyrobisk ściany N-12, drogi przepływu gazów pożarowych po rewersji z pokazanym trójkątem wybuchowości Fig. 6. The area of the N-12 longwall headings, the ways of the flow of fire gases after the reversion with an explosiveness triangle shown 5. Podsumowanie Jako podstawę sposobu rewersji lokalnej rejonów eksploatacyjnych przewietrzanych prądami schodzącymi, jak również wznoszącymi oraz ustalenia działań wentylacyjnych prowadzących do przeprowadzenia rewersji lokalnej przyjęto metodę symulacji numerycznej, która umożliwia prognozowanie procesów przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni w stanie awaryjnym, jakim jest pożar. Zastosowanie specjalistycznego programu POŻAR systemu VentGraph, a zwłaszcza nowa opcja programu wyznaczania bocznic przekątnych, pozwala na prognozę rozpływu powietrza, metanu i gazów pożarowych w czasie trwania rozwoju sytuacji pożarowej. Możliwość interaktywnego oddziaływania na przebieg zjawisk przepływowych i procesu palenia umożliwia szczegółowe przygotowanie taktyki postępowania na wypadek konieczności wykonania rewersji lokalnej. System VentGraph jest aktualnie jedynym narzędziem pozwalającym na prognozowanie zmiennego w czasie rozwoju ogniska pożaru i jego wpływu na rozpływ powietrza i gazów pożarowych. Z przeprowadzonych przykładowych symulacji wynikają następujące uwagi i zalecenia. 1. Pierwszym etapem (I) sposobu przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej przewietrzania ściany jest wykonanie symulacji rozpływu gazów pożarowych i wyznaczenia drogi przepływu gazów pożarowych do szybu wentylacyjnego.

32 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka 2. Drugim etapem (II) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest sprawdzenie, czy wyrobisko z pożarem jest bocznicą przekątną. Stosując nową opcję programu POŻAR Przekątne (rys. 1), należy przeprowadzić czynności opisane w pkt. 4.1. 3. Trzecim etapem (III) przygotowania taktyki prowadzenia rewersji lokalnej jest wyznaczenie wyrobisk, w których należy zamknąć tamy, oraz wyrobisk, w których otworzymy tamy ułatwiające przepływ powietrza. Na podstawie komputerowej symulacji i wielowariantowych obliczeń identyfikujemy wyrobiska, w których należy zamknąć tamy oraz w których otwieramy tamy. W tym postępowaniu pomocne są wyznaczone bocznice wlotowe i wylotowe do rejonu. 4. Wykonane symulacje w złożonej strukturze połączeń wyrobisk wykazały, że rewersja jest możliwa do przeprowadzenia, przy czym dla kopalń metanowych manewr rewersji wywołuje stan zagrożenia wybuchem, a wobec tego powstaje pytanie, czy rewersja powinna być w tych warunkach przeprowadzona. Można stwierdzić z całą pewnością, że sytuację w przepływie powietrza dodatkowo utrudnia dopływ metanu do rejonu ściany (Dziurzyński W., 1991; Dziurzyński W., Tracz J., 1995, Szlązak N., Zając K., 1998), dlatego też przed wystąpieniem pożaru w kopalni z punktu widzenia zagrożenia metanowego konieczne jest zbadanie wpływu przeprowadzenia rewersji lokalnej na występujące zagrożenie w celu ustalenia dodatkowych rygorów w planie zabezpieczenia przeciwpożarowego załogi. 5. Jak z powyżej przytoczonych uwag wynika, postępowanie prowadzące do rewersji lokalnej w przypadku pożaru w rejonowym prądzie powietrza wymaga opracowania każdorazowo dla każdego przypadku rejonu i miejsca pożaru zasad taktyki prowadzenia akcji przeciwpożarowej, w tym rewersji lokalnej. Artykuł opracowano w ramach projektu strategicznego, zadanie badawcze nr 2 pt. Opracowanie zasad projektowania robót górniczych w warunkach występowania skojarzonego zagrożenia metanowo-pożarowego w aspekcie systemów przewietrzania w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny, finansowanego przez NCBiR. BIBLIOGRAFIA 1. Bystroń H.: Sposób kreślenia kanonicznych schematów przewietrzania. Przegląd Górniczy, nr 3, 1956, s. 86-100. 2. Dziurzyński W.: Ognisko pożaru podziemnego w warunkach dopływu metanu model matematyczny. Archiwum Górnictwa, t. 36, z. 3, 1991.

Sposób realizacji rewersji wentylacji rejonów eksploatacyjnych... 33 3. Dziurzyński W.: Symulacja numeryczna procesu przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. Rozprawy-Monografie, nr 2, Prace IMG PAN, 2002. 4. Dziurzyński W., Tracz J.: Rewersja wentylacji głównej w przypadku pożaru w grupowym prądzie świeżego powietrza. XXI Dni Techniki ROW'95, Wodzisław Śląski, 18-19.10.1995, s. 165-175. 5. Strumiński A.: Zwalczanie pożarów podziemnych w kopalniach. Wydawnictwa PAN, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 1987. 6. Szlązak N., Zając K.: Ocena możliwości wykonywania rewersji wentylacji głównej w kopalniach węgla kamiennego. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków 1998, str. 92. 7. Czeczott H.: Metoda badań i wyniki prac nad teorią wentylacji. Wybór pism H. Czeczotta, opracowanie J. Litwiniszyn, PWN, Warszawa 1957. 8. Frycz A., Sułkowski J., Kolarczyk M.: Sposoby wymuszania i regulacji rozpływu powietrza w głębokich kopalniach rud miedzi. CUPRUM, nr 1-2, 1987. 9. Kolarczyk M.: Definiowanie i wyznaczanie charakterystyk części kopalnianych sieci wentylacyjnych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, s. Górnictwo, z. 188, Gliwice 1990. 10. Kolarczyk M.: Wpływ struktury kopalnianej sieci wentylacyjnej na wrażliwości prądów powietrza przy zmianach oporów bocznic. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, s. Górnictwo, z. 214, Gliwice 1993. 11. Szlązak N., Liu Jian, Borowski M., Obracaj D.: Numeryczne wyznaczanie bocznic przekątnych w kopalnianych sieciach wentylacyjnych. Archives of Mining Sciences, nr 4, 1998, s. 549-561. Abstract As the basis of the local reversion way in the exploitation areas which are aerated with both descending and ascending air currents and for the determination of the ventilation processes leading to the execution of a local reversion, a numerical simulation method was adopted which makes it possible to prognosticate the airing processes of the ventilation network of the mine in fire emergency conditions. The use of the specialist FIRE (Polish: POŻAR) program of the VentGraph system, and in particular the new option of the program for the determination of diagonal air splits allows to predict the spreading of air, methane, and fire gases during fire conditions. The possibility of an interactive influence on the course of the flow occurrences and the fire process allows the development of detailed tactical procedures for the case when a local reverse is necessary to carry out. The VentGraph system is presently the only tool making it possible to prognosticate the spread of the time variable fire centre and its effect on the spreading of air and fire gases. From the example simulations which were carried out, the following notes and recommendation arise: 1. The first (I) stage of the development of the tactics for the procedure of a local reverse of the airing of a longwall is to carry out a simulation of the spreading of fire gases and the determination of the way the fire gases flow into a ventilating shaft. 2. The second (II) stage of the development of the tactics for the procedure of a local reversion is to check whether the heading taken with a fire is a diagonal air split. With the use of the new option of the FIRE (Polish: POŻAR) program, called Diagonals (Polish: Przekątne ) see Fig. 1., the actions described in item 4.1 shall be carried out. 3. The third (III) stage of the development of the tactics for the procedure of a local reversion is to select the headings where the fire dams should be closed up and the

34 W. Dziurzyński, A. Krach, T. Pałka headings in which the dams should be opened and air flow facilitated. On the basis of a computer simulation and multi-variant calculations the headings where the fire dams should be closed up or opened shall be selected. In this procedure, the selected inlet and outlet air splits into/from the area in question are helpful. 4. The simulation performed in the complex structure of heading connections showed that a reversion can be carried out, but for methane mines a reversion manoeuvre creates explosion hazard conditions. Therefore, the question arises as to whether a reversion procedure should be in these circumstances carried out at all. It can be stated with absolute certainty that the conditions of air flow are additionally hindered by the methane inflow to the longwall area (Dziurzyński W. 1991, Dziurzyński W. Tracz J. 1995), (Szlązak N. Zając K, 1998). That is why, considering a methane hazard, before a fire starts in the mine, the effects of a local reversion on the existing hazards should be examined to establish additional strict rules in the plan of the fire-protection for the crew. 5. As it results from the above notes, the proceeding leading to a local reversion in case of a fire within a local air current requires each time, for each area case, and each fire place the rules of tactics of firefighting actions, including that of a local reversion.