SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE z realizacji strategicznego projektu badawczego Poprawa bezpieczestwa pracy w kopalniach

EGZEMPLARZ nr... 1 ) SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE z realizacji strategicznego projektu badawczego Poprawa bezpieczestwa pracy w kopalniach Zleceniodawca: Narodowe Centrum Bada i Rozwoju Kierownik projektu: prof. dr hab. in. Stanisław Wasilewski Kierownik etapu: dr in. Janusz Cygankiewicz Zadanie nr 3: Opracowanie zasad pomiarów i bada parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagroenia metanowego i poarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywajcych wgiel kamienny Zadanie szczegółowe nr 2: Opracowanie nowych metod pobierania prób powietrza ze zrobów i przestrzeni otamowanych, ich analizy i interpretacji wyników dla biecej oceny stanu zagroenia poarowego i metanowego w rejonach wentylacyjnych. Etap nr 4: Opracowanie nowej metody pobierania prób powietrza ze zrobów ciany i przestrzeni otamowanych wraz z analiz i interpretacj wyników oraz ocen wpływu działa profilaktycznych (uszczelniania zawału, inertyzacji i konsolidacji zrobów, odmetanowania) dla biecej oceny stanu zagroenia poarowego w rejonach wentylacyjnych Nr umowy: SP/K/3/143694/11 z dnia: 10.06.2011 Nr komputerowy w GIG: 01060041-110 Data rozpoczcia projektu/zadania/etapu: *) 01.10.2011 Data zakoczenia projektu/zadania/etapu: *) 31.03.2013 Słowa kluczowe: bezpieczestwo, górnictwo, kopalnia wgla, zagroenie poarowe, metoda oceny piecztka i podpis kierownika projektu piecztka i podpis Naczelnego Dyrektora GIG 1) wypełnia odrcznie po wydrukowaniu Druk GIG: PS-7.13 zał. nr 1, wyd. 7 wane od 11.2010 r.

Zespół realizujcy badania: stopie - imi i nazwisko dr. in. Janusz CYGANKIEWICZ dr in. Józef KNECHTEL, mgr in. Dariusz Gapiski mgr in. Lucjan wierczek mgr in. Marek Wickowski Abstrakt: (minimum 500 znaków maksimum 1000 znaków)!! " # $# " Stopie ochrony sprawozdania merytorycznego: * ) Ogólnodostpne Do wykorzystania za zgod kierownika jednostki/ komórki organizacyjnej GIG wiodcej w pracy Do wykorzystania za zgod Naczelnego Dyrektora GIG lub Zastpcy Naczelnego Dyrektora ds. Bada i Wdroe Do wykorzystania za zgod Wnioskodawcy **) Załczniki (publikacje, zeszyty, płyty CD itp. w sposób trwały zawarte we wspólnym opakowaniu): 1. 2. Sprawozdanie merytoryczne otrzymali: 1. Archiwum Dokumentacji Prac Naukowo-Badawczych w NCS-1 GIG, egz. nr 1 - kat. arch. A 2. Zleceniodawca, 3. Jednostka/komórka organizacyjna GIG, egz. nr 2, 3 4. Wnioskodawca, **) Wypełnia NCS-1 GIG: Nr inwentarzowy: Sygnatura: *) niepotrzebne skreli **) dotyczy projektów celowych

Strategiczny projekt badawczy Poprawa bezpieczestwa pracy w kopalniach W ramach realizacji etapu 4 zadania 2 przeprowadzono badania laboratoryjne, teoretyczne i pomiary in situ w zrobach i przestrzeniach otamowanych. Głównym celem bada w ramach niniejszego etapu jest opracowanie metodyki poboru próbek gazowych z rejonów wydobywczych prowadzonych w warunkach zagroenia poarami endogenicznymi, szczególnie przy współwystpowaniu zagroenia metanowego. Zasady opracowanej metodyki oparto na wynikach symulacji zjawisk zachodzcych w przestrzeni zrobowej przeprowadzonej na opracowanym modelu prognostycznym samozagrzewania wgla w zrobach. Model ten jest syntez informacji zaczerpnitych z fizykochemii, termodynamiki, mechaniki płynów, nauki o transporcie ciepła i masy. Model ten skalibrowano, przyjmujc wartoci parametrów brzegowych i pocztkowych uzyskanie od słub geologicznych i wentylacyjnych poszczególnych kopal oraz wartoci uzyskanie podczas bada laboratoryjnych próbek wgla (w szczególnoci jego własnoci sorpcyjnych). Ponadto wzito pod uwag wyniki pomiarów parametrów charakteryzujcych rzeczywisty przebieg stanu zagroenia poarowego, głownie wyniki przeprowadzanych w Laboratorium Samozapalnoci Wgla GIG pomiarów chromatograficznych próbek pobieranych z rejonów wydobywczych w szczególnoci stref zrobowych, wyrobisk przycianowych w ssiedztwie zrobów, rur pomiarowych pozostawianych w zrobach, otworów wiertniczych kontrolnych oraz odmetanowujacych zroby i górotwór. 1. Metoda pobierania prób powietrza do analiz chemicznych ze zrobów i przestrzeni otamowanych Dla wykrycia ogniska samozagrzewania wgla we wczesnych fazach jego rozwoju istotne znacznie ma rzetelna i odpowiednia wczesna informacja o miejscu zaistnienia zagroenia i fazie jego rozwoju, jednak dokładne zlokalizowanie ogniska poarowego w zrobach jest czsto utrudnione wobec rozległoci i niedostpnoci stref zrobowych. Dotychczas jedynym cho czciowymi rozwizaniem tego problem było stosowanie rur (rzadziej wy) pomiarowych tzw. traconek układanych za frontem cianowym wzdłu chodnika przycianowego wentylacyjnego. W przypadku zastosowania systemu przewietrzania przektnego i utrzymywania chodnika wentylacyjnego wzdłu zrobów stosowane s czsto sondy pomiarowe instalowane w okrelonych odstpach w ociosach odzawałowych chodnika. Te rozwizania techniczne, czsto stosowane w polskim górnictwie pozwalaj na dorane, zdalne pobieranie próbek za pomoc przyrzdów rcznych lub, tam gdzie to jest dopuszczone, 3

za pomoc elektrycznych pomp pomiarowych. Z tego powodu zastosowanie rur pomiarowych i sond pozwala na pobór próbek do pomiarów o wyranie ograniczonej czstotliwoci. Jednym z produktów zadania 2 jest opracowanie urzdzenia do automatycznego pobierania próbek wraz z ich analiz w systemie gazometrii automatycznej. W ramach prac badawczych projektu urzdzenie to zaprojektowano, zbudowano i zainstalowano do testowania w warunkach dołowych. Układ poboru próbek analogiczny do rur pomiarowych typu rura pomiarowa tracona zastosowano w kopalni Zofiówka w cianie F-1 pokł.406/1 przewietrzanej w zwrotnym układzie przewietrzania (na U ), przy czym odstpy pomidzy kocówkami ssiednich wy pomiarowych ustalono na około 60 m (rysunek poniej) 4

Schemat zabudowy rur pomiarowych oraz wygrodze w chodniku nadcianowym F-1 pokł.406/1 KM 620 16.04.zm E 16.04.zm D 17.04.zm E 18.04.zm E 19.04.zm A+E 19.04.zm D 21.04.zm E 22.04.zm E 23.04.zm E 24.04.zm A+E 05.05.zm E 07.05.zm E 07.05.zm D organ ze stojaków drewnianych linia chromatograficzna nr 1 linia chromatograficzna nr 2 komora mieszania lutniocig Chodnik nadcianowy F-1 pokł. 406/1 około 10m rura pomiarowa ø100 L=3m zabudowana na KM 620 wygrodzenie ze spoiwa mineralnego około 60m wygrodzenie z piany chemicznej 08.05.2012 KM 693 zroby ciany zm A 6.00 zm E 12.00 zm F 18.00 zm D 24.00 W kopalni Halemba natomiast układ poboru próbek analogiczny do sond pomiarowych zastosowano w cianie 2 w pokładzie 502H, przewietrzanej przektnie. Kocówki ssiadujcych wy pomiarowych prowadzonych wzdłu chodnika cianowego 3 oddalone od siebie o 50 m. 5

Monitoring prowadzony na obu stanowiskach wykazał przydatno urzdzenia. Naley podkreli, e urzdzenie pozwala na niezaleny pobór próbek do worków próbobiorczych w celu analizy np. chromatograficznej. W obu przypadkach Zakład Aerologii Górniczej prowadził niezaleny chromatograficzny monitoring składu atmosfery zrobowej. 6

Strategiczny projekt badawczy Poprawa bezpiecze stwa pracy w kopalniach 2. Nowa metoda analizy i interpretacji wyników analiz prób powietrza dla bie cej oceny stanu zagro enia po arowego w rejonach wentylacyjnych 2.1 Wprowadzenie Ocena stanu zagro enia po arowego w rejonie eksploatacyjnym polega na znalezieniu odpowiedzi na pytania czy w rejonie tym ma miejsce zagrzewanie w gla a je li tak to gdzie ono zachodzi i jaki jest stopie zaawansowania procesu. Rozró nia si dwie zasadnicze fazy procesu samozagrzewania: Faza pierwsza - pocz tkowa, rys.1 w której temperatura zagrzewaj cego si w gla jest ni sza od temperatury krytycznej. Sytuacj w rejonie wydobywczym uznaje si wówczas za normaln. Kopalnia prowadzi przewidziane w planie ruchu prace prewencyjne. Faza druga zaawansowanego procesu samozagrzewania, w której temperatura zagrzewaj cego si w gla jest wy sza od temperatury krytycznej ale ni sza jeszcze od temperatury zapłonu. Przekroczenie temperatury krytycznej w gla oznacza, e stosowane dot d rodki prewencji po arowej były niewystarczaj ce i nale y niezwłocznie przyst pi do prac profilaktycznych, których celem jest zahamowanie rozwoju, a nast pnie likwidacja ogniska samozagrzewania. Po przekroczeniu przez w giel temperatury zapłonu ma miejsce samozapalenie w gla. Nale y wtedy przyst pi do akcji po arowej. Rys.1 Fazy procesu samozagrzewania, procesy fizyczne i chemiczne, towarzysz ce amozagrzewania w gla. 7

Decydujcym o zagroeniu poarem endogenicznym w wyrobiskach kopal jest przebieg procesu samozagrzewania w zakresie od temperatury pierwotnej (pocztkowej) do temperatury krytycznej, powyej której szybko samozagrzewania gwałtownie wzrasta. Procesowi samozagrzewania towarzyszy emisja gazów. Gazy te s produktami utleniania (przede wszystkim dwutlenek wgla CO 2, tlenek wgla CO i para wodna H 2 O) oraz termicznego rozkładu wgla. Termiczny rozkład wgla jest procesem towarzyszcym od pocztku utlenianiu i spalaniu wgla a w przypadku braku tlenu moe zachodzi samodzielnie dajc w efekcie produkty gazowe lub ciekłe. Gdy wgiel ogrzewa si w wyniku samozagrzewania od temperatury pierwotnej do temperatury krytycznej zachodzi przede wszystkim desorpcja gazów (rys.1). Głównie metanu, azotu, pary wodnej ale i te w niewielkich ilociach wodoru H 2, etanu C 2 H 6, etylenu C 2 H 4, propanu C 3 H 8 i propylenu C 3 H 6. Powyej tej temperatury desorpcji gazów towarzyszy destylacja fazy ruchomej powodujc wydzielanie smołowych składników alifatycznych i gazów. Wród gazowych produktów zwraca szczególnie uwag gwałtowny przyrost wydzielania si wglowodorów C 2 -C 3 takich jak zwłaszcza etan, etylen, propan, propylen. Powyej temperatury zapłonu wgla coraz bardziej zaznacza si kondensacja struktur aromatycznych dziki czemu tworzy si wgiel (char), a towarzyszy temu w kocu tworzenie si duych iloci tlenku wgla, wodoru, azotu i metanu [van Heek, 1994]. Zwraca tu przede wszystkim uwag przyrost wydzielania si wodoru który kształtuje si na poziomie wydzielania tlenku wgla. W badaniach nad doskonaleniem metod wczesnego wykrywania poarów endogenicznych zwrócilimy uwag na fakt, e skład gazów wydzielajcych si z zagrzewajcego si wgla (tlenek wgla, dwutlenek wgla, wodór H 2, etylen C 2 H 4, propylen C 3 H 6, acetylen C 2 H 2 ) tworzy widmo charakterystyczne dla danej fazy rozwoju procesu samozagrzewania i danej temperatury. 2.2 Skład gazów wydzielajcych si z próby wgla podczas samozagrzewania w warunkach laboratoryjnych wieo pobrany z calizny wgiel kruszy si i umieszcza w komorze reakcyjnej aparatu a nastpnie doprowadza powietrze. Masa wgla wynosi 0,5 kg. W wyniku zachodzcych egzotermicznych procesów utleniania temperatura wgla podnosi si. W lad za temperatur 8

wgla podnosi si temperatura nagrzewnic. Wydzielajce si z próbki wgla gazy poddawane s quasi cigłej analizie chromatograficznej. Rys. 2. Schemat aparatury do analizy składu gazów wydzielajcych si z próbki wgla podczas samozagrzewania Ilo doprowadzonego powietrza wynosi od 0,5 do 2,0*10-3 m 3 /h na 1 kg wgla w zalenoci od typu wgla. Im wysza zawarto pierwiastka wgla tym mniejsz ilo powietrza naley doprowadza do aparatu. W toku analiz chromatograficznych wyznacza si: Produkty utleniania: Tlenek wgla CO od zawartoci 1ppm Dwutlenek wgla CO 2 od zawartoci 0,01% Produkty termicznego rozkładu wgla Etan C 2 H 6 od zawartoci 0,01 ppm Etylen C 2 H 4 od zawartoci 0,01 ppm Propan C 3 H 8 od zawartoci 0,01 ppm Propylen C 3 H 6 od zawartoci 0,01 ppm Acetylen C 2 H 2 od zawartoci 0,001 ppm Wodór H 2 od zawartoci 1 ppm Wyniki analiz chromatograficznych gazów wydzielajcych si z próbki wgla z pokładu 209 (C a =64,95%) podczas samozagrzewania w zakresie temperatur od 320 do 620K zamieszczono w tablicy 1. Tablica 1 Wyniki analiz chromatograficznych gazów wydzielajcych si z próbki wgla z pokładu 405 kopalni Borynia podczas samozagrzewania 9

Tablica 1 T C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 CO O 2 N 2 CO 2 H 2 Etan Etylen Acetylen Tlenek Tlen Azot Dwutlenek Wodór wgla wgla ppm ppm ppm ppm % % % ppm 50 0,22 0,03 0,004 6 18,86 80,12 1,02 2,8 75 1,42 0,08 0,004 23 18,27 80,56 1,16 3,6 100 1,77 0,34 0,013 110 16,26 81,60 2,13 11,9 125 4,04 0,77 0,022 313 12,46 85,35 2,15 20,0 150 10,1 2,45 0,054 926 9,95 85,72 4,23 43,4 175 10,4 3,90 0,061 1307 6,26 89,08 4,52 36,5 200 126,2 7,77 0,079 2079 3,46 90,25 6,06 105,1 250 161,1 17,2 0,067 3660 2,70 91,02 5,85 457,2 300 192,3 28,2 0,070 2666 2,53 90,84 6,19 1479 350 223,7 42,7 0,135 8091 2,38 89,38 6,84 5039,4 400 254,0 57,8 0,401 17602 2,19 87,29 7,34 12681 450 284,5 78,3 0,914 39250 1,83 83,04 7,52 30016 Metoda oceny maksymalnej temperatury w warstwie wgla Poniej przedstawiono metod oceny na podstawie wydzielania gazów. Temperatura w warstwie wgla nie jest jednakowa w przestrzeni, posiada pewny rozkład przestrzenny i zmienia si w czasie. Dla wyznaczenia pola temperatury w warstwie wgla wykorzystujemy matematyczny model. 10

Strategiczny projekt badawczy Poprawa bezpiecze stwa pracy w kopalniach 11

Przykład wyznaczonego pola temperatury pokazano na rysunku 2. T(x,z) z, m 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 750 700 650 600 550 500 450 400 1.1 350 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x, m 300 W rezultacie otrzymujemy wartoci ste gazów w strumieniu wydzielanych gazów z warstwy wgla w zalenoci od maksymalnej temperatury. Naley zauway, e wartoci te wyznaczone s dla konkretnej warstwy wgla biorc pod uwag nie tylko fizyczne parametry wgla i otaczajcych skał a take geometri warstwy i warunki pocztkowe oraz graniczne. Stanowiły one wzorzec do którego porównuje si wartoci uzyskane z bada ruchowych. Tablica 2 T C 2 H 4 C 3 H 6 C 2 H 2 CO O 2 N 2 CO 2 H 2 Etylen Propylen Acetylen Tlenek Tlen Azot Dwutlenek Wodór wgla wgla ppm ppm ppm ppm % % % ppm 30 0,02 0,04 0,003 3 19,35 80,02 0,90 2,1 50 0,03 0,05 0,004 5 19,03 80,08 0,98 2,6 70 0,05 0,07 0,004 12 18,68 80,28 1,06 3,1 90 0,12 0,15 0,006 37 18,00 80,67 1,33 5,2 110 0,25 0,29 0,009 86 16,92 81,41 1,66 8,7 130 0,45 0,48 0,014 171 15,53 82,60 1,85 12,6 150 0,90 0,82 0,023 339 14,38 83,22 2,37 19,3 170 1,38 1,04 0,029 493 13,20 84,03 2,72 22,0 190 2,04 1,33 0,034 657 12,13 84,77 3,02 29,1 210 2,98 1,75 0,038 861 11,23 85,30 3,37 47,4 230 4,09 2,18 0,040 1071 10,69 85,66 3,53 80,1 250 5,18 2,57 0,040 1275 10,25 85,97 3,63 115,2 270 6,42 3,04 0,041 1371 9,98 86,13 3,73 185,2 290 7,69 3,52 0,042 1371 9,73 86,27 3,82 276,7 310 9,01 4,03 0,044 1500 9,51 86,37 3,91 422,6 330 10,41 4,56 0,048 1775 9,31 86,42 4,01 627,5 350 11,93 5,14 0,053 2182 9,20 86,39 4,08 918,8 370 13,45 5,97 0,067 2784 9,09 86,31 4,15 1394,8 390 15,02 6,83 0,081 3407 8,99 86,23 4,22 1889,4 410 16,72 7,96 0,106 4389 8,89 86,08 4,28 2688,4 430 18,25 9,07 0,133 5488 8,80 85,91 4,32 3587,7 23

Do wyznaczenia temperatury zagrzanego wgla wykorzystuje si nastpujce wskaniki poarowe C2H CO 2 4, CH 3 CO 2 6, CO C, 2H 4, CO 2 C2H 2 CH 3 CH 2 6 2 W tablicy 3 zestawiono wartoci wskaników poarowych obliczone dla ste podanych w tablicy 2. Tablica 3 T C 2 H 4 /CO 2 C 3 H 6 /CO 2 CO/CO 2 C 2 H 4 /C 2 H 2 C 3 H 6 /C 2 H 2 WP 30 0,0222 0,0400 3,8676 5,7539 10,3644-0,9292 50 0,0260 0,0529 5,1050 7,0491 14,3602-0,9347 70 0,0445 0,0646 11,2334 12,5916 18,3105-0,9458 90 0,0917 0,1123 27,6747 21,2563 26,0346-0,9375 110 0,1515 0,1756 51,6343 26,6671 30,9195-0,9072 130 0,2460 0,2576 92,8733 32,4599 33,9905-0,8711 150 0,3797 0,3452 143,0426 39,5266 35,9341-0,8092 170 0,5081 0,3821 181,7126 47,8929 36,0224-0,7858 190 0,6753 0,4391 217,5616 60,8327 39,5567-0,7405 210 0,8865 0,5212 255,8041 78,4333 46,1093-0,6264 230 1,1576 0,6166 303,4757 103,0902 54,9133-0,4748 250 1,4254 0,7081 350,6738 128,3080 63,7422-0,3579 270 1,7206 0,8148 367,2869 156,0371 73,8889-0,1501 290 2,0137 0,9220 358,9042 182,8166 83,7056 0,0456 310 2,3040 1,0291 383,4029 203,4714 90,8863 0,2813 330 2,5952 1,1377 442,6728 217,2687 95,2458 0,4863 350 2,9213 1,2595 534,3068 225,4939 97,2167 0,6442 370 3,2404 1,4387 670,4061 201,3887 89,4156 0,7962 390 3,5587 1,6188 807,2669 184,7533 84,0409 0,8650 410 3,9089 1,8594 1025,9349 158,2724 75,2865 0,9200 430 4,2269 2,1009 1271,1171 137,2042 68,1964 0,9484 24

Przykład Tablica 4 Wyniki analiz chromatograficznych prób powietrza pobranych z kopalni Borynia Data C 2 H 4 C 3 H 6 C 2 H 2 CO O 2 N 2 CO 2 H 2 Etylen Propylen Acetylen Tlenek Tlen Azot Dwutlenek Wodór wgla wgla ppm ppm ppm ppm % % % ppm 2012-08-29 0,15 0,13 0,009 7 20,47 78,02 0,79 2,4 2012-09-05 0,09 0,12 0,008 4 20,47 78,36 0,39 3,4 2012-09-12 0,20 0,24 0,012 8 20,57 78,14 0,80 5,0 2012-09-19 0,14 0,16 0,009 7 20,49 78,33 0,55 4,7 2012-09-29 0,26 0,23 0,012 7 20,21 77,94 0,90 6,4 2012-10-03 0,24 0,17 0,009 6 20,35 78,19 0,72 5,4 2012-10-10 0,18 0,15 0,009 6 20,38 78,65 0,51 5,5 2012-10-17 0,12 0,10 0,009 4 20,52 78,78 0,36 4,6 2012-10-25 0,06 0,08 0,008 10 20,30 79,06 0,22 6,8 2012-10-27 0,16 0,09 0,009 24 17,28 78,28 0,40 8,9 2012-10-31 0,25 0,17 0,009 28 17,75 80,18 0,75 9,4 2012-11-03 0,26 0,16 0,009 38 18,00 76,81 0,83 8,6 2012-11-07 0,15 0,10 0,010 48 20,57 78,85 0,40 8,4 2012-11-10 0,14 0,09 0,010 50 20,43 78,85 0,37 7,2 2012-11-17 0,22 0,12 0,010 59 20,45 78,61 0,51 9,2 2012-11-18 0,36 0,25 0,011 55 20,23 78,34 0,92 10,2 2012-12-01 0,33 0,13 0,012 60 19,13 79,18 0,95 9,3 2012-12-08 0,44 0,31 0,014 145 20,50 78,15 1,02 10,8 2012-12-12 0,78 0,44 0,018 225 18,05 79,89 0,89 15,0 2012-12-15 1,70 0,88 0,023 700 17,18 79,55 1,75 31,2 2012-12-18 1,89 1,44 0,025 1080 15,98 80,99 1,91 32,7 W tablicy zestawiono wyniki analiz chromatograficznych gazów pobieranych z linii zawału ciany w pokładzie 405 kopalni Borynia 25

W tablicy 5 zamieszczono wartoci wskaników poarowych wyznaczonych na podstawie wartoci analiz chromatograficznych zamieszczonych w tablicy 4 Tablica 5 Wartoci wskaników poarowych obliczone na podstawie powyszej tablicy. Data C 2 H 4 /CO 2 C 3 H 6 /CO 2 CO/CO 2 C 2 H 4 /C 2 H 2 C 3 H 6 /C 2 H 2 WP6 2012-08-29 0,1901 0,1650 8,8142 17,6402 15,3037-0,9638 2012-09-05 0,2284 0,2918 10,1507 10,6509 13,6095-0,9294 2012-09-12 0,2491 0,2990 9,9654 16,7274 20,0729-0,9319 2012-09-19 0,2542 0,2884 12,6186 16,2442 18,4332-0,9318 2012-09-29 0,2946 0,2567 7,8121 22,6057 19,6943-0,9224 2012-10-03 0,3384 0,2358 8,3206 26,6958 18,5996-0,9398 2012-10-10 0,3576 0,2915 11,6607 20,5357 16,7411-0,9252 2012-10-17 0,3237 0,2871 11,2587 12,7778 11,3333-0,9036 2012-10-25 0,2858 0,3572 44,6542 7,7295 9,6618-0,7944 2012-10-27 0,3957 0,2226 59,3477 17,9574 10,1010-0,8039 2012-10-31 0,3329 0,2282 37,5839 26,4957 18,1624-0,8747 2012-11-03 0,3129 0,1918 45,5635 28,2162 17,2973-0,8896 2012-11-07 0,3768 0,2437 120,5783 15,4480 9,9897-0,8286 2012-11-10 0,3734 0,2562 136,2948 13,7000 9,4000-0,8375 2012-11-17 0,4323 0,2278 114,8892 22,6069 11,9145-0,8632 2012-11-18 0,3853 0,2716 59,5238 33,8725 23,8820-0,9089 2012-12-01 0,3470 0,1399 63,0915 28,4483 11,4655-0,8718 2012-12-08 0,4331 0,3002 142,7165 31,4286 21,7857-0,8965 2012-12-12 0,8717 0,4914 252,4256 42,3433 23,8692-0,8677 2012-12-15 0,9737 0,5040 400,9460 73,4690 38,0310-0,8264 2012-12-18 0,9907 0,7548 566,1282 74,4081 56,6919-0,8338 Rysunek 3 Wartoci temperatury maksymalnej wgla obliczone metod numeryczn 500 450 400 350 300 250 200 C2H4/CO2 C3H6/CO2 C2H4/C2H2 C3H6/C2H2 150 100 50 0 19 sie 12 8 wrz 12 28 wrz 12 18 pa 12 7 lis 12 27 lis 12 17 gru 12 6 sty 13 26

Rysunek 4 Wartoci temperatury maksymalnej wgla obliczone metod numeryczn 500 450 400 350 300 250 C2H4/CO2 C2H4/C2H2 200 150 100 50 0 19 sie 12 8 wrz 12 28 wrz 12 18 pa 12 7 lis 12 27 lis 12 17 gru 12 6 sty 13 3. Metoda prognozowania wpływu prac profilaktycznych na kształtowanie si zagroenia poarowego W oparciu o wykonany w ramach pracy model numeryczny samozagrzewania opracowano metodyk okrelania wpływu wybranych parametrów powietrza zrobowego: zawarto tlenu, prdko przepływu, temperatury, zawartoci wilgoci oraz parametrów wgla i złoa: skłonnoci do utleniania, gruboci warstwy w wgla na przebieg samozagrzewania. Tym samym moliwe jest prognozowanie wpływu wybranych prac profilaktycznych na kształtowanie si zagroenia poarowego. Uszczelnianie zrobów, konsolidacja zawału, inertyzacja atmosfery zrobowej umoliwiaj zmniejszenie zawartoci tlenu w zrobach. Intensywne odmetanowanie moe zwikszy zawarto tlenu w atmosferze zrobowej. Opracowana metoda numeryczna umoliwia okrelenie do jakiej wartoci naley obniy zawarto tlenu w atmosferze zrobowej dla danych, konkretnych warunków panujcych w zrobach aby uniemoliwi rozwój procesu samozagrzewania. Na rysunkach 8 do 15 przedstawiono wyniki oblicze prognostycznych parametrów krytycznych warstwy wgla i przepływajcego powietrza, przy których moe doj do samozapalenia wgla. Na rysunku 8 przedstawiono wyniki oblicze wpływu gruboci warstwy wgla z pokładu 405 na przebieg samozagrzewania. Jak wida z rysunku 8 dla przyjtych parametrów otaczajcych skał i temperatury pocztkowej T = 300K, przy gruboci warstwy wikszej od 0,65m moe doj samozapalenia. Na rysunku 9 przedstawiono wyniki 27

oblicze prognostycznych wpływu zawartoci tlenu na przebieg samozagrzewania warstwy wgla z pokładu 405 o gruboci 1 metra. Z przeprowadzonych oblicze wynika, e przy zawartoci tlenu powyej 11% moe doj od samozapalenia. Na rysunku 10 przedstawiono wyniki oblicze prognostycznych wpływu temperatury pocztkowej na przebieg samozagrzewania. Stwierdzono, e istnieje silny wpływ temperatury na przebieg samozagrzewania. Podniesienie temperatury pocztkowej z 300 do 320K skraca czas rozwoju poaru o blisko połow. Na rysunku 11 przedstawiono zmiany w czasie współrzdnej miejsca o najwyszej temperaturze podczas samozagrzewania warstwy wgla z pokładu 405 o gruboci jednego metra, przy prdkoci przepływu powietrza równej 0,0005m/s. Z oblicze wynika, e miejsce to wraz z rozwojem samozagrzewania przesuwa si pocztkowo w głb złoa, by nastpnie przesun si w kierunku dopływu wieego powietrza. Na rysunkach 12 i 13 przedstawiono wyniki oblicze prognostycznych wpływu prdkoci powietrza przepływajcego przez złoe na samozagrzewanie warstwy wgla z pokładu 405. W obliczeniach przyjto, e warstwa wgla ma grubo 1m, a temperatura pocztkowa wynosi 300K. Z oblicze wynika, e istnieje pewien przedział wartoci prdkoci powietrza, przy którym nastpuje rozwój samozagrzewania. Dla wspomnianych wyej warunków wyznaczono, e dla prdkoci powietrza zawartej w przedziale od 0,0004 do 0,01m/s moe doj do samozapalenia wgla. Powyej i poniej tej wartoci do samozapalenia nie dojdzie. Na rysunkach 14 i 15 przedstawiono wpływ sposobu odprowadzania ciepła od zagrzewajcej si warstwy wgla do otoczenia na przebieg samozagrzewania. Na rysunku 14 przedstawiono wyniki symulacji komputerowej wpływu przemulania zrobów na moliwo zaistnienia poaru w warstwie wgla z pokładu 405. Z oblicze wynika, e przemulanie jest skutecznym rodkiem prewencji poarowej, jednak tylko w odniesieniu do warstw stosunkowo cienkich. Przy grubociach powyej 94cm opónia jedynie proces samozagrzewania. Im wiksza grubo warstwy wgla, tym wpływ przemulania jest mniejszy. Na rysunku 15 przedstawiono wyniki symulacji procesu samozagrzewania w przypadku, gdy otaczajcymi warstw rozkruszonego wgla skałami s warstwy litego wgla (poar szczelinowy). Wówczas moe doj do samozapalenia warstwy o gruboci powyej 0,2m. 28

Strategiczny projekt badawczy Poprawa bezpiecze stwa pracy w kopalniach Rys. 5 Prognozowanie wpływu grubo ci warstwy w gla z pokładu 405 kopalni Borynia na przebieg samozagrzewania Rys. 6 Prognozowanie wpływu zawarto ci tlenu na przebieg samozagrzewania warstwy w gla z pokładu 405 kopalni Borynia o grubo ci Hw = 1m 29

Strategiczny projekt badawczy Poprawa bezpiecze stwa pracy w kopalniach Rys. 7 Prognozowanie wpływu temperatury pocz tkowej na samozagrzewanie warstwy w gla z pokładu 405 kopalni Borynia o grubo ci Hw = 1m Rys. 8 Prognozowanie przebiegu zmian w czasie współrz dnej miejsca o najwy szej temperaturze w gla podczas samozagrzewania warstwy w gla z pokł. 405 kopalni Borynia 30

Rys. 9 Prognozowanie wpływu prdkoci powietrza na samozagrzewanie warstwy wgla z pokładu 405 kopalni Borynia Rys. 10 Prognozowanie wpływu prdkoci powietrza na samozagrzewanie warstwy wgla z pokładu 405 kopalni Borynia 31

Rys. 11 Prognozowanie wpływu sposobu odprowadzania ciepła na samozagrzewanie warstwy wgla z pokładu 405 kopalni Borynia. Wpływ przemulania zrobów na moliwo zaistnienia poaru w warstwie wgla. Rys. 12 Prognozowanie wpływu sposobu odprowadzania ciepła na samozagrzewanie warstwy wgla z pokładu 405 kopalni Borynia. Wpływ gruboci warstwy rozkruszonego wgla znajdujcej si pomidzy warstwami litego wgla na proces samozagrzewania. 32

4. Wymagania okrelajce warunki i kryteria pobierania prób gazowych w zrobach cian zawałowych oraz interpretacji uzyskanych wyników dla oceny zagroenia poarowego w zrobach czynnych cian jak i w przestrzeniach otamowanych w warunkach stosowania rodków profilaktyki poarowej Na podstawie przeprowadzonych bada w wybranych rejonach kopal w których wystpiło zagroenie poarem endogenicznym, a take wieloletnich dowiadcze Zakładu Aerologii Górniczej w prognozowaniu i monitorowaniu zagroenia poarwego stwierdza si: - Dla prawidłowej oceny stanu zagroenia poarowego w zrobach cian niezbdne jest objcie monitoringiem wewntrznego obszaru zrobów poprzez pobieranie prób z sond pomiarowych instalowanych w likwidowanych lub izolowanych chodnikach wentylacyjnych (przewietrzanie na U ) lub umieszczanych w zrobach od strony chodnika wentylacyjnego (przewietrzanie na Y ). - Odstp pomidzy sondami nie powinien by wikszy ni 50 m, a czstotliwo pobierania prób podobnie jak w pozostałych stacjach pomiarowych nie powinna by mniejsza ni 2 razy w tygodniu. - Monitoringiem powinny by objte równie rurocigi odmetanowania, przy czym próby gazów powinny by pobierane do analizy chemicznej co najmniej 2 razy w tygodniu. - W przypadku stwierdzenia wzrostu zagroenia poarowego naley pobiera próby z poszczególnych wizek odmetanowania dla lokalizacji miejsca zagroenia. - W przypadku stosowania prewencji poarowej polegajcej na podawaniu do zrobów gazów inertnych, azotu lub dwutlenku wgla nie naley stosowa do oceny zagroenia poarowego w zrobach wskanika Grahama. Ocen zagroenia poarowego w zrobach naley przeprowadza w oparciu o wskanika poarowy WP-6 i wartoci ste gazów: etylenu, propylenu i acetylenu, posługujc si niej podanymi kryteriami: Kryteria zagroenia poarowego wg wskanika poarowego WP-6 na podstawie precyzyjnej analizy chromatograficznej prób powietrza zlokalizowanych przy zrobach w chodniku wentylacyjnym i tamach izolacyjnych. Wskanik poarowy WP-6 Sposób postpowania - 1 < WP-6-0,8 Wzmoona obserwacja w kontrolowanym rejonie, zwikszona czstotliwo pobierania prób powietrza - 0,8 < WP-6 0,8 Naley przystpi do prac profilaktycznych przy zachowaniu normalnego ruchu w zagroonym rejonie, przy czym plan prac profilaktycznych opracowuje kierownik działu wentylacji, a zatwierdza kierownik ruchu zakładu górniczego WP-6 > 0,8 Akcja poarowa 33

Kryteria zagroenia poarowego wg wskaników C 2 H 4, propylenu C 3 H 6 i acetylenu C 2 H 2 obliczonych na podstawie precyzyjnej analizy chromatograficznej prób powietrza zlokalizowanych przy zrobach w chodniku wentylacyjnym. Wskaniki przyrostu - etylenu C 2 H 4 - propylenu C 3 H 6 - acetylenu C 2 H 2 Sposób postpowania 0 C 2 H 4 0,03 lub 0 C 3 H 6 0,03 lub 0 C 2 H 2 0,003 Sytuacja normalna, nie wystpuje zagroenie poarowe w zrobach. 0,03 < C 2 H 4 0,09 lub 0,03 < C 3 H 6 0,09 lub 0,003 < C 2 H 2 0,005 Wzmoona obserwacja w kontrolowanym rejonie, zwikszona czstotliwo pobierania prób powietrza C 2 H 4 > 0,09 lub C 3 H 6 > 0,09 lub C 2 H 2 > 0,005 Naley przystpi do prac profilaktycznych przy zachowaniu normalnego ruchu w zagroonym rejonie, przy czym plan prac profilaktycznych opracowuje kierownik działu wentylacji, a zatwierdza kierownik ruchu zakładu górniczego 34