background image

Wacław Dziurzyński 

 

Stanisław Nawrat 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Effect of  ventilation on methane drainage 

system in longwall mined with caving 

 
 

Wpływ przewietrzania na odmetanowanie w 

ścianie eksploatowanej z zawałem stropu 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                         

 

Instytut Mechaniki Górotworu, Polska Akademia Nauk, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27 

 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 2 - 

 

A  complex,  many  years  observation  confirms  that  there  exists  an 

interdepedence  of  parameters  determining  air  and  gas  flows  in  the  ventilation 
network and those of the methane drainage system. 
 

This  observation  has  been  used  as  a  base  of  wide  range    theoretical  and 

experimental investigations. 
 

A  simple  one-dimensional  mathematical  model  (Chapter  3)  of  a  system: 

methane  drainage  network  vs.  Area  of  a  longwall  mined  with  caving,  has  bee 
formulated. 
 

The elaborated mathematical model combined with adequite boundary and 

initial  conditions  and  a  numerical  algorithm  allowed  to  develop  a  program  of 
computer simulation of this interdepedence  for various ventilating conditions. 
 

The  main  purpose  of  practical  experiments  carried  out  in  “Zofiówka”  Coal 

Mine,  H-1a  longwall  was  to  verify  qualitatively  the  elaborated  mathematical 
model. 
 

The accorddance of the model with results of ventilation measurements has 

been stated and then several numerical simulations were carried out of  various 
ventilaiting  conditions.  The  results  of  simulations  are  presented  in  diagrams 
which allowed to formulate certain conclusions. 
 
 
 
 

Wieloletnia  łączna  obserwacja  parametrów  określających  ruch  powietrza  i 

gazów  w  sieci  wentylacyjnej  oraz  parametrów  pracy  sieci  odmetanowania 
potwierdza  istnienie  wzajemnych  zależności  [5],  [12].  Dało  to  asumpt  do 
przeprowadzenia 

szerokich 

badań 

zarówno 

teoretycznych 

jak 

eksperymentalnych. Sformułowano prosty jednowymiarowy model matematyczny 
(rozdz.3)  układu  sieć  odmetanowania  –  rejon  ściany  eksploatowanej  na  zawał 
stropu.  Opracowany  model  matematyczny  wraz  z  odpowiednimi  warunkami 
brzeżno-początkowymi  oraz  przyjętą  metodą  numeryczną  pozwolił  na 
opracowanie  programu  komputerowej  symulacji  współpracy  dla  różnych 
warunków przewietrzania. Przeprowadzono  badania eksperymentalne w rejonie 
ściany  H-1a  KWK  „Zofiówka”,  które  miały  na  celu  jakościową  weryfikację 
przyjętego  modelu  matematycznego.  Po  uzyskaniu  zgodności  modelu  z 
pomiarami  wentylacyjnymi  wykonano  szereg  obliczeń  symulacji  komputerowej 
dla  różnych  warunków  przewietrzania.  Wyniki  symulacji  przedstawiono  na 
wykresach i na ich podstawie wyciągnięto wnioski. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 3 - 

1.  Wprowadzenie 
 
 

Metan  wydzielający  się  z  górotworu  do  wyrobisk  górniczych  stwarza 

zagrożenie  wybuchowe  oraz  zagrożenie  atmosferą  beztlenową,  wpływając 
bezpośrednio na stan bezpieczeństwa pracy górników. Prowadzenie eksploatacji 
węgla  w  warunkach  silnego  zagrożenia  metanowego  wymaga  stosowania 
różnorodnych metod oraz środków technicznych i profilaktycznych, jak: 

  intensywnej wentylacji, 

  skutecznego odmetanowania, 

  metanome

trii kontrolującej zawartość metanu w powietrzu i zabezpieczającej 

urządzenia elektryczne, 

 

wzmożonego nadzoru technicznego i wysokiej dyscypliny załogi. 

 

W  poszczególnych  wyrobiskach  kopalń  występuje  współzależność  wielu 

czynników  mających  wpływ  na  zawartość  metanu  w  powietrzu,  a  w 
szczególności: 

 

metanowości (metanonośności) górotworu, 

 

wydatku przepływu powietrza, 

  wydatku metanu ujmowanego przez odmetanowanie. 

 

Metanowośc  (metanonośność)  jest  czynnikiem  związanym  ściśle  z 

warunkami  górniczo-geologicznymi  górotworu.  Natomiast  wydatki  przepływu 
powietrza i ujmowanego metanu przez odmetanowanie mogą być regulowane w 
kopalniach.  Z  praktyki  górniczej  i  badań  [5],  [6],  [12]  wynika,  że  istnieje  wpływ 
przewietrzania  wyrobisk,  zwłaszcza  ścian  eksploatowanych  z  zawałem  stropu, 
na  wydatek  ujmowanego  metanu  przez  odmetanowanie,  a  tym  samym  na 
efektywność  odmetanowania.  Potwierdzeniem  tego  faktu  są  wyniki  pomiarów 
przeprowadzonych  w kopalni „Zofiówka” (rys.1). 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.1. Wpływ zmiany depresji wentylatora głównego przy szybie IV KWK 

„Zofiówka” na odmetanowanie 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 4 - 

 

Rysunek  przedstawia  wpływ  zmian  depresji  wentylatora  głównego  kopalni 

na zmiany wydatku i stężenia metanu ujmowanego na stacji odmetanowania. 
 

W  niniejszym  artykule  przedstawiono  wyniki  badań  eksperymentalnych 

przeprowadzonych  w  rejonie  ściany  w  kopalni  „Zofiówka”.  Przedstawiono 
również  prosty  model  matematyczny  rozpatrywanych  zjawisk  oraz  jego 
jakościową,  porównawczą  weryfikację.  Przedstawiono  wyniki  obliczeń 
symulacyjnych  wielu  wariantów  sieci  wentylacyjnej  z  siecią  odmetanowania  dla 
danych uzyskanych z pomiarów w kopalni „Zofiówka”. Przeprowadzone badania 
potwierdziły raz jeszcze istnienie wzajemnej zależności systemu przewietrzania i 
odmetanowania oraz  niewątpliwą przydatność metod symulacji numerycznej do 
oceny i analizy systemów wentylacji kopalń.  

 

 
 
2.  Przewietrzanie i odmetanowanie 
 
 

W  czasie  procesów  powstawania  węgli  kamiennych  powstał  także  metan, 

który  był  wydalany  do  atmosfery  lub  ulegał  sorpcji  w  węglu  i  skałach 
otaczających, 

stanowiących 

ośrodek 

porowaty. 

przypadku 

nieprzepuszczalnych  lub  słabo  przepuszczalnych  skał  nakładowych  górotworu 
stał  się  kolektorem  (zbiornikiem)  metanu.  Stan  nasycenia  metanem  górotworu 
nie jest jednak jednorodny. Świadczą o tym zmienne metanonośności wahające 
się  od  0,01  do  około  18  m

3

/t.cz.s.w.,  które  zależą  głównie  od  struktury 

wewnętrznej węgli i skał oraz ich zdolności sorpcyjnej. Można przy tym wyróżnić 
metan tzw. wolny, występujący w makroporach i szczelinach, oraz metan, który 
uległ adsorpcji na węglu i skałach otaczających. 
 

Cechą  charakterystyczną  górotworu  jako  ośrodka  porowatego  jest 

przepuszczalność, określana współczynnikiem przepuszczalności. B. Kozłowski i 
Z. Grębski [6] stwierdzili, że: 

 

węgiel  odprężony  ma  bardzo  duży  współczynnik  przepuszczalności 
wynoszący od 10

-12

 do 10

-10

 [m

2

] i zależy od ilości szczelin, 

 

ze  wzrostem  naprężeń  ściskających  współczynnik  przepuszczalności 
wynoszący maleje. 

 

Z  powyższego  wynika,  że  w  górotworze  nienaruszonym  przepuszczalność 

jest  mniejsza  niż  w  górotworze  naruszonym  eksploatacją,  zwłaszcza  ma  to 
miejsce przy eksploatacji z zawałem stropu. 
 

Ruch  powietrza  w  wyrobiskach  górniczych  jest  wywołany  depresją 

wytworzenia  przez  wentylatory  główne  lub  depresją  naturalną.  W  kopalniach 
polskich stosowane są wentylatory osiowe i promieniowe o parametrach: 

 

wydajność 

V = 15 + 500 [m

3

/s], 

 

spiętrzenie 

p

= 1 200 + 5 500 [N/m

3

]. 

 

Do  wyrobisk  górniczych  mogą  wydzielić  się  z  górotworu  również  gazy 

złożowe,  głównie  metan  i  dwutlenek  węgla.  Zbiornikiem  gazu  są  także 
zlokalizowane  wyrobiska 

górnicze,  zwane  zrobami  lub  starymi  zrobami.  Ilości 

wydzielających  się  gazów  z  górotworu  i  ze  zrobów  są  nieznaczne  (od  kilku  do 
kilkudziesięciu  m

3

/min),  przy  czym  ich  rodzaj  i  zawartość  decydują  o  stanie 

bezpieczeństwa  pracy  górników  i  o  zagrożeniu  wybuchowym  w  wyrobiskach 
górniczych. 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 5 - 

 

W  związku  z  tym,  że  zroby  poeksploatacyjne  lub  zlikwidowane  wyrobiska 

korytarzowe  nie  są  zaizolowane  absolutnie  szczelnie,  pod  wpływem  depresji 
wentylatorów  głównych  i  naturalnej  następuje  ich  przewietrzanie.  Prędkości 
powiet

rza w  zrobach są wg badań  np.  autorów pracy [4] małe i wynoszą  około 

10

-4

 

m/s, co świadczyłoby, że mamy tu do czynienia z ruchem laminarnym. 

 

W  zrobach  poeksploatacyjnych  przyległych  do  ścian  zawałowych 

stanowiących przestrzeń, w której rozkruszeniu, popękaniu i ugięciu uległy skały 
stropowe  i  spągowe  w  wyniku  prowadzonej  eksploatacji,  zwiększa  się 
gazoprzepuszczalność  górotworu  i  następuje  dopływ  metanu.  W  przestrzeni 
zrobowej  metan  ulega  zmieszaniu  z  powietrzem  przepływającym  przez  część 
roboczą  i  część  zrobową  ściany.  Rozkład  metanu  w  zrobach  zależny  jest  od 
systemu 

przewietrzania, 

metanowości 

rejonu 

ściany, 

intensywności 

przewietrzania,  sposobu  uszczelniania  zrobów,  a  także  od  sposobu 
odmetanowania. W rzeczywistości rozkład metanu w zrobach jest przestrzenny i 
zmienny w czasie w związku z postępującą eksploatacją. 
 

Odmetanowanie  jest  to  technologia  [7]  polegająca  na  ujęciu  metanu  z 

górotworu do otworów wiertniczych oraz rurociągów i odprowadzeniu metanu do 
dróg  wentylacyjnych  lub  na  powierzchnię  kopalni,  gdzie  może  być 
zagospodarowany  lub  odprowadzony  do  atmosfery.  Ruch  metanu  w  rurociągu 
może być wytworzony przez: 

 

nadciśnienie złożowe metanu w górotworze, 

 

podciśnienie dołowej lub powierzchniowej stacji odmetanowania. 

 

Do  wytworzenia  depresji  w  rurociągach  odmetanowania  stosuje  się 

sprężarki o parametrach: 

 

wydajność 

 

1,0 + 60,0 m

3

/min, 

 

podciśnienie ssania  0,5 + 10

5

 Pa. 

 

Podciśnienie ssania (depresja) na otworach może być regulowane i wynosi 

zazwyczaj  od  0  do  5  x  10

4

 

Pa,  [1]  w  zależności  od  żądanej  wydajności  i 

dyspozycyjnego  podciśnienia  na  danym  rurociągu.  Do  otworów  ujmowana  jest 
mieszanina  gazów,  która  zasadniczo  składa  się  z  metanu  i  powietrza,  a 
zawartość metanu waha się od 30% do 100%. W przypadku odmetanowania w 
górotworze  nienaruszonym  eksploatacją  (w  wyrobiskach  udostępniających  i 
przygotowawczych),  zawartości  metanu  w  otworach  są  bardzo  wysokie. 
Natomiast  w  przypadku  odmetanowania  górotworu  naruszonego  eksploatacją 
(odmetanowanie ścian zwłaszcza z zawałem stropu) na skutek licznych połączeń 
szczelin

ami  spada  zawartość  metanu  w  mieszance  ujmowanej  oraz  rośnie 

zawartość powietrza. Z powyższego wynika również, że nieduża część powietrza 
doprowadzonego do kopalni przedostaje się do sieci odmetanowania i jest wraz 
z metanem odprowadzana na powierzchnię. Ilości te mogą wynosić od kilku do 
kilkuset m

3

/min. 

 

Z  przedstawionych  rozważań  można  wnioskować,  że  w  danym  punkcie 

(miejscu) górotworu oddziaływają na siebie w różnym stopniu trzy źródła depresji 
(podciśnienia): 

 

ciśnienie złożowe, 

  depresja wytworzona prze

z wentylatory główne i depresja naturalna, 

 

depresja wytworzona przez stację odmetanowania. 

 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 6 - 

 

Wpływ na przewietrzanie mogą mieć też zmiany ciśnienia atmosferycznego. 

Stopień wzajemnego oddziaływania w/w źródeł depresji uzależniony jest od: 

 

wielkości depresji wytworzonych przez poszczególne źródła, 

 

oporów  wyrobisk,  szczelin,  porów  łączących  dany  punkt  w  górotworze  ze 
źródłem depresji, 

 

topologii w/w elementów. 

 

Rysunek  2  przedstawia  w  poglądowy  sposób  eksploatację  prowadzoną 

systemem  ścianowym  podłużnym  z  zawałem  stropu.  Powietrze  doprowadzone 
jest chodnikiem podścianowym, a odprowadzane chodnikiem nadścianowym,  w 
którym  jest  doświeżane.  Odmetanowanie  prowadzone  jest  otworami 
odwierconymi  z  wnęk  zlokalizowanych  w  w/w  chodniku  wentylacyjnym.  Metan 
pod wpływem nadciśnienia złożowego dopływa do przestrzeni zawałowej ściany, 
gdzie  ulega  mieszaniu  z  powietrzem  przepływającym  przez  ścianę  i  zawał. 
Część  powietrza  przedostaje  się  do  otworów  drenażowych.  Metan  dopływający 
do  zrobów  ze  spękanego,  nieszczelnego  górotworu  ulega  wymieszaniu  z 
powietrzem przepływającym przez zroby. 
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.2. Schemat dopływu metanu i powietrza oraz odmetanowania  

w wyrobisku ścianowym 

 

 

 

 

W  zrobach  istnieje  przestrzenny  rozkład  zawartości  metanu.  Rozkład  ten 

zależny jest od metanowości rejonu, systemu przewietrzania i jego intensywności 
oraz  odmetanowania.  Otworami  odmetanowania  gaz  jest  odzyskany  z 
przestrzeni  kontaktujących  się  ze  zrobami,  co  powoduje  zmianę  rozkładu 
przestrzennego  metanu  w  zrobach.  Z  powyższego  wynika  istota  wpływu 
przewietrzania  na  ujęcie  metanu,  gdyż  sposób  przewietrzania  i  jego 
intensywność decyduje o rozkładzie przestrzennym metanu w zrobach ściany, z 
których  to  przestrzeni  otwory  odmetanowania  ujmują  metan  o  ściśle  określonej 
zawartości. 
 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 7 - 

3.  Model  matematycz

ny  opisujący  współzależność  przewietrzania  i 

odmetanowania 

 
 

W  związku  z  wykazaniem  zależności  pomiędzy  warunkami  przewietrzania 

wyrobisk 

odmetanowaniem, 

podjęto 

próbę 

opracowania 

modelu 

matematycznego,  który  będzie  stanowił  podstawę  metody  symulacji  badanych 
zależności [2], [3], [4]. 
 
3.1. Założenia 
 
 

Ze względu na to, że ściany eksploatowane z zawałem stropu w warunkach 

silnego  zagrożenia  metanowego,  w  których  prowadzone  jest  odmetanowanie, 
przewietrzane  są  głównie  systemem  „Z”  lub  systemem  „Y”  z  chodnikiem 
równoległym, ograniczono się do przypadku bardziej ogólnego, tj. przewietrzania 
ściany systemem „Y” z chodnikiem równoległym. 
 

Założono,  że  eksploatacja  jest  prowadzona  z  zawałem.  Górotwór  jest 

odprężony eksploatacją. Otwory drenażowe odmetanowania zlokalizowane są w 
strefie  wpływu  zawału  i  znana  jest  ich  ilość,  położenie  i  wielkość  depresji 
mierzona  w  otworze  lub  na  stacji  pomiarowej.  W  strefie  zawału  (w  zrobach) 
bezpośrednio  za  przestrzenią  roboczą  ściany  znajduje  się  rozłożone  źródło 
metanu.  Metan  w

ydziela  się  do  ściany  głównie  z  części  zawałowej,  natomiast 

udział  metanu  wydzielającego  się  z  urabianego  węgla  jest  niewielki.  Układ 
wyrobisk, sposób przewietrzania i odmetanowania przedstawiono na rys.3. 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.3. Schemat przestrzenn

y przewietrzania rejonu ściany H-1a KWK ”Zofiówka” 

 
 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 8 - 

 

Do  obliczeń  przyjęto  model  geometryczny  w  sposób  przedstawiony  na 

rys.4.,  gdzie  założono,  że  układ  wyrobisk  jest  płaski  i  poziomy,  a  wydzielanie 
metanu następuje do zrobów, które tworzą przestrzeń. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.4. Schemat układu wyrobisk przyjęty do obliczeń symulacyjnych 

 
 

 

Opracowany w konsekwencji program symulacyjny pozwolił przeprowadzić 

analizę  szeregu  wariantów  przewietrzania  pod  kątem  uzyskania  zawartości 
metanu  w  wyrobiskach  zgodnyc

h  z  wymogami  przepisów  oraz  maksymalnych, 

możliwych  do  uzyskania  efektów  odmetanowania.  Przy  formułowaniu  modelu 
matematycznego przyjęto następujące założenia upraszczające: 

 

rozpatruje się obszar, którego wymiary liniowe (długość) są dużo większe od 
wysoko

ści,  w  związku  z  tym  przepływ  powietrza  i  metanu  można  uznać  za 

płaski (przekrój poprzeczny wyrobisk górniczych jest wielkością stałą), 

 

przepływ  mieszaniny  powietrza  i  metanu  charakteryzują  takie  wielkości,  jak: 
prędkość, gęstość, ciśnienie i temperatura, 

 

przepływ  mieszaniny  w  bocznicach  otaczających  zroby  traktowany  jest  jako 
jednowymiarowy, a w zrobach jako dwuwymiarowy, 

 

mieszaninę powietrza i gazu traktuje się jako płyn nieściągliwy, 

 

górotwór  (zroby)  jest  ośrodkiem  izotropowym,  a  przepuszczalność  i 
porow

atość rozważanego obszaru górotworu jest wielkością stałą, 

 

ze względu na wolnozmienne przebiegi wielkości fizycznych charakteryzujące 
badane  zjawiska  założono  quasistatystyczny  model  przepływu  powietrza  i 
metanu. 

 
 
3.2. Równania przepływu powietrza i metanu w rozważanym modelu 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 9 - 

 
3.2.1. Ruch powietrza i gazów w wyrobiskach 
 
 

przepływ powietrza i metanu w wyrobisku górniczym opisuje układ równań 

ruchu, ciągłości i stanu, który przyjmuje postać [2], [9], [10]: 
 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.1.1) 

 
 

(3.2.1.2) 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (3.2.1.3) 

 
 

 
 
gdzie:  s 

– oznacza współrzędną przestrzenną mierzoną wzdłuż osi wyrobiska, 

 

  t 

– czas, v = v(s) – prędkość przepływu mieszaniny, ρ = ρ(C)  – gęstość 

mieszaniny zależna od stężenia metanu, C = C(s, t) – stężenie metanu w 
mieszaninie,  ω  =  ω(s)  –  strumień  masy  dopływu  gazu  (metanu)  do 
mieszaniny, j = j(s) 

– gradient hydrauliczny, przy czym: 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.1.4) 

 
 

 
gdzie: 

λ  –  bezwymiarowy  współczynnik  oporu,  g  –  przyspieszenie  ziemskie,        

– średnica hydrauliczna 

 

 

Mając  na  uwadze  założenia,  gęstość  mieszaniny  wyraża  równanie  stanu 

(3.2.1.3), w którym C jest masową  zawartością metanu w mieszaninie i wyraża 
się wzorem [2]: 

 

 

   

 

 

 

 

 
 

(3.2.1.5) 

 

 
gdzie:  m

g

 

– masa metanu, m – całkowita masa mieszaniny, ρ

g

 

– jest gęstością 

metanu. 

 
 

Zgodnie  z  zasadą  zachowania  masy  dla  gazu  (metanu)  w  mieszaninie 

możemy napisać równanie ciągłości: 
 
 

)

(

0

C

j

s

p

s

v

gD

v

v

j

2

g

g

m

m

C

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 10 - 

 
 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.1.6) 

 
 
 

 

Dla  przepływającej  wyrobiskiem  górniczym  mieszaniny  powietrza  i  metanu 

obowiązuje równanie ciągłości dane w postaci: 
 
 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.1.7) 

 

 
 
 

Uwzględniając w równaniu (3.2.1.6) równanie (3.2.1.7) i zależności (3.2.1.5) 

otrzymamy: 
 
 
 

   

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.1.8) 

 
 
 

 

Równanie (3.2.1.8) określa zmiany stężenia gazu (metanu) w wyrobisku  w 

zależności  od  strumienia  dopływu  metanu.  Równania  (3.2.1.1),  (3.2.1.2), 
(3.2.1.3),  (3.2.1.8)  tworzą  zamknięty  układ  równań  i  odnoszą  się  do  przepływu 
mieszaniny w wyrobisku górniczym. 
 
3.2.2. Ruch powietrza i gazu w zrobach 
 
 

Przyjęto,  że  ruch  powietrza  i  gazu  w  zrobach  ścianowych  opisuje  liniowe 

równanie  ruchu,  ciągłości  i  stanu,  które  dla  przyjętych  założeń  dane  jest  w 
postaci następującego układu: 
 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.2.1) 

 
 

(3.2.2.2) 

 
 

(3.2.2.3) 

 
 

(3.2.2.4) 

 

s

v

t

g

g

)

(

s

v

t

)

(

)

1

(

C

s

C

t

)

(

)

(

)

(

)

(

C

v

y

v

x

t

m

y

p

k

v

x

p

k

v

y

x

y

x

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 11 - 

w  którym:  x,  y  –  są  osiami  prostokątnego  układu  współrzędnych  (rys.4),             

v

x

 

–  składowa  prędkości  przepływu  mieszaniny  w  kierunku  osi  x,     

v

y

 

–  składowa  prędkości  przepływu  mieszaniny  w  kierunku  osi  y,      

– 

przepuszczalność 

ośrodka 

porowatego 

(zrobów 

przyścianowych),  μ  –  lepkość  dynamiczna  mieszaniny  powietrza  i 
metanu,  ρ  =  ρ[C(x,  y)]  –  gęstość  mieszaniny  zależna    tylko  od 
zawartości metanu, C = C(x, y, t) – stężenie metanu w mieszaninie, 

– porowatość zrobów, ω – strumień masy gazu. 

 
 
 

W  celu  określenia  zmian  zawartości  metanu  w  ośrodku  porowatym  (zroby 

ścianowe)  wykonano  identyczne  przekształcenia  jak  dla  określenia  zmian 
zawartości w prądzie obiegowym – rozdział  3.2.1. 
 

Ostatecznie równanie określające zmiany zawartości metanu w zrobach ma 

postać: 
 
  

 

   

 

 

 

 

 

(3.2.2.5) 

 
 

 
 

Przyjęty do rozwiązania układ równań jest quasistatystyczny. Można w nim 

rozdzielić  rozwiązania  dotyczące  rozpływu  powietrza  i  metanu  od  rozwiązań 
dotyczących tylko zawartości metanu. Pierwsze z tych rozwiązań mają charakter 
statyczny, co prowadzi do rozwiązania układu równań dla stanu ustalonego przy 
uwzględnieniu  odpowiednich  warunków  brzegowych.  Przyjęto  tu  znana  metodę 
Crossa rozwiązywania tego układu równań algebraicznych. 
 

Rozwiązania dotyczące rozkładu zawartości metanu w zrobach i w prądzie 

przepływowym (obiegowym) C(x, y, t) jest równaniem różniczkowym. Zakładając, 
że  znany jest rozkład C(x, y, t

0

), poszukuje się w kolejnych krokach czasowych 

rozwiązania C(x, y, Δt), które spełniałoby równanie (3.2.2.5). 
 

Przedstawiony układ równań wraz z warunkami początkowymi i brzegowymi 

tworzą  model  matematyczny  ruchu  metanu  w  zrobach  i  w  wyrobiskach.  Model 
ten stanowi podstawę programu symulacji zjawisk związanych z ruchem metanu 
w  zrobach  ścianowych  i  w  prądzie  obiegowym  przy  zmiennych  warunkach 
przewietrzania i odmetanowania. 
 
 
4. Badania eksperymentalne i ich weryfikacja 

 

 

W  celu  zbadania  wpływu  przewietrzania  na  ujęcie  metanu  przez 

odmetanowanie  przeprowadzono  pomiary  ruchowe  w  kopalni  „Zofiówka”.  Jako 
obiekt pomiarowy wybrano ścianę H-1a w pokładzie 403/1, charakteryzującą się 
wysoką  metanowością,  intensywnym  przewietrzaniem  i  odmetanowaniem  oraz 
brakiem połączeń z innymi zrobami. 
 

Charakterystyka obiektu badań: 

 

miąższość 

 

 

 

 

 

2,28÷3,51 m, 

  nachylenie 

 

 

 

 

 

5

0

)

1

(

C

vgradC

t

C

m

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 12 - 

 

kategoria zagrożenia metanowego 

 

IV, 

 

klasa zagrożenia wybuchem pyłu węglowego  - 

B, 

 

metanowość   

 

 

 

 

18,10 m

3

/t.cz.s.w., 

 

zagrożenie wyrzutami metanu i skał 

 

duże, 

 

skały otaczające: 

 

strop 

łupek 

ilasty 

kruchy, 

piaskowiec  drobnoziarni-
sty, 

 

spąg 

łupek ilasty kruchy z  

 

 

 

laminami węgla, 

 

długość ściany  

 

 

 

 

170÷180 m, 

 

wybieg ściany   

 

 

 

 

680 m, 

  obudowa 

 

 

 

 

 

PIOMA 25/45, 

  urabianie 

 

 

 

 

 

kombajn KWB-3RDU/2B, 

 

wydobycie średnie   

 

 

 

100÷1 400 t/d. 

 

Ściana  H-1a  w  pokładzie  403/1  eksploatowana  była  w  warunkach  silnego 

zagrożenia  metanowego  (metanowość  ściany  wynosiła  40÷70  m

3

  CH

4

/min). 

System przewietrzania przedstawiono na schemacie przestrzennym rys.3. Przez 
ścianę przepływało 1 000÷1 200 m

3

/min powietrza. Chodnik podścianowy wzdłuż 

zrobów  utrzymywany  był  za  pomocą  pasa  anhydrytowego,  a  nadścianowy  za 
pomocą kasztu drewnianego (pustego)  uszczelnianego  płótnem wentylacyjnym. 
Chodniki:  nadścianowy  i  równoległy  odcinkami  za  kolejnymi  przecinkami 
tamowane  były  tamami  klocowymi  lub  workowymi.  Dla  kontroli  zagrożenia 
metanowego  i  zabezpieczenia  urządzeń  elektrycznych  w  rejonie  ściany 
stosowana była metanometria automatyczna, CTT-63/40 UP. 
 

Zmiany  wydatku  przepływu  powietrza  i  ciśnienia  w  rejonie  ściany 

wykonywano przy zastosowaniu tamy regulacyjnej w chodniku równoległym H-1a 
przy  pochylni  H-

3.  W  wyznaczonych  miejscach,  w  określonym  czasie 

wykonywano:  pom

iary  wentylacyjne  ciśnień  powietrza,  prędkości  powietrza, 

zawartości metanu oraz pomiary w rurociągu odmetanowania. 
 

Przeprowadzone  badania  potwierdziły  założoną  tezę,  że  istnieje  wpływ 

przewietrzania na ujęcie metanu przez odmetanowanie w ścianie eksploatowanej 
z zawałem stropu: 

 

zmiany  parametrów  przewietrzania  (spadku  naporu)  wpływały  na  zmiany 
zawartości metanu w wyrobisku i w rurociągu odmetanowania oraz wielkości 
ujmowanego metanu przez odmetanowanie, 

 

w przypadku obniżania spadku naporu i ilości powietrza w ścianie następuje 
zwiększenie 

zawartości 

wydatku 

metanu 

ujmowanego 

przez 

odmetanowanie. 

 

W celu sprawdzenia poprawności opracowanego modelu  matematycznego 

przeprowadzono  obliczenia  symulacyjne  dla  parametrów  wyznaczonych 
pomiarami  w  rejonie  ściany  H-1a  w  pokładzie  403/1  KWK  „Zofiówka”.  Na  tej 
podstawie  można  ocenić  stopień  zgodności  modelu  z  rzeczywistością,  a  tym 
samym  przeprowadzić  jego  weryfikację.  Model  matematyczny  jest  znacznym 
uproszczeniem  stanu  rzeczywistego,  gdzie  występuje  bardzo  duża  zmienność 
parametrów w przestrzeni i w czasie. Wielu parametrów nie można było określić 
pomiarowo i musiały być przyjmowane z kolejnych obliczeń symulacyjnych. 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 13 - 

 

Ostatecznie  przyjęto,  że  przepuszczalność    zrobów  wynosi  5  x  10

-8 

m

2

,  a 

porowatość  20%.  Otwory  drenażowe  w  zrobach  przyjęto  jako  układ  3  otworów 
odmetanowania. 
 

Obliczenia wykonano dla zmiennej różnicy ciśnienia Δp pomiędzy wlotem a 

wylotem ściany, zakładając Δp równe odpowiednio 10, 100, 150, 200, 300, 400, 
500, 600, 700, 800, 900, 1000 Pa. W oparciu o wyniki uzyskane z komputerowej 
symulacji sporządzono wykresy: 

 

określające wpływ przewietrzania na  ujęcie metanu przez odmetanowanie w 
rejonie ściany H-1a w pokł.403/1 KWK „Zofiówka”, (rys.5), 

 

zmian  zawartości  metanu  w  zrobach  w  wyniku  zmian  w  przewietrzaniu  w 
warunkach  ściany  H-1a;  przedstawiono  wykresy  dla  spadku  naporu  100  i    
500 Pa (rys.6 i 7). 

 
 

Analizę  zgodności  modelu  z  pomiarami  ruchowymi  przeprowadzono 

porównując: 

 

wyniki  pomiarów  wykonanych  w  rejonie  ściany  H-1a  w  pokł.403/1  w  trzech 
dniach i dl

a 6 spadków naporu w rejonie ściany, 

 

wyniki obliczeń komputerowych dla założonego modelu matematycznego dla 
12 zmiennych spadków naporu w rejonie ściany. 

 

 

 

 

Rys.5. Wpływ przewietrzania na ujęcie metanu w rejonie ściany H-1a                  

– stan wyjściowy (wariant I) 

 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 14 - 

 

 

Rys.6. zmiany zawartości metanu w zrobach ściany H-1a dla Δp = 100 Pa 

(wariant II) 

 

 

 

 

Rys.7. Zmiany zawartości metanu w zrobach ściany H-1a dla Δp = 500 Pa 

(wariant I) 

 
 

 

Zestawienie  podstawowych  wyników  ujmuje  tabela  1.  Różnice  pomiędzy 

wynikami pomiarów a wynikami obliczeń modelowych, biorąc pod uwagę warunki 
eksperymentu,  są  stosunkowo  małe,  co  potwierdza  poprawność  modelu.  Tym 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 15 - 

samym przedstawiona metoda komputerowej symulacji może być przydatna dla 
prognozowania  wpływu  przewietrzania  na  odmetanowanie  w  rejonie  ścian 
eksploatowanych z zawałem stropu. 
 

Tablica 1 

Analiza porównawcza wyników pomiarów z wynikami obliczeń modelowych 

 

Data 

pomiaru 

Spadek 

naporu 

 

Wentylacja 

 

Odmetanowanie 

Wydatek 

powietrza 

Zawartość 

CH

4

 

Wydatek 

mieszanki 

Zawartość 

CH

4

 

Wydatek 

CH

4

 

Model 

Pa 

m

3

/min 

m

3

/min 

m

3

/min 

28.06.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

550 
550 

1150 
1140 

-10 

-1,0 

1,3 
1,7 

+0,4 

+30,1 

18,63 
24,00 
+5,47 
+29,4 

52,0 
44,0 

-8,0 

-15,4 

9,68 

10,56 
+0,88 

+1,0 

28.06.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

300 
300 

600 
830 

+230 

+38,3 

1,6 
1,8 

+0,2 

+12,5 

18,88 
24,10 
+5,22 
+27,6 

58,0 
59,0 
+1,0 
+1,7 

10,95 
14,20 
+3,25 
+29,7 

08.07.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

700 
700 

1300 
1280 

-20 

-1,5 

1,3 
1,6 

+0,3 

+23,0 

24,48 
23,90 

-0,58 

-2,4 

35,5 
38,0 
+2,5 
+7,0 

8,57 
9,00 

+0,43 

+5,0 

08.07.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

500 
500 

 

980 

1070 

+90 

+9,2 

1,4 

1,75 

+0,35 
+25,0 

27,50 
24,00 

-3,50 
-12,7 

43,8 
46,0 
+2,2 
+5,0 

12,10 
11,20 

-0,90 

-7,4 

09.07.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

650 
650 

1350 
1240 

-110 

-8,1 

1,70 
1,65 

-0,05 

-2,9 

25,90 
23,90 

-2,00 

-7,7 

40,8 
40,0 

-0,8 
-2,0 

10,58 

9,50 

-1,08 

10,2 

08.07.87 

model 

bł.bezwzgl. 

bł.wzgl. % 

450 
450 

990 

1100 
+110 

+11,1 

1,4 
1,7 

+0,3 

+21,4 

26,04 

24,2 

+2,16 

+8,3 

46,0 
48,0 
+2,0 
+4,3 

11,97 
11,80 

-0,17 

-1,4 

 
 
5. Obliczenia symulacyjne i analiza wyn

ików 

 

 

Obliczenia  symulacyjne  pozwoliły  na  określenie  zależności  wydatku 

powietrza,  zawartości  metanu  w  powietrzu,  wydatku  mieszaniny  gazów 
ujmowanych  przez  odmetanowanie,  zawartości  metanu  w  rurociągu 
odmetanowania, wydatku metanu ujmowanego przez odmetanowanie od spadku 
naporu  w  rejonie  ściany  H-1a  pokł.403/1  i  na  sporządzenie  wykresu,  rys.5. 
Obliczenia  symulacyjne  pozwoliły  także  obliczyć  rozkład  zawartości  metanu  w 
zrobach i sporządzić izolinie zawartości metanu w zrobach, co przedstawiono na 
rys.6  i  7. 

Zgodność  wyników  obliczeń  z  eksperymentem  pozwala  sformułować 

wnioski o znaczeniu praktycznym: 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 16 - 

a) 

ze wzrostem spadku naporu w rejonie ściany następuje obniżenie zawartości i 
wydatku  metanu  w  rurociągu  odmetanowania  oraz  następuje  wzrost  ilości 
powietrza i spadek metanu w powietrzu, 

b)  wydatek ujmowanej mieszanki gazowej przez odmetanowanie jest w zasadzie 

stały i słabo zależny od zmian spadku naporu w ścianie, 

c) 

zmiany  zawartości  metanu  w  powietrzu  zależne  są  od  ilości  powietrza 
przepływającego przez ścianę, przy czym zależność ta nie jest liniowa, 

d) 

wzrost  ilości  powietrza  przepływającego  przez  ścianę  powoduje  spadek 
zawartości  metanu  w  zrobach,  co  prowadzi  do  obniżenia  się  zawartości 
metanu  i  wydatku  metanu  w  otworach  drenażowych  i  rurociągu 
odmetanowania, 

e)  w  przedz

iale  spadku  naporu  od  0  do  150  Pa  w  rejonie  ściany  przy 

jednoczesnym  wzroście  ilości  powietrza  występuje  słaby  wzrost  zawartości 
metanu w rurociągu odmetanowania, 

f) 

istnieje pewna optymalna wartość naporu w rejonie ściany, dla której można 
uzyskać  niską  zawartość  metanu  w  powietrzu  przy  jednoczesnej  wysokiej 
zawartości  metanu  i  wydatku  metanu  w  rurociągu  odmetanowania  np.  przy 
spadku  naporu  w  ścianie  Δp  =  300  Pa,  który  pozwala  przeprowadzić  przez 
ścianę Q = 830 m

3

/min, można zapewnić zawartość metanu w powietrzu C

w

 = 

1,7%  przy  jednocześnie  wysokiej  zawartości  metanu  C

0

  =  60%  i  wydatku 

ujmowanego  metanu  przez  odmetanowanie  Q

0

  =  14,2  CH

4

/min,  tym  samym 

można  uzyskać  wydatek  ujmowanego  metanu  wyższy  o  3,7  m

3

  CH

4

  (tj.  o 

35%)  od  stanu  rzeczywistego,  co  może  stanowić  wymierny  efekt 
ekonomiczny, 

g) 

rozkład izolinii zawartości metanu w zrobach (rys.6 i 7) jest zależny od spadku 
naporu  w  ścianie  i  wydatku  przepływającego  powietrza  przy  stałej 
metanowości  rejonu  ściany;  przy  małym  spadku  naporu  wysokie  zawartości 
metanu  wys

tępują  w  pobliżu  przestrzeni  roboczej  ściany  i  przy  chodniku 

nadścianowym; ze wzrostem spadku naporu następuje zwiększenie wydatku 
przepływu  powietrza  i  obniżenie  zawartości  metanu  w  rejonie  przestrzeni 
roboczej  i  w  zrobach,  wprowadzenie  odmetanowania  powoduje  zaburzenie 
istniejącego stanu rozkładu izolinii metanu. 

 

W oparciu  o  przedstawiony  model  matematyczny  i  wykorzystując  program 

komputerowy  można  przeprowadzić  obliczenia  symulacyjne  z  uwzględnieniem 
zmian  szeregu  parametrów  (np.  doświeżanie,  uszczelnianie  zrobów)  i  badać 
wpływ  przewietrzania  na  ujecie  metanu  przez  odmetanowanie  w  aspekcie 
zapewnienia  bezpieczeństwa  pracy  i  uzyskania  maksymalnego  efektu 
ekonomicznego w procesie odmetanowania. 
 
5.1. Obliczenia symulacyjne dla przypadku uszczelniania zrobów wzdłuż     
       

chodnika nadścianowego – wariant II 

 
 

Przeprowadzono  obliczenia  symulacyjne  dla  danych  jak  w  wariancie  I 

(opisane  w  pkt.4),  przy  czym  założono  dodatkowo,  że  wykonano  uszczelnienie 
zrobów wzdłuż chodnika nadścianowego za pomocą np. pasa anhydrytowego; w 
obliczeniach  symulację  tę  uzyskano  zwiększając  opory  bocznic.  Wyniki 
komputerowej symulacji przedstawiono na rys.8.  
 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 17 - 

 

Na podstawie obliczeń można stwierdzić, że w/w uszczelnienie powoduje: 

 

wzrost  zawartości  metanu  w  zrobach  wskutek  słabszego  przewietrzania 
zrobów przy stałej metanowości rejonu, 

 

korzystny  wpływ  na  zawartość  metanu  i  wydatek  metanu  w  rurociągu 
odmetanowania; w stosunku do wariantu I przy spadku naporu Δp = 500 Pa 
nastąpił  wzrost  zawartości  metanu  w  rurociągu  odmetanowania    z  47%  do 
75% (tj. o 28%) i ujmowanego metanu o 6,9 m

3

 CH

4

/min (tj. o 61,6%), 

 

wzrost zawartości metanu w pobliżu przestrzeni roboczej ściany, co może być 
przyczyną  wystąpienia  zagrożenia  wybuchem  metanu  np.  wypchnięcia 
wysokich  zawartości  metanu  do  przestrzeni  roboczej  i  na  urządzenia 
elektryczne w czasie zaburzeń wentylacyjnych. 

 

W  analizowanym  wariancie  można  uzyskać  wysoką  efektywność 

odmetanowania;  natomiast  dla  zapewnienia  bezpieczeństwa  pracy  rejon  ściany 
powinien być intensywnie przewietrzany. 
 

 

 

Rys.

8. Wpływ przewietrzania na ujęcie metanu w rejonie ściany H-1a                      

– uszczelnianie zrobów 

 

5.2.  Obliczenia symulacyjne dla przypadku otamowania chodnika  
        

podścianowego na odcinku zrobów – wariant III 

 
 

Przeprowadzono  obliczenia  symulacyjne  dla  danych,  jak  w  wariancie  I, 

przy czym założono dodatkowo, że chodnik podścianowy, którym doprowadzane 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 18 - 

 

jest  powietrze  wzdłuż  zrobów  ściany  H-1a  został  otamowany.  W  obliczeniach 

symulowano  to  zwiększając  opór  bocznicy  1-2  (rys.4).  Wyniki  obliczeń 
komputerowej symulacji przedstawiono na wykresach rys.9. 
 

 

 

Rys.9. wpływ przewietrzania na ujęcie metanu w rejonie ściany H-1a  – 

ograniczenie przepływu powietrza chodnikiem podścianowym 

w części zrobowej (wariant III) 

 

 

Otamowanie chodnika podścianowego H-1a nie miało istotnego wpływu na 

wydatek przepływu powietrza w ścianie i na zawartość metanu i wydatku metanu 
w  rurociągu  odmetanowania  w  stosunku  do  wariantu  I.  Spowodowane  to  było 
tym,  że  w  w/w  wyrobisku  w  wariancie  I  przed  otamowaniem  płynęło  tylko            
420  m

3

/min  powietrza,  o  po  otamowaniu  wydatek  powietrza  został  ograniczony 

do  60  m

3

/min.  Otamowanie  wyrobiska,  w  którym  jest  mały  wydatek  przepływu 

powietrza  nie  wpływa  istotnie  na  stan  zagrożenia  metanowego  w  ścianie  i  na 
efektywność odmetanowania. 
 
5.3. Obliczenia symulacyjne dla przypadku doświeżania w chodniku 
       

nadścianowym powietrza odprowadzanego ze ściany – wariant IV 

 
 

Przeprowadzono obliczenia symulacyjne dla danych, jak w wariancie I, przy 

czym  założono  dodatkowo,  że  [powietrze  wypływające  ze  ściany  o  dużej 
zawartości  metanu  będzie  doswieżane  –  ulegnie  zmieszaniu  z  powietrzem  o 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 19 - 

małej  zawartości  metanu  doprowadzanym  do  chodnika  nadścianowego.  W 
obliczeniach symulowano to poprzez doprowadzenie powietrza bocznicami 3-5 i 
5-

4  w  ilości  Q  =  230  m

3

/min  (rys.4).  Wyniki  obliczeń  komputerowej  symulacji 

przedstawiono na wykresie rys.10. 
 

 

 

Rys.10. Wpływ przewietrzania na ujecie metanu w rejonie ściany H-1a                    

– doświeżanie wylotu ze ściany (wariant IV) 

 

 

Na  podstawie  obliczeń  można  stwierdzić,  że  doprowadzanie  powietrza  o 

małej  zawartości  metanu  i  małym  wydatku  chodnikiem  nadścianowym  dla 
rozrzedzenia metanu w powietrzu i chodniku nadścianowym ściany nie wpływa w 
sposób istotny na efektywność odmetanowania w stosunku do wariantu I. 
 
5.4. 

Analiza wariantów 

 
 

Dla porównania poszczególnych wariantów symulacyjnych,  wyniki obliczeń 

dla spadku naporu Δp = 700 Pa, tj. dla maksymalnego spadku naporu jaki można 
było  uzyskać  w  rejonie  ściany  H-1a  w  pokł.403/1  w  kopalni  „Zofiówka”, 
zestawiono w tablicy 2. 
 

Z  analizy  wynika,  że  optymalnym  rozwiązaniem  w  aspekcie  wysokiego 

bezpieczeństwa  pracy  i  maksymalnych  efektów  odmetanowania  jest  wariant  II, 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 20 - 

polegający  na  utrzymaniu  bardzo  intensywnego  przewietrzania  ściany  i 
uszczelniania zrobów wzdłuż chodnika nadścianowego. 
 

Tablica 2 

 

Zestawienie efektów przewietrzania  i odmetanowania rejonu ściany H-1a w 

pokładzie 403/1 KWK „Zofiówka” dla różnych wariantów dla spadku naporu 

p=p

2

-p

1

=700 Pa 

 

1)  stan obliczeniowy 

Lp. 

Parametr 

Jednostka 

Wariant 

II 

III 

IV 

1. 

Wydatek 

powietrza 

m

3

/min 

1290 

1260 

1280 

1440 

2. 

Zawartość CH

4

 

w powietrzu 

1,6 

1,1 

1,5 

1,4 

3. 

Wydatek 

mieszanki 

m

3

/min 

24,0 

24,0 

23,9 

23,9 

4. 

Zawartość CH

4

 

w rurociągu 

38,0 

67,0 

37,0 

37,0 

5. 

Wydatek CH

w rurociągu 

m

3

/min 

9,0 

16,0 

9,0 

8,8 

 

2) 

różnica bezwzględna i względna do wariantu I 

Lp. 

Parametr 

Jednostka 

Wariant 

II 

III 

IV 

1. 

Wydatek 

powietrza 

m

3

/min 

-3,0 
-2,3 

-10 

-0,7 

+150 

+11,6 

2. 

Zawartość CH

4

 

w powietrzu 


-0,5 

-31,3 

-0,1 
-6,3 

-0,2 

-12,5 

3. 

Wydatek 

mieszanki 

m

3

/min 

0,0 

-0,0 

-0,1 
-0,4 

-0,1 
-0,4 

4. 

Zawartość CH

4

 

w rurociągu 


+29,0 
+76,3 

-1,0 
-2,6 

-1,0 
-2,6 

5. 

Wydatek CH

w rurociągu 

m

3

/min 

+7,6 

+77,8 

0,0 
0,0 

-0,2 

2,2 

 

 
6.  Stwierdzenia i wnioski 
 
 

W  oparciu  o  powyższe  badania  można  sformułować  następujące 

stwierdzenia i wnioski: 
1. 

Istnieje  wpływ  warunków  przewietrzania  na  ujęcie  metanu  przez 
odmetanowanie,  szczególnie  w  ścianach  eksploatowanych  z  zawałem 
stropu. 

2. 

Gdy  zroby  nie  są  zaizolowane  lub  nie  można  ich  izolować  ze  względów 
technologicznych  (zroby  przyścianowe)  to  są  one  w  różnym  stopniu 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 21 - 

przewietrzane,  a  dopływający  metan  z  górotworu  ulega  zmieszaniu  z 
powietrzem.  

 

 

Rozkład  zawartości  metanu  w  zrobach  jest  zmienny  w  przestrzeni  i  w 

czasie  oraz  zależy  głównie  od  metanowości  górotworu  (zrobów),  sposobu  i 
intensyw

ności przewietrzania, a także systemu odmetanowania. Rozkład ten 

można kształtować przez sposób i intensywność przewietrzania w aspekcie 
zapewnienia: 

 

maksymalnych  efektów  odmetanowania  (odsysanie  metanu  o  wysokim 
stężeniu), 

 

bezpieczeństwo pracy załóg górniczych (odsuwanie wysokich zawartości 
metanu od przestrzeni roboczej ściany). 

3. 

Istnieje ścisła współzależność pomiędzy przewietrzaniem i odmetanowaniem, 

szczególnie jest ona istotna w ścianach eksploatowanych z zawałem stropu. 
Dla  przeanalizowania  tych  zależności  opracowano  model  matematyczny, 
który  pozwala  przeprowadzić  komputerową  symulację  zmian  dowolnych 
parametrów związanych z przewietrzaniem i odmetanowaniem rejonu ściany. 

4. 

Uzyskane  wyniki  symulacji  komputerowej  pozwoliły  stwierdzić,  że  dla 

warunków  ściany  H-1a  w  pokł.403/1  kopalni  „Zofiówka”  (wariant  II) 
najbardziej racjonalnym sposobem  zwalczania  zagrożenia metanowego jest 
rozwiązanie, polegające na: 

 

przewietrzaniu ściany systemem H z chodnikiem równoległym, 

 

prowadzeniu odmetanowania zrobów ściany z chodnika równoległego, 

 

intensywnym przewietrzaniu ściany, 

 

uszczelnianiu  zrobów  wzdłuż  chodnika  nadścianowego  np.  pasem 
anhydrytowym. 

 

Uszczelnienie zrobów wzdłuż ściany chodnika nadścianowego pozwala 

w stopniu znaczącym zwiększyć efektywność odmetanowania. 

5.  Op

racowany 

model 

matematyczny 

zależności 

przewietrzania 

odmetanowania  rejonu  ściany  eksploatowanej  z  zawałem  stropu  może  być 
pod względem jakościowym wykorzystany przy: 

 

projektowaniu przewietrzania i odmetanowania ścian, 

  prowadzeniu regulacji przewietrzania i odmetanowania, 

 

doborze i ocenie parametrów przewietrzania i odmetanowania pod kątem 
uzyskiwania  maksymalnego  bezpieczeństwa  pracy  załóg  i  racjonalnych 
efektów  odmetanowania,  tym  samym  wykorzystanie  analizy  symulacji 
przewietrzania  i  odmetanowania  ścian  przyczyni  się  do  poprawy 
warunków  bezpieczeństwa  pracy  przy  jednoczesnym  zastosowaniu 
racjonalnych 

ekonomicznych 

systemów 

przewietrzania 

odmetanowania. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Archives of  Mining Sciences, volume 38 1993, Issue 2 

- 22 - 

 

Na  zakończenie autorzy wyrażają swoje podziękowanie Panu Prof.  zw.  Dr 

hab. inż. Januszowi Roszkowskiemu za inspirację, a Dr inż. Januszowi Traczowi 
za okazanie pomocy przy opracowaniu programu komputerowego do wykonania 
obliczeń symulacyjnych. 
 
 
 
Literatura 
 
1. 

Z.  Ciaś,  Wpływ  depresji  w  otworach  drenażowych  na  ilość  ujmowanego 
metanu w kopalni gazowej
. Praca doktorska 

– niepublikowana. 

2. 

W.  Dziurzyński,  J.  Tracz,  W.  Trutwin,  O  modelach  matematycznych 
przepływu  powietrza  i  gazów  powyrzutowych  w  kopalnianej  sieci 
wentylacyjne
j. 

Archiwum Górnictwa 32, 1 (1987). 

3. 

W. Dziurzyński, J. Tracz, W. Trutwin,  Computer Simulation of Transients  in 
Mine  Ventilation
.  Proc.  Of  the  Fifth  Int.  Mine  Ventilation  Congress. 
Marshaltown, South Africa, 1992. 

4. 

W.  Dziurzyński,  H.  Kaletka,  Zastosowanie  metody  symulacji  pożaru 
podziemnego  do  analizy  sieci  wentylacyjnej  kopalni  „Rymer”
.  Przegląd 
Górniczy 9 (1988). 

5. 

Z. Grębski, Zmiany gazowości kopalń w poszczególnych fazach ich budowy
Praca doktorska, 1975. 

6. 

B.  Kozłowski,  Z.  Grębski,  Odmetanowanie  górotworu  w  kopalniach.  Wyd. 
Śląsk, Katowice 1982. 

7. 

S.  Nawrat,  Z.  Ciaś,  J.  Malec,  Doświadczenia  w  zakresie  poprawy 
efektywności  odmetanowania  w  zależności  od  sposobu  przewietrzania

Materiały  na  seminarium.  Niektóre  problemy  zwalczania  zagrożenia 
metanowego, teoria i praktyka. 

8. 

S. Nawrat, J. Lasa, I. Śliwka, Problemy zastosowania SF

6

  jako znacznika w 

pomiarach  ruchu  mas  powietrza  w  głębinowych  kopalniach  węgla 
kamiennego

, Kraków 1984. 

9. 

J. Pawiński, Przepływy z wymianą masy i pędu w niektórych zagadnieniach 
przewietrzania kopalń
. Zeszyty Naukowe AGH, Kraków 1971. 

10. 

J.  Roszkowski,  J.  Pawiński,  Ruch  metanu  w  szeregowo  połączonych 
elementach  sieci  odmetanowania  o  różnych  charakterystykach
.  Archiwum 
Górnictwa 17, 4 (1974). 

11. W.  Trutwin, 

Wpływ  warunków  przewietrzania  na  stężenie  metanu  w 

wyrobiskach kopalnianych

. Zeszyty prog. Górnictwo 11, 2 (1973). 

12. R.  Vandeloise, 

Anomalie  w  zawartości  metanu  w  prądzie  wylotowym 

powietrza  z  przodków  eksploatacyjnych.  Institut  National  des  Industrie 
Extractives (INIEX), Liege.