Piotr Marek GIG3A 1 kwietnia 2008r.

Łukasz Kortyzon

Damian Lada

Aleksandra Kloza

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z BHP z dnia 11 marca obejmuje:

• Pomiar ciśnienia gazu,

• Oznaczenie wskaźnika zwięzłości skal,

• Pomiar wychodku zwiercin z otworu,

• Oznaczenie wskaźnika desorpcji gazu.

Czynności te służą rozpoznaniu i kontroli stanu zagrożenia w pokładach węgla zaliczonych do skłonnych lub zagrożonych wyrzutami metanu i skał, w których wierci się otwory badawcze wiertłami o średnicy 42mm. Za gaz, który będziemy badać przyleliśmy metan, a za kopalinę węgiel kamienny.

Wyrzutach gazów i skał - rozumie się przez to dynamiczne przemieszczenie rozkruszonych skał lub węgla z calizny do wyrobisk przez energii gazów wydzielonych z górotworu w wyniku działania czynników geologiczno-górniczych, które mogą spowodować efekty akustyczne, podmuch powietrza, uszkodzenie obudowy i urządzeń, powstanie kawerny powyrzutowej, zaburzenie w przewietrzaniu wyrobisk, powstanie wybuchowego nagromadzenia metanu lub atmosfery niezdatnej do oddychania.

Pomiar ciśnienia gazu w długich otworach badawczych sondą typu „Barbara 71” Przed przystąpieniem do wykonywania pomiaru należy sprawdzić szczelność przyrządu.

• Od tulei gumowej sondy poprzez przewód ciśnieniowy powietrzny i zawór należy napompować za pomocą pompki powietrze do osiągnięcia ciśnienia 1at, a następnie zakręcić zawór powietrzny.

• W przypadku spadku ciśnienia na manometrze należy zanurzyć najpierw element uszczelniający, a następnie zawór w naczyniu z wodą i usunąć stwierdzenie nieszczelności.

Mając tak sprawdzoną sondę możemy przystąpić do pomiaru ciśnienia gazu w otworze. Kolejność czynności przy pomiarze ciśnienia w warunkach laboratoryjnych jest następująca:

• Włożyć tuleje gumową sondy do rury pomiarowej i napełnić ją powietrzem za pomocą pompki do ciśnienia 5at i następnie zakręcić zawory przewodu powietrznego i przewodu gazowego.

• Otworzyć zawór doprowadzający gaz do rury pomiarowej imitującej otwór i uruchomić sekundomierz.

• Dokonać kolejnych odczytów ciśnienia na manometrze przewodu gazowego, co 30s aż do momentu, gdy ciśnienie się ustabilizuje..

1,06[kg/cm²]- wartość ciśnienia gazów w otworze

• Zamknąć zawór doprowadzający gaz do rury, a następnie otworzyć zawór przewodu gazowego i wypuścić gaz z komory pomiarowej. Gdy ciśnienie spadnie całkowicie, otworzyć zawór przewodu powietrznego i wyjąć sondę z otworu.

Sonda umożliwia pomiar ciśnienia gazu przy stałej półmetrowej komorze pomiarowej, w otworach o różnej głębokości do 8 metrów. W warunkach kopalnianych na wiertle należy zaznaczyć cechy 2,3,4,5,6 metrów. Pod dowierceniu się do głębokości 2m należy wyjąć wiertło, otwór wyczyścić ze zwiercin i wsunąć sondę do otworu. Cechy są tak naznaczone, że między elementem uszczelniającym, a dnem otworu pozostaje stała komora pomiarowa z odsłoniętymi ściankami otworu o długości 0,5m.

Oznaczenie wskaźnika zwięzłości skał „fz” metodą tłuczenia. Wskaźnik zwięzłości fz wyznaczamy za pomocą zestawu składającego się z kruszarki, objętościomierze sit, oraz wagi. Kruszarka składa się ze: zbiornika, stalowego bijaka, rury stalowej, w której przemieszcza się bijak i w której wykonano otwory umożliwiające podtrzymanie bijaka na stałej wysokości za pomocą zatyczki stalowej. Do wyznaczania ilości przesianego węgla pochodzącego z tłuczenia używa się objętościomierza. Objętościomierza składa się z cylindra wykonanego ze szkła organicznego oraz tłoczka pomiarowego z naniesioną skalą milimetrową.

W warunkach laboratoryjnych pomiaru się nie wykonuje ze względu na niebezpieczeństwo zaistnienia wypadku. Przyjęliśmy wskaźnik zwięzłości 1,45.

W warunkach kopalnianych dla wyznaczenia wskaźnika fz należy uprzedni pobrać próbki węgla. Próbki węgla kamiennego lub jego przerostów należy pobrać bezpośrednio z pokładu. Następnie pobrane próbki należy rozdrobnić młotkiem, tak, aby otrzymać jak najwięcej ziaren o średnicy od 1 do 2 mm. Do wydzielenie tych ziaren używa się sit z oczkami o boku 1 na 2 mm. W ten sposób przygotowana ilość materiału stanowi próbkę analityczną, z której wyznacza się wskaźnik zwięzłości.

Oznaczenie wskaźnika zwięzłości należy wykonać według podanej kolejności:

1. Z próbki analitycznej znajdującej się w zbiorniku pobrać około 50g badanego materiału i wsypać do zbiornika kruszarki.

2. Bijak opuścić na badany materiał 5 razy w każdej próbce, przy czym, w przypadku węgla twardego lub przerostów wykonuje się pomiar na 5 próbkach, a w przypadku węgla miękkiego do wykonania pomiaru wystarczą 3 próbki.

3. Potłuczony materiał przesiać przez sito tkane z oczkami 0,5mm

4. Otrzymaną klasę ziarnową o średnicy ziaren poniżej 0,5mm wsypać do cylindra, objętościomierza.

5. Następnie wsunąć tłoczek pomiarowy objętościomierze do cylindra i na skali długości odczytać liczbę wskazaną przez skalę milimetrową.

6. Wskaźnik zwięzłości fz w danym miejscu warstwy obliczmy z następujących wzorów:

Fz=62/L dla węgla miękkiego

Fz=103/L dla węgla twardego i przerostów

Gdzie: L- wartość odczytana na tłoczku pomiarowym objętościomierza

Wskaźnik zwięzłości węgla lub jego przerostów w danym miejscu warstwy należy obliczać jako średnia arytmetyczną wyników dwóch oznaczeń wykonanych z tej samej próbki analitycznej.

Pomiar wchodu zwiercin z otworu. Pomiaru tego nie wykonujemy z braku możliwości technicznych w laboratorium- przyleliśmy wartość 3,5l/m. W praktyce pomiar ten jest wykorzystywany poprzez podstawianie wyskalizowanego pojemnika w litrach pod miejscem, gdzie wiercimy otwór o dł 1 metra. Ilość zwiercin odczytujemy ze skali.

Oznaczenie wskaźnika desorpcji gazu z próbek zwiercin węglowych. Do wyznaczania tego wskaźnika służy, desorbometr monometryczny cieczowy jest U-rurka. Jedno ramię jest połączone kanalikami z atmosferą oraz komorą desorpcyjną. W komorze tej umieszcza się pojemnik z próbka węgla. Na drugim ramieniu U-rurki, połączonym tylko atmosferą, znajduje się przesuwana podziałka. Dodatkowe wyposażenie przyrządu stanowi zestaw dwóch sit w obudowie blaszanej, z której górne sito ma średnicę 1mm, a dolne 0,5mm. Przed przystąpienia do pomiaru sprawdzamy czy desorbometr jest szczelny.

W warunkach kopalnianych próbkę węgla stanowią zwierciny z wierconego otworu w przodku. W trakcie wiercenia, bez przerwy od głębokości 1,9 do 2m czy tez od 2,9 do 3m należy podstawić pod wylot otworu sita desorbometru i uruchomić sekundomierz. Należy następnie przesiać zwierciny, a ziarna klasy 0,5-1mm wsypać do pojemniczka równo z krawędziami bez ubijania. Zamknąć pojemniczek do komory desorbcyjnej i po upływie 120s (licząc od momentu rozpoczęcia wiercenia) dokręcić lewy korek desorbometru, co powoduje odcięcie komory desorbcyjnej od atmosfery. Następnie wykonać odczyt przyrostu ciśnienia w desorbometrze po upływie 60 i 120s.

W laboratorium ziarna klasy 0,5-1mm pobrane z wierconego otworu wg powyższych zasad, znajdują się w cylindrycznych naczynkach.

Wykonanie pomiaru w laboratorium należy przeprowadzic następująco:

• Zakręcić zawór doprowadzający CO₂ do naczynek.

• Odkręcić jedno naczynko, uruchomić sekundomierz, zawartość naczynka wsypać do pojemniczka desorbometru, równo z krawędzią, bez ubijania, a następnie zamknąć je w komorze desorpcyjnej przyrządu pomiarowego.

• Dalszą część doświadczenia wykonujemy analogicznie jak w warunkach kopalnianych.

Podczas doświadczenia, które przeprowadzaliśmy na zajęciach otrzymaliśmy następujące odczyty:

60s - 34mm H₂O = 0,333kPa

120s - 57mm H₂O = 0,559kPa - wskaźnik desorpcji

Odczyt po 120s jest wskaźnikiem desorpcji, natomiast wskaźnik odczytany po 60s jest stosowany do sprawdzenia czy nie popełniono błędu w odczytach. Stosunek drugiego odczytu do pierwszego powinien wynosić ponad 1,67

Badanie stosunku odczytów uzyskanych na zajęciach:

0,559kPa/0,333kPa = 1,68

Reasumując wyniki badań:

57mm H₂O = 0,559kPa - wskaźnik desorpcji

1,45 - wskaźnik zwięzłości

3,5ldm3 na 1 mb - wychód zwiercin

1,06[kg/cm²]- wartość ciśnienia gazów w otworze

Wnioski:

Zagrożenia wyrzutami metanu i skał:

Ustala się dwie kategorie zagrożenia wyrzutami metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny :

-skłonne do występowania wyrzutów metanu i skał

-zagrożonych wyrzutami metanu i skał

W oparciu o §§ 393 pkt. 3 z Dz. U. nr 139 poz. 1169 z dnia 2 września 2002r. wnioskujemy ,iż pokład jest zagrożony wyrzutami metanu i skał, gdyż:

1. Desorpcja metanu jest niższa od 1,2 kPa ponieważ wynosi0,559 kPa

2. Zwięzłość węgla wynosi co najmniej 0,3 ponieważ jest równa 1,45

W związku z tym w kopalni tej musiał wystąpić prędzej:

• wyrzut metanu i skał

• miał miejsce nagły wypływ metanu

• zwiększona ilość zwiercin, wydmuchy zwiercin i gazów, zakleszczanie lub wypychanie wiertła w czasie wiercenia otworu,

• odpryskiwanie węgla z ociosów i czoła przodku oraz trzaski w głębi calizny,

• zwiększone wydzielanie gazów po robotach strzałowych,

• zwiększenie ilości urobku i jego rozrzucanie na większą odległość od przodka przy tej samej technologii wykonywania robot strzałowych,

• zmniejszenie zwięzłości i zmiany struktury węgla w czasie prowadzenia wyrobiska. (zgodnie z DZ. U. nr 94 poz. 841 §16 pkt. 3 z dnia 1 lipca 2002).

Zakłady górnicze eksploatujące złoże zagrożone wyrzutem metanu i skał powinny mieć odpowiednio zorganizowaną i wyposażoną służbę do spraw zwalczania zagrożeń wyrzutami. Ponadto pracowników zatrudnionych w takich polach informuje się o aktualnym stanie zagrożenia wyrzutami, objawach zagrożenia oraz zasadach postępowania w przypadku wystąpienia objawów lub faktycznego wyrzutu metanu i skał.

W danej kopalni w wyrobiskach korytarzowych drążonych w pokładach węgla kontrolne pomiary intensywności desorpcji metanu wykonuje się co najmniej raz na dobę. Jeśli wskaźniki zagrożenia nie są przekroczone i jednocześnie występują inne objawy zagrożenia pomiary intensywności desorpcji i ilości zwiercin wykonuje się w otworach o długości co najmniej 6 m. Wszystkie te pomiary te wykonuje się w celu ocen skuteczności zastosowanych metod zmniejszania zagrożeń.

Eksploatacja:

Jeżeli wszystkie pokłady są jednakowo zagrożone wyrzutami metanu i skał, eksploatację rozpoczynamy od pokładu, którego wybranie pozwoli na maksymalne odprężenie pozostałych pokładów. Stosujemy system ścianowy przy eksploatacji. Ze względu na to, że wskaźnik desorpcji metanu wynosi 0,559 kPa ,możliwe jest stosowanie urabiania kombajnami. Należy pamiętać, że po przekroczeniu dopuszczalnej zawartości metanu w powietrzu urządzenia elektryczne powinny być wyłączone w czasie krótszym niż 15 s.

Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa higieny pracy pracownicy w kopalni powinni być wyposażeni w aparaty regeneracyjne. Ważne jest także aby w przodkach wyrobisk prowadzonych w pokładach zagrożonych wyrzutami metanu i skał znajdowały się tablice, na których osoby przeprowadzające pomiary wskaźników zagrożenia wyrzutami metanu i skał wpisują wyniki bezpośrednio po ich wykonaniu. Na podstawie tych wskaźników są opracowywane prognozy zagrożenia wyrzutami metanu i skał.

Jeżeli podczas wiercenia nastąpi gwałtowne wydzielanie się metanu i zwiercin natychmiast przerywa się wiercenie otworu badawczego oraz wstrzymuje pogłębianie i rozwiercanie.

W razie prowadzenia wyrobiska przy użyciu materiałów wybuchowych, otwory wykonane wcześnie w czole przodka zaślepia się przed przystąpieniem do wiercenia otworów strzałowych.

W wyrobiskach korytarzowych kamiennych przy odległości czoła przodku od pokładu węglowego, nie mniejszej niż 3 m, dalsze drążenie poprzedza się odwierceniem otworów o długości co najmniej 4 m dla określenia intensywności desorpcji metanu.

Jeśli podczas drążenia wyrobiska napotkamy zaburzenie geologiczne, wstrzymuje się wiercenie i wykonuje dodatkowe otwory rozpoznawcze.

Prognozowanie zagrożenia wyrzutami metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych :

Prognozę stanu zagrożenia powinno się wykonać zgodnie z technologią uwzględniającą następujące czynniki :(Dz. U. 139 poz. 1169 z dnia 2 września 2002 r. załącznik nr 5 pkt. 9.2)

• sposób kontroli stężeń metanu,

• sposób zabezpieczenia załogi przed skutkami wyrzutu,

• lokalizacje, kierunki, średnice oraz długości otworów,

• sposób wykonania pomiarów parametrów zagrożenia wyrzutem oraz dokumentowania ich wyników,

• tryb zapoznawania się osób kierownictwa i dozoru zakładu górniczego z wynikami tych pomiarów.

• sposoby bezpiecznego usuwania awarii, w szczególności zaklinowania wiertła w otworze,

Osoba dozoru ruchu przed rozpoczęciem prac na swojej zmianie jest zobowiązana do sprawdzenia:

1. rozmieszczenia tablic ostrzegających załogę przed zagrożeniem,

2. sprawności środków łączności i alarmowania,

3. wyposażenia załogi w tlenowe aparaty ucieczkowe,

4. stanu wentylacji oraz stężenie metanu w wyrobisku,

5. stanu obudowy wyrobiska,

6. stanu technicznego urządzeń w przodku.

Zwalczanie zagrożeń wyrzutem metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych:

Ku zmniejszeniu zagrożenia powinno się stosować następujące metody: (Dz. U. 139 poz. 1169 z dnia 2 września 2002 r. załącznik nr 5 pkt. 9.5):

• strzelanie odprężające,

• strzelanie wstrząsowe- urabiające,

• odgazowanie pokładów węgla o wysokiej gazonośności otworami drenażowymi,

• obniżenie naprężeń eksploatacyjnych w pokładzie z jednoczesnym jego odgazowaniem przez zwieranie pokładu.

• nawadnianie pokładu,

Dla każdej z tych metod opracowuje się technologie jej wykonania. Technologie te powinny określać:

• sposób wzmocnienia obudowy wyrobiska,

• sposób wykonywania i dokumentowania wyników pomiarów parametrów zagrożenia wyrzutowego

• rodzaj wyposażenia technicznego przodka,

• sposób kontroli stężeń metanu,

• lokalizację, średnice, kierunki i długości otworów, sposoby zabezpieczenia przed wyrzutem (rurowanie ,głowice przeciwwyrzutowe),

• sposób zabezpieczenia załogi przed skutkami wyrzutu, wyposażenie w tlenowe aparaty ucieczkowe

• sposoby bezpiecznego usuwania awarii w szczególności zaklinowania wiertła w otworze,

• sposób organizacji oraz sprawowania nadzoru w przodku i rejonie wentylacyjnym zagrożonym, w razie powstania wyrzutu.

• strefę, w której mogą przebywać jedynie osoby wykonujące prace związane ze stosowaniem określonej metody,

• tryb zapoznawania się osób kierownictwa z i dozoru z wynikami pomiarów

2

---