Określanie zagrożenia metanowego w wyrobiskach dołowych - eksploatacyjnych i przygotowawczych przy pomocy stosowanych w PW metod prognoz gazowości

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓRNICTWO z. 41

m s Nr kol. 269

Dr h.ab. inż. Bolesław Kozłowski Katedra Pyłów i Gazów Kopalnianych

OKREŚLANIE ZAGROŻENIA METANOWEGO

W WYROBISKACH DOŁOWYCH - EKSPLOATACYJNYCH I PRZYGOTOWAWCZYCH PRZY POMOCY STOSOWANYCH W PW METOD PROGNOZ GAZÓWOŚCI

1. Wprowadzenie

Prognozowanie zagrożenia metanowego w kopalniach węgla kamien­

nego polega na:

1) określaniu średniego wydzielania metanu do wyrobisk:

a) eksploatacyjnych b) chodnikowych,

2) określeniu wydzielania maksymalnego metanu w wyrobi­

skach w czasie procesu urabiania węgla, któremu towarzyszy szczególnie intensywny wzrost me anowości,

3) określeniu spodziewanych koncentracji średnich metanu w wyrobiskach eksploatacyjnych i chodnikowych,

4) uwzględnieniu czynnika zagrożenia stropowymi nagroma­

dzeniami metanu.

W oparciu o uzyskane prognozą wyniki,a tym samym ukształ­

towany (z większą lub mniejszą dokładnością) obraz zagroże­

nia gazowego, powinno korygować się projektowanie górnicze, ustalać dobór wentylatorów głównych, sprzętu elektrycznego, sposobu wentylacji wyrobisk ślepych itd. [8^{, 7].}

W polskim PW uwzględniane są w praktyce dla prognozy meta- nowości wyrobisk eksploatacyjnych metody zachodnioeuropejskie:

Schulza, Stuffkena, Wintera, Patteyskiego [9, 10, 12] , metody radzieckie Instytutów MakNII [5, 10], Instytut im. A. Sko- czyńskiego [6]. metoda empiryczna zachodnioeuropejska [12^] oraz górniczo-statystyczna [10^{] .}

Wymienione metody nie obejmują prognozy zagrożenia metanowego w wyrobiskach chodnikowych.

W naszym PW dla prognozy metanowości w chodnikach stosowane są wzory V.L. Bożko, R.M. KTiczewskiego, E.I. Fomynycha, V.l.

Oriechowa,I.M. Pieczuka, I.W. Siergiejewa [10].

W latach 1965-68 opracowana została i wprowadzona do prak­

tyki P W nowa metoda prognozy zagrożenia gazowego [10]. Koniecz­

ność prowadzenia dalszych badań [4] nad prognozowaniem zagro­

żenia gazowego a tym samym systematyczne ulepszanie stosowa­

nych metod prognozowania zagrożenia gazowego jest podkreślana przez najwybitniejsze autorytety w dziedzinie zwalczania za­

grożenia gazowego.

Ponad wszelką wątpliwość w prowadzonych pracach opierać na­

leży się - podobnie jak W. Cybulski [i] na badaniach wykony­

wanych bezpośrednio na kopalniach.

W niniejszym artykule przedstawiona zostanie syntetycznie nowa metoda prognozy zagrożenia gazowego opracowana na Kop.

Dosw. "Barbara" [10J i przeprowadzone zostanie porównanie wy­

ników uzyskiwanych tą metodą z wynikami uzyskami innymi, do­

tychczas stosowanymi metodami.

Przy opracowaniu tej metody posługiwano się wynikami badań prowadzonych na:

a) dla wyrobisk eksploatacyjnych - 8 kopalniach b) dla wyrobisk chodnikowych - 14 kopalniach.

Z uwagi na skromne rozmiary niniejszego artykułu, pomija się omawianie wyżej przytoczonych metod zagranicznych. Można z nimi zapoznać się dokładnie w pracach przedstawionych w spisie literatury, który sporządzony został tak, aby wyelimi­

nować konieczność sięgania do literatury obcojęzycznej.

W rozdziale 2 artykułu przedstawiono nową metodę prognozowa­

nia metanowego.

W rozdziale 3 dokonano porównania wyników osiągniętych meto­

dami:

dla wyrobisk eksploatacyjny, h a) Schulza

b) Stuffkena c) Wintera d) Patteyskiego

Określanie zagrożenia matanówego«. 251

e) Instytutu im. A. Skoczyńskiego f) nową metodą prognozowania.

pominięto metody pozostałe jako empiryczne i dające w naszyoh warunkach zupełnie przypadkowe wyniki,

dla wyrobisk chodnikowych a) Bożko i Kriczewakiego

Wybrano z szeregu możliwych wzór dający w naszych warunkach stosunkowo najpoprawniejsze wyniki.

2. Nowa metoda prognoza metanowości Ł10]

2.1. Prognoza wydzielania metanu w robotach chodnikowych Wydzielanie metanu (g) do wyrobisk chodnikowych posiada trzy

zasadnicze " ź r ódła"!urobek (g,,), obnażony przodek (g2 ), ocio­

sy wyrobiska (gj).

S = +

S2

Wielkość g^ zależy od wielkości urobionego w przadk". wę&'a i jego gazonośności, g2 i gj od odsłoniętej płaszczyzny i inten­

sywności wydzielania się z niej metanu.

Uwzględniając powyższe otrzymujemy zależności:

b . p , . W . 0,8 ,

2J

g1 ⁼

s2 ^{= gp b (3}

g ^ ^ g p . p . n . T . ^ - m ^ ■

gdzie:

b - szerokość wyrobisku ,z j

p - postęp tm/d'

| - ciężar węgla (1,3 t/m'5)

W - gazonośność p o k _ v . (r.^CH^/t), w vxaku danych indywi­

dualnych przyjmować w. map gazowosci [llj

27 m - grubość odsłoniętych wkładek węgla w wyrobisku (m)

^ O

gp - wydzielanie metanu z m odsłoniętej powierzchni w ciągu minuty

n - ilość odsłoniętych w wyrobisku powierzchni węglowych T - wielkość uwzględniająca zmniejszenie się w czasiex

wydzielania CH^ z odsłoniętej powierzchni (doby)

? = 30 K + n’ 0,5^”^ (5)

gd z i e :

K - współczynnik, przyjmować

1 miesiąca prowadzenia robót - 0 2 miesiące " " - 0,5

3 "

4 " " " - 1,573

5 " " ” - 1,625

6 " " " - 1,7811

n' - kolejny dzień prowadzenia wyrobiska t - czas prowadzenia wyrobiska (miesiąc)

Wielkość gp można ustalić drogą doświadczalną lub przyjąć:

pokłady I kat. gazowości - 0,00009 m^ CH^/m^ min.

I I " " - 0,00027 " "

I I I " " 0 ,C02 " "

2.2. Prognoza wydzielania metanu do wyrobisk eksploatacyjnych Poza wydzielaniem z urobku (g-g^), ociosu ściany (gj^)» chod­

ników ścianowych (ggj), poważną wielkość stanowi wydzielanie z pokładów pod i nadbudowanych (gg^.) w wyniku eksploatacji.

Łączne wydzielanie wynosi więc:

SE = BS1 + SS2 +

®E3 + SE4 (

)

^Według badań radzieckich i polskich [10] stwierdza się wy­

dzielanie metanu z odsłoniętej calizny węglowej w czasie w następującym stosunku: 1 miesiąc - 100%, 2 -

50

25

4 - 12,5% itd.

Określanie zagrożenia metanowego«» 253

Rjrs

Postępując analogicznie jak w rozdziale 2.1 otrzymujemy:

(7)

eE2 _{= SP} 1 _{m (} 8 ₎

Ps l B 1 0,8 W SE1 = 1440

g_7 - obliczać ze wzorów 1-5 dla

J

Q si

p

Sg/j. = ■ i i 9)

B j 1,44 . 10p

g d z i e :

PE - postęp ściany (m/d) 1 - długość ściany (m) m - grubość ściany (m) Q - wydobycie ściany (t/d)

. -

< % >

uzyskany w wyniku podbudowy (nadbudowy)

s. - potencjał gazowy "1 m ? " pokładu stropowego (spągo\?ego)

"i", = m., . 1,3 • W

(w?

Dla obliczenia

p^

nego pokładu od pokładu eksploatowanego (m) do grubości po­

kładu eksploatowanego (a). Odrzutować punkt na linię odprężeń (stropową lub spągową), skąd na oś rzędnych, dla znalezienia

?i*

2.3. Uwagi uzupełniające

2.3.1. Wszystkie podane wielkości obrazują wydzielanie śred­

nie.

Dla obliczenia wydzielania maksymalnego (po odstrzale) na­

leży przyjąć, że cały metan z urobku wydziela się bezpośred­

nio po strzałach, tzn. że należy liczyć się przy n Q odstrzałach na dobę z każdorazowym wydzieleniem maksymalnym metanu w ilo­

ści „

Określanie zagrożenia metanowego«. 255 2.J.2. Koncentracja metanu zależy, od ilości powietrza dopro­

wadzonego do wyrobiska o przewidywanym wydzielaniu metanu.

Średnia procentowa koncentracja metanu (k) w powietrzu wyro­

biska chodnikowego wyniesie:

(g* + S2 + Sg) 100 , .

K =

—

Qp + s1 + S2 + Sj

analogicznie dla robót eksploatacyjnych:

(gB1 + SE2 + gB 3 + ggą) 100

K-c =

Q

"P

gdzie:

- projektowana doprowadzona ilość czystego powietrza (m3/ m i n ) .

2,3.3. Prognozowanie możliwości występowania lontów metano­

w y c h ^ ,

3

Należy po prostu liczyć się z ich występowaniem w wyrobiskach z wentylacją odrębną pól II i III kat. gazowości.

3. Porównanie wyników uz^skan^ch różnymi metodami prognoz gazowości i gazowościa faktyczną

W tablicy 1 zestawiono wyniki uzyskane metodami wykreślnymi i analitycznymi dla prognozy ściany 1 pokładu 412/2 kop. Biel- szowice. W tablicy uwzględniono oczywiście takie pokłady stro­

powe i spągowe pokładu 412/2.

Wielkość wydzielania obliczona nową metodą prognozy zagroże­

nia gazowego wynosi:

gE1 = 1 t77 m^CH^/min

SE2 = 0,825 " (gp określono badaniami, E = 0 , 1 8 5 " gp = 0,002 nrCH^/m /min)

33

®B4 = 3 * 000

gE = 5,780 m 3/CH4/min

Prognozazagrożeniadla pokładu412/2 kop. Blelssomoewykonana metodami: Sohultea, Wintera, Stuffkena, Pattelskj ego i metodą analityczną . s

S 3 -a- tr\

u CM

J d « rr a

•a *»*?h O H

oi

tJ 1 -H -* o o as

CM OJ .90 09* co

CM ,81 oco •CN

O o

-* *o CM

n CM

CM § 8

“ S S

« cs

tC tC o o r\ ** n

CM CM -* o o o O

1 a n -o h aj

" o o Wn sn

a s s o « o

n o o o r» (f\ tr\ 4 , r\ o rs rt Ot

■*> ~ 'r‘ CM **" ** CM O

■* *”

a 0*0

<3 O

CM o o % n sO 00 O r- -M- Ot CM O

s

■M u 1 *>

s

♦» ta h T- o CM «0 ft t - -M- CM O ’ <- o

«0 H O o o O T- 1- CM <o co CD f' T- O o O o

axn a

3 *0

►» SC-o o o *1 n <o CO o \ ^{CD o}

•a►* • H

.p o o -* o

-

O o

s t f

ifc _0*0 1 +•

M H ot o t-

(M CD

r\ 8 tf\

■e- tr,co 8 3 O

8 5 rl sO OS

o o

o

o tH C o o O ■*- CM C" f» CO CO a» O O o o

» - ¿ a

MOO

§

*a CO os

o 8

n tr\

-t 8 8 o ® ir\

c- sO

ICS 8 8 O

O o

o

M ► 2 o o o Ml r- ■O CD o «- Os o» O O O O o

O «

+»

.0 i

«•o c o irt

8 rt n CD o

Ot y. y. -# CM

sO 8 8 8 8

CO o a Ti Ol K o »

» « a

so f- e*- o vO ta CO Os Os <r> O O O o

a

; 5 3 n

8

♦* a m

IM3 o rc co CM CD CM CO C" tTN O s G

O H r- 8 8 3 5 T i Sw SŁi :

o o M> -♦ o

r

• 0

‘=13

*» •

sO v0 O tr\ K\ <C r~ o CO ♦ CD co co O O

3 o

O H O O o ’■ CM MS MS O

V) M

3 - S J *

h M ■* • ♦ o O o o O O O OS -* -M- o O CO o

3

W "

cM <1 00 M5

*■

r t c-

a h

•« o . S

a j 3 n 00 co (0 o O *\ o OS r- ł- -ł O CD o 00

CS O 3 Xi f* t- <0 -* <o Os CO o» O» ot Ot CD o CO

e> * 01

t3

CM i * >* o

XO o o CM CM % iS CM CM ■* -o

+->

3P i n

-i wa

■* -<* -*• +>

PP . a

+»

aa g.

m

■M- ■* -a-

c* - - CM <n ■o r\ »o t*. CO o% o CM n

14 15 so

164,4768,7450,83 66,t6 45,4066,53 31,8747,19

Określenie zagrożenia metanowego«.» 257

R;ys. 2

Prognozowana gazowość ściany wyniesie więc dla wydobycia śred­

niego 298 t/d

3.2. Wyrobiska chodnikowe

Na rysunku 2 przedstawiono wyniki prognozy gazowości w wyro­

biskach w p. 412/2 kop. Bielszowice uzyskane wzorem Bożko, Kriczewski (dającym stosunkowo najpoprawniejsze wyniki) oraz nową metodę prognozowania. Wyniki prognozy porównano ze sta­

nem faktycznym stwierdzonym badaniami. Błąd średni uzyskany nową metodą wynosi 22%, metodą Bożko, Kriczewekiego 51%.

3.3* W obu przypadkach błąd uzyskany nową metodą prognozy za­

grożenia gazowego jest znacznie niższy niż metodami pozosta­

łymi.

4. Zakończenie

W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę prognozy za­

grożenia gazowego i porównano ją z dotychczas stosowanymi w PW.

Osiągnięto rezultaty w zasadniczy sposób lepsze od metod dawniej stosowanych.

Nowa metoda stosowana jest obecnie w opracowaniach i eksper­

tyzach Kop. Dośw. "Barbara". Prowadzi się także dalsze bada­

nia nad jej rozwijaniem i doskonaleniem.

Można ją zalecić do stosowania w Biurach Projektów i działach wentylacyjnych kopalń.

Określanie zagrożenia metanowego... 259

LITERATUBA

[li Cybulski W., Myszor H. , Gorol Cz.: Badania nad wpływem wielkości wydobycia na zagrożenie gazowe w wyciągających prądach z rejonów ścian w pokładach III kat. zagrożenia gazowego. Er 1/69 r. "Archiwum Górnictwa".

[2] Cybulski W.: Zagadnienie klasyfikacji nagromadzeń metanu.

Przegląd Górniczy 5/67.

[3] Cybulski W.:

Projekt podziału nagromadzeń metanu. Materiały na konfe­

rencję Stow. Inż. i Techn. Górnictwa 1966 r.

[4] Cybulski W.s Postęp nauki polskiej w dziedzinie walki z niebszp. wybuchów gazu i pyłu węglowego. Zjazd Naukowo- Techn. 1954- r. Warszawa 1956 PWN.

["5] Kozłowski B.; Prognoza gazowości nowo budowanej kopalni.

Biuletyn Biura Projektów PW 9/65.

[&J

s

ra Projektowych P W 8/65.

[7] Kozłowski B.: Prognoza zagrożenia gazowego w projektowa­

nych wyrobiskach rejonu wentylacyjnego. Biuletyn Biur Proj. P W 10/65.

[8j Kozłowski B.s Czynnik zagrożenia gazowego i pyłowego w projektowaniu górniczym. Biuletyn Biur Projekt. PW 5/66.

[9] Kozłowski B. Sobala J.s Zwalczanie zagrożenia gazowego w kopalniach węgla kamiennego. Wydawnictwo "Śląsk" 1967 r.

[10] Kozłowski B . : Nowa metoda prognozowania zagrożenia gazo­

wego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej Nr 251/69 [11] Sobala J . , Gotkowski T . : Mapy gazowości metanu w węglu

pokładów grupy 400, 500, 600 i 700 w Górnośląskim Zagłę­

biu Węglowym Komunikat GIG nr 302 Dział XV.

[12] Tarnowski J . : Metan i pył - Poradnik Górnika t. II.