Determination of the zone endangered by methane explosion in goaf with caving of longwalls ventilated on „Y” system

One of the most dangerous and most commonly present risks in hard coal mines is methane hazard. During exploitation by longwall system with caving, methane is emitted to mine heading from the mined coal and coal left in a pile. A large amount of methane also flows from neighboring seams through cracks and fissures formed in rock mass. In a case of accumulation of explosive methane concentration in goaf zone and with appropriate oxygen concentration and occurrence of initials (e.g. spark or endogenous fire), it may come to the explosion of this gas. In the paper there are presented results of numerical analysis of mixture of air and methane streams flow through the real heading system of a mine, characterized by high methane hazard. The aim of the studies was to analyze the ventilation system of considered heading system and determination of braking zones in goaf zone, in which dangerous and explosive concertation of methane can occur with sufficient oxygen concentration equal to at least 12%. Determination of position of these zones is necessary for the selection of appropriate parameters of the ventilation system to ensure safety of the crew. Analysis of the scale of methane hazard allows to select such a ventilation system of exploitation and neighboring headings that ensures chemical composition of mining atmosphere required by regulation, and required efficiency of methane drainage. The obtained results clearly show that numerical methods, combined with the results of tests in real conditions can be successfully used for the analysis of variants of processes related to ventilation of underground mining, and also in the analysis of emergency states.

ednym z najbardziej niebezpiecznych i najczęściej występujących zagrożeń w kopalniach węgla kamiennego jest zagrożenie metanowe. Przy eksploatacji systemem ścianowym z zawałem skał, metan wydziela się do wyrobisk górniczych z urabianego oraz pozostawionego w zawale węgla. Duża ilość metanu dopływa także z pokładów sąsiednich przez powstałe w górotworze szczeliny i spękania. W przypadku nagromadzenia się metanu o stężeniu wybuchowym w zrobach zawałowych i przy odpowiednim stężeniu tlenu oraz wystąpieniu inicjału (np. iskra lub pożar endogeniczny), może dojść do wybuchu tego gazu. W artykule przedstawiono wyniki analizy numerycznej przepływu mieszaniny strumienia powietrza i metanu przez rzeczywisty układ wyrobisk jednej z kopalń, charakteryzującej się dużym zagrożeniem metanowym. Celem badań była analiza systemu wentylacyjnego rozpatrywanego układu wyrobisk oraz wyznaczenie w zrobach ściany zawałowej stref, w których mogą wystąpić niebezpieczne, wybuchowe stężenia metanu przy dostatecznym stężeniu tlenu wynoszącym min. 12%. Wyznaczenie położenia takich stref jest konieczne dla doboru odpowiednich parametrów systemu wentylacyjnego w celu zapewnienia bezpieczeństwa pracy załogi. Analiza skali zagrożenia metanowego pozwala na dobranie takiego systemu przewietrzania ściany eksploatacyjnej i sąsiednich wyrobisk, który zapewni wymagany przepisami skład chemiczny atmosfery kopalnianej, a także wymaganą efektywność procesu odmetanowania. Uzyskane rezultaty jednoznacznie dowodzą, iż metody numeryczne, w połączeniu z wynikami badań w warunkach rzeczywistych mogą z powodzeniem być stosowane do wariantowych analiz procesów związanych z przewietrzaniem podziemnych wyrobisk górniczych, a także w analizach stanów awaryjnych.