Modeling atmosphere composition and determining explosibility in a sealed coal mine volume

Explosions originated from or around the sealed areas in underground coal mines present a serious safety threat. The explosibility of the mine atmosphere depends on the composition of oxygen, combustible and inert gases. In additional, the composition in the inaccessible sealed areas change with time under various factors, such as gases emissions, air leakage, inert gases injected, etc. In order to improve mine safety, in this paper, a mathematical model based on the control volume approach to simulate the atmosphere compositions is developed, and the expanded Coward explosibility triangle diagram is used to assess the mine gas explosion risk. A computer program is developed to carry out the required computations and to display the results. In addition, the USBM explosibility diagram is also included in the program to serve as a double check.

Wybuchy powstające wewnątrz lub wokół zamkniętych (odizolowanych) regionów w podziemnych kopalniach węgla stanowią poważne zagrożenie. Możliwość wystąpienia wybuchu powietrza kopalnianego uzależniona jest od proporcji zawartego w nim tlenu, gazów palnych i gazów obojętnych. Ponadto, skład atmosfery wewnątrz zamkniętych odizolowanych przestrzeni ulega zmianom w czasie pod wpływem różnorakich czynników: wydzielanie gazów, przecieki powietrza, doprowadzanie gazów obojętnych. Dla poprawy bezpieczeństwa pracy w kopalni opracowano model matematyczny bazujący na metodzie objętości kontrolnej dla symulacji składu powietrza. Rozszerzony wykres Cowarda wskazujący skłonność do wybuchu wykorzystany został do oszacowania ryzyka wystąpienia wybuchu gazów kopalnianych. Opracowano program komputerowy który wykonuje niezbędne obliczenia i wyświetla wyniki. Ponadto, dla dodatkowego potwierdzenia wyników wykorzystano wykres USBM obrazujący niebezpieczeństwo wybuchu.