opracowanie zasad opomiarowania i kontroli parametrów ... 9 - img.pdf · streszczenie zagrożenia...
TRANSCRIPT
tel. (+48) (12) 637 62 00, fax. (+48)(12) 637 28 84; NIP: 675-000-18-40, REGON: 000326368
INSTYTUT MECHANIKI GÓROTWORU
POLSKIEJ AKADEMII NAUK 30 - 059 Kraków ul. Reymonta 27
tel. +48(12)6376200, fax +48(12)6372884 www.img-pan.krakow.pl
Strategiczny projekt badawczy PS3 pt. "Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach"
Opracowanie zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagrożenia metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny
Sprawozdanie z realizacji
etapu nr 9
Opracowanie zasad opomiarowania i kontroli
parametrów fizycznych i chemicznych przepływu powietrza w wyrobiskach górniczych w oparciu o
przyrządy pomiarowe i czujniki systemów telemetrycznych
Kierownik części projektu strategicznego:
................................................................ Prof. dr hab. inż. Stanisław Wasilewski
KRAKÓW, październik 2012 roku
tel. (+48) (12) 637 62 00, fax. (+48)(12) 637 28 84; NIP: 675-000-18-40, REGON: 000326368
INSTYTUT MECHANIKI GÓROTWORU
POLSKIEJ AKADEMII NAUK 30 - 059 Kraków ul. Reymonta 27
tel. +48(12)6376200, fax +48(12)6372884 www.img-pan.krakow.pl
Projekt Strategiczny - Zadanie 3
Opracowanie zasad pomiarów i badan parametrów powietrza kopalnianego dla oceny zagrożenia metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny
Data rozpoczęcia pracy (umowy): 01.01.2012 – Data zakończenia 30.10.2013
Etap 9.
Opracowanie zasad opomiarowania i kontroli parametrów fizycznych i chemicznych przepływu powietrza w wyrobiskach górniczych w oparciu o przyrządy pomiarowe i czujniki systemów telemetrycznych.
Charakter opracowania:
Praca naukowo-badawcza.
Opracował zespół w składzie:
Prof. dr hab. inż. Wacław Dziurzyński Prof. dr hab. inż. Stanisław Wasilewski Dr inż. Andrzej Krach
Zatwierdził:
Dyrektor Instytutu
............................................................... prof. dr hab. inż. Wacław Dziurzyński
Streszczenie
Zagrożenia naturalne, a w szczególności metanowe oraz pożarowe stanowią
najpoważniejsze zagrożenia współczesnych kopalń. Zagrożenia te mają decydujący wpływ na
bezpieczeństwo załóg i ciągłość ruchu zakładów górniczych. Zagadnienia pomiarów i kontroli
parametrów aerologicznych w sieciach wentylacyjnych kopalń głębinowych stają się
szczególnie obecnie coraz bardziej istotne zadania dla służb wentylacyjnych polskich kopalń
węgla kamiennego .
W tej części zadania badawczego nr. 3, omówiono obowiązujące w polskich kopalniach
węgla kamiennego zasady opomiarowania i kontroli parametrów fizycznych oraz
chemicznych przepływu powietrza w wyrobiskach górniczych. W kolejnych częściach, na
podstawie ankiet przeprowadzonych w kopalniach, omówiono metodykę pomiarów
parametrów stosowaną przez służby wentylacyjne za pomocą ręcznych przyrządów
pomiarowych oraz kontrolę parametrów obowiązującą zgodnie z przepisami przez czujniki
stacjonarne w systemach gazometrii automatycznej.
W dalszej części omówiono metody i kryteria wykrywania zagrożeń aerologicznych w sieci
wentylacyjnej kopalni przyjęte w systemach gazometrii automatycznej włączonych do
kopalnianych systemach nadzoru. Na bazie przepisów górniczych podano stosowane
rozwiązania zabezpieczeń i kontroli zagrożeń w wyrobiskach kopalni dla różnych systemów
przewietrzania rejonów eksploatacyjnych oraz robót przodkowych korytarzowych.
Na zakończenie przedstawiono przykłady zabezpieczeń gazometrycznych wybranych
rejonów kopalń węgla kamiennego w JSW SA i KW SA, w których prowadzono eksploatację w
obecności zagrożenia metanowego i pożarowego.
Spis treści
1. Wstęp
2. Stan aktualny wyposażenia służb kopalnianych w przyrządy ręczne do pomiarów i kontroli
parametrów fizycznych i chemicznych parametrów powietrza
2.1. Wyniki ankietyzacji kopalń JSW SA, KW SA, KHW SA
r Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia metanu
r Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia tlenku węgla
r Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia tlenu
r Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia gazów (mierniki wielogazowe)
r Przyrządy do pomiaru i kontroli prędkości powietrza – anemometry
r Przyrządy do pomiaru i kontroli ciśnienia powietrza – barometry
r Przyrządy do pomiaru i kontroli temperatury i wilgotności powietrza –
termohigrometry, psychrometry
2.2. Podsumowanie wyników ankiet stosowanych w kopalniach przyrządów ręcznych
3. Metodyka wyznaczania parametrów przewietrzania oraz wskaźników zagrożeń przez
służby wentylacyjne kopalń
3.1 Wyznaczanie strumienia objętości powietrza [m3/min]
q Wyznaczanie pola przekroju wyrobiska, [m2],
q Wyznaczenie średniej prędkości powietrza [m/s],
3.2.Pobieranie prób pipetowych [%]
3.3 Określanie metanowości bezwzględnej wyrobisk stosowane są dwie metody:
r metoda I – pomiar ręczny,
r metoda II – ze wskazań gazometrii
3.4. Oznaczanie wskaźników zagrożenia pożarowego
3.5. Pobieranie prób powietrza do analizy ze zrobów
3.6. Pobieranie prób powietrza do analizy z rurociągów
3.7. Pobieranie prób powietrza do analizy z za tam izolujących
3.8. Podsumowanie wyników ankiety dotyczącej metodyki pomiarów parametrów fizyko-
chemicznych powietrza
4. Metody i kryteria wykrywania zagrożeń aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni w
systemach dyspozytorskiego nadzoru
4. 1. Zmienność parametrów aerologicznych w wyrobiskach kopalnianych
r Ciśnienie powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej
r Przepływ powietrza w wyrobiskach kopalni
r Zmiany stężenia gazów w wyrobiskach kopalni
4.2. Czynniki wpływające na zagrożenia w wyrobiskach kopalnianych
4.3. Kryteria wykrywania zagrożeń aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni
r Zagrożenia wentylacyjno-gazowe
r Zagrożenie metanowe
r Zagrożenie pożarowe
4.4. Monitorowanie parametrów powietrza w wyrobiskach i stanu wentylacji w systemach
gazometrii automatycznej
4.5. Sposoby automatycznej kontroli parametrów powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni
r Wymagania przepisów górniczych dla rejonów eksploatacyjnych
r Wymagania przepisów górniczych dla rejonów robót przodkowych korytarzowych
r Wskaźniki kontroli parametrów aerologicznych
5. Przykłady zabezpieczeń gazometrycznych zastosowanych w kopalniach
6. Podsumowanie
7. Literatura związana
1. Wstęp
Kontrolę oraz pomiary parametrów aerologicznych stosowane obecnie w górnictwie
podziemnym prowadzi się w oparciu o przyrządy aparatury osobistej, pomiarowe urządzenia
przenośne oraz czujniki stacjonarne działające w ramach kopalnianych systemów gazometrii
automatycznej. Każde z tych urządzeń chociaż ma podobne przeznaczenie tzn. pomiary oraz
kontrola parametrów powietrza w wyrobiskach kopalni, to z uwagi na inną budowę, funkcje
oraz możliwości mają różne zastosowania.
Przyrządy ręczne, to przenośne urządzenia pomiarowe do osobistego zastosowania przez
pomiarowców czy służby wentylacyjne oraz osoby dozoru kopalni. Najczęściej są to
metanomierze ręczne, eksplozymetry oraz czujniki wielogazowe, ale także ręczne
anemometry, termometry, psychrometry oraz U-rurki lub inne urządzenia do pomiaru różnicy
ciśnień na tamach. Podstawową funkcją tych przyrządów jest pomiar parametrów
aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni w czasie rutynowych obchodów. Przyrządy
ręczne do pomiarów zawartości gazów są zwykle wyposażone w pompkę do pobierania prób
powietrza. Pompki są mechaniczne lub elektryczne. Wszystkie elektroniczne przyrządy
ręczne są również wyposażone w autonomiczne układy zasilania. W kontroli zagrożenia
pożarowego służby kopalniane stosują obecnie przyrządy ręczne umożliwiające równoczesny
pomiar wielu parametrów atmosfery kopalnianej. Najnowsze rozwiązania tych przyrządów
pozwalają obecnie mierzyć równocześnie do pięciu gazów (najczęściej metan, tlen, tlenek
węgla, dwutlenek węgla), a także temperaturę oraz ciśnienie powietrza. Jako czujniki gazowe
obecnie wykorzystuje zwykle ogniwa elektrochemiczne lub czujniki optyczne wykorzystujące
zjawisko absorpcji promieniowania. Przyrządy ręczne coraz częściej wyposażone są w
sygnalizatory przekroczenia stanów krytycznych, a także awarii i uszkodzeń. Urządzenia są
zasilane z baterii akumulatorów umożliwiających autonomiczną pracę co najmniej przez 10
godzin. Obecnie coraz częściej w czujnikach ręcznych stosuje się pamięć pomiarów tzw.
,,DataLoger”, która pozwala na rejestrację danych pomiarowych oraz ich odczyt na
powierzchni w celu zapisu w pamięci komputera i dalszej analizy.
Powszechnym sposobem zbierania danych o parametrach atmosfery kopalnianej są
obecnie systemy gazometrii automatycznej, które umożliwiają ciągły pomiar parametrów oraz
sygnalizację stanów alarmowych i awaryjnych, a także wizualizację i archiwizację danych
pomiarowych w systemach dyspozytorskiego nadzoru na powierzchni. Czujniki stacjonarne
systemu mierzą i kontrolują koncentrację gazów w powietrzu (metanu, tlenu, tlenku węgla,
dwutlenku węgla) oraz parametrów fizycznych (prędkości, temperatury, a także ciśnienia
powietrza). Czujnik są rozmieszczone w ustalonych przepisami punktach sieci wentylacyjnej
kopalni. Wszystkie czujniki spełniają warunki iskrobezpieczeństwa i mogą pracować w
trudnych warunkach środowiskowych w tym również w atmosferze wybuchowej.
Systemy metanometrii automatycznej w oparciu o metanomierze stacjonarne pozwalają
nie tylko na pomiar koncentracji metanu, ale również umożliwiają realizację zabezpieczeń
metanometrycznych poprzez automatyczne wyłączenie energii elektrycznej w stanach
alarmowych i awaryjnych. Stany alarmowe wyznaczone są przez krytyczne stężenia metanu
ustalone dla różnych punktów kopalni, których przekroczenie zgodnie z przepisami
górniczymi stwarza zagrożenie wybuchem metanu.
Systemy gazometrii automatycznej w wyrobiskach kopalni są również stosowane do
wczesnego wykrywania pożarów podziemnych oraz kontroli zagrożeń pożarowych. Do tego
celu stosuje się rozmieszczone w wyrobiskach kopalni czujniki tlenku węgla, tlenu,
dwutlenku węgla oraz temperatury powietrza. Kontrolę rozpływu powietrza w sieci prowadzi
się w oparciu o anemometry, a także dwustanowe czujniki stanu pracy wentylatorów oraz
otwarcia/zamknięcia tam.
Niezależnie od wykorzystania czujników telemetrycznych w systemach zabezpieczeń
gazometrycznych w rejonach wydobywczych kopalń, czujniki te dostarczają na powierzchnię
dużą liczbę danych pomiarowych, które są wykorzystywane do wyznaczania wskaźników i
kryteriów oceny zagrożeń w szczególności metanowo-pożarowych.
2. Stan aktualny wyposażenia służb kopalnianych w przyrządy ręczne do pomiarów i
kontroli parametrów fizycznych i chemicznych parametrów powietrza
Właściwe stosowanie przyrządów pomiarowych i czujników systemów telemetrycznych
wymaga opracowania metodyki i zasad wykonywania okresowych pomiarów za pomocą
przyrządów ręcznych i lokalizacji czujników stacjonarnych w systemach automatycznych
pomiarów
Metodyka prowadzenia pomiarów oraz kontroli parametrów fizycznych i chemicznych
powietrza w wyrobiskach górniczych często jest prowadzona w oparciu o doświadczenie i
intuicyjne przesłanki.
Obecny stan wiedzy pozwala dziś opracować nowoczesną metodykę kontroli parametrów
powietrza w wyrobiskach kopalni w oparciu o przyrządy pomiarowe i czujniki w systemach
telemetrycznych. Dla każdego parametru istotnego z punktu widzenia warunków
bezpiecznego przewietrzania wyrobisk górniczych powinny być określone cele, metodyka
prowadzenia pomiarów, sposób dokumentowania wyników i ich interpretacji przez służby
kopalniane.
Uznano, że podstawą rozwiązania powyższych problemów, od którego należy rozpocząć
jest poznanie wyposażenia kopalń i służb wentylacyjnych w przyrządy do pomiarów
parametrów chemicznych i fizycznych powietrza kopalnianego oraz metodyki prowadzenia
pomiarów tych parametrów wykonywanych przez pomiarowców w wyrobiskach kopalni. W
tym celu badania przeprowadzono metodą ankietyzacji.
2.1. Wyniki ankietyzacji kopalń JSW SA, KW SA, KHW SA
Analizę aktualnego stanu w zakresie pomiaru i kontroli parametrów fizyko-chemicznych
powietrza w oparciu o przyrządy stosowane w kopalniach przez służby wentylacyjne oraz
czujniki w systemach telemetrycznych dokonano metodą ankietyzacji kopalń. W tym celu
opracowano ankietę dotyczącą przyrządów pomiarowych oraz metod i sposobów rutynowych
pomiarów parametrów fizycznych i chemicznych powietrza w wyrobiskach górniczych
stosowanych przez służby wentylacyjne w polskich kopalniach, którą rozesłano do kopalń.
Ankietyzację przeprowadzono dla kopalń Jastrzębskiej Spółki Węglowej S. A. (Borynia–
Zofiówka, Budryk, Jas-Mos, Krupiński oraz Pniówek), kopalń Kompanii Węglowej S.A.
(Bielszowice, Bobrek–Centrum, Bolesław Śmiały, Brzeszcze, Chwałowice, Halemba–Wirek,
Jankowie, Knurów–Szczygłowice, Marcel, Piast, Piekary, Pokój, Rydułtowy–Anna, Sośnica–Makoszowy oraz Ziemowit) oraz kopalń Katowickiego Holdingu Węglowego S.A.
(Mysłowice–Wesoła, Staszic–Murcki, Wujek–Śląsk, Wieczorek). W sumie ankietą objęto 24
kopalnie w tym 34 ruchy. Wszystkie z wymienionych kopalń odpowiedziały na zadane
pytania ankietowe stąd można uznać, że uzyskane dane w wiarygodny sposób pokazują
aktualny stan (luty 2012) wyposażenia kopalń w przyrządy do pomiarów ręcznych oraz
systemy i urządzenia telemetryczne wchodzące w skład kopalnianych systemów gazometrii
automatycznej. Informacje zawarte w części ankiety dotyczącej przyrządów pomiarowych
miały charakter inwentaryzacyjny w formie pytań o typy przyrządów stosowanych przez
działy wentylacyjne kopalń i ich liczbę.
Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia metanu
Urządzenia Liczba
Metanomierz M-1c, ca 6705
Metanomierze M-1cp 46
Metanomierz VM-1m 2637
Metanomierze VM-1p 629
Metanomierze VM-1z 76
Metanomierz MMI - 01 217
Metanomierz MMI – 2IR 244
Metanomierze MTS 563
Metanomierz Signal-2 513
Metanomierz Szi-3 726
Metanomierz MG-3A 200
Metanomierz Titan 14
Metanomierze Delta S1 40
MGW CH4 12
Metanomierz X-am 2000 949
Metanomierze X-am 5000 1889
Metanomierz X-am 5600 219
Metanomierz X-am 5600 CH4 100% 1
Metanomierze RICKEN R7 411
Metanomierz R-7 (10%) 15
Metanomierz R-7 (100%) 47
Metanomierz RICKEN 18 9
Eksplozymetry EX 2000 19
Razem 16181
W grupie przyrządów do pomiarów zawartości metanu w wyrobiskach kopalni, których
kopalnie wykazały w liczbie 16181, blisko 6750 stanowią metanomierze M-1c/ca/cp. Około
3300 sztuk, stosują dziś kopalnie, metanomierzy typu VM-1m/p/z z analogowym lub
cyfrowym wyświetlaczem oraz mechaniczną lub bateryjną pompką.
W ostatnim czasie kopalnie wymieniają wyposażenie osobistych metanomierzy
wprowadzając nowsze rozwiązania metanomierzy typu X-am/2000/5000/5600. Obecnie
kopalnie wykazały ponad 3000 sztuk tych metanomierzy możliwością rejestracji wartości
pomiarowych w pamięci wewnętrznej. Ten kierunek zmian zaleciła Komisja do badania
przyczyn i okoliczności zdarzenia powołana przez Prezesa WUG po ostatnich katastrofach.
Z przeprowadzonej ankiety wynika, że polskie kopalnie stosują bardzo wiele typów
metanomierzy różnych producentów. Ponieważ każdy producent wprowadza własne
rozwiązania w zakresie procedur utrzymania ich w gotowości tzn. kalibracji, a przede
wszystkim ładowania akumulatorów, stąd brak jednolitych procedur nawet wewnątrz jednego
zakładu górniczego. Nie jest to korzystne i w przyszłości należy rozważyć, czy taka
różnorodność przyrządów nie stanowi utrudnienia dla obsługi szczególnie w okresie łączenia
kopalń i wymiany załogi.
Rys. 1 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów - metanomierze
Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia tlenku węgla
Urządzenia Liczba
PAC III CO 102
PAC 3500 CO 14
PAC 5500 CO 13
PAC 7000 CO 261
Xam 5600 CO 1% 2
Xam 5000 CO 3
TX2000 CO 5
TOX-CO 14
Magic CO 10
MICRO PAC CO 208
Miernik gazów MGS-CO 27
T82 CO 5
Razem 664
Ten rodzaj przyrządów służby wentylacyjne kopalń stosują głównie w celu kontroli
zagrożenia pożarowego. Na wyposażeniu służb wentylacyjnych polskich kopalń znajduje się
w sumie ponad 660 przyrządów do pomiaru i kontroli stężenia tlenku węgla w wyrobisku
kopalni. Obecnie na rynku oferowane są głównie czujniki z sensorami elektrochemicznymi
typu PAC 3500/5500/7000 oraz MICRO PAC CO, które stanowią ponad 50% wyposażenia
kopalni. Z przeprowadzonej ankiety wynika, że polskie kopalnie, stosują bardzo wiele typów,
Metanomierz M-1c, ca; 6705
Metanomierze M-1cp; 46
Metanomierz VM-1m; 2637
Metanomierze VM-1p; 629
Metanomierze VM-1z; 76
Metanomierz MMI - 01; 217
Metanomierz MMI – 2IR ; 244
Metanomierze MTS; 563
Metanomierz Signal-2 ;
513
Metanomierz Szi-3; 726
Metanomier
z MG-3A;
200
Metanomierz
Titan; 14
Metanomierze
Delta S1; 40
MGW CH4; 12
Metanomierz X-am 2000; 949
Metanomierze X-am 5000; 1889
Metanomierz X-am 5600; 219
Metanomierz X-am 5600
CH4 100%; 1
Metanomierze RICKEN R7; 411
Metanomierz R-7 (10%);
15
Metanomierz R-7 (100%); 47 Metanomierz RICKEN 18; 9
Eksplozymetry EX 2000; 19
Wyposażenie kopalń - przyrządy ręczne - metanomierze, liczba 16181
Metanomierz M-1c, ca
Metanomierze M-1cp
Metanomierz VM-1m
Metanomierze VM-1p
Metanomierze VM-1z
Metanomierz MMI - 01
Metanomierz MMI – 2IR
Metanomierze MTS
Metanomierz Signal-2
Metanomierz Szi-3
Metanomierz MG-3A
Metanomierz Titan
Metanomierze Delta S1
MGW CH4
Metanomierz X-am 2000
Metanomierze X-am 5000
Metanomierz X-am 5600
Metanomierz X-am 5600 CH4 100%
Metanomierze RICKEN R7
Metanomierz R-7 (10%)
Metanomierz R-7 (100%)
Metanomierz RICKEN 18
różnych producentów CO-mierzy, podobnie jak w przypadku metanomierzy co również
należy uznać za niekorzystne dla obsługi i utrzymania aparatury.
Rys. 2 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów - CO-mierze
Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia tlenu
Urządzenia Liczba
OX2000 O2 16
PAC III O2 17
PAC 3500 O2 94
PAC 5000 O2 7
PAC 5500 O2 11
PAC 7000 O2 68
MICRO PAC O2 30
Miernik gazów MGS-O2 180
Magic O2 60
OXG-O2 NOVA 18
TOX-MO2 1
Razem 502
Pomiar tlenu w wyrobiskach kopalni, a w szczególności na granicy zrobów stanowi
dodatkowy wskaźnik w zakresie wczesnego wykrywania pożarów. W zakresie pomiaru i
kontroli stężenia tlenu służby kopalniane stosują ponad 500 sztuk przyrządów wyposażonych
głównie w sensory elektrochemiczne. Są to przyrządy typu PAC III/3500/5000/5500/7000
(blisko 50%) natomiast blisko 35% stanowią mierniki gazów typu MGS-02.
PAC III CO; 102
PAC 3500 CO; 14
PAC 5500 CO; 13
PAC 7000 CO; 261
Xam 5600 CO 1%; 2
Xam 5000 CO; 3
TX2000 CO; 5
TOX-CO; 14
Magic CO; 10
MICRO PAC CO; 208
Miernik gazów MGS-CO; 27
T82 CO; 5
Wyposażenie kopalń - przyrządy ręczne - CO-mierze, liczba 664
PAC III CO
PAC 3500 CO
PAC 5500 CO
PAC 7000 CO
Xam 5600 CO 1%
Xam 5000 CO
TX2000 CO
TOX-CO
Magic CO
MICRO PAC CO
Miernik gazów MGS-CO
T82 CO
Rys. 3 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów - tlenomierze
Przyrządy do pomiaru i kontroli stężenia gazów (mierniki wielogazowe)
Urządzenia Liczba
X-am 2000 CH4, O2 10
X-am 5600 CH4, O2 4
X-am 5000 CO, CH4 4
X-am 5000 CO2, O2 10
MX 21 CO, O2 2
Miernik TOX-PEM 2K(O2/CO) 9
X-am 5000 CO, CO2, O2 13
X-am 5600 CO, CO2, O2 16
X-am 7000 CO, CO2, O2 6
Multigas III, O2, CO2, CO 81
MX 2100 CO, CO2, CH4, O2 24
MX6 CO, CO2, CH4, O2 28
X-am 7000 CO, CO2, CH4, O2 191
MINI Varn CO, CO2, CH4, O2 40
X-am 5000 CO, CO2, CH4, O2 113
X-am 5600 CO, CO2, CH4, O2 76
Orion Plus CO, CO2, O2, CH4 4
ATX620, CO, CO2, CH4, O2 15
X-am 5000 H2S, SO2, NO2 2
Microtector II G-460 (CO,CO2,O2,CH4 ) 10
OX2000 O2; 16
PAC III O2; 17
PAC 3500 O2; 94
PAC 5000 O2; 7
PAC 5500 O2; 11
PAC 7000 O2; 68
MICRO PAC O2; 30
Miernik gazów MGS-O2 ; 180
Magic O2; 60
OXG-O2 NOVA; 18 TOX-MO2; 1
Wyposarzenie kopalń - przyrządy ręczne - tlenomierze, liczba 502
OX2000 O2
PAC III O2
PAC 3500 O2
PAC 5000 O2
PAC 5500 O2
PAC 7000 O2
MICRO PAC O2
Miernik gazów MGS-O2
Magic O2
OXG-O2 NOVA
TOX-MO2
Multigas III wielogazowy 25
Multigas 10
Multivarn 1
Magic 25
Razem 658
Mirniki wielogazowe są chętnie stosowane zarówno przez służby kopalniane w górnictwie jak
oraz służby kontroli i serwisowe w przemyśle petrochemicznym. Pozwalają one w jednym
mierniku użyć kilka elektrochemicznych sensorów różnych gazów. Rodzaje gazów mogą być
konfigurowane według potrzeb użytkownika, ale w górnictwie węgla kamiennego są to
głównie gazy związane z zagrożeniem pożarowym, a zatem najczęściej metan, tlen, oraz
tlenek i dwutlenek węgla. Przy znacznej liczbie tych przyrządów będących na wyposażeniu
służb kopalnianych znowu zdziwienie może budzić różnorodność typów i producentów co
również należy uznać za niekorzystne dla obsługi i utrzymania aparatury.
Rys. 4 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów – czujniki wielogazowe
X-am 2000 CH4, O2; 10
X-am 5600 CH4, O2; 4
X-am 5000 CO, CH4; 4X-am 5000 CO2, O2; 10
MX 21 CO, O2; 2 Miernik TOX-PEM 2K(O2/CO); 9
X-am 5000 CO, CO2, O2; 13
X-am 5600 CO, CO2, O2; 16
X-am 7000 CO, CO2, O2; 6
Multigas III, O2, CO2, CO; 81
MX 2100 CO, CO2, CH4, O2; 24
MX6 CO, CO2, CH4, O2; 28
X-am 7000 CO, CO2, CH4, O2; 191
MINI Varn CO, CO2, CH4, O2; 40
X-am 5000 CO, CO2, CH4, O2; 113
X-am 5600 CO, CO2, CH4, O2; 76
Orion Plus CO, CO2, O2, CH4 ; 4
ATX620, CO, CO2, CH4, O2; 15
X-am 5000 H2S, SO2, NO2; 2
Microtector II G-460
(CO,CO2,O2,CH4 ); 10
Multigas III wielogazowy; 25
Multigas; 10
Multivarn; 1
Magic; 25
Wyposażenie kopalń - przyrządy ręczne - wielogazowe, liczba 658
X-am 2000 CH4, O2
X-am 5600 CH4, O2
X-am 5000 CO, CH4
X-am 5000 CO2, O2
MX 21 CO, O2
Miernik TOX-PEM 2K(O2/CO)
X-am 5000 CO, CO2, O2
X-am 5600 CO, CO2, O2
X-am 7000 CO, CO2, O2
Multigas III, O2, CO2, CO
MX 2100 CO, CO2, CH4, O2
MX6 CO, CO2, CH4, O2
X-am 7000 CO, CO2, CH4, O2
MINI Varn CO, CO2, CH4, O2
X-am 5000 CO, CO2, CH4, O2
X-am 5600 CO, CO2, CH4, O2
Orion Plus CO, CO2, O2, CH4
ATX620, CO, CO2, CH4, O2
X-am 5000 H2S, SO2, NO2
Microtector II G-460 (CO,CO2,O2,CH4 )
Multigas III wielogazowy
Multigas
Multivarn
Magic
Przyrządy do pomiaru i kontroli prędkości powietrza – anemometry
Urządzenia Liczba
Anemometry Lambrecht 237
Anemometry μAS 178
Anemometry RAW 75
Anemometry Baltimor 20
Anemometr AS -3; AS – 3B 10
Anemometr skrzydełkowy 5
Anemometr A1200E 3
Anemometr A1200 Mxi 2
Anemometr Rösemüller 2
Razem 532
Kontrola przepływu powietrza w wyrobiskach kopalni stanowi podstawowy obowiązek służb
wentylacyjnych. Dotyczy to zarówno kontroli jakościowej w tym kierunku przepływu
powietrza, jak i kontroli ilościowej czyli strumienia objętości (wydatku, ilości) powietrza
płynącego w wyrobiskach kopalni. W tym wypadku podstawą kontroli jest średnia w
przekroju wyrobiska prędkość powietrza wyznaczona za pomocą anemometru ręcznego.
Anemometry należą zatem do podstawowego wyposażenia służb wentylacyjnych kopalń.
Przedstawione w tabeli i na wykresie statystyki anemometrów pokazują dużą różnorodność
stosowanych w polskich kopalniach, których kopalnie wykazały w ankietach, 532 sztuki.
Wszystkie anemometry ręczne oparte są w o przetwornik pomiarowy w postaci wirującego
skrzydełka. Wśród tych przyrządów dalszym ciągu dominują mechaniczne anemometry
Lambrechta z możliwością uśrednienia wskazań za okres jednej minuty, których jest ponad
40%. Anemometry elektroniczne nowszej generacji (µAS, RAW) z rozbudowanymi
funkcjami w zakresie uśrednienia, a nawet rejestracji wartości chwilowych, stanowią dziś
około 45% wyposażenia służb wentylacyjnych kopalń.
Trudno w przedstawionym wykazie nie doszukać się przyrządów, które można by już dzisiaj
uznać jako eksponaty muzealne.
Rys. 5 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów - anemometry
Przyrządy do pomiaru i kontroli ciśnienia powietrza – barometry
Do powszechnych obowiązków służb wentylacyjnych kopalń należą również tzw. zdjęcia
depresyjne i aktualizacje modeli sieci wentylacyjnej. Czynności te wykonywane są w oparciu
o pomiary parametrów fizycznych powietrza tzn. ciśnienie, temperatury powietrza na
termometrze suchym i wilgotnym (wilgotności powietrza). Ciśnienie powietrza w wybranych
punktach sieci mierzone za pomocą wędrujących barometrów, które są podstawą tych
pomiarów.
Mając to na uwadze może dziwić mała liczba wykazanych w ankietach barometrów będących
na wyposażenie kopalń, bo jest ich tylko 65 sztuk, ale należy pamiętać, że złożone pomiary są
wspierane przez aparaturę, a często również grupy specjalistów zewnętrznych.
Wśród wykazanych w ankietach barometrów na szczególną uwagę zasługują bardzo
precyzyjne mikrobary Ubar z możliwością rejestracji mierzonych ciśnień w pamięci
wewnętrznej, których jest obecnie w kopalniach 13 sztuk.
Urządzenia Liczba
Baroluxy MOLLER 19
Mikrobary µBAR 13
Barometr elektroniczny PAE-03 4
Barometr Tommen 5
Barografy 11
Barometry 4
Aneroid 4
Barometr BAR-TH 1
Barometr FUESS15 2
Anemometry Lambrecht; 237
Anemometry μAS; 178
Anemometry RAW; 75
Anemometry Baltimor; 20
Anemometr AS -3; AS – 3B; 10
Anemometr skrzydełkowy; 5
Anemometr A1200E; 3Anemometr A1200 Mxi; 2
Anemometr Rösemüller; 2
Wyposażenie kopalń, przyrzady ręczne - anemometry, liczba 532
Anemometry Lambrecht
Anemometry μAS
Anemometry RAW
Anemometry Baltimor
Anemometr AS -3; AS – 3B
Anemometr skrzydełkowy
Anemometr A1200E
Anemometr A1200 Mxi
Anemometr Rösemüller
Cyfrowy miernik ciśnienia bezwzględnego 2
Razem 65
Rys. 6 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów - barometry
Przyrządy do pomiaru i kontroli temperatury i wilgotności powietrza – termohigrometry,
psychrometry
Urządzenia Liczba
Termohigrometr MTH-1 39
Termohigrometr MTH 1a 211
Termohigrometr CHOT-1 36
Termohigrometr CHOT-2 83
Termohigrometr CTH - 01 11
Termohigrometr THG -1 5
Termometr STH-1 1
Psychrometry Assmana 269
Psychrometry Lambrecht 24
Psychrometry Bacharach 2
Psychoaspirator 2
Katatermometry (TGL, MITTE, SIEDLECKI, LAMBRECHT) 16
Katatermometr 12
Razem 711
Baroluxy MOLLER; 19
Mikrobary µBAR; 13
Barometr elektroniczny PAE-03; 4
Barometr Tommen; 5
Barografy ; 11
Barometry ; 4
Aneroid; 4
Barometr BAR-TH; 1
Barometr FUESS15; 2 Cyfrowy miernik ciśnienia
bezwzględnego; 2
Wyposażenie kopalń - przyrządy ręczne - barometry, liczba 65
Baroluxy MOLLER
Mikrobary µBAR
Barometr elektroniczny PAE-03
Barometr Tommen
Barografy
Barometry
Aneroid
Barometr BAR-TH
Barometr FUESS15
Cyfrowy miernik ciśnienia bezwzględnego
Rys. 7 Wykres stosowanych w kopalniach przyrządów – termohigrometry, psychrometry
Kolejną grupę przyrządów będących na wyposażeniu służb wentylacyjnych kopalń są
termohigrometry i psychrometry oraz katatermometry czyli przyrządy do pomiaru
temperatury i wilgotności powietrza kopalnianego również pod kątem kontroli warunków
klimatycznych w wyrobiskach kopalni. W tej grupie przyrządów, których kopalnie wykazały
711 sztuk przeważają termohigrometry (około 50%), oraz znane od kilkudziesięciu lat
mechaniczne psychrometry Assmana (35%)
2.2. Podsumowanie wyników ankiet stosowanych w kopalniach przyrządów ręcznych
Podsumowując wyniki ankiet należy stwierdzić, że:
r Kopalnie stosują dużą różnorodność przyrządów pomiarowych do pomiaru
poszczególnych parametrów fizyko-chemicznych powietrza.
r Duża różnorodność stosowanych przyrządów poszczególnych kopalniach utrudnia ich
użytkowanie i jest niekorzystne dla obsługi oraz utrzymania i nadzoru aparatury.
r Tak duża różnorodność, szczególnie w przypadku przyrządów starszej generacji
wymaga opracowanie i przestrzeganie procedur nadzoru w zakresie wzorcowania i
kalibracji.
r Kopalnie nadal utrzymują pojedyncze przyrządy o kilkudziesięciu letniej tradycji,
których miejscem powinny być już półki muzealne, a nie stanowić wyposażenie
pomiarowe służb wentylacyjnych.
Termohigrometr MTH-1; 39
Termohigrometr MTH 1a; 211
Termohigrometr CHOT-1; 36
Termohigrometr CHOT-2; 83
Termohigrometr CTH - 01; 11Termohigrometr THG -1 ; 5
Termometr STH-1; 1
Psychrometry Assmana; 269
Psychrometry Lambrecht; 24
Psychrometry Bacharach; 2
Psychoaspirator; 2
Katatermometry (TGL, MITTE,
SIEDLECKI, LAMBRECHT); 16
Katatermometr; 12
Wyposażenie kopalń - przyrządy ręczne - termo-higro-psychrometry, liczba 711
Termohigrometr MTH-1
Termohigrometr MTH 1a
Termohigrometr CHOT-1
Termohigrometr CHOT-2
Termohigrometr CTH - 01
Termohigrometr THG -1
Termometr STH-1
Psychrometry Assmana
Psychrometry Lambrecht
Psychrometry Bacharach
Psychoaspirator
Katatermometry (TGL, MITTE, SIEDLECKI, LAMBRECHT)
Katatermometr
3. Metodyka wyznaczania parametrów przewietrzania oraz wskaźników zagrożeń przez
służby wentylacyjne kopalń
Druga część ankiety dotyczyła metodyki prowadzenia pomiarów parametrów fizycznych
i chemicznych powietrza w wyrobiskach górniczych przez służby wentylacyjne kopalń.
Właściwe stosowanie przyrządów pomiarowych i czujników systemów telemetrycznych
wymaga opracowania metodyki wykonywania pomiarów za pomocą przyrządów ręcznych i
lokalizacji czujników w systemach telemetrycznych automatycznych pomiarów. Jedynie
zasady i lokalizacja czujników do monitorowania, kontroli i rejestracji zagrożenia
metanowego są dziś szczegółowo określone w obowiązujących przepisach górniczych.
Przepisy nie określają jednoznacznie lokalizacji czujników do pomiarów innych parametrów
wentylacyjnych powietrza w wyrobiskach górniczych (prędkości powietrza, tlenu, tlenku i
dwutlenku węgla, ciśnienia bezwzględnego i różnicowego, temperatury powietrza). Te
lokalizacje są wyznaczane przez inżynierów wentylacji na podstawie własnych doświadczeń i
bardziej intuicji aniżeli naukowego uzasadnienia. Stąd w tym etapie podjęto próbę
rozwiązania problemów kontroli parametrów fizycznych i chemicznych przepływu powietrza
w wyrobiskach górniczych w polskich kopalniach w oparciu o uzasadnioną naukowo
metodykę pomiarów.
Rozwiązanie tak postawionego celu rozpoczęto od ankiety odwołujących się do metodyki
prowadzenia pomiarów parametrów fizycznych i chemicznych powietrza w wyrobiskach
górniczych przez służby wentylacyjne kopalń. Podstawowe pytania zawarte w ankiecie
pokazano poniżej.
3.1. Wyznaczanie strumienia objętości powietrza [m3/min]
q Wyznaczanie pola przekroju wyrobiska, [m2]
Dla obudowy ŁP nie zdeformowanej:
F = wysokość * szerokość * 0,8
Dla obudowy zdeformowanej - pomiar gabarytów - odwzorowanie geometryczne
i wyznaczenie pola przekroju wyrobiska planimetrem lub poprzez zsumowanie pól przekroju
poszczególnych części.
Wg. KWK Wieczorek w przypadku wyrobisk zaniżonych (podsadzonych, zdeformowanych,
zaciśniętych) zamiast współczynnika 0,8 przyjmuje się współczynnik 0,6-0,7.
W praktyce wyznaczanie przekroju wyrobiska często wiąże się z koniecznością obliczenia
pola przekroju „dodatkowych” przeszkód znajdujących się w danym wyrobisku (rurociągi, lutniociągi i przenośniki, stojaki ). Przyjmuje wtedy wzór na obliczenie pola przekroju
F = wysokość * szerokość * 0,8 – K
K- suma pól powierzchni „przeszkód” w wyrobisku.
q Wyznaczenie średniej prędkości powietrza [m/s]
Powszechnie znaną i stosowaną, tak w kraju jak i w górnictwie światowym, metodą wyznaczania średniej prędkości powietrza w przekroju wyrobiska jest tzw. metoda trawersu
ciągłego.
Pomiar wykonuje się ręcznym anemometrem przesuwając anemometr w polu przekroju
poprzecznego wyrobiska (trawersując) w czasie około 1 minuty - poziomo w liniach o
odstępie około 0,5m, a następnie pionowo w liniach o odstępie 0,5m. Ostatecznie jako
prędkość zmierzoną przyjmuje się średnią z trzech pomiarów. Średnią prędkość wyznaczoną przez trawers anemometrem mnoży się przez przekrój wyznaczając w ten sposób strumień objętości (ilość) powietrza w wyrobisku. Pomiar powinien objąć cały przekrój, ale żadna z kopalń nie podała, że w czasie pomiaru
wykorzystuje wysięgnik, co przy wysokości wyrobiska zwykle ponad 3,5 metra nie pozwala
na spełnienie tego warunku.
Strumień objętości powietrza (ilość powietrza) na stacji pomiarowej wyznaczany jest przez
służbę wentylacyjną przez pomnożenie przekroju przez średnią w przekroju prędkość powietrza .
3.2. Pobieranie prób pipetowych [%]
W celu określenia średniego w przekroju stężenia metanu pobiera się próbę pipetową
powietrza metodą trawersu ciągłego tj. przesuwając pipetę po całym przekroju.
Są dwie metody poboru prób pipetowych powietrza:
q przekrojowy: pobór z całego przekroju wyrobiska
q punktowy: w jednym punkcie (w przypadku konieczności określenia składu powietrza
w danym punkcie)
Pobieranie próby w przekroju
Pipeta jest pobierana z całego przekroju wyrobiska - dla pipety wodnej odkręca się zaworki
i przesuwa pipetę w płaszczyźnie poprzecznej wyrobisk podobnie jak przy pomiarze
anemometrem. Przy pobieraniu pipety ciśnieniowej - w trakcie nabijania pipety w podobny
sposób przesuwa się końcówkę sondy pomiarowej.
Pipeta przed pobraniem jest suszona w laboratorium kopalnianym celem wyeliminowania
wpływu wilgoci na wyniki składu atmosfery kopalnianej. Pobieranie prób wykonuje się
poprzez przepompowanie powietrza z wyrobiska do pipet szklanych lub dętek gumowych za
pomocą pompki. Dla uzyskania prawidłowego wyniku ilość pompowanego powietrza za
pomocą pompki jest minimum 5 razy większa od objętości pipety.
Przed pobraniem próby należy dostępnymi przyrządami do pomiaru gazów określić skład
atmosfery kopalnianej w miejscu poboru: Sposób poboru to podobnie jak w przypadku
wyznaczenia średniej prędkości – metoda trawersowa po całym przekroju wyrobiska.
Pobieranie próby punktowo
Pobrania próby punktowo dokonuje się w odległości do 10cm od stropu wyrobiska. Znaczne
wartości strumienia przepływającego powietrza w miejscu pomiaru powoduje, że z reguły
stężenie metanu jest zbliżone w każdym punkcie przekroju. Próbę powietrza pobiera się do
pipet szklanych lub worków Tadlera.
3.3. Określanie metanowości bezwzględnej wyrobisk stosowane są dwie metody:
W tym celu stosuje się dwie metody, jedną opartą na pomiarach ręcznych wykonywanych
przez pomiarowców i drugą wykorzystującą wskazania metanomierzy systemu gazometrii
automatycznej.
metoda I – pomiar ręczny,
q wyznaczenie strumienia objętości powietrza [m3/min],
§ wyznaczenie pola przekroju wyrobiska,
§ pomiar średniej prędkości powietrza,
q pobieranie prób pipetowych w stacjach pomiarowych,
q obliczenie metanowości bezwzględnej [m3CH4/min],
Miejsca stacji pomiarowych określone zostaje przez Kierownika Działu Wentylacji np. w
chodniku nadścianowym w odległości 50m od ociosu ścianowego w miejscu w miarę
możliwości stabilnym, w których nie występują zmiany przekroju poprzecznego
spowodowane np. wpływami robót górniczych.
Określenie metanowości bezwzględnej wyrobisk metodą ręczną odbywa się na podstawie
pobranej próby pipetowej celem określenia średniej zawartości metanu. Pozostałe parametry
uzyskuje się wykonując pomiary przyrządami ręcznymi w wybranej stacji pomiarowej.
Określenie przekroju poprzecznego oraz średniej prędkości powietrza w celu wyznaczenia
strumienia objętości powietrza w wyrobisku opisano wcześniej.
Metanowość bezwzględną oblicza się według wzoru: ilość powietrza na stacji pomiarowej
wyliczona na podstawie pomiaru wykonanego przez służbę wentylacyjną w tym wyrobisku
(m3/min) mnoży się przez stężenie metanu (stwierdzone z analizy chemicznej z pobranej
próby pipetowej) dzieli się przez 100. Następnie, jeżeli w wyrobisku prowadzone jest
odmetanowanie, to dodaje się ilość metanu odciąganą odmetanowaniem. Dla wyznaczenia
miesięcznej metanowości wentylacyjnej oblicza się średnią z dwóch pipet.
Metanowość bezwzględną wyznacza się zwykle raz na miesiąc chociaż kopalnia Budryk robi
to raz na dwa tygodnie.
Niektóre kopalnie KHW (Mysłowice-Wesoła, Murki-Staszica) wyznaczają metanowość
(wylot – wlot). Z analiz pobranych w dwóch stacjach pomiarowych wlotowej i wylotowej
odczytywane jest stężenie metanu. Różnica pomiędzy pomiarami pomnożona przez ilość
powietrza daje metanowość bezwzględną wyrobiska w m3/min.
metoda II – ze wskazań gazometrii
q określeniu średniej wskazań z czujnika metanometrii automatycznej za określony
okres,
q wyznaczenie pola przekroju wyrobiska w miejscu zabudowy czujnika,
q pomiar średniej prędkości powietrza w miejscu zabudowy czujnika – anemometr
stacjonarny
q obliczeniu metanowości bezwzględnej [m3/min],
Metanowość bezwzględną wyrobiska ze wskazań czujników gazometrii automatycznej
wyznacza się według poniższego algorytmu:
· wyznaczenie średniej ze wskazań czujnika metanometrii automatycznej w okresie 24 h
(od 6 00
rano do 6 00
rano następnego dnia) - średnia wyznaczona przez program,
· odczyt ilości powietrza z czujnika (wcześniej jest wyznaczony przekrój poprzeczny
i wprowadzony odpowiedni współczynnik korekcyjny związany z zabudową anemometru
stacjonarnego (pomiar punktowy) - comiesięczna weryfikacja współczynnika,
wyznaczenie metanowości wentylacyjnej wyrobiska,
· w przypadku prowadzenia odmetanowania określenie ujęcia metanu w oparciu o pomiar
w rurociągu odmetanowania,
· wyliczenie metanowości bezwzględnej jako sumy metanowości wentylacyjnej
i odmetanowania.
Metanowość ze wskazań gazometrii wyznacza się raz na dobę, mnożąc średnie stężenie
metanu odczytane (w ciągu doby lub za miesiąc) na czujniku zabudowanym na wylocie z
wyrobiska przyścianowego, którym odprowadzane jest powietrze ze ściany (do 10m od
skrzyżowania z wyrobiskiem z doświeżającym prądem powietrza) mnoży się przez ilość
powietrza z ostatniego pomiaru wykonanego przez służbę wentylacyjną w tym wyrobisku.
Pomiar ilości przepływającego powietrza wykonywany jest ręcznie na stacji pomiarowej. Nie
korzysta się ze wskazań anemometru stacjonarnego. Pomiary wykonane przez służbę
wentylacyjna są na bieżąco porównywane ze wskazaniami stacjonarnego czujnika prędkości
powietrza, a następnie dodaje się ilość metanu odciąganą odmetanowaniem ze ściany w
danym dniu (jeżeli ściana jest prowadzona z odmetanowaniem).
Uwaga! Kopalnia Murki – Staszic z KHW nie korzysta się ze wskazań anemometru
stacjonarnego.
3.4. Oznaczanie wskaźników zagrożenia pożarowego
Kontrola zagrożenia pożarowego w kopalniach oraz profilaktyka pożarowa należą do
podstawowych obowiązków służb wentylacyjnych kopalń. Służby wentylacyjne na podstawie
okresowych pomiarów przyrządami ręcznymi prowadzą kontrolę zagrożenia pożarowego
przez pobierania prób powietrza, oznaczanie składu powietrza prób w laboratoriach oraz
obliczaniu i analizie wskaźników zagrożenia. Kontrolę zagrożenia pożarowego kopalnie
prowadzą poprzez:
q pobieranie prób pipetowych w stacjach wczesnego wykrywania pożarów,
q oznaczenie w laboratorium zawartości pipet – chromatograf lub analiza chemiczna
q obliczane są wskaźniki,
§ wskaźnik Grahama,
§ przyrost tlenku węgla [ppm],
§ ilości wydzielanego tlenku węgla [l/min],
Próby pipetowe (pipety szklane lub worki Tedlera) pobiera się:
q w przepływowych prądach powietrza dopływających i wypływających z rejonów
ścian z częstotliwością 2 razy w tygodniu,
q ze zrobów ścian przewietrzanych sposobem na „Y” z częstotliwością 2 razy w
tygodniu za pomocą rur próbobiorczych,
q przodki z wentylacją odrębną z częstotliwością 2 razy w tygodniu,
q zza tam izolacyjnych wyznaczonych przez Kierownika Działu Wentylacji z
częstotliwością 1 raz na miesiąc.
q z rurociągów odmetanowania z częstotliwością 2 razy w tygodniu,
q w prądach powietrza wlotowych i wylotowych z wyrobisk korytarzowych
przewietrzanych wentylacją odrębną nie pobiera się prób pipetowych. Wskaźniki
ilości i przyrostu tlenku węgla obliczamy z częstotliwością 2 razy na tydzień na
podstawie indywidualnych przenośnych analizatorów CO podczas kontroli przez
pomiarowców. Jeśli stężenie CO przekroczy 10ppm na wylocie (nie związane z
procesami technologicznymi) wówczas pobrane będą próby pipetowe.
Próby powietrza pobierane są na stacjach WWP określonych przepisami oraz w miejscach
wyznaczonych przez Kierownika Działu Wentylacji i są przesyłane z odpowiednim opisem
do laboratorium (analiza chemiczna lub chromatograf).
W próbach powietrza pobieranych na stacjach pomiarowych oznacza się: tlen (O2), dwutlenek
węgla (CO2), tlenek węgla (CO), metan (CH4) i azot (N2).
Analizę pobranych prób powietrza wykonuje się z dokładnością co najmniej:
· +/-0,1% obj. – dla tlenu,
· +/-0,03% obj. – dla dwutlenku węgla,
· +/- 0,05% obj. – dla metanu w zakresie od 0 do 5%,
· +/- 0,0005% obj. – dla tlenku węgla w zakresie od 0 do 0,0026%.
Zawartość azotu wyznacza się jako dopełnienie składników powietrza, stosując wzór:
N2 = 100 – (O2 + CO2 + CO +CH4)[%]
Wyniki oznaczeń są odsyłane do Działu Wentylacji kopalni. Pracownik odpowiedzialny za
prowadzenie i aktualizację książek WWP wpisuje do nich otrzymane wyniki i wylicza
wskaźniki - wskaźnik Grahama, przyrost tlenku węgla, ilość wydzielonego tlenku węgla
zgodnie z obowiązującymi wzorami.
o wskaźnik Grahama
o przyrost tlenku węgla [ppm],
o ilości wydzielanego tlenku węgla [l/min],
Precyzyjna analiza chromatograficzna
Kopalnia zleca również precyzyjne analizy chromatograficzne dla celów wczesnego
wykrywania pożarów przez określenie w próbach powietrza kopalnianego zawartości H2 i
CO, węglowodorów z grupy C2-H4, N2 oraz O2, CO2, CH4 wraz z analizą i oceną stanu
zagrożenia pożarowego.
Dla ścian próby do analizy precyzyjnej wykonywane są raz w miesiącu
W uzasadnionych przypadkach Kierownik Działu Wentylacji wyznacza dodatkowe miejsca
i określa zwiększoną częstotliwość pobierania prób powietrza.
Vco = 1000
V* qco [ l/min ]
ΔCO = = CO - CO’ [%]
3.5. Pobieranie prób powietrza do analizy ze zrobów
Miejsce pobrania
próby pipetowej
Dla ścian przewietrzanych w systemie na „U” próbę powietrza pobiera się na stacji zrobowej
WWP - na linii zawału chodnika odprowadzającego powietrze ze ściany (bezpośrednio przy
skałach zrobowych) w całym polu przekroju poprzecznego wg. metodyki opisanej powyżej.
W przypadku utrzymywania wyrobiska za ścianą próby powietrza pobiera się z króćców
pomiarowych zabudowanych w pasie uszczelniającym zroby.
Skład procentowy gazów ze zrobów wykonywany jest metodą bezpośrednią, ręcznym
przyrządem pomiarowym, oraz metodą chemiczną na podstawie precyzyjnej analizy
chemicznej próby pipetowej (lub balonowej) pobieranej i przekazywanej do laboratorium
GIG. Pomiar wykonywany jest z sondy pomiarowej zabudowanej w zrobach zawałowych lub
posadzkowych wyrobiska ścianowego od strony wypływającego powietrza z ściany.
Pobieranie próbki polega na wtłoczeniu za pomocą pompki ręcznej do pipety powietrza
pobranego z sondy wyposażonej w wężyk pomiarowy. Dla uzyskania prawidłowego wyniku
ilość pompowanego powietrza z pomocą pompki jest minimum 5 razy większa od objętości
pipety.
rury pomiarowe pozostawione w zrobach co 50 mb.
Zroby
ściany
Zroby
ściany
Próby do analizy ze zrobów ścian przewietrzanych sposobem na „Y” pobierane przy pomocy
pompki poprzez rury o długości 3m włożoną do zrobów przez płot doszczelniający. Rury do
pobierania prób są zakładane w zrobach za postępem ściany w odległościach ok. 50m. Próba
pobierana do worka Tedlara z częstotliwością dwa razy na tydzień. .
Wg. Danych z kopalni Wujek w chodnikach przyścianowych w prądzie wylotowym
utrzymywany jest rurociąg pomiarowy w zrobach o długości 30 do 50 m. W ścianach stosuje
się ruchome sondy kontrolne umieszczone w polu zawałowym o długościach 6 do 8 m w
odległościach co 30 m.
Próby powietrza do analizy chemicznej pobierane są ze zrobów z użyciem sondy
teleskopowej. W tym celu należy:
1. Zbudować gruszkę gumową na jednym końcu trójnika
2. Drugi koniec trójnika należy zaślepić poprzez zagięcie lub zawiązanie podłączonego
odcinka wężyka gumowego.
3. Rozciągnąć sondę teleskopową na wymaganą długość
4. Wykonać 10 zassań gruszką gumową, podłączyć dętkę gumową lub pipetęi do gruszki
gumowej i wypełnić zassanym powietrzem do wymaganych rozmiarów
Dętkę gumową lub pipetę należy przed ostatecznym wypełnieniem co najmniej raz w całej
objętości przepłukać pobieranym do analizy powietrzem.
3.6. Pobieranie prób powietrza do analizy z rurociągów
Z rurociągów wykonuje się pomiary bezpośrednie z odcinka pomiarowego (wstawki) lub z
kryzy pomiarowej umieszczonej na rurociągu oraz pobiera się próby pipetowe (lub balonowe)
powietrza do analizy chemicznej składu powietrza.
Kryza
pomiarowa
Próba pipetowa jest pobierana przy pomocy pompki - w trakcie pompowania prowadzone są
pomiary składu gazu (pompowanie pompką - pomiar - pompowanie pompką - pomiar - do
czasu uzyskania stałych parametrów) - jeżeli skład mieszaniny gazów jest stały świadczy to
o szczelności układu pomiarowego i wiarygodności pobranej próby. Przyrząd pomiarowy jak
i pipeta łączone są z kryzą pomiarową wężykiem i po szczelnym połączeniu wykonuje się
pomiar lub pobiera się próbę powietrza do naczynia pipetowego (lub balonu).
Próby pobierane do laboratorium z częstotliwością wg ustaleń Kierownika Działu Wentylacji
lub zapisami w Projektach Technicznych. Próba pobierana z krócców pomiarowych na kryzie
do worka Tedlara przy pomocy pompki. Próbę pobiera się z częstotliwości dwa razy w
miesiącu. Pomiar wykonywany jest z sondy pomiarowej zabudowanej na trasie rurociągu np.
metanowego. Pobieranie próbki polega na wtłoczeniu za pomocą pompki ręcznej
dostosowanej konstrukcyjnie do wartości podciśnienia panującego w rurociągu. Dla
uzyskania prawidłowego wyniku ilość pompowanego powietrza z pomocą pompki jest
minimum 5 razy większa od objętości pipety.
Wykonywane są następujące czynności:
1. Pomiar stężeń CO, CO2 CH4 przy rurociągu (np. odmetanowania),
2. Pomiar gazów nad obudową.
3. Sprawdzenie prawidłowości zabudowy manometru cieczowego. Wstawienie przy
zdjętych wężykach poziom „zero”, wężyki zagięte bądź zaślepione.
4. Odczyt różnicy ciśnień za pomocą manometru rtęciowego.
5. Pobranie prób do pipety szklanej lub gumowej przy użyciu pompki tłokowej, przy
podłączeniu jednego wężyka.
6. Ponowne umieszczenie wężyków w manometrze wodnym i odczyt różnicy ciśnień.
3.7 Pobieranie prób powietrza do analizy z za tam izolujących
Krócieć
pomiarowy
Pobieranie prób pipetowych do analizy chemicznej składu powietrza odbywa się z króćca
pomiarowego zabudowanego przy końcówce rury kontrolnej której wylot znajduje się w
tamie izolacyjnej. Króciec pomiarowy służy również do wykonywania pomiarów
bezpośrednich podręcznymi przyrządami pomiarowymi.
Pomiar wykonywany jest z sondy pomiarowej zabudowanej w tamie izolacyjnej. Pobieranie
próbki polega na wtłoczeniu za pomocą pompki ręcznej do pipety powietrza pobranego z
sondy wyposażonej w wężyk pomiarowy. Dla uzyskania prawidłowego wyniku ilość
pompowanego powietrza z pomocą pompki jest minimum 5 razy większa od objętości pipety.
Każda tama wyposażona jest w rurkę pomiarową z króćcem, na który zakłada się wężyk i za
pomocą pompki pobiera się próbę z za tamy do szklanej pipety lub worka Teddlara. Próby zza
tam izolacyjnych pobierane z częstotliwością raz na miesiąc lub wg ustaleń Kierownika
Działu Wentylacji.
W czasie pomiarów wykonywane są następujące czynności:
1. Pomiar stężeń CO i CO2 przed tamą izolacyjną.
2. Pomiar stężeń CH4 przed TI pod stropem oraz nad obudową.
3. Sprawdzenie prawidłowości zabudowy manometru wodnego i ustawienie (przy
zdjętym wężyku) poziomu cieczy do wysokości zera.
4. Podłączenie wężyka z rury pomiarowej do manometru z dokonaniem odczytu różnicy
poziomu cieczy, ze zwróceniem uwagi czy występuje nadciśnienie, czy podciśnienie
przestrzeni otamowanej względem czynnego wentylacyjnie wyrobiska.
5. Po dokonaniu odczytu należy odłączyć wężyk gumowy łączący rurę pomiarową z
manometrem a następnie w zależności od długości wężyka, wykonać odpowiednią
ilość zassań z użyciem gruszki gumowej w celu odczytania stężeń gazów i pobrania
powietrza zza otamowanej przestrzeni do dętki gumowej lub pipety szklanej.
Dla tam na „+” tzn. za tama występuje nadciśnienie: po otwarciu króćca pomiarowego
w przeciągu kilku minut odpuszcza się mieszaninę gazów do atmosfery. Następnie wykonuje
się pomiar przy pomocy przyrządów ręcznych i powtórnie odpuszcza przez krócieć
mieszaninę gazów zza tamy do atmosfery. Powtarza się pomiar przyrządami ręcznym - po
uzyskaniu stałych parametrów (stężeń) gazów pobiera się próbę pipetowaną.
Dla tam na „-” tzn. za tamą występuje podciśnienie - próby pobiera się analogicznie jak
z rurociągów - (pompowanie pompką - pomiar - pompowanie pompką - pomiar). Po
uzyskania stałych parametrów pobiera się próbę pipetową.
3.8. Podsumowanie wyników ankiety dotyczącej metodyki pomiarów parametrów fizyko-
chemicznych powietrza
Przedstawione wyniki ankiet dotyczące metodyki prowadzenia pomiarów parametrów fizyko-
chemicznych powietrza w wyrobiskach kopalni, przez służby wentylacyjne kopalń, można
podsumować następująco:
1/ Wyznaczenie strumienia objętości powietrza wykonywane jest w stacjach pomiarowych,
których lokalizacja jest ustalana przez Inżyniera Wentylacji, w miejscach pozbawionych
lokalnych przeszkód, przez pomiar średniej prędkości powietrza metodą trawersowania
ciągłego oraz wyznaczenie przekroju poprzecznego wyrobiska z wymiarów
geometrycznych (szerokość*wysokość*0,8) pomniejszonego o sumę pól przeszkód
(taśmociąg, lutnia, rurociągi).
Stosowana przez polskie kopalnie metoda szacowania strumienia objętości powietrza jest
stosowana również w innych krajach, w tym o wysoko rozwiniętym górnictwie (USA,
Australia). Stąd jedynie zachowanie należytej staranności w czasie wykonywania
pomiarów może ograniczać błędy oszacowania.
Źródła błędów:
r Oszacowanie pól przeszkód nie jest poparte szczegółowymi pomiarami, co może
wprowadzać istotne błędy oszacowania.
r Pomiar średniej prędkości jest wykonywany, przez pomiarowca, anemometrem na
wysokości wyciągniętej ręki stąd przy wysokości wyrobiska około 3,5m bez użycia
wysięgnika pomiar nie obejmuje górnej części wyrobiska. Takie zawężenie
przekroju w pomiarze prędkości może wprowadzać istotne błędy pomiaru średniej
prędkości powietrza w przekroju wyrobiska.
Biorąc pod uwagę, że strumień objętości powietrza jako wielkość wyznaczono pośrednie
jest iloczynem przekroju i średniej prędkości to błąd wyznaczenia strumienia jest sumą
błędów obu czynników.
W tym wypadku istotne mogą być cyklicznie prowadzone szkolenia w zakresie procedur i
staranności wyznaczania strumienia objętości powietrza.
2/ Przy pobieraniu prób pipetowych w przekroju wyrobiska metodą trawersu ciągłego tj.
przesuwając pipetę na wysokość wyciągniętej ręki, a nie po całym przekroju przejmuje się
założenie że strumień powietrza jest jednorodny, a domieszki gazowe całkowicie
wymieszane. Podobne, a nawet silniejsze założenie o jednorodnym składzie przyjmuje się
pobierając punktowo próbę powietrza.
Powyższe założenie słuszne dla przepływów turbulentnych o dużych prędkościach nie są
poparte badaniami oraz analizą błędów (przybliżeń) oszacowania.
3/ Przy określeniu metanowości bezwzględnej stosowane są dwie metody: przyrządami
ręcznymi lub ze wskazań czujnika metanometrii automatycznej.
W obu wypadkach wykorzystuje się oszacowanie strumienia objętości powietrza
wyznaczone według opisanej wcześniej metodyki z błędami jego oszacowania (według
punktu 1) oraz średnią w przekroju stężenia metanu wyznaczone próbą pipetową z błędem
jej oszacowania (według punktu 2).
W przypadku wykorzystania szacowania średniego stężenia ze wskazań metanomierza
systemu gazometrii pomiar ma charakter punktowy, ale uwzględnia wahania zmian
stężenia metanu w okresie uśredniania np. w czasie doby.
4/ Kontrola zagrożenia pożarowego na podstawie wskaźników oparta jest na pobieraniu prób
powietrza oraz oznaczenia ich składu w laboratoriach, a wyniki badań są podstawą analizy
wskaźników dla oceny zagrożenia. Przyjęta metoda jest stosowana z dokładnością poboru
prób powietrza przez pomiarowców, z uwagami analogicznie jak w punkcie 2. Tymi
samymi błędami może być obarczona precyzyjna analiza chromatograficzna gdzie prób
powietrza pobierane są przez pomiarowców.
Wynika stąd, że staranność pobierania prób powietrza przez pomiarowców ma decydujące
znaczenie w ocenie zagrożenia pożarowego z uwzględnieniem przyjętych do analiz
wskaźników. Zatem również w tym wypadku cykliczne szkolenia pomiarowców mogą
podnieść jakość prowadzonych pomiarów i analiz.
5/ Ocena zagrożenia metanowo-pożarowego przez analizy składu powietrza ze zrobów
odbywa się przez na stacji zrobowej na linii zawału chodnika (w systemie na „U”), a w
przypadku utrzymywania wyrobiska za ścianą (w systemie na „Y”) z króćców
pomiarowych w pasie uszczelniającym zroby lub z rur włożonych do zrobów przez płot
doszczelniający.
Pomiar składu procentowego powietrza zrobowego jest wykonywany bezpośrednio
ręcznym przyrządem pomiarowym lub wyznaczony przez pobór prób powietrza do analiz
laboratoryjnych. W tej sytuacji o jakości oceny kontrolowanego zagrożenia świadczy
staranność pobierania prób powietrza ze zrobów do analizy, a zatem decydujące są uwagi
opisane w punktach 2 i 4.
6/ Skład gazów w próbach powietrza pobieranych z rurociągów (ze wstawek pomiarowych
lub kryz) jest oznaczany na podstawie analiz chemicznych prób pipetowych lub
balonowych powietrza wykonywanych w laboratorium. Zatem o jakości analizy składu
powietrza i oceny zagrożenia pożarowego decyduje staranność poboru próby powietrza
przez pomiarowców (z uwagami analogicznymi jak w punktach 2, 4, 5) .
7/ Analizy prób powietrza z za tam izolujących do analizy składu oparta jest na pobieraniu
prób pipetowych z króćca pomiarowego zabudowanego na rurze kontrolnej, której wylot
znajduje się w tamie. W tym wypadku istotne jest zachowanie procedur dotyczących
kontroli różnicy ciśnienia na tamie. Procedura poboru prób powietrza zawiera istotne
elementy, których dochowanie jest warunkiem właściwego poboru próby powietrza z za
tamy izolującej. Tu również na jakość analiz składu powietrza ma wpływ zachowanie
staranności przy poborze prób powietrza do analizy, jak to było w punktach 2, 4, 5 oraz 6.
Podsumowując należy stwierdzić że w przypadku pomiarów i analiz parametrów fizyko-
chemicznych powietrza w wyrobiskach kopalń przez służby wentylacyjne decydujące
znaczenie ma zachowanie procedur pomiarowych oraz staranność wykonywania pomiarów
przez pomiarowców. Równocześnie wydaje się, że idąc za praktykami krajów o wysoko
rozwiniętym górnictwie (USA, Australia), należy szczególną uwagę zwrócić na cykliczność
szkoleń grup pomiarowców.
4. Metody i kryteria wykrywania zagrożeń aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni
w systemach dyspozytorskiego nadzoru
4. 1. Zmienność parametrów aerologicznych w wyrobiskach kopalnianych
Kopalniana sieć wentylacyjna stanowi złożony system wyrobisk, węzłów i urządzeń
wentylacyjnych połączonych w strukturę sieciową. System zapewnia doprowadzanie do
wyrobisk górniczych dostatecznej ilości powietrza tak aby utrzymać na odpowiednim
poziomie wielkości charakteryzujące przepływ powietrza oraz aby spełnione były warunki
określone przepisami górniczymi.
Proces przewietrzania kopalń można zdefiniować ogólnie jako transport świeżego
i zużytego powietrza w sieci wyrobisk i połączeń (szczeliny itp.), któremu towarzyszy
wymiana masy, pędu i energii między przepływem a jego otoczeniem. Przepływ powietrza w
kopalni wymuszany jest przez czynniki naturalne (depresja naturalna) oraz mechaniczne
(depresja mechaniczna). Wyrobiska górnicze oraz połączenia wentylacyjne tworzą sieć o
skończonej liczbie dróg wentylacyjnych oraz węzłów.
Prowadzone od szeregu lat prace i badania doprowadziły do sformułowania modeli
przepływu powietrza i gazów w wyrobiskach kopalń. Przepływ powietrza podlega licznym
zakłóceniom tak technologicznym jak i naturalnym, które mogą powodować zmiany w czasie
przepływów, a nawet stany awaryjne. Stany nieustalone parametrów powietrza obserwowane
w sieci wentylacyjnej kopalni wywołane są zwykle zmianami warunków przewietrzania
(m.in. ciśnienia, oporów, depresji wentylatorów oraz emisji gazów itp.). Na ogół, poza
stanami katastrof górniczych, zaburzenia wywołane zmianą oporów mają charakter lokalny.
Bardzo niebezpieczne, a nawet katastroficzne w skutkach dla załóg górniczych znajdujących
się w wyrobiskach kopalni mogą być zakłócenia spowodowane gwałtownymi zjawiskami
gazodynamicznymi. W niektórych warunkach stany przejściowe cechują się nagłymi,
niestabilnymi zmianami ciśnienia oraz przepływu powietrza i gazów o dużej amplitudzie,
które mogą powodować długotrwałe procesy gazodynamiczne. W praktyce znane są
przypadki, gdy w wyniku katastrof zakłócenia procesu wentylacji wywołują zagrożenia stanu
bezpieczeństwa górników i na długi okres zakłócają ciągłość wydobycia.
Ciśnienie powietrza w kopalnianej sieci wentylacyjnej
Ciśnienie powietrza oraz jego zmiany, w normalnych warunkach przepływu powietrza w
wyrobiskach kopalnianych nie wywołują bezpośrednio stanu zagrożenia dla pracujących
górników. Natomiast w stanach awaryjnych, w czasie wybuchu metanu lub pyłu węglowego,
ciśnienie, a właściwie fala ciśnienia, stanowi istotne zagrożenie zdrowia i życia górników. Z
teorii wentylacji wynika, że parametr ciśnienia bezpośrednio warunkuje stan przepływu
powietrza i gazów. Ciśnienie jest również miarą stanu innych parametrów, tj. prędkości
przepływu lub strumienia objętości czy masy, gęstości, depresji naturalnej, depresji
wentylatora itp.
Ciśnienie barometryczne i jego zaburzenia mają istotny wpływ na warunki przewietrzania
w kopalniach głębinowych. Właściwa ocena stanu procesu wentylacji wymaga, zatem
identyfikacji zmian w czasie ciśnienia w kopalnianej sieci wentylacyjnej. Równocześnie
obserwacje ciśnienia barometrycznego na powierzchni oraz pod ziemią w wyrobiskach
kopalni pokazały, że zmiany ciśnienia rejestrowane pod ziemią nadążają za wolnymi
zmianami ciśnienia barometrycznego na powierzchni, chociaż zawierają znacznie więcej
losowych składowych wynikających z lokalnych zaburzeń ciśnienia.
Różnica ciśnienia jest również istotnym parametrem w wentylacji kopalń. Na podstawie
równania ruchu widać, że stanowi ona miarę straty naporu, depresji wentylatora lub spadku
ciśnienia, wskutek zmian przekroju, prędkości przepływu lub na oporach lokalnych (tamach).
Przepływ powietrza w wyrobiskach kopalni
Przepływ mieszaniny powietrzno-gazowej w wyrobiskach kopalni ma charakter
przepływu turbulentnego oraz dodatkowo podlega licznym zaburzeniom. Zmiany przepływu
rejestrowane w kopalniach mają dużą dynamikę szczególnie w czasie katastrof oraz
wypadków. Gwałtowne zmiany przepływu są również rejestrowane w czasie zatrzymania
wentylatora głównego, które rejestrowano w wyniku wyłączania wentylatora głównego
przewietrzania. Istnieje wiele rejestracji procesów przejściowych prędkości powietrza, które
obserwowano w czasie rutynowych zatrzymań i ponownych uruchomień wentylatorów
głównych w kilku kopalniach. Przebiegi czasowe były wówczas rejestrowane przy pomocy
stacjonarnych anemometrów zlokalizowanych w różnych wyrobiskach kopalni.
Lokalne zaburzenia prędkości powietrza rejestrowane w wyrobisku po gwałtownym
zamknięciu, a następnie po otwarciu tamy regulacyjnej były również wielokrotnie
rejestrowane w praktyce.
W wyrobiskach podziemnych obserwuje się również szereg zakłóceń technologicznych
prędkości powietrza wywołanych pracą maszyn (kombajnu, klatki szybowej itd.)
Zmiany stężenia gazów w wyrobiskach kopalni
Badania wykazują, że również stężenie gazów w rejonach wydobywczych jest
w ogólności niestacjonarne. Przyczyną tego są zarówno zmienność emisji źródeł gazu jak
i zmiany warunków przewietrzania. Niestacjonarność emisji gazu wynika ze zmiennej w
czasie intensywności pojedynczych lub wszystkich źródeł, ich przemieszczania się, a także
zaistnienia stanów awaryjnych np. w przypadku gwałtownego wypływu metanu w czasie
wyrzutu lub po wstrząsie. Przy zmianie warunków przewietrzania następuje zaburzenie
równowagi między wydzielaniem gazu do wyrobisk i jego odprowadzeniem w prądach
powietrza zużytego. W tej sytuacji zmienia się rozkład metanu w rejonie oraz występuje stan
nieustalony. Dodatkowo zmiana warunków przewietrzania może spowodować zmianę emisji
niektórych źródeł gazu (niestacjonarność źródeł) np. z przestrzeni wybranych (starych
zrobów). Procesy emisji i rozprzestrzeniania się domieszek gazowych, zwłaszcza metanu, w
sieci wyrobisk kopalnianych były przedmiotem licznych badań. Rozprzestrzenianie się
domieszek metanu poza strefą emisji odbywa się przez unoszenie z powietrzem.
Proces technologiczny w kopalni, a także stany awaryjne wywołują w procesie wentylacji
zakłócenia, które są rejestrowane w systemach monitorowania. Podobnie jest w przypadku
danych rejestrowanych w czasie normalnej eksploatacji, gdzie obserwowane zaburzenia
stężenia gazów (CH4 i CO) są efektem czynności technologicznych. Bogatą dokumentację
rejestrowanych stanów nieustalonych stężeń gazów (metanu i tlenku węgla) uzyskano
(Wasilewski 2005) zabezpieczając dane po katastrofach. Przebiegi mają zwykle dużą
dynamikę, a uzyskane zapisy (częstotliwość pomiarów i rozmieszczenie czujników) wynikają
z przepisów oraz z przyjętych rozwiązań systemów metanometrii i CO-metrii automatycznej.
4.2. Czynniki wpływające na zagrożenia w podziemnych wyrobiskach kopalni
Do najczęściej występujących zagrożeń naturalnych w rejonach eksploatacyjnych oraz w
rejonach robót przodkowych należą zagrożenia aerologiczne, które mają związek z procesem
przewietrzania kopalń. Wśród zagrożeń aerologicznych najistotniejszymi są zagrożenia:
wentylacyjno-gazowe, klimatyczne, metanowe i pożarowe. Na wzrost zagrożenia mają wpływ
następujące czynniki naturalne:
q temperatura pierwotna górotworu – wzrastająca wraz z głębokością, która wpływa na
warunki klimatyczne na stanowiskach pracy,
q sklonność pokładów do samozapalności co w przypadku wzrostu temperatury w
zrobach i w szczelinach pokładu węgla wraz ze wzrostem głębokości sprzyja
procesom samozagrzewania, a w konsekwencji samozapaleniu węgla,
q metanonośność pokładu węgla – wzrastająca z głębokością, która wpływa na
skłonność pokładów do wyrzutów oraz zagrożenia wybuchu i zapalenia metanu,
a zatem może ograniczać ciągłość wydobycia,
q skłonność górotworu do tąpań – wzrastająca z głębokością (wzrastającym ciśnieniem
nadkładu), która może przyczynić się do zaburzeń wentylacji, zapłonu lub wybuchu
metanu, a także sprzyja samozapalności węgla przez rozszczelinowanie pokładu węgla
spowodowane wstrząsami górotworu.
Istotne znaczenie dla bezpieczeństwa prowadzonych robót górniczych mają również czynniki
techniczne, związane z przewietrzaniem i warunkami mikroklimatu,. Należą do nich:
- depresja wentylatora głównego przewietrzania,
- sprawność urządzeń klimatycznych,
- stabilizacja kierunków powietrza.
Zasadniczym wymogiem bezpiecznej eksploatacji jest zatem właściwe rozpoznanie i ocena
poziomu zagrożenia, które decydują o warunkach bezpieczeństwa załóg górniczych
zatrudnionych pod ziemią oraz prowadzenia ruchu zakładu górniczego. Warunki te są
wynikiem wiedzy oraz doświadczeń praktyki górniczej, ale zawsze muszą odpowiadać
obowiązującym w polskim górnictwie przepisom w zakresie kontroli zagrożeń.
4.3. Kryteria wykrywania zagrożeń aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni
Zagrożenia wentylacyjno-gazowe
O zagrożeniu wentylacyjno-gazowym decydują przepisy górnicze obowiązujące w
polskich kopalniach, które jednoznacznie określają graniczne wartości parametrów
fizycznych i chemicznych powietrza, (tablice 1, 2). Stwierdzenie niewłaściwych parametrów
fizycznych powietrza (tablica 1) wymaga czasowego zatrzymania robót i doprowadzenia ich
do stanu wymaganego przepisami. Natomiast w przypadku, gdy skład powietrza
kopalnianego (parametry chemiczne) nie spełnia warunków krytycznych (tablica 2) wszystkie
roboty w danym miejscu (wyrobisku, rejonie) zatrzymuje się, wycofuje się załogę, a wejście
do zagrożonego rejonu zagradza się. W miejscach takich mogą być wykonywane wyłącznie
prace na zasadach akcji przez zastępy ratownictwa górniczego i przeciwpożarowego.
Zgodnie z przepisami dotyczącymi pracy maszyn w przypadku przekroczenia wartości
krytycznych 1%CH4 na wlocie i 2 %CH4 na wylocie w rejonie objętym kontrolą wyłącza się
prąd elektryczny oraz unieruchamia się maszyny i urządzenia. Wartości te szczegółowo są
określone w projekcie zabezpieczeń metanometrycznych.
Na zapewnienie właściwych prędkości i wydatków powietrza w wyrobiskach kopalni
istotny wpływ ma stabilność prądów powietrza. Często może być ona zaburzona przez tak
zwane krótkie spięcia wentylacyjne, będące stanem awaryjnym przewietrzania,
spowodowanym otwarciem tam wentylacyjnych, zwykle w układzie śluzy. Kontrola stanu
zamknięcia tam jest więc ważnym elementem monitorowania prawidłowego funkcjonowania
wentylacji w rejonie eksploatacyjnym, a w niektórych przypadkach także w rejonie robót
przodkowych korytarzowych.
Tablica 1. Krytyczne prędkości powietrza wg. polskich przepisów górniczych w kopalniach
węgla kamiennego
Rodzaj
wentylacji
Prędkości powietrza
Minimalna Maksymalna
m/s Rodzaj wyrobiska m/s Rodzaj wyrobiska
Opływowa
nie określona w
polach niemeta-
nowych
wybierkowe, korytarzowe, inne: musi
zapewnić odpowiedni skład powietrza 5 Wybierkowe
0,3 – w polu
metanowym
wybierkowe, korytarzowe, z wyjątkiem:
- wyrobiska z zabudowaną śluzą wentyla-
cyjną (pod warunkiem zapewnienia
wymaganego składu powietrza),
- komór
8 Korytarzowe
1,0 – w polu
metanowym
wyrobiska z trakcją elektryczną
10
korytarzowe, w których
nie odbywa się regularny
ruch ludzi
> 0,5 – w po-
lach metano-
wych i nie-
metanowych
przy sprowadzaniu powietrza na upad w
wyrobiskach nachylonych od –5o do –10
o
12
szyby i szybiki podczas
jazdy ludzi
Odrębna
0,15 – w polach
niemetanowych
i I kzm*;
0,30 – w polach
II, III i IV kzm*
- korytarzowe (za wyjątkiem wyrobiska
o przekroju poprzecznym w wyłomie
ponad 20 m2, jeżeli zapewnione są
właściwy skład gazów i właściwe
warunki klimatyczne);
- w części szybu (szybiku) przewietrzanej
z użyciem lutniociągu;
-
-
* - kzm – kategoria zagrożenia metanowego
W warunkach polskich kopalń stosuje się ciągłą kontrolę i monitorowanie prędkości
powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni w systemach gazometrii automatycznej (tzw.
anemometria automatyczna).
Tablica 2. Krytyczne zawartości gazów wg. polskich przepisów górniczych w kopalniach
Dopuszczalne zawartości gazów
Ze względu na szkodliwość dla zdrowia Ze względu na bezpieczeństwo załogi
i ruch zakładu górniczego
Gaz Zawartość Gaz Zawartość
tlen – O2 Minimum 19,0% metan – CH4 maksimum 2,0 %
dwutlenek węgla – CO2 maksimum 1,0%
tlenek węgla – CO maksimum 0,0026% (26 ppm)
tlenek azotu – NO maksimum 0,00026% (2,6 ppm)
dwutlenek siarki – SO2 maksimum 0,000075% (75 ppb)
siarkowodór – H2S maksimum 0,0007% (7 ppm)
Zagrożenie metanowe
Zagrożenie metanowe wynika z możliwości zapłonu lub wybuchu metanu (dolna granica
wybuchowości metanu – 4,5%CH4), Poziom realnego zagrożenia zależy od zawartości
metanu w powietrzu kopalnianym lub w gazach zrobowych. Według polskich przepisów
górniczych w zależności od zawartości metanu w powietrzu kopalnianym dopuszcza się do
wykonywania pewnych robót w wyrobiskach kopalni (tablica 3).
Tablica 3. Zestawienie dopuszczalnych zawartości metanu w powietrzu kopalnianym
Dopuszczalne zawartości metanu
Ze względu na miejsce występowania Ze względu na prowadzone prace
Lokalizacja miejsca CH4 [%] Rodzaj prac CH4 [%]
Grupa przodków przewietrzana jednym
prądem powietrza:
- w powietrzu doprowadzonym do każdego
przodka – bez stosowania metanometrii
automatycznej,
- w powietrzu doprowadzonym do każdego
przodka – przy stosowaniu metanometrii
automatycznej
£ 0,5
£ 1,0
Urabianie kombajnami:
- chodnikowymi i ścianowymi zwięzłych
skał o dużej i średniej skłonności do
iskrzenia (w rejonie urabiania).
- chodnikowymi pokładu węgla:
- w strefie przodkowej,
- w rejonie wysięgnika kombajnu,
- ścianowymi pokładu węgla:
- w powietrzu dopływającym do ściany,
- w powietrzu wypływającym ze ściany
£ 0,5
£ 1,0
£ 2,0
£ 1,0
£ 2,0
Przewietrzanie jednym prądem powietrza
grupy przodków drążonych kombajnami
z zastosowaniem wentylacji lutniowej kom-
binowanej z ssącym lutniociągiem wyposa-
żonym w urządzenie odpylające – w powie-
trzu doprowadzonym do każdego przodka
£ 0,5
Urabianie materiałem wybuchowym (MW):
- MW węglowe i skalne – bez blokady
metanometrycznej,
- MW węglowe i skalne – z blokadą
metanometryczną,
- MW metanowe,
- MW metanowe specjalne
£ 0,5
£ 1,0
£ 1,0
£ 1,5
Wyrobisko ścianowe:
- prąd wlotowy powietrza,
- prąd wylotowy powietrza
£ 1,0
£ 2,0
Urabianie metodami bezogniowymi
> 1,5
Wylot rejonowego prądu powietrza:
- bez metanometrii automatycznej,
- przy stosowaniu metanometrii automatycz-
nej
£ 1,0
£ 1,5
Inne prace (poza urabianiem)
£ 2,0
Szyb wydechowy - prąd powietrza wylotowy
całkowity £ 0,75 Prace ratownicze > 2,0
W warunkach polskich kopalń stosuje się ciągłą kontrolę i monitorowanie stężenia metanu
w wyrobiskach kopalni w systemach gazometrii automatycznej (tzw. metanometria
automatyczna).
Wiele kopalń w ramach zwalczania zagrożenia metanowego stosuje dziś odmetanowanie.
Przepisy górnicze nakazują prowadzenie kontroli w przypadku stosowania odmetanowania
górotworu, które ma celu pomiary zawartości metanu w ujmowanym gazie, aby wstrzymać
odmetanowanie przy zawartości metanu poniżej 30%CH4 (w zbiorczym rurociągu
odmetanowania) lub poniżej 20%CH4 (w gazie ujmowanym do rurociągu). Ponadto na
podstawie doraźnych pomiarów zawartości metanu w ujmowanym gazie, jego temperatury,
różnicy ciśnień na kryzie pomiarowej oraz ciśnienia barometrycznego, oblicza się wydatek
ujmowanego metanu przez odmetanowanie.
Zagrożenie pożarowe
Poziom rzeczywistego zagrożenia pożarowego w kopalniach węgla kamiennego wynika z
zagrożenia pożarem endogenicznym, który jest kontrolowany za pomocą wskaźników
pożarowych określających:
q w powietrzu obiegowym, przez przyrost tlenku węgla (ΔCO, %) i wydatek tlenku
węgla (V& CO, l/min) obliczane w oparciu o oznaczoną zawartość tlenku węgla (w
prądach powietrza wlotowego - COx, i wylotowego - CO), a także o obliczony
wydatek powietrza (V& , m3/min).
q dla zrobów i otamowanych wyrobisk, przez wskaźnik Grahama (G) – w oparciu o
oznaczoną zawartość gazów zrobowych.
Zgodnie z polskimi przepisami górniczymi są określone wartości krytyczne wskaźników,
których przekroczenie wymusza na służbach kopalnianych określone działania (tablica 4).
Tablica 4. Zestawienie krytycznych wartości kryterialnych dla oceny zagrożenia pożarowego
Miejsce pomiaru Wskaźnik pożarowy Kryteria Sposób postępowania
Zroby, otamowane
wyrobiska G =
22265,0 ON
CO
-
0,0025 < G £ 0,0070
Wzmożona obserwacja
atmosfery, zwiększona
częstotliwość pobiera-nia
prób gazów
0,0070 < G £ 0,0300 Prace profilaktyczne
G > 0,0300 Akcja przeciwpożarowa
Wyrobiska z dopływo-
wym i odpływowym
prądem powietrza do
ścian;
Wyrobiska z wentylacją
odrębną
ΔCO = CO – COx [%]
V& CO = 0,001×(V& × CO) [l/min]
0 < V& CO £ 10
przy
0,0010 < ΔCO £ 0,0026
Wzmożona obserwacja
atmosfery, zwiększona
częstotliwość pobiera-nia
prób gazów
10 < V& CO £ 20
przy ΔCO £ 0,0026 Prace profilaktyczne
ΔCO > 0,0026 Akcja przeciwpożarowa
W warunkach polskich kopalń stosuje się ciągłą kontrolę i monitorowanie stężenia tlenku
węgla w wyrobiskach kopalni w systemach gazometrii automatycznej (tzw. CO-metria
automatyczna). Kontrolę zagrożenia pożarowego, a w szczególności pożaru otwartego
prowadzi się również pod kątem obecności dymów w powietrzu kopalnianym za pomocą
czujników dymu.
W praktyce służby kopalniane w ocenie zagrożenia pożarami endogenicznymi dokonują
również analizy różnych czynników naturalnych, górniczych i technicznych. Jednym z nich
jest kontrola rozkładu pola potencjałów aerodynamicznych w wyrobiskach przyległych do
zrobów. Wielkość potencjału wyznacza się na podstawie danych niwelacyjnych (wysokości
względnej) punktu pomiarowego oraz parametrów fizycznych powietrza w punkcie
pomiarowym (ciśnieniem barometryczne, temperatura i wilgotność powietrza oraz prędkością
przepływu), a także na zrębie szybu wdechowego.
4.4. Monitorowanie parametrów powietrza w wyrobiskach i stanu wentylacji w systemach
gazometrii automatycznej
Rozwój metod pomiaru i monitorowania parametrów powietrza w wyrobiskach kopalń węgla
kamiennego oraz procesu wentylacji kopalń głębinowych wynikają zarówno z potrzeb
wzrostu poziomu bezpieczeństwa pracy oraz rozwoju metod i środków w metrologii, a także
postępu w zakresie układów mikroelektroniki.
Stan rozwoju metod pomiarowych i monitorowania parametrów powietrza w wyrobiskach
jest różny w zależności od poszczególnych parametrów.
Pomiary stężenia gazów Metodyka pomiarów stężenia gazów jest obecnie metrologicznie najlepiej rozwinięta w
pomiarach i monitorowaniu w wentylacji kopalń polskich. Dotyczy to zarówno pomiarów w
systemach monitorowania jak i doraźnych pomiarów prowadzonych przez służby
wentylacyjne. Pomiary i kontrola stężenia metanu obejmuje pełny zakres 0÷100%CH4 przy
czym w zakresie tzw. niskich stężeń 0÷5%CH4 przyjęła się metoda katalitycznego spalania
natomiast w zakresie tzw. wysokich stężeń powyżej 5%CH4 stosuje się metodę
termokonduktometryczną. Ostatnio podjęto próby zastosowania metod optycznych również
do pomiaru metanu jednak z uwagi na dłuższy czas odpowiedzi oraz warunki środowiskowe
w wyrobiskach podziemnych w przypadku pomiaru stężenia metanu ta metoda wymaga
jeszcze badań. Duży wpływ na rozwój metodyki pomiarów innych gazów (tlenu, tlenku i
dwutlenku węgla itd.) było upowszechnienie sensorów elektrochemicznych w metrologii
gazowej wdrożonej również do górnictwa. W ostatnich latach dokonano również
modernizacji wyposażenia kopalnianych laboratoriów co podniosło poziom wykonywanych
analiz laboratoryjnych prób powietrza pobieranych przez służby wentylacyjne w wyrobiskach
podziemnych.
Rozwój kopalnianych systemów gazometrii automatycznej doprowadził do stanu, w którym
cykliczność wykonywania pomiarów dyskretnych i transmisji sygnałów pomiarowych w tych
systemach jest obecnie rzędu sekund. Wydaje się, że te parametry są obecnie wystarczające
również dla kontroli procesu wentylacji stanach awaryjnych przy rejestracji parametrów po
zdarzeniach o gwałtownym przebiegu.
Problemem wymagającym badań i upowszechnienia są nadal metody oceny średniej wartości
stężenia w przekroju poprzecznym wyrobiska na podstawie doraźnych pomiarów przyrządami
ręcznymi przez służby kopalniane oraz punktowych przez czujniki stacjonarne w systemach
gazometrii automatycznej.
Pomiary prędkości przepływu powietrza i gazów
Jak pokazują wieloletnie badania pomiar prędkości powietrza i gazów w warunkach
górniczych jest, głównie ze względów metrologicznych, niezmiernie trudny. O tym decydują
obiektywne trudności pomiaru małych prędkości, które dominują w wyrobiskach
kopalnianych w normalnych stanach procesu wentylacyjnego (od –4 do +4 m/s oraz z
przedziałem nieoznaczoności rzędu od –0,5 do +0,5 m/s).
Metodyka w tym również przyrządy do pomiaru prędkości powietrza wykonywane doraźnie
przez służby wentylacyjne oparte o tzw. trawersowanie ciągłe jest powszechnie stosowana tak
w górnictwie światowym jak i w krajowym. Badania pokazują jednak, że dla wyznaczania
strumienia objętości powietrza bardzo istotna jest staranność wykonywania procedury
pomiarowej.
W systemach gazometrii automatycznej pomiary prędkości powietrza za pomocą
stacjonarnych anemometrów mają charakter punktowy i powoduje trudności w powiązaniu
wskazań z pomiarem strumienia objętości powietrza w wyrobisku, który z punktu widzenia
wentylacji ma istotne znaczenie.
Pomiary ciśnienia absolutnego oraz ciśnienia różnicowego
Pomiary ciśnienia absolutnego i różnicowego doraźnie wykonywane za pomocą
nowoczesnych przenośnych barometrów z możliwością rejestracji danych w pamięci
wewnętrznej oraz mikromanometrów służby wentylacyjne wykorzystują do sporządzania
schematów potencjalnych kopalni lub jej części.
W zakresie monitorowania ciśnienia w systemach gazometrii automatycznej to od wielu lat
rozpowszechniły się zasady i obowiązek rejestracji i sygnalizacji ciśnienia barometrycznego i
jego zmian na powierzchni kopalni. Praktyka pokazuje, że obecnie kopalnie coraz szerzej
wprowadzają w podziemnych wyrobiskach kopalnianych, w oddziałach wydobywczych
stacjonarne czujniki ciśnienia absolutnego włączone do systemów gazometrii automatycznej.
Podobnie jest z czujnikami ciśnienia różnicowego, które są włączane do systemów gazometrii
z krótkim czasem repetycji. O ile wykorzystanie sygnałów z czujników ciśnienia absolutnego
i ciśnienia różnicowego w stanach dynamicznych po zdarzeniach, których przebieg ma
charakter gwałtowny nie podlega dyskusji i może mieć duże znaczenie do analizy przypadku,
a także wnosić wartości poznawcze, to bieżące wykorzystanie tych rejestracji przez służby
wentylacyjne wymaga jeszcze opracowania metodyki interpretacji danych.
Uzasadnienie pomiaru ciśnienia absolutnego i różnicowego (wg. Prof. Trutwina, 2009)
Konieczność prowadzenia pomiarów ciśnienia absolutnego oraz ciśnienia różnicowego w
zagrożonych rejonach czynnych ścian wydobywczych węgla kamiennego wynika z
następujących przyczyn:
r potrzeby pełnej i bieżącej kontroli procesu wentylacji (tj. obserwacji, monitoringu i
oddziaływania na proces wentylacji, aby jego stan mieścił się w granicach
przewidzianych przepisami),
r kontroli czynników (parametrów) określających stan zagrożenia procesu wentylacji,
przy czym kontrolę należy rozumieć jak wyżej uzupełnioną o predykcję stanu
zagrożenia na podstawie bieżącej obserwacji i monitoringu zagrożeń,
r potrzeby ciągłych pomiarów (obserwacji i monitoringu) i rejestracji przedmiotowych
parametrów w czasie: zdarzeń dynamicznych z udziałem wybuchu metanu i/lub pyłu
węglowego, robót strzelniczych; wyrzutów metanu i węgla; manipulacji urządzeniami
wentylacyjnymi; gwałtownych wypływów wody lub podsadzki płynnej itp.
Zmiany ciśnienia absolutnego mierzonego w rejonie ściany najczęściej spowodowane są:
r zmianami ciśnienia atmosferycznego na powierzchni,
r falą ciśnienia, która spowodowana jest wybuchem metanu, pyłu węglowego,
wyrzutem metanu i węgla, robotami strzałowymi, gwałtownym wypływem wody i
gazów, ruchem maszyn itp.,
r manipulacją urządzeniami wentylacyjnymi (tamy, lutniociągi itp.)
Mierzone i zarejestrowane ciśnienie absolutnego informuje o stanie i przebiegu procesu
wentylacji i zagrożeniach w rejonie ściany, a w szczególności o:
r wypływie gazów ze zrobów do wyrobisk,
r początku i kolejność zdarzeń dynamicznych,
r rodzajach zdarzeń na podstawie charakterystycznych przebiegów ciśnienia
absolutnego,
r może także być wykorzystane do generacji sygnału alarmowego itp.,
Podobnie może być wykorzystane pomierzone i zarejestrowane w czasie zdarzeń
dynamicznych ciśnienie różnicowe na tamach, oknach wentylacyjnych, rurociągach i
przewodach łączących wnętrze zrobów, pustek z wyrobiskami rejonu ściany.
Dynamiczne własności czujników ciśnienia oraz systemu transmisji muszą być ściśle dobrane
do „dynamiki” procesu wentylacji oraz zdarzeń, które mogą powstać w rejonie ściany
zagrożonej, przy czym częstotliwość dyskretnych pomiarów dla możliwości odtworzenia
przebiegu wybuchu musi być rzędu 10 Hz. Natomiast ze względu na konieczność pomiaru
ciśnienia bezwzględnego w przedziale czasowym obejmującym całe zdarzenie dynamiczne
czujnik powinien być zlokalizowany w rejonie poza zasięgiem zniszczenia przez falę
ciśnienia.
4.4. Sposoby automatycznej kontroli parametrów powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni
Wymagania przepisów górniczych dla rejonów eksploatacyjnych
Kontrola parametrów aerologicznych z możliwością określania chwilowego poziomu
zagrożenia, prognozowania tendencji jego zmian np. linii trendu i możliwości szybkiego
reagowania na pojawiające się zagrożenie może przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa.
Według obowiązujących w polskim górnictwie przepisów zabezpieczenia gazometryczne i
kontrola oraz monitorowanie parametrów aerologicznych, a w szczególności lokalizacja
punktów pomiarowych w sieci wentylacyjnej kopalni zależą od przyjętego systemu
przewietrzania rejonu eksploatacyjnego. W technice górniczej wyróżnia się pięć zasadniczych
systemów przewietrzania w różnych odmianach, stąd praktycznie znane są i opisane 33
systemy przewietrzania. Występujące zagrożenia metanowe i pożarami endogenicznymi oraz
wysoka koncentracja wydobycia spowodowały, że do przewietrzania ścian stosowanych jest
aktualnie tylko kilka najbardziej wydajnych systemów, a ich dobór uzależniony jest przede
wszystkim od poziomu zagrożeń (tablica 5).
Tablica 5. Sposoby przewietrzania ścian w warunkach zagrożenia metanowego i pożarowego
Sposób przewietrzania ściany Sposób
przewietrzania
Zagrożenie
metanowe
Zagrożenie
pożarowe
„U” od granic - +
„Z” + -
„Y” + +
„U” ściana
poprzeczna - +
„Y” ściana
poprzeczna + -
Zabezpieczenia gazometryczne i kontrola zagrożeń aerologicznych (metanowych i
pożarowych) zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami górniczymi prowadzona jest
stosownie do przyjętego systemu przewietrzania. Lokalizację czujników parametrów
aerologicznych w zależności od przyjętego systemu przewietrzania pokazano poniżej (rys. 8,
9, 10, 11).
Rys. 8. Sposób przewietrzania na „U” – lokalizacja czujników dla kontroli parametrów
powietrza w rejonie ściany
Na powyższym rysunku pokazano i oznaczono w następujący sposób czujniki:
MM R/W 2%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 2% metanu,
MM R/W 1%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 1% metanu,
CO – czujnik stężenia tlenku węgla,
AS – anemometr,
P – czujnik ćiśnienia absolutnego,
RP – czujnik różnicy ciśnień na tamach.
Rys. 9. Sposób przewietrzania na „Z” – lokalizacja czujników dla kontroli parametrów
powietrza w rejonie ściany
Na powyższym rysunku pokazano i oznaczono w następujący sposób czujniki:
MM R/W 2%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 2% metanu,
MM R/W 1%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 1% metanu,
CO – czujnik stężenia tlenku węgla,
AS – anemometr,
P – czujnik ćiśnienia absolutnego.
Rys. 10. Sposób przewietrzania na „Y” z doświeżaniem – lokalizacja czujników dla
kontroli parametrów powietrza w rejonie ściany
Na powyższym rysunku pokazano i oznaczono w następujący sposób czujniki:
MM R/W 2%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 2% metanu,
MM R/W 1%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 1% metanu,
CO – czujnik stężenia tlenku węgla,
AS – anemometr,
P – czujnik ćiśnienia absolutnego.
Rys. 11. Sposób przewietrzania na „Y”– lokalizacja czujników dla kontroli parametrów
powietrza w rejonie ściany
Na powyższym rysunku pokazano i oznaczono w następujący sposób czujniki:
MM R/W 2%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 2% metanu,
MM R/W 1%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 1% metanu,
CO – czujnik stężenia tlenku węgla,
AS – anemometr,
P – czujnik ćiśnienia absolutnego,
RP – czujnik różnicy ciśnień na tamach.
Wymagania przepisów górniczych dla rejonów robót przodkowych korytarzowych
Aktualnie w praktyce górniczej dla kopalń węgla kamiennego stosowane są trzy
zasadnicze sposoby przewietrzania, za pomocą wentylacji odrębnej, przodków drążonych
wyrobisk korytarzowych. Obowiązujący system monitorowania i kontroli uzależniony jest od
warunków górniczo-geologicznych:
- w pokładach niemetanowych – kontrola sprowadza się do kontroli prędkości powietrza
i stężeń tlenku węgla,
- w pokładach metanowych – kontrola sprowadza się do metanometrii automatycznej,
kontroli prędkości powietrza i stężeń tlenku węgla.
Lokalizację czujników parametrów aerologicznych w zależności od przyjętego systemu
przewietrzania pokazano poniżej na przykładach wyrobisk drążonych w pokładach
metanowych (rys. 12, 13, 14).
Rys. 12. Lokalizacja czujników metanu dla wentylacji tłoczącej
Rys. 13. Lokalizacja czujników metanu dla wentylacji ssącej
Rys. 14. Lokalizacja dodatkowych czujników metanu w przodku drążonego wyrobiska przy wentylacji kombinowanej z zasadniczym lutniociągiem tłoczącym (wyposażonym w lutnie
Coanda) i odpylaczem zabudowanym na lutniociągu ssącym
Na powyższych rysunkach pokazano i oznaczono w następujący sposób czujniki:
MM R/W 2%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 2% metanu,
MM R/W 1%CH4 – metanomierz rejestrująco-wyłączający (energię elektryczną) po
przekroczeniu 1% metanu,
Wskaźniki kontroli parametrów aerologicznych
1) Kontrola prędkości powietrza v [m/s], obliczanie wydatku powietrza Q wyznacza się
według wzoru
Q = v · A · 60, [m3/min]
gdzie A [m2] jest przekrojem poprzecznym wyrobiska na stacji pomiarowej.
Stan zagrożenia aerologicznego wraz z koniecznością wycofania załogi zatrudnionej w
rejonie ściany w przepisach górniczych określa się (tablica 1) dla:
q prędkości powietrza poniższej 0,3 m/s (w polu metanowym),
q prędkości powietrza poniższej 0,15 m/s (w polu niemetanowym),
q spadku wydatku powietrza dopływającego do ściany poniższej wydatku określonego
w projekcie przewietrzania.
2) Kontrola zawartości stężenia tlenku węgla obejmuje:
- obliczanie ilości tlenku węgla V& CO wyznacza się według wzoru
V& CO = 0,001×(V& × CO) [l/min]
gdzieV& jest wydatkiem powietrza, m3/min, CO stężeniem tlenku węgla, ppm
- obliczanie przyrostu stężenia tlenku węgla ΔCO w rejonie według wzoru
ΔCO = CO – COx , [ppm]
gdzie COx jest zawartością tlenku węgla w stacji pomiarowej zlokalizowanej
w prądzie powietrza wlotowego, CO jest zawartością tlenku węgla w stacji
pomiarowej zlokalizowanej w prądzie powietrza wylotowego,
Stan zagrożenia pożarowego w przepisach górniczych określa się (tablica 4), po:
q przekroczeniu wskaźnika ilości tlenku węgla (tablica 4) V& CO = 20l/min,
q przekroczeniu wskaźnika przyrostu tlenku węgla (tablica 4) ΔCO > 26ppm.
3) Kontrola stężeń metanu w rejonie ściany obejmuje:
q sygnalizację zagrożenia metanowego po przekroczeniu wartości 2%CH4 wraz z
koniecznością wycofania załogi zatrudnionej z rejonu ściany,
q wyłączanie urządzeń spod napięcia w przypadku przekroczenia zawartości progowych
dla czujników w zabezpieczeniach metanometrycznych (tablica 3),
4) Kontrola rzeczywistej metanowości wentylacyjnej (wydatku metanu) w rejonie, która
obejmuje obliczanie wskaźnika wydatku metanu V& CH4 według wzor
V& CH4 = (V& × CCH4) × 0,01, [m3/min]
gdzieV& jest wydatkiem powietrza, m3/min, CCH4 – stężeniem metanu, %.
5. Przykłady zabezpieczeń gazometrycznych zastosowanych w kopalniach
Kopalnia Borynia-Zofiówka
Rejon ściany E-2 pokł. 412łg+łd i 412łg KWK Borynia-Zofiówka
Schemat przewietrzania oraz lokalizacja czujników
Opis zabezpieczeń metanometrycznych i czujników w systemie gazometrii automatycznej
1.Czujnik CH4 – RW próg 1,0% zabudowany pod stropem sekcji (nie niżej niż 10cm) w
ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w odległości nie większej niż 10m od chodnika
podścianowego E-2 pokł.412łg+łd i 412łg - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne w:
- chodniku podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg na odcinku co najmniej 10m od
strony dopływu powietrza do ściany E-2 pokł.412łg+łd i 412łg,
- ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg ,
- chodniku nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg.
2.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) nad
napędem PZS od strony zawału –- po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne jak w pkt 1 - szczegółowy sposób rozmieszczenia czujników metanometrii
automatycznej i pomocniczych urządzeń wentylacyjnych wg schematu lokalizacji
czujników metanometrii automatycznej i rozmieszczenia pomocniczych urządzeń
wentylacyjnych w ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg.
3.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem ( nie niżej niż 10cm ) w
chodniku nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg za przegrodą wentylacyjną w
odległości 6-10m od czujnika nr 2 - wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1 -
szczegółowy sposób rozmieszczenia czujników metanometrii automatycznej i
pomocniczych urządzeń wentylacyjnych wg schematu lokalizacji czujników
metanometrii automatycznej i rozmieszczenia pomocniczych urządzeń wentylacyjnych
w ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg.
Chodnik nadścianowy E-2 pokł.412łg+łd i 412łg
Chodnik podścianowy E-2 pokł.412łg+łd i 412łg
1czujnik CH4 -RW
1,0%
ŚCIANA E-2
POKŁ.412łg+łd i 412łg
czujnik CO
0-200ppm 5
czujnik CH4 -RSW
1,5% / 2,0% 4
7czujnik
anemometryczny
czujnik pomiaru ciśnienia
bezwzględnego 6
2
czujnik CH4 -RW
2,0%
8czujnik
anemometryczny
czujnik CO
0-200ppm 13
czujnik CH4 -RW
1,5%14
czujnik CO
0-200ppm
czujnik CH4 -RW
2,0%3
11
12
czujnik CH4 -RW
2,0%
czujnik CH4 -RW
2,0%17
czujnik CH4 -RW
1,5% 15
czujnik różnicy
ciśnień
9czujnik
anemometryczny
10
16czujnik CH4 -RW
1,0%
Chłodnica powietrza
4.Czujnik CH4 – RSW zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w chodniku
nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z
pochylnią E-3 pokł.413/2:
próg 1 1,5% - sygnalizuje przekroczenie 1,5 % CH4 w dyspozytorni metanometrii,
próg 2 2,0% - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1
oraz w:
- pochylni E-3 pokł.413/2 od skrzyżowania z chodnikiem nadścianowym E-2
pokł.412łg+łd i 412łg w kierunku przecinki E-3 pokł.413/2,
- przecince E-3 pokł.413/2 od skrzyżowania z pochylnią E-3 pokł.413/2 do czujnika
CH4 pkt 14.
5.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany obok czujnika CH4 pkt 4.
6.Czujnik pomiaru ciśnienia bezwzględnego zabudowany w chodniku nadścianowym E-2
pokł.412łg+łd i 412łg w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z pochylnią E-3
pokł.413/2.
7.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w odległości 10-
25m przed skrzyżowaniem z pochylnią E-3 pokł.413/2 w wolnym przekroju wyrobiska
na wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla minimalnej ilości
powietrza zostanie określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla
czujników prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz
w miesiącu.
8.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w odległości 25-
50m za skrzyżowaniem z pochylnią E-3 pokł.413/2 w wolnym przekroju wyrobiska na
wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla minimalnej ilości
powietrza zostanie określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla
czujników prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz
w miesiącu.
9.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia powyżej wartości progu alarmowego – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w pochylni E-3 pokł.413/2 w odległości do 15m za skrzyżowaniem z
chodnikiem podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w wolnym przekroju wyrobiska
na wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla maksymalnej ilości
powietrza zostanie określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla
czujników prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz
w miesiącu.
10.Czujnik różnicy ciśnień zabudowany między tamami w pochylni E-3 pokł.413/2 –
rejestruje i sygnalizuje wskazania czujnika różnicy ciśnień między tamami w
dyspozytorni metanometrii.
11.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
chodniku nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg na linii organu lub do 2m od linii
zawału chodnika - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak
w pkt 1 szczegółowy sposób rozmieszczenia czujników metanometrii automatycznej i
pomocniczych urządzeń wentylacyjnych wg schematu lokalizacji czujników
metanometrii automatycznej i rozmieszczenia pomocniczych urządzeń wentylacyjnych
w ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg.
12.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany obok czujnika CH4 pkt 3.
13.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany w chodniku podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i
412łg w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem ze ścianą E-2 pokł.412łg+łd i 412łg
w wolnym przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od spągu.
14.Czujnik CH4 - RW próg 1,5% - zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
przecince E-3 pokł.413/2 w odległości 10-15m za skrzyżowaniem z pochylnią E-3
pokł.413/2 – po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne w
- przecince E-3 pokł.413/2 od miejsca zabudowy czujnika CH4 pkt 14 w kierunku
chodnika głównego E-2 pokł.413,
- chodniku głównym E-2 pokł.413 od skrzyżowania z przecinką E-3 pokł.413/2 do
czujnika CH4 zabudowanego w chodniku głównym E-2 pokł.413 w odległości 10-15m
za skrzyżowaniem z przecinką E-3 pokł.413/2
15.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
pochylni E-3 pokł.413/2 przed wentylatorem - po przekroczeniu progu wyłącza
wentylator.
16.Czujnik CH4 – RW próg 1,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
chodniku podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w odległości 10-15m za
skrzyżowaniem z pochylnią E-3 pokł.413/2 – po przekroczeniu progu wyłącza
urządzenia elektryczne w
- chodniku podścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg od miejsca zabudowy czujnika
CH4 pkt 16 w kierunku ściany E-2 pokł.412łg+łd i 412łg,
- ścianie E-2 pokł.412łg+łd i 412łg od skrzyżowania z chodnikiem podścianowym E 2
pokł.412łg+łd i 412łg do czujnika CH4 pkt 1,
17.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem ( nie niżej niż 10cm ) w
chodniku nadścianowym E-2 pokł.412łg+łd i 412łg w przegrodzie wentylacyjnej w
odległości 6-10m od czujnika nr 2 – po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne jak w pkt 1.
Rejon ściany B-3a pokł. 405-1 KWK Borynia-Zofiówka
Schemat przewietrzania oraz lokalizacja czujników
Chodnik podścianowy B-3a pokł. 405/1łg
Chodnik nadścianowy B-3a pokł. 405/1łg
czujnik CH4 -RW
1,0%1
Ch.bad.podścianowy B-3 pokł.405/1łg
czujnik CO
0-200ppm 7
ŚCIANA B-3a
POKŁ.405/1łg
czujnik CO
0-200ppm
8
czujnik CH4 -RSW
1,0% / 1,5%
czujnik pomiaru ciśnienia
bezwzględnego
2
czujnik CO
0-200ppm
czujnik CH4 -RW
1,5%
czujnik CH4 -RW
1,5%
3
12
6
Ch. podścianowy B-1 pokł.406/1
10czujnik
anemometryczny
4
5
czujnik CH4 -RW
1,5%
czujnik CH4 -RW
1,5%14
2xSPK-5011
czujnik
anemometryczny
15czujnik
anemometryczny
16czujnik różnicy
ciśnień
13czujnik CH4 -RW
1,5%
9
czujnik różnicy
ciśnień
17czujnik
anemometryczny
czujnik CO
0-200ppm 18
czujnik CO
0-200ppm 19
20czujnik
anemometryczny
Opis zabezpieczeń metanometrycznych i czujników w systemie gazometrii automatycznej
1.Czujnik CH4 – RW próg 1,0% zabudowany pod stropem sekcji (nie niżej niż 10cm) w
ścianie B-3a pokł.405/1łg w odległości nie większej niż 10m od chodnika
podścianowego B-3a pokł.405/1łg – po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne w:
- chodniku podścianowym B-3a pokł.405/1łg na odcinku co najmniej 10m od strony
dopływu powietrza do ściany B-3a pokł.405/1łg,
- ścianie B-3a pokł.405/1łg,
- chodniku nadścianowym B-3a pokł.405/1łg,
- chodniku badawczym podścianowym B-3 pokł.405/1łg od skrzyżowania z chodnikiem
nadścianowym B-3a pokł.405/1łg do skrzyżowania z przekopem B-3a.
2.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) nad
napędem PZS od strony zawału - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne jak w pkt 1 - szczegółowy sposób rozmieszczenia czujników metanometrii
automatycznej i pomocniczych urządzeń wentylacyjnych wg schematu lokalizacji
czujników metanometrii automatycznej i rozmieszczenia pomocniczych urządzeń
wentylacyjnych w ścianie B-3a pokł.405/1łg.
3.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w chodniku
nadścianowym B-3a pokł.405/1łg w odległości 6–10m od czujnika nr 2 - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1 - szczegółowy sposób
rozmieszczenia czujników metanometrii automatycznej i pomocniczych urządzeń
wentylacyjnych wg schematu lokalizacji czujników metanometrii automatycznej i
rozmieszczenia pomocniczych urządzeń wentylacyjnych w ścianie B-3a pokł.405/1łg.
4.Czujnik CH4 – RSW zabudowany pod stropem ( nie niżej niż 10cm ) w chodniku
badawczym podścianowym B-3 pokł.405/1łg w odległości 10-15m przed
skrzyżowaniem z przekopem B-3a:
próg 1 1,0% - sygnalizuje przekroczenie 1,0 % CH4 w dyspozytorni metanometrii,
próg 2 1,5% - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1 oraz
wyłącza urządzenia elektryczne w:
- przekopie B-3a od skrzyżowania z chodnikiem badawczym podścianowym B-3
pokł.405/1łg do czujnika CH4 pkt 13 .
5.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany obok czujnika CH4 pkt 4.
6.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany obok czujnika CH4 pkt 3.
7.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany w chodniku podścianowym B-3a pokł.405/1łg w
odległości 10-15m przed skrzyżowaniem ze ścianą B-3a pokł.405/1łg w wolnym
przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od spągu.
8.Czujnik pomiaru ciśnienia bezwzględnego zabudowany w chodniku badawczym
podścianowym B-3 pokł.405/1łg w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z
przekopem B-3a.
9.Czujnik różnicy ciśnień zabudowany między tamami w chodniku podścianowym B-1
pokł.406/1 – rejestruje wskazania czujnika w dyspozytorni metanometrii.
10.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku podścianowym B-3a pokł.405/1łg w odległości 25-50m za
skrzyżowaniem z pochylnią B-3 pokł.405/1łg w wolnym przekroju wyrobiska na
wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla minimalnej ilości
powietrza zostanie określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla
czujników prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz
w miesiącu.
11.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku nadścianowym B-3a pokł.405/1łg w odległości 75-95m przed
skrzyżowaniem z przekopem B-3a w wolnym przekroju wyrobiska na wysokości około
2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla minimalnej ilości powietrza zostanie
określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla czujników prędkości
powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz w miesiącu.
12.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
chodniku nadścianowym B-3a pokł.405/1łg na linii organu lub do 2m od linii zawału
chodnika –- po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1
szczegółowy sposób rozmieszczenia czujników metanometrii automatycznej i
pomocniczych urządzeń wentylacyjnych wg schematu lokalizacji czujników
metanometrii automatycznej i rozmieszczenia pomocniczych urządzeń wentylacyjnych
w ścianie B-3a pokł.405/1łg.
13.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany w przekopie B-3a w odległości nie większej
niż 5m przed transformatorem w strzałce wyrobiska od strony dopływu powietrza – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1 oraz wyłącza
urządzenia elektryczne w:
- przekopie B-3a od skrzyżowania z chodnikiem badawczym podścianowym B-3
pokł.405/1łg do czujnika CH4 pkt 13,
- przekopie B-3a od miejsca zabudowy czujnika CH4 pkt 13 w kierunku pochylni
wentylacyjnej B-1 pokł.406/1,
- pochylni wentylacyjnej B-1 pokł.406/1 od skrzyżowania z przekopem B-3a w
kierunku przekopu wentylacyjnego do pokł.406/1,
- przekopie wentylacyjnym do pokł.406/1,
- przekopie wentylacyjnym F-4,
- chodniku badawczym podścianowym F-6 pokł.407/1 do czujnika CH4 zabudowanego
w chodniku badawczym podścianowym F-6 pokł.407/1 w odległości 10-15m przed
skrzyżowaniem z pochylnią D-1 pokł.407/1.
14.Czujnik CH4 – RW próg 1,5% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w
chodniku nadścianowym B-3a pokł.405/1łg w odległości do 5m przed wentylatorem od
strony dopływu powietrza - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak
w pkt 1.
15.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia powyżej wartości progu alarmowego – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku badawczym podścianowym B-3 pokł.405/1łg przed tamami
od strony pochylni B-3 pokł.405/1łg w wolnym przekroju wyrobiska na wysokości
około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla maksymalnej ilości powietrza
zostanie określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla czujników
prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz w
miesiącu.
16.Czujnik różnicy ciśnień zabudowany między tamami w chodniku badawczym
podścianowym B-3 pokł.405/1łg – rejestruje wskazania czujnika w dyspozytorni
metanometrii.
17.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia powyżej wartości progu alarmowego – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany między tamami w chodniku podścianowym B-1 pokł.406/1 w wolnym
przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla
maksymalnej ilości powietrza zostanie określony w wykazie progów alarmowych i
ostrzegawczych dla czujników prędkości powietrza zabudowanych w rejonach ścian z
częstotliwością 1 raz w miesiącu.
18.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany w chodniku badawczym podścianowym B-3
pokł.405/1łg w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z przekopem B-3a (od strony
pochylni B-3 pokł.405/1łg) w wolnym przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od
spągu.
19.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany w przekopie B-3a w odległości 10-15m przed
skrzyżowaniem z pochylnią wentylacyjną B-1 pokł.406/1 w wolnym przekroju
wyrobiska na wysokości około 2m od spągu
20.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w przekopie B-3a w odległości 10-50m przed skrzyżowaniem z pochylnią
wentylacyjną B-1 pokł.406/1 w wolnym przekroju wyrobiska na wysokości około 2m
od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla minimalnej ilości powietrza zostanie
określony w wykazie progów alarmowych i ostrzegawczych dla czujników prędkości
powietrza zabudowanych w rejonach ścian z częstotliwością 1 raz w miesiącu.
Rejon ściany G – 4 pokł. 412łg oraz łd KWK Borynia-Zofiówka
Schemat przewietrzania oraz lokalizacja czujników
Chodnik podścianowy G-4 pokł.412łg
1czujnik CH4 -RW
1,0%
2czujnik CH4 -RW
2,0%
czujnik CO
0-200 ppm
czujnik CH4 -RSW
1,5%
2,0%3
4
czujnik
anemometryczny
8
ŚCIANA G-4
POKŁ.412łg
czujnik różnicy
ciśnień
6
czujnik
anemometryczny7
czujnik pomiaru ciśnienia
bezwzględnego 5
Przekop wentylacyjny E poz.705
nadścianowy G-4 pokł.413/2 Chodnik nadścianowy G-4 pokł.412łg
Przekop wentylacyjny G-4
9 1110
czujnik CH4 -RW
2,0%
czujnik CH4 -RW
2,0%czujnik przepływu
powietrza
Opis zabezpieczeń metanometrycznych i czujników w systemie gazometrii automatycznej
1.Czujnik CH4 – RW próg 1,0% zabudowany pod stropem sekcji (nie niżej niż 10cm) w
ścianie G-4 pokł.412łg w odległości nie większej niż 10m od chodnika podścianowego
G-4 pokł.412łg – po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne w:
- chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg na odcinku co najmniej 10m od strony
dopływów powietrza do ściany G-4 pokł.412łg ,
- chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg (ślepe wyrobisko)
- ścianie G-4 pokł.412łg ,
- chodniku nadścianowym G-4 pokł.413/2 i pokł.412łg na odcinku co najmniej 10m od
wylotu ze ściany G-4 pokł.412łg od strony dopływu powietrza,
- chodniku nadścianowym G-4 pokł.413/2 i pokł.412łg od wylotu ze ściany G-4
pokł.412łg w kierunku pochylni wentylacyjnej pokł.413/2,
- pochylni wentylacyjnej pokł.413/2 od skrzyżowania z chodnikiem nadścianowym G-4
pokł.413/2 w kierunku przekopu wentylacyjnego E poz.705 do czujnika CH4 pkt 3.
2.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w ścianie
G-4 pokł.412łg w odległości 2m przed skrzyżowaniem z chodnikiem nadścianowym G-
4 pokł.413/2 i pokł.412łg – po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak
w pkt 1.
3.Czujnik CH4 – RSW zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) w pochylni
wentylacyjnej pokł.413/2 w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z przekopem
wentylacyjnym E poz.705:
próg 1 1,5% - sygnalizuje przekroczenie 1,5 % CH4 w dyspozytorni metanometrii,
próg 2 2,0% - po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1
oraz w:
- pochylni wentylacyjnej pokł.413/2 na odcinku od miejsca zabudowy czujnika CH4 pkt
3 do skrzyżowania z przekopem wentylacyjnym E poz 705,
- przekopie wentylacyjnym E poz 705 od skrzyżowania z pochylnią wentylacyjną
pokł.413/2 do czujnika CH4 zabudowanego w przekopie wentylacyjnym E poz.705 w
odległości 10-15m za skrzyżowaniem z pochylnią wentylacyjną pokł.413/2.
4.Czujnik CO 0-200ppm zabudowany obok czujnika CH4 pkt 3.
5.Czujnik pomiaru ciśnienia bezwzględnego zabudowany w pochylni wentylacyjnej
pokł.413/2 w odległości 10-15m przed skrzyżowaniem z przekopem wentylacyjnym E
poz.705.
6.Czujnik różnicy ciśnień zabudowany między tamami w chodniku nadścianowym G-4
pokł.412łg – próg wyłączenia poniżej wartości różnicy ciśnień ustalonej przez dział TW
– po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
7.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia powyżej wartości progu alarmowego – po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w chodniku nadścianowym G-4 pokł. 412łg w odległości 110-120m za
skrzyżowaniem z chodnikiem transportowym G-2 pokł.413/2-412łg w wolnym
przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla
maksymalnej ilości powietrza (800m3/min) zostanie określony w wykazie progów
alarmowych i ostrzegawczych dla czujników prędkości powietrza zabudowanych w
rejonach ścian z częstotliwością 1 raz w miesiącu.
8.Czujnik anemometryczny - próg wyłączenia poniżej wartości progu alarmowego - po
przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
Zabudowany w pochylni transportowej G-4 pokł.412łg w odległości 25-50m za
skrzyżowaniem z chodnikiem transportowym G-2 pokł.413/2-412łg w wolnym
przekroju wyrobiska na wysokości około 2m od spągu. Próg alarmowy wyłączenia dla
minimalnej ilości powietrza (1800m3/min) zostanie określony w wykazie progów
alarmowych i ostrzegawczych dla czujników prędkości powietrza zabudowanych w
rejonach ścian z częstotliwością 1 raz w miesiącu.
9.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) ślepego
wyrobiska w chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg w odległości nie większej niż
10m od tamy konstrukcyjnej w miejscu stwierdzenia największych zawartości metanu –
po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia elektryczne jak w pkt 1.
10.Czujnik CH4 – RW próg 2,0% zabudowany pod stropem (nie niżej niż 10cm) ślepego
wyrobiska w chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg w odległości 10-15m przed
skrzyżowaniem ze ścianą G-4 pokł.412łg -po przekroczeniu progu wyłącza urządzenia
elektryczne jak w pkt 1.
11.Czujnik przepływu powietrza zabudowany w chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg
na wentylatorze - po wyłączeniu wentylatora powoduje wyłączenie spod napięcia
urządzeń elektrycznych w chodniku podścianowym G-4 pokł.412łg (ślepe wyrobisko).
Kopalnia Halemba-Wirek
Rejon ściany 1 pokład 416 KWK Halemba-Wirek
Schemat przewietrzania oraz lokalizacja czujników
I I W
Opis zabezpieczeń metanometrycznych i czujników w systemie gazometrii automatycznej
Czujniki stężenia metanu
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Rodzaj pracy
czujnika
Próg wyłączenia
energii
elektrycznej
Zakres wyłączenia urządzeń
elektrycznych zabudowanych:
1
w ścianie 1 zabudowany pod stropem w
odległości nie większej niż 10m na północ
od skrzyżowania z chodnikiem ścianowym 2
wyłączająco
– rejestrujący 1,0%
- w chodniku ścianowym 2
w pokł. 416 - na odcinku co
najmniej 10m od wlotu do
ściany 1 w pokł. 416 ( w obu
kierunkach),
- w ścianie 1 w pokł. 416,
- w chodniku ścianowym 1
w pokł. 416
2
w chodniku ścianowym 1 pod stropem
w odległości nieprzekraczającej 10m od
wylotu ze ściany 1
wyłączająco
– rejestrujący 2,0%
3
w chodniku ścianowym 1 zabudowany pod
stropem w odległości do 2m od linii zawału
tego chodnika
wyłączająco
– rejestrujący 2,0%
4
w chodniku ścianowym 1 zabudowany pod
stropem w odległości od 10 do 15m na
wschód od skrzyżowania z dowierzchnią
wentylacyjną
wyłączająco
– rejestrujący 1,5%
5
w chodniku ścianowym 1 zabudowany pod
stropem nad przewoźną stacją
transformatorową
wyłączająco
– rejestrujący 1,5%
przewoźna stacja
transformatorowa w chodniku
ścianowym 1
6
w przekopie wentylacyjnym 1 zabudowany
pod stropem w odległości od 10 do 15m na
zachód od skrzyżowania z dowierzchnią
wentylacyjną w pokładzie 415/1
wyłączająco
– rejestrujący 1,5%
- w przekopie wentylacyjnym 1
- w dowierzchni wentylacyjnej
wtórnej w pokł. 415/1 na północ
od przekopu wentylacyjnego 1
7
w dowierzchni skośnej zabudowany pod
stropem w odległości od 10 do 15m na
północ od chodnika ścianowego 1
MM
wyłączająco
– rejestrujący 1,5%
- w dowierzchni skośnej
w pokładzie 416,
- w chodniku ścianowy 5 w
pokładzie 416,
- przecinkę wentylacyjną
w pokładzie 416,
8
w chodniku ścianowym 2 zabudowany pod
stropem w odległości do 2m od tamy
izolacyjnej
MM
wyłączająco
– rejestrujący 1,0%
- w chodniku ścianowym 2
w pokł. 416 - na wschód od
wlotu do ściany 1 w pokł. 416
9
w chodniku ścianowym 2 zabudowany pod
stropem w odległości od 10 do 50m na
wschód i zachód od ściany 1
MM
rejestrujący - -
Czujniki tlenku węgla
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Zakres pomiarowy czujnika
1 w chodniku ścianowym 2 (na wschód i zachód) zabudowany
do 50m przed i za frontem ściany 1 w pokł. 416 200ppm
2 w chodniku ścianowym 1 od 10 do 15m na wschód od
skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 200ppm
Czujniki pomiaru prędkości powietrza
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Zakres pomiarowy czujnika
1 w chodniku ścianowym 2 od 10 do 15m na wschód od
skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 5m/s
2 w chodniku ścianowym 1 od 10 do 15m na wschód od
skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 5m/s
3 w chodniku badawczym 1 od 10 do 15m na wschód od
skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 5m/s
Czujniki ciśnienia bezwzględnego
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Zakres pomiarowy czujnika
1 w chodniku ścianowym 2 na wschód od skrzyżowania
z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 1300hPa
2 w chodniku ścianowym 1 na wschód od skrzyżowania
z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 1300hPa
3 w chodniku badawczym 1 od 10 do 15m na wschód od
skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną w pokładzie 416 1300hPa
Rejon ściany 3 pokład 405 KWK Halemba-Wirek
Opis zabezpieczeń metanometrycznych i czujników w systemie gazometrii automatycznej
Czujniki stężenia metanu
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Rodzaj pracy
czujnika
Próg
wyłączenia
energii
elektrycznej
Zakres wyłączenia
urządzeń
elektrycznych
zabudowanych:
1 w chodniku ścianowym 4a zabudowany pod stropem na
wschód od ściany 3 w odległości od 1,0 do 2,0m od linii
zawału
wyłączająco –
rejestrujący 1,5%
- chodnik
ścianowy 4a -
na odcinku co
najmniej 10m
od wlotu do
ściany 3,
- ściana 3,
- chodnik
ścianowy 3b na
wschód od
dowierzchni
wentylacyjnej.
2 w ścianie 3 zabudowany pod stropem w odległości nie
większej niż 10m na północ od skrzyżowania z chodnikiem
ścianowym 4a
wyłączająco –
rejestrujący 1,0%
3 w ścianie 3 zabudowany pod stropem w odległości 2,0m na
południe od skrzyżowania z chodnikiem ścianowym 3b
wyłączająco –
rejestrujący 2,0%
4 w chodniku ścianowym 3b zabudowany po południowej
stronie przegrody wentylacyjnej pod stropem w odległości od
1,0 do 2,0m od linii zawału
MM
wyłączająco –
rejestrujący 2,0%
5 w chodniku ścianowym 3b zabudowany po północnej stronie
przegrody wentylacyjnej pod stropem w odległości od 1,0 do
2,0m od linii zawału
wyłączająco –
rejestrujący 2,0%
6 w chodniku ścianowym 3b zabudowany po północnej stronie
przegrody wentylacyjnej pod stropem w odległości
nieprzekraczającej 10,0m od frontu ściany
wyłączająco –
rejestrujący 2,0%
w chodniku ścianowym 3b zabudowany pod stropem w
odległości od 10 do 15m na wschód od skrzyżowania z
dowierzchnią wentylacyjną
wyłączająco –
rejestrujący 1,5%
7 w dowierzchni wentylacyjnej zabudowany pod stropem w
odległości od 10 do 15m na południe od skrzyżowania z
przekopem wentylacyjnym 1
wyłączająco –
rejestrujący 1,5%
jak wyżej oraz w dowierzchni
wentylacyjnej na
południe od
przekopu
wentylacyjnego 1
8 w chodniku ścianowym 4a zabudowany pod stropem w
odległości od 10 do 50m na zachód od ściany 3 rejestrujący --- ---
9
w chodniku ścianowym 3b na zachód od dowierzchni
wentylacyjnej zabudowany pod stropem nad wentylatorem
przewietrzającym skrzyżowanie chodnika ścianowego 3b ze
ścianą 3
wyłączająco –
rejestrujący 2,0%
wentylator
przewietrzający
skrzyżowanie
chodnika
ścianowego 3b ze
ścianą 3
Schemat przewietrzania oraz lokalizacja czujników
REJONU ŚCIANY 3 W POKŁADZIE 405/1/K Z
CZUJNIKAMI GAZOMETRII AUTOMATYCZNEJ
52
Czujniki tlenku węgla
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Zakres pomiarowy czujnika
1
w chodniku ścianowym 4a zabudowany w odległości od 130
do 150m na wschód od skrzyżowania z dowierzchnią
badawczą za wylotem z lutniociągu chłodziarki
100ppm
2
w chodniku ścianowym 3b zabudowany w odległości od 10
do 15m na wschód od skrzyżowania z dowierzchnią
wentylacyjną
100ppm
3
w dowierzchni wentylacyjnej zabudowany w odległości od 10
do 15m na południe od skrzyżowania z przekopem
wentylacyjnym 1
200ppm
Czujniki pomiaru prędkości powietrza
Lp. Miejsce zabudowania czujnika Zakres pomiarowy czujnika
1
w chodniku ścianowym 4a zabudowany w odległości od 130 do
150m na wschód od skrzyżowania z dowierzchnią badawczą za
wylotem z lutniociągu chłodziarki
5m/s
2 w chodniku ścianowym 3b zabudowany w odległości od 10 do
15m na wschód od skrzyżowania z dowierzchnią wentylacyjną 5m/s
3 w dowierzchni wentylacyjnej zabudowany w odległości od 10 do
15m na południe od skrzyżowania z przekopem wentylacyjnym 1 5m/s
6. Podsumowanie
Współczesne kopalnie polskie prowadzą eksploatacje górniczą w coraz trudniejszych
warunkach przy bardzo wysokim poziomie zagrożeń naturalnych. Praktyka ostatnich lat
pokazuje, że w tych warunkach wypadki i katastrofy to głównie efekt ekstremalnie trudnych
warunków wydobycia.
Równocześnie uznaje się, że bezpieczna eksploatacja we współczesnych kopalniach
wymaga stosowania nowoczesnych i niezawodnych systemów gazometrycznych, których
skuteczność zależy w zasadzie od spełnienia następujących warunków:
q wczesnego wykrycia zagrożenia,
q lokalizacji miejsca wystąpienia zagrożenia,
q rozeznanie lokalizacji ludzi w sieci wyrobisk,
q szybkiego uruchomienia akcji ratowania górników przebywających pod ziemią,
q skutecznej akcji likwidacji zagrożenia.
Rozwój systemów monitorowania i kontroli zagrożeń naturalnych w ostatnich latach jest
wyraźnie widoczny m.in. w zmianach wyposażenia kopalń. Doświadczenia pokazują jednak,
że skuteczność systemów zabezpieczeń gazometrycznych wymaga właściwego rozpoznania
zagrożenia oraz wykorzystania możliwości instalowanych w kopalniach systemów, a także
ich utrzymywania w należytym stanie technicznym.
Odnosząc się do kierunków dalszego rozwoju należy w najbliższym czasie oczekiwać
wprowadzenia do kopalń czujników wielogłowicowych kontroli kilku parametrów
równocześnie. Rozwiązaniem docelowym wydaje się być mikrochromatografia gazowa
stosowana początkowo tylko w pojedynczych punktach o najwyższym zagrożeniu (wysoki
53
koszt). Sygnały pomiarowe z wielu parametrów mogą być poddawane specjalistycznemu
przetwarzaniu w oparciu o zaawansowane algorytmy obliczeniowe. Badania prowadzone
m.in. w USA, Japonii oraz Chinach pokazują, że takie algorytmy mogą być skuteczne we
wczesnym wykrywaniu zagrożeń szczególnie pożarowych.
Systemy gazometrii automatycznej oraz pomiary ręczne wykonywane przez służby
wentylacyjne w czasie rutynowych obchodów dostarczają na powierzchnię bardzo dużo
danych o parametrach aerologicznych w sieci wentylacyjnej kopalni. Dotychczas dane te są
wykorzystywane jedynie doraźnie w zakresie nadzoru dyspozytorskiego oraz obligatoryjnej
ewidencji pomiarów. Idea systemu pomiarowego parametrów aerologicznych w sieci
wentylacyjnej kopalni integruje dane o parametrach powietrza we wspólnej bazie danych, a
wyposażenie systemu w specjalistyczne oprogramowanie pozwoli prowadzić analizy sieci
oraz śledzić tendencje zmian parametrów pod kątem oceny i kontroli zagrożeń wspomagając
w ten sposób służby kopalniane w działaniach profilaktycznych.
Przedstawione przykłady zabezpieczeń przyjęte w kopalniach JSW SA i KW SA, silnie
zagrożonych z występującymi zagrożeniami skojarzonymi, pokazują, że zastosowane
rozwiązania w zakresie liczby i różnorodności czujników znacznie wybiegają pond
wymagane przepisami co świadczy o wysokim poczuciu zagrożeń i dbałości o
bezpieczeństwo służb wentylacyjnych i dyrekcji kopalń.
Interesującym rozszerzeniem możliwości pomiarowych parametrów aerologicznych w
rozbudowanych sieciach wentylacyjnych wydają się być mobilne przyrządy ręczne
wyposażone w pamięć pomiarów oraz w układy transmisji bezprzewodowej. Dzięki nim przy
odpowiedniej organizacji pomiarów (znaczniki czasu i miejsce pomiaru) i konfiguracji sieci
transmisyjnej z punktami dostępowymi można zbudować rozbudowane sieci pomiarowe
pokrywające swym zasięgiem znaczny obszar kopalni dostarczając na powierzchnie dane o
parametrach powietrza. Lokalizacja miejsc zagrożenia w oparciu o rozbudowaną sieć
czujników stacjonarnych w systemach gazometrii automatycznej wzbogaconą o czujniki
mobilne z pamięcią i bezprzewodową transmisją danych powiązane z systemami gazometrii
jest dziś łatwiejsza oraz zwiększa dostęp do danych o parametrach aerologicznych w sieci
wentylacyjnej kopalni.
Zintegrowane systemy nadzoru dyspozytorskiego pozwalają na skuteczną kontrolę
bieżącego stanu bezpieczeństwa kopalni oraz ostrzegania załóg o występujących
zagrożeniach, a także ich ratowania w stanach katastrof. Rozwój oprogramowania systemów
dla potrzeb służb wentylacyjnych i jego rozpowszechnienie w kopalniach pozwoli na
stworzenie efektywnych narzędzi wspomagania działań profilaktycznych w celu zwalczania
zagrożeń z zastosowaniem nowoczesnych środków technicznych oraz metod komputerowych.
7. Literatura związana
Roszkowski J., Szlązak J., Szlęzak N., 1999, Zagrożenie metanowe w kopalniach węgla i
jego zwalczanie. I Szkoła Aerologii Górniczej, Zakopane
Trutwin W., 1999, Pomiaroznawstwo i monitorowanie wentylacji kopalń. I Szkoła Aerologii
Górniczej IMG PAN, Zakopane.
Trutwin W., 2009, Monitorowanie ciśnienia atmosfery w rejonie ściany przy występowaniu
zagrożeń skojarzonych. Wydawnictwo WUG Katowice
Wasilewski S., 1997, Zagrożenia naturalne w polskim górnictwie węglowym w świetle
wypadków i katastrof w latach 1960-1994, Część I Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona
Środowiska w Górnictwie 1(29)/97, Część II 2(30)/97, Część III, 3(31)/97. Wasilewski S. 2005: Stany nieustalone parametrów powietrza wywołane katastrofami oraz
zaburzeniami w sieci wentylacyjnej kopalni. Rozprawy i monografie. Centrum EMAG.
Katowice.
54
Wasilewski S., 2007, Stany nieustalone parametrów powietrza po zapaleniach, wybuchach i
wyrzutach metanu. XXXV Konferencja Sekcji Cybernetyki w Górnictwie KG PAN,
Telekomunikacja i Systemy Bezpieczeństwa w Górnictwie ATI 2007 Jaworze, str. 93-103,
Wasilewski S., 2007, Rozwój systemów gazometrii automatycznej w polskim górnictwie.
Materiały Polskiego Kongresu Górniczego, Sesja 6, Wentylacja i Klimatyzacja Kopalń, Prace
Naukowe GIG Katowice, Katowice, str. 303-318
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 1 grudnia 1997 r. zmieniające Rozporządzenie
Ministra Przemysłu i Handlu z dnia 14 kwietnia 1995 r. w sprawie bezpieczeństwa... w
podziemnych zakładach górniczych, wraz załącznikami. Wydawnictwo KADRA 1998.
Raport roczny (2001) o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w
górnictwie węgla kamiennego. Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2002.
Materiały dokumentacyjne KWK Borynia-Zofiówka Jastrzębskiej Spółki Węglowej SA
Materiały dokumentacyjne KWK Halemba-Wirek Kompani Węglowej SA