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