PRZYROST STĘŻENIA TLENKU WĘGLA W CZASIE W ..., Schematy z Górnictwo i geologia

Pobierz PRZYROST STĘŻENIA TLENKU WĘGLA W CZASIE W ... i więcej Schematy w PDF z Górnictwo i geologia tylko na Docsity! GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 3 Stanisław TRENCZEK Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, Katowice PRZYROST STĘŻENIA TLENKU WĘGLA W CZASIE W ZALEŻNOŚCI OD ŹRÓDŁA JEGO POCHODZENIA Streszczenie. W artykule przypomniano znaczenie monitorowania zagrożenia pożarami endogenicznymi w kontekście działań profilaktycznych oraz kryteria oceny poziomu tego zagrożenia. Wskazano na występowanie w podziemnych kopalniach węgla kamiennego kilku źródeł generowania tlenku węgla, co może spowodować nieuzasadnione wszczęcie akcji przeciwpożarowej. Przedstawiono część wyników prac badawczych projektu europejskiego, współfinansowanego z funduszu Coal & Steel, pt. „Minimalizacja ryzyka występowania i zmniejszenie skutków zagrożenia pożarem i wybuchem w podziemnym górnictwie węglowym” (nr projektu RFCR-CT-2010-00005), realizowanego w Instytucie Technik Innowacyjnych EMAG w latach 2009-2013. Scharakteryzowano czas przyrostu stężenia tlenku węgla o określonej wielkości dla poszczególnych źródeł, co pozwoliło na opracowanie wskaźnika przyrostu stężeń CO. W konsekwencji tego opisano tempo zmian stężeń CO w modelach charakteryzujących przebieg zmian stężeń charakterystyczny dla poszczególnych źródeł CO. INCREASE IN A DETERMINED CARBON MONOXIDE CONCENTRATION IN TIME DEPENDING ON ITS SOURCE OF ORIGIN Abstract. There has been reminded of the importance of spontaneous fire hazard monitoring regarding preventive actions and evaluation criteria of the level of this hazard. In the underground hard coal mines there may occur several sources of carbon monoxide emission which may cause unjustified initiation of fire fighting. The paper presents a part of results of research works carried out within the European project funded by Coal and Steel entitled: “Minimising risk for and reducing impact of fire and explosion hazards in underground coal mining” (No of the project: RFCR-CT-2010-00005) made in the years 2009-2013 by the Institute of Innovative Technologies EMAG. There have been characterized determined values of time of increase in carbon monoxide concentration for various sources of emission to allow us to develop a growth index for CO concentrations. As a consequence of that there has been described a time of changes in CO concentration in the models characterizing courses of changes in concentrations characteristic for various sources of CO emission. S. Trenczek 160 1. Wprowadzenie Dla każdego typu robót górniczych – eksploatacja lub drążenie wyrobiska – zakładany jest (w projekcie technicznej eksploatacji lub drążenia wyrobiska) pewien zakres prac profilaktycznych, a ich skuteczność jest kontrolowana odpowiednimi wskaźnikami. W przypadku zagrożenia pożarowego, objawiającego się występowaniem stężeń CO w powietrzu, kontrola ta ma przebieg pokazany na rys. 1. OKRES PRZYGOTOWAWCZY OKRES SAMOZAGRZEWANIA wskaźnik samozapalności energia aktywacji wskaźnik podatności na samozapłon wskaźnik potencjalnego poziomu samo- zagrzewania temperatura T < T1 czas t < τink tlen O2 > 8% profilaktyka pasywna profilaktyka aktywna ΔCO > 0,001% V CO >10 l/min G > 0,03 temperatura T1 < T < T2 czas t < τink tlen O2 > 8% destymulacja pasywna destymulacja aktywna V CO >20 l/min ΔCO > 0,0026% G > 0,03 wartości ponad- normatywne S A M O Z A P Ł O N / P O Ż A R M et od y: - ob lig at or yj n e za aw an so w an e, - kl as yc zn e, - sp ec ja ln e, Rys. 1. Kontrola procesów utleniania i samozagrzewania węgla [5] Fig. 1. Control of processes of oxidation and self-heating of coal [5] Zdarza się jednak, że tlenek węgla pojawia się z innych przyczyn. Jego źródłem mogą być: pożar egzogeniczny, roboty strzałowe z użyciem materiałów wybuchowych, urządzenia transportowe z napędem spalinowym, zroby ścian podczas gwałtownego wypychania z nich gazów – np. podczas wstrząsów (tąpnięć), podawania do nich podsadzki hydraulicznej, czy też roboty spawalnicze. W realizowanym w Instytucie EMAG projekcie europejskim (współfinansowanym z funduszu Coal & Steel) pt. „Minimalizacja ryzyka występowania i zmniejszenie skutków zagrożenia pożarem i wybuchem w podziemnym górnictwie węglowym” głównym celem było opracowanie efektywnej detekcji niebezpiecznych atmosfer i gazów pożarowych w celu wyeliminowania błędnej interpretacji powodu wzrostu stężeń CO. Z uwagi na stosowane sposoby monitorowania zagrożeń aerologicznych [6] mogą się zdarzyć przypadki niewłaściwej interpretacji źródła tlenku węgla, przez co może zostać ogłoszona akcja Przyrost stężenia tlenku węgla w czasie... 163 gdzie: ΔtI – czas pomiędzy przebiegiem krzywej stężeń CO w zakresie od 6 ppm – t6 do 10 ppm włącznie – t10 [s] ΔtI = t10 – t6, (3) ΔtII – czas pomiędzy przebiegiem krzywej stężeń CO w zakresie od 10 ppm – t10 do 20 ppm – t20 [s] ΔtII = t20 – t10, (4) k – współczynnik przeliczeniowy (5) 4. Charakterystyka krzywych zmian stężeń CO 4.1. Charakterystyka przyrostu stężeń CO przy pożarach 4.1.1. Pożary endogeniczne Z zebranych danych o zaistniałych pożarach endogenicznych dało się wyszczególnić trzy rodzaje przebiegów zmian stężeń CO. Pierwszy rodzaj charakteryzuje się dużym przyrostem stężeń CO w okresie samozagrzewania, czyli okres przedziału II jest stosunkowo krótki, oraz małym i stabilnym przyrostem CO w okresie przygotowawczym, czyli okres przedziału I jest stosunkowo długi. Procesów tych nie zakłóca nawet wprowadzenie dodatkowych prac profilaktycznych (destymulacji). Przykładem tego rodzaju pożaru jest pożar zaistniały w rejonie ściany w jednej z kopalń (kopalni „A”) Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. (JSW), w którym prowadzono intensywne prace przeciwdziałające rozwojowi procesu samozagrzewania. Dzięki temu notowano dosyć długo stabilny trend wzrostowy stężeń CO (ostatni okres – pięć i pół doby), po którym bardzo szybko jednak nastąpił przyrost stężeń CO świadczący o pożarze (rys. 2). S. Trenczek 164 Rys. 2. Rozwój pożaru endogenicznego w kopalni „A” JSW [1] Fig. 2. Development of a spontaneous fire in the mine “A” JSW [1] W tym przypadku wskaźniki przyrostu stężeń CO wynoszą: - WDPCOI = 5 : 108635 = 0,046, - WDPCOII = 10 : 35 = 285,7. Proporcja tych wskaźników – WDPCOI : WDPCOII – wynosi 1 : 6210. Drugi rodzaj rozwoju procesów poprzedzających pożar endogeniczny charakteryzuje się przyrostem stężeń CO o stosunkowo średniej długości w okresie samozagrzewania, czyli w przedziale II, oraz stosunkowo szybkim rozwojem procesu poprzedzającego pożar endogeniczny w okresie przygotowawczym, czyli w okresie przedziału I. Przykładem tego są dane o pożarze zaistniałym w jednej z kopalń (kopalni „B”) Katowickiego Holdingu Węglowego S.A. (KHW) – rys. 3. Rys. 3. Rozwój pożaru endogenicznego w kopalni „B” KHW [1] Fig. 3. Development of a spontaneous fire in the mine “B” KHW [1] Wskaźniki przyrostu stężeń CO dla tego przypadku wynoszą: - WDPCOI = 5 : 1620 = 3,08, - WDPCOII = 10 : 960 = 10,41, natomiast proporcja tych wskaźników – WDPCOI : WDPCOII – wynosi 1 : 3,3. Przyrost stężenia tlenku węgla w czasie... 165 Z kolei trzeci rodzaj zmian charakteryzuje się przyrostem stężeń w stosunkowo długim okresie samozagrzewania, czyli w przedziale II, a także w stosunkowo długim okresie przygotowawczym – przedział I. Przykładem tego są dane o pożarze zaistniałym w innej kopalni (kopalni „C”) KHW – rys. 4. Rys. 4. Rozwój pożaru endogenicznego w kopalni „C” KHW [1] Fig. 4. Development of a spontaneous fire in the mine “C” KHW [1] Wskaźniki przyrostu stężeń CO dla tego przypadku wynoszą: - WDPCOI = 5 : 9300 = 0,53, - WDPCOII = 10 : 3300 = 3,03, a proporcja tych wskaźników – WDPCOI : WDPCOII – wynosi 1 : 5,7. W stosunku do przyjętego (we wcześniejszym etapie projektu) modelu [2] rozwoju pożaru endogenicznego [4] – rys. 5a – można uznać, że proporcje zmian – rys. 5b – są najbliższe przykładowi ilustrującemu drugi rodzaj przebiegu zmian stężeń CO, czyli charakteryzującego się średnim czasem przyrostu stężeń w okresie samozagrzewania, tj. w przedziale II stężeń istotnych, oraz stosunkowo krótkim czasem przyrostu stężeń CO w przedziale I, czyli szybkim rozwojem procesu poprzedzającego pożar endogeniczny w okresie przygotowawczym. S. Trenczek 168 Przykład ten jest zbieżny z przyjętym modelem robót strzałowych – rys. 9a – który również charakteryzuje się bardzo krótkim czasem przyrostu stężeń CO, szczególnie w przedziale II – rys. 9b. a) b) Rys. 9. Przypadek skutków robót strzałowych: a) model krzywej zmian stężeń CO, b) model przyrostu stężeń CO w przedziałach I i II [1] Fig. 9. A case of effects of blasting operations: a) a model of a curve of changes on CO concentration, b) a model of increase in CO concentrations in the intervals I and II [1] 4.3. Charakterystyka przyrostu stężeń CO z maszyny o napędzie spalinowym   Analizowane przykłady przebiegu zmian stężeń CO związanego z przejazdem maszyny o napędzie spalinowym w pobliżu czujnika wykazują charakterystyczne cechy podobieństwa, które dodatkowo są zbliżone do zmian wynikających z wykonywania robót strzałowych i wystąpienia pożaru egzogenicznego. Przykładem tego może być rejestr zmian stężeń CO odnotowany przez osiem czujników zabudowanych na drodze odprowadzania powietrza z dróg transportowych w kopalni „E” KW – rys. 10a. Charakterystyczne dla wykresu na rys. 10a jest to, że w miarę zbliżania się maszyny z napędem spalinowym do kolejnych czujników następuje rejestracja bardzo dużych przyrostów stężeń CO. W przeciwieństwie do wszystkich pozostałych omawianych przykładów mamy tutaj do czynienia z ruchomym źródłem CO, lecz reakcja czujników na zmiany jest prawie identyczna. Charakterystykę zmian określono dla krzywej pochodzącej z czujnika zlokalizowanego najbliżej trasy przejazdu maszyny spalinowej – rys. 10b. Przyrost stężenia tlenku węgla w czasie... 169 a) b) Rys. 10. Przykład skutków przejazdu maszyny o napędzie spalinowym w kopalni „E” KW [1]: a) przebieg zmian stężeń CO, b) przyrost stężeń CO Fig. 10. An example of effects of passing a diesel machine in the mine “E” KW [1]: a) a course of changes in CO concentration, b) an increase in CO concentrations Wskaźniki przyrostu stężeń CO pochodzących z maszyny o napędzie spalinowym dla tego przykładu wynoszą: - WDPCOI = 5 : 24 = 208, - WDPCOII = 10 : 18 = 714, a proporcja tych wskaźników – WDPCOI : WDPCOII – wynosi 1 : 2,5. Przykład ten jest zbieżny z przykładem przyrostu stężeń CO po wykonaniu robót strzałowych (rys. 9) – również charakteryzuje się bardzo krótkim czasem przyrostu stężeń CO, szczególnie w przedziale II. Także model krzywej zmian stężeń CO dla maszyn spalinowych (rys. 11a) oraz model przyrostu stężeń CO w przedziałach I i II (rys. 11b) są zbieżne z modelami charakteryzującymi stan po wykonaniu robót strzałowych. a) b) Rys. 11. Przypadek skutków pracy maszyny spalinowej: a) model krzywej zmian stężeń CO, b) model przyrostu stężeń CO w przedziałach I i II [1] Fig. 11. A case of effects of operation of a diesel machine: a) a model of a curve of changes on CO concentration, b) a model of increase in CO concentrations in the intervals I and II [1] S. Trenczek 170 4.4. Charakterystyka przyrostu stężeń CO wypływającego ze zrobów Przebieg zmian stężeń CO w powietrzu opływowym związanych z podsadzaniem zrobów charakteryzuje się stopniowym, łagodnie przebiegającym przyrostem stężeń CO – przykład kopalni „E” KW (rys. 12) – co wynika z charakteru tego procesu technologicznego. Rys. 12. Przykład zmian stężeń CO podczas podsadzania zrobów w kopalni „E” KW [1] Fig. 12. An example of changes in CO concentrations during goaf stowing in the mine “E” KW [1] Czasy przyrostu stężeń CO w określonych zakresach również nie są zbyt duże – rys. 13. Rys. 13. Przykład przyrostu stężeń CO z podsadzanych zrobów w kopalni „E” KW [1] Fig. 13. An example of increase in CO concentrations emitted from the stowed goaf in the mine “E” KW [1] Wskaźniki przyrostu stężeń CO dla tego przykładu wynoszą: - WDPCOI = 5 : 1310 = 3,8, - WDPCOII = 10 : 1020 = 9,8, a proporcja tych wskaźników – WDPCOI : WDPCOII – wynosi 1 : 2,5, a więc jest taka sama jak w przypadku maszyn spalinowych. Przykład ten jest zbieżny z modelem krzywej zmian stężeń CO pochodzących ze zrobów – rys. 14a – oraz z jej modelem przyrostu stężeń CO – rys. 14b.