Przejdź do treści

Pracownia Wentylacji Kopalń

Tematyka prac badawczych prowadzonych w Pracowni Wentylacji Kopalń

Zespół Pracowni zajmuje się pracami badawczymi w zakresie prognozowania procesu przewietrzania — niestacjonarnego przepływu powietrza i gazów w złożonych sieciach wyrobisk, kanałów, rurociągów i innych systemów wentylacyjnych w warunkach zaburzeń przepływu. Uzupełnieniem tych prac są badania w zakresie opracowania metod pomiaru przepływu gazu w oparciu o termoanemometrię, anemometrię i barometrię z zastosowaniem nowoczesnych przyrządów do pomiaru prędkości przepływu, temperatury i ciśnienia gazów. Przyrządy te zaprojektowano i wykonano głównie w IMG PAN. Badania prowadzone przez Pracownię to w dużej mierze czasochłonne i materiałochłonne prace eksperymentalne, których celem jest weryfikacja opracowywanych teorii analizowanych zjawisk i procesów fizycznych. Zespół stale rozwija metody pomiarowe, a dzięki unikatowej aparaturze prowadzi pomiary zarówno w laboratoriach, jak i na obiektach rzeczywistych (w tym w wyrobiskach kopalń podziemnych). Uzyskiwane wyniki są wykorzystywane do weryfikowania wyników złożonego modelowania numerycznego oraz do budowy modelu numerycznego sieci wyrobisk kopalni, tuneli czy zwałowiska odpadów poeksploatacyjnych.

Znacznym osiągnięciem Zespołu Pracowni, świadczącym o jego możliwościach metrologicznych jest uzyskanie akredytacji i prowadzenie Laboratorium Wzorcującego Wentylacyjne Przyrządy Pomiarowe (LWWPP). Osiągnięcie to wymagało opracowania unikatowych metod pomiarowych, które zostały zweryfikowane przez największy światowy autorytet w dziedzinie pomiarów (NIST-USA) poprzez badania porównawcze.

Wyniki badań w obszarze bezpieczeństwa pracy w górnictwie pozwoliły na uzyskanie od Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego Uprawnień rzeczoznawcy do spraw ruchu zakładu górniczego. Nasi pracownicy prof. Wacław Dziurzyński i prof. Stanisław Wasilewski są uznanymi ekspertami i biorą czynny udział w pracach komisji problemowych powoływanych przez Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego oraz w pracach związanych z formułowaniem wytycznych dla unowocześniania przepisów górniczych i opinii w sprawach wynikających z katastrof górniczych.

Czym zajmuje się Pracownia Wentylacji Kopalń?

  • badaniem zjawisk fizyko-chemicznych w płonących zwałowiskach celem redukcji zagrożeń środowiskowych umożliwiających skuteczne (więcej):
    • wygaszenie zagrzania zwałowiska,
    • odebranie ciepła ze zwałowiska,
    • likwidacje zwałowiska.
  • badaniem procesów zachodzących w rejonie ściany wydobywczej z uwzględnieniem pracy kompleksu wydobywczego i prowadzenia odmetanowania (więcej),
  • rozwijaniem badań modelowych, konstruktorskich i eksperymentalnych, ujmujących (więcej):
    • prowadzeniem pomiarów i rejestracji parametrów atmosfery kopalnianej w ścianie w czasie pracy kompleksu wydobywczego,
    • prowadzeniem pomiarów termoanemometrycznych trójwymiarowych rozkładów prędkości w strefie przyociosowej wyrobiska górniczego
    • projektowaniem oraz wykonywaniem badań eksperymentalnych (w skali laboratoryjnej i przemysłowej) opisujących zjawiska turbulentne występujące w przepływie płynu w złożonych strukturach geometrycznych,
    • określeniem własności dynamicznych różnego typu czujników pomiarowych parametrów fizycznych atmosfery kopalnianej,
    • rozwijaniem programów komputerowych z graficzną wizualizacją na monitorze komputera wyników symulacji numerycznych wymieniowych zjawisk — pakietu VentGraph,
    • wykorzystaniem komercyjnych kodów CFD do wyznaczania ważnych z przepływowego punktu widzenia wielkości charakteryzujących ruch powietrza oraz mieszaniny powietrzno-metanowej w złożonej sieci wyrobisk górniczych.

Jest to dział mechaniki płynów wykorzystujący metody numeryczne do rozwiązywania zagadnień przepływu płynów. W Pracowni Wentylacji Kopalń metody numerycznej mechaniki płynów wykorzystywane są do przybliżania przepływów w sieciach wentylacyjnych kopalń. Analizuje się wentylacyjne aspekty funkcjonowania kopalń. Z analiz powstają wyniki obrazujące przepływy mieszanin gazów, głównie metanu z powietrzem. Analizy są ukierunkowane na profilaktykę zagrożeń np. poprzez wskazanie na właściwą zabudowę naroża ściany. Do tego celu wykorzystywane jest oprogramowanie ANSYS Fluent.

Rozwój aparatury badawczej w obrębie Pracowni Wentylacji Kopalń dotyczy w przeważającej części anemometrów skrzydełkowych. Anemometry będąc już mechanicznie bardzo dobrymi przyrządami, są doskonalone w zakresie elektroniki i oprogramowania. Stacjonarne anemometry są adaptowane do nowych typów central metanometrycznych.

Laboratorium Systemów Pomiarowych poszerza zakres aparaturowy Instytutu o przyrządy mierzące kilka wielkości jednocześnie. Nowa aparatura posiadać będzie różne czujniki, jak również możliwości wstępnego przetwarzania danych pomiarowych celem bezpośredniego monitoringu wielkości złożonych charakteryzujących przepływ. Do tych wielkości należą głównie strumień objętości powietrza i strumień objętości metanu. Podczas prac rozwojowych dotyczących aparatury badawczej główny nacisk położono na prawidłowe funkcjonowanie czujników metanu wiążące się z odpowiednim sposobem kalibracji czujników metanu.

Na uwagę zasługuje ręczny przyrząd pomiarowy Metanoanemometr SOM 2303, będący połączeniem anemometru skrzydełkowego z metanomierzem indywidualnym. Przyrząd ten upraszcza wyznaczanie strumienia objętości metanu dzięki jednoczesnej akwizycji pomiarów stężenia metanu i prędkości powietrza. Przyrząd wylicza strumień objętości metanu na podstawie danych pomiarowych pochodzących z metody trawersu pionowego i znanego pola powierzchni przekroju poprzecznego wyrobiska.

W Pracowni Wentylacji Kopalń rozwijany jest pakiet oprogramowania VentGraph, składający się z programów przeznaczonych do obliczeń rozpływu powietrza w sieciach wentylacyjnych kopalń. Jest on szeroko wykorzystywany w zakładach górniczych na całym świecie. Jego rozwój sprowadza się do opracowywania modeli matematycznych zjawisk przepływowych w relacji do natury i funkcjonowania kopalń. Każdego roku oprogramowanie VentGraph jest wzbogacane o nowe możliwości, a także o nowe podprogramy do rozwiązywania specyficznych zagadnień i problemów wentylacyjnych dla ruchu zakładu górniczego.

Więcej informacji na temat pakietu oprogramowania VENTGRAPH

Prace statutowe realizowane w Pracowni Wentylacji Kopalń

w roku 2018

Zadanie 2: Wieloskalowe modelowanie przepływów w sieciach przewodów zamkniętych.
Podzadanie 2.1: Koncepcja badań dla wyznaczenia istotnych w aspekcie przepływów wieloskalowych wielkości w wybranych modelach turbulencji.
Podzadanie 2.2: Projekt oraz realizacja modułowego systemu do pomiaru prędkości przepływu powietrza, temperatury, wilgotności i stężenia metanu.
Podzadanie 2.3: Eksperyment zasadniczy (laboratorium + in situ).
Podzadanie 2.4: Rozwój kodu programu VentGraph-Plus.

w roku 2017

Zadanie 2: Numeryczne i fizyczne modelowanie przewietrzania rejonu ściany wydobywczej jako narzędzie dla poprawy wydajności i bezpieczeństwa eksploatacji pokładów węgla.
Podzadanie 2.1: Przygotowanie i realizacja eksperymentów laboratoryjnych i in-situ.
Podzadanie 2.2: Symulacje 1D, 2D i 3D w rejonie ściany.
Podzadanie 2.3: Monitoring in-situ w rejonie ściany.
Podzadanie 2.4: Sterowanie kompleksem wydobywczym w rejonie ściany.

w roku 2016

Zadanie 2: Modelowanie procesów przepływu płynów w obecności zakłóceń w złożonych strukturach sieci przewodów zamkniętych.
Podzadanie 2.1: Rozwój efektywnych narzędzi komputerowych do wariantowych symulacji procesu przewietrzana z dostępem do czujników systemu gazometrycznego kopalni.
Podzadanie 2.2: Badanie czasowych i przestrzennych rozkładów stężeń metanu w rejonie ściany z zastosowaniem metod CFD.
Podzadanie 2.3: Zastosowanie ciągłego monitoringu metanowości wentylacyjnej, przy wykorzystaniu stacjonarnego urządzenia do quasi punktowego pomiaru prędkości przepływu powietrza i stężenia metanu.
Podzadanie 2.4: Czynniki wpływające na intensyfikację wydzielania metanu z przestrzeni zrobów ściany wentylowanej systemem na „U”.

Skip to content