Tytuł:
Zasady pomiarów przepływów powietrza w wyrobiskach kopalnianych. Wybrane sposoby kontroli i kalibracji przyrządów pomiarowych
Autor:
Praca zbiorowa pod redakcją Wacława Dziurzyńskiego: Wacław Dziurzyński, Stanisław Wasilewski, Jerzy Krawczyk, Teresa Pałka, Andrzej Krach, Marek Gawor, Janusz Kruczkowski, Przemysław Skotniczny, Paweł Jamróz, Jakub Janus, Piotr Ostrogórski, Tadeusz Bacia
Statystyka:
- ilość stron: 112,
- ilość rysunków: 53 (w tym 42 kolorowych),
- ilość tabel: 10,
- ilość pozycji w spisie literatury: 25.
Streszczenie:
Niniejsza monografia zawiera wyniki badań projektu strategicznego pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach, finansowanego przez NCBiR, opracowane w postaci produktów gotowych do wprowadzenia do praktyki górniczej. Celem głównym projektu badawczego nr 9 było opracowanie efektywnej metodyki pomiaru prędkości przepływu powietrza i wyznaczania strumienia objętości powietrza w wyrobiskach górniczych w oparciu o przyrządy pomiarowe i czujniki systemów telemetrycznych. W ramach zadania 3 pod tytułem: Opracowanie zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego, Etapu 12: Określenie zasad użytkowania, sposobu kontroli i metod kalibracji dla przyrządów pomiarowych i czujników systemów telemetrycznych, podjęto się ujednolicenia zasad prawidłowego wykorzystywania oraz kontrolowania przyrządów pomiarowych wykorzystywanych w podziemnych zakładach wydobywczych. Właściwa ocena strumienia objętości powietrza ma istotne znaczenie i często decyduje o stanie bezpieczeństwa załóg górniczych zatrudnionych pod ziemią. Obecnie kopalnie szeroko stosują anemometry stacjonarne do pomiarów prędkości powietrza z rejestracją wyników w systemach gazometrii automatycznej, stąd istotna jest ocena możliwości wykorzystania tych pomiarów do kontroli prędkości powietrza oraz szacowania strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalni. Realizacja wymienionych projektów wymagała przeprowadzenia licznych badań eksperymentalnych oraz modelowych m.in. w celu wyznaczenia współczynnika korekcji pomiędzy automatycznym pomiarem prędkości powietrza a uśrednioną wartością prędkości mierzoną anemometrem ręcznym oraz sformułowania dla praktyki górniczej metodyki wyznaczania takiego współczynnika.
W rozdziale 1 przedstawiono metodykę wykonywania pomiaru ręcznego prędkości średniej w wyrobisku wraz z analizą niepewności. W ramach projektu badawczego wykonano szereg eksperymentów pomiarowych w rzeczywistych warunkach kopalń dokonując pomiarów in-situ profili prędkości w miejscach zabudowy anemometrów stacjonarnych z wykorzystaniem wielopunktowego systemu pomiaru profilu prędkości. Prowadzono eksperymenty porównawcze wyznaczania średniej prędkości w przekroju wyrobiska traktując pomiary średniej prędkości systemem wielopunktowym jako referencyjne w stosunku do pomiaru średniej prędkości metodą trawersu ciągłego. Wskazano czynniki mające wpływ na wynik pomiaru średniej prędkości powietrza. Sformułowano zalecenia do metodyki wykonywania pomiarów prędkości średniej z wykorzystaniem metody trawersu ciągłego pozwalające na minimalizację wpływu zewnętrznych czynników na wyniki pomiaru oraz zwiększenie dokładności tych pomiarów, a także ujednolicenie zasad ich przeprowadzania. Przedstawiono również zaktualizowany budżet niepewności dla pomiarów ręcznych prędkości średniej w wyrobisku kopalnianym związany z metodyką i przyrządami pomiarowymi wykorzystywanymi w tego typu pomiarach.
W rozdziale 2 sformułowano wytyczne rozmieszczenia anemometrów stacjonarnych w wyrobiskach kopalnianych oraz w przekroju poprzecznym wyrobiska. Na podstawie pomiarów prędkości powietrza prowadzonych w chodnikach o regularnym przebiegu i braku przeszkód oraz w pobliżu zmian kształtu i pola przekroju poprzecznego, a także w chodnikach z taśmociągiem, wentylacją lutniową itp., określono kształt i zakres zmienności profili prędkości w miejscach pomiarów. Wiele miejsc pomiarów znajdowało się w zasięgu wpływu zmian kierunku przepływu, najczęściej skrzyżowań, głównie prostopadłych chodników, lecz również zakrętów i zmian nachylenia. Na podstawie symulacji 3D przepływu powietrza w wyrobisku oszacowano zasięg wpływu zaburzeń i przeanalizowano właściwości tych zaburzeń w aspekcie ich wpływu na możliwość i dokładność pomiarów prędkości przepływu. W strefach zaburzonego przepływu występują zmienne pola prędkości, niekorzystnie wpływające na dokładność pomiarów. W większości przypadków zasięg ten wynosi od dwóch średnic hydraulicznych przed i pięciu średnic hydraulicznych za źródłem zaburzenia. Przez źródła zaburzeń należy rozumieć: skrzyżowania, zakręty, widoczne zmiany nachylenia wyrobiska, tamy regulacyjne, zainstalowane lub składowane urządzenia o rozmiarze porównywalnym z wymiarem przekroju, a szczególności odrzwia tam bezpieczeństwa. Znajomość rozkładu wektora prędkości strugi powietrza w pobliżu ociosów wyrobiska górniczego ma również istotne znaczenie w aspekcie poprawnego wyznaczania prędkości średniej w wyrobisku. Jak wiadomo, wartość prędkości średniej jest niezbędna (wraz z poprawnie określoną wartością pola przekroju poprzecznego wyrobiska) do wyznaczenia strumienia objętościowego przepływającego wyrobiskiem powietrza.
Rozdział 3 zawiera metodykę wyznaczania oraz zasady uaktualniania współczynnika korekcji pomiędzy automatycznym pomiarem prędkości powietrza anemometrem stacjonarnym a uśrednioną wartością prędkości mierzoną anemometrem ręcznym, która była jednym z głównych celów badawczych projektu. W bieżącej kontroli wentylacji kopalni rejestracje prędkości powietrza i określanie na jej podstawie strumienia objętości powietrza w wyrobiskach są istotne, o ile są one wiarygodne i właściwie reprezentują parametry powietrza i jego zmiany. Monitoring parametrów powietrza w kopalnianych systemach dyspozytorskiego nadzoru z wykorzystaniem stacjonarnych czujników jest ważnym elementem kontroli wentylacji kopalni. Jest to tym bardziej istotne, że obecnie systemy gazometrii są wykorzystywane nie tylko do rejestracji i sygnalizacji zmian prędkości powietrza czy szacowania strumienia objętości mieszaniny powietrzno-gazowej, ale również do automatycznego wyłączania energii elektrycznej w rejonach ścian wydobywczych po przekroczeniu wartości określonych w projektach technicznych. W tej sytuacji wydaje się uzasadnione oraz niezbędne opracowanie jednoznacznych procedur wykorzystania pomiarów prędkości powietrza anemometrami stacjonarnymi systemu gazometrii automatycznej dla celów kontroli przepływu powietrza i oceny jego zmian, w tym także szacowania zmian strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalni.
Kontynuując rozważania dotyczące pomiarów wentylacyjnych i sposobów podniesienia ich wiarygodności oraz dokładności, w rozdziale 4 sformułowano zasady nadzoru nas przyrządami pomiarowymi stosowanymi w kopalniach. W celu uzyskania jak najwyższej dokładności oraz powtarzalności pomiarów przyrządy pomiarowe muszą być użytkowane w odpowiedni sposób, określony procedurami pomiarowymi. Na podstawie przeglądu przyrządów i zasad stosowanych w praktyce górniczej, w pomiarach wentylacyjnych, zebranych w ankiecie przeprowadzonej w kopalniach, sformułowano elementarne zasady nadzoru i kontroli nad przyrządami pomiarowymi, w tym m.in. metody walidacji i kalibracji urządzeń pomiarowych w warunkach laboratoryjnych i w warunkach ruchowych, w tym także sposobu dokumentowania prowadzonych kontroli i kalibracji. Badania prędkości powietrza prowadzone w projekcie badawczym miały na celu m.in. podniesienie znaczenia pomiarów automatycznych w kontroli wentylacji i ocenę stanu przewietrzania.
Autorzy niniejszej monografii wyrażają przekonanie, że wprowadzenie do praktyki górniczej, opracowanych w ramach projektu strategicznego produktów porządkujących metodykę wykonywania pomiarów i nadzoru nad przyrządami, podniesie znaczenie pomiarów prędkości powietrza w systemach gazometrii oraz pozwoli na poprawę bezpieczeństwa w kopalniach.