Geological, mining-technical and economic criteria of extracting residual parts of hard coal seams

W artykule opisano sposób postępowania, prowadzący do racjonalizacji podejmowania decyzji o eksploatacji węgla z resztkowej parceli pokładu bądź o jej zaniechaniu. Przedstawiono algorytm do oceny możliwości wybrania resztkowej parceli pokładu węgla. Zaprezentowano wyniki badań nad wyznaczaniem geoinżynieryjnych kryteriów oceny możliwości oraz doboru technologii eksploatacji. Opisano sposób przeprowadzania analizy ekonomicznej projektu wybierania węgla z parceli resztkowej oraz podano przykład praktyczny. W badaniach zastosowano sondaż opinii (ankietę), metody taksonomiczne, analizę czynnikową oraz analizę ekonomiczną.The procedure leading to rationalization of decision making about whether or not to extract a residual part of a coal seam were described. An algorithm for assessing possibilities of extracting residual hard coal seam parts were presented. Research outcomes of determining geological and mining-technical criteria for assessing possibilities of extracting residual hard coal seam as well as for selecting aocrooriate extraction technologies were presented. The method of economic analyses for assessing projects of extracting of residual hard coal seam parts was described and practical example was provided. The following research methods were used within the performed investigations: opinion poll (survey), taxonomic methods, factor analysis and economic analyses

Influence of underground coal gasification on geomechanical parameters of rock mass and quality of concrete support in the surroundings of geaoreactor in the Experimental Mine "Barbara"

W artykule przedstawiono wyniki badań dołowych parametrów geomechanicznych górotworu oraz jakości obudowy betonowej wyrobisk w otoczeniu georeaktora podziemnego zgazowania węgla. Badania te obejmowały pomiary: parametrów mechanicznych węgla i skał, rozwarstwienia skał oraz wytrzymałości i struktury obudowy. W badaniach wykorzystano penetrometr hydrauliczny, kamerę otworową, młotek Schmidta, metodę pull-out, rozwarstwieniomierz oraz georadar. Badania te przeprowadzone zostały w trakcie prowadzenia eksperymentu Podziemnego Zgazowania Węgla (PZW) w Kopalni Doświadczalnej (KD) „Barbara".This paper presents the results of underground investigation aiming at the assessment of influence of underground coal gasification on geomechanical parameters of rock mass and quality of concrete support in the surroundings of a geaoreactor. The investigation comprises assessment of geomechanical parameters of coal, floor and roof strata, roof displacements and concrete support strength parameters. Hydraulic penetrometer, endoscopic camera, Schmidt hammer, pull-out method, telltale and GPR (ground penetration radar) were used during measurements. The investigations were carried out during the UCG process conducted in the Experimental Mine "Barbara"

Trial of coal seam pre-mining methane drainage

Zagrożenie metanowe stanowi poważny problem w trakcie prowadzenia eksploatacji w polskich kopalniach węgla kamiennego, gdzie około 80% węgla wydobywane jest z pokładów metanowych. Jednym ze sposobów zmniejszenia zagrożenia metanowego jest prowadzenie odmetanowania górotworu, które polega na ujęciu metanu do instalacji i odprowadzeniu go na powierzchnię lub poza rejon eksploatacji. W artykule opisana została próba zastosowania odmetanowania wyprzedzającego, która przeprowadzona została w parceli ściany 121 w pokładzie 364 w KWK Brzeszcze (obecnie Nowe Brzeszcze Grupa TAURON Sp. z o.o.). W tym celu wywiercono 6 otworów odmetanowujących (TM1-6) o średnicy 76 mm i długości 100 m, prostopadle do ociosu chodnika taśmowego ściany 121, w pokładzie węgla. Odległość pomiędzy otworami wynosiła ok. 10 m, za wyjątkiem otworu TM1, który wywiercony został 75 m przed pozostałymi otworami. W momencie rozpoczęcia odmetanowania odległość czoła ściany 121 od otworów odmetanowujących wynosiła ponad 210 m, czyli otwory te znajdowały się w górotworze nienaruszonym, poza wpływem frontu eksploatacyjnego. W trakcie trwania próby monitorowano: stężenie metanu, wielkość ujęcia metanu, ciśnienie w otworach odmetanowujących, podciśnienie w rurociągu odmetanowującym oraz odległość od czoła ściany. Stwierdzono, że odmetanowanie wyprzedzające charakteryzowało się ok. 19-krotnie mniejszym ujęciem metanu od odmetanowania bieżącego, co prawdopodobnie związane jest z niską przepuszczalnością węgla.Methane hazard constitutes a serious problem during exploitation in Polish hard coal mines, where approx. 80% of coal is extracted from methane hazard seams. Methane drainage ie. capture of methane from rockmass to drainage installation and transportation of removed gas to the surface or outside working panel is one of the most used system of methane hazard reduction. Underground trail of pre-mining methane drainage carried out in longwall 121 panel, seam 364, Brzeszcze Colliery (nowadays Nowe Brzeszcze Grupa TAURON Sp. z o.o.) is described in the paper. For that purpose 6 drainage boreholes (TM1-6) 76mm in diameter and 100m in length were drilled in a seam from chodnik tasmowy sc. 121, perpendicularly to the gateroad rib. Boreholes were drilled in 10m intervals except borehole TM1 which was drilled at a distance of about 75m before borehole TM2. When measurements started the distance between longwall 121 and drainage boreholes was about 210m thus the boreholes were placed in zone not affected by extraction pressure. During pre-methane drainage tests the CH4 concentration, its out-flow, pressure in a boreholes, negative pressure and distance from the longwall were measured. The results of this underground trial indicate that pre-mining methane drainage technology in this form is 19 times less efficient than classic methane drainage (during longwall advance), what probably results from low coal permeability

Optimisation of gateroad support located at the depth below 1000 m

Eksploatacja węgla kamiennego w Polsce jest obecnie prowadzona na znacznej głębokości, nierzadko przekraczającej 1000 m. Sytuacja ta ma istotne znaczenie w kontekście utrzymania chodników przyścianowych, wiążąc się ze znaczną konwergencją pionową i poziomą, wynikającą z wpływu zwiększonego obciążenia ze strony górotworu. W warunkach koncentracji produkcji dla ścian wydobywczych lokalizowanych na coraz to większych głębokościach presja zapewnienia funkcjonalności (w tym wymaganych gabarytów) chodników przyścianowych nieustannie wzrasta. W artykule przedstawiono całość procesu optymalizacji obudowy chodnika przyścianowego przeprowadzonego dla danych warunków geologiczno-górniczych. Proces ten obejmował badania dołowe zachowania się obudowy chodnika zgodnej z projektem zaproponowanym przez Kopalnię. Zachowanie to scharakteryzowane zostało poprzez wielkość konwergencji, obciążenie obudowy, a także kształt oraz zasięg strefy spękań wokół wyrobiska. Rezultaty pomiarów stanowiły podstawę do kalibracji modeli numerycznych, które wykorzystano do optymalizacji systemu obudowy. W toku procesu optymalizacji analizowano: zabudowę dodatkowych wzmocnień (np. kotwy strunowe lub podciągi stalowe), zastosowanie odrzwi wykonanych ze stali o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych lub zmianę lokalizacji wzmocnień obudowy. Proces optymalizacji pozwolił na opracowanie nowych schematów obudowy charakteryzujących się: większą nośnością, korzystniejszym rozkładem naprężeń w elementach obudowy, redukcją obciążenia jednostkowego w odrzwiach oraz lepszym wykorzystaniem nośności poszczególnych wzmocnień. Ostatnim z etapów procesu optymalizacji była walidacja zaproponowanych rozwiązań przeprowadzona poprzez zastosowanie opracowanego schematu obudowy w analogicznych warunkach jak przy pierwszej serii badań dołowych.Extraction of hard coal in Polish mines is actually carried out at significant depth, often greater than 1000 m. Such a situation plays a major role in terms in gateroad maintenance, as usually cause significant vertical and horizontal convergence generated by considerable load values exerted on the support. With production being concentrated into high-performance longwalls, located at greater and greater depth, pressure to ensure the gateroads functionality (required dimensions) continues to increase. This paper presents the complete process of gateroad support optimisation carried out for given geological and mining conditions. The process consisted the underground investigations on performance of a support system designed by colliery. The performance is described by the gateroad convergence, support load, and shape and range of the fractured zone in rock mass around the longwall gateroad. The results of these investigations constituted the basis for calibration of numerical models, which were utilized for support scheme optimisation. The following means were considered during optimisation: implementation of additional reinforcements (flexible bolts, stringers etc.), steel parameters up-grading and change of location of reinforcements. The new support systems characterized by: increased load bearing capacity, improved stress distribution in particular support elements, reduced unit load exerted support elements (steel arches) and better utilization of load bearing capacity of particular support elements. The last stage of optimisation process was validation of developed solution by underground application and tests of new support system in analogical conditions as in first stage of optimisation process

Economic assessment of exploitation project worthwhileness

W artykule omówiono zagadnienia teoretyczne związane z oceną ekonomicznej opłacalności przedsięwzięcia, tj.: ewidencję i rozliczanie kosztów w górnictwie węgla kamiennego, oddziałowy rachunek kosztów oraz metody oceny finansowej projektów inwestycyjnych (proste metody oceny: prosta stopa zwrotu, okres zwrotu; dyskontowe metody oceny: stopa dyskontowa, zaktualizowana wartość netto, wewnętrzna stopa zwrotu; analiza niepewności i ryzyka, analiza wrażliwości). Przedstawiono także praktyczny przykład oceny ekonomicznej efektywności projektu wybrania resztkowych parceli pokładów.In the paper, theoretical questions were discussed connected with assessment of worthwhileness of undertaking, i.e. record and settlement of costs in hard coal mining, department cost account as well as methods of financial assessment of investment projects (direct methods of assessment: simple rate of return, payback period; discount methods of assessment: rate of discount, net present value, internal rate of return; uncertainty and risk analysis, sensibility analysis). Practical example of economic efficiency assessment of mining in remnants project was also presented

Signs of exploitation pressure in gateroads located at the depth of ca. 1000 m - underground investigation

Eksploatacja pokładów węgla kamiennego prowadzona jest w większości krajów europejskich na głębokościach dochodzących, a nawet przekraczających 1000 m. Wzrost głębokości powoduje określone utrudnienia w utrzymaniu stateczności wyrobisk górniczych. W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań dołowych przeprowadzonych w czterech chodnikach przyścianowych znajdujących się w zasięgu oddziaływania ciśnienia eksploatacyjnego ścian zawałowych zlokalizowanych na głębokości około 1000 m. Badania dołowe swym zakresem obejmowały: ocenę wytrzymałości skał otaczających chodniki przyścianowe, określenie zasięgu strefy spękań wokół wyrobisk, pomiar konwergencji pionowej i poziomej chodników przyścianowych, pomiar rozwarstwienia skał stropowych, pomiar obciążenia obudowy łukowej wyrobiska oraz pomiar obciążenia obudowy kotwowej.In most of the European countries, underground hard coal mining is carried out at depths reaching and even exceeding 1000 m. The increase in depth causes specific difficulties in maintaining the stability of workings. This paper presents selected results of underground tests carried out in four gateroads within the range of impact of exploitation pressure of longwall cavings located at the depth of ca. 1000 m. The measurements included: assessment of strength of rocks surrounding the gateroads, determination of the range of the fractured zone around workings, measurement of vertical and horizontal convergence of the gateroads, measurement of roof rocks strata displacement, measurement of load exerted on a standing support and measurement of load on rock bolt support

Assessment of shield support operations based on pressure monitoring and its advance

Przedstawiono prawidłowy cykl pracy obudowy zmechanizowanej. Omówiono wybrane, stosowane w Polsce i za granicą systemy pomiarowe monitorujące pracę obudowy zmechanizowanej, oraz możliwości i sposoby rejestracji danych, cele monitorowania i jego wykorzystanie pod kątem prawidłowej współpracy obudowy z górotworem. Scharakteryzowano warunki geologiczno- -górnicze, sekcje obudowy zmechanizowanej kompleksu strugowego stosowane w LW „Bogdanka” w ścianach prowadzonych w pokładzie 385/2 oraz zastosowany tam system pomiaru i rejestrowania parametrów jej pracy. Na podstawie autorskiego oprogramowania, umożliwiającego m.in. identyfikację poszczególnych cykli pracy każdej sekcji obudowy zmechanizowanej, sporządzono rozkłady wartości ciśnień maksymalnych, zarejestrowanych w poszczególnych sekcjach obudowy zmechanizowanej w odniesieniu do powierzchni pól ścianowych. Szczególnej analizie poddano dane rejestrowane w okresach pojawiania się lokalnych trudności w utrzymaniu stropu ścian. Następnie przeprowadzono analizę wartości ciśnień dla wyodrębnionych cykli pracy sekcji, odpowiednio je grupując. W wyniku tych prac otrzymano zależności zmierzonych wartości ciśnień w stojakach sekcji od czasu trwania cyklu pracy obudowy. Zauważono, że występujące utrudnienia w utrzymaniu stropu poprzedzone były szybkim wzrostem ciśnienia w stojakach sekcji na tych odcinkach długości ściany, zwłaszcza podczas jej postoju. Przeanalizowano także inne podstawowe parametry wpływające na prawidłowość pracy sekcji obudowy zmechanizowanej. Dane z monitoringu pracy obudowy zmechanizowanej, opracowane zależności i uzyskane wyniki analiz pozwoliły na określenie wniosków, które mogły zoptymalizować jej pracę, parametry techniczne oraz geometryczne sekcji przeznaczonych dla warunków pokładu 385/2. Zoptymalizowana, w oparciu o analizę danych z monitoringu, konstrukcja sekcji obudowy zmechanizowanej, mogła ograniczyć trudności w utrzymania stropu wyrobisk ścianowych i co za tym idzie, pozytywnie wpłynąć na zwiększenie bezpieczeństwa pracy i uzyskiwane wyniki ekonomiczne.The proper operational cycle of shield support was presented. The chosen shield support monitoring systems used in Poland and abroad were outlined as well as possibilities and methods of data registration, aims of monitoring and its usage for proper roof strata/support interaction presented. The geological and mining conditions of plow longwall in seam no. 385/2 in LW Bogdanka mine were presented. Also shield support used in this longwall system together with monitoring equipment were described. Software developed in GIG which, among others, allows to identify operational cycle of each shield support was used to analyze monitoring data. Maximal pressure distribution in function of longwall area was made for shield supports. Detailed analysis was conducted for periods of time when poor roof conditions occurred. Next the analysis for given support operational cycles that resulted in formation of adequate groups was conducted. It resulted in the development of relationship between measured under piston pressure and duration of support operational cycle. It was observed that poor roof conditions were preceded by rapid pressure increase on particular longwall sections. Also other basic parameters which have an influence on support bearing capacity were analyzed. Shield support monitoring data, relationships developed and analysis results allowed to determine conclusions for optimization of: operations, construction and technical parameters of shield supports used in seam 385/2. The optimized construction of shield support, on the basis of monitoring data, allows to improve roof conditions which have positive impact on labour safety and economical results

The influence of longwall gateroad convergence on the ventilation process of mine ventilation network – model tests

W myśl aktualnie obowiązujących przepisów górniczych kopalnie węgla kamiennego zobligowane są do ciągłego przewietrzania wyrobisk górniczych w ilości zapewniającej utrzymanie w tych wyrobiskach wymaganego składu powietrza o określonej wilgotności i temperaturze, który zapewni właściwy komfort załóg górniczych zatrudnionych przy prowadzeniu eksploatacji pokładów węgla, zwłaszcza tych głęboko zalegających. Wszystkie wyrobiska górnicze, które stanowią elementy składowe sieci wentylacyjnej kopalni, powinny być przewietrzane w sposób umożliwiający utrzymanie prawidłowego stężenia tlenu na poziomie nie mniejszym niż 19% (objętościowo), a najwyższe dopuszczalne stężenia gazów w powietrzu, takich jak metan, tlenek węgla czy dwutlenek węgla, powinny być utrzymywane na stałym niezmiennym poziomie. Przepływ powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni może zostać zakłócony na skutek naturalnej konwergencji (deformacji) wyrobisk podziemnych, doprowadzając do zmiany jego pierwotnego przekroju poprzecznego. Zmniejszenie pola powierzchni wyrobiska skutkuje powstaniem lokalnych oporów w przepływie powietrza i zmianą potencjałów aerodynamicznych odcinków znajdujących się za zdeformowanym wyrobiskiem, co w rezultacie prowadzi do pojawienia się stanów awaryjnych w procesie przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. W artykule przedstawiono wyniki prowadzonych badań modelowych wpływu prognozowanej konwergencji wyrobiska przyścianowego na proces przewietrzania wybranego odcinka sieci wentylacyjnej kopalni w pełnym ich przekroju. Proces modelowania zaciskania wyrobiska podziemnego prowadzono z zastosowaniem metody elementów skończonych w programie PHASE2. Proces modelowania wpływu zmian pola przekroju wyrobiska na proces przewietrzania wybranego odcinka sieci wentylacyjnej kopalni przeprowadzono z zastosowaniem metod numerycznej mechaniki płynów CFD w programie Ansys-Fluent.According to the current regulations, hard coal mines are obliged to constantly ventilate mine workings in an amount ensuring the required air composition with a certain humidity and temperature, which will ensure proper comfort for mining crews employed in coal mining, especially deep deposits. All underground workings which are part of the mine ventilation network should be ventilated in a way that allows to maintain proper oxygen concentration not lower than 19% (by volume), and the maximal allowable concentrations of gases in the air such as methane, carbon monoxide or carbon dioxide should be kept at a constant level. The air flow in the mine ventilation network may be disturbed due to the natural convergence (deformation) and lead to change its original cross-section. Reducing the cross-section of the mining excavation may cause local resistance in the air flow and changes in aerodynamic potentials, which leads to emergency states in the mine ventilation network. This paper presents the results of numerical simulations of the mining excavation convergence influence on the process of ventilation of a selected part of the mine ventilation network. The mining excavation convergence was modeled with use of the finite element method in the PHASE 2 program. The influence of changes in the cross-section of the mining excavation on the ventilation process of a selected part of the mine ventilation network was carried out using the computational fluid dynamics method (CFD) in the Ansys-Fluent program

Modelling of dense slurry of fly ashes in a backfill pipeline

Przedmiotem opracowania jest zaprezentowanie możliwości zastosowania metod numerycznej mechaniki płynów do analizowania parametrów wydajnościowych związanych z procesem hydrotransportu w rurociągu mieszaniny popiołowo-wodnej do podsadzania wyrobisk. Celem pracy jest zidentyfikowanie wartości ciśnień roboczych panujących w poszczególnych odcinkach analizowanej instalacji podsadzkowej w warunkach hydrotransportu gęstej zawiesiny popiołów lotnych. Analizą objęto rzeczywiste parametry geometryczne rurociągu podsadzkowego w jednej z polskich kopalń węgla kamiennego.The purpose of this study is to demonstrate the applicability of the Computational Fluid Dynamics methods to analyze the performance parameters of the hydraulic transportation of ash-water mixture in the gravity transportation pipeline. The aim of the test is to identify the values of working pressures in the given sections of the pipeline under the conditions of hydraulic transportation of fly ash slurry. The analysis included the actual geometric parameters of the pipeline in one of the Polish coal mines