Variability of CO2, CH4, and O2 concentration in the vicinity of a closed mining shaft in the light of extreme weather events—numerical simulations

This is the final version. Available from MDPI via the DOI in this record. Data Availability Statement: Data are contained within the article.With climate change, more intense weather phenomena can be expected, including pressure drops related to the arrival of an atmospheric front. Such drops of pressure are the main reason for gas emissions from closed mines to the surface, and a closed, empty mine shaft is the most likely route of this emission. Among the gases emitted, the most important are carbon dioxide and methane, creating a twofold problem—greenhouse gas emissions and gas hazards. The work presented in this paper simulated the spread of the mentioned gases near such an abandoned shaft for four variants: model validation, the most dangerous situations found during measurements with or without wind, and a forecast variant for a possible future pressure drop. It was found that a momentary CO2 emission of 0.69 m3/s and a momentary CH4 emission of 0.29 m3/s are possible, which for one hour of the appropriate drop would give hypothetically 2484 m3 CO2 and 1044 m3 CH4. In terms of gas hazards, the area that should be monitored and protected may exceed 25 m from a closed shaft in the absence of wind influence. The wind spreads the emitted gases to distances exceeding 50 m but dilutes them significantly.Research Fund for Coal and Steel

Assessment of age structure, job tenure and harshness of working conditions in underground coal mines

W artykule przedstawiono dane statystyczne związane ze strukturą zatrudnienia dołowych pracowników kopalń węgla kamiennego trzech spółek węglowych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Analiza zatrudnienia obejmowała pracowników trzech głównych oddziałów kopalń: eksploatacyjnych, przygotowawczych i szybowych. Zestawiono informacje na temat liczby zatrudnionych, zajmowanych stanowisk oraz przedziałów wiekowych. Zamieszczono także — w formie przykładu — wyniki pomiarów i obliczeń dotyczących cieplnych warunków pracy w badanych oddziałach.The article features statistical data related to the employment structure of underground workers in hard coal mines of three mining companies in the Upper Silesian Coal Basin. The analysis of the employment structure comprised the staff from three major departments of each mine: exploitation, preparation and shafts. There are data presented about the number of employees. their positions and age. As an example, the authors presents the results of measurements and calculations concerning thermal conditions in the examined mines

The Quality of the Infrared Thermographic Diagnosis as Function of Thermal Stimulation in Chosen Medical Applications

Działanie wielu zabiegów fizykalnych stosowanych w medycynie wiąże się ze zmianami temperatury tkanek. Przeprowadzono badania dotyczące możliwości wykorzystania techniki termograficznej do oceny skuteczności zabiegu krioterapii miejscowej (kriostymulacji miejscowej) u pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów. Badanie przeprowadzono w celu określenia stopnia intensywności wymuszenia termicznego podczas zabiegów krioterapii miejscowej i czasu trwania odpowiedzi organizmu na zastosowane wymuszenie. Badanie oparto na porównaniu rozkładu temperatury na powierzchni dłoni przed, zaraz po zabiegu miejscowego nadmuchu oparami ciekłego azotu lub zimnego powietrza na dłoń oraz w pewnych okresach czasu po zabiegu. Wszystkie osoby poddane badaniu były chore na reumatoidalne zapalenie stawów, u niektórych badanych występowały również inne choroby towarzyszące. Podobne procedury wykorzystano do badania reakcji współzmienniczych związanych ze stosowaniem kremów antycellulitowych. W obydwu przypadkach można było zaobserwować podobne reakcje organizmu na zastosowane wymuszenie. Badania pozwoliły na zoptymalizowanie procedur stymulacji termicznej stosowanych w reumatologii i kosmetologii.Many medical procedures cause the thermal changes of flesh and tissues. In the paper, the investigation on the possibilities of thermographic technique application for evaluation of the criotherapy procedure success (local criostimulation) have been described. The people with rheumathoid arthritis underwent the criogenic treatment in order to evaluate the degree of local thermal stimulation and the time of the organism response. The investigations have been based on the temperature distribution on the palm surface before the treatment with cooled air or liquid nitrogen, immediately after, and in certain time periods. The similar examination had been held in the investigations of the related variables after cellulitis treatment with creams. The organism reactions are very similar in both cases. The investigations have led to the optimization of procedures of thermal stimulation in rheumatology and cosmetology

The analysis of the application of PMV and PPD indices in the assessment of the microclimate in underground coal mine

W artykule przedstawiono analizę dotyczącą możliwości stosowania wskaźników PMV (ang. Predicted Mean Value) i PPD (ang. Predicted Percentage Dissatisfied) do oceny mikroklimatu w podziemnym zakładzie górniczym. Wybrano sześć charakterystycznych przykładów, odpowiadających różnym miejscom pracy, dla których zmierzono parametry fizyczne powietrza (temperatury suchą i wilgotną oraz prędkość), a następnie obliczono wartości wskaźników tzk, TS, δ, WBGT i porównano uzyskane wartości wskaźników. Wykazano, że istnieją pewne ograniczenia stosowania PMV i w zasadzie brak możliwości stosowania PPD w ocenie mikroklimatu dla podziemnego zakładu górniczego. W rozważaniach teoretycznych popartych przykładami 1 i 6 wykazano, że podstawowe ograniczenie stosowania PMV wynika z zakresu uwzględnianych prędkości i temperatur oraz ze zbyt uproszczonej skali semantycznej odniesienia, odpowiadającej środowisku ciepłemu i gorącemu (PMV od 0 do 3). Skala jest zbyt mało zróżnicowana (przykłady 1-6) i do zastosowań w górnictwie podziemnym należałoby wprowadzić stopnie pośrednie oceny. Wskaźnik PPD z uwagi na wyznaczenie statystyczne (ankietowe) dla grupy osób pracujących w warunkach cieplnych umiarkowanych nie może znaleźć zastosowania w gorącym środowisku bez poprzedzających badań ankietowych dotyczących subiektywnych wrażeń cieplnych wśród reprezentatywnej grupy górników.This paper presents the analysis of the possibility of PMV and PPD indices application into the assessment of the microclimate in underground mines. Six different examples were selected (for different work stands) for which air parameters (psychometric temperatures and velocity) were measured for further determination of the indices (tzk, TS, δ, WBGT). Then the results were compared to PMV and PPD values for the particular example (1-6). It was stated that application of PMV is limited due to the range of velocity and temperature values and, consequently, the scale should be spread for mining purposes. The PPD index has been developed on the basis of the polling tests among workers and it also should be revised for the group of miners

Determination of groundwater age using environmental isotopes - methodological remarks

Groundwater age plays an important role in both development and management of groundwater resources. This is particularly true for groundwater systems being exploitedfor drinking water purposes and subject to anthropogenic stress. Environmental isotopes play a vital role in quantifying time scales of groundwater flow, ranging from fraction of a year to millions of years. Over the past several decades a large number of groundwater age indicators have been proposed. Apart of radioactive isotopes, also stable isotopes of water, isotopes of noble gases and anthropogenic trace substances present in the atmosphere have been usedfor this purpose. This work is focusing on methodological aspects of groundwater age determinations using tritium, radiocarbon and stable isotope composition of water. The discussion is based on a rich material available after several decades of application of environmental isotope techniques in groundwater studies in Poland

Problematyka i wyniki badań wypływu dwutlenku węgla przez zlikwidowane szyby kopalń węgla kamiennego

Greenhouse gas emissions are a common problem noticed in every mining area just after mine closures. However, there could be a significant local gas hazard for people with continuous (but variable) emission of these gases into the atmosphere. In the Upper Silesia area, there are 24 shafts left for water pumping purposes and gases can flow through them hydraulically. One of them – Gliwice II shaft – was selected for inspection. Carbon dioxide emission with no methane was detected here. Changes in emission and concentration of carbon dioxide around the shaft was the aim of research carried out. It was stated that a selected shaft can create two kinds of gas problems. The first relates to CO2 emission into the atmosphere. Possible emission of that gas during one minute was estimated at 5,11 kg CO2/min. The second problem refers to the local hazard at the surface. The emission was detected within a radius of 8m from the emission point at the level 1m above the ground. These kinds of matters should be subject to regular gas monitoring and reporting procedures.Emisja gazów cieplarnianych jest problemem dotyczącym wszystkich zagłębi górniczych węgla kamiennego na świecie. Problem ten nie kończy się wraz z likwidacją zakładów górniczych. Jako najbardziej prawdopodobne źródła emisji metanu lub/i dwutlenku węgla ze zlikwidowanej kopalni uznawane są uskoki tektoniczne, zlikwidowane lub nieczynne szyby kopalniane, obszary wychodni pokładów węgla, krawędzie dawnej płytkiej eksploatacji itd. (Czaja, 2011; Dziurzyński et al., 2004; Sułkowski & Wrona, 2006). Wypływy gazów cieplarnianych na powierzchnię terenu po pierwsze oddziałują negatywnie na stan atmosfery, a po drugie mogą tworzyć lokalne, tym niemniej przejściowe, zagrożenie dla bezpieczeństwa powszechnego. W pierwszym rozdziale artykułu przedstawiono obecny stan wiedzy na świecie dotyczący poruszanego zjawiska. Stanowiło to przesłankę do podjęcia badań, których rezultaty przedstawiono w kolejnych rozdziałach. Stwierdzono także, że w żadnym kraju nie są prowadzone procedury pomiarów i raportowania emisji gazów cieplarnianych z obiektów tego typu. Następnie przedstawiono wyniki badań dotyczących emisji dwutlenku węgla z wybranego, nieczynnego szybu górniczego oraz imisji tego gazu w otoczeniu szybu. Na obszarze Górnego Śląska pozostawiono 24 szyby kopalniane dla prowadzenia odwadniania. Są to szyby aerodynamicznie drożne. Do badań wybrano jeden z nich, nieczynny szyb „Gliwice II”. Podczas badań wstępnych stwierdzono znaczące ilości wypływającego dwutlenku węgla przy braku obecności metanu w mieszaninie gazów. Jako, że emisja gazów ze zlikwidowanej kopalni ku atmosferze może być porównana z emisją gazów ze zrobów do powietrza płynącego poprzez czynna kopalnię (Krach, 2004; Drzewiecki, 2004), uznane jest, że zależy od wielu czynników (w tym głównie od wahań ciśnienia atmosferycznego, ale także od różnicy gęstości gazów i powietrza atmosferycznego (Grzybek, 2012; Wrona et al., 2014). Harmonogram badań przewidywał okresowe pomiary od lutego do maja 2014r. głównie w trakcie zniżek barycznych. Pomiary emisji prowadzono na trzech zidentyfikowanych otworach wylotowych w płycie zamykającej szyb (Fig. 2-3). W każdym otworze przeprowadzono badania wstępne dotyczące określenia jednorodności koncentracji gazu w całym profilu. Do pomiarów prędkości powietrza zastosowano metodę trawersu ciągłego. Stwierdzono, że największa wartość emisji dwutlenku węgla wyniosła 2,69 m3/min (Tab. 2), co przy uwzględnieniu średniej gęstości tego gazu (1,9 kg/m3) odpowiada 5,11 kg/min. Otrzymany wynik jest wartością chwilową, natomiast daje pogląd na możliwą skalę maksymalnej emisji. Otrzymano także nowe wyniki dotyczące wpływu różnicy pomiędzy temperaturą gazu, a temperaturą atmosfery na wielkość emisji gazu. Dnia 14.03.2014 pomimo zniżki barycznej o tendencji –0,53 hPa/h wielkość emisji dwutlenku węgla dochodziła do 1,66 m3/min (Tab. 2). Natomiast 28.02.2014 pomimo spadku ciśnienia o mniejszej wartości tendencji barycznej, wynoszącej –0,4 hPa/h, wartość emisji była największa. Analizując wyniki przeprowadzonych pomiarów psychrometrycznych powietrza atmosferycznego i gazu stwierdzono, że w pierwszym przypadku różnica temperatur gazu i atmosfery wynosiła –0,1°C, natomiast w drugim przypadku 6,0°C. Pomiary emisji dwutlenku węgla wokół szybu „Gliwice II” prowadzono na poziomie gruntu i na wysokości 1m nad gruntem w oparciu o założoną siatkę pomiarową (Fig. 3). W każdym z punktów pomiarowych pozostawiono detektor gazów MulitRae Plus (z automatycznym zapisem danych) na czas dwóch minut z ustawionym interwałem próbkowania 30 sekund. Otrzymane cztery wyniki dla każdego punktu następnie uśredniono. Mapy izolinii stężenia dwutlenku węgla wokół szybu Gliwice II wykonano w programie Surfer 8. Przykład z 21.05.2014 przedstawiono na Fig. 5. Stwierdzono, że zasięg podwyższonego stężenia dwutlenku węgla może sięgać 8 m od punktowego źródła emisji na wysokości 1 m, a na poziomie gruntu może tę wartość przekraczać

Fire hazard on the coal waste dumps

Znaczna zawartość substancji skłonnych do utleniania się jest przyczyną występowania zagrożenia pożarowego na obiektach gromadzących odpady powęglowe. W artykule przedstawiono przyczyny oraz czynniki wpływające na powstawanie pożarów na zwałowiskach odpadów powęglowych. Omówiono wpływ tego zjawiska na atmosferę w najbliższym otoczeniu aktywnych termicznie zwałowisk. Przedstawiono stosowane w kraju metody profilaktyki i zwalczania zagrożenia pożarowego na zwałowiskach oraz podkreślono znaczenie systematycznego monitoringu tych obiektów.The reason of the fire hazard at the coal waste dumps is huge contents of inflammable substances in material located at them. In the paper the causes and factors influencing the fire arise of coal waste dumps has been presented. The influence of fires on the atmosphere in the nearest vicinity of burning dumps has been described. The methods of fire prevention and extinguishing applied it the coal waste dumps in Poland has been presented and importance of periodic monitoring to fast detection of fires, has been underlined