Využití matematického modelování pro ochranu obyvatelstva před únikem metanu z podzemí uzavřených dolů

Podobné dokumenty
Computing model SIT verification by the measurement results on the Hrušov mine

Modelování proudění metanu

Model proudění důlního plynu v oblasti Hrušovského dolu s využitím programu Fluent 5.4

Program for Gas Flow Simulation in Unhinged Material Program pro simulaci proudění plynu v rozrušeném materiálu

SLEDOVÁNÍ VÝSTUPU PLYNU V UZAVŘENÉM PODZEMÍ V LOKALITĚ ORLOVÁ NA VRTU OV 24A

Měření obsahu metanu v ovzduší při těžbě uhlí v OKD

Pohled na investiční záměr využití ploch postižených důlní činností ve vztahu k zajištění starých důlních děl

Tvorba počítačového geologického modelu pomocí SW Geologický model

Sledování vertikálních pohybů hydrogeologických vrtů vlivem dobývání Dolu ČSM v oblasti Stonava

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 2, rok 2009, ročník IX, řada stavební článek č. 19.

POPIS MOŽNOSTÍ DYNAMICKÝCH MODELŮ A DOPORUČENÍ PRO ŘEŠENÍ PROBLEMATIKY ÚNIKU PLYNU Z UZAVŘENÝCH DOLŮ

Využití matematického zpracování údajů o množstvi plynnovzdušné směsi získaných z monitoringu odplyňovacích vrtů

Rizika po ukončení aktivní těžby černého uhlí Průmyslová krajina 9. diskusní panel,

Ing. Pavel Staša, doc. Dr. Ing. Vladimír Kebo, Vladimír Strakoš V 2

SEIZMICKÝ EFEKT ŽELEZNIČNÍ DOPRAVY ÚVODNÍ STUDIE

VÝZKUM VLASTNOSTÍ SMĚSI TEKBLEND Z HLEDISKA JEJÍHO POUŽITÍ PRO STAVBU ŽEBRA

PREVENCE NEKONTROLOVATELNÝCH VÝSTUPŮ DŮLNÍCH PLYNŮ V PLOCHÁCH OPUŠTĚNÝCH UHELNÝCH DOLŮ ČESKÉ ČÁSTI HORNOSLEZSKÉ PÁNVE

Simulation Models for the Underground Transport Rationalizing Simulační model pro racionalizaci podzemní dopravy

Vliv metody vyšetřování tvaru brusného kotouče na výslednou přesnost obrobku

PROJEKT VAV ČBÚ Č ZAJIŠTĚNÍ BEZPEČNOSTI PRÁCE A PROVOZU PŘI TĚŽBĚ ZEMNÍHO PLYNU Z UZAVŘENÝCH ČERNOUHELNÝCH DOLŮ

Problematika metanu - dílčí výsledky realizovaného projektu 35/AKT

Tvorba 3D modelu oblasti Hrušovského dolu

Ing. Petr Němec, Ing. Georges Takla, CSc. V 7 Energie stavební a báňská a.s., Kladno

Výzkum a vývoj zpráva za rok 2009

Podkladové materiály:

Stanovení nejistot při výpočtu kontaminace zasaženého území

Typový model toků selektivního dobývání a homogenizace

INTERPRETACE PUKLINOVÉ SÍTĚ NA ZÁKLADĚ TERÉNNÍCH MĚŘENÍ

Software pro modelování chování systému tlakové kanalizační sítě Popis metodiky a ukázka aplikace

Proudění vzduchu v chladícím kanálu ventilátoru lokomotivy

PROUDĚNÍ REGULAČNÍ MEZISTĚNOU TURBÍNOVÉHO STUPNĚ PŘI ROTACI OBĚŽNÉHO LOPATKOVÁNÍ. Jaroslav Štěch

1 Úvod. KLIMUNDA, Robert 1, KIJONKA, Martin 2 & ŠIMEK, Richard 3.

Noise Measurement Měření hluku

ALTERNATIVNÍ MOŽNOSTI MATEMATICKÉHO MODELOVÁNÍ STABILITY SVAHŮ SANOVANÝCH HŘEBÍKOVÁNÍM

EUROGAS a.s. Program VaV ČBÚ Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor.

Karotáž metoda pro zjišťování pohybu kontaminace a jeho souvislostí s geologickou a tektonickou stavbou území.

Výstup důlního plynu v návaznosti na dopravní stavitelství

Příklad 81b. Předpokládejme, že výška chlapců ve věku 9,5 až 10 roků má normální rozdělení N(mi;sig2)

Ing. Alena Orlíková Z 7 OPATŘENÍ PROTI VÝSTUPŮM DŮLNÍCH PLYNŮ OCHRANA NEBO PŘÍTĚŽ?

PREDIKCE DÉLKY KOLONY V KŘIŽOVATCE PREDICTION OF THE LENGTH OF THE COLUMN IN THE INTERSECTION

SANACE ŠTOL V BLÍZKOSTI POVRCHU PROJEKT A REALIZACE ZAJIŠŤOVACÍCH PRACÍ

Ing. Eva Jiránková, Ph.D., Ing. Marek Mikoláš, Ing. V 11 Petr Waclawik, Ph.D.

Důlní vody rosicko-oslavanské uhelné pánve

DÁLKOVÁ SPRÁVA ŘÍDICÍCH SYSTÉMŮ V PROSTŘEDÍ CONTROL WEB 5

Výzkum a vývoj přehříváku s vysokými parametry páry pro kotle v ZEVO

ATMOGEOCHEMICKÝ PRŮZKUM ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA

Jiří LUKEŠ 1 KAROTÁŅNÍ MĚŖENÍ VE VRTECH TESTOVACÍ LOKALITY MELECHOV WELL LOGGING MEASUREMENT ON TESTING LOCALITY MELECHOV

Výsledky z testovacích měření na technologiích Ostravské LTS

Kompromisy při zpracování a hodnocení výsledků hydraulických modelů na příkladu hodnocení vodního zdroje Bzenec komplex

STOPOVACÍ ZKOUŠKY V PUKLINOVÉM PROSTŘEDÍ PREDIKČNÍ MODEL A TERÉNNÍ MĚŘENÍ

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

STATICKÉ A DYNAMICKÉ CHARAKTERISTIKY ODPLYŇOVACÍCH VRTŮ

9 OHŘEV NOSNÍKU VYSTAVENÉHO LOKÁLNÍMU POŽÁRU (řešený příklad)

INFLUENCE OF SPEED RADAR SIGN ON VELOCITY CHANGE IN THE SELECTED LOCATION

Numerické řešení proudění stupněm experimentální vzduchové turbíny a budících sil na lopatky

Odhad dlouhodobého a hloubkového geochemického vývoje důlních vod rosicko-oslavanské uhelné pánve ve vztahu k optimalizaci nutného čištění důlních vod

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2008, ročník VIII, řada stavební článek č.


PROCESY V TECHNICE BUDOV cvičení 3, 4

GIS pro tvorbu geologických řezů

Next line show use of paragraf symbol. It should be kept with the following number. Jak může státní zástupce věc odložit zmiňuje 159a.

Simulace oteplení typového trakčního odpojovače pro různé provozní stavy

TECHNOLOGIE KOTVENÍ PÁSOVÝCH DOPRAVNÍKŮ POMOCÍ PILOT

Účinky dobývacích prací na pozemní komunikace v Ostravsko-karvinském revíru

PŘÍSPĚVEK K POVRCHOVÉ ÚPRAVĚ SKLOVITÝM SMALTOVÝM POVLAKEM CONTRIBUTION TO SURFACE ARRANGEMENT WITH VITREOUS ENAMEL COAT

Ing. Pavel Zapletal, Ph.D., prof.ing. Pavel Prokop, CSc. V 22 RNDr. Eva Vavříková, Ing. Rudolf Ceniga

REGISTR STARÝCH DŮLNÍCH DĚL

Budějovice Název materiálu: Reported Speech. Datum (období) vytvoření: Srpen Autor materiálu: PhDr. Dalibor Vácha PhD. Zařazení materiálu:

Vliv těžby uhlí na hydrogeologické poměry v centrální části severočeské hnědouhelné pánve

PŘÍKLADY POUŽITÍ ELEKTROMAGNETICKÝCH METOD PŘI LOKALIZACI HLAVNÍHO DŮLNÍHO DÍLA

The force identification from engine speed

ZJIŠTĚNÍ ÚČINNOSTI ZAŘÍZENÍ PRO PROVOZNÍ INFORMACE V OBCI KOKORY

70. výročí uranového průmyslu v České republice 50 let těžby uranu v severních Čechách

Měření a výpočet kapacity vodovodních přivaděčů - matematické modelování

Studium vlivu pokračováním těžby hnědého uhlí v dole Turów na podzemní a povrchové vody v ČR. Mgr. Zdeněk Venera, Ph.D. a kol.

Návrh a implementace algoritmů pro adaptivní řízení průmyslových robotů

Hodnocení stavu sanace území po těžbě hnědého uhlí se stěžejním zaměřením na sanaci vodních útvarů a budoucí úkoly k řešení

VŠB-TU OSTRAVA, FAKULTA HORNICKO-GEOLOGICKÁ. Program výzkumu a vývoje Českého báňského úřadu:

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

Foster Bohemia s.r.o. Laboratoř měření imisí Immission Measurement Laboratory. Mezi Rolemi 54/10, Praha 5, Jinonice, Česká republika

3. Mechanická převodná ústrojí

Parametrická studie vlivu vzájemného spojení vrstev vozovky

STABILIZACE TERÉNU V OKOLÍ STARÝCH DŮLNÍCH DĚL

PROTOKOL O PROVEDENÉM MĚŘENÍ

Ing. Libor Jalůvka Datum: Regenerace brownfields z pohledu státního podniku DIAMO

PARAMETRICKÁ STUDIE VÝPOČTU KOMBINACE JEDNOKOMPONENTNÍCH ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ

Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva)

PŘÍKLADY Z HYDRODYNAMIKY Poznámka: Za gravitační zrychlení je ve všech příkladech dosazována přibližná hodnota 10 m.s -2.

Vlny konečné amplitudy vyzařované bublinou vytvořenou jiskrovým výbojem ve vodě

PROPORCIONÁLNÍ ODPOVĚDNOST VE VZTAHU K ÚPRAVĚ V NOZ JIŘÍ HRÁDEK

Monitorování poklesů a přerušení napětí v síti nízkého napětí

1 Výkonová akumulace. Průběhy elektrických veličin pro denní diagram jsou na následujícím obrázku.

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

CFD simulace vlivu proudění okolního prostředí na lokální odsávání

Postup objednávky Microsoft Action Pack Subscription

Setting up Spark Ignition Engine Control Unit Nastavování řídicích jednotek zážehových motorů automobilů

Výzkum potenciálu a možností komplexního využití hlubinných dolů po ukončení těžební činnosti, včetně tzv. aktivní konzervace důlních jam

IDENTIFIKACE ZBYTKOVÝCH NAPETÍ ODVRTÁVACÍM PRINCIPEM RESIDUAL STRESS IDENTIFICATION USING THE HOLE DRILLING PRINCIPLE

ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE

Statistické zpracování naměřených experimentálních dat za rok 2012

Transkript:

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 120 Využití matematického modelování pro ochranu obyvatelstva před únikem metanu z podzemí uzavřených dolů GOTTFRIED, Jan Ing., VŠB-TU Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, 17. listopadu 15, Ostrava Poruba, 708 33, jgottfried@iol.cz Abstrakt: The dangerous outlets of gas in the Ostrava region have been still actual, and, that is why, in the framework of grant task we have focused on the area of Jaklovec mine where a whole number of dangerous situations has been registered. Before commencement of mathematical modeling we had not complex mine and geological documentation (maps) for our disposal. That is why, in our preliminary model, we have implemented substantially higher resistance, res. lower permeability in perpendicular direction on the medium dip seams. It followed from these input values that it will be necessary to exhaust on bore holes JD 14 and JD 3 for ensuring the effective influencing of the locality. The subsequent suction test which has been realized thanks to the initiative of VIP s.r.o., has confirmed that for influencing of the locality the exhausting on the bore hole JD 14 is sufficient. The relevant values of the mathematical modeling results and course of verification are given in this contribution. Klíčová slova: Modelování, nebezpečný plyn, predikce. V České republice, v oblasti Ostravsko karvinského revíru má těžba černého uhlí tradici již 300 let. Z počátku byly vydobývány sloje těsně pod povrchem, postupem času tak, jak se vylepšovaly dobývací technologie, dostávala se těžba uhlí hlouběji a hlouběji až k 1000 m pod povrchem. Navíc byla ve druhé polovině 20. století kutat všechny sloje, i ty nerentabilní. V 90. letech 20. století přišel ovšem útlum těžby a v celé Ostravské části Ostravskokarvinského revíru se přestalo těžit uhlí hlavně z ekonomických důvodů. Tehdy začaly výraznější problémy s únikem nebezpečného metanu z podzemí na povrch. Výstup nebezpečného plynu byl důsledkem zastavení centrálního větracího systému v dolech. Vystupující metan se stal pro obyvatelstvo nebezpečným, což dokazuje i několik explozí způsobených právě vystupujícím důlním plynem metanem. Příspěvek ukazuje, jednu z cest, jak lze pomocí matematického modelu předpovídat výstupy metanu z podzemí a navrhovat nápravná opatření, která zajistí bezpečnost obyvatelstva. Popisovaná oblast, která je znázorněna na obrázku 1 je díky tektonické poruše, která se jeví jako plynonepropustný izolátor rozdělena na dvě části: západní a východní. Prezentovaný model si klade za cíl rozebrat tuto problematiku pro východní část.

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 121 Obrázek 1- Legenda: červené označení je vrt, který je převážně aktivní modré označení je vrt, který je převážně neaktivní Současný stav lokality Vzhledem k havarijním situacím, které na sledovaném území vznikly, bylo rozhodnuto, že se narychlo vyvrtá několik desítek vrtů (každý v hodnotě asi 20 000 USD). Tyto vrty mají tvořit pasivní odplyňovací systém. Mají tedy sloužit, jako volné kontrolované cesty nebezpečného plynu z podzemí na povrch. Tak mají zabránit nekontrolovanému plošnému prostupu plynu horninou, zejména potom do budov, kde mohou vytvářet v uzavřených prostorách výbušnou směs. Tato metoda ochrany obyvatelstva se ukázala na některých lokalitách jako účinná, jinde jako méně účinná. Nevhodnost této metody spočívá hlavně v bezhlavém utrácení peněz za vrtání velkého množství vrtů s pochybným účinkem. Úskalím této metody se také ukazuje, že ne vždy je pasivní odvětrávací systém zcela účinný, a proto je vhodné nasadit na některé vrty odsávací stanici. To by umožnilo kvalitnější zabezpečení dané lokality. Zde se nabízí metody matematického modelování pro použití hned v několika situacích: 1. Predikce úniku plynu vrty 2. Volba optimálního umístění odsávací stanice 3. Volba optimálního řízení odsávání a otvírání a uzavírání vrtů při odsávání tak, abychom dosáhli co nejrychlejšího zabezpečení oblasti Výsledky měření na vrtech ve východní části a popis postupu při sestavení modelu Pro potřeby tvorby matematického modelu jsme provedli v dané lokalitě dlouhodobá měření, pomocí kterých jsme zjišťovali směr proudění plynů vrty (jestli proudí z podzemí na povrch, nebo opačně), dále tlakový rozdíl mezi povrchem a vrtem, množství proudícího plynu, popřípadě jeho koncentrace. Tato měření probíhala v období přibližně od 7. 01 2002 do 19.03. 2002. Vlastním měřením bylo zjištěno, že ze 38 měřených míst (vrty vrtané DPB a sanované staré jámy) aktivních pouze 19 (tedy přesně polovina). Tato skutečnost dokazuje mimo jiné, že tvorba velkého množství vrtů je zbytečným plýváním peněz, neboť polovina vrtů je vlastně

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 122 nefunkčních. Aktivním dílem rozumíme dílo, kde ve sledované době byl naměřen alespoň minimální tlakový rozdíl a objemový průtok plynu ať už směrem z podzemí na povrch nebo z povrchu do podzemí. Příklad měřených hodnot na vrtu označeném JD 3 je znázorněn v grafu na obrázku 2. Na ose x je časové období měření, na ose y je vynesen tlakový rozdíl znázorňující Dp mezi atmosférickým tlakem a vnitřním tlakem podzemního systému. Pro uvedené časové období je na obr. 3 nakreslen průběh barometrického tlaku v pascalech, vztažený k hladině moře. JD3 600 500 400 300 DP (Pa) 200 100 0-100 -200 7.1.200214.1.2002-300 -400 21.1.2002 28.1.2002 4.2.2002 11.2.2002 18.2.2002 25.2.2002 4.3.2002 11.3.2002 18.3.2002 Datum Obrázek 2: Výsledky měření DP na vrtu JD3 Obrázek 3: Průběh barometrického tlaku na hladině moře ve vybraném období simulace Pro úkol řešení optimálního umístnění odvětrávacích nebo odsávacích vrtů jsme z důlně geologické situace použili další nezbytné údaje, jako velikost zásobníku (volných důlních prostor této části dolu), hodnotu permeability prostředí, předpokládané působiště vnitřního tlaku, vzdálenost paty vrtů od tohoto působiště, hloubky vrtů. Poloměr odplyňovacích vrtů r w = 0,05m, dynamická viskozita plynu 1,1. 10-5 Pa.s. Postup výpočtu Pro ověření správnosti modelu jsme vybrali z celého měřeného období 7. 01 2002 do 19.03. 2002 interval 14ti dnů (přibližně od 18.02.2002 do 11.03.2002). Tento časový interval jsme zvolili proto, že v něm dochází k výraznému kolísání atmosférického tlaku a to v rozmezí 99500 Pa 102000 Pa. Jak jsme zjistili předchozími měřeními, atmosférický tlak je jedním z nejvýznamnějších parametrů ovlivňujících výstupy nebezpečného plyn z podzemí na povrch. K největším pohybům plynu (ať už z podzemí na povrch, nebo z povrchu do

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 123 podzemí) dochází právě vlivem prudkého kolísání atmosférického tlaku, nikoliv jak se mnoho lidí mylně domnívá jeho vysokým, nebo nízkým stavem, ale právě přechody mezi těmito stavy. Vzhledem k tomu, že model je nastaven tak, aby počítal s přesností na sekundy, představuje modelované období časový interval 1 500 000 sekund, jak je vidět z grafu na obrázku 4. Obrázek 4: Objemové průtoky (m 3.s -1, na svislé ose) na vrtech JD3, JD7, JD11, JD13, JD14, JD16, JD18 vypočtené modelem. Porovnání naměřených a vypočtených hodnot ve vybraném období simulace V tabulce 1 a 2 jsou uvedeny naměřené hodnoty objemového průtoku na jednotlivých vrtech a současně hodnoty, které vypočítal model. Tabulka 1: Naměřené a vypočtené hodnoty objemového průtoku na vrtech 19.2.2002 dopoledne (cca 11 hodin) JD3 JD13 JD14 JD16 JD18 Čas měření 19.2.2002 19.2.2002 19.2.2002 19.2.2002 19.2.2002 Doba výpočtu 126300 126300 126300 126300 126300 Naměřená hodnota Q (m3/s) 0,054 0,0088 0,047 0,0035 0,0158 Vypočtená hodnota Q (m3/s) 0,0336 0,00328 0,0262 0,00191 0,015 Tabulka 2: Naměřené a vypočtené hodnoty objemového průtoku na vrtech 20.2.2002 dopoledne (cca 11 hodin) JD3 JD13 JD14 JD16 JD18 Čas měření 20.2.2002 20.2.2002 20.2.2002 20.2.2002 20.2.2002 Doba výpočtu 211500 211500 211500 211500 211500 Naměřená hodnota Q (m3/s) 0,084 0,0317 0,075 0,0264 0,03 Vypočtená hodnota Q (m3/s) 0,059 0,0062 0,0625 0,00412 0,0227 Z uvedeného srovnání v tabulce 1 a 2 je zřejmé, že hodnoty vypočtené modelem se převážně (minimálně v řádech), shodují s naměřenými hodnotami, což potvrzuje spolehlivost modelu. Pro úplnost je nutno dodat, že samotné měření není kontinuální (intervaly jsou i několik dní), takže nemohlo podchytit změny barometrického tlaku, které nastaly v krátkém časovém období. Model, ale tyto změny i pro krátký časový úsek vyjadřuje.

XXVIII. ASR '2003 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, May 6, 2003 124 Na obrázku 5 je vidět, jak ovlivní odsávací stanice umístěná na vrtu JD3 celou sledovanou oblast, jestliže pracuje tato odsávací stanice v režimu s pod tlakem 1000 Pa. Obrázek 5: Objemové průtoky(m 3.s -1, na svislé ose) na vrtech JD3, JD7, JD11, JD13, JD14, JD16, JD18 vypočtené modelem při odsávání na vrtu JD3 s pod tlakem 1000 Pa. Závěry Dynamickým modelem se ověřilo, že optimální místo pro situování odsávacího vrtu je vrt JD3, nebo vrt JD14 protože v modelu jimi proudí největší množství plynu v situaci, kdy působí jen barometrický tlak. Abychom prokázali, že vrt JD3 má skutečně optimální polohu jako vrt odsávací, provedli jsme s modelem větší množství experimentů tak, že jsme umísťovali fiktivní odsávací stanici v modelu na vybrané vrty a sledovali jsme chování celého systému při různých hodnotách podtlaku odsávací stanice. Pro obecný případ, kdy nebudou v lokalitě zřízeny odplyňovací vrty, lze tedy obdobným způsobem (zavedením virtuálních vrtů, provedením odsávací zkoušky) určit optimální polohu odsávacího vrtu. Literatura [1] GOTTFRIED, J. Zpracování hodnot měřených na lokalitě Hrušovský důl. In Dílčí zpráva GÚ č. 105/98/KO45, z 10.10.2000, str. 29-38. [2] OSTREZY, J. Verifikace geologického modelu v oblasti Hrušovský důl. Dílčí zpráva GÚ č. 105/98/KO45 z 9.7. 2001, str.10-15. [3] LÁT, J. Výstupy plynů z dolu na povrch v oblastech s ukončenou hornickou činností. UHLÍ RUDY GEOLOGICKÝ PRŮZKUM, 7/2000, str. 10-14. [4] ŠENOVSKÝ, P. Výsledky měření 18.09.-23.09.2000 v oblasti Hrušovský důl. In Dílčí zpráva GÚ č. 105/98/KO45, z 10.10.2000, str. 48-63. [5] STRAKOŠ, V. Modelování a řízení důlních energetických sítí. In Sborník konference ICAMC 1998, Košice, 1998.