Wpływ koncentracji wydobycia na wydzielanie metanu do wyrobisk ścianowych

An increase in concentration of coal output in Polish hard coal mines contributes to a significant increase in absolute methane-bearing capacity in mining areas. Measurements of methane concentration were taken in selected longwall faces in order to estimate the influence of coal output on methane hazard. The measurements were taken from 2006 to 2008 in 8 longwalls in mines with high methane hazard. The parameters for longwalls where measurements were taken are presented in table 1. Average daily output ranged from 1380 to 2320 Mg: however the maximum daily output amounted to 5335 Mg. Absolute methane-bearing capacity ranged from 4.44 to 56.41 m3/min. Longwalls were ventilated with a U and Y system and their ventilation schemes are presented in figure 1. The period of measurements ranged from 29 to 384 days. The results obtained were used to determine the influence of changes in output on methane hazard. For each longwall under research statistical estimation of parameters, such as: ventilation air methane (VAM) emission, amount of methane captured by a drainage system, absolute methane-bearing capacity and an advance of longwall face was conducted. In order to determine the influence of a longwall face advance on methane-bearing capacity the probabilistic model of the distribution of those parameters on the basis of the measurement results was used. In order to determine the dependence between ventilation air methane emission, methane drainage, absolute methane-bearing capacity and longwall advance, the distribution of analysed variables was checked by means of Kolmogorow-Smirnov normality test. The results of this test are presented in table 2. Table 3 presents values for correlation co-efficient r(x,y). When analyzing the results presented in table 3 it must be observed that in case of most longwalls there is a high correlation between ventilation air methane emission, absolute methane-bearing capacity and longwall advance. However, in longwalls N-10 i W-5 the correlation between methane drainage capture and longwall advance is equally strong. In all other longwalls the correlation is average. In all cases the correlations were positive, which means that together with an increase in advance, there is also an increase in ventilation air methane emission, methane drainage capture and absolute methane-bearing capacity On the basis of determination co-efficient it can be concluded that in cases under consideration at least half (about 50%) of results, ventilation air methane emission, methane drainage capture and absolute methane-bearing capacity can be explained linearly by an influence of longwall advance, while this statement can be assumed with the probability close to 100%. It should also be added that the lack of very high or full correlations means that examined parameters do not fully show linear dependence; however there might be other functional correlations. Because of a complex character of phenomena happening during mining it is not possible to determine full correlations. However, the interpretation of results allows us to claim that an influence of wall advance on methane emission amounts to 30 to 70% depending on a given case. Therefore, other factors, for example geological ones, which were not taken into consideration, will contribute to the level of methane hazard. Table 4 presents determined co-efficients of linear regression. On the basis of the data in table 4, an equation describing the dependence of absolute methane-bearing capacity in a longwall on a longwall advance in the form (11) can be formed. Table 5 presents determined co-efficients of non-linear regression. On the basis of the data in table 5, an equation describing the dependence of absolute methane-bearing capacity in a longwall on a longwall advance in the form (13) can be formed. When comparing co-efficient R2 of the contribution of the explained variance in tables 4 and 5 it can be observed that non-linear dependence explains better the results of mining measurements. The similar dependence presenting methane emission as dependent on output is suggested by Myszor (1985). The conditions for safe mining can be given for a determined methane emission.Wzrost koncentracji wydobycia w polskich kopalniach węgla kamiennego przyczynia się do znaczącego wzrostu metanowości bezwzględnej rejonów eksploatacyjnych. W celu oceny wpływu wydobycia na stan zagrożenia metanowego przeprowadzono pomiary stężenia metanu w wybranych wyrobiskach ścianowych. Pomiary przeprowadzono w latach 2006÷2008 w 8 wyrobiskach ścianowych w kopalniach charakteryzujących się dużym zagrożeniem metanowym. Parametry charakteryzujące wyrobiska ścianowe, w których prowadzono pomiary zestawiono w tablicy 1. Wydobycie średnie w ciągu doby zmieniało się od 1380 do 2320 Mg, natomiast maksymalne wydobycie w ciągu doby dochodziło do 5335 Mg. Metanowość całkowita zawierała się w przedziale od 4,44 do 56,41 m3/min. Ściany były przewietrzane w systemie na U i Y a ich schematy przewietrzania przedstawiono na rysunku 1. Okres badań w poszczególnych ścianach również był różny i zawierał się od 29 do 384 dni. Uzyskane wyniki posłużyły do określenia wpływu zmian wydobycia na stan zagrożenia metanowego. Dla każdej badanej ściany przeprowadzono ocenę statystyczną parametrów takich jak: metanowość wentylacyjna, ilość metanu ujmowanego odmetanowaniem, metanowość całkowita i postęp ściany. Dla określenia wpływu postępu ściany na metanowość wykorzystano model probabilistyczny rozkładu tych parametrów na podstawie wyników obliczeń. W celu określenia zależności pomiędzy wartością metanowości wentylacyjnej, odmetanowaniem i metanowości całkowitej a postępem ściany sprawdzono kształt rozkładu analizowanych zmiennych w oparciu o test normalności Kołmogorowa-Smirnowa. Wyniki testu normalności metanowości całkowitej, metanowości wentylacyjnej i postępu w trakcie prowadzenia ścian, przedstawiono w tablicy 2. W tablicy 3 zamieszczono wyznaczone wartości współczynnika korelacji r(x,y). Analizując zamieszczone w tablicy 3 wyniki należy zauważyć, że w większości ścian występuje wysoka korelacja pomiędzy metanowością wentylacyjną i całkowitą a postępem ściany. Natomiast pomiędzy odmetanowaniem a postępem ściany związek ten jest równie silny w ścianach N-10 i W-5. W pozostałych ścianach korelacja jest przeciętna. We wszystkich przypadkach korelacje były dodatnie, co oznacza, że wraz ze wzrostem postępu następuje wzrost metanowości wentylacyjnej, odmetanowania i metanowości całkowitej. Na podstawie współczynnika determinacji można powiedzieć, że w rozważanych przypadkach, co najmniej w połowie wyników (około 50%), metanowość wentylacyjna, odmetanowanie i metanowość całkowita może zostać wytłumaczona liniowo wpływem postępu ściany, przy czym można to stwierdzenie przyjąć z prawdopodobieństwem bliskim 100%. Należy dodać, że brak bardzo wysokich, czy pełnych korelacji oznacza, że badane parametry nie w pełni wykazują zależność liniową, niemniej jednak mogą istnieć inne powiązania funkcyjne. Ze względu na złożony charakter zjawisk zachodzących w trakcie prowadzonej eksploatacji nie można jednoznacznie wykazać pełnych powiązań. Jednak interpretacja wyników pozwala na stwierdzenie, że wpływ postępu ściany na wydzielanie metanu wynosi od 30 do 70% w zależności od rozważanego przypadku. Zatem inne czynniki np. geologiczne, których nie uwzględniono w rozważaniach będą miały pozostały udział w poziomie zagrożenia metanowego. W tablicy 4 przedstawiono wyznaczone współczynniki regresji liniowej. W oparciu o dane z tablicy 4 można napisać równanie opisujące zależność metanowości całkowitej w wyrobisku ścianowym od postępu ściany w postaci (11). W tablicy 5 przedstawiono wyznaczone współczynniki regresji nieliniowej. W oparciu o dane z tablicy 5podano równanie opisujące zależność metanowości całkowitej w wyrobisku ścianowym od postępu ściany w postaci (13). Porównując współczynnik R2 udziału wyjaśnionej wariancji w tablicach 4 i 5 można stwierdzić, że zależność nieliniowa lepiej wyjaśnia wyniki uzyskane z pomiarów kopalnianych. Podobną zależność ujmującą wydzielanie metanu od wielkości wydobycia proponuje Myszor (1985). Dla określonego wydzielania metanu można podać warunki bezpiecznego prowadzenia eksploatacji