Development of a mathematical model for injecting nitrogen to inerties the goaf a working panel in coal mines

The paper presents the development of a mathematical model to predict the oxygen concentration in goaf of working panels in coal mines with nitrogen infusion to prevent the occurrence of fire. Effect of a few controllable parameters, viz. nitrogen plant capacity, air leakage into the goaf and level of impurity in the generated nitrogen; on oxygen concentration in the goaf have also been studied and presented in the paper. The model is simple and can be applied with ease white deciding the nitrogen infusion system in coal mines.

---

Praca przedstawia opracowany model matematyczny prognozowania wielkości stężenia tlenu w zrobach eksploatowanego pola w kopalniach węgla, po wprowadzeniu do zrobów azotu dla zapobiegania pożarom. Model matematyczny umożliwiający symulacje prędkości przepływu azotu, stężenia tlenu w zrobach obejmuje dwa etapy. W pierwszym etapie przyjmuje się założenia upraszczające, model zostaje sformułowany od strony koncepcyjnej. W drugim etapie przyjmowane są bardziej realistyczne założenia, umożliwiające stosowanie modelu do warunków rzeczywistych. Należy zauważyć, że najciekawszym elementem w etapie 2 jest prognoza zużycia tlenu w zrobach poprzez trzy procesy: sorpcję (absorpcję i adsorpcję), utlenianie w niskich temperaturach prowadzące do powstawania tlenku węgla oraz utlenianie prowadzące do powstawania dwutlenku węgla. Ponadto, do modelu wprowadzono szereg realistycznych parametrów. Głównym celem zaprezentowania tego modelu w dwóch etapach jest dogłębne zrozumienie procesów obejmujących prace nad modelem. Przykłady symulacji numerycznych podane zostały w celu zbadania wpływu wydajności urządzeń do wprowadzania azotu, obecności zanieczyszczeń w azocie i wypływów powietrza na stężenie tlenu w zrobach. Należy nadmienić, że model opracowany został od podstaw, jest to model prosty, który łatwo odnieść do warunków terenowych. Model ten wykorzystywać można w celu określania wymaganej wydajności urządzeń doprowadzających azot dla określonych warunków eksploatacji pola. Należy zauważyć, że stężenie tlenu w zrobach można zmniejszyć poprzez ograniczenie wypływu powietrza do zrobów i poprzez ograniczenie ilości zanieczyszczeń w azocie. Model ten wykorzystywać można także dla ułatwienia procesu doboru wymaganej wydajności urządzeń doprowadzających azot poprzez zmniejszenie wartości powyższych parametrów. Autor ma nadzieję, że opracowany model okaże się pomocny dla planujących wydobycie oraz praktyków górniczych, aby mogły zostać podjęte odpowiednie działania zabezpieczające przed pożarem w kopalniach.