Numerical simulation of methane distribution at the longwall working with various stages of shearer advance

• Autorzy: Janoszek Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2024.151440

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a methodology for predicting the impact of the longwall shearer’s control parameter on methane emission rate to the working of a longwall based on computational fluid dynamics (CFD) methods. The methodology was applied to the Z-11a longwall panel conditions at the Jankowice Hard Coal Mine. The results of the methane emissions rate in the working of a longwall for three variations of the position of the longwall shearer are shown and discussed. The modelled issue’s geometry, numerical grid, assumptions, and boundary conditions are presented. The filtration parameters of goafs are discussed. Relationships to estimate the various sources of methane emissions into the air flowing around the longwall panel Z-11a are presented. The results of the model tests were compared with the mining data in the Z-11a longwall panel at the Jankowice Hard Coal Mine.

Słowa kluczowe

EN

coal mine; longwall shearer operation; methane; ventilation; numerical model; computational fluid dynamics; CFD

PL

kopalnia węgla; kombajn górniczy; metan

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, no. 3
• Strony: 353--373
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Janoszek Tomasz

• Central Mining Institute – National Research Institute (GIG-PIB), Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7006-0285

Bibliografia

• [1] M. Bai, F.S.Kendorski, D.J. Van Roosendaal, Chinese and North American high-extraction underground coalmining strata behaviour and water protection experience and guidelines. In Proceedings of the 14th InternationalConference on Ground Control in Mining, Morgantown, WV, USA, 1-3 August (1995).
• [2] G. Daloğlu, M. Önder, T. Parra, Modelling of Methane and Air Velocity Behavior in an Auxiliary Ventilated CoalHeading. Arch. Min. Sci. 66 (1), 69-84 (2021).
• [3] S.K. Das, Observations and classification of roof strata behaviour over longwall coal mining panels in India.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 37, 585-597 (2000).
• [4] W. Dziurzyński, A. Krach, J. Krawczyk, T. Pałka, Numerical Simulation of Shearer Operation in a Longwall District. Energies 13, 5559, 1-13 (2020). DOI: https://doi.org/10.3390/en13215559.
• [5] F. Hasheminasab, R. Bagherpour, S.M. Aminossadati, Numerical simulation of methane distribution in developmentzones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation. Tunnelling and Underground SpaceTechnology 89, 68-77 (2019).
• [6] Z. Jaworski (Ed.), Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej. Akademicka OficynaWydawnicza EXIT, Warszawa 2005.
• [7] J. Janus, J. Krawczyk, Modelowanie przepływu powietrza w narożu ściany wydobywczej. Prace Instytutu MechanikiGórotworu PAN 1-4 (22), 9-16 (2020).
• [8] A. Juganda, C. Strebinger, J.F. Brune, G.E. Bogin, Discrete modelling of a longwall coal mine gob for CFD simulation.International Journal of Mining Science and Technology 4 (30), 463-469 (2020).
• [9] A. Juganda, C. Strebinger, J.F. Brune et al., Computational Fluid Dynamics Modeling of a Methane Gas Explosionin a Full-Scale, Underground Longwall Coal Mine. Mining, Metallurgy & Exploration 39, 897-916 (2022).DOI: https://doi.org/10.1007/s42461-022-00587-z.
• [10] H. Koptoń, Impact assessment of sorption properties of coal on methane emissions into longwall working. Arch.Min. Sci. 65 (3), 605-625 (2020).
• [11] J. Krawczyk, A preliminary study on selected methods of modelling the effect of shearer operation on methanepropagation and ventilation at longwalls. Int. J. Min. Sci. Technol. 30, 675-682 (2020).
• [12] E. Krause, Profilaktyka w pokładach metanowych zagrożonych sejsmiczne. Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko (3), 65-79 (2005).
• [13] E. Krause, W. Dziurzyński, Projektowanie eksploatacji pokładów węgla kamiennego w warunkach skojarzonego zagrożenia metanowo – pożarowego. GIG, Katowice 2015.
• [14] E. Krause, A. Przystolik, B. Jura, Warunki bezpieczeństwa wentylacyjno-metanowego w ścianach o wysokiej koncentracji wydobycia. XXI Międzynarodowa Konferencja Naukowo-techniczna Górnicze Zagrożenia Naturalne.6-8.11.2019 r., Jawor k. Bielska Białej.
• [15] E. Krause, Z. Lubosik, Wpływ koncentracji wydobycia podczas eksploatacji pokładów silnie metanowych nawydzielanie się metanu do środowiska ścian. 9th International Symposium on Occupational Heat and Safety Petrosani Rumunia. October 3rd 2019 r.
• [16] E. Krause, J. Skiba, B. Jura, Overview of Ventilation Characteristic, Practices and regulations in Poland. XXVIII Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Kraków, 25-27.02.2019 r.
• [17] E. Krause, B. Jura, J. Skiba, Mining speed control in the coal panel with high coal output concentration. Kontrola prędkości urabiania w ścianach o wysokiej koncentracji wydobycia. Spotkanie Grupy Roboczej Ekspertów ds. metanu z kopalń Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ. Genewa 7-8.11.2019 r.
• [18] P.M.V. Nguyen, A. Walentek, K. Wierzbiński, M. Zmarzły, Prediction of the Absolute Methane Emission Rate forLongwall Caving Extraction Based on Rock Mass Modelling – A Case Study. Energies 15, 4958 (2022).DOI: https://doi.org/10.3390/en15144958.
• [19] N. Szlązak, J. Szlązak, Wentylacja wyrobisk ścianowych w kopalniach węgla kamiennego, w warunkach zagrożenia metanowego i pożarowego. Górnictwo i Geologia 8, 2 (2019).
• [20] N. Szlązak, J. Szlązak, Badania numeryczne i kopalniane przepływu powietrza przez zroby ścian zawałowych. Górnictwo i Geoinżynieria 28, 3, 59-78 (2004).
• [21] J. Szlązak, N. Szlązak, Filtracja powietrza przez zroby ścian zawałowych w kopalniach węgla kamiennego. Wydawnictwa Naukowe AGH Kraków 2005.
• [22] N. Szlązak, M. Borowski, Badania wydzielania metanu do wyrobiska chodnikowych drążonych kombajnami w pokładach węgla. Górnictwo i Geoinżynieria 30, 1, 45-55 (2006).
• [23] L. Świerczek, Wpływ prędkości powietrza przepływającego przez ścianę na przewietrzanie zrobów zawałowychi profilaktykę pożarową. Przegląd Górniczy 72, 2, 34-43 (2016).
• [24] K. Tajduś, A. Tajduś, Określenie wartości parametrów odkształceniowych górotworu poddanego wpływom eksploatacjigórniczej na przykładzie KWK „Ziemowit”. Przegląd Górniczy 66, 7-8, 1-6 (2010).
• [25] M. Tutak, J. Brodny and G. Galecki, Applying CFD Model Studies to Determine Zones at Risk of Methane Explosionand Spontaneous Combustion of Coal in Goaves. Acta Montanistica Slovaca 27, (3) 651-666 (2022).
• [26] A. Walentek, T. Janoszek, S. Prusek, A. Wrana, Influence of longwall gateroad convergence on the process ofmine ventilation network-model tests. International Journal of Mining Science and Technology 4, 29, 585-590(2019).
• [27] G. Wałowski, G. Filipczak, Ocena hydrodynamiki przepływu gazu przez ośrodek szczelinowo-porowaty. Inż.Ap. Chem. 52, 6, 581-582 (2013).
• [28] G. Wałowski, G. Filipczak, Gazoprzepuszczalność materiałów porowatych o anizotropowej strukturze. Inż.Ap. Chem. 55, 6, 245-250 (2016).
• [29] L. Zhou, C. Pritchard, Y. Zheng, CFD modelling of methane distribution at a continuous miner face with variouscurtain setback distances. Int. J. Min. Sci. Technol. 25 (4), 635-640 (2015).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)