Computer simulation of the propagation of heat in abandoned workings insulated with slurries and mineral substances

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krach A. , Pałka T.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0001

Warianty tytułu

PL

Symulacja komputerowa rozprzestrzeniania się ciepła w zrobach izolowanych za pomocą zawiesin oraz spoiw mineralnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the results of investigations aimed at further identification of the phenomena occurring in abandoned workings and connected with the flow of air-gas (methane, carbon dioxide, nitrogen, oxygen and carbon oxidation products) mixture with taking into consideration the impact of supplied mineral substances on the processes of self-heating of the coal left in goaves were presented. The known and successfully used method for the prevention of fires in abandoned workings is the technology of filling goaf with an ash-air mixture, which also raises the issue of the effective use of that mixture. The computer, i.e. digital simulation methods being developed and intended for the purpose of the process discussed here are a good complement of the use of that technology. A developed mathematical model describing the process of additional sealing of gob with wet slurry supplied with three pipelines is based on the balance of volume of the supplied mixture and contained in the body created in goaves. The form of that body was assessed on the basis of the observation results available in literature and the results of model investigations. The calculation examples carried out for the the longwall area and its goaf ventilated with the “U” system allow to state that the introduced modification of the mathematical model describing the flow of the mixture of air, gases, and wet slurry with consideration of the coal burning process in the fire source area was verified positively. The digital prognostic simulations have confirmed a vital impact of the wet slurry supplied into the goaf on the processes of coal burning and also the change of rate and volume flow rate of the air mixture in goaf. As a complement to the above it should be noted that such elements as the place of the slurry supply in comparison with the longwall inclination or fire source area location is of great importance for the effectiveness of the fire prevention used. The development of computer/ digital simulation methods requires further investigations of the model adopted in this study. Those investigations should be aimed at making credible the theoretical model of the mixture flow through porous medium and the supplied mineral material. Such investigations will allow to verify the body form based on the mixture parameters such as humidity, viscosity, and fluidity and depending on the properties of the porous medium. Further development of the modelling of the phenomena discussed in this paper should be based on the methods of use of the description of the flow of fluids and slurry on the basis of 3D models.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań prowadzące do dalszego poznania zjawisk zachodzących w zrobach związanych z przepływem mieszaniny powietrzno-gazowej (metan, dwutlenek węgla, azot, tlen i produkty utleniania węgla) z uwzględnieniem wpływu podawanych substancji mineralnych na procesy samozagrzewania pozostawionego w zrobach węgla. Znaną i stosowaną z powodzeniem metodą zapobiegania pożarom w zrobach jest technologia wypełniania zrobów mieszaniną popiołowo - wodną, co wiąże się również z zagadnieniem efektywnego jej stosowania. Rozwijane metody komputerowej symulacji rozważanego procesu dobrze uzupełniają jej stosowanie. Przedstawiono rozbudowany model matematyczny opisujący proces doszczelniania zrobów poprzez podanie za pomocą trzech rurociągów wilgotnej zawiesiny, bazuje na bilansie objętości mieszaniny doprowadzonej i zawartej w bryle utworzonej w zrobach. Kształt tej bryły oszacowano na podstawie dostępnych w literaturze wyników obserwacji i wyników badań modelowych. Wykonane przykłady obliczeniowe dla rejonu ściany i jej zrobów przewietrzanej system na „U“, pozwalają stwierdzić, że dokonana modyfikacja modelu matematycznego opisującego przepływ mieszaniny powietrza, gazów i wilgotnej zawiesiny z uwzględnieniem procesu palenia węgla w ognisku pożaru została pozytywnie zweryfikowana. Wykonane komputerowe symulacje prognostyczne, potwierdziły istotny wpływ podawanej wilgotnej zawiesiny do zrobów na procesy palenia węgla jak również na zmiany prędkości i strumienia objętości przepływu mieszaniny powietrza w zrobach. W uzupełnieniu powyższego należy zauważyć, że takie elementy jak miejsce podania zawiesiny w stosunku do nachylenia ściany czy lokalizacji ogniska pożaru ma duże znaczenie dla skuteczności zastosowanej profilaktyki pożarowej. Rozwój komputerowej symulacji wymaga eksperymentalnych badań celem uwiarygodnienia przyjętego w niniejszej pracy teoretycznego modelu przepływu mieszaniny i podawanych substancji mineralnych przez ośrodek porowaty. Badania takie umożliwią weryfikację kształtu bryły w zależności od parametrów mieszaniny takich jak wilgotność, lepkość i rozlewność oraz od własności ośrodka porowatego. Dalszy rozwój modelowania omawianych w artykule zjawisk winien opierać się na metodach zastosowania opisu przepływu płynów i zawiesiny w oparciu o modele trójwymiarowe.

Słowa kluczowe

EN

longwall goaf; digital simulation; fire hazard; inlet mineral substances

PL

zroby ściany wydobywczej; symulacja cyfrowa; zagrożenie pożarowe; wlotowe substancje mineralne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 1
• Strony: 3--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Strata Mechanics Research Institute of Polish Academy of Sciences, Ul. Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

autor

Krach A.

• Strata Mechanics Research Institute of Polish Academy of Sciences, Ul. Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pałka T.

• Strata Mechanics Research Institute of Polish Academy of Sciences, Ul. Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Dziurzyński W., 1998. Prognozowanie procesu przewietrzania kopalni głębinowej w warunkach pożaru podziemnego. Studia, Rozprawy, Monografie, Nr 56, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2008. Walidacja programu VentZroby z wykorzystaniem wyników eksperymentu „in situ” i z zastosowaniem nowych algorytmów przygotowania danych wejściowych. Prace IMG PAN, tom 10, nr 1-4.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T. 2010a. Computer simulation of the impact of fed-in mineral substanceson air and methane flow in longwall goaf, Archives of Mining Sciences, Vol. 55, No. 3, p. 517-535.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S. 2010b. Digital Simulation of the Gas-dynamic Phenomena Caused by Bounce Experiment and Validation. Archives of Mining Sciences, Vol. 55 No. 3, p. 403-424.
• Dziurzyński W., Krause E., 2012. Influence of the field of aerodynamic potentials and surroundings of goaf on methane hazard in Longwall N-12 in Seam 329/1, 329/1-2. Archives of Mining Sciences, Vol. 57, No. 4, p. 819-830.
• Dziurzyński W., Pomykała R., 2006. Fly ash suspension with CO2 as a new method of gob fire prevention in coalmines. [in:] New Technological Solutions in Underground Mining: International Mining Forum 2006, editors: E.J. Sobczyk, J. Kicki, Book Series: Proceedings and Monographs in Engineering, Water and Earth Sciences, p. 107-113.
• Dziurzyński W., Tracz J., 1994. Dynamika ogniska pożaru w świetle badań eksperymentalnych, Archiwum Górnictwa, Vol. 39, No. 4.
• Krause E., Łukowicz K, Piotrowski Z., 2009. Wpływ własności popiołów lotnych na poziom zagrożenia metanowego w polach eksploatacyjnych. Międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna, GIG Tąpania 2009.
• Krawczyk J., Ligęza P., Poleszczyk E., Skotniczny P., 2011. Advanced hot-wire anemometric measurement systems in investigations of the air flow velocity fields in mine headings. Archives of Mining Sciences, Vol. 56, No. 4, p. 683-700.
• Nawrat St., 1999. Eksperymentalne i modelowe badania procesu wypełniania metanem otamowanych wyrobisk w kopalniach węgla kamiennego. Prace naukowe, badawcze, wdrożeniowe EMAG Katowice, nr 1 (11).
• Piotrowski Z., Mazurkiewicz M., 2006. Chłonność doszczelnianych zrobów zawałowych. Górnictwo i Geoinżynieria, Kwartalnik AGH, Rok 30, Zeszyt 3.
• Piotrowski Z., Pomykała R., Kanafek J., 2009. The utilization of energy waste in Polish underground coalmines. Proceedings World of Coal Ash (WOCA) Conference, Lexington.
• Pomykała R., Kepys W., Lyko P., 2013. Temperature and Cement Additive on Setting Time of Fly Ash-water Suspensions. Rocznik Ochrona Srodowiska, Vol. 15, p. 1818-1833, Part 2.
• Skotniczny P., 2013. Three-dimensional numerical simulation for the mass exchange between longwall headings and goafs , in the presence of methane drainge in a U-type ventilated longwall, Archives of Mining Sciences, Vol. 58, No. 3, p. 705-718.