Wpływ konwergencji chodnika przyścianowego na proces przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni - badania modelowe

• Autorzy: Walentek A. , Janoszek T. , Prusek S. , Lubosik Z.

Warianty tytułu

The influence of longwall gateroad convergence on the ventilation process of mine ventilation network – model tests

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W myśl aktualnie obowiązujących przepisów górniczych kopalnie węgla kamiennego zobligowane są do ciągłego przewietrzania wyrobisk górniczych w ilości zapewniającej utrzymanie w tych wyrobiskach wymaganego składu powietrza o określonej wilgotności i temperaturze, który zapewni właściwy komfort załóg górniczych zatrudnionych przy prowadzeniu eksploatacji pokładów węgla, zwłaszcza tych głęboko zalegających. Wszystkie wyrobiska górnicze, które stanowią elementy składowe sieci wentylacyjnej kopalni, powinny być przewietrzane w sposób umożliwiający utrzymanie prawidłowego stężenia tlenu na poziomie nie mniejszym niż 19% (objętościowo), a najwyższe dopuszczalne stężenia gazów w powietrzu, takich jak metan, tlenek węgla czy dwutlenek węgla, powinny być utrzymywane na stałym niezmiennym poziomie. Przepływ powietrza w sieci wentylacyjnej kopalni może zostać zakłócony na skutek naturalnej konwergencji (deformacji) wyrobisk podziemnych, doprowadzając do zmiany jego pierwotnego przekroju poprzecznego. Zmniejszenie pola powierzchni wyrobiska skutkuje powstaniem lokalnych oporów w przepływie powietrza i zmianą potencjałów aerodynamicznych odcinków znajdujących się za zdeformowanym wyrobiskiem, co w rezultacie prowadzi do pojawienia się stanów awaryjnych w procesie przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. W artykule przedstawiono wyniki prowadzonych badań modelowych wpływu prognozowanej konwergencji wyrobiska przyścianowego na proces przewietrzania wybranego odcinka sieci wentylacyjnej kopalni w pełnym ich przekroju. Proces modelowania zaciskania wyrobiska podziemnego prowadzono z zastosowaniem metody elementów skończonych w programie PHASE2. Proces modelowania wpływu zmian pola przekroju wyrobiska na proces przewietrzania wybranego odcinka sieci wentylacyjnej kopalni przeprowadzono z zastosowaniem metod numerycznej mechaniki płynów CFD w programie Ansys-Fluent.

EN

According to the current regulations, hard coal mines are obliged to constantly ventilate mine workings in an amount ensuring the required air composition with a certain humidity and temperature, which will ensure proper comfort for mining crews employed in coal mining, especially deep deposits. All underground workings which are part of the mine ventilation network should be ventilated in a way that allows to maintain proper oxygen concentration not lower than 19% (by volume), and the maximal allowable concentrations of gases in the air such as methane, carbon monoxide or carbon dioxide should be kept at a constant level. The air flow in the mine ventilation network may be disturbed due to the natural convergence (deformation) and lead to change its original cross-section. Reducing the cross-section of the mining excavation may cause local resistance in the air flow and changes in aerodynamic potentials, which leads to emergency states in the mine ventilation network. This paper presents the results of numerical simulations of the mining excavation convergence influence on the process of ventilation of a selected part of the mine ventilation network. The mining excavation convergence was modeled with use of the finite element method in the PHASE 2 program. The influence of changes in the cross-section of the mining excavation on the ventilation process of a selected part of the mine ventilation network was carried out using the computational fluid dynamics method (CFD) in the Ansys-Fluent program.

Słowa kluczowe

PL

geomechanika; konwergencja; numeryczne modelowanie; technologia; eksploatacja

EN

geomechanics; convergence; numerical modelling; technology; extraction

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 74, nr 3
• Strony: 15--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 pozz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walentek A.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Janoszek T.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Prusek S.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Lubosik Z.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] Ansys Fluent 12.0. 2009 - Theory Guide. ANSYS, Inc. 2009.
• [2] BILIŃSKI A. 1968 - Przejawy ciśnienia górotworu w polach eksploatacji ścianowej w pokładach węgla. „Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej” nr 221.
• [3] GŁUCH P. 2000 - Projektowanie obudowy podporowej przykotwionej dla wzmocnienia skrzyżowania ściana-chodnik. „Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej”, Seria: Górnictwo, s. 246.
• [4] HOEK E. 2006 - Practical Rock Engineering. Rocscience Inc, www.rocscience.com.
• [5] JAWORSKI Z. 2005 - Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej. EXIT, Warszawa.
• [6] KRAUSE E., PRUSEK S. 2014 - Wpływ zmian przekrojów wyrobisk przed i za frontem ścian na kształtowanie się zagrożeń metanowego oraz pożarem endogenicznym. „Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie” nr 9, s.11-18.
• [7] MAŁKOWSKI P. 2004 - Obserwacje stref spękań wokół wyrobisk korytarzowych dla oceny jakości górotworu. XXVII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu. Kraków.
• [8] MAŁKOWSKI P. 2003 - Badania endoskopowe dla określania jakości skał. „Górnictwo i Geoinżynieria”, 3-4.
• [9] PRUSEK S. 2008 - Metody prognozowania deformacji chodników przyścianowych w strefach wpływu eksploatacji z zawałem stropu. Prace Naukowe GIG nr 874. Katowice.
• [10] PRUSEK S., KOSTYK T. 2002 - Prognoza zaciskania chodników przyścianowych. Prace Naukowe GIG. Seria: Konferencje nr 42.
• [11] SKRZYŃSKI K. 2001 - Nowy typoszereg kształtowników na odrzwiowe obudowy chodnikowe. Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej. Seria: Konferencje nr 40, s. 443-452.
• [12] STOIŃSKI K. i in. 1996 - Przegląd i kierunki rozwoju obudowy wyrobisk korytarzowych i komorowych w kopalniach węgla kamiennego, cz. 3: Stalowe obudowy odrzwiowe dla wyrobisk korytarzowych i komorowych, Prace Naukowe GIG, Nr 811, Katowice.
• [13] WALENTEK A. 2009 - Model numeryczny strefy zniszczenia górotworu wokół chodnika przyścianowego. Kwartalnik GIG 1, s. 67-80.
• [14] WIERZBIŃSKI K. 2016b - Geometria skrzyżowań ścian z chodnikami wentylacyjnymi – konfiguracja pomocniczych urządzeń wentylacyjnych. „Przegląd Górniczy” nr 2.
• [15] WIERZBIŃSKI K. 2016a - Wykorzystanie metod CFD w prognozowaniu przestrzennym rozkładu koncentracji metanu w chodniku wentylacyjnym – opracowanie i walidacja modeli numerycznych 3D. „Przegląd Górniczy” nr 2.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).