Wpływ geometrii chodnika wentylacyjnego i sposobu jego likwidacji na rozkład stężenia metanu w rejonie wylotu ze ściany przewietrzanej sposobem U w świetle obliczeń numerycznych CFD

• Autorzy: Wierzbiński K.

Warianty tytułu

EN

The influence of ventilation roadway geometry and its method of liquidation on methane concentration in outlet of longwall ventilated U-system on the basis of CFD calculations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wyniki obliczeń numerycznych stężeń metanu w chodniku wentylacyjnym, tj. w wyrobisku odprowadzającym powietrze ze ściany przewietrzanej w układzie na „U po caliźnie węglowej”. Symulacje przeprowadzone zostały przy użyciu komercyjnego programu ANSYS CFX, który wykorzystuje tzw. obliczeniową mechanikę płynów CFD. Dla potrzeb obliczeń numerycznych wykorzystano zweryfikowane pod względem geometrii i poprawności przyjmowanych założeń modele geometryczne 3D fragmentu pola ścianowego, umożliwiające prognozowanie stężenia metanu na wylocie ze ściany. Z obliczeń numerycznych wynika, że lokalizacja niebezpiecznych stref występowania metanu uzależniona jest nie tylko od warunków wentylacyjno-metanowych, ale również od geometrii chodnika wentylacyjnego oraz sposobu jego likwidacji. Maksymalne stężenia metanu mogą występować na linii likwidacji chodnika wentylacyjnego przy ociosie odzawałowym przy likwidacji chodnika tamami izolacyjnymi z uszczelnieniem ociosu odzawałowego lub przy ociosie przeciwległym wyrobiska, w przypadku likwidacji chodników na zawał. Z obliczeń CFD wynika również, że zmniejszenie przekroju poprzecznego chodnika poniżej 12 m 2 powoduje wzrost zagrożenia metanowego przy ociosie przeciwległym przed linią zawału ściany. Dla chodników wentylacyjnych o dużych przekrojach poprzecznych strefa niebezpieczna ograniczona jest wyłącznie do części likwidowanej wyrobiska.

EN

This article presents numerical calculations of methane concentration distribution in the air flowing ventilation roadway ie. roadway of the discharge air from a longwall ventilated by means of the “U” system. Simulations was performed in ANSYS CFX, which uses CFD – Computational Fluid Dynamics. For the numerical calculations there were used the 3D geometric models, which give the possibility to forecast methane concentration at the outlet of the longwall, because there were validated in terms of geometry and the correctness of the assumptions. CFD calculations show that the location of dangerous methane zones (places special hazard) depends not only on the ventilation-methane conditions but also on the geometry of the ventilation roadway and method of its liquidation. In case of the dams using to liquidate roadway and isolator located in goaf side the maximum methane concentrations occur on line of liquidated ventilation roadway near the roadside from the goaf. However, in case of liquidation roadways by getting goaf methane concentrations are located on roadside opposite to the goaf. CFD calculations show that the reduction in cross-section area of ventilation roadway below 12 m2 increases the methane hazard on side opposite to the goaf in front of goaf line. Danger methane zone in ventilation roadways with large cross-sections area is limited to only part of the liquidated.

Słowa kluczowe

PL

zagrożenie metanowe; wentylacja; ściana w układzie U; prognozowanie stężeń metanu; modelowanie CFD

EN

mining ventilation; longwall ventilation in the U-system; methane hazard; modeling of CFD; prediction of methane concentrations

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 94
• Strony: 217--228
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzbiński K.

• Główny Instytut Górnictwa, Kopalnia Doświadczalna „Barbara” w Mikołowie

Bibliografia

• [1] Ansys [Online] Dostępne w: http://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-CFX [Dostęp: 12.02.2011].
• [2] Branny, M. 2006. Komputerowa symulacja przepływu mieszaniny powietrzno-metanowej w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Archiwum Górnictwa – Archives of Mining Sciences 51(1), s. 133–145.
• [3] Branny, M. i Filipek, W. 2008. Modelowanie procesu przewietrzania wyrobisk ślepych przy występujących zagrożeniach skojarzonych metodami CFD. XXXIV Dni Techniki ROP’ 2008, XXV eminarium, Zagrożenia skojarzone – teoria i praktyka.Rybnik, 23.10.2008 r. Gliwice Instytut Eksploatacji Złóż, Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej, s. 1–11.
• [4] Dziurzyński, W. 2002. Symulacja numeryczna procesu przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, seria: Rozprawy – monografie 2. Kraków, 129 s.
• [5] Krause i in 2008 – Krause, E., Cybulski, K. i Wierzbiński, K. 2008. Modelowanie rozkładu koncentracji metanu w rejonie skrzyżowania chodnika wentylacyjnego ze ścianą. XXI Światowy Kongres Górniczy. Kraków–Katowice, 7–11 września 2008, s. 29–40.
• [6] Krause, E. i Łukowicz, K. 2004. Zasady prowadzenia ścian w warunkach zagrożenia metanowego. seria: Instrukcje No 17. Katowice: Główny Instytut Górnictwa – Kopalnia Doświadczalna „Barbara” w Mikołowie, 39 s.
• [7] Krawczyk, J. 2007. Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych. Przykłady zastosowań. Archiwum Górnictwa – Archives of Mining Sciences. Serie: Monografie Nr 2, Kraków, 198 s.
• [8] Nawrat i in 2006 – Nawrat, S., Kuczera, Z. i Napieraj, S. 2006. Badania modelowe zwalczania zagrożenia metanowego na wylocie ściany przewietrzanej systemem „U”. 4 Szkoła Aerologii Górniczej. Kraków, 10–13 października 2006. Katowice: Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, s. 455–466.
• [9] Wierzbiński, K. 2009. Modelowanie komputerowe rozkładu parametrów powietrza oraz koncentracji metanu w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. 5 Szkoła Aerologii Górniczej. Wrocław 13–16 października 2009. Wrocław: ZPU Cuprum, s. 111–118.
• [10] Wierzbiński, K. 2011. Sprawozdanie merytoryczne z realizacji projektu badawczego pt. „Identyfikacja niebezpiecznych stref metanu w rejonach przewietrzanych w układzie na U po caliźnie węglowej”.Załącznik nr 4 do raportu końcowego z projektu nr N N524 3381 40. Katowice, Archiwum KD-1 (praca niepublikowana).
• [11] Wierzbiński, K. 2013. Wyniki badań rozkładu stężeń metanu w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym w układzie przewietrzania ścian na „U” po caliźnie. s. 275–285 [W:] Cygankiewicz J. i Prusek S. Zagrożenia aerologiczne w kopalniach węgla kamiennego – profilaktyka, zwalczanie, modelowanie, monitoring. Katowice, Główny Instytut Górnictwa, s. 285.
• [12] Wierzbiński, K. 2016a. Wykorzystanie metod CFD w prognozowaniu przestrzennym rozkładu koncentracji metanu w chodniku wentylacyjnym – opracowanie i walidacja modeli numerycznych 3D. Przegląd Górniczy 72(2), s. 44–55.
• [13] Wierzbiński, K. 2016b. Geometria skrzyżowań ścian z chodnikami wentylacyjnymi – konfiguracja pomocniczych urządzeń wentylacyjnych. Przegląd Górniczy 72(2), s. 66–79.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.