The numerical simulation of a sudden inflow of methane into the end segment of a longwall with Y-type ventilation system

• Autorzy: Krawczyk J. , Janus J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0065

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna nagłego dopływu metanu do końcowego odcinka ściany wydobywczej przewietrzanej w systemie na Y

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Present paper is an analysis of the propagation of methane in the end segment of a longwall ventilated by means of the Y-type ventilation system. The propagation in question occurs as a result of sudden inflows of methane from the adjacent goaf. Relevant simulations for multiple variants were carried out using the Finite Volume Method. As part of the process of verifying the adopted numerical methods, the simulation of the stationary propagation of methane under conditions corresponding to in-situ measurements, and in relation to the end segment of the CW-4 longwall in the „Budryk” coliery, was carried out. The dimensions adopted were consistent with the data obtained in the course of in-situ measurements. The model encompassed eight sections of a powered roof support, a segment of a temporary support, and a fragment of the CW-4 heading. The distributions of velocity for the SST k-ω and SAS turbulence models were compared with the data from the in-situ measurements. The highest compatibility with the results of the flow velocity measurements was demonstrated in the case of the SAS model. The verified models were subsequently used in the process of simulating the results of sudden, local methane inflows from the goaf adjacent to the temporary support, as well as from underneath the shield of the fifth section. The simulation results were presented as a sequence of methane concentration distributions, on selected internal surfaces of the computational domain.

PL

Rozpatrywano zagadnienie propagacji metanu w końcowym odcinku ściany przewietrzanej w systemie na Y wywołanej przez nagłe dopływy od strony zrobów. Przeprowadzono wielowariantowe symulacje wykorzystując metodę objętości skończonej. W ramach weryfikacji użytych metod numerycznych przeprowadzono symulację stacjonarnego rozpływu metanu dla warunków odpowiadających pomiarom in-situ, w odniesieniu do końcowego odcinka ściany CW-4 z KWK Budryk. Przyjęto wymiary zgodne z danymi z pomiarów in-situ. Model składał się ośmiu sekcji obudowy zmechanizowanej, odcinka w obudowie doraźnej, oraz fragmentu chodnika CW-4. Porównano rozkłady prędkości dla modeli turbulencji k-ω SST i SAS z danymi z pomiarów “in-situ”. Najlepszą zgodność z wynikami pomiarów prędkości przepływu otrzymano dla modelu SAS. Zweryfikowane modele użyto do symulacji skutków nagłych dopływów metanu od strony zrobów obudowy doraźnej i spod osłony odzawałowej piątej sekcji. Wyniki symulacji przedstawiono w postaci sekwencji rozkładów stężeń metanu na wybranych przekrojach obszaru obliczeniowego.

Słowa kluczowe

EN

methane hazard; longwall; scale adaptive simulation

PL

zagrożenie metanowe; ściana wydobywcza; symulacja z adaptacją skali

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 4
• Strony: 941--957
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

autor

Janus J.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] ANSYS [2013] Fluent User Manual, Ansys Inc.
• [2] Calizaya F., Yang G., McPherson M.J., Danko G., Mousset-Jones P., 1991. Transients in Gas Concentration Within a System of Controlled Recirculation in Mines. Proc. of the 5th US Mine Ventilation Symposium.
• [3] Dziurzyński W., Kruczkowski J., Wasilewski S., 2012. Nowoczesna metoda badania przepływu powietrza i metanu w wyrobisku kopalni. Monografia pt. „Nowe spojrzenie na wybrane zagrożenia naturalne w kopalniach” pod red. S. Pruska i J. Cygankiewicza.
• [4] Dziurzyński W, Kruczkowski J., Krawczyk J., Skotniczny P., Janus J., Ostrogórski P. 2013. Badania eksperymentalne rozszerzonego systemu wraz z weryfikacją metodami symulacji komputerowych, w tym z wykorzystaniem modeli 3D. Report from the stage 8 of the strategic project „Improving work safety in mines” (no. SP/K/8/159840/12), Development of a gasometric system for immediate switching off the electical power supplying machines and devices in case of a sudden inflow of methane form goaf to workings, ed. IMG-PAN.
• [5] 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 in “Krupiński” Coal Mine. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 4, p. 819-830.
• [6] Galeazzo C.C., 2013. Simulation of Turbulent Flows with and without Combustion with Emphasis on the Impact of Coherent Structures on the Turbulent Mixing. dr thesis Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Karlsruhe, Germany.
• [7] Mc Pherson M.J., 1995. The Adiabatic Compression of Air by Large Falls of Roof. Proc. of the 7th US Mine Ventilation Symposium.
• [8] Menter F., 2012. Best Practice of Scale-Resolving Simulations in ANSYS CFD. ANSYS Inc. www.ansys.com.
• [9] 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. Arch. Min. Sci., Vol. 58, No 3, p. 705-718.
• [10] Szlązak N., Kubaczka C., 2012. Impact of coal output concentration on methane emission to longwall faces. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 1, p. 3-21.