Computer simulation of the impact of fed-in mineral substances on air and methane flow in longwall goaf

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

Warianty tytułu

PL

Symulacja komputerowa wpływu podawanych substancji mineralnych na przepływ powietrza i metanu w zrobach ścian wydobywczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a mathematical model for sealing mine goaf. The model has been applied using VentZroby software for determining air distribution patterns in goaf varying over time as the goaf are gradually filled. The developed model is based on the balance of the volume of a mixture supplied and contained in the body formed in the goaf. The geometric body shape has been assessed on the basis of observations and the results from model studies available in literature. However, the real shape of the body formed in goaf from a supplied mixture has not so far been known. There is also no theoretical model of the flow of such a mixture through a porous medium that would allow the body shape in relation to the mixture parameters - such as viscosity and fluidity - and the other medium properties, to be determined. But even a simplified model of the mixture body and its variations presented in this paper allows - using VentZroby computer simulation software - the air flow distribution in goaf to be determined, and its variations over time while filling goaf with observed suspended matter. The prognostic calculations made for the first time reveal the impact of suspended matter applied to goaf on changes in the air and methane flow parameters, and also on the development of goaf fire. An interesting case of prognostic simulations from applying a water-ash suspension to goaf areas is presented. In subsequent figures the phases of feeding goaf with a suspended matter in accordance with the assumed calculation scenario are presented. The observed variations in the height of filling the goaf in a D-31 longwall demonstrates the effects from applying suspended matter that spreads over a goaf over time. The outlet of the pipeline supplying a suspended mixture runs in the upper part of the D-31a (h = 2.5 m) ventilation airway, and in this case the suspended matter fills the goaf area to this height. We also noted that due to the slope of the goaf (see the elevations in the goaf area) the suspended matter supply pipeline has its outlet at the highest point of the goaf. This undoubtedly facilitates the penetration of suspended matter into the goaf. To complete the above it should be noted that such elements as the longwall slope and the point where the suspended matter is supplied in relation to the longwall slope or location of the fire centre is of great importance for fire prevention. The above example does not exhaust our fount of knowledge concerning these solutions. The VentZroby computer simulation software allows study of the application of suspended matter to goaf as a function of the location of the supply pipeline outlet, goaf area seal-tightness, fire location, and the spatial situation of the mined longwall.

PL

W artykule przedstawiono opracowany model matematyczny procesu doszczelniania zrobów, który został zastosowany w programie VentZroby do wyznaczenia rozpływu powietrza w zrobach, zmieniającego się w czasie w miarę wypełniania zrobów. Opracowany model 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. Jednak rzeczywisty kształt bryły utworzonej w zrobach przez dopływającą mieszaninę nie jest dotychczas znany. Brak jest też teoretycznego modelu przepływu takiej mieszaniny przez ośrodek porowaty, który pozwoliłby określić kształt bryły w zależności od parametrów mieszaniny takich jak lepkość i rozlewność oraz od własności ośrodka Jednak nawet uproszczony model bryły mieszaniny i jej zmian, przedstawiony w niniejszej pracy pozwala, z zastosowaniem programu symulacyjnego VentZroby, wyznaczyć rozkład prędkości przepływu powietrza w zrobach i obserwować jego zmiany w czasie wypełniania zrobów zawiesiną. Wykonane po raz pierwszy obliczenia prognostyczne pokazały wpływ podawanej zawiesiny do zrobów na zmiany parametrów przepływu mieszaniny powietrza i metanu a także na rozwój ogniska pożaru w zrobach. Przedstawiono interesujący przypadek prognostycznych symulacji dla podawania zawiesiny wodno-popiołowej do obszaru zrobów. Na kolejnych rysunkach pokazano fazy wypełniania zawiesiną zrobów zgodnie z przyjętym scenariuszem prowadzenia obliczeń. Obserwowane zmiany wysokości wypełnienia zrobów ściany D-31a pokazują efekt podawanej zawiesiny, która w miarę upływu czasu rozprzestrzenia się w zrobach. Wylot rurociągu do podawania zawiesiny jest prowadzony w górnej części chodnika D-31a (h = 2.5 m), wobec czego zawiesina do tej wysokości wypełnia obszar zrobów. Ponadto zauważamy, że z uwagi na nachylenie zrobów (patrz koty niwelacyjne obszaru zrobów) rurociąg do podawania zawiesiny ma zlokalizowany wylot w najwyższym punkcie zrobów, co niewątpliwie ułatwia jej penetracje w zrobach. W uzupełnieniu powyższego należy zauważyć, że takie elementy jak nachylenie ściany i miejsce podania zawiesiny w stosunku do nachylenia ściany czy lokalizacji ogniska pożaru ma duże znaczenie dla profilaktyki pożarowej. Przedstawiony przykład nie wyczerpuje naszego stanu wiedzy w zakresie pokazanych rozwiązań. Możliwości programu symulacji komputerowej VentZroby pozwalają na rozważnie podania zawiesiny do zrobów w zależności od lokalizacji wylotu rury doprowadzającej zawiesinę oraz jej wydajności, szczelności obszaru zrobów, lokalizacji ogniska pożaru i przestrzennego położenia eksploatowanej ściany.

Słowa kluczowe

EN

longwall goaf; digital simulation; inlet suspension; methane hazard

PL

zroby ściany wydobywczej; symulacja numeryczna; podawanie zawiesin; zagrożenie metanowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 3
• Strony: 517--535
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

autor

Krach A.

autor

Pałka T.

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

Bibliografia

• Dziurzyński W., 1998. Forecasting of the ventilation process developing in the mine ventilation after occurrence of an underground fire. Studies, Thesis, Monographs, No. 56, year – PL ISSN 0860-74-19, Mineral and Energy Research Economy Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków (1998).
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2008. The validation of the VentZroby software with the use of the result of an „in situ” experiment and new algorithms of input data preparation. Researches of the Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, vol. 10, No. 1-4.
• Krause E., Łukowicz K., Piotrowski Z., 2009. The impact of volatile ashes on the methane hazard level in mining fields. International conference, Central Mining Institute - Rock Bumps.
• Krause E., 2009. Systematisation of Seams Designed for Extraction in Mines from the Aspect of the Mining-Geological and Gas Recognition Level. Arch. Min. Sci., Vol. 54, No 2, Kraków.
• Nawrat S., 1999. Experimental and model researches of the filling the stopping insulated workings with methane in hard coal mines. Scientific researches, implementations, the Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice, No. 1 (11) 1999.
• Piotrowski Z., Mazurkiewicz M., 2006. Absorbing capacity sealed fall goaf. Górnictwo i Geoinżynieria, Quarterly, AGH, Year 30, Bulletin 3.
• Plewa F., Mysłek Z., 1995. Review of fine-grain waste management in mine workings in the light of own research and experience. Scientific Bulletins of the Silesian University of Technology, Mining Series, Bulletin 225.
• Plewa F., Mysłek Z., Strozik G., 1997. The degree of the sealing of fall goaf in relation to fine-grained mixture parameters. Scientific Bulletins of the Silesian University of Technology, Mining Series, Bulletin 226.