Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Symulacja numeryczna rozwoju ogniska pożaru w zrobach ściany prowadzonej na zawał stropu
Języki publikacji
Abstrakty
Issues related to the forecasting of the ventilation process developing in the mine ventilation after occurrence of an underground fire locatcd in a longwall goaf resulted in the development of a method to determine parameters specifying the unstable condition that may develop in the mine ventilation network. This forecasting method was based on a numerical simulation of the ventilation process for the network of mine excavations. The mathematical model of the phenomena under consideration is a complex system of non-linear partial differential equations that are mutually interlinked by physical parameters and boundary and initial conditions. The phenomena described by the mathematical model may be divided into three basic cateorics: I. Distribution of the mixture of air and gases and determination of the flow velocity of the mixture in excavations and goafin relation to various ventilation conditions. 2. Changes in concentration levels of individual components of the mixture, taking into account varying flow velocity and sources of in flow of combustion gases in time. 3. Time and spatial distribution of the temperature of the fire itself and that of the surrounding goaf area. In this paper a mathematical model of a fire in a goaf is presented, which includes the coal combustion process. The result of combustion is a fall in the oxygen content (2, 1), which determines the flow-stream of the generated heat (2.12) and the stream of gases gencrated by thc combustion (2.6). To specify the parameters in the equation that describes the coal combustion process, results of experimental research conducted in conditions of mine excavation were used (Dziurzyński, Tracz 1994). This mathematical model of the fire is presented in the form of cylindrical coordinates (3.8) permitting the for calculation of the fire temperature in the goaf, taking into consideration transport and conductivity of heat generated by the combustion process. Furthermore, absorption of heat by conductivity of the fire's surrounding environment (3.9) was included in the equation of the temperature distribution in the fire. For the mathematical model, boundary and initial conditions were determined for the model- equations (2.8), (3.8), (3.9). To obtain the solution, a numerical method was used based on the approximation of the non-overt (5.1) and overt (5.8), (5.11) differential models. Two examples of simulation of development of the fire under different-vcntilation conditions are investigated. The results of the simulation are presented graphically as time diagrams (Fig. 10) and in a form of spatial distribution diagrams (Figs. 2 to 9). On the basis of the model and the numerically ealeulated solutions, it was concluded that the combustion proeess in the fire occurs mainly at the contact of its face with the inflowing air. As a result of the low flow velocity in the goaf, amounting only to a few mm/s, oxygen is consumed rapidly by the combustion process. The mine fire moves towards the inflow offresh air, thus increasing in size both alongside and across the line of the flow-stream. The simulations performed indicate that there is a certain border value of flow velocity in the goaf, exceeding which results in a sudden development of the fire. This condition is characterised by an increase of the solid's radius, with an increased flow rate of the generated combustion gases. The calculated size of the mine fire is several metres and the shape of the solid that it forms resembles a falling drop of water.
Rozważania dotyczące prognozy procesu przewietrzania odbywającego się w sieci wentylacyjnej kopalni głębinowej po wystąpieniu pożaru podziemnego, zlokalizowanego w zrobach ściany prowadzonej na zawał stropu, doprowadziły do opracowania metody wyznaczania parametrów określających trudny do odgadnięcia stan, w jakim może znajdować się kopalniana sieć wentylacyjna. Metodę prognozowania oparto na symulacji numerycznej procesu przewietrzania sieci wyrobisk kopalni. Model matematyczny badanych zjawisk jest złożonym układem równań różniczkowych cząstkowych nieliniowych, wzajemnie sprzężonych parametrami fizycznymi i warunkami brzeżno-początkowymi. Model matematyczny opisuje zjawiska podzielone na trzy podstawowe działy: 1. Rozpływ mieszaniny powietrza i gazów oraz wyznaczenie prędkości przepływu mieszaniny w wyrobiskach i zrobach w zależności od zmieniających się warunków przewietrzania. 2. Zmiany stężeń poszczególnych składników mieszaniny z uwzględnieniem zmieniających się w czasie prędkości przepływu oraz źródeł dopływu gazów domieszkowych. 3. Rozkład czasoprzestrzenny temperatury ogniska pożaru i otaczającego go obszaru zrobów. W artykule przedstawiono model matematyczny ogniska pożaru w zrobach, który uwzględnia proces spalania węgla. Skutkiem procesu spalania następuje ubytek tlenu (2.1), co determinuje strumień wydzielanego ciepła (2.12) oraz strumień wydzielanych gazów pożarowych (2.6). Dla wyznaczenia parametrów w równaniu opisującym proces spalania węgla wykorzystano badania eksperymentalne przeprowadzone w warunkach wyrobiska górniczego (Dziurzński, Tracz 1994). Przyjęty model matematyczny ogniska pożaru, podany we współrzędnych walcowych (3.8), pozwala na obliczenie temperatury ogniska pożaru w zrobach z uwzględnieniem transportu i przewodnictwa ciepła wydzielonego w procesie spalania węgla. Ponadto w równaniu rozkładu temperatury w ognisku pożaru uwzględniono odbieranie ciepła przez przewodnictwo do otaczającego ognisko pożaru środowiska (3.9). Dla modelu matematycznego wyznaczono warunki brzeżno-początkowe dla równań modelu (2.8), (3.8), (3.9). Dla uzyskania rozwiązania przyjęto metodę numeryczną opartą na aproksymacji schematem różnicowym niejawnym (5.1) oraz jawnym (5.8), (5.11). Przedstawiono dwa przykłady symulacji rozwoju ogniska pożaru przy zmiennych warunkach przewietrzania. Wyniki symulacji pokazano w postaci graficznej na wykresach czasowych (rys. 10) i w postaci rozkładów przestrzennych (rys. 2-9). Na podstawie przedstawionego modelu i uzyskanych numerycznie rozwiązań stwierdzono, iż w ognisku pożaru proces palenia w dużej mierze zachodzi na styku jego czoła z napływającym powietrzem. Wskutek niewielkich prędkości przepływu w zrobach (rzędu mm/s), tlen jest szybko zużywany w procesie palenia. Ognisko pożaru przemieszcza się w kierunku napływu świeżego powietrza, powiększając swoje wymiary zarówno wzdłuż, jak i w poprzek linii prądu. Z przeprowadzonych symulacji wynika, iż istnieje pewna graniczna wartość prędkości przepływu w zrobach, której przekroczenie powoduje gwałtowny rozwój ogniska pożaru. Stan ten charakteryzuje się zwiększeniem promienia bryły, z czym związane jest znaczne zwiększenie wydatku generowanych gazów pożarowych. Uzyskane na podstawie obliczeń rozmiary ogniska pożaru są rzędu kilku metrów, przy czym kształt bryły tworzącej ognisko pożaru przypomina odrywającą się kroplę wody.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
407--431
Opis fizyczny
Bibliogr. 12 poz., wykr.
Twórcy
autor
- Polska Akademia Nauk, Instytut Mechaniki Górotworu, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA4-0002-0031
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.