Weryfikacja procedur programu VentZroby w oparciu o numeryczną mechanikę płynów

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krawczyk J. , Pałka T.

Warianty tytułu

EN

Verification of procedures in the program VentZroby based on CFD approach

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono obliczenia porównawcze dla rejonu ściany wraz z przyległym obszarem zrobów. Porównywano model numeryczny stosowany w programie VentZroby z trójwymiarowym opisem metodą objętości skończonej. Program VentZroby jest rozszerzeniem jednowymiarowego modelu przepływu w wyrobiskach kopalnianej sieci wentylacyjnej. Rozszerzenie to obejmuje obszar zrobów zastąpiony przez sieć prostopadłych bocznic reprezentujących liniową filtrację w płaszczyźnie wybranego pokładu. W ten sposób ten sam model numeryczny sieci bocznic może opisywać zarówno turbulentny przepływ w wyrobiskach chodnikowych jak i liniową filtrację z zrobach. Porównanie z inną metodą numeryczną posłużyło zarówno do weryfikacji poprawności metody jak i pokazania jej ograniczeń, wynikających z przyjętych uproszczeń. Do porównania wybrano metodę objętości skończonej zaimplementowaną w oprogramowaniu ANSYS – Fluent. Odpowiednio do założeń modelu programu VentZroby, obszar obliczeniowy stanowił bardzo uproszczoną, trójwymiarową reprezentację rejonu ściany, w której chodnikom i zrobom odpowiadają prostopadłościany. Pominięto wpływ urządzeń w ścianie. Zroby miały jednorodną i izotropową porowatość. Prowadzono obliczenia dla przepływu czystego powietrza. Analiza porównawcza wykazała istotny wpływ lokalnych zaburzeń przepływu w otoczeniu naroży ściany na rozkłady ciśnień i prędkości w przyległych rejonach zrobów. Dla weryfikacji programu VentZroby zmodyfikowano model trójwymiarowy, tak by zaburzenia te w nim nie występowały. Osiągnięto zadowalającą zgodność wyników, wskazującą na poprawność weryfikowanego modelu. Dla programu VentZroby zaproponowano metodę lepszej reprezentacji wpływu lokalnych zaburzeń przepływu na rozkład ciśnień i prędkości w obszarze zrobów poprzez korektę oporów odcinków chodników ściany w otoczeniu naroży. Wyniki zilustrowano wykresami rozkładów ciśnień i prędkości.

EN

Comparison studies were performed for the face region with the abutting goaf. The numerical model applied in the program VentZroby is compared with a 3D description by the finite volume method. The program VentZroby is an extension of a 1D model of gas flow in a ventilation network in a mine, incorporating the goaf region replaced by the network of perpendicular branches, representing linear filtration in the plane determined by the given coalbed. Thus, the same numerical model of branches can be both used to handle turbulent flows in mine headings as well as linear filtration processes in the goafs. Comparison with another numerical method is made to verify the adequacy of the method and to reveal its limitations, resulting from the simplifying assumptions. The Finite volume method is chosen for comparison, implemented in the ANSYS software. In accordance with the assumptions underlying VentZroby, the target area was a simplified 3D representation of the face region and mine headings and goaf are repented by parallelograms. The impacts of the face equipment is neglected. Porosity of goaf is assumed to homogeneous and isotropic. Calculations were performed for the flow of clean air. The comparative analysis revealed the major influence of local flow disturbances in the vicinity of face corners on pressure and velocity distributions in the abutting goaf regions. To verify the program VentZroby, a 3D model was modified such that those flow disturbances should not occur. The results agree sufficiently well, evidencing the adequacy of the model being verified. To better represent the impacts of local flow disturbances on pressure and velocity distributions in the goaf regions a method is suggested whereby the flow resistances of the face sections in the corner areas should be corrected accordingly. The results are completed with pressure and velocity distribution plots.

Słowa kluczowe

PL

wentylacja kopalń; sieci wentylacyjne; migracja w zrobach; metoda objętości skończonej; trójwymiarowy opis

EN

mine ventilation; ventilation systems; gas migration in goaf; finite volume method; 3D description

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 12, no. 1-4
• Strony: 101--113
• Opis fizyczny: Bibluiogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Krawczyk J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Pałka T.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Balusu R., Humpries P., Harrington P., Wendt M., Xue S., 2002. Optimum Inertisation Strategies. Proceedings of Queensland Mining Industry Health & Safety Conference, Townsville, Australia 4-7 August 2002, p. 133-144.
• 2. Balusu R., Chaudari S., Harvey T., Ren T., 2005. An Investigation of Air and Dust Flow Patterns Around the Longwall Shearer. Proceedings of the 8th International Mine Ventilation Congress, Brisbane Australia, The Australasian Institute of Mining and Metallurgy, p. 135-142.
• 3. Branny M., 2006. Computer Simulation of Flow of Air and Methane Mixture in the Longwall – Return Crossing Zone. Arch. Min. Sci., Vol. 51, No 1, p. 133-145.
• 4. Brady D., Harrison P., Bell, S. 2009. 20 Years of Onsite Gas Chromatographs at Queensland Underground Coal Mines. Proceedings of the Ninth International Mine ventilation Congress, India, p. 987-998.
• 5. Cimr A., Wasilewski S., Przystolik A., 2006. Możliwości oceny stanu atmosfery w zrobach z wykorzystaniem metanometrii automatycznej. Materiały 4 Szkoły Aerologii Górniczej, Kraków, s. 509-518.
• 6. Cybulski K., Krause E., Wierzbiński K., 2008. Modelling of methane concentration distribution in region of ventilation roadway crossing with longwall. Proc. of the 21st World Mining Congress, Underground Mine Environment, p. 29-40.
• 7. Dziurzyński W., Krach A., Krawczyk J., Pałka T., 2008. The flow of humid air in the ventilation network of a mine with an underground fi re. Arch. Min. Sci., Monogr., No 4, p. 112.
• 8. Dziurzyński W., Pałka T., 2009. Rozpływ powietrza, metanu i gazów pożarowych w rejonie ściany F-22 pokład 405/1 w KWK Borynia przed wybuchem metanu. Materiały 5 Szkoły Aerologii Górniczej, Wrocław, s. 19-32.
• 9. Karacan C.Ö., 2009. Reservoir Engineering Considerations for Coal Seam Degasifi cation and Methane Control in Underground Coal Mines. Proceedings of the Ninth International Mine ventilation Congress, India, p. 505-516.
• 10. Krawczyk J., Wasilewski S., 2009. Migration of Methane into Longwall and Tailgate Crossing. Proceedings of the Ninth International Mine ventilation Congress, India, p. 483-493.
• 11. Skotniczny S., 2008. Three-dimensional Distribution of Temperature and Gas Concentration in Longwall Drifts Accompanying the Phenomenon of Self-combustion of Coal Deposited in Longwall Goaf. Arch. Min. Sci., Vol. 53, No 2, p. 235-255.
• 12. Szlazak J., Szlazak N., Obracaj D., Borowski M., 2009. Method. of Determination of Methane Concentration in Goaf. Proceedings of the Ninth International Mine ventilation Congress, India, p. 533-544.
• 13. Tauzide C., Mouilleau Y., Bonet R., 1993. Modelling of gas flows in the goaf of retreating faces. 25th International Conference of Safety in Mines Research Institutes, Pretoria, South Africa 1993.