Wykorzystanie metod CFD w prognozowaniu przestrzennym rozkładu koncentracji metanu w chodniku wentylacyjnym - opracowanie i walidacja modeli numerycznych 3D

• Autorzy: Wierzbiński K.

Warianty tytułu

EN

The use of CFD methods for predicting the three-dimensional field of methane concentration in the ventilation roadway - development and validation of numerical models 3D

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono porównanie wyników obliczeń numerycznych z wynikami dołowych pomiarów rozkładu 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 (ang. Computational Fluid Dynamics). Do obliczeń numerycznych wykorzystano dwa modele 3D stanowiące fragment pola ścianowego złożony ze zrobów, chodnika wentylacyjnego oraz końcowego odcinka ściany. Różnica między modelami wynikała z długości pozostawionego chodnika za linią zawału oraz technologii jego likwidacji. Badania dołowe przeprowadzone zostały w przekrojach poprzecznych chodnika wentylacyjnego w ustalonych odległościach od linii zawału ściany. Pomiary wykonano w ścianach o metanowości wentylacyjnej 0,9-8,2 m3/min, w których nie zastosowano przegrody wentylacyjnej lub wentylatora pomocniczego. Walidację opracowanych modeli obliczeniowych przeprowadzono w oparciu o ocenę zgodności lokalizacji stref podwyższonych stężeń metanu w 21 przekrojach poprzecznych chodnika wentylacyjnego oraz porównanie wartości stężeń metanu uzyskanych z pomiarów oraz z symulacji numerycznych. Zbieżność wyników symulacji z wynikami badań świadczy o dobrym dopasowaniu modelu i przyjęciu właściwych założeń dot. modelowania numerycznego stężeń metanu w warunkach kopalnianych, i ukazuje możliwość wykorzystania metod CFD w prognozowaniu przestrzennym rozkładu koncentracji metanu w chodniku wentylacyjnym.

EN

This paper presents a comparison of numerical calculations with underground measurements of methane concentration distribution in the air flowing ventilation roadway i.e. roadway of the discharge air from a longwall ventilated by means of the "U" system. Simulations were performed in ANSYS CFX, which uses the CFD - Computational Fluid Dynamics. For numerical calculation, two 3D models were used, as part of the longwall field which consists of gobs, longwall outlet and ventilation roadway. The difference between the 3D models was the result of another actual length of the walkway behind a longwall outlet and the technology of its liquidation. Measurements were made in the longwalls of the ventilation methane emissions 0,9-8,2 m3/ min, with no brattice or auxiliary fan. Validation of the computational models was carried out on the basis of conformity assessment zone locations of elevated concentrations of methane in 21 cross-sections of the ventilation roadway, in order to compare the concentrations of methane obtained from measurements with numerical simulations. The similarity of simulation results with test results indicates validity of the model and the adoption of appropriate boundary conditions on numerical modeling of methane concentration in mining conditions. This is what demonstrates the ability to use CFD methods for predicting the three-dimensional field of methane concentration in the air flowing ventilation roadway.

Słowa kluczowe

PL

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

EN

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

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 72, nr 2
• Strony: 44--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wierzbiński K.

• Główny Instytut Górnictwa w Katowicach

Bibliografia

• 1. Branny M., Filipek W.: Modelowanie procesu przewietrzania wyrobisk ślepych przy występujących zagrożeniach skojarzonych metodami CFD. XXV Seminarium ROP, Rybnik 2008.
• 2. Branny M.: Komputerowa symulacja przepływu mieszaniny powietrzno-metanowej w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. „Archiwum Górnictwa" 2006, t. 51, nr 1.
• 3. Dziurzyński W.: Symulacja numeryczna procesu przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni. Prace IMG PAN, Rozprawy, monografie 2. 2002.
• 4. Krause E., Cybulski K., Wierzbiński K.: Modelowanie rozkładu koncentracji metanu w rejonie skrzyżowania chodnika wentylacyjnego ze ścianą. XXI Światowy Kongres Górniczy. Kraków - Katowice 2008.
• 5. Krawczyk J.: Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych. Przykłady zastosowań. Archiwum Górnictwa. Monografia nr 2, Kraków 2007.
• 6. Nawrat S., Kuczera Z., Napieraj S.: Badania modelowe zwalczania zagrożenia metanowego na wylocie ściany przewietrzanej systemem „U". Materiały 4 Szkoły Aerologii Górniczej, Kraków 2006.
• 7. Sułkowski J., Dieu N.H.: Symulacja komputerowa rozkładu prędkości powietrza i koncentracji metanu w zrobach ścian zawałowych. Konferencja, Herlany, Słowacja 1993.
• 8. Wierzbiński K.: Modelowanie komputerowe rozkładu parametrów powietrza oraz koncentracji metanu w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. 5 Szkoła Aerologii Górniczej, Wrocław. 2009.
• 9. Wierzbiński K.: Wyniki badań rozkładu stężeń metanu w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym w układzie przewietrzania ścian na „U" po caliźnie. Praca zbiorowa pod redakcja redakcją J. Cygankiewicza i S. Pruska pt. Zagrożenia aerologiczne w kopalniach węgla kamiennego - profilaktyka, zwalczanie, modelowanie, monitoring. GIG, Katowice. 2013.
• 10. 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, (niepublikowane). 2013.
• 11. Ansys User guide Ansys CFX, Incorporated, 2005.

Uwagi

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