Modeling of the propagation of methane from the longwall goaf, performed by means of a two-dimensional description

• Autorzy: Krawczyk J. , Janus J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0059

Warianty tytułu

PL

Modelowanie propagacji metanu ze zrobów ściany wydobywczej przy pomocy dwuwymiarowego opisu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of a research on the migration of methane from goaf into an area of a longwall ventilated by means of the U-type ventilation system. Two-dimensional models of the area in question were prepared. The models encompassed longwalls whose length was 240 m, as well as segments of the main and tailgate whose length was minimum 50 m. The geometry of the models took into account the details that could make three-dimensional models too complex. These details include: the ribs of the arch support of the headings, frictional and hydraulic props, and the ribs of a section of the longwall powered roof support. Additionally, the presence of gaps between the support sections, by means of which an exchange of gases between the longwall and the adjacent goaf could take place - was taken into consideration. Using the 2D description method, an analysis of the flow of air in the area was carried out. The simulation results were shown as profiles of velocity and streamlines in surrounding of intersections of longwall. with main and tailgate Then, the grid depenadncy of numerical solutions was investigated. This was done by comparing results for three grid densities. The process of methane propagation was simulated for shearer located at two-thirds of the longwall length. The fields of methane concentrations for a steady inflow from goaf were calculated. Subsequently, the effects of a sudden inflow of methane along a segment comprising ten recently advanced roof support sections were computed. The results were presented as a sequence of concentration distributions for selected simulation moments.

PL

Rozpatrywano migrację metanu ze zrobów do wyrobisk rejonu ściany przewietrzanego w systemie na U. Przygotowano dwuwymiarowe modele rejonu ściany obejmujące ściany o długości 240 m i odcinki chodników ścianowych od długościach co najmniej 50 m. W modelach tych wprowadzono reprezentację geometrii z uwzględnieniem szczegółów, które mogą nadmiernie skomplikować modele 3D. Elementami tymi są żebra obudowy łukowej chodników, stojaki cierne i hydrauliczne oraz żebra sekcji zmechanizowanej obudowy ściany. Uwzględniono również obecność szczelin między sekcjami obudowy, poprzez które może następować wymiana gazów ze zrobami. Przeprowadzono analizę przepływu powietrza w rejonie przy pomocy opisu 2D. Wyniki symulacji pokazano w postaci profili prędkości i linii prądu w otoczeniu skrzyżowań z chodnikami pod i nadścianowym w postaci profili prędkości i linii prądu. Sprawdzono zależności rozwiązania od siatki porównując wyniki dla trzech gęstości siatki. Przeprowadzono symulacje rozpływu metanu dla położeń kombajnu w 2/3 długości ściany. Obliczono pola stężeń metanu przy stałym dopływie ze zrobów a następnie skutki nagłego dopływu na odcinku 10 ostatnio dosuniętych sekcji. Wyniki przedstawiono w formie sekwencji rozkładów stężeń dla wybranych chwil symulacji

Słowa kluczowe

EN

methane hazard; longwall; two-dimensional description; transient states; turbulent flow; scale adaptive simulation

PL

zagrożenie metanowe; ściana wydobywcza; opis dwuwymiarowy; stany przejściowe; przepływ turbulentny; symulacja z adaptacją skali

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 4
• Strony: 851--868
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., 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] 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.
• [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] Fowler J.C.W., Sharma P., 2004. Wind blasts in longwall panels in underground coalmines. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, p. 617-625.
• [6] Karacan C.Ö., 2010. Prediction of Porosity and Permeability of Caved Zone in Longwall Gobs. Transport in Porous Media March 2010, Vol. 82, Iss. 2, p. 413-439.
• [7] Krawczyk J., Janus J., Ostrogórski P., 2013. Wieloskalowe modelowanie przepływu w rejonie ściany - wybrane zagadnienia. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, vol. 16, Nr 1-4.
• [8] Mc Pherson M.J., 1995. The Adiabatic Compression of Air by Large Falls of Roof, Proc. of the 7th US Mine Ventilation Symposium.
• [9] Menter F., 2012. Best Practice of Scale-Resolving Simulations in ANSYS CFD. ANSYS Inc. www.ansys.com
• [10] Skotniczny P., 2013. Three-dimensional numerical simulation for the mass exchange between longwall headings and goafs, in the presence of methane drainage in a U-type ventilated longwall. Arch. Min. Sci., Vol. 58, No 3, p. 705-718.