Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
O współczynniku dyfuzji turbulencyjnej dotyczącej przepływu powietrza i gazu w wyrobiskach górniczych
Języki publikacji
Abstrakty
The article presents the experiments of gas disturbances propagation in a mine ventilation network. The main purpose of the investigation was estimation of a turbulent diffusion coefficient. Calculations were made for measuring signals recorded during the propagation of methane, carbon monoxide and smoke concentration disturbances in mine workings. Disturbances of methane caused by changes in ventilation conditions after auxiliary fan switching-off and shooting in longwall were treated as natural gas markers recorded in the different points of mines along ventilation paths. The turbulent diffusion coefficient was also calculated for smoke signals recorded during burning experiments in experimental workings and for carbon monoxide concentration signals recorded after shooting in mine workings. The diffusion coefficient was calculated using the various methods and comparing the obtained results.
Powstające w wyrobiskach kopalni zaburzenia wywołane uaktywnieniem się źródeł domieszek gazowych rozprzestrzeniają się drogami wentylacyjnymi, stopniowo zanikając w miarę oddalania się od ich źródła. Czas i zasięg rozprzestrzeniania się zaburzeń zależy od charakterystyki źródła i warunków przewietrzania. Efekty zaburzeń stężenia metanu w rejonach ścian są obserwowane na przestrzeni wielu kilometrów, a czas ich pojawiania się, określony opóźnieniem transportowym, przekracza nawet kilka godzin. Prędkość rozprzestrzeniania się zaburzeń, związana ze zjawiskiem unoszenia, może być wyznaczana eksperymentalnie, np. metodą funkcji korelacji wzajemnej (Wasilewski, 1997). Zanikanie impulsu w miarę przemieszczania się wzdłuż wyrobiska jest związane ze zjawiskiem dyfuzji. Zagadnienie rozprzestrzeniania się domieszek gazów w wyrobiskach górniczych było przedmiotem licznych prac, badań laboratoryjnych i eksperymentów kopalnianych (Klebanow, 1974), (Ryncarz, 1969), (Trutwin, 1973). Ich autorzy traktują przepływ w wyrobisku jako jednowymiarowy, a do opisu zjawiska propagacji gazów przyjmują równanie ciągłości w postaci równania różniczkowego cząstkowego typu parabolicznego zwanego powszechnie równaniem dyfuzji: d[delta]C d2C dC ---------- = D ------------ - v --- qm. d[delta]t dx2 ex Przepływ powietrza w wyrobisku górniczym charakteryzuje się turbulencją wyrażoną przez współczynnik dyfuzji turbulentnej D. Zagadnienie oszacowania współczynnika dyfuzji było przedmiotem licznych prac (Gumuła, et al., 1973), (Jarembasz, 1970), (Klebanow, 3974), (Szlązak, 1996). W większości z nich autorzy wykazują zależność tego współczynnika od prędkości przepływu. Takie wyniki otrzymał m.in. Jarembasz (1970), który badania opierał na analizie wymiarowej. Również badania laboratoryjne (Gumuła, et al., 1973) oraz prowadzone w warunkach kopalnianych (Klebanow, 1974), (Ryncarz, 1969), (Szlązak, 1996) (Wasilewski, Szywacz, 1989) i (Wasilewski, 1998) potwierdziły zależność współczynnika dyfuzji od prędkości przepływu. W artykule przedstawiono badania propagacji zakłóceń gazowych w sieci wentylacyjnej kopalni w celu obliczeń współczynnika dyfuzji turbulentnej. Obliczenia wykonano dla sygnałów zarejestrowanych w czasie rozprzestrzeniania się zaburzeń stężenia metanu, tlenku węgla i dymu w wyrobiskach kopalnianych. Zaburzenia, wywołane usuwaniem nagromadzeń metanu wywołanych zmianą warunków przewietrzania, np. wyłączenie wentylatora lutniowego i strzelanie w ścianie, traktowano jako naturalne znaczniki gazowe rejestrowane w różnych punktach kopalń wzdłuż dróg wentylacyjnych. Współczynnik dyfuzji turbulentnej obliczono również dla sygnałów dymu rejestrowanych w czasie eksperymentów spalania prowadzonych w sztolni oraz dla sygnałów stężenia tlenku węgla rejestrowanych w wyrobiskach kopalnianych po strzelaniach wstrząsowych. Badania propagacji domieszek gazowych wzdłuż wyrobisk kopalnianych przy zmiennych warunkach przewietrzania dostarczyły znaczną ilość danych pomiarowych, które wykorzystano do oszacowania współczynnika dyfuzji różnymi metodami, porównując uzyskane wyniki. Dane pomiarowe zarejestrowane w czasie obserwacji rozprzestrzeniania się zaburzeń gazu w wyrobisku {Ci, xi, ti} wykorzystano także do oszacowania współczynnika dyfuzji turbulentnej metodą symulacji cyfrowej tego zjawiska. W tym celu dobór współczynnika dyfuzji uzyskano zmieniając jego wartość tak długo, aż uzyskano najlepsze w sensie błędu średniokwadratowego przybliżenie modelowego rozkładu stężenia z rozkładem rzeczywistym zarejestrowanym za pomocą czujników w danych punktach. Oszacowane na podstawie rejestrowanych sygnałów wartości współczynnika dyfuzji były wyższe niż obliczone z parametrów wyrobiska oraz prędkości powietrza, np. metodą Jarembasza (1970). W wyrobiskach rzeczywistej kopalni występuje wiele czynników (przeszkód, nierównomierności przekroju, załamań), które mogą znacznie zwiększyć rozproszenie domieszki w płynącym powietrzu. Jest to szczególnie widoczne w przypadku rozprzestrzeniania się zaburzeń metanu w wyrobiskach typu ścianowego. Dla chodników w sztolni CSRG, o gładkich powierzchniach i jednolitych przekrojach, różnice w obliczonych wartościach współczynnika dyfuzji dla sygnałów dymu były niewielkie. Na podstawie oszacowań współczynnika dyfuzji dla zarejestrowanych sygnałów stwierdzono m. in.: - długość impulsu zaburzenia gazowego (po strzelaniu) jest proporcjonalna do pierwiastka odległości od źródła zaburzenia; - współczynnik dyfuzji rośnie ze wzrostem prędkości powietrza; - współczynnik dyfuzji zależy silnie od nierównomierności przekroju i może osiągnąć znaczne wartości w przypadku występowania przeszkód w przekroju wyrobiska lub załamań wyrobiska,stąd w warunkach kopalni może być wyznaczony jedynie eksperymentalnie. Zastosowany model zjawiska rozprzestrzeniania się zaburzeń gazu pozwala na dobór współczynnika dyfuzji metodami symulacji komputerowej niezależnie od charakteru zaburzenia. Generowane z modelu rozkłady czasoprzestrzenne stężenia gazu dla współczynnika dyfuzji dobranego metodą symulacji są zgodne z rzeczywistymi. Dobór wartości współczynnika dyfuzji turbulentnej metodą symulacji komputerowej (Wasilewski, Szywacz, 1989) czasoprzestrzennego rozchodzenia się zaburzeń na podstawie aproksymacji wartości pomiarowych stężenia gazu w wyrobisku kopalnianym, okazał się skutecznym sposobem oszacowania tego parametru.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
151--170
Opis fizyczny
Bibliogr. 15 poz., tab., wykr.
Twórcy
autor
- Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, 40-189 Katowice, ul. Leopolda 31
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA0-0003-0009
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.