Od elektrolytické vany k počítači aneb řešení úloh proudění matematickým modelováním I
Ing. Václav Voráček, Ph.D.
Zadání Analýza
možnosti ovlivňování proudění ztrátových větrů závalem stěnového porubu Technickými opatřeními Využitím přírodních podmínek dobývání
Snížení
rizika samovznícení uhlí v závalu
Uhelný důl (foto DMT)
Stěnový porub uhelného dolu
Stěnový porub řez pásmo účinné degazace
pásmo netěsnosti
Paralelní chodba
pásmo netěsnosti pásmo účinné degazace
Paralelní chodba
LEGENDA φ - úhel vlivu v nadloží φ/ - úhel vlivu v podloží h - výška přímého nadloží
l1,2,3 - délka vrtu lp - délka zapažení L - 10x mocnosti sloje α1,2,3 - úklon vrtu
Stěnový porub schéma (1)
Stěnový porub schéma (2)
Postup řešení Podmínky
vzniku samovznícení uhlí výchozí předpoklady řešení
Metoda
řešení Matematický model proudění závalem Realizace matematického modelu Analýza
(verifikace) matematického modelu
Podmínky vzniku samovznícení uhlí v závalu přítomnost chemicko
uhlí
fyzikální vlastnosti
hmotnost geometrický
přístup
tvar
vzdušin
kritická
filt. rychlost (1.67-15 mm.s-1) mezní koncentrace kyslíku (7%) doba působení (inkubační, indukční) akumulace
tepla
Pracovní hypotéza - schéma zón v závalu III.
II.
vf <1.67 mm.s-1
1.67-15
I. >15
Matematický model proudění dvojrozměrný stacionární
neuvažuje změny barometrického tlaku
jednosložkový neuvažuje
plynodajnost hornin neuvažuje oxidační produkty izotermický neuvažuje
sdílení tepla (horniny, oxidace)
Rovnice popisující proudění Momentu
(Darcyho zákon) Kontinuity Filtrační
rychlost
Okrajových
podmínek
Není konstantní průtok větrů v porubu Fyzikální
podmínky (aerodynamický odpor závalu-řešení inverzní úlohy)
Matematický model Vstupní
parametry
Délka
porubu, mocnost sloje, profil nadloží Tlakový spád, průtok větrů nebo Aerodynamický
Průtok
odpor porubu
inertizačního média
Výstupní
parametry
Rozložení
tlaku, proudové funkce, filtrační rychlosti (kritická zóna)v závalu
Metody řešení matematického modelu Analytické
metody Elektro-hydraulická analogie (elektrolytická vana) Numerické metody-současné
Analýza (verifikace) modelu, porovnání: postupová
rychlost v závalu (Důl Doubrava)
modelování měření
in situ (SF6,)
rozsah
kritické zóny modelování (kritická rychlost)
měření in situ Důl
(koncentrace kyslíku v závalu)
Doubrava (úvodní strana) Důl Darkov (výdušná strana)
Důl Doubrava, Porub č. 7 3759,
Průběh koncentrace SF6 na výdušné chodbě
Porovnání postupové rychlosti Důl Doubrava, p.č. 7 3759 Měř.č 1. vrchol 2.vrchol Model Vzdál. -1 -1 -1 . [m.s ] [m.s ] [m.s ] [m] I. 4.6 1.7 0.51 161 II.
2.23
-
0.34
272
III.
1.73
1.3
0.28
330
IV.
2.45
1.4
0.26
354
V.
1.63
-
0.2
409
Porovnání rozsahu krit. zóny úvodní strana - Důl Doubrava 80 m 330 m
Porovnání rozsahu krit. zóny výd. strana - Důl Darkov, m.1 50 m 46-120 m
Porovnání rozsahu krit. zóny výd. strana - Důl Darkov, m.2 37 m
25-200 m
Závěry analýzy modelu Postupová max.
rychlost
vzdálenost = délka porubu
Kritická
zóna
úvodní
strana - značné diference výdušná strana, aplikace na větranou zónu značný
Výdušná
rozptyl hodnot (vliv barometrického tlaku)
strana do omezené vzdálenosti Srovnávací hodnocení opatření
Upřesnění zón v závalu na základě měření koncentrace O2 25-180 m
II.
III.
I. ~330 m
Varianty řízení proudění větrů Minimalizace Pozor
průtahů (pouze zóna III.)
metan !!!
Maximalizace
průtahů (pouze zóna I)
Kapacita
větrání Systém větrání (nelze U z pole) Řízení
šířky kritické zóny
Postup
porubu Inkubační doba samovznícení
Hodnocená opatření Hodnota
objemového průtoku větrů Délka porubu Aerodynamický odpor por. výztuže,
Opoždění závalu
Systém
větrání (W systém v porovnání s U) Způsob vedení porubu a vedení větrů Dusíková pěna Aktivní regulace větrání Postup porubu Plenění, neplenění chodeb
Objemový průtok větrů a délka porubu
Opoždění závalu
W systém větrání
Úpadní vedení větrů
Závěr-návrh opatření I. Analýza
větrní sítě Optimální objemový průtok větrů metanové
vrstvy výbušná koncentrace blízko prac. prostoru Délka
porubu max. 150 m (pro U systém) W systém větrání Maximální postup porubu
Závěr-návrh opatření II. Úpadní
vedení větrů porubem Aktivní regulace větrání Utěsňování závalu Plenění porubních chodeb Vtlačování dusíkové pěny do závalu Inertizace dusíkem POZOR METAN !!!
Důl Jhanjra Indie
Důj Jhanjra Indie
Realizace Důl Jhanjra Indie
Důl Jhanjra Indie
Důl Jhanjra Indie
Děkuji za pozornost
