Od elektrolytické vany k počítači aneb řešení úloh proudění matematickým modelováním. Ing. Václav Voráček, Ph.D.

Transkript

1 Od elektrolytické vany k počítači aneb řešení úloh proudění matematickým modelováním I Ing. Václav Voráček, Ph.D.

2 Zadání Analýza možnosti ovlivňování proudění ztrátových větrů závalem stěnového porubu Technickými opatřeními Využitím přírodních podmínek dobývání Snížení rizika samovznícení uhlí v závalu

3 Uhelný důl (foto DMT)

4 Stěnový porub uhelného dolu

5 Stěnový porub řez pásmo účinné degazace pásmo netěsnosti Paralelní chodba pásmo netěsnosti pásmo účinné degazace LEGENDA Paralelní chodba φ - úhel vlivu v nadloží l 1,2,3 - délka vrtu φ/ - úhel vlivu v podloží lp - délka zapažení h - výška přímého nadloží L - 10x mocnosti sloje α 1,2,3 - úklon vrtu

6 Stěnový porub schéma (1)

7 Stěnový porub schéma (2)

8 Postup řešení Podmínky vzniku samovznícení uhlí - výchozí předpoklady řešení Metoda řešení Matematický model proudění závalem Realizace matematického modelu Analýza (verifikace) matematického modelu

9 Podmínky vzniku samovznícení uhlí v závalu přítomnost uhlí chemicko fyzikální vlastnosti hmotnost geometrický tvar přístup vzdušin kritická filt. rychlost ( mm.s -1 ) mezní koncentrace kyslíku (7%) doba působení (inkubační, indukční) akumulace tepla

10 Pracovní hypotéza - schéma zón v závalu III. II. I. v f <1.67 mm.s >15

11 Matematický model proudění dvojrozměrný stacionární neuvažuje změny barometrického tlaku jednosložkový neuvažuje plynodajnost hornin neuvažuje oxidační produkty izotermický neuvažuje sdílení tepla (horniny, oxidace)

12 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)

13 Matematický model Vstupní parametry Délka porubu, mocnost sloje, profil nadloží Tlakový spád, průtok větrů nebo Aerodynamický odpor porubu Průtok inertizačního média Výstupní parametry Rozložení tlaku, proudové funkce, filtrační rychlosti (kritická zóna)v závalu

14 Metody řešení matematického modelu Analytické metody Elektro-hydraulická analogie (elektrolytická vana) Numerické metody-současné

15 Analýza (verifikace) modelu, porovnání: postupová rychlost v závalu (Důl Doubrava) modelování měření in situ (SF 6,) rozsah kritické zóny modelování (kritická rychlost) měření in situ (koncentrace kyslíku v závalu) Důl Doubrava (úvodní strana) Důl Darkov (výdušná strana)

16 Důl Doubrava, Porub č ,

17 Průběh koncentrace SF 6 na výdušné chodbě

18 Porovnání postupové rychlosti Důl Doubrava, p.č Měř.č 1. vrchol 2.vrchol Model Vzdál.. [m.s -1 ] [m.s -1 ] [m.s -1 ] [m] I II III IV V

19 Porovnání rozsahu krit. zóny úvodní strana - Důl Doubrava 80 m 330 m

20 Porovnání rozsahu krit. zóny výd. strana - Důl Darkov, m.1 50 m m

21 Porovnání rozsahu krit. zóny výd. strana - Důl Darkov, m.2 37 m m

22 Závěry analýzy modelu Postupová rychlost max. vzdálenost = délka porubu Kritická zóna úvodní strana - značné diference výdušná strana, aplikace na větranou zónu značný rozptyl hodnot (vliv barometrického tlaku) Výdušná strana do omezené vzdálenosti Srovnávací hodnocení opatření

23 Upřesnění zón v závalu na základě měření koncentrace O m III. II. I. ~330 m

24 Varianty řízení proudění větrů Minimalizace průtahů (pouze zóna III.) Pozor metan!!! Maximalizace průtahů (pouze zóna I) Kapacita větrání Systém větrání (nelze U z pole) Řízení šířky kritické zóny Postup porubu Inkubační doba samovznícení

25 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

26 Objemový průtok větrů a délka porubu

27 Opoždění závalu

28 W systém větrání

29 Úpadní vedení větrů

30 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

31 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!!!

32 Důl Jhanjra Indie

33 Důj Jhanjra Indie

34 Realizace Důl Jhanjra Indie

35

36 Důl Jhanjra Indie

37 Důl Jhanjra Indie

38 Děkuji za pozornost