The Application of a Jet Fan for the Control of Air and Methane Streams Mixing at the Excavations Cross – The Results of Numerical Simulation

Open access

Abstract

The paper presents the results of numerical simulations into the distribution of methane concentration at the intersection of two excavations with a fan (turned on) giving the air stream to the area of the crossing. Assumed case represents emergency situation related to the unexpected flow of methane from an excavation and its mixing with fresh air. It is possible when sudden gas outburst takes place, methane leaks from methane drainage system or gas leaks out the pipelines of underground coal gasification devices. Three options were considered - corresponding to three different speeds of the jet fan. They represent three stages of fan work. First - low air speed is forced by a pneumatic fan, when electricity is cut off after high methane concentration detection. Medium speed can be forced by pneumatic-electric device when methane concentration allows to turn on the electricity. Third, the highest speed is for electric fans. Simulations were carried out in the Fire Dynamics Simulator (FDS) belongs to the group of programs Computational Fluid Dynamics (CFD). The governing equations are being solved in a numerical way. It was shown that proposed solution allows partial dilution of methane in every variant of speed what should allow escape of the miners from hazardous area.

[1] D.A. Anderson, J.C. Tannehill and R.H. Pletcher. Computational Fluid Mechanics and Heat Tranfer. Philadelphia: Hemisphere Publishing Corporation, 1997.

[2] M. Branny. „Numerical simulation of airflow in blind headings ventilated with jest fans”, in Archives of Mining Sciences, vol. 48(4), 2003, pp. 425-443.

[3] M. Branny. „Computer Simulation of flow of air and methane mixture in the longwall - return crossing zone”, in Archives of Mining Sciences, vol. 51(1), 2006, pp. 133-145.

[4] M. Branny et al. „Eksperymentalna weryfikacja modeli CFD stosowanych w wentylacji kopalń”, in Przegląd Górniczy, vol. 69(5), 2013, pp. 73-82.

[5] J. Brodny and M. Tutak. „Zastosowanie numerycznej mechaniki płynów do analizy przepływu strumienia powietrza przez wyrobisko górnicze z ogniskiem pożaru”, in Przegląd Górniczy, vol. 71(2), 2015, pp. 20-28.

[6] W. Dziurzyński and P. Skotniczny. „Badania dynamiki zmian stężenia metanu w chodniku korytarzowym z zastosowaniem metod numerycznej mechaniki płynów”, in Przegląd Górniczy, vol. 62(10), 2006, pp. 13-18.

[7] J. Krawczyk. „Symulacja komputerowa zaburzeń przepływu w rejonie ściany wywołanych przez wyrzut gazów i inne przyczyny”, in Przegląd Górniczy, vol. 66(5), May 2010, pp. 17-23.

[8] T. Maciak and P. Czajkowski (2015, February). Modelowanie rozwoju pożaru w pomieszczeniach zamkniętych, cz.1 Model matematyczny [Online]. Available: http://www.inf.sgsp.edu.pl/symulacje/cwiczenia/materialy

[9] K. McGrattan et al. (2013, November). Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide, Volume 1: Mathematical Model [Online]. Available: http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/SpecialPublications/NIST.SP.1018e6.pdf

[10] M.J. McPherson. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering, Springer Netherlands, 1993.

[11] T.X. Ren, J.S. Edwards and R.R. Józefowicz. „CFD Modeling of methane flow around longwall faces”, in Proc. of the 6th Int. Mine Vent. Congress, Pittsburg, USA, 1997, pp. 247-251.

[12] P. Skotniczny. „Symulacja przepływu powietrza w wyrobiskach górniczych”, in Przegląd Górniczy, vol. 61 (7-8), 2005, pp. 54-62.

[13] A. Strumiński and B. Madeja-Strumińska. „Predicting Basic Aerological Hazards in Underground Mines”, in Archives of Mining Sciences, vol. 53(4), 2008, pp. 487-497.

[14] J. Sułkowski. „Niektóre problemy wentylacji ścian w warunkach współwystępowania zagrożeń naturalnych”, in Mat. Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 23-27 Febr. 1998, pp. 309-320.

[15] P. Wrona. „Wpływ prędkości powietrza na rozwój pożaru egzogenicznego w wyrobisku górniczym - symulacja w programie Fire Dynamics Simulator (FDS) - Pyrosim”, in Przegląd Górniczy, vol. 69(7), 2013, pp.117-124.

[16] P. Wrona and Z. Różański. Pomiar stanów i analiza przemian cieplnych powietrza, Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2013.

Journal Information

Metrics

All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 32 32 12
PDF Downloads 13 13 6