Numeryczna symulacja procesu wentylacji w wyrobiskach ślepych

Abstract

The study explores the potential of numerical modelling of airflow in blind headings. The main focus is forecasting the ventilation parameters in headings and galleries characteristic of copper mines belonging to the LGOM Corporation. The fundamentals of mathematical modelling of turbulent flows are provided. The model makes use of 3D continuity and Rynolds equations, the equation of turbulent transport of chemical components and the equations of the k-$\epsilon$ model (kinetic energy of turbulence, the rate of kinetic energy dissipation). The discretisation procedure involved the control volume method and the technique UPWIND. The developed numerical codes employ the hybrid schemes and power-law techniques. Nonlinear systems of discrete equations were solved with the use of SIMPLER procedures. 3D velocity fields and gas concentrations calculated for galleries are provided. The chief objective is to eliminate the hazardous conditions caused by the presence of gas pollutants emitted by diesel-powered engines in machines and produced in the course of blasting operations. The results of numerical solutions of steady-state velocity field and the time-space field of concentration of gaseous pollutant emitted by lumped or distributed gas sources are presented. The accuracy of numerical representation is evaluated by comparing the prognosticated values with measurements. The obtained physical fields by way of numerical procedures portray the real fields sufficiently well for practical purposes

Przedmiotem rozważań są problemy i możliwości związane z numerycznym modelowaniem przepływów w wyrobiskach ślepych. Uwaga skoncentrowana jest na prognozowaniu wielkości wentylacyjnych w komorach o parametrach charakterystycznych dla systemu eksploatacji stosowanego w kopalniach LGOM. Omówiono podstawy matematycznego modelowania przepływów turbulentnych. Rozwiązywany układ złożony jest z 3D równań ciągłości, Reynoldsa, turbulentnego transportu składnika chemicznego oraz równań modelu k-$\epsilon$ (kinetycznej energii turbulencji i szybkości dysypacji tej energii). Przy dyskretyzacji równań stosowano metodę objętości kontrolnej oraz technikę UPWIND. W opracowanych kodach numerycznych wykorzystano schematy hybrydowy. Nieliniowe układy równań dyskretnych rozwiązywano, stosując procedurę SIMPLER. Przedstawiono wyniki obliczeń 3D pola prędkości i koncentracji gazów w komorach. Badano możliwość skutecznego eliminowania zagrożeń gazowych pochodzących od maszyn wyposażonych w silniki spalinowe i będących wynikiem robót strzałowych. Zamieszczono wyniki symulacji numerycznej ustalonego pola prędkości oraz czasoprzestrzennego pola stężeń gazów szkodliwych przy skupionych i rozłożonych źródłach gazów. Spostrzeżenia wynikające z wariantowych obliczeń umożliwiają określenie warunków, przy których komory mogą być skutecznie przewietrzane wentylatorami wolnostrumieniowymi. Dokładność odwzorowania numerycznego oceniano, porównując wyniki obliczeń z pomiarami. Uznano, że wygenerowany na drodze numerycznej obraz pola prędkości i pola stężeń domieszek gazowych odzwierciedla pola rzeczywiste z wystarczającą dla praktycznych celów dokładnością.