Model numeryczny emisji CO2 z nieczynnego szybu

W artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznych emisji dwutlenku węgla z nieczynnego szybu podziemnej kopalni węgla kamiennego. Do obliczeń zastosowano program FDS wraz z graficznym modułem Pyrosim. Program należy do grupy programów CFD (Computational Fluid Dynamics) służących do symulacji przepływów mieszanin gazowych. Walidację stworzonego modelu przeprowadzono w oparciu o dane eksperymentalne otrzymane podczas pomiarów „insitu” nad nieczynnym szybem Gliwice II. W programie FDS przeprowadzono symulacje emisji mieszaniny gazowej z szybu z założonym, stężeniem objętościowym CO2 wynoszącym 3,24% (wartość maksymalna stwierdzona podczas pomiarów) dla dwóch wariantów prędkości wiatru. W pierwszym wariancie założono prędkość wiatru 1 m/s z kierunku południowego (warunek odpowiadający przeprowadzonym pomiarom). W drugim wariancie założono prędkość wiatru 0 m/s (dzień bezwietrzny) i porównano otrzymane wyniki. Wykazano, że istnieje różnica w rozpływie strugi mieszaniny gazowej wokół szybu dla obu wariantów. W dni bezwietrzne gazy wypływające z górotworu przez szyb mogą tworzyć lokalnie wokół szybu bardziej niebezpieczne nagromadzenia niż podczas dni wietrznych. Ma to znaczenie przy opracowaniu procedur bezpieczeństwa dla terenów pogórniczych. Zbudowany model numeryczny może być zmodyfikowany w dowolny sposób i być stosowany w przyszłości w ocenie bezpieczeństwa gazowego na powierzchni przy wielu zagadnieniach związanych z możliwym przepływem gazów pomiędzy atmosferą, a górotworem, np. przy likwidacji kopalń, technologiach CCS (Carbon Capture Storage) lub UCG (Underground Coal Gasification).

The results of numerical simulations into carbon dioxide emissions from a closed shaft are presented in the article. FDS programme including Pyrosim mode was applied to computing. The programme belongs CFD (Computational Fluid Dynamics) group which are designed for simulations of fluid flow. Validation was based on experimental data obtained during „insitu” measurements above closed Gliwice II shaft. The concentration of CO2 in assumed mixture was 3,24%vol. (maximal detected value) and two wind variants were set up. The first was for wind velocity 1,0m/s from the south (according to measurements conditions). The second variant was for wind velocity 0,0m/s. Then the results were compared. Comparing the variants, the difference in gas stream distribution in vicinity of the shaft was observed. In contrary to assumed wind velocity as 1,0m/s, under „no wind” conditions gas flowing out of the shaft can create local hazardous accumulation. It is crucial when safety procedures for post – mining areas are elaborated. Created model can be easily modified and applied in the future for many aspects of possible gas flow from an underground to the surface, eg. during mine closure, CCS (Carbon Capture Storage) or UCG (Underground Coal Gasification).