The application of a jet fan for the control of air and methane streams mixing at the excavations cross - the results of numerical simulations

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.

W artykule przedstawiono wyniki symulacji komputerowych dotyczących zagadnienia rozkładu stężenia metanu przy skrzyżowaniu dwóch wyrobisk z włączonym wentylatorem kierunkującym strugę powietrza w rejon stropu skrzyżowania. Założona sytuacja dotyczyła awaryjnego wypływu metanu z zagazowanego wyrobiska do korytarza, którym płynie powietrze świeże. Taka sytuacja jest możliwa na przykład na skutek nagłego wyrzutu gazów, rozszczelnienia instalacji odmetanowania lub wycieku gazu z instalacji podziemnego zgazowania węgla. Rozpatrzono trzy warianty – odpowiadające trzem różnym prędkościom przepływu powietrza wywołanego pracą wentylatora pomocniczego. Pierwszy wariant dotyczy najmniejszej prędkości powietrza generowanej przez wentylator pneumatyczny, działający po odcięciu zasilania elektrycznego na skutek przekroczenia dozwolonego stężenia metanu. Drugi wariant to większą prędkość powietrza, generowana przez wentylator pneumatyczno-elektryczny. Trzeci wariant stanowi największą prędkość powietrza wytwarzaną przez wentylator elektryczny. Symulacje prowadzono w programie Fire Dynamics Simulator (FDS) należącym do grupy programów Computational Fluid Dynamics (CFD), rozwiązujących w swych algorytmach równania mechaniki płynów w sposób numeryczny. Wykazano, że zastosowanie proponowanego rozwiązania, umożliwi częściowe rozcieńczenie metanu w każdym z badanych wariantów, umożliwiając na przykład ucieczkę załogi z wyrobiska zagrożonego wybuchem.