- Tytuł:
-
The influence of climate change on CO2 and CH4 concentration near closed shaft – numerical simulations
Wpływ zmiany klimatu na rozkład stężeń CO2 i CH4 wokół nieczynnego szybu – symulacje numeryczne - Autorzy:
- Wrona, P.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/219322.pdf
- Data publikacji:
- 2017
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
emisja gazów cieplarnianych
zmiana klimatu
likwidacja kopalń
nieczynny szyb
lokowanie podziemne gazów
bezpieczeństwo
CFD
greenhouse gas emissions
climate change
mine closure
abandoned shafts
underground gas storage
public safety - Opis:
-
Given the scientific consensus pointing to climate change, the more extreme weather events associated with this will lead to deeper pressure drops. As has already been stated, pressure drops are the main cause of gas flow from underground sites to the surface. This article presents the results of numerical simulations of the change in distribution of CO2 and CH4 near a closed mining shaft under the predicted baric tendency. Simulations have been undertaken by means of the FDS software package with the Pyrosim graphical interface – a CFD tool for fire and ventilation analysis. Assumptions have been based on previous results of in-situ measurements. The results (determined for a height of 1m above the ground) were compared to the following levels (later in the text comparison levels): for CO2 0.1%vol. according to Pettenkoffer’s scale and 2.5%vol. for CH4 as the half of Lower Explosive Limit (LEL). The results show that the deeper baric drops anticipated could lead to a wider spread of both greenhouse gases in the vicinity of the shaft, especially along the prevailing wind direction. According to the results obtained, CO2 and CH4 with concentrations above their comparison levels are expected at a distance greater than 50m from the shaft when wind is present for CO2 and at a distance of 4.5m for CH4. Subsequent analysis of the results enabled the determination of functions for describing the concentration of gases along the wind direction line under the projected pressure drop. The results relate to a particular case, although the model could easily be modified to any other example of gas emissions from underground sites.
Wraz ze zmianami klimatu należy spodziewać się większej niż obecnie liczby dni w roku, w których będą występować ekstremalne zjawiska pogodowe, związane z przechodzeniem coraz głębszych frontów atmosferycznych (np. Falarz, 1997; Koźmiński i Michalska, 2010). Przyczyni się to do wzrostu tendencji barycznej zniżek ciśnienia. Zniżki baryczne są główną przyczyną emisji gazów kopalnianych na powierzchnię (Wrona et al., 2016b). Gazy te zawierają głównie CO2 i CH4, które są uznawane za gazy cieplarniane oraz mogą stworzyć lokalne zagrożenie dla bezpieczeństwa powszechnego (np. Czaja, 2012). W artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznych dotyczących zmiany stężenia obu gazów emitowanych z nieczynnego szybu górniczego na skutek zwiększającej się zniżkowej tendencji barycznej. Na podstawie analizy literaturowej zagadnienia (np. Falarz, 1997), stwierdzono, że w przyszłości możliwe są ekstremalne zniżki baryczne sięgające lub nawet przekraczające 5 hPa/1h. Na obszarze południowej Polski można spodziewać się raz na dwa lata zniżki sięgającej 4 hPa/1h oraz raz na 10 lat przekraczającej 5 hPa/1h. Takie zdarzenie, spowodowane przez zmiany klimatu, może doprowadzić do intensywniejszego wypływu gazów z obszarów podziemnych, a przez to zasięg ich oddziaływania może być zaskakujący i przede wszystkim niebezpieczny dla okolicznej ludności. Równocześnie do atmosfery zostanie wyemitowana większa ilość gazów cieplarnianych. Natężenie emisji gazów przyjęte podczas symulacji oparto o wyniki pomiarów in-situ nad jednym z nieczynnych szybów na Górnym Śląsku (Wrona et al., 2016b), kiedy to wyznaczono empiryczną zależność (1) pomiędzy wartością tendencji zniżki barycznej, a natężeniem wypływu gazów przez szyb. Założono także stężenia obu gazów jako 5%obj. Wartości te określono jako prawdopodobne na podstawie przeprowadzonych wcześniej pomiarów (Wrona et al., 2016b), oraz na podstawie analizy literaturowej (np. Nawrat, 2002; Szlązak et al., 2002; Krause, 2003). Założono kilka wariantów (zestawów danych wejściowych) symulacji. Dotyczyły one zmiennej wartości tendencji barycznej (TB) oraz wpływu wiatru z jednego kierunku geograficznego (zachodu).Wyznaczone wartości zostały określone na wysokości 1m nad gruntem. Wykazano, że przy bezwietrznej pogodzie, wraz ze wzrostem tendencji barycznej do wartości 5 hPa/1h zasięg obecności CO2 w stężeniu przekraczającym 0.1%obj. (wartość po przekroczeniu której można odnotować efekt duszący, wg skali Pettenkoffera), sięga 45 m. Dla metanu przyjęto poziom porównawczy jako 2.5%obj. stanowiący połowę dolnej granicy wybuchowości tego gazu i stwierdzono, że stężenie wyższe od tej wartości występuje do 4 m od szybu. Przy wietrze 5m/s z zachodu i TB = 1 hPa/1h wartości NDS w linii wiatru (E) są przekroczone do 50 m dla CO2 i 4.2 m dla CH4 (Rys. 6,7). Natomiast przy prognozowanej zniżce 5 hPa/1h wartość NDS dla CO2 w linii jest przekroczona na ponad 50 m od szybu, a dla CH4 na 4.5 m (Rys. 8,9) Prognozę dotyczącą zmiany stężenia na linii zgodnej z dominującym kierunkiem wiatru przedstawiono na rysunkach 10 i 11, podano funkcje aproksymujące i współczynnik determinacji wykonanej prognozy (2) i (3). Wykazano, że przy spodziewanej na skutek zmian klimatu zniżce barycznej sięgającej 5 hPa/1h oba gazy mogą być obecne w odległości ponad 100 m od szybu na wysokości 1m nad gruntem. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość występowania w przyszłości poważniejszego niż obecnie zagrożenia gazowego wokół nieczynnych szybów, a także zwiększonej emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Zbudowany model może być łatwo modyfikowany do innych przypadków emisji gazów z górotworu, np. przy rozszczelnieniu instalacji CCS lub UCG, a także przy wszelkich stanach awaryjnych systemów odmetanowania. - Źródło:
-
Archives of Mining Sciences; 2017, 62, 3; 639-652
0860-7001 - Pojawia się w:
- Archives of Mining Sciences
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł