Компьютерное моделирование пожара в конвейерной выработке угольной шахты
Authors: Кин А.И. , Лисаков С.А. , Сидоренко А.Ю. , Сидоренко А.И. , Сыпин Е.В. 
Published: October 2024

Проведено моделирование пожара в выработке угольной шахты с использованием программного комплекса Fire Dynamic Simulator. Определен наиболее вероятный сценарий протекания пожара, связанный с горением конвейерной ленты в конвейерной выработке угольной шахты. Выбран подход, основанный на моделировании газофазного горения с учетом внутренних процессов, происходящих в материале путем задания удельной скорости выгорания твердого материала. Сформулированы основные аналитические зависимости для проведения моделирования, на основе которых разработана компьютерная модель. В компьютерной модели для описания турбулентного течения при пожаре использован метод крупных вихрей (Large Eddy Simulation, LES). Для расчета турбулентной вязкости используется подсеточная модель Дидорфа. Модель горения представляет собой модель бесконечно быстрой реакции, модель теплового излучения предполагает решение уравнения переноса излучения на базе метода контрольных объемов. В процессе проверки адекватности модели проанализировано влияние скорости вентиляционного потока на скорость распространения пожара, в результате которого выяснено, что при скорости вентиляционного потока от 1,5 до 3 м/с достигается максимальная скорость распространения пожара 0,017 м/с. В ходе проведенного моделирования выявлено влияние скорости входного потока воздуха на концентрации СО и СО2. Кроме того, скорость входного потока воздуха существенно влияет на такие параметры, как температура и мощность тепловыделения, максимальный значения составляли от 420 до 670 С и от 2 до 9 МВт соответственно. Длительность развивающейся стадии пожара в зависимости от скорости входного потока воздуха меняется от 300 с до 600 с.
Abstract Fire simulation in the working of coal mine using the Fire Dynamic Simulator software package was carried out. The most probable scenario of the fire growth associated with the combustion of the conveyor belt in the conveyor working of coal mine was determined. Approach was chosen based on the simulation of gas-phase combustion taking into account the internal processes occurring in the material by setting the specific rate of solid material combustion. The main analytical dependencies for modeling were formulated, on the basis of which a computer model was developed. Large Eddy Simulation (LES) method was used to describe the turbulent flow during a fire. The Deardorff subgrid model is used to calculate turbulent viscosity. The combustion model is an infinitely fast reaction model. The thermal radiation model involves solving the radiation transfer equation based on the control volume method. In the process of the model validation, the effect of the ventilation flow rate on the fire propagation speed was analyzed, which revealed that at a ventilation flow speed of 1.5 to 3 m/s, the maximum fire propagation speed is achieved 0.017 m/s. During the simulation, the influence of the inlet airflow rate on the concentration of CO and CO2 was revealed. In addition, the velocity of the air inlet influences significantly on such parameters as temperature and heat release rate maximum values were from 420 to 670 С and from 2 to 9 MW, respectively. The duration of the growth fire stage, depending on the inlet airflow rate, varies from 300 s to 600 s.