Разработка компьютерной модели загазованности метаном тупиковой выработки угольной шахты
Authors: Лисаков С.А. , Сидоренко А.И. , Сыпин Е.В. 
Published: October 2024

В результате выполнения работы проведено компьютерное моделирование загазованности метаном тупиковой выработки угольной шахты. Определены наиболее вероятные сценарии возникновения загазованности метаном в тупиковых выработках угольных шахт, связанные с нарушениями режима работы вентиляции: возникновение загазованности тупиковой выработки при длительной остановке вентилятора местного проветривания возникновение загазованности тупиковой выработки при отставании вентиляционных труб. Проведен анализ известных подходов к моделированию загазованности выработок угольных шахт. Было предложено использовать для моделирования программный пакет вычислительной гидродинамики Fire Dynamics Simulator (FDS) на базе модели турбулентности Large Eddy Simulation (LES), в приближении малых чисел Маха (Ma0,3) (дозвуковое приближение) и модели Дидорфа для расчета турбулентной вязкости. Сформулированы аналитические зависимости и определены исходные данные для моделирования: геометрические параметры тупиковой выработки, параметры вентиляции и метановыделения, начальные условия. Проведена проверка адекватности разработанной компьютерной модели на основе экспериментальных данных представленных в литературе. Расчетные и экспериментальные данные о скорости движения воздуха и распределении концентрации метана в выработке удовлетворительно согласуются. Получены и проанализированы данные о скорости движения воздуха и распределении концентрации метана для исследуемых сценариев. Показано изменение концентрации метана в выработке в зависимости от длительности остановки ВМП и при отставании вентиляционных труб.
Abstract As a result of the work, a computer simulation of the methane gas content of blind drift coal mine was conducted. The most probable scenarios of the methane gas pollution occurrence in the blind drifts of coal mines associated with violations of the ventilation operation mode are observed: the occurrence of gas-contamination in the blind drift at long stop of the local ventilation fan the occurrence of gas contamination of the blind drift at ventilation pipes lag. An analysis of the approaches to modeling the gas contamination of mine workings was carried out. It was proposed to use the Fire Dynamics Simulator (FDS) computational fluid dynamics software for modeling based on the Large Eddy Simulation (LES) turbulence model in the approximation of small Mach numbers (Ma 0.3) (subsonic approximation) and the Deadorf model for calculating turbulent viscosity. Analytical dependencies were formulated. Initial data for modeling were determined: geometric parameters of the blind drift, ventilation and methane emission parameters, and initial conditions. The adequacy of the developed computer model was verified on the basis of experimental data presented in the literature. The calculated and experimental data on the air velocity and distribution of methane concentration in the mine are in satisfactory agreement. The data on the air velocity and methane concentration distribution for the studied scenarios were analyzed. It was shown a change in the concentration of methane in the production, depending on the duration of the shutdown of the local ventilation fan and when the ventilation pipes lag.