Yeraltı maden işletmelerindeki hava hızı ve metan davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile modellenmesi
The computational fluid dynamics (CFD) modeling of airflow velocity and methane behaviour in underground mines
Yazar: GÜLNAZ DALOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÖNDER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Hava akımı = Air flow ; Hız dağılımı = Velocity distribution ; Metan gazı = Methane gas

Özet:
Metan gazı yeraltı ocaklarındaki en önemli tehlikelerden olup, mücadelenin temeli havalandırma sistemlerinin doğru oluşturulmasından geçmektedir. Mevzuatın izin verdiği sınır değerlerini aşmamak için, metan düzenli olarak izlenmeli ve yeterli hava hızı sağlanarak kontrol altında tutulmaya çalışılmalıdır.
Yeraltı kömür ocaklarında metan, çeşitli istasyon noktalarından ya da mobil ekipmanlarla istenilen yerlerden ölçülebilmektedir. Ancak, ölçüm yapmanın zor olduğu ya da yapılan ölçümlerin yetersiz olduğu yerlerde, son yıllarda dünyada yaygın olarak kullanılmaya başlanan, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) metodu ile modellenebilir. Bu çalışmada, tali havalandırma sistemleriyle havalandırılan ve TTK Kozlu müessesinde bulunan bir baca içindeki metan ve hava hızı davranışlarının CFD ile modellemesi yapılmıştır.
Çalışma yapılan bacadan alınan metan konsantrasyon ve hava hızı değerleri CFD tabanında çalışan Ansys® 12.00 programı ile k-є türbulans modelleme tekniği kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ölçüm ve modelleme değerlerinin arasında istatistiksel olarak anlamlı bir ilişki olduğu bulunmuştur. Böylece, modellemede kullanılan veri setinin güvenilir olduğu, ocağın diğer kısımlarındaki çalışmalar içinde kullanılabileceği kanıtlanmıştır.
Çalışmanın sonucunda, yeraltı kömür ocaklarında, özellikle tali havalandırılan bacalardaki metanın ve hava hızının modellenmesinde dikkat edilecek hususlar belirtilmiştir. Ölçüm alınmayan noktalardaki metan ve hava hızının güvenilir tahmini metan kaynaklı kazaların önlenmesine yardımcı olacaktır.

Abstract:
Methane gas is one of the biggest dangers in the underground mines and the basic challenge is to design ventilation systems properly. In order not to exceed the threshold limit value determined by the legislation, methane gas should be regularly monitored and checked, ensuring adequate air velocity. 
Methane in the underground coal mines can be measured at various station points or in the intended areas by means of mobile equipment. However, it can be modelled in the places where it is hard to measure or when the measurements made are inadequate utilizing a recent worldwide method named computational fluid dynamics (CFD) method. In this study, methane and air velocity behaviours in a heading that is Türkish Hard Coal Enterprises (TTK) Kozlu and ventilated by auxiliary ventilation systems were modelled with CFD.
Methane concentration and air velocity values obtained from heading in the study were analyed using Ansys® 12 program running in CFD and k-є turbulence modeling technique. According to resuts obtained, there was a statistically significant relationship between measurement and modeling values. Thus, it has been proven that the data set used in the models is reliable and can be used in the studies carried out in other parts of the mine.
The results of study indicated the important issues to be taken in to consideration while modelling the location and air velocity in the headings especially ventilated using auxiliary ventilation systems in the underground mines. The reliable prediction of methane gas and air velocity at the points where measures are not taken will be useful to prevent accidents due to methane gas.