Skip to main content
SUPERVISOR
Raheb Bagherpour,Ebrahim Ghasemivarnosfaderani
راحب باقرپور (استاد راهنما) ابراهیم قاسمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fakhrosadat Hasheminasab zavare
فخرالسادات هاشمی نسب زواره

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Simulation of Coal Dust and Methane Emissions in the Mechanized Coal Excavation Method
Due to the importance of the issue of dust on the air and its dangers, this thesis attempts to use the numerical simulation based on Computational Fluid Dynamics (CFD) to examine the concentration distribution of this parameter (coal dust) produced by a working face located in the crosscut of longwall face. Therefore, models of the combination of various auxiliary ventilation systems are proposed and simulated, and the impact of each model has been assessed on: a) the distribution of fresh air flow into the desired geometry and how to ventilate these areas; b) the distribution of released and distributed dust particles within the range c) Distribution of methane gas concentration that is released into the environment with dust particles through the working face. These models are simulated from the combination of auxiliary ventilation systems (Brattice, Duct and Fan) and accurate information on the flow path, air velocity, methane gas concentration and coal dust concentration which are the key parameters in this study is achieved. In these models, changes are made to the important parameters of the duct and the fan system (the diameter and the distance of duct inlet from the working face), the brattice parameters (brattice distance from the tunnel wall and brattice length), and the air velocity, and the impact of each is studied. This information contributes to increase the efficiency of the ventilation system in hazardous areas, including dead-end and polluted areas of gas and coal dust where the risk of explosion is high. The simulation based on computational fluid dynamics includes some basis, and it is possible to be solved by various differential equations and implementing approximations to a linear equation system. Since the thesis describes a two-phase solid-gas environment (methane gas- coal dust) and there is an exhaust fan technology as an auxiliary ventilation, therefore, in addition to solving the flow equations and determining and solving the turbulence models, the corresponding equations to the gas phase with the species model, the solid phase equations with the Discrete Phase Model (DPM) and the equations of the fan are also solved. The simulatio
با توجه به اهمیت موضوع گرد و غبار و گاز متان معلق در هوا و خطرات ناشی از آن، در این رساله تلاش شده است که با استفاده از شبیهسازی عددی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ، توزیع غلظت این دو پارامتر )گرد و غبار زغال و گاز متان( ناشی از استخراج یک جبههکار واقع در دستکی از یک جبههکار طولانی مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور مدلهایی از ترکیب سیستمهای تهویه کمکی مختلف پیشنهاد و شبیهسازی شده است و تاثیر هر یک از آنها بر الف( توزیع جریان هوای تازه وارد شده به هندسه مورد نظر و چگونگی تهویه آن مناطق ب( توزیع ذرات گرد و غبار زغال آزاد شده و انتشار یافته در محدوده مورد بررسی ج( توزیع غلظت گاز متان که در اثر استخراج جبه هکار به همراه ذرات گرد و غبار وارد محیط م یشود، مورد بررسی قرار گرفته است. این مدلها از ترکیب سیستمهای تهویه کمکی )برتیس و داکت و فن( شبیهسازی شد و اطلاعات د قیق از مسیر جریان، سرعت هوا، غلظت گاز متان و غلظت گرد و غبار زغال، که پارامترهای کلیدی در این مطالعه هستند، حاصل ش د. در این مدلها تغییراتی در پارامترهای مهم سیستم داکت و فن )قطر و فاصله ورودی داکت تا جبههکار استخراج ی(، مشخصات برتیس )فاصله برتیس تا دیوار تونل و طول برتیس( و سرعت هوا ایجا د و تاثیر هریک مورد بررسی قرار گرفت. این اطلاعات به افزایش بهرهوری سیستم تهویه در مناطق خطرناک، از جمله مناطق بسته و مناطق آلوده به گاز و گرد و غبار زغال که در آن خطر انفجار بالا است، کمک م یکن د. شبی هسازی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی دارای اصولی است و با حل معادلات دیفرانسیلی مختلف و با اعمال تقریبهایی بر یک دستگاه معادلات خطی امکانپذیر است. از آنجایی که در این رساله محیط دو فازی گاز- جامد )گاز متا ن- گرد و غبار زغال( است و فن مکشی به عنوان تهویه کمکی نیز وجود دارد، بنابراین باید علاوه بر حل معادلات جریان و تعیین و حل مدلهای آشفتگی، معادلات مربوط به فاز گازی با مدل گون هها، معادلات فاز جامد با مدل فاز گسسته (DPM) و معادلات فن نیز حل شوند. نتایج شبیهسازی نشان داد که عدم حضور سیستمهای تهویه کمکی و در نتیجه عدم گردش جریان هوا در محدوده دستک، محدوده به یک گودالی تبدیل شده است که غلظت آلایندهها در آن با گذشت زمان رو به افزایش است. افزایش سرعت هوای ورودی نیز در تهویه این محدوده موثر نبوده و غلظت گاز متان و گرد و غبار زغال چندین برابر حد مجاز آنهاست. بنابراین سیستم برتیس با طولهای 1.5 ، 2.5 و 2.75 برابر عرض جبههکار و فواصل 0.1 و 0.15 برایر عرض جبههکار از دیوار تونل گماشته شد. با اعمال سیستم برتیس در ورودی دستک ، ذرات هوا در اثر برخورد با برتیس تغییر جهت داده و به این محدوده وارد شدند.همچنین نشان داده شد که افزایش طول برتیس و افزایش فاصله برتیس از دیوار تونل، سبب بهبود تهویه دستک و در نتیجه کاهش غلظت گاز متان و گرد و غبار زغال در این محدوده م یشود. هرچند که سیستم برتیس به تنهای ی سبب گردش هوا در منطقه دستک ش د و تغیی ر پارامترهای آ ن در کیفیت تهوی ه این منطقه موثر بود ؛ اما این سیست م به تنهای ی توانای ی حذف کامل گازها ی سم ی و گرد و غبار زغال از انتهای تونل و در وا قع از جبههکار استخراجی را ندارد. از طرفی سیستم برتیس تنها به حرکت ذرات جامد و گاز موجود در هوا جهت داده و باعث حرکت آ نها به سمت راست و بالا دست دستک و از آنجا به تونل اصلی م یشود. بنابراین این آلایندهها همراه با جریان هوا به تونل اصلی رسیده و تونل اصل ی را آلوده م یکنند. بنابراین در کنار سیستم برتیس، سیستم داکت و فن به قطر 0.15 عرض جبههکار استخراجی و در ارتفاع 4 / 2 متری از کف تونل به هندسه تونل اضافه شد.تغییرات در پارامترهای مربوط به داکت و فن تغییرات به سزایی در تهویه دستک داشت. بهترین مدل جهت تهویه دس تک با شرایط هندسه مدل، وجود برتیس به طول 2.75 برابر و فاصله تا دیوار تونل 0.15 برابر عرض جبههکار استخراجی، سیستم داکت و فن با دهانه ورودی 1.25 و قطر 0.2 برابر عرض جبهه کار پیشنهاد شد .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی