Skip to main content
SUPERVISOR
Raheb Bagherpour,Ebrahim Ghasemivarnosfaderani
راحب باقرپور (استاد راهنما) ابراهيم قاسمي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fakhrosadat Hasheminasab zavare
فخرالسادات هاشمي 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 اهميت موضوع گرد و غبار و گاز متان معلق در هوا و خطرات ناشي از آن، در اين رساله تلاش شده است که با استفاده از شبيهسازي عددي بر پايه ديناميک سيالات محاسباتي (CFD) ، توزيع غلظت اين دو پارامتر )گرد و غبار زغال و گاز متان( ناشي از استخراج يک جبههکار واقع در دستکي از يک جبههکار طولاني مورد بررسي قرار گيرد. بدين منظور مدلهايي از ترکيب سيستمهاي تهويه کمکي مختلف پيشنهاد و شبيهسازي شده است و تاثير هر يک از آنها بر الف( توزيع جريان هواي تازه وارد شده به هندسه مورد نظر و چگونگي تهويه آن مناطق ب( توزيع ذرات گرد و غبار زغال آزاد شده و انتشار يافته در محدوده مورد بررسي ج( توزيع غلظت گاز متان که در اثر استخراج جبه هکار به همراه ذرات گرد و غبار وارد محيط م يشود، مورد بررسي قرار گرفته است. اين مدلها از ترکيب سيستمهاي تهويه کمکي )برتيس و داکت و فن( شبيهسازي شد و اطلاعات د قيق از مسير جريان، سرعت هوا، غلظت گاز متان و غلظت گرد و غبار زغال، که پارامترهاي کليدي در اين مطالعه هستند، حاصل ش د. در اين مدلها تغييراتي در پارامترهاي مهم سيستم داکت و فن )قطر و فاصله ورودي داکت تا جبههکار استخراج ي(، مشخصات برتيس )فاصله برتيس تا ديوار تونل و طول برتيس( و سرعت هوا ايجا د و تاثير هريک مورد بررسي قرار گرفت. اين اطلاعات به افزايش بهرهوري سيستم تهويه 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 يکن د. شبي هسازي بر پايه ديناميک سيالات محاسباتي داراي اصولي است و با حل معادلات ديفرانسيلي مختلف و با اعمال تقريبهايي بر يک دستگاه معادلات خطي امکانپذير است. از آنجايي که در اين رساله محيط دو فازي گاز- جامد )گاز متا ن- گرد و غبار زغال( است و فن مکشي به عنوان تهويه کمکي نيز وجود دارد، بنابراين بايد علاوه بر حل معادلات جريان و تعيين و حل مدلهاي آشفتگي، معادلات مربوط به فاز گازي با مدل گون هها، معادلات فاز جامد با مدل فاز گسسته (DPM) و معادلات فن نيز حل شوند. نتايج شبيهسازي نشان داد که عدم حضور سيستمهاي تهويه کمکي و در نتيجه عدم گردش جريان هوا در محدوده دستک، محدوده به يک گودالي تبديل شده است که غلظت آلايندهها در آن با گذشت زمان رو به افزايش است. افزايش سرعت هواي ورودي نيز در تهويه اين محدوده موثر نبوده و غلظت گاز متان و گرد و غبار زغال چندين برابر حد مجاز آنهاست. بنابراين سيستم برتيس با طولهاي 1.5 ، 2.5 و 2.75 برابر عرض جبههکار و فواصل 0.1 و 0.15 براير عرض جبههکار از ديوار تونل گماشته شد. با اعمال سيستم برتيس در ورودي دستک ، ذرات هوا در اثر برخورد با برتيس تغيير جهت داده و به اين محدوده وارد شدند.همچنين نشان داده شد که افزايش طول برتيس و افزايش فاصله برتيس از ديوار تونل، سبب بهبود تهويه دستک و در نتيجه کاهش غلظت گاز متان و گرد و غبار زغال در اين محدوده م يشود. هرچند که سيستم برتيس به تنهاي ي سبب گردش هوا در منطقه دستک ش د و تغيي ر پارامترهاي آ ن در کيفيت تهوي ه اين منطقه موثر بود ؛ اما اين سيست م به تنهاي ي تواناي ي حذف کامل گازها ي سم ي و گرد و غبار زغال از انتهاي تونل و در وا قع از جبههکار استخراجي را ندارد. از طرفي سيستم برتيس 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 اصلي م يشود. بنابراين اين آلايندهها همراه با جريان هوا به تونل اصلي رسيده و تونل اصل ي را آلوده م يکنند. بنابراين در کنار سيستم برتيس، سيستم داکت و فن به قطر 0.15 عرض جبههکار استخراجي و در ارتفاع 4 / 2 متري از کف تونل به هندسه تونل اضافه شد.تغييرات در پارامترهاي مربوط به داکت و فن تغييرات به سزايي در تهويه دستک داشت. بهترين مدل جهت تهويه دس تک با شرايط هندسه مدل، وجود برتيس به طول 2.75 برابر و فاصله تا ديوار تونل 0.15 برابر عرض جبههکار استخراجي، سيستم داکت و فن با دهانه ورودي 1.25 و قطر 0.2 برابر عرض جبهه کار پيشنهاد شد .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی