Экспериментальные исследования параметров массопереноса в каменных углях

Показано, что остаточное содержание газа метана в угольных отдельностях определяется, с одной стороны, начальной величиной метаноносности в разрабатываемом пласте, а с другой стороны – условиями транспортирования угля до места временного хранения. Отмечено, что динамика метаноносности угля при его транспортировке до складов временного хранения зависит от интенсивности процессов массопереноса между углем и воздухом. Рассмотрен термогравиметрический метод установления параметров массопереноса в ископаемых углях, который основан на изучении в лабораторных условиях десорбции метана из пористой структуры каменного угля. Показано, что с помощью этого метода ожидается регистрация изменения массы образца в условиях программированного изменения температуры среды в заданных параметрах. Описана установка для термогравиметрии MOC-120H, состоящая из весов непрерывного взвешивания (термовесов-влагомеров); печи, в которую помещают образец; инфракрасных датчиков, регистрирующих температуру (термопары); программного регулятора температуры. Исследование проводилось для 5 навесок. Полученные результаты измерений представлены в виде временных зависимостей коэффициентов массопереноса (эффективного коэффициента диффузии и энергии активации) от температуры окружающей среды в интервале от 30 до 70 °С.

Гендлер С. Г., Василенко Т. А., Степанцова А. Ю. Экспериментальные исследования параметров массопереноса в каменных углях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 9-1. – С. 135–148. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_ 91_0_135.

Гендлер Семен Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Sgendler@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7721-7246,
Василенко Татьяна Анатольевна¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: tvasilenko@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-4290-1520,
Степанцова Анастасия Юрьевна¹ — аспирант, e-mail: s215060@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-5027-4742, 
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Степанцова А.Ю., e-mail: s215060@stud.spmi.ru.

1. Корнев А. В., Корнева М. В., Сафина А. М. Роль пылевого фактора в вопросах обеспечения промышленной безопасности и охраны труда на предприятиях угледобывающей отрасли // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № S60-2. — С. 322—334.

2. Коршунов Г. И., Спицын А. А., Баженова В. А. Разработка способа снижения выделения респирабельной фракции пыли в атмосферу разреза за счет рекультивации пылящих источников // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 6. — С. 27—32. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-6-27-32.

3. Смирняков В. В., Родионов В. А., Смирнякова В. В., Орлов Ф. А. Влияние формы и размеров пылевых фракций на их распределение и накопление в горных выработках при изменении структуры воздушного потока // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 71—81. DOI: 10.31897/PMI.2022.12.

4. Мешков Г. Б., Петренко И. Е., Губанов Д. А. Итоги работы угольной промышленности России за январь — март 2023 года // Уголь. — 2023. — № 6. — С. 5—12.

5. Астафуров Н. А. Транспортировка угля в России // Научный форум. Сибирь. — 2015. — № 1. — С. 84—85.

6. Хохолов Ю. А., Гаврилов В. Л., Федоров В. И. Математическое моделирование теплообменных процессов хранения мерзлого угля на открытых складах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 6. — С. 172—182. DOI: 10.15372/FTPRPI20190617.

7. Романченко С. Б., Нагановский Ю. К., Корнев А. В. Инновационные способы контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 927—936. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.14

8. Московая И. В., Лазарева Л. П. Анализ эффективности применения ветро-пылезащитных экранов на открытых складах угольных терминалов // Евразийский Союз Ученых. — 2015. — № 6-2 (15). — С. 140—144.

9. Альмухаметова С. Г. Переход открытых складов угля к закрытым как решение проблемы выбросов пыли в окружающую среду / Материалы XIX молодежной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — СПб., 2020. — С. 25—28.

10. Зубов В. П., Голубев Д. Д. Перспективы использования современных технологических решений при отработке пологих пластов угля с учетом опасности формирования очагов его самовозгорания // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 534—541. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.6.

11. Родионов В. А., Турсенев С. А., Скрипник И. Л., Ксенофонтов Ю. Г. Результаты исследования кинетических параметров самовозгорания каменноугольной пыли// Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 617—622. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.3.

12. Корнев А. В., Спицын А. А., Коршунов Г. И., Баженова В. А. Обеспечение пылевзрывобезопасности подземных горных выработок в угольных шахтах: методы и современные тенденции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 3. — С. 133—149. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_3_0_133.

13. Родионов В. А., Цыганков В. Д., Жихарев С. Я., Кормщиков Д. С. Методика исследования аэродинамических свойств каменноугольной пыли в протяженных горизонтальных выработках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10. — С. 69—79. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_10_0_69.

14. Смирнов В. Г., Манаков А. Ю., Дырдин В. В. Энергия активации процесса разложения и образования гидратов метана в порах природного угля // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2014. — C. 24—28.

15. Василенко Т. А., Кириллов А. К., Шажко Я. В., Волошина Н. И. Скейлинговое представление процесса десорбции метана из природного сорбента // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17. — № 4. — С. 91—99.

16. Демченко В. Б., Колесников В. Г. Исследования гравитационного расслоения метано-воздушной смеси // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2001. — Симпозиум «Неделя горняка». — С. 1—3.

17. Гайдаров Б. А. Обзор основных характеристик экспериментальных методов измерения коэффициента диффузии метана угольных пластов // Труды Института геологии Дагестанского научного центра РАН. — 2022. — № 4(91). — С. 24—31. DOI: 10.33580/25419684-2022-91-4-24-31.

18. Qing-Wei Li, Yang Xiao, Cai-Ping Wang, Jun Deng, Chi-Min Shu Thermokinetic characteristics of coal spontaneous combustion based on thermogravimetric analysis // Fuel. 2019, vol. 250, pp. 235—244. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.04.003.

19. Усенбеков М. С., Исабек Т. К., Полчин А. И., Жумабекова А. Е. Динамика метановыделения при ведении горных работ в зонах геологических нарушений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 141—151. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2022_12_0_141.

20. Smirnyakov V. V., Smirnyakova V. V., Pekarchuk D. S., Orlov F. A. Analysis of methane and dust explosions in modern coal mines in Russia // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019, vol. 10, no. 2, pp. 1917—1929.

21. Сикарев С. Н., Адамов Е. И., Смирнов С. Г., Липатов И. В., Людмилин М. М. Математическая модель поведения воздушных потоков на территории открытых угольных складов // Научные проблемы водного транспорта. — 2020. — № 62. — С. 20—26. DOI: 10.37890/jwt.vi62.37.

22. Стариков Г. П., Юрченко В. М., Мельник Т. Н., Худолей О. Г., Кравченко А. В. Активация диффузии метана в угле под воздействием изменяющихся механических и термодинамических параметров пласта // Физика и техника высоких давлений. — 2019. — № 3. — С. 122—130.

23. Шапошник В. А. Энергии активации ионообменных процессов // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2022. — Т. 22. — № 5. — С. 622—629. DOI: 10.17308/ sorp-chrom.2022.22/10683.

24. Джигрин А. В., Поздняков Г. А. Новосельцев А. И. Предупреждение и локализация взрывов газа и пыли в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. — 2009. — № 4. — С. 22—26.

25. Муханов А., Мостепанов Е., Ильченко Г. Промышленная безопасность угольной промышленности // Энергонадзор. — 2015. — № 10. — С. 21—27.

26. Borowski G., Smirnov Y. D., Ivanov A. V., Danilov A. S. Effectiveness of carboxymethyl cellulose solutions for dust suppression in the mining industry // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2020, vol. 42, no. 8, pp. 2345—2356. DOI: 10.1080/19392699.2020.1841177.

27. Забурдяев В. С., Подображин С. Н., Скатов В. В. Шахтный метан и угольная пыль: формирование взрывоопасных ситуаций // Безопасность труда в промышленности. — 2016. — № 2. — C. 42—46.

28. Biliaiev M. M., Karpo A. A., Yakubovska Z. M. Reducing the intensity of takeaway pulverized coal by using special solution // Science and Transport Progress Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport. 2017, no. 2(68), pp. 8—15. DOI: 10.15802/ stp2017/99742.

29. Гончаров Е. В., Цирель С. В. Геодинамические методы оценки распределения метана в каменноугольных месторождениях и мероприятия по интенсификации метанопритоков при скважинных методах дегазации // Записки Горного института. — 2016. — Т. 222. — С. 803—808.

30. Колесниченко И. Е., Артемьев В. Б., Колесниченко Е. А. Обоснование энергетического показателя взрывоопасности пластов и взрывоопасных концентраций угольной пыли в горных выработках // Промышленная безопасность. — 2016. — № 2. — С. 32—35.

31. Литвишков Ю. Н. О физическом смысле параметров уравнения Аррениуса // Kimya Problemleri. 2019. — № 3. — С. 28—37.

32. Мустафин М. Г. Моделирование геомеханического состояния массива горных пород при добыче метана из угольных пластов // Записки Горного института. — 2015. — Т. 216. — С. 57—61.

33. Liu Y., Zhang C., Zhang Y. Evolution mechanism of methane adsorption capacity in vitrinite-rich coal during coalification // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021, vol. 96, no. 1, pp. 104—107. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104307.

34. Поздняков Г. А., Диколенко Е. Я., Мясников С. В. К вопросу об эффективности пылевзрывозащиты горных выработок угольных шахт // Безопасность труда в промышленности. — 2012. — № 12. — С. 45—48.

35. Голынец О. С., Сергеева А. С., Никонова Т. А., Эпштейн С. А. Перспективы применения инфракрасных термогравиметрических влагомеров для определения общей влаги твердого минерального топлива // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № S60-2. — С. 118—129.