Научно обоснованные технологические решения по снижению аэрологических рисков на действующих и проектируемых угольных шахтах

Актуальность повышения аэрологической безопасности угольных шахт обусловлена усложнением горно-геологических условий разработки угольных пластов и интенсификацией производственных процессов при подземной добыче угля. Методология оценки аэрологических рисков шахт включает фоновую составляющую, к которой относят горно-геологические характеристики разрабатываемых пластов, и системную составляющую, к которой относят горнотехнические условия отработки угольных пластов. На основании проведенных исследований представлены результаты оценки степени аэрологического риска I, II и III рангов для сверхкатегорных шахт и шахт, опасных по внезапным выбросам угля и газа для разных вентиляционных режимов, которые отражают наиболее благоприятные и неблагоприятные условия угледобычи. Установлено, что аэрологические риски всех рангов в большей степени определяются фоновыми показателями (газоносностью пластов, склонностью к самовозгоранию, горным ударам, пылеобразующей способностью и др.), чем системными факторами (способами и схемами вентиляции, газообильностью участка, нагрузкой на очистной забой и др.). Научно обоснован комплексный метод снижения пылевой и газовой опасностей на выемочных участках, реализуемый в виде способа увлажнения угольных пластов газонаполненными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Способ может быть использован для воздействия на угольный пласт с целью снижения его пылеобразующей способности и газовыделения, а также повышения эффективности пылеулавливания при отбойке угля. Разработана методика обработки угольного массива газонаполненными растворами ПАВ, включающая использование рациональных параметров увлажнения.

Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Научно обоснованные технологические решения по снижению аэрологических рисков на действующих и проектируемых угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 2. – С. 139–151. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_2_0_139.

Баловцев Сергей Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: balovcev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-0961-6050,
Скопинцева Ольга Васильевна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: skopintseva54@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7257-8720,
¹ НИТУ «МИСиС».

Баловцев С.В., e-mail: balovcev@yandex.ru.

1. Кубрин С. С., Решетняк С. Н., Закоршменный И. М., Карпенко С. М. Имитационное моделирование режимов работы оборудования комплексно-механизированного забоя угольной шахты // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 286—294. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-2-286-294.

2. Босиков И. И., Клюев Р. В., Хетагуров В. Н. Анализ и комплексная оценка газодинамических процессов на угольных шахтах с помощью методов теории вероятности и математической статистики // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 461—467. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-461-467.

3. Kabanov E. I., Korshunov G. I., Magomet R. D. Quantitative risk assessment of miners injury during explosions of methane-dust-air mixtures in underground workings // Journal of Applied Science and Engineering. 2020, vol. 24, no. 1, pp. 105—110. DOI: 10.6180/jase. 202102_24(1).0014.

4. Wang G., Ren H., Zhao G. Zhang D., Wen Zh., Meng L., Gong Sh. Research and practice of intelligent coal mine technology systems in China // International Journal of Coal Science & Technology. 2022, vol. 9, article 24. DOI: 10.1007/s40789-022-00491-3.

5. Ли Сяньгун, Ли Юй, Фа Цывэй, Алам Асар Оценка риска аварий с выбросами угля и газа на угольных шахтах на основе факторного анализа и логистической регрессии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10-1. — С. 116—127. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_116.

6. Босиков И. И., Клюев Р. В., Аймбетова И. О., Махошева С. А. Оценка и анализ аэродинамических параметров воздушных потоков для эффективного выбора схем воздухообеспечения в угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 3. — C. 397—405. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-3-397-405.

7. Yueze L., Akhtar S., Sasmito A. P., Kurnia J. C. Prediction of air flow, methane, and coal dust dispersion in a room and pillar mining face // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, no. 4, pp. 657—662. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.05.019.

8. Hasheminasab F., Bagherpour R., Aminossadati S. M. Numerical simulation of methane distribution in development zones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, vol. 89, pp. 68—77. DOI: 10.1016/j.tust.2019.03.022.

9. Филин А. Э., Курносов И. Ю., Колесникова Л. А., Овчинникова Т. И., Колесников А. С. К вопросу моделирования процесса осаждения пыли для условий угольной шахты // Уголь. — 2022. — № 9. — С. 67—72. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-9-67-72.

10. Kornev A. V., Korshunov G. I., Kudelas D. Reduction of dust in the longwall faces of coal mines: Problems and perspective solutions // Acta Montanistica Slovaca. 2021, vol. 26, no. 1, pp. 84—97. DOI: 10.46544/AMS.v26i1.07.

11. Корнев А. В., Ледяев Н. В., Кабанов Е. И., Корнева М. В. Оценка прогнозной запыленности в забоях угольных шахт с учетом особенностей смачиваемости угольной пыли // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 115—134. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_115.

12. Жолманов Д. К., Зиновьева О. М., Меркулова А. М., Смирнова Н. А. Оценка эффективности системы управления рисками на горнодобывающих предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10. — С. 166—176. DOI: 10.25 018/0236_1493_2022_10_0_166.

13. Zhu S., Feng Y., Jiang F., Liu J. Mechanism and risk assessment of overall-instabilityinduced rockbursts in deep island longwall panels // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018, vol. 106, pp. 342—349. DOI: 10.1016/J.IJRMMS.2018.04.031.

14. Cheng C., Cheng X. Y., Yu R., Yue W. P., Liu C. The law of fracture evolution of overlying strata and gas emission in goaf under the influence of mining // Geofluids. 2021, vol. 6, article 2752582. DOI: 10.1155/2021/2752582.

15. Ning J. G., Wang J., Tan Y. L., Xu Q. Mechanical mechanism of overlying strata breaking and development of fractured zone during close-distance coal seam group mining // International Journal of Mining Science and Technology. 2020, vol. 30, no. 2, pp. 207—215. DOI: 10.1016/j. ijmst.2019.03.001.

16. Slastunov S., Kolikov K., Batugin A., Sadov A., Khautiev A. Improvement of intensive in-seam gas drainage technology at Kirova Mine in Kuznetsk Coal Basin // Energies. 2022, vol. 15, no. 3, article 1047. DOI: 10.3390/en15031047.

17. Шулятьева Л. И., Майорова Л. В. Моделирование параметров и организация процесса дегазации выемочных полей угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 8. — С. 168—179. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_8_0_168.

18. Куликова Е. Ю. Методика интегральной оценки риска в шахтном и подземном строительстве // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2-1. — С. 124—133. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-124-133.

19. Shi L., Wang J., Zhang G., Cheng X., Zhao X. A risk assessment method to quantitatively investigate the methane explosion in underground coal mine // Process Safety and Environmental Protection. 2017, vol. 107, pp. 317—333. DOI: 10.1016/j.psep.2017.02.023.

20. Li Y., Su H., Ji H., Cheng W. Numerical simulation to determine the gas explosion risk in longwall goaf areas. A case study of Xutuan Colliery // International Journal of Mining Science and Technology. 2020, vol. 30, no. 6, pp. 875—882. DOI: 10.1016/j.ijmst.2020.07.007.

21. Rodionov V., Tumanov M., Skripnik I., Kaverzneva T., Pshenichnaya C. Analysis of the fractional composition of coal dust and its effect on the explosion hazard of the air in coal mines // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022, vol. 981, no. 3, article 032024. DOI: 10.1088/1755-1315/981/3/032024.

22. 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.

23. Тарасенко И. А., Куликова А. А., Ковалева А. М. К вопросу оценки автоматизации контроля параметров метановоздушной смеси // Уголь. — 2022. — № 11. — С. 84—88. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-11-84-88.

24. Du W., Li H., Qi Q., Zheng W., Yang S. Research on multifactor analysis and quantitative evaluation method of rockburst risk in coal mines // Lithosphere. 2022, special 11. DOI: 10.2113/2022/5005317.

25. Lu Gao, Xiangtao Kang, Meng Tang, Jinguo Hu, Jiachi Ren, Cunliu Zhou Study on prediction of outburst risk of excavation face by initial gas emission // Geofluids. 2022, vol. 2022, article 4866805. DOI: 10.1155/2022/4866805.

26. Zhang H., Han W., Xu Y., Wang Z. Analysis on the development status of coal mine dust disaster prevention technology in China // Journal of Healthcare Engineering. 2021, vol. 2021, article 5574579, pp. 1—9. DOI: 10.1155/2021/5574579.