Определение скорости седиментации угольной пыли в зависимости от ее размеров и форм-фактора

Приведено обоснование исследования механизма массопереноса и седиментации угольной пыли в горных выработках шахт. Показаны наиболее часто применяемые для описания скорости осаждения дисперсных систем в широком диапазоне размеров частиц законы Стокса и Ньютона. Сформулированы критерии применимости модифицированных уравнений на основе числа Рейнольдса. Показано, что при расчете скорости седиментации угольной пыли необходимо учитывать, что сопротивление её движению в рудничной атмосфере пропорционально первой и второй степени скорости движения частицы угольной пыли. Изменение вертикальной составляющей скорости частиц угольной пыли зависит от форм-фактора частицы, то есть соотношения ее длины и толщины. Полученные результаты расчетов и графические зависимости седиментации частиц угольной пыли объясняют распространение в горных выработках крупнодисперсных фракций угольной пыли размером 100 мкм на 50–150 м и практически не осаждающихся мелкодисперсных фракций размером менее 10 мкм, которые выносятся в атмосферу вентиляционной струей. Данные утверждения хорошо согласуется с натурными наблюдениями.

Кубрин С. С., Харченко А. В., Захаров В. Н. Определение скорости седиментации угольной пыли в зависимости от ее размеров и форм-фактора // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 10-1. – С. 5–19. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_101_0_5.

Кубрин Сергей Сергеевич¹ — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: s_kubrin@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0490-9065,
Харченко Анна Викторовна¹ — канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, e-mail: av-kharchenko@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-3036-6663,
Захаров Валерий Николаевич¹ — академик РАН, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, научный руководитель Института, e-mail: val_zakharov@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-9309-2391,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова РАН.

Харченко А.В., e-mail: av-kharchenko@yandex.ru.

1. Хлудов Д. С., Оленников С. В., Мусинов С. Н., Неведров А. В., Субботин С. П. К вопросу о методике определения участия угольной пыли во взрыве метановоздушной смеси // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2014. — № 2. — С. 150—155.

2. Васильев А. А., Пинаев А. В., Трубицын А. А., Грачев А. Ю., Троцюк А. В., Фомин П. А., Трилис А. В. Что горит в шахте: метан или угольная пыль? // Физика горения и взрыва. — 2017. — Т. 53. — № 1. — С. 11—18. DOI: 10.15372/FGV20170102.

3. Хорошилова Л. С., Тараканов А. В., Хорошилов А. В. Причины взрывов метана и угольной пыли в шахтах Кузбасса // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2012. — № 2. — С. 187—191.

4. 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.

5. 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

6. Филин А. Э., Тертычная С. В., Курносов И. Ю., Колесникова Л. А. Математическое моделирование массопереноса в коллоидных системах // Уголь. — 2023. — № 5. — С. 72—76. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-5-72-76.

7. Mandal С., Prusty B. K., Pathak K., Patra A. K. Investigation of the settling dynamics and behaviour of PM2.5 and PM1.0 present in coal dusts in controlled environmental conditions // Atmospheric Pollution Research. 2026, vol. 17, article 102711. DOI: 10.1016/j.apr.2025.102711.

8. Li Yibo, Chen Xiangjun, Du Yunfei, Li Lin, Zuo Peiqi, Liu Mengke Research on the distribution law of air flow and dust in multi-process operations of coal mine fully mechanized caving face // Energy Science & Engineering. 2025, vol. 13, no. 11, pp. 5247—5267. DOI: 10.1002/ese3.70236.

9. Hongjie Z., Shaocheng G., Tian Z., Deji J., Xi C., Xingyu C. Study on mechanism of air distribution volume's influence on airflow, dust migration and spray dust reduction in fully mechanized caving face // Scientific Reports. 2026, vol. 16, no. 1, article 17780. DOI: 10.1038/s41598-026-49120-y.

10. Кудряшов В. В., Викторов С. Д., Качанов А. Н. О распределении минеральных частиц по размерам при разрушении горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2006. — № 6. — С. 68—72.

11. Поздняков Г. А., Голоскоков С. И., Голоскоков Е. И., Закутский Е. Л. Проблемы и перспективы развития систем мониторинга взрывобезопасности горных выработок // Горная промышленность. — 2016. — № 4(128). — С. 66.

12. Подображин С. Н. Исследование составов для предотвращения пыления открытых поверхностей при добыче угля // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2022. — № 1. — С. 67—74.

13. Скопинцева О. В., Баловцев С. В., Рыбичев А. А. Исследование взрывопожароопасности угольной пыли пластов средней стадии метаморфизма // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2026. — № 5. — С. 80—94. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_5_0_80.

14. Garber W. Empfehlungen für die Auslegung von sicheren Kohletrocknungsanlagen. Ausrüstung. Beispiele. Fehleranalyse. Düsseldorf, 2021, 148 p.

15. Петрухин П. М., Нецепляев М. И., Качан В. Н., Сергеев В. С. Предупреждение взрывов пыли в угольных и сланцевых шахтах. — М.: Недра, 1974. — 304 с.

16. Laryea A. E. N., Oluwasegun O. O., Anamor S. K., Nkansah B. O. Dust sources and impact: A review // North American Academic Research. 2022, vol. 5, no. 9, pp. 17—37. DOI: 10.5281/zenodo.7068922.

17. Галкин А. В., Радионова С. А. Моделирование переноса и седиментации мелкодисперсной пыли при проветривании тупиковых выработок рудников // Горный журнал. — 2021. — № 5. — С. 84—89. DOI: 10.17580/gzh.2021.05.12.

18. Романченко С. Б., Костеренко В. Н., Трубицин А. А., Кубрин С. С. Процессы седиментации взрывоопасных аэрозолей при современных технологиях добычи угля // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2018. — № 2. — С. 6—15.

19. Исаевич А. Г., Семин Е. А. Исследование динамики осаждения витающей пыли в калийных рудниках численными методами // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2023. — № 2. — С. 143—152. DOI: 10.15372/FTPRPI20230214.

20. Ferguson R. I., Church M. A simple universal equation for grain settling velocity // Journal of Sedimentary Research. 2004, vol. 74, no. 6, pp. 933—937. DOI: 10.1306/051204740933.

21. Goossens D. The settling velocity of atmospheric dust particles in calm air and in turbulent environments // Powder Technology. 2019, vol. 356, pp. 235—247.

22. Wang L.-P., Maxey M. R. Settling velocity and concentration distribution of heavy particles in homogeneous isotropic turbulence // Journal of Fluid Mechanics. 1993, vol. 256, pp. 27—68. DOI: 10.1017/S002211209300269X.

23. Maxey M. R. The gravitational settling of aerosol particles in homogeneous, isotropic turbulence with zero mean flow // Journal of Fluid Mechanics. 1987, vol. 174, pp. 441—465. DOI: 10.1017/S002211208700022X.