Повышение безопасности труда работников угольных шахт по пылевому фактору на основе использования гидрогеля

С повышением производительности угледобывающих предприятий происходит ухудшение пылевой обстановки на рабочих местах и обостряются вопросы обеспечения безопасности труда по пылевому фактору. Ежегодно органами Ростехнадзора на угольных шахтах выявляется более 4500 тыс. нарушений, значительная часть которых связана с организацией и проведением мероприятий пылевзрывозащиты. В частности, не соблюдаются периодичность и норма осланцевания горных выработок, что вызвано высокой трудоемкостью данной процедуры, а также дефицитом трудовых, транспортных и энергетических ресурсов на предприятиях. Некачественное проведение мероприятий пылевзрывозащиты и ненадлежащий контроль за их эффективностью чреваты угрозой взрыва пылевоздушной или пылеметановоздушной смеси, сопровождаемого, как правило, групповым смертельным травматизмом, что неоднократно было подтверждено статистикой аварийности на угольных шахтах. С целью повышения безопасности труда работников по пылевому фактору предлагается в горных выработках с интенсивностью пылеотложения от 1,2 до 13 г/м3·сут процедуру осланцевания заменить на обработку выработок 4%-м гидрогелем, что позволит сократить периодичность мероприятий пылевзрывозащиты, увеличив их надежность и продолжительность «защитного эффекта», снизить физическую и пылевую нагрузку на работников. Приведены результаты лабораторных и шахтных исследований по определению химических, адгезионных, влагоудерживающих и пылеулавливающих свойств гидрогеля, подтверждающих безопасность, возможность и целесообразность его применения в качестве альтернативного осланцеванию способа пылевзрывозащиты для ряда горных выработок.

Корнев А. В., Спицын А. А., Коршунов Г. И. Повышение безопасности труда работников угольных шахт по пылевому фактору на основе использования гидрогеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 4. – С. 5–22. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_4_0_5.

Корнев Антон Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Kornev_AV@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-6371-9969,
Спицын Андрей Александрович¹ — аспирант, e-mail: spitsyn1998@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0003-1148-6109,
Коршунов Геннадий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: Korshunov_GI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-2074-9695,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Корнев А.В., e-mail: Kornev_AV@pers.spmi.ru.

1. Мешков Г. Б., Петренко И. Е., Губанов Д. А. Итоги работы угольной промышленности России за 2023 год // Уголь. — 2024. — № 3. — С. 18—29. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-3-18-29.

2. Мохначук И. И., Пиктушанская Т. Е., Брылева М. С., Бетц К. В. Смертность на рабочем месте на предприятиях угольной промышленности России // Медицина труда и промышленная экология. — 2023. — № 63(2). — С. 88—93. DOI: 10.31089/1026-9428-2023-63-2-88-93.

3. Фомин А. И., Анисимов И. М., Анопочкин И. О., Артинова С. Г., Аносова Ю. В. Состояние условий труда и профессиональной заболеваемости в Кемеровской области — Кузбассе / Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах. Сборник материалов XIV международной научно-практической конференции. — Кемерово, 2021. — С. 227-1—227-13.

4. Фомин А. И. Анализ условий и охраны труда на предприятиях угольной отрасли Кузбасса // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2020. — № 3. — С. 57—61. — DOI: 10.25558/VOSTNII.2020.53.88.007.

5. 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.

6. Гендлер С. Г., Степанцова А. Ю., Попов М. М. Обоснование безопасной эксплуатации закрытых угольных складов по газовому фактору // Записки Горного института. — 2024. — С. 1—11.

7. Баловцев С. В. Мониторинг аэрологических рисков аварий на угольных шахтах // Горные науки и технологии. — 2023. — Т. 8. — № 4. — С. 350—359. DOI: 10.17073/2500-0632-202310-163.

8. Sidorenko S., Trushnikov V., Sidorenko A. Methane emission estimation tools as a basis for sustainable underground mining of gas-bearing coal seams // Sustainability. 2024, vol. 16, article 3457. DOI: 10.3390/su16083457.

9. Баловцев С. В., Скопинцева О. В., Куликова Е. Ю. Иерархическая структура аэрологических рисков в угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 276—285. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-2-276-285.

10. 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.

11. Vasilenko T. A., Islamov A., Doroshkevich A. S., Łudzik K., Chudoba D., Кirillov А., Mita C. Permeability of a coal seam with respect to fractal features of pore space of fossil coals // Fuel. 2022, vol. 329, article 125113. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125113.

12. Saarikoski S., Teinilä K., Timonen H., Aurela M., Laaksovirta T., Reyes F., Vasques Y., Oyola P., Artaxo P., Pennanen S., Junttila S., Linnainmaa M., Salonen R. O., Hillamo R. Particulate matter characteristics, dynamics and sources in an underground mine // Aerosol Science and Technology. 2018, vol. 52, no. 1, pp. 114—122. DOI: 10.1080/02786826.2017.1384788.

13. 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.

14. Романченко С. Б., Руденко Ю. Ф., Костеренко В. Н. Пылевая динамика в угольных шахтах. — М.: Изд-во «Горное дело», ООО «Киммерийский центр», 2011. — 256 с.

15. Габов В. В., Гаращенко Ж. М. Обоснование структуры механизированного комплекса для отработки целиков угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 11-1. — С. 38—50. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1 11_0_38.

16. Хохлов С. В., Виноградов Ю. И., Маккоев В. А., Абиев З. А. Влияние скорости детонации взрывчатых веществ на степень предразрушения горной породы при взрыве // Горные науки и технологии. — 2024. — № 9(2). — С. 85—96. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-11-177.

17. Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р., Мифтахов А. А., Суворов Ю. И. Оптимизация удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом на месторождениях со сложным геологическим строением // Записки Горного института. — 2024. — Т. 266. — С. 231—245.

18. 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. 1, no. 1, pp. 1—13. DOI: 10.1080/19392699.2020.1841177.

19. Xia T., Xi Z., Suo L., Wang C. Synergistic dopa-reinforced fluid hydrosol as highly efficient coal dust suppressant // Chemical Engineering Journal. 2024, vol. 479, article 147641. DOI: 10.1016/j. cej.2023.147641.

20. Ren B., Yuan L., Zhou G., Li Sh., Meng Q., Wang K., Jiang B., Yu G. Effectiveness of coal mine dust control. A new technique for preparation and efficacy of self-adaptive microcapsule suppressant // International Journal of Mining Science and Technology. 2022, vol. 32, no. 6, pp. 1181—1196. DOI: 10.1016/j.ijmst.2022.09.006.

21. Ji M., Sun Z., Guo H. The application of the foam technology to the dust control for reducing the dust injury of coal mines // Applied Sciences. 2022, vol. 12, article 10878. DOI: 10.3390/app122110878.

22. Wang H., Cheng S., Wang H., He J., Fan L., Danilov A. S. Synthesis and properties of coal dust suppressant based on microalgae oil extraction // Fuel. 2023, vol. 338, article 127273. DOI: 10.1016/j. fuel.2022.127273.

23. Liu R., Zhou G., Wang K., Niu Ch., Zhang Q., Wang Y., Dong Xi., Ramakrishna S. Experimental investigation on highly efficient collection and cleaning for fine coal dust particles by dry-wet mixed chemical method // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021, vol. 9, no. 5, article 105861. DOI: 10.1016/j.jece.2021.105861.

24. Пернебек Б. П., Семенов Ю. В., Рыбичев А. А., Козлова Л. О. Оценка эффективности смачиваемости угольной пыли при разных температурах растворов // Уголь. — 2024. — № 1. — С. 70—75. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-1-70-75.

25. Zhou Q., Qin B. Coal dust suppression based on water mediums. A review of technologies and influencing factors // Fuel. 2021, vol. 302, article 121196. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121196.

26. Liu G., Hou M. Advanced technologies on mine dust prevention and control // Applied Sciences. 2023, vol. 13, article 4869. DOI: 10.3390/app13084869.

27. Martirosyan A. V., Ilyushin Yu. V. The development of the toxic and flammable gases concentration monitoring system for coalmines // Energies. 2022, vol. 15, pp. 8917—8917. DOI: 10.3390/en 15238917.

28. Коробейникова Е. А., Панарина А. В., Куксова К. Д., Пудовкина А. А. Взрыв на шахте «Листвяжная»: рассуждения и выводы / Наука России — будущее страны: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. — Пенза: Наука и Просвещение, 2022. — С. 230—235.

29. Luo Y., Wang D., Cheng J. Effects of rock dusting in preventing and reducing intensity of coal mine explosions // International Journal of Coal Science and Technology. 2017, vol. 4, no. 2, pp. 102—109. DOI: 10.1007/s40789-017-0168-z.

30. Patra S. K., Poddar R., Brestic M., Acharjee P. U., Bhattacharya P., Sengupta S., Pal P., Bam N., Biswas B., Barek V., Ondrisik P., Skalicky M., Hossain A. Prospects of hydrogels in agriculture for enhancing water productivity under water deficit condition // Hindawi International Journal of Polymer Science. 2022, vol. 2022, article 4914836. DOI: 10.1155/2022/4914836.

31. Галкин С. В., Рожкова Ю. А. Анализ опыта применения предварительно сшитых полимерных гелей при разработке высокообводненных эксплуатационных объектов в условиях низкотемпературных нефтяных пластов // Записки Горного института. — 2024. — Т. 265. — С. 55—64.

32. Карапетян К. Г., Дорош И. В., Згонник П. В., Коршунов А. Д., Перина А. И. Сорбенты на основе вспененного фосфатного стекла для сбора нефтепродуктов с загрязненных почв и водных поверхностей // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2024. — Т. 335. — № 8. — C. 227—240. DOI: 10.18799/24131830/2024/8/4484.

33. Ren X., Xue D., Li Y., Hu X., Shao Z., Cheng W., Dong H., Zhao Y., Xin L., Lu W. Novel sodium silicate polymer composite gels for the prevention of spontaneous combustion of coal // Journal of Hazardous Materials. 2019, vol. 371, pp. 643—654. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.03.041.

34. Jiang Z., Dou G. Preparation and characterization of chitosan grafting hydrogel for mine-fire fighting // ACS Omega. 2020, vol. 5, no. 5, pp. 2303—2309. DOI: 10.1021/acsomega.9b03551.

35. Liu Ya., Wei Zh., He M., Zhao W., Wang J., Zhao Ju. Preparation of dopamine-modified sea squirt cellulose hydrogel dust-fixing agent to prevent raising of dust // Environmental Research. 2023, vol. 237, part 1, article 116803. DOI: 10.1016/j.envres.2023.116803.

36. Корнев А. В., Спицын А. А., Займенцева Л. А., Зубко М. В. Исследование физико-химических свойств гидрогеля как средства пылевзрывозащиты и снижения запыленности в угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 9-1. — С. 180—198. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_180.