Расчетно-прогнозная модель накопления взрывопожароопасных газов в рудничной атмосфере нефтяных шахт

Приведена характеристика условий труда на нефтяных шахтах, разрабатывающих месторождения высоковязкой нефти, идентифицированы профессиональные риски, связанные с взрывами газопаровоздушных смесей в подземных выработках. Актуальность и цель исследования сформулированы и обоснованы на основе результатов анализа нормативно-правовых актов, научно-технической документации, применяемой в нефтеи горнодобывающих отраслях промышленности, а также других источников информации, в которых рассматриваются вопросы нефтедобычи шахтным способом. Основная цель научного исследования заключается в разработке методологического подхода к прогнозированию взрывоопасного состояния рудничной атмосферы нефтяных шахт, а также определении режимов эксплуатации выработок, при которых возникают условия для формирования взрывоопасной рудничной атмосферы. Одной из составляющих методологии исследования является предлагаемый авторами метод математического моделирования процесса разбавления свежим воздухом взрывоопасных химических веществ. На основе полученных экспериментальных данных авторами предложен алгоритм оценки взрывоопасного состояния рудничной атмосферы выработок нефтяных шахт. Алгоритм основан на методе расчета прогнозных значений концентрации взрывоопасных химических веществ в рудничной атмосфере. Установлено влияние содержания физически связанной воды в нефтяных эмульсиях на значение нижнего температурного предела распространения пламени. Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о способности высоковязких нефтей формировать взрывоопасные газопаровоздушные смеси в результате их нагрева в условиях рудничного пожара. В заключение приведены основные выводы и рекомендации по использованию результатов исследования в рамках управления профессиональными рисками, связанными с взрывами газопаровоздушных смесей в выработках нефтяных шахт.

Мяков В. В., Коршунов Г. И., Кабанов Е. И., Родионов В. А. Расчетно-прогнозная модель накопления взрывопожароопасных газов в рудничной атмосфере нефтяных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 136–151. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_136.

Мяков Владислав Владимирович¹ — аспирант, e-mail: s215061@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-3144-980X,
Коршунов Геннадий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Korshunov_GI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-2074-9695,
Кабанов Евгений Игоревич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Kabanov_EI@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7580-9099,
Родионов Владимир Алексеевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Rodionov_VA@spmi.pers.ru, ORCID ID: 0000-0003-2398-5829,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Мяков В.В., e-mail: s215061@stud.spmi.ru.

1. Фомин А. И., Грунской Т. В. Методические рекомендации по оценке риска развития профессиональных заболеваний у подземного персонала при термошахтном способе добычи высоковязкой нефти // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2019. — № 1. — С. 82—89. DOI: 10.25558/VOSTNII.2019.18.99.008.

2. Alabyev V. R., Kruk M. N., Bazhina T. P., Semenov A. S., Demin V. I. Economic efficiency of the application of artificial air cooling for normalization of thermal conditions in oil mines // Scientia Iranika. 2020, vol. 27, no. 3, pp. 1606—1615. DOI: 10.24200/SCI.2018.50549.1753.

3. Галкин А. Ф., Курта И. В., Панков В. Ю., Ильинов М. Д. Влияние нефтяного потока на точность прогноза температуры воздуха в горных выработках // Нефтяное хозяйство. — 2020. — № 4. — С. 98—100. DOI: 10.24887/0028-2448-2020-4-98—100.

4. Абашин А. Н., Рудаков М. Л., Степанов И. С. Оценка профессионального риска, обусловленного нагревающим микроклиматом, в горных выработках нефтяных шахт Ярегского месторождения // Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 7. — С. 67—73. DOI: 10.24000/0409-2961-2018-7-67-73.

5. Фомин А. И., Жуйков А. Е., Грунской Т. В. Исследование результатов медицинских осмотров для оценки риска развития профессиональных заболеваний у работников, задействованных в условиях термошахтной добычи нефти // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2021. — № 4. — С. 58—66. DOI: 10.25558/ VOSTNII.2021.20.11.006.

6. Грунской Т. В., Каплина М. В., Соходон Г. В. Оценка тяжести и напряженности труда на рабочих местах подземного персонала Ярегских нефтешахт // Ресурсы Европейского Севера. Технологии и экономика освоения. — 2017. — № 3. — С. 35—55.

7. Фомин А. И., Нор Е. В., Грунской Т. В. Учет синергетических эффектов при оценке профессионального риска в нефтяных шахтах // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 9. — С. 89—94. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-9-89-94.

8. Мяков В. В., Коршунов Г. И., Кабанов Е. И. Анализ условий труда работников, занятых при термошахтной добыче высоковязкой нефти // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. — 2023. — Т. 12. — № 4(64). — С. 222—228.

9. Седнев Д. Реконструкция нефтяных шахт № 1, 2 и 3. Взаимосвязь смертельных случаев на производстве и качества выполнения проектной документации. Анализ ошибок // Горное эхо. — 2021. — № 1 (82). — С. 139—142. DOI: 10.7242/ echo.2021.1.25.

10. Коноплев Ю. П., Демченко А. Г., Демченко А. А. Нефтяная шахта — технология, позволяющая обеспечить половину добычи нефти в XXI в. на открытых и отработанных месторождениях России // Недропользование XXI век. — 2020. — № 1(83). — С. 46—55.

11. Nguyen M. T., Nguyen D. L. T., Xia C., Nguyen T. B., Shokouhimehr M., Sana S. S., Grace A. N., Aghbashlo M., Tabatabaei M., Sonne C., Kim S. Y., Lam S. S., Le Q. V. Recent advances in asphaltene transformation in heavy oil hydroprocessing: Progress, challenges, and future perspectives // Fuel Processing Technology. 2021, vol. 213, article 106681. DOI: 10.1016/j.fuproc.2020.106681.

12. Воробьёв А. Е., Джимиева Р. Б. Инновационные технологии разработки месторождений горючего сланца и высоковязкой нефти шахтным способом // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. — 2009. — № 3. — C. 5—16.

13. Сытник С. С., Маринин С. Ю. Результаты исследования состояния пожарной безопасности на нефтеперерабатывающих объектах // Научные труды КубГТУ. — 2019. — № 7. — С. 370—386.

14. Ходжаева Г. К. Оценка риска аварийности нефтепроводных систем в аспекте геодинамических процессов: Монография. — Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2016. — 132 с.

15. Дупляков Г. С., Елфимова М. В., Пешков А. В. Анализ протекания аварии, сопровождаемой возникновением пожара и взрыва, на складах нефти и нефтепродуктов // Сибирский пожарно-спасательный вестник. — 2020. — № 1(16). — С. 42—47.

16. Назаров В. П., Корольченко Д. А., Швырков С. А., Тангиев М. М., Петров А. П. Особенности оценки уровня пожаровзрывобезопасности резервуаров перед проведением огневых работ // Пожаровзрывобезопасность. — 2021. — № 6. — С. 52—60. DOI: 10.22227/0869-7493. 2021.30.06.52-60.

17. Пшенин В. В., Закирова Г. С. Повышение эффективности систем улавливания паров нефти при товарно-транспортных операциях на нефтеналивных терминалах // Записки Горного института. — 2024. — Т. 265. — С. 121—128. DOI: 10.31897/PMI.2023.29.

18. Рубцов В. В., Ле Вьет Хай, Чан Ван Хан Экспериментальная оценка формирования взрывоопасной среды над плавающей крышей резервуара для хранения нефти в процессе откачки при пожаре соседнего резервуара // Технологии техносферной безопасности. — 2022. — № 1(95). — С. 8—21. DOI: 10.25257/TTS.2022.1.95.8-21.

19. Кобылкин Н. И. Анализ причин взрывов цистерн и резервуаров при перегрузке нефтепродуктов [Электронный ресурс] // Промприбор — технологии и оборудование для нефтебаз : [сайт]. URL: https://www.prompribor.ru/images/o_kompanii/statyi/analiz_vzrivov.pdf (дата обращения: 10.06.2024).

20. Шавердо О. В., Бирюк В. А., Короткевич С. Г. Исследование причин воспламенения паровоздушной смеси светлых нефтепродуктов при наполнении автоцистерн // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. — 2023. — № 2(54). — С. 79—87. DOI: 10.54422/1994439X.2023.2-54.79-87.

21. Клубань В. С., Ле В. Х., Нгуен Л. З., Панасевич Л. Т. Оценка пожарной опасности резервуарных парков для хранения нефти в Социалистической Республике Вьетнам / Гражданская оборона на страже мира и безопасности: Материалы IV Международной научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню гражданской обороны. — М., 2020. — С. 285—294.

22. 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.

23. Рыбичев А. А. К вопросу оценки влияния тяжелых углеводородов на взрывчатость пылеметановоздушных смесей // Уголь. — 2023. — № 2. — С. 41—44. DOI: 10.18796/0041-57902023-2-41-44.

24. Juganda A., Strebinger C., Brune J. F., Gregory E. B. Computational fluid dynamics modeling of a methane gas explosion in a full-scale, underground longwall coal mine // Mining, Metallurgy & Exploration. 2022, vol. 39, pp. 897—916. DOI: 10.1007/s42461-022-00587-z.

25. 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, pp. 1—10. DOI: 10.1016/j. fuel.2022.127273.

26. Романченко С. Б., Нагановский Ю. К., Корнев А. В. Инновационные способы контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Записки Горного института. — 2021. — Т. 252. — С. 927—936. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.14.

27. Баловцев С. В., Скопинцева О. В., Коликов К. С. Управление аэрологическими рисками в подготовительных выработках угольных шахт // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 107—116. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-107-116.

28. Гендлер С. Г., Борисовский И. А. Оценка влияния температурных условий на естественную вентиляцию глубоких карьеров Арктической зоны // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 218—227. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-2-218-227.

29. Каледина Н. О., Малашкина В. А. Индикаторная оценка надежности функционирования шахтных вентиляционно-дегазационных систем // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 553—561. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.8.

30. Sidorenko A. A., Dmitriev P. N., Sirenko Y. G. Predicting methane emissions from multiple gas-bearing coal seams to longwall goafs at russian mines // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2021, vol. 16, no. 8, pp. 851—857.

31. Kazanin O. I., Sidorenko A. A., Vinogradov E. A. Choosing and substantiating the methods of managing gas emission in the conditions of the Kotinskaya Mine of JSC SUEK—Kuzbass // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017, vol. 12, no. 6, pp. 1822—1827.

32. Sidorenko S., Trushnikov V., Sidorenko A. Methane emission estimation tools as a basis for sustainable underground mining of gas-bearing coal seams // Sustainability (Switzerland). 2024, vol. 16, no. 8, article 3457. DOI: 10.3390/su16083457.

33. 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.

34. Baiwei Lei, Chao Li, Zheng Wang, Bing Wu Study on the effect of venting conditions on methane-air explosion characteristics in full-scale mine tunnel // Thermal Science and Engineering Progress. 2024, vol. 47, article 102349. DOI: 10.1016/j.tsep.2023.102349.

35. Karacan C. O. Predicting methane emissions and developing reduction strategies for a Central Appalachian Basin, USA, longwall mine through analysis and modeling of geology and degasification system performance // International Journal of Coal Geology. 2023, vol. 270, article 104234. DOI: 10.1016/j.coal.2023.104234.

36. Guoliang Zhang, Jin Guo, Jiaqing Zhang, Yi Guo, Changhai Li, Su Zhang Experimental study on flame propagation through stratified crude oil vapor in a horizontal duct // Fuel. 2021, vol. 294, article 120531. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120531.

37. Gridina E. B., Rudakov M. L., Rumiantseva A. M. Evaluation of stability of sides of quarries and dumps on the basis of a risk-oriented approach // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, no. 4, pp. 47—52. DOI: 10.33271/nvngu/20204/047.

38. Gridina E. B., Kovshov S. V., Borovikov D. O. Hazard mapping as a fundamental element of OSH management systems currently used in the mining sector // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, no. 1, pp. 107—115. DOI: 10.33271/nvngu/2022-1/107.