Совершенствование функциональной структуры системы мониторинга метана в угольных шахтах

Мониторинг метана в шахтах обеспечивается в соответствии с положениями отраслевых Правил безопасности (далее ПБ), которые устанавливают минимальные требования к системе контроля концентраций метана и системе автоматической газовой защиты (АГЗ). Соблюдение этих требований позволяет только констатировать превышение допустимых концентраций в регламентированных ПБ точках вентиляционной сети шахты. Но для управления газовой обстановкой в шахте этого недостаточно, поскольку для правильной организации проветривания, проектирования эффективной дегазации, а также принятия адекватных решений при аварийной остановке вентиляционного или газоотсасывающего оборудования необходимо прогнозировать газовыделение каждого источника выделения метана в реальном режиме времени, т.е. знать динамику газового баланса в процессе ведения горных работ. Особенно это важно для выемочных участков со схемами проветривания, обеспечивающими обособленное разбавление метана по источникам его поступления за счет проведения и поддержания дополнительных выработок. Такие схемы имеют по 2 и более выработки с поступающими и/или исходящими струями. Разработаны предложения по расширению функций системы контроля метана в угольных шахтах с целью автоматизации контроля не только концентраций метана в вентиляционно-дегазационных системах, но и полного газового баланса с учетом метана, каптируемого системой дегазации. Дополнительные функции должны обеспечивать цели и задачи многофункциональных систем безопасности (МФСБ) – возможность оперативного представления информации о фактической эффективности управления газовыделением средствами вентиляции и дегазации (распределении потоков метана в шахтной вентиляционной сети и достигнутом коэффициенте дегазации). Такая информация необходима для анализа и оценки аэрологических рисков, принятия решений о необходимости корректировки расчетов расходов воздуха, изменении схемы проветривания, совершенствования схемы и способа дегазации, т.е. для текущего и перспективного планирования развития вентиляционно-дегазационной системы в соответствии с развитием горных работ.

Каледина Н. О., Аржанов И. Е. Совершенствование функциональной структуры системы мониторинга метана в угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 128–140. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_ 12_0_128.

Каледина Нина Олеговна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: nok52@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7292-7364.
Аржанов Илья Евгеньевич¹ — аспирант, e-mail: ugrumy3434@gmail.com,
¹ ГИ НИТУ «МИСиС».

Каледина Н.О., e-mail nok52@mail.ru.

1. Smirnyakova V. V., Smirnyakov 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, no. 10, pp. 1917—1929

2. Puchkov L. A., Kaledina N. O., Kobylkin S. S. Systemic approach to reducing methane explosion hazard in coal mines // Eurasian Mining. 2015, no. 2, pр. 3—6. DOI: 10.17580/ em.2015.02.01.

3. Босиков И. И., Клюев Р. В., Майер А. В., Стась Г. В. Разработка метода анализа и оценки оптимального состояния аэрогазодинамических процессов на угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 97–106. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-1-97-106.

4. Meshkov A., Kazanin O., Sidorenko A. Methane emission control at the high-productive longwall panels of the Yalevsky Coal Mine // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 174, article 01040. DOI: 10.1051/e3sconf/202017401040.

5. Копылов К. Н., Кубрин С. С., Решетняк С. Н. Повышение энергоэффективности и безопасности в угольных лавах // Горный журнал. — 2019. — № 4. — С. 85—88. DOI: 10.17580/gzh.2019.04.19.

6. Палеев Д. Ю. Состояние и перспективы научного обеспечения горноспасательных работ // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2020. — № 1. — С. 22—28.

7. Baris K., Aydin Y. Atmospheric monitoring systems in underground coal mines revisited. A study on sensor accuracy and location // International Journal of Oil, Gas and Coal Technology. 2020, no. 23, pp. 325—350. DOI: 10.1504/IJOGCT.2020.105777.

8. Schatzel J., Dougherty H., Krog R. B. Methane emissions and airflow patterns on a longwall face: Potential influences from longwall gob permeability distributions on a bleederless longwall // Transactions of Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. 2017, vol. 342, no. 1, pp. 51—61. DOI: 10.19150/trans.8108.

9. Cappellini B., Johnson D., Clark N., Barr A. Improving real-time methane monitoring in longwall coal mines through system response characterization of a multi-nodal methane detection network / ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings (IMECE). 2021, vol. 13, V013T14A014. DOI: 10.1115/IMECE2021-69709.

10. Босиков И. И., Клюев Р. В., Хетагуров В. Н., Ажмухамедов И. М. Разработка методов и средств управления аэрогазодинамическими процессами на добычных участках // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 77—83. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-1-77-83.

11. Qiao M., Ren T., Roberts J., Tan L., Wu J. Improved computational fluid dynamics modelling of coal spontaneous combustion control and gas management // Fuel. 2022, vol. 324, article 124456. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.124456.

12. Xu Y., Li Z., Liu H., Song P., Jia M. A model for assessing the compound risk represented by spontaneous coal combustion and methane emission in a gob // Journal of Cleaner Production. 2020, vol. 273, article 122925. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122925.

13. Meyer Varicon C. F. Advancing the technology of methane monitoring on a continuous miner // Journal of the Mine Ventilation Society of South Africa. 2018, vol. 71, no. 3, рр. 12—20.

14. Каледина Н. О., Чечель К. Н. Анализ газового баланса выемочного участка в обеспечении аэрологической безопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10. — С. 5—16. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_101_0_5.

15. Dziurzyński W., Pałka T., Krach A., Wasilewski S. Methodology for determining methane distribution in a longwall district // Archives of Mining Sciences. 2019, vol. 64, no. 3, pp. 467—485. DOI: 10.24425/ams.2019.129363.

16. Karacan C. Ö., Martín-Fernández J. A., Ruppert L. F., Olea R. A. Insights on the characteristics and sources of gas from an underground coal mine using compositional data analysis // International Journal of Coal Geology. 2021, vol. 241, article 103767. DOI: 10.1016/j. coal.2021.103767.

17. 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.

18. 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.

19. Lolon S. A., Brune J. F., Bogin G. E., Juganda A. Study of methane outgassing and mitigation in longwall coal mines // Mining, Metallurgy and Exploration. 2020, vol. 37, no. 5, pp. 1437—1449. DOI: 10.1007/s42461-020-00287-6.

20. Гендлер С. Г., Габов В. В., Бабырь Н. В., Прохорова Е. А. Обоснование технических решений по снижению производственного травматизма в лавах угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 5—19. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_1_0_5.