БЕЗОПАСНОСТЬ


Оригинальная статья

 

УДК 622.411.332:661.92:622.812.001.1 © И.Е. Колесниченко, В.Б. Артемьев, Е.А. Колесниченко, Е.И. Любомищенко, 2020

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 7-2020 /1132/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-7-42-48

 

Название

Квантово-электронные закономерности формирования метаморфических процессов и механизма внезапных выбросов метана в угольных пластах

 

Авторы

Колесниченко И.Е., доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Проектирование и строительство автомобильных дорог», заместитель директора Шахтинского автодорожного института (филиала) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 346500, г. Шахты, Россия, e-mail: kolesnichenko-igor@rambler.ru

Артемьев В.Б., доктор техн. наук, 115054, г. Москва, Россия

Колесниченко Е.А., доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры «Проектирование и строительство автомобильных дорог» Шахтинского автодорожного института (филиала) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 346500, г. Шахты, Россия, e-mail: kolesnichenko-2718@rambler.ru

Любомищенко Е.И., канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры «Проектирование и строительство автомобильных дорог» Шахтинского автодорожного института (филиала) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 346500, г. Шахты, Россия, e-mail: katya87lk@mail.ru

 

Аннотация

Статья посвящена проблеме предотвращения внезапных выбросов метана и угля. Показано, что эффективных методов прогноза внезапных выбросов метана нет. Приведены цель и методы исследования. Проблему необходимо решать на основе изучения генетической связи торфообразования и метаморфизма угольных пластов. Отмечено, что на первых этапах исследования были обоснованы петрографический и химический составы органической массы торфяника. Показано, что внезапные выбросы изучали специалисты в области технологии разработки, геомеханики, химии, математики, которые не учитывали вещественную структуру органического вещества угольного пласта. Авторами изложена методология и физические основы квантовой теории внезапных выбросов метана и угля. Дано описание закономерностей образования внутренней энергии атомов вещества, энергии кванта и фотона. Описаны закономерности поглощения и излучения электронами атомов электромагнитных волн тепловой энергии. Впервые показана связь величины энергии поглощаемого фотона и расстояния между центрами атомов. Приведена химическая структура органических остатков в торфянике. Показано, что физико-химические процессы в торфянике происходили при получении внешней энергии от Солнца. После перекрытия торфяника, физико-химические процессы инициировались внутренней энергией атомов формирующегося угольного пласта. Авторы впервые предложили квантово-электронную гипотезу внезапного выброса мета и угля. Первичным процессом подготовки к выбросу является сжатие пласта, при увеличение внешнего силового давления. Вторичным процессом является лавинообразное увеличение количества электромагнитных излучений и разрушение макромолекул. Условием возникновения лавинообразного увеличения количества электромагнитных излучений является превышение количества атомов в возбуждённом состоянии над числом невозбуждённых. Эти процессы приводят к повышению объёма и давления метана в пласте. Приведено описание микровыбросов при вымывании передовых полостей по выбросоопасному пласту.

 

Ключевые слова

Механизм внезапного выброса, молекулярная структура, механика внезапных выбросов, атомы, электромагнитные волны, фотон, метан, энергетические уровни, передача тепловой энергии, электронные орбитали, физико-химические процессы, процессы метаморфизма.

 

Список литературы

1. Колесниченко Е.А., Артемьев В.Б., Колесниченко И.Е. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. 232 с. (Библиотека горного инженера. Т. 9. «Рудничная аэрология». Кн. 6).

2. Грицко Г. Внезапные выбросы метана в шахтах // Наука в Сибири. 2007. № 32.

3. Жемчужников Ю.А. Общая геология каустобиолитов. Л., М.: Главная редакция геологоразведочной и геодезической литературы, 1935. 548 с.

4. Иванов Г.А. Угленосные формации. Закономерности строения, образования, изменения и генетическая классификация. Л.: Наука, 1967. 407 с.

5. Evolution of coal self-heating processes in longwall gob areas / T. Xia, X. Wang, F. Zhou et al. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 86. P. 861-868. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.03.072

6. Simulation of coal self-heating processes in underground methane-rich coal seams / T. Xia, F. Zhou, F. Gao et al. // International Journal of Coal Geology. 2015. Vol. 1-2. P. 141-142. DOI: 10.1016/j.coal.2015.02.007

7. О влиянии форм связи с угольной матрицей на газодинамические явления, возникающие при подземной разработке угольных пластов / В.Г. Смирнов, В.В. Дырдин, З.Р. Исмагилов и др. // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017. № 1. С. 34-41.

8. РД 05-350-00. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа. Вводится в действие с 01.10.2000 г. постановлением Госгортехнадзора России от 22.06.2000 № 36.

9. Simulation Experiment and Acoustic Emission Study on Coal and Gas Outburst / Hui Li, Zengchao Feng, Dong Zhao, Dong Duan // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2017. Vol. 50. Issue 8. P. 2193-2205.

10. О некоторых особенностях взаимодействия между геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах Кузбасса / В.Н. Опарин, Т.А. Киряева, В.Ю. Гаврилов и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 3. С. 3-30.

 

Иллюстрации

Рис. 1. Схемы расположения разрешённых орбиталей электронов атома водорода: а – энергетические уровни и подуровни; б – величина энергии на соответствующем энергетическом уровне

Рис. 2. Зависимость энергетической связи Е(r) от расстояния ri между ядрами атомов в молекуле (а) и энергетических параметров в угольном пласте от глубины погружения (б): Еmin – минимальная энергия электрона на основном энергетическом уровне при расстоянии между атомами rо; Е1, Е2, Е3 – энергия на энергетических уровнях при расстоянии между атомами соответственно r1, r2, r3.; То, Т1, Т2 – температура угольного массива; νо, ν1, ν2 – частота волны электромагнитных излучений энергии; λо, λ2, λ3 – длина волны излучения соответственно при глубине Но, Н1, Н2 залегания пласта

Рис. 3. Схема гидровымывания опережающих полостей по выбросоопасному слою пласта «Мощный» для предотвращения внезапного выброса метана и угля: а – 1, 3 – слои прочного невыбросоопасного угля; 2 – выбросоопасный слой угля; б - схема вымываемых полостей по выбросоопасному слою

 

Для цитирования

Квантово-электронные закономерности формирования метаморфических процессов и механизма внезапных выбросов метана в угольных пластах / И.Е. Колесниченко, В.Б. Артемьев, Е.А. Колесниченко и др. // Уголь. 2020. № 7. С. 42-48. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-7-42-48.

 

Информация о статье

Поступила в редакцию: 30.01.2020

Одобрена рецензентами: 14.03.2020

Принята к публикации: 23.03.2020

 

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Квантово-электронные закономерности формирования метаморфических процессов и механизма внезапных выбросов метана в угольных пластах», авторы: Колесниченко И.Е., Артемьев В.Б., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И.

 

Рецензент

Коликов К.С., доктор техн. наук, действительный член МАНЭБ, РЭА, заведующий кафедрой безопасности и экологии горного производства НИТУ «МИСиС».

 

Представленная на рецензию статья посвящена проблеме развития теории внезапных выбросов метана и угля при разработке метаноносных пластов. Приведён анализ влияния известных характеристик угольных пластов на выбросоопасность. Дана оценка современного уровня методов изучения новых механизма природных явлений в угольных пластах.

В рассматриваемой статье отражены физические основы предлагаемой авторами квантовой теории энергетических процессов в угольных пластах. Энергетические процессы рассмотрены на атомном и молекулярном уровне. Впервые на основе квантовой теории обосновано повышение тепловой энергии в молекулярной среде в период погружения угольного пласта. Приведена гипотеза механизма реализации внезапного выброса. Описан опыт наблюдения микровыбросов из пласта.

Рецензируемая статья написана лаконично и содержит научную и практическую ценность Научная ценность заключается в обосновании закономерностей электромагнитных излучений в молекулярной среде угольного пласта, энергетических условий возникновения и механизма реализации внезапного выброса метана. Практическая ценность заключается в содержании новых сведений для работников горнодобывающих предприятий, образовательных и научно-исследовательских институтов горного профиля, а также студентов горных специальностей вузов и колледжей. Статья соответствует всем требованиям, предъявляемым к рукописям, представляемым для публикации в научно-технических периодических изданиях.

Вопросы, рассматриваемые в статье, являются актуальными. На шахтах продолжаются внезапные выбросы метана. Статью «Квантово-электронные закономерности формирования метаморфических процессов и механизма внезапных выбросов метана в угольных пластах» следует опубликовать в открытой печати. Статья рекомендуется к публикации в журнале «Уголь».

 

Свежий выпуск
Партнеры