БЕЗОПАСНОСТЬ
Оригинальная статья
УДК 622.86: 622.411.332 © А.Д. Маусымбаева, А.Б. Миндубаев, С.Б. Иманбаева, М. Рабатулы, В.С. Портнов, 2024
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 11-2024 /1186/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-11-44-50
Название
Силовая модель внезапного выброса угля и газа
Авторы
Маусымбаева А.Д., PhD, ассистент, профессор кафедры «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: aliya_maussym@mail.ru
Миндубаев А.Б., PhD, докторант кафедры «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: adil.mindubayev@mail.ru
Иманбаева С.Б., PhD, старший преподаватель кафедры «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: svetakaz77@mail.ru
Рабатулы М., доктор, PhD, и.о. доцента кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: mukhammedrakhym@mail.ru
Портнов В.С., доктор техн. наук, профессор кафедры «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: vs_portnov@mail.ru
Аннотация
Для возникновения и развития газодинамических явлений, таких как внезапный выброс газа и угля, необходим запас потенциальной энергии угля и заключенного в нем метана, а скорость реализации энергии должна быть выше критических условий. Но этого недостаточно, так как последним и достаточным для развития эжекционного процесса является измельчение при разрушении угля, обеспечивающее выход газа в количествах и с достаточной скоростью для отброса его от фронта разрушения. Получено уравнение риска внезапного выброса, включающее соотношение потока энергии, поступающей в объем пласта за счет внутреннего процесса энерговыделения к объему потока энергии, выделяющегося из объема за счет теплопроводности и массопереноса. Как только это соотношение превышает некоторое критическое значение, происходит внезапный выброс. Предложенное уравнение подтверждается экспериментальными данными на угольных пластах Карагандинского бассейна. Определен критериальный риск внезапного выброса, который включает толщину угольного пласта, газопроницаемость и его газоносность.
Ключевые слова
Метан, газоносность, геологическое строение, давление, газопроницаемость, энергия, массоперенос, теплопроводность.
Список литературы
1. Halbaum H.W. Discussion of J. Gerrard’s paper “Instantaneous outbursts…”. Trans. Inst. Min. Engns. 1990;(XVIII):258-65. Availableat: https://www.researchgate.net/publication/30389039_Overview_of_Gas_Outbursts_and_Unusual_Emissions (accessed 15.10.2024).
2. Telfer, W.H. Discussions of Rowan’s paper on “An outburst of coal
and firedamp at Valley Field Colliery, Newmills, Fife”. Trans. Inst. Min. Engrs. 1912;(XLII):274-287.
3. Caufield B. Discussion of the paper by G.S. Rice on “Introductory notes on origin of instantaneous outbursts of gas in certain coal mines of Europe and Western Canada. Trans. Am. Inst. Min. Met. Engrs. 1931;(94):102-136.
4. Jarlier M. The mechanism of outbursts. Revue de l’Industrie Minerale. 1936;(361):601-613.
5. ХодотВ.В. Внезапныевыбросыугляигаза. М.: НТИ,1961. 163 с.
6. О влиянии форм связи метана с угольной матрицы на газодинамические явления, возникающие при подземной разработке угольных пластов / В.Г. Смирнов, В.В. Дырдин, З.Р. Исмагилов и др. // Пожарная и промышленная безопасность. 2017. № 1. Smirnov V.G., Dyrdin V.V., Ismagilov Z.R., Kim T.L., Manakov A.Yu. On the influence of the forms of the connection of methane with the coal matrix on the gas dynamic phenomena arising in the underground development of coal seams. Pozharnaya i promyshlennaya bezopasnost'. 2017;(1).
7. Колесниченко И.Е., Артемьев В.Б., Колесниченко Е.А. Эволюция методов изучения метанобезопасности при разработке угольных пластов // Уголь. 2019. № 7. С. 36-41. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-7-36-41. Kolesnichenko I.E., Artemiev V.B., Kolesnichenko E.A. The evolution of methane safety study methods in the development of coal seams. Ugol’. 2019;(7):36-41. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2019-7-36-41.
8. Кузнецов В.В. Горный удар – причина выброса метана в угольной шахте // Вестник КРАУНЦ. 2015. № 1.
9. Kenetayeva, A.A., Usupayev S.E., Kryazheva T.V., Rabatuly M. Demethanization of coal seams in the Karaganda basin. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 677(4), https://doi.org/10.1088/1755-1315/677/4/042118.
10. Junsheng Du, Jie Chen, Yuanyuan Pu, Deyi Jiang, Linlin Chen, Yunrui Zhang. Risk assessment of dynamic disasters in deep coal mines based on multi-source, multi-parameter indexes, and engineering application. Process Safety and Environmental Protection. 2021;(155):575-586. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.09.034.
11. Charlie C. Li, Peter Mikula, Brad Simser, Bruce Hebblewhite, William Joughin, Xiaowei Feng, Nuwen Xu. Discussions on rockburst and dynamic ground support in deep mines. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019;11(5):1110-1118. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2019.06.001.
12. Medina J.C., Butala S.J., Bartholomew C.H., Lee M.L. Iron-catalyzed CO2 hydrogenation as a mechanism for coalbed gas formation. Fuel. 2000;(79):89-93.
13. Portnov V., Imanbayeva S., Atygayev R., Filimonov E., Mausymbaeva A. Аssessment of sudden soil faults hazard when developing a coal seam. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022;1(187):28-33. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-1/02.
14. Проблемы отработки газоносных и опасных по внезапным выбросам угольных пластов с низкой проницаемостью в Карагандинском угольном бассейне / С.К. Баймухаметов, А.Ж. Имашев, Ф.А. Муллагалиев и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень научно-технический журнал). 2021. № (10-1). С. 124-136. Baymukhametov S.K., Imashev A.Zh., Mullagaliev F.A., Mullagalieva L.F., Kolikov K.S. Low-permeable gas-bearing and outbursthazardous coal seam mining in the Karaganda Coal Basin. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten'. 2021;(10-1):124-136. (In Russ.).
15. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И. Механизм внезапных выбросов метана в угольных пластах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 1. С. 108–120. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-1-0108-120. Kolesnichenko I.E., Kolesnichenko E.A., Lyubomishchenko E.I. Mechanism of methane outbursting in coal seams. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten'. 2020;(1):108-120. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-1-0108-120.
16. Gazaliyev A.M., Portnov V.S., Kamarov R.K., Maussymbayeva A.D., Yurov V.M. Geophysical research of areas with increased gas content of coal seams. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2015;(6): 24-29.
17. Gawor M., Rysz J., Smolarski A.Z. Экспериментальные исследования дезинтеграции угольного брикета под действием повторной волны. В книге: Пласты как многофазная среда: Горные породы и газовые выбросы. Краков, 1991. С. 919-932.
18. Ujihira M., Nakajima I. Experimental investigation of the phenomenon of internal fracture and bursts of porous material under the influence of pore gas pressure. J. Min. & Material Processing Inst. Of Japan. 1991;107(1):31-36.
19. Mausymbayeva A.D., Yurov V.M., Rabatuly M., Rakhimova G.M. Assessment Of The Influence Of The Surface Layer Of Coals On Gas-Dynamic Phenomena In The Coal Seam. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024;(2). https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/005.
20. Demin V., Khalikova E., Rabatuly M. Research into mine working fastening technology in the zones of increased rock pressure behind the longwall face to ensure safe mining operations. Mining of Mineral Deposits. 2024;18(1). https://doi.org/10.33271/mining18.01.027.
21. Результаты освоения опытно-промышленных скважин на Шерубайнуринском участке Карагандинского угольного бассейна / Н.А. Дрижд, М. Рабатулы, А.Ю. Александров и др. // Уголь. 2020. № 6. С. 36-40. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-6-36-40. D rizhd N.A., Rabatuly M., Aleksandrov A.Yu., Balniyazova G., Zhunis G. The results of the development of pilot wells in the Sherubainurinsky site of the Karaganda coal basin. Ugol’. 2020;(6):36-40. (In Russ.).DOI: 10.18796/0041-5790-2020-6-36-40.
22. Ivadilinova D., Issabek T., Takhanov D., Yeskenova G. Predicting underground mining impact on the earth’s surface. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2023;(1):32-37. https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-1/032.
23. Прогноз природной метаноносности при разработке угольных пластов / В.С. Портнов, С.Б. Иманбаева, Л.Ф. Муллагалиева и др. // Уголь. 2020. № 11. С. 53-57. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-11-53-57. Portnov V.S., Imanbaeva S.B., Mullagalieva L.F., Balniyazova G.M., Shayakhmetov R.T. Forecast of natural methane content during coal seam mining. Ugol’. 2020;(11):53-57. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041–5790-2020-11-53-57.
Поддержка
Исследования выполнены в рамках государственного гранта Министерства Науки и Высшего образования Республики Казахстан «Разработка методов прогноза внезапных выбросов угля и газа на основе изучения нанопокрытия угля» № АР14972877. Авторы приносят благодарность сотрудникам «Лаборатории инженерного профиля» при КарТУ имени Абылкаса Сагинова за предоставленную возможность проведения лабораторных исследований и отработки результатов.
Для цитирования
Силовая модель внезапного выброса угля и газа / А.Д. Маусымбаева, А.Б.Миндубаев, С.Б. Иманбаева и др. // Уголь. 2024;(11):44-50. DOI:10.18796/0041-5790-2024-11-44-50.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 18.06.2024
Поступила после рецензирования: 17.10.2024
Принята к публикации: 28.10.2024
