автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Прогноз динамики газообмена на очистных и подготовительных участках угольных шахт для расчета количества воздуха

ООЭ48ЭВ 1 1

ФАКТОРОВИЧ Ольга Николаевна

ПРОГНОЗ ДИНАМИКИ ГАЗООБМЕНА НА ОЧИСТНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ДЛЯ РАСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (горная промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 ДЕК 2005

Тула 2009

003489611

Диссертация подготовлена в ГОУ ВПО «Тульский государственный универси тет» на кафедре автоматизированных и информационных систем

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ФАТУЕВ Виктор Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КОВАЛЕВ Роман Анатольевич

кандидат технических наук ПРОКОФЬЕВ Леонид Владимирович

Ведущая организация: ОАО «Южкузбассуголь»

Защита диссертации состоится « » « длшЪ/у » 2009г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете по адресу: 300600, г.Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 2.Ю , б^т. /¿с^л^с

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек Тульского государственного университет

Автореферат разослан « Л? » « шхя^Ья» 2009

Ученый секретарь

диссертационного совета УШ// А.Е. Пушка

д. т. н., Проф. ' '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Устойчивое обеспечение потребностей страны во всех видах минеральных ресурсов, топлива и энергии будет по-прежнему осуществляться за счет увеличения добычи полезных ископаемых. В балансе топливно-энергетического комплекса доля использования угля занимает важное место, это положение сохраниться и в перспективе, при этом около 40% угля планируется добывать подземным способом. Рост эффективности подземной добычи минерального сырья намечено осуществить путем ускоренного роста производительности труда. Достижение этой цели возможно лишь на основе внедрения высокоэффективных технологий нового уровня, что приведет к существенному повышению газообильности добычных и подготовительных участков, а соответственно увеличению вероятностей крупных аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы. Особую остроту эта проблема приобрела для предприятий, добывающих особо ценные марки коксующихся углей.

Анализ добычи углей для коксования показывает, что отсутствуют ресурсы ценных марок коксующихся углей К, КО, ОС. Деформирование ресурсной базы добычи различных марок коксующихся углей и сокращения производства особо ценных коксующихся углей в условиях ликвидации угольных шахт предопределили необходимость импорта карагандинских углей до 2 млн. т. Основная часть запасов особо ценных коксующихся углей сосредоточена в Кузнецком бассейне на действующих предприятиях, а также на ликвидируемых нерентабельных шахтах. Потребность коксохимических предприятий и металлургической отрасли в особо ценных марках коксующихся углей за последние годы возросла в два раза и превысила 6 млн. т в год. Удовлетворение внутренней потребности в особо ценных марках коксующихся углей осуществлялось в основном за счет сокращения экспорта поставок российских углей.

За последнее десятилетие доля взрывов и вспышек метана не превышает 4% от общего количества аварий на угольных шахтах России, однако возникновение опасных газовых ситуаций в горных выработках представляет наибольшую угрозу жизни людей, выполняющих подземные работы. В этих условиях особую актуальность приобретает проблема обеспечения высокого уровня безопасности горных работ по газовому фактору.

В условиях перехода к рыночной экономики, а особенно в условиях реальных рыночных отношений достоверность прогноза безопасности горных работ по газовому фактору приобретает конкретный экономический смысл. Пренебрежение безопасностью горных работ по газовому фактору приводит к крупным авариям, которые наносят ущерб владельцам шахт и рудников. С другой стороны системный подход к данной проблеме может уменьшить вероятность возникновения аварий, а достоверный прогноз газовыделеннй может существенно снизить расчетное количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, что уменьшает эксплуатационные затраты на вентиляцию шахт при сохранении высокого уровня безопасности горных работ.

Российскими учеными разработаны научные основы фильтрационно-диффузионных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций в горных

выработках, основанные на использовании фундаментальных законов термодинамики и физической химии, что существенно повысило достоверность прогноза. Следовательно, совершенствование и развитие системного подхода к моделированию аэрогазодинамических процессов, обеспечивающему безопасное управление предприятиями минерально-сырьевого комплекса по аэрологическому фактору является чрезвычайно важным. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях широкой компьютеризации во всех звеньях экономики, позволяющей автоматизировать сложные расчеты процессов динамики газовыделений и формирования опасных газовых ситуаций в угольных шахтах и рудниках.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитее научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 годы)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось уточнение закономерностей переноса газов в угольных пластах, вмещающих породах и атмосфере горных выработок очистных и подготовительных участков угольных шахт для совершенствования методических положений динамического расчета количества воздуха и поддержки принятия решений, обеспечивающих снижение аварийности при добыче угля подземным способом.

Идея работы заключается в том, что методические положения и технические средства поддержки принятия решений, обеспечивающие снижение аварийности при добыче угля подземным способом, основываются на адекватных математических моделях газообмена горного массива с атмосферой горных выработок и оценки риска возникновения опасных газовых ситуаций, а управление концентрациями газовых примесей в горных выработках осуществляется средствами вентиляции на основе модели системы «ВГП - ШВС».

Основные научные положения состоят в следующем:

■ потоки отказов в системах обеспечения жизнедеятельности шахт и рудников являются нестационарными, поэтому задача управления безопасным функционированием шахты или рудника по аэрологическому фактору сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить минимальное значение риска возникновения опасных газовых ситуаций приводящих к взрывам пылега-зовых смесей или опасному состоянию рудничной атмосферы;

■ процессы фильтрации газа в горном массиве описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для продолжительных периодов времени;

• при внедрении современной технологии добычи угля «шахта - лава» и производительности очистного участка 10000 т/сут. и более необходимо использовать теоретическую закономерность, где скорость метановыделения пропорциональна произведению экспоненты с отрицательным показателем на модифи-

цированную функцию Бесселя нулевого порядка, аргументы которых раины отношению времени к удвоенному периоду релаксации.

« газовая ситуация в любой точке вентиляционной сети является следствием нестационарного газообмена между источниками газовыделений и вентиляционным потоком и зависит от соотношения параметров переноса газа в твердой фазе и в шахтном воздухе, а также от внешних воздействий, обусловленных технологическими процессами и метеорологическими факторами.

Новизна разработанных научных положений заключается в следующем:

■ получены аналитические закономерности газовыделений из разрабатываемого угольного пласта, отличающиеся тем, что динамика газовьгделений описывается с учетом релаксации процесса фильтрации газа;

■ предложены математические модели для прогноза газовых ситуаций в горных выработках, отличающиеся тем, что расчет полей концентраций газов осуществляется на основе установленных закономерностей динамики газовыделений, входящих в уравнение конвективно-турбулентной диффузии в виде источников;

■ предложена обобщенная форма закона сопротивления при фильтрации газов в угольном пласте, отличающаяся тем, что учитывается локальное изменение фильтрационного потока во времени;

■ установлена зависимость газовой проницаемости от коллекторских свойств горного массива и свойств газа, отличающаяся тем, что в ней учтены параметры, характеризующие стохастичность фильтрационного движения газа в пористой среде.

Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректной постановкой задач исследования, применением классических методов математической физики, математической статистики и теории вероятностей, и современных достижений вычислительной математики; удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими данными (отклонение не превышает 20%) и большим объемом вычислительных экспериментов.

Практическая значимость работы заключается в том, что усовершенствованные методические положения по моделированию аэрогазодинамических процессов и безопасному управлению процессом угледобычи по аэрологическому фактору, а также установленные закономерности газовыделения повышают достоверность прогноза газообильности выработок и дают возможность предварительного анализа газовых ситуаций, которые могут возникать при различных технологических решениях. Таким образом, разработанные модели позволяют оценить уровень безопасности угледобывающих предприятий по газовому фактору и повысить эффективность их функционирования. Разработанный комплекс программных средств для моделирования динамики газовыделений и формирования газовых ситуаций в угольных шахтах существенно облегчают решение задач газовой динамики шахт за счет обеспечения диалогового режима работы пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции. В процессе натурных исследований проведена промышленная апробация прогноза газовыделений. Усовершенствованные методические положения динамики прогноза

газообмена на метанообильных шахтах позволят высокопроизводительных очистным забоям преодолеть газовый барьер.

Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные выводы и рекомендации работы использованы ЗАО «Прокопьевскуголь» при разработке обоснования увеличения добычи коксующихся углей в Кузнецком бассейне, направленного на обеспечение безопасных условий функционирования шахт с учетом расширения масштабов производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов, дефицитных марок коксующихся углей. Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по аэрологии горных предприятий. Разработанные математические модели аэрогазодинамических процессов и рекомендации по системному подходу к безопасному управлению предприятиями минерально-сырьевого комплекса по аэрологическому фактору использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР Et Тульском государственном университете.

Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры автоматизированных информационных и управляющих систем, а также кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2005 - 2009 гг.), научно-технических конференциях ТулГУ (Тула, 200'? - 2009 гг.), технических советах ОАО :<СДС - уголь» (г. Прокопьевск Кемеровской области, 2008 г.), 3-й и 4-й Международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2008 - 2009 гг.), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула, 2009 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 статей.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 14 таблиц, 24 рисунка, список литературы из 158 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современные методы прогноза и управления опасными газовыми ситуациями на предприятиях минерально-сырьевого комплекса являются результатом исследований, выполненных ИПКОН РАН, ВостНИИ, ИГД им. A.A. Скочпнско-го, МГГУ, Санкт-Петербургским горным институтом, ТулГУ и др. Большой вклад в решение проблемы внесли академик РАН К.Н. Трубецкой, чл.-корреспонденты РАН Д.А: Рубан, Д.Р. Каплунов, А.Е. Красноштейн, а также A.A. Айруии, К.К. Бусыгин, Ю.Ф. Васгочков, Ф.С. Клебанов, А Д. Кизряков, О.И. Касимов, СЛ. Казаков, Н.М. Качурин, А.Д. Климанов, P.A. Ковалев, A.A. Мясников, Н.В. Ножкин, А.Э. Петросян, B.C. Пак, И.В. Сергеев, Э.М. Соколов, М.Б. Сулла, Н.И. Устинов, К.З. Ушаков, В.А. Фатуев и др. Анализ основных научных и практических результатов по прогнозу и управлению опасными газовыми ситуациями на горных предприятиях, разрабатывающих месторождения по-

лезных ископаемых подземным способом, позволил сформулировать цель н идею работы, а также определить направление дальнейших исследований.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследований.

1. Выполнить анализ существующей базы данных по динамике газовыделений и получить системные оценки динамики выделения метана, углекислого газа и радона из различных источников в горные выработки, а также поглощения кислорода.

2. Разработать системные принципы оценки и снижения риска аварий, обусловленных аэрологическим фактором, при подземном способе разработки месторождений полезных ископаемых.

3. Обосновать вид закона сопротивления при фильтрации газов в разрабатываемом угольном пласте и разработать математические модели выделения газов с поверхности обнажения угольного пласта и из отбитого угля.

4. Разработать математические модели формирования опасных газовых ситуаций в горных выработках на основе фильтрационно-диффузионного переноса газов в пористых сорбирующих средах и конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в рудничной атмосфере.

5. Усовершенствовать методику расчета количества воздуха для очистных и подготовительных участков угольных шахт, разработать комплекс программных средств, провести вычислительные эксперименты и оценить адекватность полученных результатов.

Анализ существующей базы данных по аварийности предприятий минерально-сырьевого комплекса показал, что системные принципы прогноза и управления опасными газовыми ситуациями на горных предприятиях целесообразно отработать на примере подземной добычи угля, а полученные результаты могут быть с успехом адаптированы на рудники и объекты подземного строительства. В качестве основных объектов исследований были выбраны Кузнецкий и Подмосковный угольные бассейны.

Наиболее перспективным в России является Кузнецкий угольный бассейн. Общие балансовые запасы угля в России составляют почти 200 млрд. т или 11,3% мировых запасов. По производству угля Россия занимает 5 место в мире после Китая, США, Индии и Австралии. Энергетической стратегией до 2020 года намечается увеличить добычу угля в России до 450 млн. тонн, в том числе в Кузбассе—до 177 млн. тонн. В 2004 году Кузбасс преодолел 150-миллионный рубеж добычи и по итогам года выдал на-гора 158,2 млн. тонн высококачественного угля (подземная добыча - 77,3 млн. т, открытая - 81,4 млн. т). С 1999 по 2004 год было введено в эксплуатацию 7 шахт и 11 разрезов. В настоящее время в Кузбассе в стадии строительства находятся 18 угледобывающих предприятий - 13 шахт и 5 разрезов, общей проектной мощностью 24 млн. т угля.

В Центральном федеральном округе РФ вновь возрастает значимость Подмосковного угольного бассейна, а конкретно ОАО «Мосбассуголь». Перспективы развития угледобычи в Подмосковном бассейне в настоящее время связаны с реконструкцией угольных энергоблоков ОАО «Рязанская ГРЭС». Исследование

внутреннего рынка сбыта энергетических углей показывает, что спрос на Подмосковные угли в Настоящее время имеет общую тенденцию к дальнейшему росту. По прогнозам в ближайшие 10-15 лет спрос на подмосковный может достигнуть 4,0-6,0 млн. г в год.

Высокая метаноносность угольных пластов Кузбасса (до 20 - 25 м /т) является причиной возникновения газового барьера для современных высоко производительных технологий добычи угля. Аналогичная ситуация может возникать на шахтах и рудниках, где нет метана. В этом случае выделение радона, углекислого газа и поглощение кис лорода также ограничивает производительность современных минерально-сырьевых технологических комплексов.

Очевидно, что вероятность взрыва метановоздушной смеси будет представлять собой вероятность одновременного появления двух событий, во-первых, концентрация метановоздушной смеси должна быть выше нижнего предела взрывчатости и не должна превышать верхнего предела взрывчатости и, во-вторых, должен появиться во взрывоопасном объеме источник воспламенения. Следовательно, Кмвс = Р{НПВ <[МВС] <ВПВ) -Рив • У, где [МВС] - средняя концентрация метана в МВС; НПВ, ВПВ - нижний и верхний пределы взрывчатости метана в мггановоздушной смеси; Р{НПВ <[МВС] <ВПВ} - вероятность появления взрывоопасной концентрации метана; Риа - вероятность появления источника воспламенения. В общем случае ущерб от взрыва метановоздушной смеси определяется как математическое ожидание поражения горнорабочих в подземном пространстве.

Таким образом, важнейшей подсистемой технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метановоздушной смеси является компьютерная технология оценка динамики концентрации метана в воздухе. Анализ показывает, что по своим характеристикам система защиты от взрывов МВС в угольных шахтах России не изменилась и остается на уровне угольной промышленности СССР (табл. 1).

Таблица 1

Оценка надежности технологии защиты от взрывов МВС

Оценка интенсивности отказов системы защиты, 1/год Оценка длительности работы угольной промышленности, сутки

от взрывов МВС от поражающих факторов без взрывов ВМС без гибели людей

период 1985-1991 период 1992 -2007 период 1985 -1991 период 19922007 период 19851991 период 19922007 период 19851991 период 19922007

9,43 9,38 7,14 34,44 31,2 31,2 40,8 8,4

При определении эффективности защитных мероприятий от конкретного вида аварий в технологическом процессе добычи угля (ТПДУ) подземным спо-

собом, оценке опасности производственных ситуаций, разработке планов ликвидации аварии следует принимать во внимание основные показатели аварийности и безопасности шахт. С точки зрения безопасности ТПДУ характеризуется величиной риска, под которым понимается вероятность человеческих и материальных потерь в случае аварии. Основным показателем аварийности рассматриваемого технологического процесса является функция распределения количества аварий, которая определяет вероятность того, что функционирование ТПДУ без аварий меньше некоторого заданного времени £, (времени безаварийной работы), т.е. Р{Т<1}.

Анализ информации по динамике возникновения аварий различного вида позволяет заключить, что интенсивность возникновения аварий изменяется во времени. Следовательно, потоки отказов в системах обеспечения жизнедеятельности шахты являются нестационарными. Вероятность безаварийной работы по ¡-му виду аварий в общем виде подчиняется закону Пуассона. Длительность безаварийной работы по ¡-му виду аварий является оценкой времени безотказной работы защитного экрана по этому виду аварий. Поэтому, периодичность профилактических мероприятий Тд по ¡-му виду аварий описывается следующей закономерностью:

где X, - интенсивность аварий i-ro вида (всем видам аварий присваивается свой номер); СП| - стоимость потерь, вызванных аварией ¡-го вида; РДСП/А,] - условная вероятность возникновения стоимости потерь, вызванных аварией ¡-го вида.

Таким образом, задача управления безопасным функционированием шахты Подмосковного бассейна сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить условия: R —» min => ^*(t)~»min или Pj(t) -> max, где к*- оценка среднестатистической интенсивности аварии i-го вида. Так как имеет место многофакторная связь аварийности с аэрологическими (fA) и геотехнологическими (fr) факторами, то в общем виде l,*(t) = F (fA, fr).

Вектор аэрологических и геотехнологических факторов, целесообразно задавать математическими моделями фильтрационно-днффузионного переноса газовых примесей в горном массиве и вентиляционных струях. Оценка режимов движения является важнейшим этапом исследования движения газов в пористых средах, определяющим дальнейший подход к построению физической модели процесса. Это объясняется тем, что наряду с уравнением неразрывности фильтрационного потока при решении задач динамики газовыделений используется уравнение, характеризующее закон фильтрации, устанавливающий численное соответствие между градиентом давления и скоростью фильтрации.

Теоретический анализ показал, что следует использовать подход академика A.B. Лыкова, который отмечал, что в нестационарных интенсивных процессах потоки j будут связаны с термодинамическими силами Хк некоторыми нелиней-

(1)

ными уравнениями, вид которых, вообще говоря, неизвестен. Тогда обобщенную форму уравнений Онзагера можно записать в следующем виде:

¿ = 44м+1чкхк, (2)

к

где 1_.*к- кинетические коэффициенты; имеет размерность времени и по физическому смыслу представляет собой период релаксации.

Если режим фильтрации газа ламинарный и диффузией газа в твердой фазе можно пренебречь, то из обобщенного закона Онзагера, следует закон сопротивления

рУ = -1г|(рУ)-^8п«1(р), (3)

СД |Л

где рУ - массовая скорость фильтрации газа в угольном пласте; кп - газовая проницаемость горной породы; ц - динамическая вязкость газа; ^ - период релаксации термодинамической силы, которой является в данном случае градиент давления свободного газа.

Феноменологическая зависимость (3) совместно с уравнением неразрывности образует замкнутую систему уравнений, описывающих фильтрационное течение в угольном пласте. Рассматривая разрабатываемые угольные пласты, можно процесс фильтрационного движения считать одномерным, тогда математическое описание поля давлений свободного метана с учетом закономерности (3) имеет следующий вид:

ар2 эу эу

—£—+ 1 ———у ——

а 1 эе Ц п дх2

и и и р , ,,

' + tI-T=Xy,~г, (4)

p(x,0) = p!)=corist;—р(х,0) = 0; p(0,t) = po = const; limp^oo, (5)

9t x->°°

где xy.n - пьезопроводность угольного пласта.

Получено решение уравнения (4) для начальных и граничных условий (5), откуда следует аналитическая закономерность для расчета метановыделения с единичной площади поверхности обнажения угольного пласта (1уд п):

'удл 'уд.и ехР

0,5t4) ( 0,50

(6)

Формула (6) позволяет разрешить противоречия, возникающие при сравнении результатов шахтных наблюдений и результатов математического моделирования газовыделений на базе параболического уравнения фильтрации, из решения которого следует, что Iy„n~t0,5. Эта закономерность, впервые установленная Г.Л. Лидиным, удовлетворительно описывают процесс при t »0. Однако экспериментальные данные А.Т. Айруни, A.A. Мясникова, А.Э. Петросяна и др. свидетельствуют о том, что I = Iy((Hexp(-Kt), где К - эмпирический коэффициент, имеющий размерность обратную постоянной времени. При этом экспоненциальная эмпирическая закономерность не следует из решения параболического уравнения фильтрации газа в пористых сорбирующих средах. Однако анализ

формулы (6) показывает, что каждая из полученных ранее закономерностей справедлива, но для различных периодов времени. При малых значениях аргумента модифицированная функция Бесселя в формуле (6) может быть заменена следующим асимптотическим разложением: 10(0,5Шг)иГ(1) = 1, и тогда из (6) следуют экспоненциальная закономерность, а при больших значениях аргумента 10(0,51/1г)«ехр(0,51/1г)^1г/7Л, и в результате из (5) следует закономерность Г.Л. Лидина. Таким образом, для прогноза метановыделений в очистной забой с поверхности обнажения пласта получены следующие закономерности: □ при^^

Ко= т^Ля^ехр!-

0,51

0,51

+ т.1,д„(1он-упОХ

хехр

х1г

□ при 1„_ц < I < 1,.ц + 1х л

0,5|Л

1П«= т.^Г-^ехр

х1,

tr

0,51 и

(7)

(8)

где 10ц, 1Х11 - длительность выемочного цикла работы комбайна и его 'Холостого перегона; тв - вынимаемая мощность разрабатываемого угольного пласта; 10ч, уп - длина и скорость очистного забоя.

Аналогичным образом получена закономерность для прогноза метановыделений в подготовительный забой

-^--- При I < —^

86400ц]5, Ьпл

(9)

.<к„>Ьп..(р^-р!) . у.

I.

гп

при 1 > -

М?' К.

где V,, 3 - средняя скорость подвигания подготовительного забоя; ЬГ|В- длина

подготовительной выработки, м.

Газовыделение кз обитого угля, с точки зрения фундаментальных положений неравновесной термодинамики, представляет собой процесс релаксации, обусловленный внешними воздействиями на угольный пласт, приводящими к резкому увеличению площади газоотдающих поверхностей. Термодинамическая система «уголь-газ» осуществляет переход к новому более устойчивому состоянию. Интенсивность энергомассообмена в отбитом угле однозначно связана с предыдущими этапами эволюции системы «уголь-газ» от начального состояния, характеризующегося природной газоносностью угля, до промежуточного состояния, характеризующегося газоносностью призабойной части угольного пласта.

Доказано, что динамика газоносности отбитого угля в общем виде описы-

вается следующим дифференциальным уравнением:

Эх

vK - vn(t)Sign(v)x

»♦Г

Vni Vn(i-I)

50(t-ti)

= J (2R)--3exp d(2R), (10)

2R„„ I L (2K.) JJ

где 2Rmin - минимальный размер угольных частиц, образующихся при резании углей (по данным Е.З. Позина 2Rmi„« 0.0005 мм).

Решение уравнения (10) для условий х0(г|,0) = xo(O.t) = х3 = const позволяет рассчитать метановыделение из отбитого угля при высокопроизводительных современных технологиях выемки угля.

Тогда, учитывая источники газовыделений и решая уравнение диффузии метана (или углекислого газа.) в атмосфере подготовительных и очистных участков можно определить количество воздуха необходимое для их проветривания по фактору метановыделения (или углекислотовыделения):

L I2

О =---ъп.в*п в__/ц\

П В (ПДК - сн )[DS(i а (ПДК - сн) + Ln В1П в]'

Q =0,632—ЬУ-, (12)

ПДК - сн

где Qn в , Q0 у - количество воздуха необходимое для проветривания подготовительных и очистных участков соответственно.

Решение уравнения диффузии радона в горном массиве для граничных условий первого рода использовано для определения скорости радоновыделения с

поверхности обнажения угольного пласта: 1£л и --С^.)^)"0,5 exp(-Xt) +

-C£„.V£)erfV£tJ, где C|i„ - концентрация свободного радона в

порах и трещинах угольного пласта; D - коэффициент эффективной диффузии радона в угольном пласте; IPjl - источник выделения радона в поры и трещины угольного пласта в результате радиоактивного распада урана; Кс - константа скорости сорбции радона веществом угля; X - постоянная радиоактивного распада радона; Кр - константа равновесия процесса сорбции радона углем; С£лр-ранновесиая концентрация радона в твердой фазе; CyRll н- начальная концентрация радона, находящегося в свободном, состоянии.

Для расчета выделений радона из подземных вод получена следующая формула: С = А™|конQnB{l-exp[~(A,Rll +К0Б)1лГ']}, где lRa - эффективная

константа скоросш процессов сорбции и радиоактивного распада радона; ; L -длина дренажного канала; QnB - приток подземных вод на рассматриваемом технологическом объекте; А1,!0 - конечное значение удельной активности под"" 1<он

земных вод по радону в точке x=L; Ков - коэффициент поверхностной газоотдачи по радону; и - средняя скорость движения воды в дренажном канале.

На рис.1 представлены средние значения прогнозного радоновыделения на очистном участке и структура баланса радона для средних значений параметров математических моделей миграции радона. Результаты вычислительного эксперимента не противоречат известным эмпирическим данным. Следовательно, разработанные математические модели и предлагаемый алгоритм расчета можно использовать на практике.

Значения прогнозного радоновыделения

а) среднее радоновыделение на очи- б) структура баланса радона, постустном участке, Бк/мин пающего в воздух очистного участка

ШУогльный

пласт □ Вмещ.

породы ШПодаемные воды

Рис. 1.

Вычислительные эксперименты на основе решений уравнения диффузии радона в рудничной атмосфере позволили обосновать следующие формулы для расчета количества воздуха по фактору радоновыделений для подготовительных (12) и очистных участков (13):

0ЗП =

П Ч

и

зл/ку7

1п

(II

К" /пв

Ют 1п

о"4

о, т <■;

лКп ^О'Г'З

1п

(12)

(13)

где и Од" - количество воздуха, которое необходимо подавать на подготовительный и очистной участок соответственно, чтобы концентрация радона на исходящей струе подготовительной выработки не превышала ПДКяп; Ь0,, - проектная длина очистного участка; Ьоч - суммарная проектная длина выемочных штреков и лавы; 8Э - эквивалентная по расходу воздуха площадь поперечного сечения выработок очистного участка; ЬПв - проектная длина подготовительной

в Уольный пласт □ Вмещ. породы й Подземные воды

выработки; Бпв - площадь поперечного сечения подготовительной выработки в свету; кут - коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе.

Аналогичным образом получены формулы для расчета количества воздуха по фактору поглощения кислорода для углекислотообильных шахт:

где О, - коэффициенты турбулентной диффузии кислорода в подготовительной выработке; ) - функция распределения утечек воздуха в вентиляционном

трубопроводе; 1ы - длина линии контакта поверхности обнажения угольного пласта с воздушным потоком в плоскости поперечного сечения ьй выработки; Ь(, V, - длина, и объем ¡-й выработки соответственно; 1=1- вентиляционный штрек; 1 = 2 - очистной забой; 1 = 3- конвейерный штрек; Кс| - константа скорости взаимодействия кислорода с углем в 1-й выработке; Оэ1 - коэффициент эффективной диффузии кислорода в угле 1-й выработки.

Таким образом, системный подход к прогнозу аварийной опасности угольных шахт по газовому фактору должен основываться на комплексе математических моделей, программная реализация которых проводить вычислительные эксперименты, моделирующие функционирование технологического объекта угледобычи по фактору аэрологической безопасности. Очистные и подготовительные участки как объекты контроля и управления процессом обеспечения их количеством воздуха по факторам метановыделения, углекислотовыделения, радо-новыделения н поглощения кислорода описываются массивом исходных данных и комплексом детерминированных математических моделей.

Тогда задача контроля и управления воздухообменом на очистных и подготовительных участках может быть сформулирована следующим образом. В объекте, начальное состояние которого характеризуется массивом исходных данных, а динамика газообмена горного массива с воздухом описывается математическими моделями фильтрационного и диффузионного переноса, и регистрируется системой газовоздушного контроля на входе и выходе в рассматриваемые горные выработки, необходимо обеспечить требуемый расчетный вектор технологических параметров Хтп . На вектор Хт п накладываются аэрологические ограничения, обеспечивающие выполнение условий безопасности по газовому фактору СИСХ1 <ПДК; и Ск>ПДКк, и пределам допустимых значений скоростей воздуха {ит1(,}. < и; < {и(Ш1Д., где С1КХ1, Ск ■ концентрации ¡-й газовой примеси и кислорода на исходящей струе воздуха соответственно; ПДК^ ПДКк - предельно допустимые концентрации ¡-й газовой примеси и кислорода в исходящих струях воздуха в соответствии с правилами безопасности; -ско-

о 6010(КСР,)°-5 1п(5С0) '

Q„ч=60jlo„lo2(Kc2Dэ2)0'5+Lc[lo,(KclDэ,)0■5+l„з(KcзDэз)0'5]}x

(14)

(15)

рость воздуха в ¡-й выработке; {ит1п}.,{итах}.-соответственно минимально и

максимально допустимые скорости воздуха в выработках 1-го вида.

В соответствии с такой постановкой задачи контроля и управления алгоритм функционирования подсистемы аэрологической безопасности технологических участков должен иметь структуру, приведенную на рис. 2. Таким образом, предлагаемый алгоритм функционирования подсистемы аэрологической безопасности позволяет реализовать на практике автоматизированный контроль и управление газовыми ситуациями на очистных и подготовительных участках. Этот структурный блок, во-первых, представляет собой подсистему общешахтной автоматизированной системы управления вентиляцией и, во-вторых, основывается на алгоритмах прогноза газовыделений, поглощения кислорода и расчета количества воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков.

Основой обеспечения безопасного состояния рудничной атмосферы является эффективная система вентиляции шахт и рудников. Технологический процесс проветривания шахты сопровождается возникновением состояний, которые также принято называть авариями. Разумеется, что изменение подачи ВГП и количества воздуха, поступающего в шахту, обусловлены колебаниями аэродинамических сопротивлений путей внешних утечек Я) и Яз, а также аэродинамических сопротивлений канала вентилятора Яг и системы горных выработок Следовательно, необходимо решать задачу естественного воздухораспределения для вентиляционной сети с учетом взаимодействия с ВГП с использованием следующей системы уравнений:

f(Ьв,(), Ы,т1,е)] ьв = а + ьс>в + с<3;; + (К53в ]

где Ьс, Ьв - депрессия сети и давление, развиваемое ВГП соответственно, даПа; О - количество воздуха, м3/с; Яс - аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети в целом; Г] - КПД ВГП; 0 - угол установки лопаток; N - мощность ВГП, кВт.

Обработка данных по рабочим характеристикам вентиляторов позволила получить аналитические зависимости количества воздуха и депрессии от угла поворота лопаток. Эти зависимости описывались полиномом третьей степени. В результате решения уравнений типа а + Ь(2 + сС>2 + с!03 = КО2 были получены значения количества воздуха р при различных сопротивлениях В., где а, Ь, с, <.1 -коэффициенты, полученные при численной обработке рабочих характеристик ВГП для каждого угла поворота лопаток. Аналогичным образом были получены численные значения мощности на валу электродвигателя вентилятора в зависимости от различных сопротивлений вентиляционной сети, а затем функции, описывающие мощность вентиляторов. Управление системой «ВГП - ШВС» может базироваться на следующих принципах: управление осуществляется по возмущению входной контролируемой величины Х,(0; управление осуществляется по отклонению управляемой выходной величины у,(1); управление осуществляется по комбинированному варианту.

Алгоритм функционирования подсистемы аэрологической безопасности очистных и подготовительных участков

Ввод исходной информации

Расчет динамики выделения СН<, С02, Ип и поглощения 02. Оценка газовой ситуации на очистных и подготовительных участках

Г 8

V

Вь бор режима управления

Переход к новому циклу контроля и управления

4-1

Диспетчерское управление с учетом оценки газовой ситуации

4-2

4-3

Автоматическое управление ВГП

Комбинированное управление и оптимизация параметров с учетом оценки газовой ситуации

Контрольные наблюдения концентраций СН^, СОг, Ил, Ог на очистных и подготовительных участках

т

Конец управления

Вывод информации и о газовой ситуации, управления и оптимизации

Рис. 2.

Для реализации принципов безопасного управления системой «ВГП -ШВС» и для поддержания этой системы в работоспособном состоянии разработана структурная схема АСУ, реализующая любой из рассмотренных принципов управления. Доказано, что для системы «ВГП - ШВС», как в Кузнецком, так и в Подмосковном угольном бассейне могут быть использованы централизованная и смешанная структуры автоматизированной системы управления. Структурная схема принятия решений по снижению риска аварийных ситуаций на предприятиях ЗАО «Прокопьевскуголь» и ОАО «Мосбассуголь» представлена на рис.3. Высокая цена отказов, особенно катастрофических, в системе обеспечения жизнедеятельности шахты выдвигает на первый план задачу их предупреждения. Всякий раз, когда принимается решение относительно будущих действий, во внимание принимаются, прежде всего, прогнозные оценки динамики состава рудничной атмосферы. А прогнозная оценка периода безаварийной работы шахты позволяет установить периодичность профилактики аварий по аэрологическому фактору.

Системный анализ разработанных теоретических положений прогноза динамики газовыделений, отражающих взаимосвязь скорости газовыделения с параметрами основных и вспомогательных технологических процессов, и методических положений по определению кинетических параметров движения газов в массиве является определение в явном виде функции источника в уравнении конвективно-турбулентной диффузии при прогнозе газовых ситуаций. При этом газовая ситуация может быть определена как сочетание условий, влияющих на > газообильность горных выработок и интенсивность газопереноса воздушными потоками, и, таким образом, создающих обстановку характеризующуюся различными уровнями опасности для человека. Это позволяет рекомендовать классификацию газовых ситуаций по месту их возникновения, по вероятности взрыва, по пригодности атмосферы горной выработки для дыхания. В качестве главного классификационного признака, определяющего уровень опасности по газовому фактору, использовано максимальное значение нестационарного поля концентрации выделяющихся газов. Разработанная методика расчета количества воздуха экономически эффективнее методики, представленной в действующем Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт. При этом сохраняется требуемый уровень безопасности по газовому фактору.

Основные научные и практические результаты исследований, направленные на обеспечение безопасных условий развития добычи угля с учетом расширения масштабом производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов коксующихся углей, использованы на предприятиях ЗАО «Прокопьевскуголь». Рекомендации по безопасному управлению составом рудничной атмосферы и системой «ВГП - ШВС», а также по поддержанию этой системы в работоспособном состоянии, использованы ОАО «Мосбассуголь». Теоретические результаты и технические решения использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

Схема принятия решений, обеспечивающих снижение риска аварийных ситуаций по аэрологическому фактору на предприятиях ЗЛО «Прокопьевскуголь» и ОАО «Мосбассуголь»

Рис. 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, обобщение экспериментальных данных и выполненные теоретические исследования позволили уточнить закономерности формирования опасных газовых ситуаций на предприятиях угольной промышленности и усовершенствовать методические положения по моделированию динамики газообмена, расчету количества воздуха и автоматизированному управлению газовыми ситуациями в горных выработках, обеспечивающему снижение риска аварий по аэрологическому фактору на угледобывающих предприятиях, что является существенным вкладом в устойчивое развитие угольной промышленности России .

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Системный подход к моделированию состава рудничной атмосферы и управления опасными газовыми ситуациями на угледобывающих предприятиях основывается на моделировании аэрогазодинамических процессов в горном массиве и рудничной атмосфере. При этом физические основы математических моделей выделения метана, углекислого газа, радона и поглощения кислорода, и формирования состава рудничной атмосферы базируются на классических принципах неравновесной термодинамики, а полученные результаты могут быть адаптированы к условиям как метанообильных, так и углексилотообильных шахт.

2. Эффективность системы защиты от взрывов метановоздушной смеси в угольных шахтах России не изменилась и остается на уровне угольной промышленности СССР и характеризуется средней интенсивностью отказов 9,4 1/год, а система защиты от поражающих факторов ухудшилась почти в 5 раз.

3. В очистные и подготовительные выработки метанообильных шахт Кузбасса выделяется метан, содержание которого в разрабатываемых угольных пластах может достигать 20 - 25 м3/т, а при внедрении современной технологии «шахта - лава» и производительности очистного участка 10000 т/сут и более необходимо использовать теоретическую закономерность, где скорость метановы-деления пропорциональна произведению экспоненты с отрицательным показателем на модифицированную функцию Бесселя нулевого порядка, аргументы которых равны отношению времени к удвоенному периоду релаксации.

4. В угольных шахтах, разрабатывающих угольные пласты, не содержащие метана, изменение состава рудничной атмосферы вызывают углекислый газ и радон, мигрирующие из горного массива и подземных вод, а также процессы поглощения и разбавления кислорода. При этом в Подмосковном бассейне, в ряде случаев, количество воздуха, необходимое для проветривания технологических участков, принимается по радоновыделению или же по поглощению кислорода.

5. Горные выработки представляют собой объект безопасного управления, начальное состояние которого характеризуется аэрогазодинамическими параметрами системы «рудничная атмосфера - горный массив», а динамика газообмена описывается пакетом математических моделей, представляющих собой уравнения гиперболического и параболического типа для полубесконечиого и, как правило, одномерного пространства.

6. Расчет количества воздуха для очистных и подготовительных участков целесообразно осуществлять по математическим моделям, являющихся следствием решений стационарных уравнений конвективно-турбулентной диффузии примесей в воздухе. Доказано, что учет процессов диффузионного переноса газа, позволяет уменьшить расчетное количество воздуха для подготовительных выработок и очистных участков на 30-40 % .

7. Задача управления безопасным функционированием шахты или рудника по аэрологическому фактору сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить минимальное значение риска возникновения аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы. Для системы «ВГП -ШВС» могут быть использованы централизованная и смешанная структуры автоматизированной системы управления.

По результатам исследований опубликованы следующие работы.

1. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.), Беляева

B.Е. Источники выделений радона / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С. 176 -181.

2. Качурин Н.М., Стась Г .В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Физическая модель и математическое описание вертикальной миграции радона в горные выработки / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. -

C.181-184.

3. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Математическая модель миграции радона в надработанных породах / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» //Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С. 184-187.

4. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Математическая модель выделения радона с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта / Известия Тульского государственного университета. Серия -«Экология и безопасность жизнедеятельности» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С.187-190.

5. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Математическая модель выделения радона из подземных вод / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» //Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С.190-192.

6. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Алгоритмы и комплексы программных средств прогноза выделений радона на очистном участке / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности»//Тула. -ТулГУ.-Вып. 7. - 2004. - С,192-196.

7. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Математическая модель переноса радона в подготовительной выработке / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» II Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С.196-198.

8. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.), Беляева

B.Е. Математическая модель переноса радона в выработках очистного участка / Известия Тульского государственного университета. Серия - «Экология и безопасность жизнедеятельности» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 7. - 2004. - С. 196-198.

9. Фатуев В.А., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Системный подход и экологическая оптимизация процесса использования минерально-сырьевых ре-сурсов./Изв. ТулГУ. Серия «Вычислительная техника. Информационные технологии». Вып.4.Тула: Изд-во ТулГУ,2005.-С. 158-167.

10. Фатуев В.А., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Оценка риска аварий на горных предприятиях по газовому фактору / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия - «Науки о Земле» // Тула. - ТулГУ.-Вып. 2.-2007.-С.95-101.

11. Фатуев В.А., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.), Борщевич A.M. Формирование опасных газовых ситуаций в подземных горных выработках / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия -«Науки о Земле» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 2. - 2007. - С.101-106.

12. Качурин Н.М., Фатуев В.А., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Системный подход и обеспечение безопасности процесса использования минерально-сырьевых ресурсов / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия - «Науки о Земле» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 2. - 2007. -

C. 106-111.

13. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Системные принципы технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия - «Науки о Земле» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 2. -2007. - С.34-40.

14. Качурин Н.М., Борщевич А.М, Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Физическая модель и математическое описание движения газа в угольном пласте и вмещающих породах / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия - «Науки о Земле» // Тула. - ТулГУ. - Вып. 3. - 2008. -С.171-179.

15. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Теоретическое обоснование оценки риска аварий на угольных шахтах по газовому фактору / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. //Тула. - ТулГУ. - Вып. 1. - 2009. - С.229 - 237.

¡6. Качурин Н.М., Демина О.В., Качурина О.Н. (Факторович О.Н.) Системные принципы оценки безопасности освоения минерально-сырьевых ресурсов по фактору выделения радона / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. // Тула. - ТулГУ. - Вып. 1. - 2009. - С.238 - 245. ^

Hwiika Л1'№0203000112.02}Л. подписало в псч»гь IZjt,OJ Формат бумип| 60x84 '/,. .Бумаг« офсетная.

Усд.неч.л. /. ) . Уч.-шД-л. f.t?. Тнраж^(»к1. За*« ОЧ& Тульский государственный университет 300600, г.Туяа. прЛеинна, 9Z От печатано • Издательстве ТулГУ 300600, г.Тула, пр. Ленина, 9S

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. I. Системные принципы в практике природопользования, системные свойства минерально-сырьевых ресурсов и проблемы безопасности при подземном способе добычи полезных ископаемых.

1.2. Инженерные методы прогноза газовыделений в шахтах и рудниках, и оценка их достоверности.

1.3. Теория и практика прогноза динамики газовыделений в угольных шахтах.

1.4. Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках и системные принципы безопасного управления технологическим процессом.

Выводы.

Цель и идея работы. Постановка задач исследований.

2. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЭМПИРИЧЕСКОЙ

БАЗЫ ДАННЫХ ПО ПРОЦЕССАМ ГАЗООБМЕНА В ШАХТАХ.

2.1. Геотехнологическая характеристика перспективных угольных бассейнов России.

2.2. Оценка динамики выделения метана из различных источников в горные выработки.

2.3. Оценка динамики выделения углекислого газа в горные выработки и поглощения кислорода.

2.4. Выделения радона в горные выработки шахт Подмосковного бассейна.

Выводы.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОЦЕНКИ И СНИЖЕНИЯ РИСКА АВАРИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ АЭРОЛОГИЧЕСКИМ ФАКТОРОМ, ПРИ ПОДЗЕМНОМ СПОСОБЕ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

3.1. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, вызванных взрывами метана.

3.2. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы, при разработке месторождений бурых углей.

3.3. Системный подход к технологии обеспечения безопасного состояния рудничной атмосферы.

3.4. Теоретическое обоснование феноменологической закономерности сопротивления при фильтрации газов в горном массиве.

3.5. Физическая модель и математическое описание переноса газов в горном массиве, сложенного пористо-трещиноватыми сорбирующими породами.

Выводы.

4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИЙ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ.

4.1. Динамика метанообильности очистных и подготовительных участков метанообильных шахт.

4.2. Физическое обоснование и математические модели системы прогноза выделения радона в рудничную атмосферу.

4.3. Прогноз газообмена в атмосфере углекислотообильных угольных шахт.

4.4. Динамика концентрации кислорода в выработках негазовых шахт и рудников.

Выводы.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ И ГАЗОВЫМИ СИТУАЦИЯМИ

ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.

Выводы.

Актуальность. Устойчивое обеспечение потребностей страны во всех видах минеральных ресурсов, топлива и энергии будет по-прежнему осуществляться за счет увеличения добычи полезных ископаемых. В балансе топливно-энергетического комплекса доля использования угля занимает важное место, это положение сохраниться и в перспективе, при этом около 40% угля планируется добывать подземным способом. Рост эффективности подземной добычи минерального сырья намечено осуществить путем ускоренного роста производительности труда. Достижение этой цели возможно лишь на основе внедрения высокоэффективных технологий нового уровня, что приведет к существенному повышению газообильности добычных и подготовительных участков, а соответственно увеличению вероятностей крупных аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы. Особую остроту эта проблема приобрела для предприятий, добывающих особо ценные марки коксующихся углей.

Анализ добычи углей для коксования показывает, что отсутствуют ресурсы ценных марок коксующихся углей К, КО, ОС. Деформирование ресурсной базы добычи различных марок коксующихся углей и сокращения производства особо цепных коксующихся углей в условиях ликвидации угольных шахт предопределили необходимость импорта карагандинских углей до 2 млн. т. Основная часть запасов особо ценных коксующихся углей сосредоточена в Кузнецком бассейне на действующих предприятиях, а также на ликвидируемых нерентабельных шахтах. Потребность коксохимических предприятий и металлургической отрасли в особо ценных марках коксующихся углей за последние годы возросла в два раза и превысила 6 млн. т в год. Удовлетворение внутренней потребности в особо ценных марках коксующихся углей осуществлялось в основном за счет сокращения экспорта поставок российских углей.

За последнее десятилетие доля взрывов и вспышек метана не превышает 4% от общего количества аварий на угольных шахтах России, однако возникновение опасных газовых ситуаций в горных выработках представляет наибольшую угрозу жизни людей, выполняющих подземные работы. В этих условиях особую актуальность приобретает проблема обеспечения высокого уровня безопасности горных работ по газовому фактору.

В условиях перехода к рыночной экономики, а особенно в условиях реальных рыночных отношений достоверность прогноза безопасности горных работ по газовому фактору приобретает конкретный экономический смысл. Пренебрежение безопасностью горных работ по газовому фактору приводит к крупным авариям, которые наносят ущерб владельцам шахт и рудников. С другой стороны системный подход к данной проблеме может уменьшить вероятность возникновения аварий, а достоверный прогноз газовыделений может существенно снизить расчетное количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, что уменьшает эксплуатационные затраты на вентиляцию шахт при сохранении высокого уровня безопасности горных работ.

Российскими учеными разработаны научные основы фильтрационно-диффузионных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций в горных выработках, основанные на использовании фундаментальных законов термодинамики и физической химии, что существенно повысило достоверность прогноза. Следовательно, совершенствование и развитие системного подхода к моделированию аэрогазодинамических процессов, обеспечивающему безопасное управление предприятиями минерально-сырьевого комплекса по аэрологическому фактору является чрезвычайно важным. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях широкой компьютеризации всех звеньях экономики, позволяющей автоматизировать сложные расчеты процессов динамики газовыделений и формирования опасных газовых ситуаций в угольных шахтах и рудниках.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 годы)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целыо работы являлось уточнение закономерностей переноса газов в угольных пластах, вмещающих породах и атмосфере горных выработок очистных и подготовительных участков угольных шахтах для совершенствования методических положений динамического расчета количества воздуха и поддержки принятия решений, обеспечивающих снижение аварийности при добыче угля подземным способом.

Идея работы заключается в том, что методические положения и технические средства поддержки принятия решений, обеспечивающие снижение аварийности при добыче угля подземным способом, основываются на адекватных математических моделях газообмена горного массива с атмосферой горных выработок и оценки риска возникновения опасных газовых ситуаций, а управление концентрациями газовых примесей в горных выработках осуществляется средствами вентиляции на основе модели системы «ВГП — ШВС» .

Основные научные положения состоят в следующем: потоки отказов в системах обеспечения жизнедеятельности шахт и рудников являются нестационарными, поэтому задача управления безопасным функционированием шахты или рудника по аэрологическому фактору сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить минимальное значение риска возникновения опасных газовых ситуаций приводящих к взрывам пылегазовых смесей или опасному состоянию рудничной атмосферы; процессы фильтрации газа в горном массиве описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для продолжительных периодов времени; при внедрении современной технологии добычи угля «шахта - лава» и производительности очистного участка 10000 т/сут и более необходимо использовать теоретическую закономерность, где скорость метановыделения пропорциональна произведению экспоненты с отрицательным показателем на модифицированную функцию Бесселя нулевого порядка, аргументы которых равны отношению времени к удвоенному периоду релаксации. газовая ситуация в любой точке вентиляционной сети является следствием нестационарного газообмена между источниками газовыделений и вентиляционным потоком и зависит от соотношения параметров переноса газа в твердой фазе и в шахтном воздухе, а также от внешних воздействий, обусловленных технологическими процессами и метеорологическими факторами.

Новизна разработанных научных положений заключается в следующем: получены аналитические закономерности газовыделений из разрабатываемого угольного пласта, отличающиеся тем, что динамика газовыделений описывается с учетом релаксации процесса фильтрации газа; предложены математические модели для прогноза газовых ситуаций в горных выработках, отличающиеся тем, что расчет полей концентраций газов осуществляется на основе установленных закономерностей динамики газовыделений, входящих в уравнение конвективно-турбулентной диффузии в виде источников; предложена обобщенная форма закон сопротивления при фильтрации газов в угольном пласте, отличающаяся тем, что учитывается локальное изменение фильтрационного потока во времени; установлена зависимость газовой проницаемости от коллекторских свойств горного массива и свойств газа, отличающаяся тем, что в ней учтены параметры, характеризующие стохастичность фильтрационного движения газа в пористой среде.

Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректной постановкой задач исследования, применением классических методов математической физики, математической статистики и теории вероятностей, и современных достижений вычислительной математики; удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими данными (отклонение не превышает 20%) и большим объемом вычислительных экспериментов.

Практическая значимость работы заключается в том, что усовершенствованные методические положения по моделированию аэрогазодинамических процессов и безопасному управлению процессом угледобычи по аэрологическому фактору, а также установленные закономерности газовыделения повышают достоверность прогноза газообильности выработок и дают возможность предварительного анализа газовых ситуаций, которые могут возникать при различных технологических решениях. Таким образом, разработанные модели позволяют оценить уровень безопасности угледобывающих предприятий по газовому фактору и повысить эффективность их функционирования. Разработанный комплекс программных средств для моделирования динамики газовыделений и формирования газовых ситуаций в угольных шахтах существенно облегчают решение задач газовой динамики шахт за счет обеспечения диалогового режима работы пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции. В процессе натурных исследований проведена промышленная апробация прогноза газовыделений. Усовершенствованные методические положения динамики прогноза газообмена на метанообильных шахтах позволят высокопроизводительных очистным забоям преодолеть газовый барьер.

Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные выводы и рекомендации работы использованы ЗАО «Прокопьевскуголь» при разработке обоснования увеличения добычи коксующихся углей в Кузнецком бассейне, направленного на обеспечение безопасных условий функционирования шахт с учетом расширения масштабов производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов, дефицитных марок коксующихся углей. Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по аэрологии горных предприятий. Разработанные математические модели аэрогазодинамических процессов и рекомендации по системному подходу к безопасному управлению предприятиями минерально-сырьевого комплекса по аэрологическому фактору использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры автоматизированных информационных и управляющих систем, а также кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2005 - 2009 гг.), научно-технических конференциях ТулГУ (Тула, 2007 - 2009 гг.), технических советах ОАО «СДС -уголь» (г. Прокопьевск Кемеровской области, 2008 г.), 3-й и 4-й Международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2008 - 2009 гг.), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула, 2009 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 статей.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 14 таблиц, 24 рисунка, список литературы из 172 наименований.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Системный подход к моделированию состава рудничной атмосферы и управления опасными газовыми ситуациями на угледобывающих предприятиях основывается на моделировании аэрогазодинамических процессов в горном массиве и рудничной атмосфере. При этом физические основы математических моделей выделения метана, углекислого газа, радона и поглощения кислорода, и формирования состава рудничной атмосферы базируются на классических принципах неравновесной термодинамики, а полученные результаты могут быть адаптированы к условиям как метанообильных, так и углексилотообиль-ных шахт.

2. Эффективность системы защиты от взрывов метановоздушной смеси в угольных шахтах России не изменилась и остается на уровне угольной промышленности СССР и характеризуется средней интенсивностью отказов 9,4 Угод, а система защиты от поражающих факторов ухудшилась почти в 5 раз.

3. В очистные и подготовительные выработки метанообильных шахт Кузбасса выделяется метан, содержание которого в разрабатываемых угольных о пластах может достигать 20 - 25 м /т, а при внедрении современной технологии «шахта - лава» и производительности очистного участка 10000 т/сут и более необходимо использовать теоретическую закономерность, где скорость метано-выделения пропорциональна произведению экспоненты с отрицательным показателем на модифицированную функцию Бесселя нулевого порядка, аргументы которых равны отношению времени к удвоенному периоду релаксации.

4. В угольных шахтах, разрабатывающих угольные пласты, не содержащие метана, изменение состава рудничной атмосферы вызывают углекислый газ и радон, мигрирующие из горного массива и подземных вод, а также процессы поглощения и разбавления кислорода. При этом в Подмосковном бассейне, в ряде случаев, количество воздуха, необходимое для проветривания технологических участков, принимается по радоновыделению или же по поглощению кислорода.

5. Горные выработки представляют собой объект безопасного управления, начальное состояние которого характеризуется аэрогазодинамическими параметрами системы «рудничная атмосфера - горный массив», а динамика газообмена описывается пакетом математических моделей, представляющих собой уравнения гиперболического и параболического типа для полубесконечного и, как правило, одномерного пространства.

6. Расчет количества воздуха для очистных и подготовительных участков целесообразно осуществлять по математическим моделям, являющихся следствием решений стационарных уравнений конвективно-турбулентной диффузии примесей в воздухе. Доказано, что учет процессов диффузионного переноса газа, позволяет уменьшить расчетное количество воздуха для подготовительных выработок и очистных участков на 30 - 40 % .

7. Задача управления безопасным функционированием шахты или рудника по аэрологическому фактору сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить минимальное значение риска возникновения аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы. Для системы «ВГП - ШВС» могут быть использованы централизованная и смешанная структуры автоматизированной системы управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, обобщение экспериментальных данных и выполненные теоретические исследования позволили уточнить закономерности формирования опасных-газовых ситуаций на предприятиях угольной промышленности и усовершенствовать методические положения по моделированию динамики газообмена, расчету количества воздуха и автоматизированному управлению газовыми ситуациями в горных выработках, обеспечивающему снижение риска аварий по аэрологическому фактору на угледобывающих предприятиях, что является существенным вкладом в устойчивое развитие угольной промышленности России .

1. Природопользование в системе управления / Мкртчян Г.М., Бонда-ренко Л.А., Гайнутов О.Г. и др. // Новосибирск. Наука. - 1991.- 240 с.

2. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М. - Высшая школа. - 1989.- 367 с.

3. Перегудов Ф.И. Основы системного проектирования АСУ организационными комплексами. Томск. — ТГУ. — 1984. - 177 с.

4. Абоненты вычислительных центров коллективного пользования / Под общ. ред Перегудова Ф.И.// М. Финансы и статистика. - 1984. - 175 с.

5. Информационные системы для руководителей / Под общ. ред Перегудова Ф.И.// М. Финансы и статистика. - 1989. - 175 с.

6. Горные науки. Освоение и сохранение Земли / Под общ. ред. акад. К.Н. Трубецкого// М.- Академия горных наук. 1997. - 478 с.

7. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. -М.- Гидрометиоиздат. 1984. -453 с.

8. Алексеенко И.Р. и др. Экстремальные факторы и биобъекты. Киев,1989.

9. Борисович В.Т., Экзарьян В.Н. Методологические основы эколого-экономической оценки литосферы. / Известия ТулГУ. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. - 1995. - Вып. 1. - С. 45 - 37.

10. Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. М. — Недра. - 1990.- 134 с.

11. Моисеев Н.Н. Судьба цивилизации. Путь разума. — М. МНЭПУ. -1998.-234 с.

12. Моисеев Н.Н., В.В. Александров, A.M. Тарко. Человек и биосфера. -М.-Наука.-271 с.

13. Моисеев Н.Н. Современный рационализм. МГВП КОКС. - 1995. -377 с.

14. Качурин H.M., Шейнкман Л.Э., Людкевич C.B. Принципы моделирования систем экологической и технологической безопасности / Между школой и университетом. Тула, 1996. - С.370 - 373.

15. Малышев Ю.Н., Заводчиков Л.В., Бреннер В.А., Качурин Н.М. Технологическая реструктуризация горной промышленности России в современных экологических условиях. Горный вестник. - 1996. - № 3. - С. 8 -11.

16. Kachurin N.M. Conceptual rules of the monitoring of the "Environment Human Health" system in the Russian Federation / The 2-nd International Symposium "Mining and Environmental Protection". - Belgrade. - 1998. - P. 21 - 26.

17. Kachurin N.M., Babovnikov A.L. Gassing during the break and transport of coal in a retreatlongwall / Development of new technologies and equipment for mine haulage and hoisting. Budva: - 2005. - C.245-249.

18. Ярцев В. А. Аэродинамическое сопротивление обрушений // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - № 2. - С. 50-56.

19. Ярунин С.А., Бухны Д.И. Расчет газодинамического состояния при-забойной части угольного пласта //Вентиляция и газодинамические явления в шахтах: Сб.ст./Новосибирск, 1981. С. 6-12.

20. Яновская М.Ф. О скорости десорбции метана из разрушенного угля // Проблемы рудничной аэрологии: Сб.ст./Госгортехиздат. М., 1959. -С. 3237.

21. Simulation of gas ouflow from porousfissured media/Siemek Jakub, Ra-jtar Jesy, Andrzej //Arch.Mining Sci.-1989.-34,№i-P.i 19-128.

22. Геоэкологические принципы технологической реструктуризации Подмосковного угольного бассейна / Качурин Н.М., Сычев А.И., Абрамкин Н.И. и др. // Москва Тула. - Издательство "Гриф и К". - 2004. - 365 с.

23. Загрязнение атмосферы топливно-энергетическим комплексом при использовании углей Подмосковного бассейна / Качурин Н.М., Поляков В.В., Ефимов В.И., Стась Г.В. // Москва Тула. - Издательство "Гриф и К". - 2004.

24. Бусыгин К.К. Колебание концентраций метана в исходящих вентиляционных струях лав и участков // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Сб.ст./МакНИИ. М., 1969. - Т.20. - С.3-12.

25. Васючков Ю.Ф. Диффузия метана в ископаемых углях // Химия твердого топлива. 1976. - N4. - С. 76-79.

26. Васючков Ю.Ф. Теория и физико-химические способы управления свойствами и состоянием угольных пластов с целью их интенсивной дегазации. Дис. . докт.техн.наук. - М., 1982. - 519 с.

27. Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирганек Б. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения. М.: Недра, 1981. -471с.

28. Касимов О.И., Капиев Р.Э. О точности определения фактического газовыделения на выемочных участках // Вопросы проветривания шахт Донецкого бассейна: Сб.ст./М., 1969. С.113-122.

29. Качурин Н.М. Фильтрация газа в угольных пластах при конечной скорости распространения давления // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1983. - С.56-62.

30. Качурин Н.М. Газовыделение на очистных участках шахт Подмосковного бассейна при изменении давления воздуха // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1983. - С.74-80.

31. Качурин Н.М. прогноз газовыделений в подготовительные выработки с использованием гиперболического уравнения фильтрации // Физикотехнические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов: Сб.ст./JI.- 1983. С.83.

32. Качурин Н.М., Гусев Н.Д. Газовыделение из угольного пласта в подготовительные выработки при разработке глубоких горизонтов // Известия вузов. Горный журнал. 1984. -N8. - С.46-50.

33. Качурин Н.М. Физическая модель и математическое описание процесса газовыделения из угля при очистных работах на больших глубинах // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1984. - С.43-48.

34. Качурин Н.М. Линеаризованные уравнения фильтрации метана в угольных пластах // Разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, - 1984. - С.48-53.

35. Качурин Н.М., Кузнецов В.В., Бакунин Е.И., Гусев Н.Д. Прогноз метанообильности очистных участков глубоких шахт восточного Донбасса и оценка допустимой нагрузки на лаву./ТулПИ. Тула. 1985. - 27 с. - Деп. в ЦНИЭИуголь 25.06.85, N3406.

36. Качурин Н.М. Прогноз метановыделения из вмещающих пород на очистных участках // Подземная разработка тонких и средней мощности пластов: Сб.ст./ТулПи. Тула, 1986. - С.87-92.

37. Качурин Н.М. выбор закона сопротивления движения газа в угольных пластах и зонах обрушения при проектировании вентиляции шахт // проблема охраны труда: Сб.ст./Рубежное, 1986. -С.78-79.

38. Качурин Н.М. Влияние очистных работ на фильтрационные свойства вмещающих породпри выемке пологих пластов / ТулПИ. Тула, 1986. - 25с. - Деп. в ЦНИЭИуголь 13.08.86, N3749.

39. Качурин Н.М. Оценка газоносности вмещающих пород и угольных пластов // Геология, поиски и разведка твердых горючих ископаемых. Геологопромышленная оценка угольных месторождений. Сб.ст./ТулПИ. -Тула, 1986. -С.96-102.

40. Качурин Н.М. Выделение метана из подработанных и надработан-ных пород в выработанное пространство очистного участка // Известия вузов. Горный журнал. 1987. - N2. - С.54-59.

41. Качурин Н.М. Математическое описание термодинамической системы уголь-газ на основе обобщенного закона сопротивления фильтрации газа // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1988. - С.5-10.

42. Качурин Н.М., Бакунин Е.И. Факторы, влияющие на газообильность очистных участков углекислотометанообильных шахт // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов:Сб.ст./ТулПИ. -Тула, 1989. С. 132-136.

43. Кизряков А.Д., Колотов В.М. Влияние надработки на газовыделение в подготовительные выработки // Анализ и оптимизация технологических схем проведения горных выработок и выемка полезных ископаемых: Сб.ст./Караганда, 1981. С. 107-110.

44. Клебанов Ф.С. Аэродинамические методы управления меановыде-лением в угольных шахтах. М.:ИГД им. А.А. Скочинского, 1974. - 31с.

45. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. М.: Наука, 1974. - 136с.

46. Клебанов Ф.С., Романченко С.Б. Расчет аварийных вентиляционных режимов на шахтах с невысокими вентиляторами главного проветривания // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1986. N4.-С. 91-94.

47. Мясников А.А. Проветривание горных выработок при различных системах разработки. М.: Госгортехиздат, 1962. - 221 с.

48. Мясников А.А., Садохин В.П., Церна Г.И. Неравновесная фильтрация метана в угольном пласте // Труды ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности. Кемерово, 1973. - N19. - С. 16-27.

49. Мясников А.А., Мащенко И.Д., Крикунов Г.Н. Прогноз углекисло-тообильности угольных шахт. М.: Недра, 1974. - 221 с.

50. Мясников А.А. Научные основы метановыделения и проветривания шахт Кузнецкого бассейна. Дис. .докт.техн.наук. - Кемерово, 1968. -426 с.

51. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М.: Недра, 1979. - 285 с.

52. Петросян А.Э., Сергеев И.В., Устинов Н.И. Научные основы расчета параметров горных выработок по газовому фактору. М.: Наука, 1969.-126 с.

53. Петросян А.Э. Закономерности выделения метана в угольных шахтах и их инженерное приложение. Дис. .докт.техн.наук. - М., 1972. - 358 с.

54. Петросян А.Э. выделение метана в угольных шахтах. Закономерности и их инженерное использование. М.: Наука, 1975. - 188 с.

55. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Углекислый газ в угольных шахтах М. -Недра. 1987.- 142 с.

56. Аэрогазодинамика углекислотообильных шахт / Качурин Н.М., Ковалев Р.А., Ефимов В.И., Бобовников A.JI. // М. Издательство МГГУ. -2005.-302 с.

57. Дополнение к "Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт". -М.: Недра, 1981. 79 с.

58. Касимов О.И., Капиев Р.Э. О точности определения фактического газовыделения на выемочных участках//Вопросы проветривания шахт Донецкого бассейна: Сб.ст./М., 1969. -С. 113-122.

59. Сулла М.Б. Научные основы формирования и нормализации атмосферы при подземной разработке негазовых или малогазовых (по метину) угольных шахт. Дис. ,докт .техн.наук. - М., 1982. - 582 с.

60. Печук И.М. Прогноз газообильности высокометаморфизованныхантрацитов // Борьба с газом и пылью в угольных шахтах:Сб. ст./Техника. -М., 1967.-Вып. 4. -С. 53-58.

61. Воронин В.Н. Основы рудничной аэрогазодинамики. М.: Угле-техиздат. -1961. - 365 с.

62. Премыслер и.С., Яновская М.Ф. Газовыделение из отбитого угля // Методы определения газоносности пластов и газообильности шахт: Сб.ст. /Госгортехиздат. М., 1962. - С. 73-79.

63. Пригожим И. Введение в термодинамику необратимых процессов. ~ М.: ИНП, 1960.-469 с.

64. Пустовой В.П. Математическое моделирование изменения метано-опасности угольных пластов с увеличением глубины их залегания // Известия вузов. Геология и разведка. -1 77. № 2. - С. 156-158.

65. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. М.: Недра, 1973,537 с.

66. Пыхтеев Г.Н. О точном и приближенном методах решения уравнения неустановившейся фильтрации газа. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1968. - № 6. - С.53-57.

67. Пыхтеев Г.Н. Приближенное решение одномерной задачи о фильтрации, газа в угольном пласте с учетом движения забоя // Инженерный сборник: Сб.ст./АН СССР. М., 1956. - Т. XXI. - С. 157-163.

68. Родионов В.Н., Спивак А.А., Цветков В.М. Метод определения фильтрационных свойств горных пород в массиве // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1976. - № 5. -С. 92-96.

69. Ромм Е С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. -М.: Недра, 1966.-232 с.

70. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1975.- 238 с.

71. Рыженко И.А. Методика определения газопроницаемости угольного пласта вокруг выработок // Уголь Украины. 1981. - № 3. - С. 31-32.

72. Рыженко И.А., Рыженко А.И Определение природной газопроницаемости угольного пласта при радиальной фильтрации газа в скважину // Уголь Украины. 1983. - № 3. -С. 30-31.

73. Сергеев И.В., Забурдяев B.C., Рудаков Б.Е. Опыт применения комплексной дегазации в угольных шахтах. М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - 46 с.

74. Сергеев И.В., Бухны Д.И. Исследование проницаемости призбойной части выбросоопасных пластов // Вентиляция, борьба с газом и пылью в угольных шахтах. Научные сообщения: Сб.ст./М., 1985. Вып. 236. - С. 3-9.

75. Сергеев И.В. Научные основы и методы дегазации угольных пластов. Дис. .докт.техн.наук. - М., 1973. - 430 с.

76. Скочинский А.А., Лидин Г.Д. К прогнозу метанообильности шахт Донбасса на глубоких горизонтах // Известия АН СССР. ОТН. 1941. - № 1. -С. 76-61.

77. Скочинский А.А., Лидин Г.Д., Гердов М.А. О явлениях быстрого кислородного обеднения в подземных выработках // Известия АН СССР. ОТН. 1943.-№11.-С. 251-273.

78. Скочинский Л.А., Лидин Г.Д. К вопросу об управлении метановы-делением при разработке свит пластов каменного угля // Известия АН СССР, ОТН. 1945. - № 6. - С. 54-59.

79. Скочинский А.А. Некоторые проблемные вопросы в области газа, пыли и вентиляции шахт Донбасса // Уголь. 1945. - № 6. - С. 5-8.

80. Скочинский А.А., Ходот В.В., Гмошинский В.Г. Метан в угольных пластах. М.: Углетехиздат, 1958. - 256 с.

81. Скочинский А.А., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиздат, 1959. - 638 с.

82. Соколов Э.М., Шилов Н.Г., Качурин Н.М. к вопросу проветривания реконструируемых шахт Подмосковного бассейна //Применение гидравлических расчетов при решении инженерных задач: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1976. -43.-48.

83. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Шилов Н.Г. Газовыделение из выработанных пространств при всасывающем способе проветривания // Известия вузов. Горный журнал. 1977. - № 8. - С.49-54.

84. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Режим движения гаэовоздушной смеси в зонах обрушения Подмосковных шахт//Механизация горных работ на угольных шахтах: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1978. -С. 67-93.

85. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Всасывающий и всасывающе-нагнетательный способ проветривания//Безопасность труда в промышленности. 1979. - № 1. - С. 53-56.

86. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Кузнецов А.А. Газовыделение в тупиковые выработки шахт Подмосковного бассейна//Вентиляция шахт и рудников: Сб.ст./ЛГИ. Д., 1979. - С. 72-77.

87. Алехичев С.П., Пучков Л.А. О методике лабораторного определения аэродинамических характеристик смесей кусковатого материала // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1966. - № 6.-С. 71-76.

88. Абрамов Ф.А., Соболевский В.В. О распределении концентрации метана в очистных забоях при работе добычных комплексов // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - № 2. - С. 74-78.

89. Аэрогазодинамика выемочного участка / Абрамов Ф.А., Грецингер Б.Е., Соболевский В.В. и др. Киев: Наукова думка, 1972. - 378 с.

90. Айруни А.Т., Бессонов Ю.Н., Смирнов Н.С. Опыт комплексной дегазации участков // Уголь. 1968. - № 6. - с. 61-65.

91. Айруни А.Т., Зенкович Л.М., Рейцына Р.И. Установление границы влияния подработки тонких крутых пластов по газовому фактору // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1972. № 3. - С. 15-17.

92. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах. М.: Недра, 1981. - 335 с.

93. Айруни А.Т., Зверев И.В., Долгова М.О. Исследование структуры выбросоопасных углей Донбасса // Прогноз и предотвращение газопроявлений при подземной разработке полезных ископаемых: Сб.ст. / ИПКОН АН СССР. -М., 1962.-С. 104-112.

94. Айруни А.Т., Зенкович JI.M., Мхатвари. Т.Я. Искусственное увеличение защитного действия при разработке выбросоопасных пластов / ИНКОН АН СССР. М., 1984. - 53 с. - Деп. в ЦНИИЭИ-уголь 19.06.85, № 3418.

95. Айруни А.Т., Бобин В.А., Гажанов А.А. Оценка экспериментальных данных по равновесной сорбции метана и углекислого газа на ископаемых углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1985. - № 3. - С. 74-81.

96. Айруни А.Т., Бобин В.А., Зверев И.В. Теоретические основы формирования микроструктуры газонасыщенного угольного вещества // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1985. - № 6. - С. 89-96.

97. Айруни А.Т., Бобин В.А. Модель макро-структуры угольного вещества // Известия вузов. Горный куриал. 1987. - № 2. - С. 46-52.

98. Айруни А.Т., Бобин В.А., Зимаков Б.М. Особенности микроструктуры и сорбционных свойств углей по отношению к различным газам // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989.-№ I. - с. 67.

99. Лидин Г.Д. К вопросу о закономерности выделения метена из угля, отторгнутого от массива // Управление газовыделением и пылеподавлением в шахтах: Сб.ст./Недра. М., 1972. - С. 37-41.

100. Лидин Г.Д., Эттингер И.Л., Шульман И.М. О возможности теоретического расчета потенциальной метаносности угольных пластов на больших глубинах//Уголь. 1973. - № 5. - С. 13-15.

101. Газообильность каменноугольных шахт СССР/Галазов Р.А., Айруни А.Т., Сергеев И.В. и др. М.: Высшая школа, 1981. - 200 с.

102. Христианович С.А., Коваленко Ю.Ф., Об измерении давления газа в угольных пластах//Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - № 3. - С. 3-23.

103. Фридман И.С. О давлении газа в угольных пластах // Уголь Украины. 1979. - № 10. - С. 30-39.

104. Щербань А.Н., Цырульников А.С., Бондарь И.И. Методика определения газопроницаемости угольного массива. Киев: АН УССР, 1958. - 57 с.

105. Щербанъ А.Н., Цырульников А.С. Газопроницаемость угольныхпластов. Киев: /АН УССР, 1958. - 156 с.

106. Быков Л.Н., Левин Е.М., Соколов Э.М. Предварительный прогноз углекислотообильности шахт восточного Донбасса // Проектирование и строительство угольных предприятий: Сб.ст./М.: Недра, 1966. С. 66-68.

107. Быков Л.Н., Соколов Э.М., Левин Е.М. Состав рудничной атмосферы шахт восточного Донбасса и методы оценки уровня газовыделений и эффективности проветривания//Уголь Украины. 1967. - № 5. - С. 45-47.

108. Быков Л.Н., Левин Е.М., Соколов Э.М. Прогноз углекисло-товыделений из выработанных пространств в условиях шахт восточного Донбасса // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1967.-№ 6.-С. 20-23.

109. Эттингер И.Л. Газоемкость ископаемых углей. М.: Недра, 1966.223 с.

110. Эттингер И.Л., Радченко С. А. Время релаксации как характеристика метанопереноса в углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1988. - № 4. - С. 97-101.

111. Арье А.Г. Физические основы фильтрации подземных вод. М.: Недра, 1984. - 102 с.

112. Пустовой В.П. Математическое моделирование изменения мета-ноопасности угольных пластов с увеличением глубины их залегания // Известия вузов. Геология и разведка. -1 77. № 2. - С. 156-158.

113. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.-Л.: Госгортехиздат, 1947. - 244 с.

114. Шашмурин Ю.А. Исследование равномерно распределенных утечек воздуха на апатитовом руднике им. С.М.Кирова/Проветривание карьеров и рудников с большими зонами обрушения: Сб.ст,/ Наука. -М.-Л., 1966. -С. 48-52.

115. Шашмурин Ю.А. Фильтрационные утечки рудничного воздуха. -Л.: Недра, 1970.- 176 с.

116. Колмаков В. А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. М.: Недра, 1981. - 135 с.

117. Колмаков В. А. О расчете скорости движения текучих при переменных значениях давления, сопротивления среды и режима // Вопросы рудничной аэрологии: Сб.ст./КузПИ. Кемерово, 1976. - С. 203-209.

118. Колмаков В.А. Разработка теории переноса метана в деформируемых массивах горных пород и атмосфере выработок с целью создания безопасных условий в шахтах. -Дисс. . .докт. техн. наук. Кемерово, 1980. -476 с.

119. Николаевский В.Н. Механика трещиновато-пористых сред. М.: Недра, 1987.-241 с.

120. Кричевский P.M. О выделении метана из угольного массива в подготовительные выработки // Бюллетень МакНИИ. 1947. - №16. - С. 22-31.

121. Кричевский P.M., Метод прогноза газовыделения в подготовительные выработки угольных шахт Донбасса. Дисс. .канд. техн.наук. -Макеевка, 1950. - 210 с.

122. Кричевский P.M. О природе внезапных выделений газа с выбросом угля // Бюллетень МакНИИ. 1948. - № 16. - С. 6-13.

123. Баренблатт Г. И. Об автомодельные движениях сжимаемой жидкости в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1952. - Т. XVI, № 6. -С. 679-698.

124. Баренблатт Г.И. О некоторых неустановившихся движениях жидкости и газа в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1952. -Т. XVI, № 1.-С. 409-414.

125. Баренблатт Г.И. Об одном классе точных решений плоской одномерной задачи нестационарной фильтрации газа в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1953. - Т. XVI, № 6. - С. 739-742.

126. Баренблатт Г.И. О приближенном решении задач одномерной нестационарной фильтрации в пористой среда // Прикладная математика и механика. 1954. - Т. XVIII, № 3. -С. 351-370.

127. Баренблатт Г.И., Вишик М.И О конечной скорости распространения в задачах нестационарной фильтрации жидкости и газа II Прикладная математика и механика. 1956- - Т. XX, №6. - С. 411-417.

128. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра, 1972. - 288 с.

129. Полубаринова-Кочина П.Я. Некоторые плоские задачи теории фильтрации газа в угольном пласте // Прикладная механика и математика. -1954. Вып. 1. - Т. XIII. - С. 671-673.

130. Зельдович Л.Б., Компанеец А.С. К теории распространения тепла при теплопроводности, зависящей от температуры // К 70-летию А.Ф.Иоффе/АН СССР. М., 1950. - С. 61-71.

131. Тарасов Б.Г. Анализ влияния сдвижения газоносных массивов на их коллекторские свойства и учет этого влияния при прогнозе и управлении газовыделением. Дис. .докт.техн.наук. - Кемерово, 1969. - 446 с.

132. Тарасов В.Г., Колпаков В. А. Газовый барьер угольных шахт. М.: -Недра, 1976.-200 с.

133. Ярунин С.А., Бухны Д.И. Расчет газодинамического состояния призабойной части угольного пласта //Вентиляция и газодинамические явления в шахтах: Сб.ст./Новосибирск, 1981. С. 6-12.

134. Горбачев А.Т. Приближенное решение задачи неустановившейся фильтрации газа, из угольного пласта при плоском одномерном течении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых: 1968. -№6. - С. 58-64.

135. Горбачев А. Т., Кажихов А. В. Численный расчет двумерной фильтрации газа в угольном массиве // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1970. - № 5. - С. 37-43.

136. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. Численное исследование одномерных задач дегазации угольных пластов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1972. - № 5. - С. 74-83.

137. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. Численные расчеты трехмерных задач дегазации угольных пластов // физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1973. - № 2. - С. 63-92.

138. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. О трехмерным задачах дегазации угольных пластов // Физико-технические проблемы разработки полезных, ископаемых. 1975. - № 3. - С. 108-111.

139. Пыхтеев Г.Н. О точном и приближенном методах решения уравнения неустановившейся фильтрации газа. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1968. - № 6. - С.53-57.

140. Пыхтеев Г.Н. Приближенное решение одномерной задачи о фильтрации, газа в угольном пласте с учетом движения забоя // Инженерный сборник: Сб.ст./АН СССР.-М., 1956.-Т. XXI. С. 157-163.

141. Чарный И.А. Подземная гидравлика. М.: Гостехиздат, 1948. - 387с.

142. Чарный И. А. О методах линеаризации нелинейных уравнений теплопроводности // Известия АН СССР. ОТН. 1951. - № 6. - С.829-838.

143. Ушаков К.З. Динамический метод расчета вентиляции угольных шахт // Технология добычи угля подземным способом. Сб. ст./ЦНИИТЭИугля. М., 1967. - №2. - С. 37-43.

144. Ушаков К.З. О диффузии динамически активных газов в шахтных вентиляционных потоках // Известия вузов. Горный журнал. 1968. - №6. - С. 72-78.

145. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. 153 с.

146. Ушаков К.З. О газовой динамике при работе подземных вентиляторов с рециркуляцией // Безопасность труда в промышленности. 1975. -№6. - С. 44-48.

147. Ушаков К.З. Аэродинамическое моделирование шахтных вентиляционных потоков/физическое моделирование тепловентиляционных лыжных процессов: Сб. ст./Апатиты, 1977. С. 5-11.

148. Ушаков К.З., Бурлаков А.С., Медведев И.И, Рудничная аэрология. -М.: Недра, 1978.-478 с.

149. Ушаков К.З., Пупков л.А., Чижиков Г.И. Ликвидация слоевых скоплений с помощью сеток // Техника безопасности охрана труда и горноспасательное дело. 1983. - №5. - С. 3-5.

150. Лайгна К.Ю., Блюм М.Ф., Виирлайд А.Х. Турбулентная диффузия в стратифицированных потоках подземных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - N1. -С.96-98.

151. Лайгна К.Ю. Анализ и усовершенствование метода расчета массо-обмена при конвективно-диффузионном переносе примесей в подземных горных выработках // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - N4. - С.110-137.

152. Лайгна К.Ю., Поттер Э.А. Турбулентное струйное течение воздуха в сквозных выработках // Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989. - N3. - С.91-101.