Оценка влияния отбитого угля на распределение концентрации метана в призабойном пространстве

Оригинальная статья

УДК 622.4 c И.М. Закоршменный1, П.Е. Сизин2, И.Ф. Уварова2, Н.Ю. Обвинцева2, П.А. Дианов1, 2025

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь №10-2025 /1198/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2025-10-94-98

Авторы

Закоршменный И.М. доктор техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории 2.2 ?Геотехнологических рисков при освоении газоносных угольных и рудных месторождений?, ИПКОН РАН, 111020, г. Москва, Россия, e-mail: iosif-54@mail.ru

Сизин П.Е. канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры математики, НИТУ МИСИС, 119049, г. Москва, Россия

Уварова И.Ф. канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры физики НИТУ МИСИС, 119049, г. Москва, Россия

Обвинцева Н.Ю. канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики НИТУ МИСИС, 119049, г. Москва, Россия

Дианов П.А. аспирант лаборатории 2.2 ?Геотехнологических рисков при освоении газоносных угольных и рудных месторождений? ИПКОН РАН, 111020, г. Москва, Россия

Аннотации

Предложена математическая модель, основанная на одномерном неоднородном уравнении диффузии, позволяющая оценить вклад выделения метана из отбитого угля в процессе его перемещения по транспортной системе выемочного участка угольной шахты в пространственно-временное распределение параметров, характеризующих состояние рудничной атмосферы в призабойной зоне. Приведено решение указанного уравнения, основанное на использовании аппарата функций Грина (функций источника) и реализованное в программном комплексе Maple. В качестве результатов моделирования представлены графики зависимостей массовой концентрации метана в воздушной среде выемочного участка от пространственной координаты в разные моменты времени. Показано, что расчетная схема предложенной модели обеспечивает получение надежных оценок пространственно-временных изменений аэрологических параметров призабойного пространства. Представленные результаты могут быть использованы для повышения эффективности оперативного управления технологическими процессами в пределах выемочного участка.

Ключевые слова

Угольная шахта, выемочный участок, очистной комбайн, отбитый уголь, призабойное пространство, рудничная атмосфера, концентрация метана, моделирование.

Список литературы

1. Безопасность высокопроизводительных очистных забоев в метанообильных шахтах / В.Н. Захаров, В.С. Забурдяев, Е.В. Федоров и др. // Горная промышленность. 2023;(6):64-70. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-6-64-70. Zakharov V.N., Zaburdiaev V.S., Fedorov E.V., Shliapin A.V. Safety of high-performance coal mining faces in methane-rich mines. Gornaya promyshlennost’. 2023;(6):64-70. (In Russ.).
2. Казанин О.И. Перспективные направления развития технологий подземной угледобычи в РФ // Горный журнал. 2023. № 9. С. 4-11. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.01. Kazanin O.I. Prospects for the development of underground coal mining technologies in Russia. Gornyj zhournal. 2023;(9):4-11. (In Russ.).
3. Баловцев С.В., Скопинцева О.В., Куликова Е.Ю. Анализ аварийности и тенденции развития аэрологической безопасности угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2024. № 12. С. 135-149. DOI: 10.25018/0236-1493-2024-12-0-135. Balovtsev S.V., Skopintseva O.V., Kulikova E.Yu. ... (In Russ.).
4. Качурин Н.М., Ермаков А.Ю. Метановыделение при выемке мощных пологих угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2018. № 6. С. 193-206. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0-193-206. Kachurin N.M., Ermakov A.Yu. ... (In Russ.).
5. Численные исследования влияния изменений напряженно-деформированного состояния углепородного массива на устойчивость дегазационных скважин / Д.И. Блохин, И.М. Закоршменный, С.С. Кубрин и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 11. С. 17-32. DOI: 10.25018/0236-1493-2023-11-0-17.
6. Alvarez Fernandez M.I., Prendes Gero M.B., Penas Espinosa J.C., Gonzalez Nicieza C. Innovative techniques in underground mining for the prevention of gas dynamic phenomena. Energies. 2021;14(16):5205. DOI: 10.3390/en14165205.
7. Do?an H.E., Demirel N. Analyzing lump coal gas release as a source of coal mine methane: Using GC and machine learning. Fuel. 2025;(397):135433. DOI: 10.1016/j.fuel.2025.135433.
8. Формализация процесса выбора технологий отработки месторождений полезных ископаемых / П.А. Каунг, В.В. Зотов, М.А. Гаджиев и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 2. С. 124–138. DOI: 10.25018/0236-1493-2022-2-0-124. (In Russ.).
9. Копылов К.Н., Закоршменный И.М. Результаты экспериментальных исследований по оперативному управлению очистным комбайном в высокопроизводительных лавах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 1. С. 36-46. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-1-0-36-46. (In Russ.).
10. Kopylov K.N., Kubrin S.S., Blokhin D.I. The simulation of the excavation sites of coal mines. Mining Goes Digital... 2019:473-480. DOI: 10.1201/9780429320774-54.
11. Баловцев С.В. Мониторинг аэрологических рисков аварий на угольных шахтах // Горные науки и технологии. 2023;8(4):350–359. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-10-163. (In Russ.).
12. Rao S., Mishra D.P., Mishra A. Methane migration and explosive fringe localisation in retreating longwall panel under varied ventilation scenarios: a numerical simulation approach. Environmental Science and Pollution Research. 2023;(30):66705-66729. DOI: 10.1007/s11356-023-26959-6.
13. Sizin P., Zakorshmennyi I., Blokhin D., Kobylkin A., Dianov P. Spatiotemporal distribution of methane concentration from broken coal mass. EPJ Web of Conferences. 2025;(321):01014. DOI: 10.1051/epjconf/202532101014.
14. К вопросу о предельной скорости подачи очистного комбайна... / В.В. Зотов, К.С. Коликов, И.П. Гусева и др. // Уголь. 2024. № 6. С. 96-100. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-6-96-100. (In Russ.).
15. Забурдяев В.С. Выделение метана из отбитого в очистном забое угля. Безопасность труда в промышленности. 2019;(11):13–17. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-11-13-17. (In Russ.).
16. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Изд-во МГУ, 1999. 799 с.
17. Фам Дик Тханг, Фан Туан Ань, Коликов К.С. Зависимость метаноносности и относительной метанообильности... // ГИАБ. 2020. № 6(1). С. 26-37. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-26-37. (In Russ.).
18. Ермаков А.Ю., Качурин Н.М., Сенкус В.В. Системный подход к технологии оценки метановой опасности... // ГИАБ. 2018. № 4. С. 106-118. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-4-0-106-118. (In Russ.).

Для цитирования

Оценка влияния отбитого угля на распределение концентрации метана в призабойном пространстве / И.М. Закоршменный, П.Е. Сизин, И.Ф. Уварова и др. // Уголь. 2025;(10):94-98. DOI: 10.18796/0041-5790-2025-10-94-98.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 5.07.2025

Поступила после рецензирования: 18.09.2025

Принята к публикации: 29.09.2025