• Дырдин Валерий Васильевич
• Ким Татьяна Леонидовна
• Фофанов Андрей Алексеевич
• Плотников Евгений Анатольевич
• Воронкина Наталья Михайловна

УДК 622.01.016
DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-44-53

Дырдин В. В., Ким Т. Л., Фофанов А. А., Плотников Е. А., Воронкина Н. М.
Газовыделение при механодеструкции угля // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 5. С. 44–53. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-44-53

Введение. Обеспечение безопасности горных работ при подземной разработке месторождений каменного угля неразрывно связано с применением мер, направленных на уменьшение газовыделения из краевых зон угольных пластов. В настоящее время нет точного ответа на вопрос, почему при внезапных выбросах угля и газа удельное газовыделение превышает в несколько раз природную газоносность. В связи с этим научная задача изучения газовыделения при механодеструкции угля является актуальной.
Цель работы. Целью данной статьи является проверка гипотезы наличия в каменном угле метана, находящегося с матрицей в иных, не сорбционных формах связи, но способного переходить в газообразное состояние при механодеструкции, т. е. при разрушении угля.
Методология. Авторами проведен отбор угольных проб из пластов угольных шахт Кузбасса. Установлен характер изменения средневзвешенного размера частиц угля в зависимости от числа циклов разрушения. А также приведены результаты хроматографического анализа газа, выделившегося при разрушении отобранных угольных проб.
Результаты. Установлено, что при разрушении проб угля, отобранных на границе зоны влияния выработки, происходит интенсивное выделение «угольных» газов, при этом наибольшая концентрация наблюдается у метана. Установлено, что при механодеструкции угля происходит разрыв внутримолекулярных связей атомов углерода с «бахромой», а также между графитоподобными слоями углеродной решетки, что приводит к высвобождению значительного количества газа и переходу его в свободное состояние.
Выводы. Разработана методика экспериментального определения удельного газовыделения, позволяющая оценивать склонность участка угольного пласта к внезапным выбросам угля и газа.

Ключевые слова: разрушение угля; газовыделение; механодеструкция; угольный пласт; внезапные выбросы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Малинникова О. Н., Фейт Г. Н. Эффект образования метана и дополнительной сорбции при
разрушении газонасыщенного угля в условиях объемного напряженного состояния // ГИАБ. 2004.
№ 8. С. 196–200.
2. Малинникова О. Н. Условия образования метана из угля при разрушении // ГИАБ. 2001. № 5.
С. 95–99.
3. Чернов О. И., Розанцев Е. С. Предупреждение внезапных выбросов угля и газа в угольных
шахтах. М.: Недра, 1965. 211 с.
4. Ходот В. В., Яновская М. Ф., Премыслер Ю. С. Газовыделение из угля при его разрушении //
Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1966. № 6. С. 3–11.
5. Дырдин В. В., Опарин В. Н., Фофанов А. А., Смирнов В. Г., Ким Т. Л. О возможном влиянии
вторичных осадок основной кровли при отработке угольных пластов на их выбросоопасность при
разложении газовых гидратов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.
2017. № 5. С. 3–14.
6. Алексеев А. Д. Метан угольных пластов. Формы нахождения и проблемы извлечения // Геотех-
ническая механика: межвед. сб. науч. тр. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. Вып. 87. С. 10–15.
7. Fischep F. Preparation of synthetic // Brennstoff . Chem. 1923. Vol. 4. P. 276–285.
8. Фальбе Ю. М. Химические вещества из угля. М.: Химия, 1984. 616 с.
9. Proskurowski G., Lilley M. D., Seewald J. S., Früh-Green G. L., Olson E. J., Lupton J. E., Sylva S. P.,
Kelley D. S. Abiogenic hydrocarbon production at Lost City hydrothermal fi eld // Science. 2008. Vol. 319.
No. 5863. P. 604–607.
10. Гаврилюк В. Г., Шанина Б. Д., Скоблик А. П., Кончин А. А., Колесник В. Н., Ульянова Е. В.
Механизм формирования угольного метана // ГИАБ. 2015. № 8. С. 211–220.
11. Менжулин М. Г., Монтиков А. В., Васильев С. В. Физические процессы образования метана
при разрушении угля // Записки Санкт-Петербургского Горного института. Геология. 2014. Т. 207.
С. 222–225.
12. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Гаврилов В. Ю., Шутилов Р. А., Ковчавцев А. П., Танайно А. С.,
Ефимов В. П., Астраханцев И. Е., Гренев И. В. О некоторых особенностях взаимодействия между
геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах Кузбасса // Физико-тех-
нические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2. С. 3–30.
13. Глинка Н. А. Общая химия. М.: Интеграл-Пресс, 2003. 728 с.
14. Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Исмагилов З. Р., Ким Т. Л., Манаков А. Ю. О влиянии форм
связи метана с угольной матрицей на газодинамические явления, возникающие при подземной раз-
работке угольных пластов // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промыш-
ленности. 2017. Вып. 1. С. 34–41.
15. Сорокина Н. Е., Никольская И. В., Ионов С. Г., Авдеев В. В. Интеркалированные соединения
графита акцепторного типа и новые углеродные материалы на их основе // Известия Академии
наук. Серия химическая. 2005. № 8. С. 1699–1716.
16. Smirnov V. G., Dyrdin V. V., Ismagilov Z. R., Manakov A. Y., Ukraintseva E. A., Villevald G. V.,
Karpova T. D., Terekhova I. S., Ogienko A. G., Lyrshchikov S. Y. Formation and decomposition of methane
hydrate in coal // Fuel. 2016. Т. 166. С. 188–195.

Поступила в редакцию 5 апреля 2019 года

 Скачать выпуск целиком  

	ГЕОТЕХНОЛОГИЯ: ПОДЗЕМНАЯ, ОТКРЫТАЯ, СТРОИТЕЛЬНАЯ
Муленкова А. О. Демченко И. И.	О параметрах технологического автотранспортного средства, предназначенного для вывозки сортового угля из забоя разреза (In English)
Латышев О. Г. Хлебников П. К.	Исследование параметров рамно-анкерной крепи горизонтальных выработок в условиях влияния очистных работ
	ГЕОМЕХАНИКА. РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Жариков С. Н.	Разработка ресурсосберегающей технологии буровзрывных работ
	ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА. АЭРОГАЗОДИНАМИКА
Кошкаров В. Е. Неволин Д. Г. Кошкаров Е. В.	Оценка прочностных свойств грунтов, укрепленных эмульсионными связующими при обеспыливании карьерных автодорог
	ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ И НЕФТЕГАЗОВАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА
Гуляев А. Н.	Сейсмотектоника Урала (In English)
Филатов В. В. Болотнова Л. А.	О подобии и иерархии тектонических структур
Мамедтагизаде А. М. Шмончева Е. Е. Джаббарова Г. В. Абишев А. Г.	Расчет расширителя при комплексном способе строительства многоствольных скважин
	МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО, ГЕОДЕЗИЯ И КАДАСТР
Лаптев Ю. В. Гордеев В. А.	Управление качеством минерального сырья на основе комплексной оценки контрастности руд и результатов геометризации месторождения (на примере ОАО «Евраз КГОК»)
	ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Хопунов Э. А.	Проблемы методологии оценки селективности дезинтеграции руд
	ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ГОРНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ
Подкорытов В. Н. Мочалова Л. А.	Рыночная капитализация крупнейших предприятий минерально-сырьевого комплекса России в условиях экспортно-сырьевой модели экономики (In English)
Трушина Г. С.	Значение экономико-математических методов в изыскании резервов роста и прогнозировании производительности труда (на примере шахт Кузбасса)
Семенкин А. В. Антонов В. А.	Исследование экономического показателя затрат при циклично-поточной технологии на рудных карьерах
	ГОРНАЯ МЕХАНИКА. ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ТРАНСПОРТ
Комиссаров А. П. Плотников Н. С. Лукашук О. А. Летнев К. Ю.	Определение энергоемкости процесса экскавации рабочим оборудованием типа прямая лопата карьерного экскаватора
	ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Леонов Р. Е.	К обоснованию моделей некоторых аппаратов обогатительных фабрик при создании систем автоматического регулирования
	БЕЗОПАСНОСТЬ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Шахрай С. Г. Курчин Г. С. Сорокин А. Г.	Экспериментальное исследование эффективности естественного проветривания карьера через трубопроводы
Минин И. В. Заворницын В. В. Плотников А. М. Минин В. В.	Управление атмосферой замкнутых пространств рудников
	ИСТОРИЯ. ИНФОРМАЦИЯ. РЕЦЕНЗИИ
Курлаев Е. А.	Формирование промышленного ландшафта Урала
	Памяти Николая Григорьевича Картавого

• Боровков Юрий Александрович
• Якшибаев Темур Минграхматович

УДК 622.271:622.277.6(047.31) 
DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-30-36

Borovkov Iu. A., Iakshibaev T. M. Theoretical studies of changes in fracture zones radius in
the ore pile of heap leaching with camouflet blasthole charge explosion. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal = News of the Higher Institutions. Mining Journal. 2019; 5: 30–36 (In Russ.). DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-30-36

Введение. Совершенствование процесса кучного выщелачивания многоярусного рудного штабеля возможно посредством применения новых рациональных методов, одним из которых является интенсификация путем встряхивания многоярусного рудного штабеля пород взрывом камуфлетного цилиндрического скважинного заряда ВВ. Данный способ приемлем в случае снижения концентрации золота в продуктивном растворе с течением времени, а также в случае образования зоны кольматации. Необходимо произвести встряхивания многоярусного рудного штабеля горных пород взрывами камуфлетных скважинных зарядов ВВ, при этом происходят перемещение, измельчение, размежевание и изменение ориентации кусков породы в глубине многоярусного рудного штабеля с образованием дополнительных микро- и макротрещин.
Цель работы. Определение радиусов зон образования трещинообразования в рудном штабеле кучного выщелачивания при взрыве камуфлетного скважинного заряда ВВ.
Методология. Определение влияния камуфлетного взрыва скважинного заряда ВВ на интенсификацию процесса кучного выщелачивания золота с использованием математического моделирования.
Выводы. Разработана математическая модель действия камуфлетного взрыва цилиндрического скважинного заряда, описывающая зоны трещинообразования в глубине массива горных пород рудного штабеля кучного выщелачивания. Установлено, что при взрыве камуфлетного скважинного цилиндрического заряда под воздействием ударной и отраженной волн напряжения от свободной поверхности уступа в глубине массива горных пород рудного штабеля кучного выщелачивания образуется зона трещинообразования массива. Определен радиус зоны трещинообразования, зависящий от радиуса камуфлетного заряда, коэффициента, определяющего условия взрывания, акустической жесткости массива, коэффициента Пуассона и прочностных свойств горных пород рудного штабеля кучного выщелачивания на растяжение.

Ключевые слова: радиус трещинообразования; рудный штабель; взрыв; камуфлетный цилиндрический скважинный заряд ВВ; радиальное напряжение; массив горных пород; радиус скважинного заряда ВВ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Жигур Л. Ю., Мезин А. И. Исследование механизма взрывного нагружения горных пород
в зоне недозаряда в скважине // Взрывное дело. 1984. № 86/43. С. 221–225.
2. Cook M. A. The science of industrial explosives. USA, IRECO Chemicals, 1974. 449 p.
3. Ракишев Б. Р. Энергоемкость механического разрушения горных пород. Алматы: Баспагер, 1998. 210 с.
4. Механический эффект подземного взрыва / В. Н. Родионов [и др.]. М.: Недра, 1971. 200 с.
5. Кутузов Б. Н., Рубцов В. К. Физика взрывного разрушения горных пород применительно
к взрывным работам // Взрывное дело. 1963. № 53/10. С. 31–36.
6. Беленко Ф. А. Исследование полей напряжения и процесса образования трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах // Вопросы теории разрушения горных пород под воздействием взрыва. М.: АН СССР, 1958. С. 126–139.
7. Kingery C. N., Shumacher R. N. and Ewing W. O. International Pressures from explosions in suppressive structures. BRL. In from Memorandum report № 403. Aberdeen Proving ground, Mariland, 2005.
8. Esparza E. D., Baher W. E. and Oldham G. A. Blast pressures inside and outside suppressive
structures. Edgewood Arsenal Contraction Report EM-CR-76042. Report no. 8. 2005.
9. Покровский Г. И., Федоров И. С. Действие удара взрыва в деформируемых средах. М.: Стройиздат, 1957. 276 c.
10. Ильяхин С. В., Норов А. Ю., Якшибаев Т. М. Определение радиуса зон трещинообразования горного массива при камуфлетном взрыве // Взрывное дело. 2016. № 116/73. С. 29–36.
11. Nikitin L. V., Odintsev V. N. A dilatancy model of tensile macrocracks in compressed rock //
Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1999. Vol. 22. Nо. 11. P. 1003–1009.
12. Родионов В. Н. Исследование развития полости при камуфлетном взрыве // Взрывное дело. 1974. № 64/21. С. 5–25.
13. Wefbull H. R. W. Pressures recorded in partially closed chambers at explosion of TNT charge.
Annals of the New York Academy I of Sciences. 2008. 152. Article 1. P. 356–361.
14. Ракишев Б. Р., Ракишева З. Б., Ауэзова А. М. Скорости и время расширения цилиндрической взрывной полости в массиве пород // Взрывное дело. 2014. № 111/68. С. 3–17.
15. Мосинец В. Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.: Недра,
1976. 271 с.

 Скачать выпуск целиком  

	ГЕОТЕХНОЛОГИЯ: ПОДЗЕМНАЯ, ОТКРЫТАЯ, СТРОИТЕЛЬНАЯ
Стетюха В. А.	Расчет основания штабеля кучного выщелачивания (In English)
Шишлянников Д. И. Максимов А. Б.	Исполнительный орган агрегата для проходческих и очистных работ
Журавлев А. Г. Буднев А. Б.	Влияние грузоподъемности автосамосвалов на себестоимость горных работ по мере углубки карьера
Смирнов Ю. Г. Орлов А. О.	Принципы строительства подземных атомных станций малой мощности при современном подходе к освоению российской Арктики
Кантемиров В. Д. Титов Р. С. Яковлев А. М.	Анализ эксплуатационных показателей горнодобывающего оборудования ведущих железорудных карьеров России
Мажитов А. М. Волков П. В. Красавин А. В. Аллабердин А. Б.	Разработка технологии формирования искусственного массива с заданными геотехническими характеристиками
	ГОРНОПРОМЫШЛЕННАЯ И НЕФТЕГАЗОВАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГЕОФИЗИКА
Шестаков А. Ф.	О методе сопротивлений на переменном токе с применением установки Шлюмберже (In English)
	МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО, ГЕОДЕЗИЯ И КАДАСТР
Ефремов Е. Ю.	Погрешности измерения конвергенции поперечного сечения горных выработок (In English)
	ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ГОРНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ
Косолапов О. В. Игнатьева М. Н.	Экологически устойчивое недропользование: понятие, основополагающие принципы
Бутко Г. П.	Особенности управления горным предприятием как эколого-экономической системой
Даваадорж Д. Соколова О. Г.	Интегральный подход к управлению товарно-материальными запасами горного предприятия
	ГОРНАЯ МЕХАНИКА. ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ТРАНСПОРТ
Бовин К. А. Гилев А. В. Плотников И. С. Герасимова Т. А.	Исследование нагруженности и напряженного состояния бурового инструмента с зубчато-дисковыми фрезами на стадии его проектирования
Макаров В. Н. Макаров Н. В. Угольников А. В. Свердлов И. В.	Энергоэффективная технология локализации техногенных аварий в шахтах на базе математической модели гидровихревой коагуляции
Юдин А. В. Попов А. Г. Шестаков В. С.	Бункерные системы комплексов комбинированного транспорта в карьерах
	ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Лапин С. Э. Леонов Р. Е.	Выделение значимых факторов при моделировании горных объектов