close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Аэрогазодинамические процессы в породных массивах горных выработках выработанных пространствах и обеспечение аэрологической безопасности при подземной добыче полезных ископаемых

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
СТАСЬ Галина Викторовна
АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПОРОДНЫХ
МАССИВАХ, ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, ВЫРАБОТАННЫХ
ПРОСТРАНСТВАХ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ АЭРОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Специальность 25.00.20 – Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная
аэрогазодинамика и горная теплофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Тула 2018
2
Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Тульский государственный
университет» (ТулГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных
сооружений.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
КАЧУРИН Николай Михайлович.
Официальные оппоненты:
ЛЕВИН Лев Юрьевич, доктор технических наук, Горный институт
Уральского отделения Российской академии наук – филиала ФГБУН Пермского
федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской
академии наук («ГИ УрО РАН), г. Пермь, заместитель директора по научной
работе;
КОРШУНОВ Геннадий Иванович, доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», г. Санкт-Петербург,
заведующий кафедрой безопасности производств;
СЕНКУС Витаутас Валентинович, доктор технических наук, профессор,
Прокопьевский филиал ООО «Сибирский научно-исследовательский институт
обогащения угля» Филиал ООО «Сибнииуглеобогащение», г. Прокопьевск, заместитель управляющего по науке.
Ведущая организация: Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения РАН «Институт угля».
Защита диссертации состоится «24» декабря 2018 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном
университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд.
220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные
печатью организации, просим выслать по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 35-81-81.
Автореферат разослан « 20» сентября 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Сарычев
Владимир Иванович
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Угольная и горнорудная промышленность России планирует наращивать объемы производства. Предприятия по добыче минерального
и энергетического сырья, добыче и переработке руд, нерудного индустриального сырья и сырья строительных материалов позволяют решать комплексные
проблемы развития экономики страны. При этом из недр России добываются до
12 % мирового количества руды. Российская Федерация по объему угледобычи
занимает шестое место в мире. Подземная угледобыча в стране составляет около 30 %. По последним экспертным оценкам, в ближайшие десятилетия спрос
на уголь будет увеличиваться как внутри России, так и на глобальных рынках.
В соответствии с принятой Программой угольная отрасль должна быть готова
удовлетворить этот спрос, а также существенно расширить свои позиции на
перспективных международных рынках. Целевые индикаторы Программы
предусматривают рост производительности труда к 2030 г. в 5 раз, повышение
рентабельности от 8 до 25 % и повышение уровня промышленной и экологической безопасности в 2 – 3 раза. Проблемы безопасности подземной добычи угля
рассматриваются как важнейшие, поэтому создание комплексных систем
управления безопасностью шахт является важнейшей государственной задачей.
Концепция развития горнорудной промышленности также предусматривает
рост производительности труда и повышение аэрологической безопасности
рудников. Особо следует отметить то, что наиболее пристальное внимание уделяется аэрологической безопасности горных предприятий.
Аэрологическая безопасность основывается на нормативных значениях
тепловлажностных параметров рудничной атмосферы и ее состава и характеризуется взрывобезопасностью шахтного воздуха и эффективностью управления
распределением воздуха в вентиляционных сетях. Следовательно, аэрологическая безопасность является главным элементом общей безопасности шахт и
рудников. При этом научной базой аэрологической безопасности являются
рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика. Такой подход предполагает, что физические принципы прогнозирования газовыделения и газовых ситуаций, а также расчета количества воздуха должны быть едиными независимо от
того, какие полезные ископаемые, добывают подземным способом, и от того,
какие газовые примеси выделяются в рудничную атмосферу или из нее поглощаются.
Однако до настоящего времени единый подход на основе фундаментальных законов движения газов в пористых сорбирующих средах и диффузионного переноса газовых примесей в турбулентных воздушных потоках не используется в полном объеме. Нередко встречаются эмпирические подходы, которые
не отражают причин газообмена, а отражают только связь с некоторыми технологическими параметрами выемочных работ. Это приводит к возникновению
газового барьера для высокопроизводительных технологий подземной добычи
полезных ископаемых. А действующие технологии экологического мониторинга не обеспечивают выполнение требований экологического императива для
4
территорий горных отводов действующих и ликвидированных шахт и рудников.
Существующие методы прогнозирования аэрогазодинамических процессов, определяющих уровень безопасности подземной добычи полезных ископаемых и экологических последствий на всех этапах существования угольных
шахт и рудников на территориях горнопромышленных регионов, требуют более
глубокого научного обоснования. Поэтому комплексное изучение аэрогазодинамики подземной угледобычи, обусловленной геотехнологическими и геоэкологическими процессами, весьма актуально.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом хоздоговорных и госбюджетных НИР Тульского государственного университета и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов
(2010 – 2018 гг.), Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы» (рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009‒2013 годы (гос. контракт № 02.740.11.0319), .
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих
закономерностей фильтрационно-диффузионного движения газов в горных
массивах, низкотемпературного окисления полезного ископаемого, конвективно-турбулентной диффузии примесей в вентиляционных струях угольных шахт
и рудников и переноса газовых примесей на подработанных территориях после
ликвидации шахт для прогнозирования газовых ситуаций и подачи на очистные
и подготовительные участки аэрогазодинамически обоснованного количества
воздуха, а также разработки геотехнологических решений, обеспечивающих
аэрологическую безопасность на всех этапах существования угольных шахт и
рудников.
Идея работы заключается в том, что прогнозирование газовых ситуаций и
подача на очистные и подготовительные участки аэрогазодинамически обоснованного количества воздуха, а также разработка геотехнологических решений,
обеспечивающих аэрологическую безопасность на всех этапах существования
угольных шахт и рудников, основываются на комплексном описании движения
газов в пористых средах и воздушных потоках, адекватно отражающем геотехнологические и геоэкологические процессы и физические условия, заданные
начальными и граничными условиями.
Основные научные положения, сформулированные в диссертации.
1 Аэрогазодинамические процессы в горных массивах и рудничной атмосфере являются следствием технологических воздействий на угольные, гипсовые и калийные пласты, на рудные тела и вмещающие породы и проявляются в
форме фильтрационного течения, диффузионной миграции и конвективнотурбулентного переноса, которые описываются дифференциальными уравнениями параболического и гиперболического типа, а параметры математических
моделей отражают физико-химические свойства вещества горных массивов и
газов, влияющих на состав воздуха.
5
2 Моделирование состояния аэрологической безопасности в угольных
шахтах и рудниках позволяет осуществлять ситуационный анализ прогнозных
оценок нестационарных и установившихся полей концентраций газовых компонент рудничной атмосферы, а ее взрывобезопасное и безвредное состояние
обеспечивается количеством воздуха, определяемым на основе решений дифференциальных уравнений, учитывающих стационарный конвективнодиффузионный перенос рассматриваемых примесей.
3 Динамика газовыделения из разрабатываемого угольного пласта адекватно моделируется решениями дифференциальных уравнений параболического и гиперболического типов, а полиноминальная аппроксимация безразмерных
значений выделения метана с поверхности обнажения угольного пласта обеспечивает значение корреляционного отношения, близкое к единице, для периодов времени, соответствующих технологическим периодам проведения подготовительных выработок.
4 Характерной особенностью фильтрационного течения газа в зоне беспорядочного обрушения в выработанном пространстве является повышенная проницаемость трещин при содержании основных запасов газа в малопроницаемых
породных блоках, поэтому метановыделение из подработанных вмещающих
пород в выработанное пространство следует моделировать с учетом газообмена
породных блоков с транспортными трещинами, применяя смешанную производную третьего порядка в уравнениях фильтрации.
5 Угольные пласты Подмосковного угольного бассейна и их вмещающие
породы могут содержать уран в высоких концентрациях, а подземные воды могут содержать большое количество растворенного радона, поэтому и угольные
пласты, и вмещающие породы, и подземные воды являются источниками выделения радона в горные выработки шахт. Для геологических условий югозападной части Подмосковного угольного бассейна наибольшее количество
воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков соответствует радоновому фактору.
6 В периоды экстренного газовыделения из выработанных пространств в
углекислотообильных шахтах, обусловленного резким снижением статического
давления воздуха в шахтах, необходимо подавать дополнительное количество
воздуха на подготовительные и очистные участки, примыкающие к выработанному пространству. Дополнительное количество воздуха изменяется от 45 до
87 % и более от расчетного значения при стабильном статическом давлении
воздуха на шахте.
7 Аэрогазодинамические процессы протекают на всех этапах существования шахт и рудников, при этом самый длительный этап негативных аэрогазодинамических процессов имеет место после их закрытия или ликвидации.
Аэрогазодинамические процессы, обусловленные подземной разработкой месторождений должны быть объектами мониторинга и после закрытия шахт.
Новизна основных научных результатов.
1 Доказано, что аэрологическая безопасность шахт и рудников является
следствием аэрогазодинамических процессов, протекающих в горном массиве и
рудничной атмосфере, а уровень аэрологической безопасности оценивается на
6
основе ситуационного анализа и прогнозных оценок нестационарных и установившихся полей концентраций газовых компонент рудничной атмосферы.
2 Установлено, что оценка метановой опасности выемочных и проходческих работ основывается на прогнозировании содержания метана в шахтной
атмосфере, которое представляет собой нестационарные поля скалярных величин, стремящихся к установившемуся продольному профилю средней концентрации, характеризующему пространственное распределение максимального
содержания метана.
3 Обоснован динамический метод расчета количества воздуха, который
основывается на решениях уравнений стационарной конвективно-турбулентной
диффузии с источником, характеризующим наиболее опасные режимы газообмена в горных выработках.
4 Установлено, что процессы газообмена горного массива с рудничной атмосферой в очистных камерах рудников удовлетворительно моделируются на
основе решений линеаризованных уравнений фильтрационно-диффузионного
переноса с источником, отражающим динамику сорбционного обмена между
веществом горного массива и рассматриваемыми газовыми компонентами.
5 Установлены закономерности снижения концентрации кислорода в периоды экстренного газовыделения из выработанных пространств в углекислотообильных шахтах, обусловленного резким снижением статического давления
воздуха в шахтах, и обоснована необходимость подачи дополнительного количества воздуха на подготовительные и очистные участки, примыкающие к выработанному пространству.
6 Установлено, что угольные пласты Подмосковного угольного бассейна и
их вмещающие породы могут содержать уран в высоких концентрациях, а подземные воды могут содержать большое количество растворенного радона, поэтому и угольные пласты, и вмещающие породы, и подземные воды являются
источниками выделения радона в горные выработки шахт. Для геологических
условий юго-западной части Подмосковного угольного бассейна наибольшее
количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков
соответствует радоновому фактору.
7 Разработана принципиальная схема информационной технологии обмена
информацией по прогнозу последствий, обусловленных аэрогазодинамическими и теплофизическими процессами после ликвидации нерентабельных шахт,
которая связана с конкретными технологиями управления в технологической
системе добычи угля и ликвидации шахты.
Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов
и рекомендаций подтверждаются:
корректной постановкой задач исследования, применением классических
методов математической физики, математической статистики, теории вероятностей и современных достижений вычислительной математики;
удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими
данными (отклонение не превышает 20 %) и большим объемом вычислительных экспериментов;
7
значительным объемом шахтных наблюдений, а также результатами анализа плановых замеров;
положительными результатами практического использования.
Практическая значимость работы заключается в том, что установленные
и уточненные закономерности аэрогазодинамических процессов, обусловленных геотехнологическими воздействиями на горные массивы при подземной
добыче полезных ископаемых, повышают достоверность прогноза абсолютной
газообильности очистных и подготовительных участков. Достоверный прогноз
абсолютной газообильности дает возможность предварительного анализа газовых ситуаций, которые могут возникать при различных технологических решениях и, таким образом, позволяет оценить уровень их безопасности по аэрологическому фактору. Разработанные математические модели для прогноза газовыделения и газовых ситуаций в шахтах и рудниках существенно облегчают
решение задач газовой динамики за счет обеспечения диалогового режима при
работе пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции. В
процессе шахтных исследований проведена промышленная апробация прогноза
газовыделения.
Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные научные и практические результаты исследований аэрогазодинамики подземной добычи полезных ископаемых, обусловленной геотехнологическими и геоэкологическими процессами, использованы при обосновании возможности увеличения добычи угля, а также увеличения безопасности и производительности урановых, калийных и гипсовых рудников. Результаты работы и технические решения включены в учебные курсы по аэрологии горных предприятий. Теоретические и практические результаты использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете и прошли
практическую апробацию в рамках Федеральной целевой программы «Разработка технологии эффективного освоения угольных месторождений роботизированным комплексом с управляемым выпуском подкровельной толщи» (Соглашение № 14.604.21.0173 от 26.09.2017 г.).
Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на
научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2010 – 2018 гг.); технических советах ООО «ЗУМК –
Инжиниринг» (г. Пермь, 2012 – 2014 гг.); Международной конференции, проведенной в рамках реализации программы «Развитие инновационнотехнологического центра ТулГУ» и празднования 80-летия заслуженного деятеля науки и техники, проф. кафедры ГиСПС Н.С. Булычева на базе Инновационного бизнес-инкубатора 17‒18 февраля 2012 г.; Международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2011 – 2017 гг.); Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула,
2011 – 2016 гг.); Международной конференции по проблемам рационального
природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи и переработки отходов горного произ-
8
водства» (г. Тула, 2018 г. на научно-технических советах АО «СДС-Уголь»);
Научно-практической конференции, посвященной 25-летию Горного института
УрО РАН «Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в
современных условиях» (г. Пермь, 2013 г.); Национальном горном форуме (г.
Москва, 2014–2015гг);5-th International Symposium MINING AND ENVIRONMENTAL PROTECTION (June 2016, Belgrade, Serbia); 4-й Международной
конференции по проблемам рационального природопользования (г. Тула, 2018
г.).
Личный вклад заключается: в проведении газовоздушных съемок, математической обработке результатов лабораторных, натурных и вычислительных
экспериментов; в разработке математических моделей аэрогазодинамических
процессов для различных горно-геологических условий; в разработке алгоритмов и комплекса программных средств для инженерных расчетов и прогнозных
оценок.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 2
монографии и 57 статей, в том числе 10 в изданиях, включенных в Международные реферативные базы данных Web of Science и Scopus, 29 в изданиях,
входящих в Перечень ВАК РФ,12 статей в изданиях РИНЦ; 6 статей опубликованы в научных сборниках и материалах международных конференций.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 320 страницах печатного текста, состоит из 6 глав, содержит 23 таблицы, 80 рисунков, список
литературы из 310 наименований.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук,
проф. Е.И. Захарову, а также сотрудникам кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ за постоянную поддержку и методическую
помощь в проведении исследований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Научные основы аэрогазодинамики угольных шахт являются результатом
исследований, выполненных ИПКОН РАН, Федеральным исследовательским
центром угля и углехимии «Институт угля» СО РАН, Национальным минерально-сырьевым университетом «Горный», Московским горным институтом
НИТУ «МиСИС», Кузбасским государственным техническим университетом,
МакНИИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ГИ ПермНЦ УрО РАН, ТулГУ и др.
Большой вклад в решение проблемы внесли академики РАН К.Н. Трубецкой,
Ю.Н. Малышев; чл.-корреспонденты РАН Д.Р. Каплунов, А.Е. Красноштейн,
В.И. Клишин, Л.А. Пучков, Д.А. Рубан, а также А.А. Айруни, Ю.Ф. Васючков,
С.Г. Гендлер, Ю.Д. Дядькин, В.Я Журавленко, Б.П. Казаков, Н.М. Качурин,
Н.О. Каледина, Ф.С. Клебанов, Г.И. Коршунов, В.А. Колмаков, Л.Ю. Левин,
И.И. Медведев, А.А. Мясников, А.Э. Петросян, А.Ю. Прокопов, И.В. Сергеев,
В.В. Сенкус, Э.М. Соколов, О.В. Тайлаков, Б.Г. Тарасов, К.З. Ушаков и др.
Анализ основных научных и практических результатов, полученных в различных научных школах, показал, что дальнейшее развитие аэрогазодинамики
9
подземной угледобычи, обусловленной высокопроизводительными геотехнологиями и геоэкологическими процессами, требует дополнительных исследований по данной проблеме.
Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея
работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.
1 Обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных для различных угольных шахт и рудников, и структурировать физические модели аэрогазодинамических процессов подземной геотехнологии отработки месторождений полезных ископаемых.
2 Обосновать математическое описание обобщенной физической модели
аэрогазодинамики очистных и подготовительных участков и разработать комплекс математических моделей для:
- фильтрационно-диффузионного переноса газов в угольных пластах;
- фильтрационного переноса газов в трещиновато-пористых породах выработанного пространства;
- диффузионного переноса и выделения радона при добыче урановых руд и
угля;
- дегазации отбитого угля;
- конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в вентиляционных струях.
3 Уточнить физическую модель и математическое описание фильтрации
метана в угольном пласте и разработать методические положения оценки метановой опасности очистных и подготовительных участков угольных шахт. Провести вычислительные эксперименты и оценить адекватность полученных результатов.
4 Уточнить физическую модель и математическое описание фильтрации
метана в подработанных и надработанных породах и смежных угольных пластах и разработать методические положения динамического прогноза метанообильности очистных участков. Провести вычислительные эксперименты и
сравнить с результатами натурных наблюдений.
5 Усовершенствовать математическую модель движения воздуха в горных
выработках на основе уравнения турбулентного движения несжимаемой вязкой
жидкости О. Ренольдса, провести вычислительные эксперименты и разработать
практические рекомендации.
6 Обосновать методические принципы динамического метода расчета количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных выработок и очистных участков по факторам метановой опасности и экстренного выделения «мертвого воздуха», и разработать комплекс математических моделей
для решения инженерных задач.
7 Разработать методические положения и комплекс математических моделей для решения инженерных задач динамического расчета количества воздуха,
необходимого для проветривания подготовительных выработок и очистных
участков по фактору радоновой опасности.
Системный анализ эффективности для существующих технологий обеспечения аэрологической безопасности угольных шахт и рудников показывает, что
10
важнейшей системой технологии снижения риска и локализации последствий
нарушения состава рудничной атмосферы является компьютерная технология
оценки динамики состава воздуха в горных выработках. И в то же время можно
с полной уверенностью утверждать, что аэрогазодинамические и теплофизические процессы подземной добычи различных полезных ископаемых подчиняются единым физическим принципам и могут описываться одинаковыми уравнениями.
Теоретические исследования показали, что для прогнозирования процесса
формирования метановой опасности в подготовительных выработках необходимо учитывать конечную скорость распространения давления метана в угольном пласте. При этом закон сопротивления при фильтрационном движении метана в угольном пласте представляет собой функциональную связь газового потока с градиентом давления газа и локальной скоростью изменения газового
потока для произвольно выбранной точки в рассматриваемой области угольного пласта: V  tr (V) / t  (kn ) /  grad (p) , где где V − массовая скорость
фильтрации газа в угольном пласте; tr − период релаксации термодинамической силы, которой является в данном случае градиент давления свободного газа; p – давление свободного газа; ,  − плотность и динамическая вязкость газа
соответственно; kп − газовая проницаемость пористой среды (в данном случае угольного пласта). А газовая проницаемость угольного пласта представляет собой обобщенную характеристику свойств метана, коллекторских свойств
угольного и релаксации процесса фильтрационного движения метана, при этом
численное значение газовой проницаемости пропорционально второй степени
эффективной пористости горного массива:

2

1
2
, (1)
kn  1,88  10  RГ T  abtr 1  bp  m p 0,1 ab  0,707 1  bp  


где RГ, T – газовая постоянная и абсолютная температура соответственно;
a, b – параметры изотермы сорбции Лэнгмюра;
m ‒ эффективная пористость горного массива.
Таким образом, процессы фильтрации метана в угольном пласте описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для длительных периодов времени. Газовыделение в призабойное пространство подготовительной выработки
из 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.
Подробное изучение проблемы метановой опасности и обобщение результатов натурных наблюдений позволили разработать модели формирования метановой опасности, обусловленной процессами фильтрационно-диффузионного
переноса метана, а также определить физические процессы, влияющие на динамику метановыделения и аэрологическую безопасность подготовительных
выработок и очистных участков. Аэрогазодинамическая структурная схема
очистного участка угольной шахты показана на рисунке 1.
4
0,5
2
2
11
ОЧИСТНОЙ
ЗАБОЙ
Поверхности
обнажения
полезного
ископаемого
Выработки, примыкающие
к очистному забою
Отбитая
горная
масса
полезного
ископаемого
Выработанное
пространство
Возможные выделения CH4, H2, CO2, N2, 222Rn и тяжелых углеводородов
в фильтрационно-диффузионном режиме. Поглощение и разбавление
кислорода в атмосфере очистного участка
Турбулентно-конвективная диффузия CH4, H2, CO2, N2, 222Rn и тяжелых
углеводородов и кислорода в атмосфере очистного участка
Рисунок 1 - Аэрогазодинамическая структурная схема очистного участка
угольной шахты
В итоге были разработаны расчетные схемы выделения метана с поверхности обнажения угольного пласта на подготовительных и очистных участках
угольных шахт. При высокой скорости подвигания подготовительных и очистных забоев динамика поля давлений метана в угольном пласте описывается
уравнением гиперболического типа и граничными условиями первого рода.
Решение этого уравнения позволяет рассчитать газовыделение с поверхности
обнажения угольного пласта на очистных и подготовительных участках:
метановыделение в подготовительную выработку
I п.о     0,318 nm у.пtrVп.з I уд.н1    при   п.в ;
(2)
I п*.о     I пmax
.о 2    п.в  при   п.в ;
I пmax
.о  п.в   0,318 nmу.пtrVп. з I уд.н1  п.в  ,
метановыделение в подготовительный забой
I п.з  m   0,318 m у.пtrVп.з I уд.н1  m  ,
метановыделение в очистной забой
I оmax
. з  о.з   0,637 n mу.пtrVо. з I уд. з 1  о. з  ,
(3)
(4)
(5)
(6)
12
где


0
0
1      exp      exp( Cos)  exp( Cos)  d d ;



2     0,159 exp      п.в    exp    п.в  Cos  exp      п.в  Cos  d ,
0
I п.о ‒ абсолютное метановыделение с поверхности обнажения угольного пласта в подготовительную выработку в период ее проведения;
I п*.о ‒ абсолютное метановыделение с поверхности обнажения угольного пласта в подготовительную выработку в период ее обособленного проветривания;
max
I пmax
.о , I о. з ‒ максимальные значения абсолютного метановыделения с поверх-
ности обнажения угольного пласта в подготовительную выработку и очистной
забой соответственно;
I п. з ‒ абсолютное метановыделение с поверхности подготовительного забоя;
1    ,  2    ‒ безразмерные значения метановыделения с поверхности обнажения угольного пласта в соответствующие моменты времени, которые присваиваются переменной ;
 – безразмерное время, характеризующее длительность соответствующих технологических процессов;
п.в , о. з ‒ безразмерное время проведения подготовительной выработки на
проектную длину и формирования обнажения угольного пласта в очистном забое соответственно;
 т ‒ безразмерное время формирования обнажения угольного пласта в подготовительном забое;
n – количество поверхностей обнажения угольного пласта, контактирующих с
шахтной атмосферой;
mп – мощность разрабатываемого угольного пласта;
tr ‒ период релаксации процесса метановыделения;
Vп. з , Vо.з − скорость подвигания подготовительного и очистного забоя соответственно;
I уд.н , I уд.з ‒ начальная скорость метановыделения с поверхности обнажения
угольного пласта в подготовительной выработке и в очистном забое соответственно.
Результаты вычислительных экспериментов позволили установить вид
функций безразмерного метановыделения (таблица 1). Аппроксимации функций безразмерного метановыделения можно использовать для инженерных расчетов динамики метановыделения с поверхности обнажения разрабатываемого
угольного пласта.
Разработаны математические модели газовыделения из отбитого угля на
очистных и подготовительных участках. Максимальное значение объема метана, выделившегося в подготовительную выработку из отбитого угля, будет
13
определяться по формуле I о. у  2,083  10-3 SчVп.з  у  xз  x  , где Sч ‒ площадь
поперечного сечения выработки вчерне;  у ‒ плотность угля; xз , x ‒ газоносность угля в забое и отбитого угля при атмосферном давлении.
Таблица 1 − Аппроксимации функций безразмерного метановыделения
Интервал
безразмерного
периода времени 
  [0, 10]
  [10, 100]
  [0, 3]
  [3, 10]
  [10, 50]
  [50, 100]
Теоретически обоснованная
аппроксимирующая
формула
3
Θ1  τ   0,3787τ  2,4678τ 2 +6,7909τ  0 ,367
Θ1  τ   0,0003τ3  0 ,0329τ 2 +1,5865τ  1,177
Θ2  τ   0,0467τ3  0,3314τ 2  0,8283τ  0,9957
Θ2  τ   0,0003τ3  0,0074τ 2  0,0738τ  0,4012
Θ2  τ   5  105 τ 2  0,0047τ  0 ,1695
Θ2  τ   2  106 τ 2  0 ,0008τ  0 ,0908
Метановыделение из отбитого угля в очистной забой определяется следующей зависимостью:
I оо..уз  0,304 у mу.пbз vП  xз  x  


D
lоч  
D




,
(7)
 exp  9,87 2  tв.ц 

exp

9,87
t



2 в .ц  
R
v

v
R



K
П







где vК , bз , vП ‒ скорость скребкового конвейера, ширина захвата и скорость
подачи очистного комбайна соответственно;
D, R ‒ коэффициент диффузии метана в отбитом угле и средний радиус куска
отбитого угля;
tв .ц , lоч ‒ длина выемочного цикла и длина лавы соответственно.
Метановыделение в очистной забой из подработанных вмещающих пород
целесообразно определять с учетом газообмена породных блоков с транспортными трещинами:
2 I r  t  pal
IR 
,
(8)
Ll l f kb kc  p02  p12 
0,5 Ll lоч kb kc 2
p0  p12  exp  0,5t  I0  0,5t  ;   1 ;   kb1kcl 2 ;

pal
pa ,  – атмосферное давление и параметр геометрии пористо-трещиноватой
среды выработанного пространства очистного забоя соответственно;
kb , kc – газовая проницаемость породных блоков и зоны обрушения соответственно;
0 – плотность газа при начальном давлении в породных блоках p0;
где I r  t  
14
, l ‒ динамическая вязкость газа и характерный размер породных блоков;
p1 ‒ давление газовой смеси в выработанном пространстве очистного забоя на
уровне почвы разрабатываемого угольного пласта;
Ll ‒ шаг обрушения основной кровли.
Газовыделение из горных массивов и выработанных пространств, содержащих свободный газ и несорбированные газовые смеси, описывается линеаризованным уравнением фильтрации параболического типа. Эта математическая
модель является базовой для прогноза экстренного газовыделения, вызванного
уменьшением статического давления воздуха в горных выработках. То есть при
падении атмосферного давления и при реверсировании вентилятора главного
проветривания. Процесс газообмена угольного пласта с шахтной атмосферой на
негазовых шахтах обусловлен поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Процесс протекает в режиме кнудсеновской диффузии. Получены
теоретические зависимости и формулы для инженерных расчетов. Дебит углекислого газа из выработанного пространства определяется в соответствии с законом Дарси по формуле
t

c h Lk
1,5
I '' у.г  t    в.п 0 n     t    d ,
m  t 
(9)
0
где cв.п – концентрация углекислого газа в газовой смеси выработанного пространства;
h0 , L – высота и длина поверхности контакта выработанного пространства с
вентиляционной струей;
  t  – функция, описывающая закон уменьшения статического давления воздуха в шахте.
Скорость поглощения кислорода поверхностью обнажения угольного пласта имеет вид I уд.к  св Dк0,5 (t ) 0,5 exp( K 0t )  K 00,5erf K 0t  , где Dк – коэффициент кнудсеновской диффузии кислорода в угле; K0 – константа скорости низкотемпературного окисления угля; cв – концентрация кислорода в рудничном воздухе.
В практических расчетах целесообразно использовать предельную величину I К   lim I уд.к , которая определяется по формуле I К   cв Dк K0 . Скорость
t 
выделения углекислого газа, обусловленная процессом низкотемпературного
окисления угля, рассчитывается по формуле I ууд.г..  I К  K p , где K p – респираторный коэффициент.
Специфической особенностью механизма радиоактивной загрязненности
рудничной атмосферы является непрерывное поступление радона в воздушную
струю по мере прохождения ее по горным выработкам к рабочим местам. Для
угольных шахт радиационная обстановка связана с поступлением в воздушную
среду радона и его дочерних продуктов распада из отработанных участков.
Анализ данных по радиационной обстановке в выработках урановых рудников
15
показал, что основными источниками, определяющими характер ее формирования, являются урановые руды, причем степень их влияния зависит от содержания урана в руде. Интенсивность выделения радона в рудничную атмосферу
зависит в основном от физических свойств пород и руд и содержания в них радия. Эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) радона неурановых рудников и угольных шахт может изменяться в диапазоне от менее 10 до
48000 Бк/м3.
На территории Подмосковного буроугольного бассейна известны скопления урана, радия и радона. Повышенные содержания искусственных радионуклидов и естественных радиоактивных элементов в ряде мест определяют активность источников излучения, превышающую предельно допустимые значения. Угольные месторождения Подмосковного бассейна отличает то, что зольный остаток этих углей содержит в значительных количествах урановые примеси, следовательно, в процессе разработки образуемые поверхности обнажения угольных пластов будут являться источниками радоновыделений в шахтную вентиляционную сеть. Таким образом, угольные шахты представляют собой техногенные источники выбросов радона в атмосферу, но этой проблеме не
уделяли должного внимания. В Тульской области урановые проявления имеются практически во всех районах распространения угленосных отложений. Три
рудопроявления - Нечаевское, Казначеевское и Лаптевское - расположены на
севере области. Они приурочены к маломощным углисто-глинистым прослоям
среди известняков Окского и Серпуховского верхнего визе. Рудопроявления
Веригинское и Щекинское расположены в центральной части области и связаны с собственно угленосными отложениями Яснополянского горизонта. Большинство рудопроявлений урана расположено на флангах или за пределами эксплуатируемых угольных месторождений. Однако часть ураноносных пород
могла вовлекаться в добычу. Все они располагаются на глубинах от 3 до 140 м
и связаны с раннекаменноугольными стратиграфическими горизонтами и
представляют собой серию сближенных линз площадью от 0,5 до 400 км2.
Установлено, что абсолютное радоновыделение из надрабатываемого уранового месторождения определяется следующей закономерностью:


ВП
ВП
I Rn
 J Rn
S ум exp h  Rn / DRn ,
(10)
ВП
где J Rn
– интенсивность образования радона в надрабатываемом урановом месторождении;
S ум – площадь угольного месторождения;
h – расстояние от урановой залежи до почвы рассматриваемой выработки;
 Rn – константа скорости естественного радиоактивного распада радона;
DRn – коэффициент диффузии радона в горных породах.
Абсолютное радоновыделение из разрабатываемого угольного пласта
определяется по формуле
УП
УП
I Rn
 J Rn
S ПО  Rn / DRn ,
(11)
16
УП
где J Rn
– интенсивность образования радона в разрабатываемом угольном пласте;
S ПО – площадь поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта.
Выделения радона из подземных вод проявляется как дегазация подземных
вод, текущих по дренажным каналам шахты. В этом случае целесообразно рассматривать одномерную стационарную миграцию радона в горные выработки с
поверхности водного потока. Выделения радона с поверхности подземных вод
в дренажных каналах можно описать следующей зависимостью:
ПВ
ПВ
I Rn
 ARn
QПВ 1  exp     Rn  KОБ  Lu 1  ,
(12)
НАЧ
ПВ
где ARn
НАЧ


– начальное значение удельной активности подземных вод по радо-
ну;
QПВ – приток подземных вод на рассматриваемом технологическом объекте;
KОБ – коэффициент поверхностной газоотдачи по радону;
L, u – длина дренажного канала и средняя скорость течения воды соответственно.
В общем виде нестационарная конвективно-турбулентная диффузия радона в подготовительной выработке описывается одномерным уравнением параболического типа. В выработках очистного участка средняя скорость движения
воздуха достаточно велика и, можно пренебречь турбулентной диффузией, поэтому в общем виде нестационарная конвективная диффузия радона в выработках очистного участка описывается уравнением гиперболического типа. Однако
анализ результатов вычислительных экспериментов показывает, что при достаточно больших значениях времени диффузионный перенос радона воздухом в
подготовительной выработке и на очистном участке происходит в стационарном режиме. Учитывая соотношения поперечных размеров и длины выработки,
целесообразно рассматривать одномерную диффузию. Удельная объемная активность воздуха в подготовительной выработке и на очистном участке зависит
от величины абсолютного радоновыделения, скорости радиоактивного распада
радона, средней скорости движения воздуха в выработке и коэффициента турбулентной диффузии. Профили продольной удельной активности рудничного
воздуха по радону имеют следующий вид:
подготовительная выработка
1
2
ARn  x     I Rn  ПВ Rn
1  exp  x 0,5u ПВ DT1  0,25u ПВ
DT2  Rn DT1  , (13)


очистной участок
1
1  exp  Rn x / uОУ  ,
(14)
ARn  x     I Rn ОУ Rn


где ARn – удельная активность рудничного воздуха по радону;
x – пространственная координата;
uПВ – средняя скорость воздуха в подготовительной выработке;
DT – коэффициент турбулентной диффузии;

17
 I 
Rn ПВ
– суммарные выделения радона в воздух подготовительной выработки
из различных источников;
uОУ – средняя скорость воздуха в выработках очистного участка;
 I Rn ОУ
– суммарные выделения радона в воздух в выработках очистного
участка из различных источников.
Зависимости (13) и (14) позволяют рассчитать количество воздуха динамическим методом, в соответствии с которым средняя по сечению выработки концентрация радона не должна превышать ПДК. Решая уравнения (13) и (14) для
ARn(x) = ПДК соответственно при x = LПВ и x = (L)ОУ относительно средней
скорости движения воздуха и переходя к его объемному расходу, получим следующие формулы для расчета количества воздуха по фактору радоновыделений:
в подготовительной выработке
1
ПЗ
1 0,5 
QRn
 DT S ПВ LПВ
kУТ ln 1   Rn ПДК Rn   I Rn  ПВ 

1
1

(15)
 Rn LПВ DT ln 1   Rn ПДК Rn   I Rn  ПВ  ,

на очистном участке

ОЧ
Rn
Q
ЗП


  Rn LОЧ SЭ ln   I Rn ОУ  Rn ПДК Rn    I Rn ОУ 
1

1
, (16)
где QRn – количество воздуха, которое необходимо подавать в подготовительный забой, чтобы концентрация радона на исходящей струе подготовительной
выработки не превышала ПДКRn;
LПВ – проектная длина подготовительной выработки;
SПВ – площадь поперечного сечения подготовительной выработки в свету;
kУТ – коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе;
ОЧ
QRn
– количество воздуха, которое необходимо подавать в очистной забой,
чтобы концентрация радона на исходящей струе очистного участка не превышала ПДКRn;
LОЧ – суммарная проектная длина выемочных штреков и лавы;
SЭ – эквивалентная по расходу воздуха площадь поперечного сечения выработок очистного участка.
Моделирование аэрогазодинамических процессов при проветривании выработок различного поперечного сечения основывается в общем случае на системе уравнений движения О. Рейнольдса, описывающих течение вязкого,
сжимаемого теплопроводного газа в трехмерной постановке, которая состоит из
основных уравнений сохранения. Дискретизация уравнений осуществляется
методом конечных объемов, дискретизация расчетной области - при помощи
многоблочных, неортогональных, адаптивных, структурированных сеток. Каждая подобласть представляется в виде трехмерной матрицы сеточных узлов (i, j,
k), где 1  i, j, kID. В каждом сеточном узле определены все зависимые переменные. Для описания распределения узлов внутри сеточной подобласти вво-
18
дится понятие потокового элемента, который по своей сути является конечным
элементом и на котором определены функции формы конечного элемента.
В трехмерной постановке потоковый элемент состоит из восьми октантов
и двадцати четырех поверхностей, содержащих точки интегрирования. В дискретной форме уравнения движения имеют следующий вид:
   0 
Vol 
(17)
    u j Δn j ip  0 ;
Δ
t
ip


 ui  ui0 
0
Vol 
   (u j Δn j )ip (ui )ip    PΔni ip  S ui Vol 
ip
 Δt  ip
   u u j  2


ul
2
i
  eff 

ij  ij   Δn j  ;
  eff
 x

x
3

x
3
ip  
 ip
j
i
l


 
 H  H0 
 P  P0 
0
Vol 
  Vol 
   (u j Δn j )ip ( H )ip 
 Δt 
 Δt  ip
   u u j
 T  h 

t
   

 Δn j   S E Vol   ui eff  i 

Prt x j 
ip  x j
ip
 ip
   x j xi


2
u
2
k

 eff l ij  ij   
Δn j 
3
xl
3
x j
 

(18)

 

;
(19)
ip
 

   0 
t   
0
Vol 

(

u
Δ
n
)
(

)



Δ
n
  j   S  Vol 
  j j ip ip   
Δ
t

ip  

 ip
 ip
  x j 

 
  u u  u 2 
u  u 
 t  i  j  i     t l  k  Vol  Vol ;


xl  xk 
  x j xi  x j 3 
 

   0 
t   
0
Vol 


u
Δ
n
)
(

)



Δ
n
 j   S  Vol 

  j j ip ip   
Δ
t


x
ip  

 ip
 ip
 
j

 

    ui u j  ui 2 
ul  uk 
(20)
 c1 t 

    t
  c 2  Vol ,


    x j xi  x j 3 
xl  xk 


где Vol – величина контрольного объема;
нижний символ “ip” – точка интегрирования, суммирование производится по
всем точкам интегрирования;
nj – произведение компоненты вектора внешней нормали на площадь грани;
t – шаг по времени;
верхний символ “0” определяет параметр, взятый на старом временном уровне;
верхняя черта над членом, учитывающим влияние источника, обозначает
осредненное значение на контрольном объеме;
, t – плотность воздуха и время соответственно;
19
uj , ui* – компоненты средней скорости воздуха и пульсационные скорости (j = 1,
2, 3) соответственно;
xj – пространственные координаты;
S, Н – энтропия и полная энтальпия соответственно;
 eff , , t – эффективная вязкость, динамическая вязкость и турбулентная вязкость соответственно;
ij , – дельта Кронекера и кинетическая энергия турбулентности соответственно.
Вычислительные эксперименты были проведены для камер и подготовительных забоев тоннелей с площадью поперечного сечения 100 м2. При этом
количество воздуха, протекающего по выработке, составляло 18...30 м3/c. Были
рассмотрены различные способы подачи воздуха в очистные и подготовительные забои. Комбинированное проветривание моделировалось для двух конструктивных схем систем вентиляции. В первой схеме использованы три вентиляционных трубопровода – центральный трубопровод для нагнетания воздуха и два симметрично расположенных воздуховода равномерного всасывания
(рисунок 2).
a
2
1
3
4
5
б
5
3
4
V
а – общий вид; б – вид с боку; 1 ‒ нагнетательный трубопровод; 2 и 3 – воздуховоды
равномерного всасывания; 4 – линии тока воздуха у шели равномерного всасывания;
5 – линии тока воздуха в призабойном пространстве
Рисунок 2 – Кобинированное проветривание очистной камеры
20
Разработанный алгоритм позволяет очень эффективно воспроизводить
картину течения воздуха при различных схемах вентиляции выработок с различной площадью поперечного сечения. Разумеется, следующим этапом является инженерный анализ результатов моделирования и разработка технических
средств для реализации выбранных схем вентиляции.
Таким образом, физическая модель аэрогазодинамики подготовительных
выработок и очистных участков любой шахты или рудника представляет собой
совокупность следующих физико-химических процессов. Газовые примеси, содержащиеся в веществе полезного ископаемого, находятся в состоянии динамического равновесия до момента технологических воздействий на горный
массив. Нарушение геомеханического и газодинамического равновесия приводит к образованию полей давления и концентраций газов в веществе полезного
ископаемого, где формируются градиенты давления и концентраций, которые
являются движущими силами, обусловливающими процессы фильтрационного
переноса и диффузионной миграции газов в массиве нарушенной структуры и
разрушенной горной массе. Процессы фильтрационно-диффузионного переноса
сопровождаются процессами десорбции сорбированных газов, а при миграции
радона происходит и его радиоактивный распад. Обобщение результатов многолетних исследований аэрогазодинамических процессов на очистных участках
шахт и рудников показывает, что математические модели фильтрационнодиффузионного переноса газов в горном массиве и отбитой горной массе и модели конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в выработках
очистного участка позволяют получить достоверную оценку газовой обстановки. Основной характеристикой газовой обстановки является поле концентраций
газовой примеси в атмосфере горных выработок. Дополняя результаты автоматического газового контроля рудничной атмосферы и результаты дискретных
измерений результатами вычислительных экспериментов и ситуационного анализа газовой обстановки, можно повысить качество управленческих решений
по газовому фактору.
Комплексные исследования, проведенные на угольных шахтах Кузбасса и
Донбасса, шахтах Подмосковного угольного бассейна, в калийных рудниках и в
рудниках по добыче железной руды, гипса, а также в урановых рудниках, показывают, что адекватные результаты дают математические модели, представленные в таблице 2.
Диффузионный перенос газовых примесей на очистных участках имеет
свою специфику в зависимости от вида выделяющегося газа. Например, перенос метана в очистном забое, перенос метана и радона в выработках очистного
участка, динамика концентрации кислорода в пределах очистного участка буроугольной шахты и перенос газовой примеси на очистном участке калийного
рудника можно описать с различными видами физически обоснованных допущений. Адаптация основного уравнения конвективно-турбулентной диффузии
с учетом таких допущений позволила получить базовые математические модели конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в выработках
очистных участков, представленные в таблице 3.
21
Решение уравнений, приведенных в таблице 3, для конкретных начальных
и граничных условий позволяет получить теоретические зависимости для оценки газовой опасности очистных участков шахт и рудников.
Таблица 2 - Базовые математические модели переноса газов
№
п/п
1
Вид
процесса
Адаптированное
уравнение процесса
Выделение меp 2
2 p2
2 p2
 tr


,
у .п.
тана с поверхноt
t 2
x 2
где tr – период релаксации;
сти обнажения
угольного пласта у.п. – пьезопроводность
угольного пласта
2
Газовыделение
с поверхности
обнажения калийных пластов
p 2
2 p2
  2   exp(дt ) ,
t
x
где  – пьезопроводность калийной соли;  ,  д – парамет-
Начальные
и граничные
условия
p( x, 0)  p0 =const ,
 / t [ p( x, 0)]  0 ,
p(0, t )  pc  const ,
lim p  
x 
p 2 ( x,0)  p02  const ,
p 2 (0, t )  pc2  const ,
lim p 2 ( x, t )  
x 
ры десорбции газа
3
4
5
6
Метановыделение из подработанных горных
пород
Метановыделение из куска отбитого угля
Метановыделение из отбитого
угля в очистной
забой
p
3 p
2 p

 2
t
t z 2
z
  2 x 2 x 
x
 DЭ  2 

t
r r 
 r
хо
х
 vТ о   I Д ,
t

где хo – газоносность угля на
конвейере; vT – скорость
транспортирования угля
d2A
Выделение раDЭ 2  A  J  0 ,
dx
дона с поверхногде
A
–
удельная
активность
сти обнажения
горного массива газовой смеси;  – постоянная
радиоактивного распада; J –
интенсивность образования
радона в угольном пласте
7
Поглощение
ск
 2с
 DЭ 2к  K п cк ,
кислорода поt
x
где ск – концентрация кисловерхностью обнажения горного рода; K п – константа скорости
поглощения кислорода углем
массива
p( z,0)  p0  const ,
p(0, t )  p0  ( p0  pc ) 
 exp(1t ) ,
x(r , 0)  xз  const,
x( R, t )  xR (t ) , где
R – радиус эквивалентной сферы
xo (,0)  0,
хo (0, t )  х3 ,
где xз – остаточная
газоносность краевой части угольного
пласта
A x 0  0,
lim A  
x
cк  x, 0   0,
cк  0, t   c0  const,
lim cк  
x 
22
Таблица 3 – Базовые математические модели конвективно-турбулентной
диффузии газовых примесей в выработках очистных участков
Вид
процесса
Перенос метана в
очистном забое
Перенос метана в выработках очистного
участка
Перенос радона в пределах очистного
участка
Динамика концентрации кислорода в пределах очистного
участка буроугольной
шахты
Перенос газовой примеси на очистном
участке калийного
рудника
Адаптированное
уравнение
процесса
n
C
C
u
  I i (t ) ,
t
x i 1
где u – средняя скорость воздуха; Ii – интенсивность газовыделения из i-го источника
C 
 2C n
  uC   DЭ 2   I i (t ) ,
t x
x
i 1
где u = u(x)
A
A
u
 A  I ,
t
x
где I – суммарные выделения радона в воздух выработок очистного участка из
различных источников
CK 
 2C K
  uCK   DЭ
 KCK ,
t
x
x 2
где СК – концентрация кислорода в атмосфере горных выработок; К – константа скорости поглощения кислорода из
атмосферы очистного участка
C 
 2C
  uC   DЭ 2
t x
x
Начальные
и граничные
условия
C ( x,0)  C0 ,
C (0, t )  CН
C ( x,0)  C0 ,
C (0, t )  CН ,
lim C ( x, t )  
x
A( x,0)  A0 ,
A(0, t )  AН ,
lim A(x,t)  
x
CK ( x,0)  C0 ,
CK (0, t )  CН ,
lim CK ( x, t )  
x
C ( x,0)  C0 ,
C (0, t )  CН ,
lim C ( x, t )  
x
Теоретическое обоснование динамического метода расчета количества
воздуха, необходимого для проветривания подготовительных и очистных
участков, основывается на решении стационарных задач диффузии газов в вентиляционных струях. Для прогноза метановой опасности протяженной подготовительной выработки получена следующая закономерность стационарной
конвективно-турбулентной диффузии:
1
c  x   cH  I ПВQПВ



1
2
1
2
 1  exp 0,5QПВ  DT S ПВ   0,25QПВ
DT S ПВ   QПВ  DT  ПВ   x , (21)



23
где QПВ – среднее количество воздуха, протекающего по подготовительной выработке.
Анализ зависимости (21) показывает, что она близка к линейной функции
для x=1000…1200 м, что при необходимости позволяет ограничиваться начальными слагаемыми при разложении экспоненты в формуле (20) в бесконечный
ряд. Динамический метод расчета количества воздуха для проветривания подготовительной выработки также основывается на решении стационарного уравнения диффузии, но при этом учитывают только конвективный перенос метана.
Пусть количество воздуха, подаваемого в подготовительный забой Qп.з, определяют как произведение подачи вентилятора местного проветривания QВМП на
коэффициент доставки воздуха . При этом количество воздуха, протекающего
по подготовительной выработке QПВ, увеличивается по мере приближения к ее
устью.
Отсюда следует, что формула для расчета подачи вентилятора местного
проветривания, необходимой для проветривания подготовительной выработки
с учетом конвективного переноса метана и линейного закона снижения количества воздуха в трубопроводе, имеет следующий вид:
QВМП  I ПВ 1  exp  1 ln  2   


 1  LПВ   ПДК  сп. з exp  1 ln  2    c0 1  exp  1 ln  2  
1
, (21)
где 1, 2 – параметры математической модели, характеризующие длину выработки и вентиляционного трубопровода, а также утечку воздуха;
сп. з , c0 – концентрация метана в подготовительном забое и в свежем воздухе
соответственно.
Важнейшей системой обеспечения аэрологической безопасности работ в
подготовительной выработке является система вентиляции. Эффективный контроль систем вентиляции в подготовительных выработках основывается на
адекватном моделировании режимов их работы. Основными элементами системы вентиляции подготовительных выработок любого назначения являются
вентилятор местного проветривания (ВМП) и вентиляционный трубопровод
или соединение нескольких вентиляционных трубопроводов, которые представляют собой вентиляционную сеть (ВС), имеющую конкретное значение
аэродинамического сопротивления. Режим работы ВМП при проветривании
подготовительной выработки определяется физическими характеристиками системы «ВМП – ВС». Характеристики ВМП следует задавать в аналитическом
виде. Тогда производительность ВМП в общем случае можно определить из
решения алгебраического уравнения
 LПВ 1

ПДК  exp    LПВ  w  x  / u  x   dx  
 0

LПВ

 x 1
 


1
(22)
 cH  I ПВ /  ПВ  u  x  exp    LПВ  w    / u     d   dx  ,

0
0
 


24
где u  x  , w  x  – продольный профиль средней скорости воздуха и его производная соответственно.
Таким образом, для каждой подготовительной выработки необходимо создавать математическую модель аэродинамического режима работы ВМП с использованием точных аппроксимаций аэродинамических характеристик конкретного вентилятора. Эту математическую модель дополняют аппроксимациями потребляемой мощности от производительности вентилятора. Следует отметить, что методика аппроксимации аэродинамических характеристик ВМП и
зависимостей потребляемой мощности от производительности вентилятора
позволяет получать необходимые аналитические зависимости еще на стадии заводских испытаний ВМП. Предлагаемый подход к разработке индивидуальных,
субъективно уникальных аэродинамических математических моделей проветривания подготовительных выработок существенно повысит безопасность горных работ по газовому фактору.
Для очистного участка из решения уравнения конвективной диффузии получена следующая формула: QО.У  0,632IО.У /( ПДК  сH ) , где сH – концентрация метана на свежей струе. Следовательно, динамический метод расчета воздуха для проветривания подготовительных выработок и очистных участков, вопервых, повышает адекватность моделей воздухообмена в горных выработках
и, во-вторых, позволяет существенно снизить затраты на вентиляцию основных
технологических объектов шахты не снижая уровня безопасности по газовому
фактору.
При незначительном избыточном давлении газовой смеси в выработанных
пространствах газообильность очистных и подготовительных участков зависит
от колебаний статического давления воздуха в горных выработках. При трехстороннем примыкании выработанного пространства к очистным выработкам
(вентиляционный штрек – лава – конвейерный штрек) дебит углекислого газа в
периоды снижения атмосферного давления достигает 1,5 м3/мин. Уменьшение
статического давления воздуха создает избыточное давление газовой смеси,
находящейся в порах и пустотах обрушенных пород. Вследствие изотермического расширения газовая смесь фильтруется к поверхности контакта выработанного пространства с вентиляционной струей.
Для расчета количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных выработок и очистных участков в периоды экстренных газовыделений, получены алгебраические уравнения, для решения которых разработан
комплекс программных средств.
В периоды экстренного газовыделения из выработанных пространств в углекислотообильных шахтах, обусловленного резким снижением статического
давления воздуха в шахтах, необходимо подавать дополнительное количество
воздуха на подготовительные и очистные участки, примыкающие к выработанному пространству. Дополнительное количество воздуха изменяется от 45 до
87 % и более от расчетного значения при стабильном статическом давлении
воздуха на шахте.
25
Одной из значимых составных частей программы структурной перестройки угольной промышленности является ликвидация убыточных шахт, неперспективных по их технико-экономическому состоянию, а также по запасам угля. Ликвидации подлежали преимущественно шахты и разрезы небольшой производственной мощности, с длительным сроком службы, с неблагоприятными
горно-геологическими условиями и неблагополучные с экологической точки
зрения. Так, 60 % ликвидируемых предприятий имели срок службы более 40
лет, 35 % − 20−40 лет и лишь 5 % − менее 20 лет. Теоретически возникновение
экологического аспекта проблемы закрытия горного предприятия объясняется
тем, что при выводе шахты из эксплуатации имеет место сукцессия сформировавшейся природно-промышленной системы, т. е. переход ее из сложившегося
техногенного стабильно-равновесного состояния в новое равновесное состояние. Происходит своего рода «конверсия» природной среды из одного экологического состояния в другое.
Закрытие шахт имеет такое же многокомпонентное воздействие на окружающую природную среду, как и процесс угледобычи. Загрязнение воздушного
и водного бассейнов, нарушение геологических и гидрогеологических условий
региона, изъятие, нарушение и загрязнение земель, создание своеобразного
техногенного ландшафта, другие процессы не могут прекратиться одновременно с ликвидацией шахты, их последствия носят длительный характер. Взаимодействие кислорода с угольным веществом отвалов происходит за счет проникновения кислорода в пористую структуру вещества и диффузионного переноса
газовых молекул в микропорах и по внутренним поверхностям твердого скелета. Система внутренних пор является в этом случае транспортными каналами
для проникновения газов внутрь твердого вещества. Молекулы кислорода будут сорбироваться твердыми поверхностями транспортных каналов, а затем
вступать в химические реакции с веществом угля. Процессы диффузионного
переноса кислорода в отвалах необходимо учитывать при оценке экологической рациональности технологий эксплуатации техногенных месторождений и
реализации геотехнологических методов обращения с отходами производства.
Установлены закономерности фильтрации метана на земную поверхность
из подработанных горных пород. Обобщение результатов натурных наблюдений газообмена выработанных пространств с атмосферой на поверхности Земли
на территориях горных отводов закрытых шахт Кузбасса показывает, что уточнение закономерностей этого процесса необходимо для обеспечения безопасности подработанных территорий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, экспериментальные и теоретические исследования позволили установить новые и уточнить известные закономерности фильтрационного и диффузионного переносов газов в горных массивах, низкотемпературного
окисления полезного ископаемого, турбулентной диффузии газообразных примесей в атмосфере угольных шахт и рудников, а также вертикальной миграции
газов выработанных пространств после ликвидации шахт, для прогнозирования
26
газовых ситуаций, достоверного расчета количества воздуха и разработки геотехнологических решений, обеспечивающих безопасность горных работ.
Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в
следующем.
1 Натурные наблюдения и вычислительные эксперименты наглядно свидетельствуют о том, что именно содержание газовых примесей в шахтном воздухе является главным показателем газовой опасности, а прогнозная оценка аэрологической безопасности основывается на определении среднего содержания
рассматриваемых газовых примесей в вентиляционных струях.
2 Процесс движения газа в горном массиве, состоящем из пористых сорбирующих пород, описывается обобщенным законом фильтрации, поэтому выделения метана с поверхности обнажения угольного пласта адекватно моделируются линеаризованным дифференциальным уравнением гиперболического типа.
3 Установлено, что полиноминальная аппроксимация безразмерных значений выделения метана с поверхности обнажения угольного пласта обеспечивает значение корреляционного отношения, близкое к единице, для периодов
времени, соответствующих технологическим периодам проведения подготовительных выработок.
4 Содержание взрывчатых и токсичных газов, а также концентрация кислорода в рудничной атмосфере представляют собой нестационарные поля скалярных величин, которые стремятся к установившемуся продольному профилю
средней концентрации, характеризующему пространственное распределение
максимального содержания взрывчатых и токсичных газовых примесей, и минимального содержания кислорода. Следовательно, динамический метод расчета количества воздуха основывается на решениях уравнений стационарной конвективно-турбулентной диффузии с источником, характеризующим наиболее
опасные режимы газообмена в горных выработках.
5 Разработан алгоритм моделирования режима функционирования для
вентиляторов местного проветривания, который основывается на расчетных
значениях аэродинамического сопротивления сети с учетом утечек воздуха и
высокоточной аппроксимации рабочих характеристик вентиляторов алгебраическими функциями. Этот метод может использоваться и для вентиляторов
главного проветривания шахт и рудников.
6 Газообмен породных блоков и фильтрационных транспортных трещин в
зоне беспорядочного обрушения выработанного пространства очистного участка учитывается смешанной производной третьего порядка от давления метана в
трещинах, поэтому выделение метана при подработке горного массива может
иметь экстремальные значения на начальном интервале выделения метана из
вмещающих пород.
7 Выделение метана из пластов-спутников (т.е. смежных угольных пластов) обусловлено геомеханическим воздействием очистных работ на все вмещающие породы выемочного столба и происходит менее динамично по сравнению с выделением метана из вмещающих пород.
27
8 Угольные пласты Подмосковного угольного бассейна и их вмещающие
породы могут содержать уран в высоких концентрациях, а подземные воды могут содержать большое количество растворенного радона, поэтому и угольные
пласты, и вмещающие породы, и подземные воды являются источниками выделения радона в горные выработки шахт. Для геологических условий югозападной части Подмосковного угольного бассейна наибольшее количество
воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков соответствует радоновому фактору.
9 Доказано, что аэрологическая безопасность при подземной добыче полезных ископаемых основывается на ситуационном моделировании и прогнозных оценках нестационарных и установившихся полей концентраций для
взрывчатых и токсичных примесей, а также содержания кислорода в шахтном
воздухе. При этом взрывобезопасное и безвредное состояния рудничной атмосферы обеспечиваются подачей воздуха, количество которого определяют динамическим методом на основе уравнений стационарного конвективнодиффузионного переноса рассматриваемых примесей и кислорода.
10 Процессы газообмена горного массива с рудничной атмосферой в
очистных камерах рудников удовлетворительно моделируются на основе решений линеаризованных уравнений фильтрационно-диффузионного переноса с
источником, отражающим динамику сорбционного обмена между веществом
горного массива и рассматриваемыми газовыми компонентами.
11 В периоды экстренного газовыделения из выработанных пространств в
углекислотообильных шахтах, обусловленного резким снижением статического
давления воздуха в шахтах, необходимо подавать дополнительное количество
воздуха на подготовительные и очистные участки, примыкающие к выработанному пространству. Дополнительное количество воздуха может достигать 90 %
от расчетного значения при стабильном статическом давлении воздуха в шахте.
12 После закрытия шахт продолжаются аэрогазодинамические процессы,
оказывающие отрицательное воздействие породных отвалов и выработанных
пространств на атмосферу, водные ресурсы и почву. Разработана принципиальная схема информационной технологии обмена информацией по прогнозу последствий, обусловленных аэрогазодинамическими и теплофизическими процессами после ликвидации нерентабельных шахт, которая связана с конкретными технологиями управления в технологической системе добычи угля и ликвидации шахты.
Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы
в следующих работах.
В изданиях, включенных в Международную реферативную базу данных
Web of Science, Scopus
1 Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса / Н.М. Качурин, Г.В.
Стась, Т.В. Корчагина, М.В. Змеев // Известия Тульского государственного
университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-182.
28
2 Ефимов В. И., Жабин А. Б., Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы,
влияющие на радоновую опасность в угольных шахта // Записки Горного института / Санкт-Петербургский горный университет. 2017. Т. 223. С. 109-116.
3 Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Выделения радона при подземной добыче угля и прогноз радоновой опасности очистных и подготовительных
участков угольных шахт // Известия Тульского государственного университета.
Науки о Земле. 2017. Вып. 4. С. 303-311.
4 Аэрогазодинамические процессы и модели газовых ситуаций при проведении подготовительных выработок и строительстве тоннелей / Г.В. Стась,
Апете Гоку Ландри, О.А. Афанасьев, В.П. Стась // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 4. С. 354-363.
5 Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурин А.Н. Прогноз абсолютной метанообильности очистных и подготовительных участков угольных шахт // Известия
Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 89102.
6 Стась Г.В. Теоретическое обоснование оценки предельно допустимой
нагрузки на очистной забой по фактору метановой опасности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С.112-121.
7 Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Обоснование динамического метода расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и предельно допустимая производительность очистного участка по газовому фактору //
Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018.
Вып. 2. С.296-305.
8 Грязев М.В., Стась Г.В., Кусакина Е.В. Методические положения оценки
вероятности крупных аварий в угольной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С.127-137.
9 Качурин Н.М., Ефимов В.И., Стась Г.В. Оценка выделения радона при
подземной добыче угля // Уголь. 2017. № 12. С. 38-43.
10Прогноз радоновой опасности и расчет количества воздуха для проветривания очистных участков по радоновому фактору / Н.М. Качурин, В.И. Ефимов, Г.В. Стась, А.Н. Качурин // Уголь. 2018. № 1. С. 40-44.
В изданиях, включенных в Перечень ВАК РФ
11 Качурин Н.М., Стась Г.В., Вавилова Л.Н. Некоторые насущные проблемы развития Подмосковного угольного бассейна // ГИАБ, 2004. Вып. 10.
С. 245-248.
12 Источники выделений радона / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, О.Н. Качурина, В.Е. Беляева // Известия Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004. Вып. 7. С. 176-179.
13 Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. Физическая модель и математическое описание вертикальной миграции радона в горные выработки // Известия Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004. Вып. 7. С. 181-184.
14 Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. Математическая модель выделения радона из подземных вод // Известия Тульского государственного уни-
29
верситета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004. Вып. 7.
С.190-192.
15 Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. Алгоритмы и комплексы программных средств прогноза выделений радона на очистном участке // Известия
Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004. Вып. 7. С. 192-196.
16. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурина О.Н. Математическая модель переноса радона в подготовительной выработке // Известия Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004.
Вып. 7. С. 196-198.
17 Математическая модель переноса радона в выработках очистного
участка / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, О.Н. Качурина, В.Е. Беляева // Известия
Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2004. Вып.7. С. 198-201.
18 Качурин Н.М., Вавилова Л.Н., Стась Г.В. Аэрологические проблемы
использования углей Подмосковного бассейна // Безопасность труда в промышленности. 2004. №4. С. 27-28.
19 Стась Г.В., Титов Д.Ю. Закономерности пространственного распределения радона в пределах Тульской области // Известия вузов. Горный журнал.
2005. Вып. 1. С. 46-47.
20 Стась Г.В., Титов Д.Ю. Выделение радона из угольных пластов и вмещающих пород// Известия вузов. Горный журнал. 2005. Вып. 2. С. 19-20.
21 Стась Г.В., Титов Д.Ю. Выделение радона из шахтных подземных вод //
Известия вузов. Горный журнал. 2005. Вып. 2. С. 31-32.
22 Левкин Н.Д., Стась Г.В., Титов Д.Ю. Радон в поверхностных и подземных водах Тульской области // Известия Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2006. Вып. 8. С. 8-12.
23 Левкин Н.Д., Стась Г.В., Титов Д.Ю. Уран – источник появления радона
в породоугольном массиве // Известия Тульского государственного университета. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2006. Вып. 8. С. 12-14.
24 Стась Г.В, Агеев И.И., Демина О.В. Алгоритмы и комплекс программных средств для прогноза газообмена в атмосфере шахт Подмосковного угольного бассейна // Безопасность жизнедеятельности. 2010. №5. С. 53-56.
25 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Прогноз выделения радона в
горные выработки угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2012. Вып. 1. Ч. 2. С. 133-142.
26 Сарычев В.И., Пушкарев А.Е., Стась Г.В. Производственный травматизм и аварийность в горнорудной и нерудной промышленности // Известия
Тульского государственного университета. Естественные науки. 2012. Вып. 1.
Ч. 2. С. 199-205.
27 Радон в атмосфере угольных шахт / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Н.И.
Абрамкин, Г.В. Стась // ГИАБ, 2012. Вып. 8. С. 88-94.
28 Выделение в рудничную атмосферу газов химических реакций, происходящих в горном массиве / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Г.В. Стась, Д.В. Вла-
30
сов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2012. Вып. 1. С. 105-111.
29 Поглощение кислорода поверхностями обнажения горного массива в
очистных камерах рудников / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Г.В. Стась, Д.В.
Власов // Известия Тульского государственного университета. Технические
науки. 2012. Вып. 1. С. 112-118.
30 Прогноз безопасности горных работ на угольных шахтах / Э.М. Соколов, Н.М. Качурин, Г.В. Стась, И.П. Карначев // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №12. С. 3-8.
31 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Выделение радона в атмосферу
угольных шахт // Безопасность жизнедеятельности. 2012. №12. С. 20- 24.
32 Взаимодействие кислорода с поверхностями обнажения горного массива на очистных участках шахт и рудников / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Г.В.
Стась, Л.Л. Рыбак // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2013. Вып. 1. С. 260-267.
33 Математические модели аэрогазодинамических процессов на очистных
участках шахт и рудников / Н.М. Качурин, И.И. Мохначук, А.А. Поздеев, Г.В.
Стась // Известия Тульского государственного университета. Естественные
науки. 2013. Вып. 1. С. 267-277.
34 Системный подход к оценке риска аварий при восстановлении Подмосковного угольного бассейна / Г.В. Стась, Е.В. Смирнова, И.А. Перелыгин, Я.А.
Перелыгина // Известия Тульского государственного университета. Науки о
Земле. 2016. Вып. 1. С. 71-80.
35 Шейнкман Л.Э., Стась Г.В., Смирнова Е.В. Риск возникновения аварий
при возобновлении добычи бурых углей в Подмосковном бассейне // Известия
Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 1.
С. 61-70.
36 Стась Г.В., Васильев П.В., Смирнова Е.В. Оценка риска травматизма
при добыче полезных ископаемых // Известия Тульского государственного
университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 45-59.
37 Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы выделения радона и его переноса вентиляционными потоками воздуха при подземной добыче угля // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2.
С. 173-188.
38 Геоэкологическая оценка эффективности защиты окружающей среды и
природо-охранительных мероприятий при подземной добыче угля / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, С.З. Калаева, Т.В. Корчагина // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 3. С. 62-79.
В других изданиях РИНЦ
39 Разбавление радона при проветривании подземных камер / Н.М. Качурин, Л.Э. Шейнкман, В.И. Сарычев, Г.В. Стась // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2012. Вып. 1. С. 103-107.
40 Поглощение кислорода воздуха в подземных камерах различного типа /
Н.М. Качурин, Л.Э. Шейнкман, Г.В. Стась, И.И. Агеев // Известия Тульского
государственного университета. Науки о Земле. 2012. Вып. 1. С. 95-100.
31
41 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Выделения радона в атмосферу
горных выработок угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2012. Вып. 1. С. 46-56.
42 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Теоретическое обоснование
прогноза выделения радона в атмосферу угольных шахт // Рудник будущего.
2012. №3(11). С. 113-119.
43 Газообмен поверхности обнажения калийных пластов с рудничной атмосферой / Н.М. Качурин, А.А. Поздеев, Г.В. Стась, Д.В. Власов // Известия
Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2012. Вып. 1. С. 7280.
44 Аэродинамические процессы на очистных участках шахт и рудников /
Н.М. Качурин, И.И. Мохначук, А.А. Поздеев, Г.В. Стась // Известия Тульского
государственного университета. Науки о Земле. 2013. Вып. 1. С. 81-91.
45 Ретроспективная оценка уровня безопасности подземной добычи угля
на шахтах Подмосковного бассейна / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, Д.Н. Шкуратский, Е.В. Смирнова // Известия Тульского государственного университета.
Науки о Земле. 2014. Вып. 2. С. 59-67.
46 Качурин Н.М., Стась Г.В., Мпеко Нсендо Арди. Перенос радона в выработках очистного участка и расчет количества воздуха по радоновому фактору//
Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2014. Вып.
2. С. 83-89.
47 Стась Г.В., Мпеко Нсендо Арди. Общая характеристика месторождений
урана // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле.
2014. Вып. 3. С. 122-129.
48 Качурин Н.М., Стась Г.В., Мпеко Нсендо Арди. Перенос радона в подготовительных выработках и расчет количества воздуха по радоновому фактору// Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2014.
Вып. 3. С. 51-55.
49 Физическая модель и математическое описание миграции радона в надработанных породах / Н.М. Качурин, Г.В. Стась, С.А. Воробьев, Мпеко Нсендо
Арди // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле.
2014. Вып. 4. С. 64-69.
50 Миграция радона в надработанных породах / Н.М. Качурин, Г.В. Стась,
С.А. Воробьев, Мпеко Нсендо Арди // Известия Тульского государственного
университета. Науки о Земле. 2014. Вып. 4. С. 69-73.
51 Стась Г.В., Смирнова Е.В. Травматизм и профессиональные заболевания на горных предприятиях // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. Вып. 1. С. 30-42.
Монографии
52 Загрязнение атмосферы топливно-энергетическим комплексом при использовании углей Подмосковного бассейна / Н.М. Качурин, В.В. Поляков,
В.И. Ефимов, Г.В. Стась // Тула: ИПП «Гриф и КО», 2004. 227 с.
53 Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Аэрогазодинамические процессы и аэрологическая безопасность при подземной добыче полезных ископаемых: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 266 с.
32
Доклады на конференциях
54 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Конвективно-турбулентная
диффузия радона в подготовительной выработке // Международная конференция, проведеная в рамках реализации программы «Развитие инновационнотехнологического центра ТулГУ» и празднования 80-летия заслуженного деятеля науки и техники, проф. кафедры ГиСПС Н.С. Булычева на базе Инновационного бизнес-инкубатора 17‒18 февраля 2012 г. Тула. 2012. С. 47-49.
55 Качурин Н.М., Поздеев А.А., Стась Г.В. Диффузия радона в выработках
очистных участков угольных шахт // Международная конференция, проведеная
в рамках реализации программы «Развитие инновационно-технологического
центра ТулГУ» и празднования 80-летия заслуженного деятеля науки и техники, проф. кафедры ГиСПС Н.С. Булычева на базе Инновационного бизнесинкубатора 17‒18 февраля 2012 г. Тула. 2012. С. 50-53.
56 Аэрогазодинамика очистных участков шахт и рудников / Н.М. Качурин,
И.И. Мохначук, А.А. Поздеев, Г.В. Стась // Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях: материалы научнопрактической конференции, посвященной 25-летию Горного института УроРАН и 75-летию основателя и первого директора института чл.-корр. РАН А.Е.
Красноштейна. Пермь, 2014. С. 381-387.
57 Теоретическое обоснование моделей воздействия подземной добычи
полезных ископаемых на окружающую среду / М.В. Грязев, Н.М. Качурин, Г.В.
Стась, И.Б. Никулин // Сб. науч. тр. 4-й Междунар. науч. конф. по проблемам
рационального природопользования. 18 ‒ 20 июня 2018 г.; под ред. М.В. Грязева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. С. 33-41.
58 Шкуратский Д.Н., Стась Г.В. Динамика газовыделения с поверхности
обнажения калийных пластов // Сб. науч. тр. 4-й Междунар. науч. конф. по
проблемам рационального природопользования. 18 ‒ 20 июня 2018 г.; под ред.
М.В. Грязева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. С. 145-157.
59 Стась Г.В., Шкуратский Д.Н., Стась В.П. Динамика поглощения кислорода поверхностями обнажения горного массива в очистных камерах рудников// Сб. науч. тр. 4-й Междунар. науч. конф. по проблемам рационального
природопользования. 18 ‒ 20 июня 2018 г.; под ред. М.В. Грязева. Тула: Изд-во
ТулГУ, 2018. С.174-183.
Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 3.09.2018
Формат бумаги 60х84. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 1,86. Уч.-изд. л. 16. Тираж 100 экз. Заказ
Тульский государственный университет. 300012, г.Тула, пр. Ленина, 92.
Отпечатано в Издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, пр. Ленина, 95.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа