Системный подход к технологии оценки метановой опасности подготовительных участков шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.414.2

Вал.В. Сенкус, Н.А. Ермаков, Л.Г. Раджабова

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ТЕХНОЛОГИИ

ОЦЕНКИ МЕТАНОВОЙ ОПАСНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ШАХТ

Аннотация. Предлагаемый алгоритм моделирования режимов работы ВМП при проведении подготовительных выработок позволяет решать прямые и обратные задачи местного проветривания в шахтах и рудниках на стадии проектирования и в шахтных условиях. Следовательно, 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 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.

Ключевые слова: системный подход, технология, оценка, метановая опасность, подготовительный забой, угольная шахта

Основой обеспечения безопасного состояния рудничной атмосферы является эффективная система вентиляции очистных и подготовительных участков. Технологический процесс проветривания очистных и подготовительных участков (ППУ) сопровождается возникновением состояний, которые принято называть авариями. Необходимым условием решения проблемы надежности функционирования вентиляционной системы (ВС) является создание метода прогнозной оценки надежности и эффективности функционирования ВС, позволяющего прогнозировать динамику состояния системы вентиляции, поэтому целесообразно рассматривать ППУ как совместное и взаимозависимое функционирование двух подсистем. Для подготовительных выработок первая подсис-

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-54-64

тема представляет собой вентилятор местного проветривания (ВМП). Вторая подсистема представляет собой вентиляционный трубопровод (ВТ).

При такой структуре ППУ авария может развиваться по двум схемам — отказ ВМП, а затем в подсистеме ВТ, и наоборот. Следовательно, система ВМП — ВТ может находиться в двух возможных состояниях — это работоспособное и неработоспособное состояние. Под работоспособным состоянием будем понимать состояние, при котором значения параметров, характеризующих способность ВМП — ВТ выполнять заданные функции, находятся в пределах, установленных нормативно-технической или технологической документацией.

Изменение подачи ВМП и количества воздуха, поступающего в подготовитель-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 8. С. 54-64. © Вал.В. Сенкус, Н.А. Ермаков, Л.Г. Раджабова. 2018.

ный забой, обусловлены колебаниями аэродинамических сопротивлений путей утечек. Следовательно, необходимо решить задачу естественного воздухорас-пределения для вентиляционного трубопровода с учетом взаимодействия с ВМП.

В обзорных международных работах последних лет, опубликованных О. Кара-каном и Т. Муром, затрагивающих вопросы безопасности подземной угледобычи по фактору метановой опасности, подробно и глубоко анализируются научно-практические труды ученых всего мира по эмиссии метана на различных участках и стадиях подземной разработки месторождения, дегазации разрабатываемых угольных пластов и наиболее эффективным практикам бурения, информация дается в контексте изучения физических свойств и генезиса углей, влияющих на эмиссию метана. Практика организации систем вентиляции для подземных выработок и ее элементов в обзоры не вошли, несмотря на большую значимость вопроса.

Отдельные аспекты, связанные с повышением эффективности вентиляции в шахтах, регулярно поднимаются в зарубежных работах: например, в работе [2] моделируется система вспомогательной вентиляции в угольной шахте, полученные результаты имеют хорошую сходимость с результатами экспериментов на одной из угольных шахт в Испании; группа других испанских исследователей отмечает значимость при проектировании вентиляции таких факторов, как время года и температура поверхности обнажения массива в горных выработках [7]; опыт организации высокоэффективной, усиленной вентиляции в угольной шахте «Лонгхуа» (Китай), отличающейся сложным многоуровневым расположением выработок [3]; исследование [4] затрагивает вопросы аэрогазодинамики потоков частиц пыли в системах вентиляции горных выработок, представляя

результаты численного моделирования в гибридной системе вентиляции шахты.

Роль ключевых элементов систем вентиляции (к каковым относятся все виды вентиляторов) косвенно отражается во всех упомянутых исследованиях, целевых зарубежных работ научно-прикладного характера, отражающих значимость режимов работы вентиляторов для всей системы вентиляции, не так много, но информация встречается в контексте изучения производительности и мониторинга режимов работы шахтных вентиляторов [1].

Оценка рисков и мониторинг для раннего предупреждения выхода из строя вентиляторов вызывает большой интерес на рудниках [7], где рассматривается задача определения режима работы вентилятора на вентиляционную сеть (теоретические аспекты рассматриваются в [6]).

Как показывает статистика взрывов метановоздушной смеси, до настоящего времени нет эффективной системы предотвращения на газообильных шахтах [5, 8], при этом увеличивается глубина разработки, что влечет за собой рост природной газоносности разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород, угрозу динамических проявлений горного и газового давления. В этих условиях директивное ужесточение нормативных требований к производственным процессам по газовому фактору не даст существенного снижения метаноо-пасности шахт.

Особую актуальность проблема приобретает для подготовительных выработок, проводимых по разрабатываемому угольному пласту с высокой скоростью подвигания подготовительного забоя, существенно увеличивающей газовыделение из отбитого угля. 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 и вентиляционный трубопровод или соединение нескольких вентиляционных трубопроводов, которые представляют собой вентиляционную сеть (ВС), имеющую конкретное значения аэродинамического сопротивления.

Режим работы ВМП при проветривании подготовительной выработки определяется физическими характеристиками системы ВМП — ВС. Характеристики ВМП, как правило, задаются графически. Для определения режима работы ВМП графическим методом совместно решают следующие уравнения: Ру = Ру(ф) и = RQ2, где Ру — давление, развиваемое ВМП; Q — количество воздуха; ^ — потери давления (депрессия) в ВС; R — аэродинамическое сопротивление ВС. Однако графоаналитический метод обладает существенными недостатками, основным из которых является отсутствие возможности аналитических расчетов и полной автоматизации вычислений при реше-

нии прямых и обратных задач функционирования системы ВМП — ВС.

Для решения проблемы предлагаются сравнительно простые зависимости для аппроксимации характеристик ВМП. Однако точность аппроксимации на всех интервалах устойчивой и экономичной работы не высока и не связана технологией заводских испытаний и подготовки рабочих паспортов вентиляторов.

Например, Институт вычислительных технологий СО РАН отмечает необходимость разработки унифицированных математических моделей системы ВМП — ВС, позволяющих расширить аэрологические возможности диспетчерских служб шахт и рудников. Диспетчера должны контролировать режимы работы ВМП на подготовительных участках и оценивать состояние вентиляционных трубопроводов, что возможно только при точной аппроксимации всех характеристик ВМП.

Следовательно, необходимо найти зависимости, описывающие аэродинамические характеристики ВМП, а аппроксимация может быть эффективно осуществлена с помощью комплекса программных средств AutoCAD и Eureqa Pro. Алгоритм решения задачи рассматривается на конкретном примере аппроксимации характеристик вентилято-

Рис. 1. Аэродинамические характеристики вентилятора ВМЭ-12А Fig. 1. Aerodynamic characteristics of fan VME-12A

ра ВМЭ-12А (рис. 1), где представлены следующие физические параметры ВМП: PV — давление вентилятора, Па; Q — производительность (подача) вентилятора, м3/с; 15°, 25°, 35° — углы поворота лопаток вентилятора; п — КПД; N — мощность вентилятора, кВт.

Изображения аэродинамических характеристик вентилятора ВМЭ-12А переводим в электронный вид. При помощи графически заданной сетки, в программном комплексе AutoCAD осуществляем поиск пары чисел х и y, которые являются координатами линий и одновременно исходными данными, необходимыми для программы Eureqa Pro.

Аппроксимация кривых производится ломаными линиями с помощью специализированной программы Eureqa Pro, общий вид программы представлен на рис. 2. Для расчета в программе Eureqa Pro необходимо задать критерии поиска аппроксимирующих функций. От заданных параметров зависит не только коэффициент корреляции и размер получившейся формулы, но и время, не-

обходимое на поиск функции. Показан процесс поиска функций. Необходимо найти аппроксимирующую функцию, ограниченную диапазоном заданных точек, при максимальном коэффициенте корреляции. Выбираем сортировку найденных функций по символьному размеру. Далее сравниваем коэффициенты корреляции и величину максимальной ошибки в заданном диапазоне поиска. Полученную функцию можно импортировать в текстовый документ для дальнейшей обработки.

Результаты обработки данных по нескольким типам ВМП представлены в табл. 1, 2.

Аппроксимация аэродинамических характеристик и зависимостей мощности от производительности ВМП характеризуется высоким значением корреляционного отношения, поэтому приведены его значения с восемью цифрами после запятой.

Программа позволяет определить режим работы вентилятора для конкретной сети. На рис. 3 показана форма

vme_12_a - Eureqa Pro - Academic

File Eon Project Tools view Help К А Я Л □ Project |vme_1g_a

Search: О О & Howto View Results

E Д|1 I

Search 1

P Search 1 i НЭ5

P Search 1 i N15

P Search 1 i N25

P Search 1 i N35 P search 1

Eureqa

pi HelpS Forums

Quick Start Guide video Tutorial Technique Blag Documentation Heip Forums

Enter Dala Q prepare Data p Define searcn 0 start search Results Reports secure Cloud

Best Solutions of Different Sizes

Fit Solution

Щ j- = 261 + 1.1 x2 + 0.003S6x' + 10.5 sio(0.401x) - 5.41e-5x! Щ y = 253 + 607x + 9.01e-5x4 + 9.58 sm(0.401x) - 0 0085*' Щ y = 270 + 2.76x + 9.54sin(0.402x) - 0.000248x'1 - 0.00339 Щ y = 254 + 6.5x + 8.75 sm(0.403x) - 6.09e-6x5 - 0.268x2 J] y = 292 + 0.53бх2 + 7.41 sn(0.402x) - 3.27x - 0.0228x3 ШГ- 275 + 0.352x! + 7.49 sfa(0.401x) -0 0196*'

49.3x + 22*'3 - 302 - 1.33x! Ш y = 264 + 0.45бх2 - 0.023x3

Solution Details [calculated on validation data) Solution

Maximum Error

Plot Type: I Solution Fil Plot (default)

Рис. 2. Общий вид программы и выбор аппроксимируемых функций Fig. 2. General arrangement of the program and selection of approximants

Аппроксимации характеристик ВМП Approximations of local fan characteristics

Угол поворота лопаток Характеристика ВМП Корреляционное отношение

ВЦГ-7М

0 Pv (Q) = 953,516 + 2,521Q2 - 22,766Q --5,765sin(Q)-0,401Q3 -1,008 ■ 10-9 ■ exp(1,996 ■ Q) 0,9999067

20 Pv (Q) = 1037,555 + 25,565Q + 8,679sin(Q) + 0,0008Q5 --144,385VQ -0543Q3 -0,315Qsin(2,14Q) 0,9999918

40 Pv (Q) = 795,656 + 0,106tg(3,563Q) --40,393Q-3,49 ■ 10-6Q8 -0,285Q3 0,9999832

60 Pv (Q) = 603,716 + 62,151Q2 + +4,209 cos (7,711Q3) -183,652Q - 7,841Q3 0,9999228

В1М

Ст. Pv (Q) = 220,551 + 77,034sin(q2)- 23,545(Q) + +0,324Q3 -13,113 sin (Q) cos {cos [2,579Q ■ sin(Q)]} 0,9997026

В2М

Ст. Pv (Q) = 378,863 + 0,166Q2 + 21,309cos(Q2)--41,487cos(Q)-0,958Q2 ■ cos(Q)- 1,307Q2 ■ cos(Q2) 0,9997791

ВО-11 (ВО-11ВН)

15 Pv (Q) = 90,988 + 4,973Q + 0,056tg (Q) - 2,728 cos (Q) --1,264Q2 - 0,0009Q4 ■ cos {cos [Q + 0,056tg (Q)]} 0,9999714

20 Pv (Q) = 0,0442Q ■ tg(0,559Q2)- 1,7105Q3 + 0,041Q4 + +485,453 + 24,932Q2 -161,053Q - 0,558tg (0,559Q2) 0,99998448

25 Pv (Q) = 0,807sin(Q2)-38,635 - 0,082Q ■ sin(Q2) + +0,071 ■ sin(Q2 )■ tg (28,691Q)- 1,497Q2 + 28,561Q 0,99998161

30 Pv (Q) = 129,217 + 0,0004Q3 -1,647 ■ 10-5Q5 --0,125Q2 -0,019Q■ sin[tg(l25,336Q6) 0,99997822

35 Pv (Q) = 74,495 + 5,038Q -0,0006Q4 -0,001Q2 --0,318 ■ sin(5,786 ■ 10-5 ■ Q4 - 5,241 ■ 10-11 ■ Q6) 0,99997547

40 Pv (Q) = 19,912Q + 0,002Q2 ■ cos (0,068 - Q) --7,693 - 0,708Q2 - 0,558 cos (0,068 - Q)2 0,99997725

45 Pv (Q) = 66,252Q + 0,001Q4 + 15,043Q ■ sin(0,002Q4) + +6,496 ■ 10-18 exp(7,729 ■ 10-5 ■ Q4 ) - 254,611 - 3,452Q2 0,99998444

Аппроксимации зависимостей мощности ВМП от их производительности

Approximations of local fan power input-delivery curves

Угол поворота лопаток Характеристика ВМП Корреляционное отношение

ВЦГ-7М

0 N(Q) = 64,676 + 3,358 Q + 0,302 Q2 - 0,033 Q3 + + 0,907 cos (0,417 -1,021 Q) 0,99991

20 N(Q) = 66,844 -0,013Q3 +{55,577Q2+ 0,977Q3 - 2,157Qx x sin ^4516,572 Q (67,386 +1,619 Q2 )-1 )(67,386 +1,619 Q2 )-1 0,99996

40 N (Q) = 60,703 +1,225cos (Q) +1,7368 cos [cos (Q)] + 0,543 Q2-- 0,006 Q4- 0,549 Q ■ cos (Q) - 0,354 Qe ■ cos [cos (Q)]2 0,99979

60 N (Q) = 156,003 +1,401 Q - 0,010 Q2-cos (2,434 Q )2+ 5758,599 > x [cos (Q) - 58,658]-1+ 3,266 cos (Q) + 0,114 Q - cos (2,434 Q) 0,99998

В1М

Ст. N(Q) = 2,120 + 0,678Q +1,465x ■ sin(q2) +1,152Q2 + 0,061Q3 > x sin (Q2)- 1,069sin(Q2)- 0,554 Q2^ sin(Q2) 0,99998

В2М

Ст. N(Q) = 13,749Q2 + 0,032Q5 - 6,033 - 3,509Q -- 3,160 Q3 - 0,067 Q2-cos (Q) +13,404 cos (Q) 0,99998

ВО-11 (ВО-11ВН)

15 N(Q) = 10,322 - 0,021 Q ■ cos(5,661 Q f- 0,004Q3--0,317Q - 0,046Q ■ cos(5,661 Q) + 0,362cos(5,661 Q) 1

20 N(Q) = 0,696Q - 4,198 ■ 10"7- Q6- 0,031Q2 --3,547 ■ 10-5- Q3^ sin (2,792 ■ 10-5- Q7) + 5,894 1

25 N (Q) = 2,938 + 2,352 Q + 0,024 tg (0,110 Q4 ) + +0,002 tg (Q )-1,936 ■ 10-5^Q4 - 0,120 Q2 0,99997

30 N(Q) = 28,632 + 0,164Q ■ sin(3,603 + Q)-- 0,848 Q - 2,812 sin (3,528 + Q) 0,99990

35 N(Q) = 7,395Q + 3,414 ■ 10-6-Q5- 0,286 Q2-24,951 --1,139 ■ 10-7- Q4- tg(-7,182 ■ 10-7 ■ Q2- 0,087Q3) 0,99998

Подбор модели вентилятора

Аэродинамические характеристики

N.kBT

Выбор-

Вентилятор газостсасывающий С Центробежный вентилятор Вентиляторы для проходчиков С Осевой одноступенчатый вентилятор Вентиляторы местного проветривания (* Осевой одноступенчатый вентилятор С Осевой одноступенчатый вентилятор с защитой

Введите сопротивление сети: Rc- р даПа"с2/м6 (1даПа=10Па)

Рекомендуемый диапазон: (от 0.06 до 0.64) Модели

г вмз-2-m ff!

20 30 Q.„a

Выбор угла поворота лопаток

Р 15 грана«» 25 градусов

Г 35 градусов

Технические характерисики

Диаметр, мм

■рабочего колеса номинальный 1200

-присоединительного патрубка 1000.1200

Подача номинальная. мЗ/с 21

Подача в пределах рабочей области. мЗ/с 10-30

Длина проветриваемых выработок, м

■при работе одного вентилятора 500

•при работе двух последовательно включенных

вентиляторов 1000

Давление номинальное. даПа 260

Давление полное в пределах рабочей области.

даПа 80-300

Максимально допустимая температура перемещаемого воздуха. X 35 КПД максимальный полный, не менее 0.72 Частота вращения рабочего колеса, мин'11430 М ошность э лектропривода. кВт 110 Напряжение. В 380/660 Габаритные размеры, мм. не более Д'Ш'В 2280-1350-1720

Результаты расчета

Q- 17.13 мЗ/с

Н- 146.718! даПа

N- 39.6212 кВт

КПД= 0.6343

Рис. 3. Окно ввода информации для моделирования параметров работы ВМП Fig. 3. Window of data entry for modeling local fan operation parameters

этой программы с исходными данными и результатами расчета для вентилятора ВМЭ-12А. В базу данных внесены вентиляторы местного проветривания, выпускаемые на российских заводах. Изменяя исходные данные, можно про-

водить вычислительные эксперименты и моделировать режимы работы ВМП для различных вентиляционных сетей.

Программа позволяет визуализировать результаты расчетов, для этого достаточно нажать кнопку «Строить графи-

Рис. 4. Результаты расчета параметров работы ВМП Fig. 4. Calculation data on local fan operation parameters

ки», и пользователь получает результаты расчета с графическим сопровождением (рис. 4). Далее результаты сохраняются в отдельный файл — «result.txt». Программа также позволяет решать и обратную задачу определения производительности ВМП и депрессии ВС по величине потребляемой мощности. При этом информацию о потребляемой мощности, как правило, получают в режиме реального времени путем прямых измерений.

Производительность ВМП определяется из решения алгебраического уравнения: NП = ^0ВМП), где NП — зафиксированная потребляемая мощность; 0ВМП — производительность ВМП. В явном виде функция Д0ВМП) задана полученной аппроксимацией зависимости мощности ВМП от его производительности.

Решение алгебраического уравнения осуществляется численным методом. Депрессия ВС определяется прямым расчетом по формуле

** = Н = РЖмп) = ^мп^

где hФ — фактическая депрессия ВС (так как в рабочей точке депрессия ВС и давление, развиваемое ВМП, равны между собой); Н — давление, развиваемое ВМП при данном значении угла установки лопаток рабочего колеса и производительности, равной 0ВМП. Затем рассчитывается КПД ВМП по следующей формуле 3

(1)

Цвип 100 N

где пВМП — расчетное значение КПД ВМП.

Предлагаемый алгоритм моделирования режимов работы ВМП при проведении подготовительных выработок позволяет решать прямые и обратные задачи местного проветривания в шахтах и рудниках на стадии проектирования и в шахтных условиях. Следовательно, 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 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.

Управление системой ВМП — ВТ может базироваться на следующих принципах: управление осуществляется по возмущению входной контролируемой величины Х.(^, управление осуществляется по отклонению управляемой выходной величины у.(^, управление осуществляется по комбинированному варианту.

Для реализации принципов безопасного управления системой ВМП — ВТ и для поддержания этой системы в работоспособном состоянии разработана структурная схема АСУ, реализующая любой из рассмотренных принципов управления. Доказано, что для системы ВМП — ВТ могут быть использованы централизованная и смешанная структуры автоматизированной системы управления.

Подготовительные участки по фактору метановой опасности как сложные технические системы имеют следующие особенности:

1. Наличие большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

2. Сложность выполняемой задачи, направленной на достижение заданной цели.

Рис. 5. Алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля метановой опасности подготовительных выработок

Fig. 5. Algorithm of automated methane hazard control in development headings

3. Возможность разделения системы на подсистемы, функционирование которых подчинено общей цели функционирования всей системы.

4. Управление разветвленной информационной сетью и интенсивными потоками информации.

Уточненные закономерности метано-выделения из угольного пласта и конвективно-турбулентной диффузии метана в подготовительных выработках, а также новые технические средства оценки метановой опасности в горных выработках позволили разработать алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля метановой опасности при проведении подготовительных выработок (рис. 5).

Высокая цена отказов, особенно катастрофических, в системе оценки уп-

равления уровнем метановой опасности подготовительных участков выдвигает на первый план задачу их предупреждения, что возможно при разработке эффективных профилактических мероприятий и своевременному вводу их в действие.

Высокая цена отказов, особенно катастрофических, в системе оценки управления уровнем метановой опасности подготовительных участков выдвигает на первый план задачу их предупреждения, что возможно при разработке эффективных профилактических мероприятий и своевременному вводу их в действие.

Точность прогнозирования и развития аварийной ситуации — многофакторная и многомерная, а множество переменных определяет ее динамическое состояние.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах: сборник документов. Серия 5. Вып. 2. — М.: ГУП «НТУ по безопасности Госгортехнадзора России», 2001. — 320 с.

2. Karacan C. O., Ruiz F. A., Cote M., Phipps S. Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction // International Journal of Coal Geology. — 2011. — 86. — Pp. 121—156.

3. Heather N. Dougherty, C. Ozgen Karacan. A new methane control and prediction software suite for longwall mines // Computers & Geosciences. — 2011. — 37. — Pp. 1490—1500.

4. C. Ozgen Karacan. Modeling and prediction of ventilation methane emissions of U.S. Longwall mines using supervised artificial neural networks // International Journal of Coal Geology. — 2008. — 73. — Pp. 371—387.

5. Clarkson C. R. Production data analysis of unconventional gas wells: Review of theory and best practices // International Journal of Coal Geology. — 2013. — 109—110. — Pp. 101—146.

6. Liu Y., Xia B., Liu X. A Novel Method of Orienting Hydraulic Fractures in Coal Mines and Its Mechanism of Intensified Conduction // Journal of Natural Gas Science & Engineering. — 2015. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.08.054.

7. U.S. EPA, 2012. Global anthropogenic non-CO2 greenhouse gas emissions: 1990—2030. US Environmental Protection Agency.

8. Dazhao Song et al. Evaluation of coal seam hydraulic fracturing using the direct current method // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2015. — 78. — Pp. 230—239.

9. Kachurin N. M., Babovnikov A. L. Gassing during the break and transport of coal in a re-treatlongwall // Development of new technologies and equipment for mine haulage and hoisting. — Budva. — 2005. — Pp. 245—249.

10. Яновская М. Ф. О скорости десорбции метана из разрушенного угля // Проблемы рудничной аэрологии: сборник статей. — М.: Госгортехиздат, 1959. — С. 32—37.

11. Siemek J., Rajtar J. Simulation of gas ouflow from porousfissured media // Arch. Mining. Sci. — 1989. — 34, no 1. — Pp. 119—128.

12. Васючков Ю. Ф. Диффузия метана в ископаемых углях // Химия твердого топлива. — 1976. — № 4. — С. 76—79. EES

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Сенкус Валентин Витаутасович — кандидат технических наук, начальник горного отдела ООО «Проектгидроуголь-Н», e-mail: [email protected],

Ермаков Никита Анатольевич1 — ведущий инженер, Раджабова Любовь Геннадиевна1 — главный специалист, 1 Филиал ООО «Сибнииуглеобогощение», г. Прокопьевск.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 8, pp. 54-64.

Systemic approach to estimation of methane hazard in development headings

Sencus Val.V., Candidate of Technical Sciences, Head of Mining Department, e-mail: [email protected], LLC «Proektgidrougol-H», Novokuznetsk, Russia, Ermakov N.A.1, Leading Engineer, Radzhabova L.G.1, Chief Specialist, 1 Branch of LLC «Sibniiugleobogaschenie», Prokopievsk, Russia.

Abstract. The core of mine air safety is efficient ventilation of development and breakage headings. The key elements in the ventilation system of development headings of any purpose are a local fan and an air duct or a combination of air ducts, which represent a ventilation network with a specific aerodynamic drag. Local fan operation mode in a development heading is conditioned by the physical characteristics of the local fan-ventilation network system. The aerodynamic characteristics of the fan are converted to an electronic form using an assigned graphic system. In AutoCAD environment, finding of a couple of numbers x and y is performed, which are simultaneously curve coordinates and input data to be entered in Eureqa software. The proposed algorithm to model local fan modes in development headings enables solving direct and inverse problems connected with local ventilation in coal and ore mines at the stages of mine planning and operation. Accordingly, a mathematical model of aerodynamic conditions should be constructed for local fans in each development heading using accurate approximations of aerodynamic characteristics of a specific fan. The constructed mathematical model is added with the approximations of power input versus delivery of a fan. The procedure for the approximation of aerodynamic characteristics and power input-delivery curves of local fans allows the wanted analytical dependences to be obtained at the stage of the factory tests of local ventilation fans. The proposed approach to individual, subject-unique aerodynamic mathematical modeling of ventilation of development headings will essentially enhance mining safety in terms of gas hazard factor.

Key words: systemic approach, technology, estimation, methane hazard, development heading, coal mine.

DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-54-64

REFERENCES

1. Preduprezhdenie gazodinamicheskikh yavleniy v ugol'nykh shakhtakh: sbornik dokumentov. Seriya 5. Vyp. 2 [Prevention of gas-dynamic phenomena in coal mines: collection of documents. Series 5. Issue 2], Moscow, GUP «NTU po bezopasnosti Gosgortekhnadzora Rossii», 2001, 320 p.

2. Karacan C. O., Ruiz F. A., Cote M., Phipps S. Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction. International Journal of Coal Geology. 2011. 86. Pp. 121-156.

3. Heather N. Dougherty, C. Ozgen Karacan. A new methane control and prediction software suite for longwall mines. Computers & Geosciences. 2011. 37. Pp. 1490—1500.

4. C. Ozgen Karacan. Modeling and prediction of ventilation methane emissions of U.S. Longwall mines using supervised artificial neural networks. International Journal of Coal Geology. 2008. 73. Pp. 371—387.

5. Clarkson C. R. Production data analysis of unconventional gas wells: Review of theory and best practices. International Journal of Coal Geology. 2013. 109—110. Pp. 101—146.

6. Liu Y., Xia B., Liu X. A Novel Method of Orienting Hydraulic Fractures in Coal Mines and Its Mechanism of Intensified Conduction. Journal of Natural Gas Science & Engineering. 2015. DOI: 10.1016/j. jngse.2015.08.054.

7. U.S. EPA, 2012. Global anthropogenic non-CO2 greenhouse gas emissions: 1990—2030. US Environmental Protection Agency.

8. Dazhao Song et al. Evaluation of coal seam hydraulic fracturing using the direct current method. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2015. 78. Pp. 230—239.

9. Kachurin N. M., Babovnikov A. L. Gassing during the break and transport of coal in a retreatlong-wall. Development of new technologies and equipment for mine haulage and hoisting. Budva. 2005. Pp. 245—249.

10. Yanovskaya M. F. O skorosti desorbtsii metana iz razrushennogo uglya. Problemy rudnichnoy aer-ologii: sbornik statey [On the rate of methane desorption from coal is destroyed. Problems of mine aerology: Collection of articles], Moscow, Gosgortekhizdat, 1959, pp. 32—37.

11. J. Siemek, J. Rajtar Simulation of gas ouflow from porousfissured media. Arch. Mining. Sci. 1989. 34, no 1. Pp. 119—128.

12. Vasyuchkov Yu. F. Diffuziya metana v iskopaemykh uglyakh [Chemistry of solid fuel] Khimiya tver-dogo topliva. 1976, no 4, pp. 76—79. [In Russ].

A