MEHANIZAM RAZVOJA KONTINUIRANE EKSPLOZIJE UGLJENE PRAŠINE U MREŽI RUDARSKIH RADOVA

The objective of this paper is to reveal the mechanism of creating conditions for the continuous explosion of coal dust by transferring seismic energy to coal dust located along the perimeter of a working. The ANSYS software package was used to model the movement of coal dust particles in the air under the influence of seismic waves caused by the action of an explosion. It was confirmed by modelling that seismic waves, provoked by an explosion, propagate in the rock mass at a higher velocity than the moving explosive front in the air of a working. The qualitative and quantitative behaviour of a layer of coal dust in the process of oscillation of the working walls under the influence of seismic waves during one second was described. The stage of dynamic loosening of the powder is supplemented by the initial period of the mechanism of explosion development, when there are no combustible concentrations of gas or coal traces in the air composition of the mine working before the incident. It is established that under the seismic influence at a distance of about 50 m from the hypocentre of the explosion, a layer of powder-like dispersed coal rises into the air forming a dust cloud, which is the initiator of further continuous development of the explosion spreading in a network of mine workings.Cilj je rada otkriti mehanizam stvaranja uvjeta za kontinuiranu eksploziju ugljene prašine prijenosom seizmičke energije na ugljenu prašinu koja se nalazi duž opsega čela. Programski paket ANSYS korišten je za modeliranje kretanja čestica ugljene prašine u zraku pod utjecajem seizmičkih valova uzrokovanih djelovanjem eksplozije. Modeliranjem je potvrđeno da se seizmički valovi, izazvani eksplozijom, šire u stijenskoj masi većom brzinom od zvučnoga udarnog vala ispred čela. Opisano je kvalitativno i kvantitativno ponašanje sloja ugljene prašine u procesu osciliranja stijenki čela pod utjecajem seizmičkih valova tijekom jedne sekunde. Faza dinamičkoga rastresanja praha potpomognuta je početnim razdobljem mehanizma razvoja eksplozije, kada nema zapaljivih koncentracija plina ili ugljena u sastavu zraka rudnika prije nesreće. Utvrđeno je da se pod seizmičkim utjecajem na udaljenosti od oko 50 m od hipocentra eksplozije sloj praha raspršenoga ugljena diže u zrak stvarajući oblak prašine, koji je pokretač daljnjega kontinuiranog razvoja eksplozije šireći se u mreži rudarskih radova

MEHANIZAM RAZVOJA EKSPLOZIJE UGLJENOG AEROSOLA U EKSPERIMENTALNIM RUDARSKIM RADOVIMA

Today there is not enough scientific data on the energy level and the velocity of an explosion in actual mine workings, which have a cross-sectional area larger than experimental mine workings. The objective of the paper is to justify the energy parameters of an explosion in actual mine workings based on the disclosure of the fire front development mechanism when coal dust explodes in an experimental mine working with a limited cross-sectional area. These studies can be the basis for choosing the speed of action and the strength of the means of the localization of dust explosions. The main research method is an experimental and analytical method, based on the analysis of the results of experimental explosions of coal dust in experimental mine workings and theoretical substantiation of the regularities of the development of the velocity and additional energy of the fire front with further extrapolation to the conditions of actual mine workings. It is proposed to supplement the mechanism of explosion development with an idea about the sections of development of explosion dynamics, i.e. initiation, dust explosion, crater, which determine the characteristic parameters of the explosive front velocity: maximum initiating velocity, average velocity, and maximum velocity in a crater. It was established that during methane initiation in the experimental mine working at the boundary between the initiation and dusting zones, there is a situation of a hybrid explosion of a mixture of methane and dust with air, which has its own velocity and energy indicators. A linear dependence of the energy generated during the coal aerosol explosion on the cross-sectional plane of the mine working was established. This makes it possible to use the results of testing the coal from certain deposits in small-scale experimental set-ups to justify the parameters of protective means for the actual mine workings.Nema dovoljno znanstvenih podataka o razini energije i brzini eksplozije u stvarnim rudarskim iskopima, koji imaju veću površinu poprečnog presjeka od eksperimentalnih rudarskih radova. Cilj studije je potvrditi energetske parametre eksplozije u stvarnim rudarskim iskopima na temelju otkrivanja mehanizma razvoja požarne fronte pri eksploziji ugljene prašine u eksperimentalnom rudniku s ograničenim poprečnim presjekom. Ova istraživanja mogu biti temelj za odabir brzine djelovanja i jačine sredstava za lokalizaciju eksplozije ugljene prašine. Glavna metodologija istraživanja temelji se na eksperimentima i analitičkom postupku analize rezultata testnih eksplozija ugljene prašine u pokusnim rudarskim otkopima te teoretskom obrazloženju zakonitosti razvoja brzine i dodatne energije fronte požara buduće ekstrapolacije u uvjetima stvarnih rudarskih radova. Predlaže se dopuna mehanizma razvoja eksplozije u dijelovima, tj. inicijaciji, eksploziji prašine, plamenom krateru, koji određuju karakteristične parametre brzine eksplozivne fronte: maksimalnu početnu brzinu, prosječnu brzinu, maksimalnu brzinu u plamenom krateru. Utvrđeno je da tijekom inicijacije metana u pokusnom rudniku koja se odvija na granici između zone inicijacije i zone zaprašivanja dolazi do hibridne eksplozije mješavine metana i prašine sa zrakom, koja ima svoje pokazatelje brzine i energije. Utvrđena je linearna ovisnost energije nastale eksplozijom aerosola ugljena i površine presjeka rudničke prostorije. Time se omogućava korištenje rezultata ispitivanja ugljena iz pojedinih ležišta u manjim pokusnim otkopima za potvrđivanje parametara zaštitnih sredstava kod stvarnih rudarskih radova

UTVRĐIVANJE PARAMETARA BRZO USPOSTAVLJENE PROTUEKSPLOZIJSKE BRANE

The objective of this paper is to substantiate the method of construction and design parameters of explosion-proof stoppings for the quick and safe remote sealing-off of the sources of complex fires and explosions in coal mines. A new method was designed for the remote erection of explosion-proof stoppings in mine workings and a mathematical model of mass transfer through the body of a stopping made of discrete material. Tactics were improved for the containment of underground fires and explosions due to rapid remote erection of explosion-proof stoppings. The technology of the quick erection of stoppings made of rocks crushed by an explosion for sealing-off of the emergency sections of the mine has been proposed. A computational model and a method for calculating the parameters of explosion-proof stoppings erected by the method of directed explosion have been created. The results of the calculations open the possibility to prepare the means of containment of dust explosions in advance and to improve the tactics of safe containment of explosions and fires.Cilj je rada utvrditi način konstrukcije i projektnih parametara protueksplozijske brane za brzo i sigurno daljinsko izoliranje izvora složenih požara i eksplozija u rudnicima ugljena. Dizajniran je nov način daljinskoga uspostavljanja protueksplozijskih brana u rudarskim radovima i matematički model prijenosa mase kroz tijelo brane od materijala u rasutome stanju. Poboljšan je način za suzbijanje podzemnih požara i eksplozija zahvaljujući brzomu daljinskom uspostavljanju protueksplozijskih brana. Predložena je tehnologija brzoga postavljanja brana od kamena usitnjenoga usmjerenom eksplozijom za izoliranje interventnih dionica rudnika. Izrađen je numerički model i metoda za proračun parametara protueksplozijskih brana uspostavljenih metodom usmjerene eksplozije. Rezultati proračuna otvaraju mogućnost da se unaprijed pripreme sredstva za zadržavanje eksplozivne prašine te da se poboljša metoda sigurnoga suzbijanja eksplozija i požara

Theoretical basis for the formation of damaging factors during the coal aerosol explosion

Purpose. Assessing the process of damaging factors formation during the coal aerosol explosion in mine workings on the basis of theoretical research of the explosion of coal dust deposits in order to substantiate promising methods of protecting miners from their impact. Methods. An integrated approach is used, which includes a critical analysis of literature data on the occurrence and development of coal aerosol explosions in mine workings; theoretical research into the state of the gaseous medium at the characteristic points of the development diagram of the coal dust deposits explosion as a result of mining operations based on the laws of classical physics and chemistry. Findings. The main aspects of the explosion mechanism of dust in a powdery state, accumulated on the surfaces along the mine working perimeter, and the formation of such negative factors as the effect of gaseous medium accelerated movement, have been revealed; high temperature formed during coal and methane detonative combustion; increased gas pressure. The revealed aspects of the dust explosion mechanism make it possible to determine the main directions for protection of miners caught in the explosion. The diagram of the development of settled coal dust explosion along the mine working with normal ventilation conditions, taking into account the influence of seismic waves, has been improved. Originality. Analytical dependences, reflecting the value of gas energy at characteristic points of the diagram, have been determined, and the dynamics of the formation of negative factors caused by the explosion have been revealed. Practical implications. Possible ways of protecting miners from the impact of negative factors caused by the coal aerosol explosion and reducing the severe consequences of such accidents are proposed.Мета. Оцінка процесу утворення вражаючих факторів під час вибуху вугільного аерозолю в гірничій виробці на основі теоретичних досліджень вибуху вугільних пилових відкладень для обґрунтування перспективних шляхів захисту гірників від їх впливу. Методика. Використано комплексний підхід, що включає критичний аналіз літературних даних щодо виникнення та розвитку вибухів вугільного аерозолю в гірничих виробках; теоретичні дослідження стану газового середовища в характерних точках схеми розвитку виробкою вибуху вугільних пилових відкладень на основі законів класичних фізики і хімії. Результати. Розкрито основні аспекти механізму вибуху пилу, який знаходиться у порошкоподібному стані у вигляді скупчень на поверхнях по периметру гірничої виробки, і утворення негативних факторів, таких як дії прискореного руху газового середовища; високої температури що утворюється при детонаційному згорянні вугілля і метану; підвищеного газового тиску. Виявлення аспекти механізму вибуху пилу дали можливість встановити основні напрямки захисту гірників, захоплених вибухом. Удосконалено схему розвитку вибуху осілого вугільного пилу у виробці з нормальними умовами провітрювання з урахуванням впливу сейсмічних хвиль. Наукова новизна. Встановлено аналітичні залежності, що відображають величину енергії газів у характерних точках схеми, розкрито динаміку утворення негативних факторів вибуху. Практична значимість. Запропоновано можливі шляхи захисту гірників від дії негативних факторів вибуху вугільного аерозолю та зменшення важких наслідків такого роду аварій.Цель. Оценка процесса образования поражающих факторов при взрыве угольного аэрозоля в горной выработке на основе теоретических исследований взрыва угольных пылевых отложений для обоснования перспективных путей защиты горняков от их влияния. Методика. Использован комплексный подход, включающий критический анализ литературных данных о возникновении и раз-витии взрывов угольного аэрозоля в горных выработках; теоретические исследования состояния газовой среды в характерных точках схемы развития выработкой взрыва угольных пылевых отложений на основе законов классической физики и химии. Результаты. Раскрыты основные аспекты механизма взрыва пыли, находящейся в порошкообразном состоянии в виде скоплений на поверхностях по периметру горной выработки, и образования негативных факторов, таких как действия ускоренного движения газовой среды; высокой температуры образующегося при детонационном сгорании угля и метана; повышенного газового давления. Выявленные аспекты механизма взрыва пыли позволили установить основные направления защиты горняков, застигнутых взрывом. Усовершенствована схема развития взрыва отложившейся угольной пыли в выработке с нормальными условиями проветривания с учетом влияния сейсмических волн. Научная новизна. Установлены аналитические зависимости, отражающие величину энергии газов в характерных точках схемы, раскрыта динамика образования негативных факторов взрыва. Практическая значимость. Предложены возможные пути защиты горняков от действия негативных факторов взрыва угольного аэрозоля и уменьшения тяжелых последствий такого рода аварий.The authors express their gratitude to the management of the Donetsk National Technical University of the Ministry of Education and Science of Ukraine for their support during conducting the research and presenting the results

The adaptation of the method of current coal self-heating control in Donieck deposits

Z powodu wojny wydobycie węgla na Ukrainie drastycznie spadło. Występowanie z kolei awarii podziemnych znacznie komplikuje prowadzenie robót górniczych, powodując utratę pokładów węgla przygotowanych do eksploatacji, wzrost kosztów wydobycia, i w końcu, zmniejszenie bezpieczeństwa energetycznego Ukrainy. Kopalnie nie są wyposażone w środki zapobiegania i wczesnego wykrywania pożarów powodowanych samozapaleniem węgla. W artykule proponuje się ulepszyć metodę bieżącej kontroli samozagrzewania węgla, wykorzystującej monitoring gazów wskaźnikowych. Badania laboratoryjne i kopalniane potwierdziły, że wydzielanie gazów wskaźnikowych podczas mechanicznej destrukcji pokładów węgla może mieć istotny wpływ na wyniki bieżącego monitorowania procesu samozagrzewania węgla. Przedstawiono adaptację metody bieżącej kontroli samozagrzewania węgla do rzeczywistych warunków górniczo-geologicznych i górniczo-technicznych jego wybierania w polach eksploatacyjnych polegającą na uwzględnieniu efektów mechanicznej destrukcji pokładów i stosowaniu elastycznego schematu pobierania prób gazowych.Due to the war, coal mining in Ukraine dropped drastically. Occurrence of underground accidents considerably complicates the mining works, causing the loss of coal seams prepared for exploitation, causing the increase of mining costs, and finally, reducing the energy security of Ukraine. Mines are not equipped with means of preventing and early detection of fires caused by spontaneous combustion of coal. The article proposes to improve the method of current coal self-heating control using indicator gas monitoring. Laboratory and mine tests confirmed that the emission of indicator gases during the mechanical destruction of coal seams can have a significant impact on the results of the current monitoring of the coal self-heating process. In the article it is presented the adaptation of the current method of self - heating control of coal to the actual mining - geological and mining - technical conditions of its selection in exploitation fields consisting in taking into account the effects of mechanical destruction of seams and the application of a flexible gas sampling scheme

Динаміка деформування матеріалу дослідної штольні під час вибуху вугільного пилу

The purpose of this paper is to improve the mechanism that forms an explosive environment within the workings' space from the accumulated coal dust, based on determining the dynamic deformations under the influence of an explosion in the material that contains the examined working. To simulate the dynamic changes in the stressed-deformed state of the rock mass with an experimental adit inside when under the impact of explosive loads, a modern method of finite differences of mathematical-computer modeling has been used. During the research, the mathematical model has been adapted for studying the stressed-strained state of the rock mass that hosts the created experimental adit at the imitation of a dust blast. Additionally, the model takes into consideration the peculiarities of the direct impact of explosion products on the working's wall, as well as their indirect action. The data were acquired on the propagation of the progressive front of seismic waves inside mining rocks that host the experimental working. The parameters of speed and acceleration of the seismic wave components have been established that occur ahead of the shock front, which moves in the gas environment of a mining working during the explosion of a dust-air mixture.This paper reports data on the dynamic processes occurring in a mining massif and on the surface of the experimental working at the chain explosion of a dust-air mixture. The simulation results have made it possible to confirm the hypothesis about the loosening of dust accumulations under the influence of seismic waves, which emerge significantly ahead of the explosion front moving along the working. The modeling results provide an opportunity to improve the systems of protection or localization of the dust-air or dust-gas-air explosions. The existence of seismic waves ahead of the shock front makes it possible to prepare in advance the means for localizing dust explosionsЦелью статьи является совершенствование механизма образования в пустотах выработки взрывоопасной среды из скоплений угольной пыли на основе раскрытия динамических деформаций под действием взрыва в материале, вмещающем исследовательскую выработку. Для моделирования динамических изменений напряженно-деформированного состояния породного массива, в котором проведена опытная штольня, при воздействии взрывных нагрузок, был использован современный метод конечных разностей математического компьютерного моделирования. В ходе исследований адаптирована математическая модель для изучения напряженно-деформированного состояния породного массива, в котором создана исследовательская штольня, в условиях имитации пылевого взрыва. Дополнительно в модели учтены особенности непосредственного воздействия продуктов взрыва на стенки выработки, а также их косвенное воздействие. Получены данные о распространении передового фронта сейсмических волн в горных породах, в которых проведена исследовательская выработка. Установлены параметры скоростей и ускорений компонентов сейсмических волн, опережающих ударный фронт, который движется в газовой среде горной выработки при взрыве пылевоздушной смеси.В работе получены данные о динамических процессах, происходящих в горном массиве и на поверхности исследовательской выработки при цепном взрыве пылевоздушной смеси. Результаты моделирования позволили подтвердить гипотезу о разрыхлении скоплений пыли под воздействием сейсмических волн, которые существенно опережают фронт взрыва, движущегося по выработке. Результаты моделирования открывают возможность усовершенствования систем защиты или локализации пылевоздушных или пылегазовоздушных взрывов. Наличие опережающих ударный фронт сейсмических волн открывает возможность заблаговременно приводить к готовности средства локализации пылевых взрывовМетою статті є удосконалення механізму утворення в порожнечі виробки вибухонебезпечного середовища зі скупчень вугільного пилу на основі розкриття динамічних деформацій під дією вибуху в матеріалі, що вміщує дослідну виробку. Для моделювання динамічних змін напружено-деформованого стану породного масиву, в якому проведено дослідну штольню, при впливі вибухових навантажень, був використаний сучасний метод кінцевих різниць математично-комп’ютерного моделювання. В ході досліджень адаптовано математичну модель для вивчення напружено-деформованого стану породного масиву в якому створено дослідну штольню при імітації пилового вибуху. Додатково в моделі враховано особливості безпосереднього впливу продуктів вибуху на стінки виробки, а також їх непряма дія. Отримано дані про розповсюдження передового фронту сейсмічних хвиль в гірничих породах в яких споруджено дослідну виробку. Встановлено параметри швидкостей та прискорень компонентів сейсмічних хвиль що випереджають ударний фронт, який рухається у газовому середовищі гірничої виробки під час вибуху пилоповітряної суміші. В роботі отримано дані про динамічні процеси, що відбуваються в гірничому масиві та на поверхні дослідної виробки при ланцюговому вибуху пилоовітряної суміші. Результати моделювання дозволили підтвердити гіпотезу про розпушення скупчень пилу під впливом сейсмічних хвиль, які суттєво випереджають фронт вибуху, що рухається по виробці. Результати моделювання відкривають можливість удосконалення систем захисту або локалізації пилоповітряних або пилогазоповітряних вибухів. Наявність випереджаючих ударний фронт сейсмічних хвиль відкриває можливість завчасно приводити до готовності засоби локалізації пилових вибухі

Method of cleaning of mine waters and restore the biological diversity of disturbed areas

Celem pracy jest przedstawienie sposobu szybkiego odzyskiwania zdegradowanych terenów likwidowanych kopalń z jednoczesnym oczyszczaniem pompowanych wód kopalnianych. W pracy zaproponowano ulepszoną metodę przyspieszonego odzyskiwania obszaru zdegradowanego działalnością przemysłową z zastosowaniem podnośnika powietrzno-wodnego do oczyszczenia wód kopalnianych, co umożliwi regulację temperatury wody produkowanej z wymienników ciepła. Na podstawie obliczeń określono głębokości rozmieszczenia elementów instalacji podnośniku powietrzno-wodnego. W celu utrzymania temperatury wody w okresie zimowym, w zakresie 10-12°C, ścieki kopalniane o temperaturze 34°C powinny być pompowane z dolnego szybu podnośnika znajdującego się na głębokości 800 m. Z kolei do schłodzenia wody w okresie letnim do temperatury 25°C, ściek kopalniany o temperaturze około 13°C, powinien być pompowany z górnego szybu podnośnika zlokalizowanego na głębokości 120 metrów.The aim of the work is to show the method of accelerated restoration of the degraded territory of industrial sites of liquidated mines with simultaneous purification of pumped mine waters. The paper proposes an improvement of the method of accelerated recovery of the degraded territory of industrial sites of abandoned mines with simultaneous purification of pumped mine waters through the use of an airlift unit that will allow to regulate the temperature of the water produced from the heat exchangers. The depth of placement of the airlift installation was determined by calculation. In order to maintain the temperature of the water in the bioplate system in winter at the level of 10-12°C, mine water having a temperature of 34°C must be supplied from the lower trunk of the airlift located at a depth of 800 m. To cool the water in the bioplato system to 25°C in summer, the mine water with a temperaturę of about 13°C must be pumped out from the top of the shaft of the airlift to a depth of 120 m

Studying the Effect of Mineral Fertilizers on the Development of the Eutrophication Process in the Water Bodies

The article is devoted to the disclosure of the effect on the vital activity of cyanobacteria by changes in the nutrients in the chemical composition of artificial aquatic biotopes. The research results allowed us to establish that the dissolution of complex mineral fertilizer (nitrogen, phosphorus and potassium) in the range of up to 10 g/L contributes to the active development of cyanobacteria, which is accompanied by complete binding of mineral additives and absorption of oxygen. The addition of fertilizers in the amount of more than 1 g/L contributes to a sharp increase in the growth rate of the cyanobacteria population, which provokes the conditions for the blooming of the solutions. Enrichment of the nutritive base of biotopes ensures rapid growth of biocenosis and accelerated consumption of dissolved substances. The recorded average absorption rate of phosphorus reached more than 17 g/(L*day), and nitrogen – 30 g/(L*day). The formation of sediment and foam in the test vessels was associated with the depletion of nutrients and the death of hydrobionts. This phenomenon can serve as an indicator of oxygen decrease in the water. The results of the experiment confirmed the ability of cyanobacteria to transform nitrogen and phosphorus dissolved in water into bound organic forms with high intensity. This opens up the prospect of creating biological methods and means of wastewater demineralization