ECOLOGIC APPROACH TO THE RESTORATION PROCESS AT AREAS DEGRADED BY MINING OPERATIONS

Donetsk Region belongs to the zone of the most Ukrainian critical ones in provision with water and the quality of water. The main reason of the water quality deterioration is anthropogenic pollution due to untreated water discharge by the region’s industrial enterprises to water objects

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

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

Identifying sources of coal spontaneous heating in mine workings using aerogas control automatic systems

Purpose. Substantiation of the possibility for expanding the modern Aerogas Control (AGC) systems functions when using them to identify the processes of spontaneous heating, spontaneous ignition of coal and gas contamination at the mining site of the coal mine. Methods. This paper presents the dynamics study of selecting 15 air distribution gas samples from the specified places, using the MATLAB system and Simulink extension packages. Gas samples have been selected in the 14th southern longwall face of block No.10 at Mining Administration “Pokrovske” during March 23-27, 2019, where an emergency situation related to gas contamination occurred on March 15, 2019. Findings. The experimental data has been processed on the carbon monoxide emission in mine workings of the extraction area, longwall face, technological pipelines, and on air distribution. A carbon monoxide increase in mine workings has been determined from 0.0000-0.0002% in the air jet, incoming the site, to 0.0001-0.0003% in the jet, outcoming from the site. Moreover, maximal invasion of carbon monoxide to the stope mine working occurred during operations of breaking and transporting coal within the extraction area, and when these activities were stopped and there was no fresh beaten material, the invasion of carbon monoxide was reduced to the background content level. It has been proved that improvement of the existing AGC systems by adding the sensors for measuring tracer gases and airflow rate, as well as the “artificial intelligence” to information processing units, will make possible to determine absolute and relative readings for sources identification of spontaneous coal heating at early stages. Originality. For the seam d4 conditions, the nature and peculiarities have been revealed of the carbon monoxide emission and the effects of ventilation during extraction operations at the mining site, while previous known studies were devoted to the carbon monoxide emission from the seams k5, l1, m42 with a change in the granulometric composition. Practical implications. Constant monitoring of aerological threats will make it possible to take appropriate measures for limiting the ventilation and gas hazards effects, the danger of endogenous fires.Мета. Дослідження аерогазової обстановки на видобувній дільниці вугільної шахти для обґрунтування можливості розширення функцій сучасних систем автоматичного газового контролю (АГК) при їх використанні у виявленні процесів самонагрівання, самозаймання вугілля та загазованості. Методика. В роботі виконано дослідження динаміки відбору 15 газових проб повітрярозподілення зі встановлених місць, із використанням системи MATLAB і пакетів розширення Simulink. Відбір газових проб здійснено в 14-ї південній лаві блоку №10 шахтоуправління “Покровське” протягом 23.03.2019-27.03.2019, де 15.03.2019 року трапилась аварійна ситуація, пов’язана із загазованістю. Результати. Виконано обробку дослідних даних виділення оксиду вуглецю у виробках виїмкової дільниці, лаві, технологічних трубопроводах повітрярозподілення. Встановлено збільшення оксиду вуглецю у виробках від 0.0000-0.0002% у струмені повітря, що поступало до дільниці, до 0.0001-0.0003% у струмені, що виходив з дільниці, при цьому пікоподібна інвазія оксиду вуглецю до очисної виробки відбувалась при операціях відбійки і транспортування вугілля в межах виїмкової дільниці, а при зупинці цих видів робіт і відсутності свіжого відбитого матеріалу – скорочувалась до фонового. Доведено, що удосконалення існуючих систем АГК додаванням датчиків для вимірювання індикаторних газів і витрат повітря, а також додавання “штучного інтелекту” блокам обробки інформації для визначення абсолютних та відносних показань дозволять виявляти на ранніх стадіях джерела самонагрівання вугілля. Наукова новизна. Для умов пласта d4 виявлено характер і особливості виділення оксиду вуглецю, впливу провітрювання, при виїмкових роботах на видобувній дільниці, в той час як попередні відомі дослідження присвячені виділенню оксиду вуглецю з пластів k5, l1, m42 при зміні гранулометричного складу. Практична значимість. Постійний моніторинг аерологічних загроз дозволить вжити відповідні заходи для обмеження наслідків вентиляційно-газової небезпеки, небезпеки ендогенних пожеж.Цель. Исследование аэрогазовой обстановки на добывающем участке угольной шахты для обоснования возможности расширения функций современных систем автоматического газового контроля (АГК) при их использовании в выявлении процессов самонагревания, самовозгорания угля и загазованности. Методика. В работе выполнено исследование динамики отбора 15 газовых проб воздухораспределения с установленных мест, с использованием системы MATLAB и пакетов расширения Simulink. Отбор газовых проб осуществлен в 14-й южной лаве блока №10 шахтоуправления “Покровское” в течение 23.03.2019-27.03.2019, где 15.03.2019 года произошла аварийная ситуация, связанная с загазованностью. Результаты. Выполнено обработку опытных данных выделения оксида углерода в выработках выемочного участка, лаве, технологических трубопроводах воздухораспределения. Установлено увеличение оксида углерода в выработках от 0.0000-0.0002% в поступающей струе воздуха, на участок до 0.0001-0.0003% в исходящей струе, при этом пикообразная инвазия оксида углерода в очистной выработке происходила при операциях отбойки и транспортировки угля в пределах выемочного участка, а при остановке этих видов деятельности и отсутствия свежего отбитого материала – сокращалась до фонового. Доказано, что усовершенствование существующих систем АГК добавлением датчиков для измерения индикаторных газов и расхода воздуха, а также добавление “искусственного интеллекта” блокам обработки информации для определения абсолютных и относительных показаний позволят выявлять на ранних стадиях источники самонагревания угля. Научная новизна. Для условий пласта d4 выявлен характер и особенности выделения оксида углерода, влияния проветривания, при выемочных работах на добывающей участок, в то время как предыдущие известные исследования посвящены выделению оксида углерода из пластов k5, l1, m42 при изменении гранулометрического состава. Практическая значимость. Постоянный мониторинг аэрологических угроз позволит принять соответствующие меры для ограничения последствий вентиляционно-газовой опасности, опасности эндогенных пожаров.The authors express their gratitude to the management of the State Militarized Rescue Service of the Ministry of Energy and Environment Protection of Ukraine, the workers of the gas analysis laboratory of No. 10 Mine-Rescue Squad for the provided opportunity to use the gas-air survey materials and the composition results of the taken air samples in the research

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

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

The Deformation Dynamics of the Experimental Adit's Material During A Coal Dust Explosion

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 explosion