Rock bursts and methane blowouts: technological theory and ways of prevention

E.A. Kolesnichenko , I.E. Kolesnichenko, E.I. Kolesnichenko, E.I. Lyubomishchenko
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russian Federation
Russian Mining Industry №1 / 2025 p. 88-96

Abstract: The article discusses an alternative way to address the challenge of preventing rock bursts and methane blowouts, which cause great material and human losses. Shortcomings of the applied regulatory instructions and recommendations for safe mining operations are shown based on the analytical review. Focus of the researchers on the geomechanical patterns in coal seams predefined the hypotheses about the hazard of coal seams and did not allow to formulate the actual problems of the dangers that the rock bursts and methane blowouts pose. Objective: 1 – to establish the cause-and-effect relation of the mining processes with the development of preconditions and occurrence of the rock bursts; 2 – to develop a concept of the power impact of the rock mass on the coal seam during the rock burst against the coal seam; 3 – to prove the technological theory of the rock bursts and methane blowouts, based on the laws of gravitational compression of coal seams in the zones of disturbances in the natural continuity within the rock mass caused by the mining operations; 4 – to explain the cause-and-effect relationship between the rock burst and the processes within the coal seam, and establish patterns of the energy phenomena in the atomicmolecular organic structure of the coal seam; 5 – to identify the causes of rock bursts and methane outflows into the mine workings, and define the ways to prevent them. The theoretical significance of this research consists in changing the paradigm of knowledge increment regarding the technological causes of rock bursts and sudden methane blowouts from the coal seam. The practical significance. The following actionvs are recommended: 1 – to control the length of the main roof cantilevers in the area of the mine working, and 2 – to provide preliminary methane drainage from the coal seam ahead of the mine face by drilling degassing holes in the upper part of the coal seam. The degassing hole parameters should increase the additional molar volume to reduce the pressure of the released methane, while the parameters of the blocks between the holes should make the impact absolutely inelastic and reduce its energy.

Keywords: rock burst, methane blowout, gravitational compression, pinched cantilever, weight, coal seam, clearance height, fall acceleration, gas pressure, molecular bonds

For citation: Kolesnichenko E.A., Kolesnichenko I.E., Kolesnichenko E.I., Lyubomishchenko E.I. Rock bursts and methane blowouts: technological theory and ways of prevention. Russian Mining Industry. 2025;(1):88–96. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-88-96

Article info

Received: 17.11.2024

Revised: 09.01.2025

Accepted: 09.01.2025

Information about the authors

Evgeny A. Kolesnichenko – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor at the Construction and Technogenic Safety Department, Shakhty Road Institute (branch), Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-5595-1079; e-mail: kolesnichenko-2718@rambler.ru

Igor E. Kolesnichenko – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Construction and Technogenic Safety Department, Deputy Director – Academic Advisor, Shakhty Road Institute (branch), Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-1063-5304; e-mail: kolesnichenko_igor@rambler.ru

Evgeny I. Kolesnichenko – Postgraduate Student, Mining Department, Shakhty Road Institute (branch), Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-8740-9356; e-mail: z_kolesnichenko@mail.ru

Ekaterina I. Lyubomishchenko – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Assistant Professor at the Motor Road Design and Construction Department, Shakhty Road Institute (branch), Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russian Federation; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9495-7385; e-mail: katya87lk@mail.ru

References

1. Петросян А.Э. Энергетическая теория внезапных выбросов. ее место в науке о газодинамических явлениях и перспективы развития. Борьба с внезапными выбросами. 1985;242:3–10. Режим доступа: https://masters.donntu.ru/2006/fgtu/novikov/library/doc1.rtf (дата обращения: 25.12.2024). Petrosyan A.E. The energy theory of sudden blowouts. Its place in the science of gas-dynamic phenomena and prospects of development. Borba s Vnezapnymi Vybrosami. 1985;242:3–10. (In Russ.) Available at: https://masters.donntu.ru/2006/fgtu/novikov/library/doc1.rtf (accessed: 25.12.2024).

2. Жемчужников Ю.А. Общая геология каустобиолитов. Л.; М.: Онти. Глав. ред. геол.-развед. и геодезич. лит-ры; 1935. 548 с. Режим доступа: https://elib.rgo.ru/handle/123456789/227475 (дата обращения: 25.12.2024).

3. Кухлинг Х. Справочник по физике [Пер. с нем. под ред. Е.М. Лейкина]. М.: Мир; 1982. 520 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/t5vwrKVp5YztR (дата обращения: 25.12.2024).

4. Канлыбаева Ж.М. Закономерности сдвижения горных пород в массиве: по данным наблюдений в Карагандинском бассейне. М.: Наука; 1968. 108 с.

5. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И., Колесниченко Е.И. Механизм внезапных выбросов метана в угольных пластах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(1):108–120. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-1-0-108-120 Kolesnichenko I.E., Kolesnichenko E.A., Lyubomishchenko E.I., Kolesnichenko E.I. Mechanism of methane outbursting in coal seams. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(1):108–120. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-1-0-108-120

6. Колесниченко Е.А. Управление газодинамическим состоянием выбросоопасного пласта при проведении выработок с учётом генетических характеристик месторождения: автореф. … д-ра техн. наук. М.; 2000. 40 с.

7. Журавков М.А., Полевщиков Г.Я. Газодинамическая реакция горных пород при проведении подготовительных выработок. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2011;(2):39–52. Zhuravkov M.A., Polevschikov G.Ya. Mine rocks gas dynamic reaction at preparation openings heading. Bulletin of Research Center for Safety in Coal Industry (Industial Safety). 2011;(2):39–52. (In Russ.)

8. Чемезов Е.Н. Безопасность подземных горных работ. Якутск: СВФУ; 2010. 359 с.

9. Полевщиков Г.Я. «Деформационно-волновые» процессы в массиве горных пород при движении очистного забоя в угольных пластах. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013;(5):50–60. Polevshchikov G.Ya. Deformation-wave processes under production face advance in coal and rocks. Fiziko-Texhnicheskiye Problemy Razrabbotki Poleznykh Iskopaemykh. 2013;(5):50–60. (In Russ.)

10. Петросян А.Э. (ред.) Снижение выбросоопасности при динамическом воздействии на угольный массив. М.: Наука; 1985. 181 с.

11. Лейбович М.В. Теория удара в задачах и примерах. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та; 2016. 236 с.

12. Ле К.Ф., Дмитриев П.Н., Тхан В.З., Ли Ю. Влияние основной кровли на параметры зоны опорного давления в краевой части пласта. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(6-1):68–82. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_61_0_68 Le Q.Ph., Dmitriev P.N., Than V.D., Li Yu. Influence of the main roof on the parameters of the abutment pressure zone in the selvedge of the seam. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(6-1):68–82. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_61_0_68

13. Жернаков В.С. Сопротивление материалов – механика материалов и конструкций. Уфа: УГАТУ; 2012. 495 с. Режим доступа: https://mircompozitov.ucoz.ru/_ld/3/306_Zhernakov.pdf (дата обращения: 25.12.2024).

14. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Артемьев В.Б., Любомищенко Е.И., Черечукин В.Г., Колесниченко Е.И. Квантовая теория метанобезопасности. Электронно-энергетические процессы в молекулярных системах. LAP LAMBERT Academic Publishing RU; 2021. 473 с.

15. Реут Л.Е. Плоский поперечный изгиб. Минск: БНТУ; 2016. 263 с. Режим доступа: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/25704/Ploskij_poperechnyj_izgib.pdf (дата обращения: 25.12.2024).

16. Рашевский В.В., Артемьев В.Б., Силютин С.А. Качество углей ОАО «СУЭК». М.: Кучково поле; 2011. 576 с. (Серия «Библиотека инженера». Т. 5. Кн. 1).

17. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А., Любомищенко Е.И., Колесниченко Е.И. Квантовые основы метаноопасности угольных пластов. Горная промышленность. 2021;(1):91–97. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-1-91-97 Kolesnichenko I.E., Kolesnichenko E.A., Lyubomishchenko E.I., Kolesnichenko E.I. Quantum fundamentals of coal bed methane hazards. Russian Mining Industry. 2021;(1):91–97. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-1-91-97

18. Малинникова О.Н. Механохимическое образование метана при разрушении угля. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. Научный журнал Российского газового общества. 2019;(1):10–16. Malinnikova O.N. Mechanochemical generation of methane during coal failure. Nauchnyi Zhurnal Rossiiskogo Gazovogo Obshchestva. 2019;(1):10–16. (In Russ.)

19. Фейт Г.Н., Малинникова О.Н. Предельное напряжённое состояние и процессы разрушения трещиноватых газоносных угольных пластов. В: Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: материалы 22-й Междунар. науч. школы им. акад. С.А. Христиановича, Крым, Алушта, 17–23 сентября 2012 г. Симферополь: Таврический национальный университет; 2012. С. 335–337.