Горные удары и выбросы метана: технологическая теория и способы предотвращения

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-88-96

Е.А. Колесниченко , И.Е. Колесниченко, Е.И. Колесниченко, Е.И. Любомищенко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, г. Новочеркасск, Российская Федерация
Russian Mining Industry №1 / 2025 p. 88-96

Резюме: Статья посвящена альтернативному способу решения проблемы предотвращения горных ударов и выбросов метана, которые приводят к большими материальными и человеческими потерями. На основе аналитического обзора показаны недостатки применяемых нормативных инструкций и рекомендаций по безопасному ведению горных работ. Концентрация исследователей на геомеханических закономерностях в угольных пластах предопределила гипотезы об опасности угольных пластов и не позволила сформулировать реальные проблемы опасности горных ударов и выбросов метана. Цель: 1 – установить причинно-следственную связь процессов горных работ с формированием условий и реализацией горных ударов; 2 – разработать концепцию силового воздействия горного массива на угольный пласт при горном ударе по угольному пласту; 3 – доказать технологическую теорию горных ударов и выбросов метана, основанную на законах гравитационного сжатия угольных пластов в зоне нарушения природной сплошности массива горных пород горными работами; 4 – объяснить причинно-следственную связь горного удара и процессов в угольном пласте и установить закономерности энергетических явлений в атомно-молекулярной органической структуре угольного пласта; 5 – выявить причины горных ударов и выбросов метана в горные выработки и определить способы их предотвращения. Теоретическая значимость исследования заключается в изменении парадигмы приращения знаний о технологических причинах горных ударов и внезапных выбросов метана из угольного пласта. Практическая значимость. Рекомендуется: 1 – контролировать длину консолей основной кровли в зоне расположения горной выработки и 2 – бурением дегазационных скважин в верхней части угольного пласта обеспечивать предварительную дегазацию пласта впереди забоя выработки. Параметры дегазационных скважин должны увеличить дополнительный молярный объём для уменьшения давления выделяющимся метаном, а параметры целиков между скважинами должны сделать абсолютно неупругим удар и снизить его энергию.

Ключевые слова: горный удар, выброс метана, гравитационное сжатие, защемлённая консоль, вес, угольный пласт, высота зазора, ускорение падения, давление газа, молекулярные связи

Для цитирования: Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.И., Любомищенко Е.И. Горные удары и выбросы метана: технологическая теория и способы предотвращения. Горная промышленность. 2025;(1):88–96. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-88-96

Информация о статье

Поступила в редакцию: 17.11.2024

Поступила после рецензирования: 09.01.2025

Принята к публикации: 09.01.2025

Информация об авторах

Колесниченко Евгений Александрович – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры проектирования и строительства автомобильных дорог Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-5595-1079; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Колесниченко Игорь Евгеньевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой проектирования и строительства автомобильных дорог, заместитель директора – научный руководитель Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Новочеркасск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-1063-5304; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Колесниченко Евгений Игоревич – аспирант кафедры горное дело, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-8740-9356; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Любомищенко Екатерина Игоревна – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры проектирования и строительства автомобильных дорог Шахтинского автодорожного института (филиала), Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова; г. Новочеркасск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-9495-7385; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

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.