Исследования формы и структуры пылевых частиц угля средней стадии метаморфизма

Рост объемов добычи угля вследствие усложнения горно-геологических условий разработки угольных пластов, влекущий за собой умножение видов опасностей при разработке шахтопластов, вызывает необходимость более детальных, микроскопических, на уровне межмолекулярных взаимодействий, исследований формы, строения, свойств угля и пыли для разработки мероприятий по обеспечению взрывопожаробезопасности угольных шахт. Практически все разрабатываемые пласты опасны по взрывчатости угольной пыли. Для исследований была отобрана угольная пыль пласта Е-5 (марка Ж) с четырех мест: с пересыпа ленты (200 м от лавы); с передвижного конвейера лавы; с пересыпа ленты (3200 м от лавы); уголь из лавы после комбайна. Исследования свойств и структуры частиц угольной пыли проводились на сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения: JEOL, JSM-6380LA. Образцы обрабатывали золото-палладиевой смесью под давлением в вакууме. Было установлено, что количество частиц пыли, имеющих пластинчатую форму больше, чем количество частиц с изометрической формой, оно составило в среднем 55,4%. Частицы с аэродинамическим диаметром 5–10 мкм являются носителями большого числа сателлитов размером от 2 до 0,5 мкм. При малых значениях радиусов частиц (порядка 1 мкм) силы межмолекулярного притяжения превышают силы гравитации в 22 500 000 раз. Существуют силы, противодействующие силам аутогезии, которые обуславливают агрегативную устойчивость дисперсных структур, и величина этого противодействия равна для радиуса частицы 17 мкм 1,7077·10^–7 Н. Полученные данные позволяют определить режимы протекания реакции окисления и разработать мероприятия по снижению опасности взрывчатости угольной пыли.

Скопинцева О. В., Рыбичев А. А., Баловцев С. В. Исследования формы и структуры пылевых частиц угля средней стадии метаморфизма // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 2. – С. 5–15. DOI: 10.25018/0236_1493_ 2025_2_0_5.

Скопинцева Ольга Васильевна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: skopintseva54@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7257-8720,
Рыбичев Алексей Алексеевич¹ — аспирант, ассистент, e-mail: rybichev@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0005-9269-201X,
Баловцев Сергей Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: balovcev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-0961-6050,
¹ Университет науки и технологий МИСИС.

Рыбичев А.А., e-mail: rybichev@yandex.ru.

1. Федоткин И. О., Федоткин Д. В. Проблемы пожаров в угольных шахтах и обзор современных подходов к их моделированию // Уголь. — 2024. — № 2. — С. 69—73. DOI: 10.18796/00415790-2024-2-69-73.

2. Kursunoglu N. Risk assessment of coal dust explosions in coal mines using a combined fuzzy risk matrix and pareto analysis approach // Mining, Metallurgy & Exploration. 2023, vol. 40, pp. 2305— 2317. DOI: 10.1007/s42461-023-00878-z.

3. Kabanov E. I., Korshunov G. I., Magomet R. D. Quantitative risk assessment of miners injury during explosions of methane-dust-air mixtures in underground workings // Journal of Applied Science and Engineering. 2020, vol. 24, no. 1, pp. 105—110. DOI: 10.6180/jase.202102_24(1).0014.

4. Мясников С. В., Коршунов Г. И., Кабанов Е. И. Метод комплексной оценки и прогноза профессионального риска травмирования персонала угольных шахт при взрывах метана и пыли // Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 5. — С. 60—65. DOI: 10.24000/04092961-2018-5-60-65.

5. Рыбичев А. А. К вопросу оценки влияния тяжелых углеводородов на взрывчатость пылеметановоздушных смесей // Уголь. — 2023. — № 2. — С. 41—44. DOI: 10.18796/0041-57902023-2-41-44.

6. Босиков И. И., Клюев Р. В., Силаев И. В., Стась Г. В. Комплексная оценка трудноформализуемых вентиляционно-технологических процессов на угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 516—527. DOI: 10.21177/1998-4502-202315-3-516-527.

7. Жихарев С. Я., Цыганков В. Д., Родионов В. А., Исаевич А. Г. Оптимизация процессов пылеподавления при ведении подземных горных работ на основе данных натурных экспериментов и моделирования в программе ANSYS Fluent // Горный журнал. — 2023. — № 11. — С. 70—75. DOI: 10.17580/gzh.2023.11.11.

8. Пернебек Б. П., Семенов Ю. В., Рыбичев А. А., Козлова Л. О. Оценка эффективности смачиваемости угольной пыли при разных температурах растворов // Уголь. — 2024. — № 1. — С. 70—75. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-1-70-75.

9. Пернебек Б. П., Федоткин И. О., Рассолова М. А., Андреев А. А., Степанов Е. А., Чикалин Н. М., Нежельская Д. А. Исследование процесса седиментации частиц бурого угля // Уголь. — 2024. — № 9. — С. 70—75. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-9-70-75.

10. Blokhin D. I., Dokuchaeva A. I., Zakorshmennyi I. M., Kobylkin A. S., Koporulina E. V. The influence of the mine dust mineral composition on the characteristics of thermal destruction processes // Journal of Physics: Conference Series. 2024, vol. 2697, no. 1, article 012059. DOI: 10.1088/17426596/2697/1/012059.

11. Смирняков В. В., Родионов В. А., Смирнякова В. В., Орлов Ф. А. Влияние формы и размеров пылевых фракций на их распределение и накопление в горных выработках при изменении структуры воздушного потока // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 71—81. DOI: 10.31897/PMI.2022.12.

12. Романченко С. Б., Нагановский Ю. К., Корнев А. В. Инновационные способы контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Записки Горного института. — 2021. — Т. 252. — С. 927—936. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.14.

13. Zhao Y., Li S., Wu M., Hu X., Guo Y., Wang J. Effectiveness and mechanism of microbial dust suppressant on coal dust with different metamorphosis degree // Environmental Science and Pollution Research. 2024, vol. 31, pp. 55437—55446. DOI: 10.1007/s11356-024-34901-7.

14. Dong X., Liu T., Wang X., Xu X. Fuzzy structured element integrated decision of metamorphism on coal dust ignition hazard rating // Journal of Physics Conference Series. 2023, vol. 2549, no. 1, article 012013. DOI: 10.1088/1742-6596/2549/1/012013.

15. Zhou S., Yang Y., Shang H. Adhesion behavior of underground coal dust with fused silica: Effects of relative humidity and particle size // Processes. 2024, vol. 12, no. 4, article 735. DOI: 10.3390/pr12040735.

16. Ren J., Song Zh., Li B., Liu J., Lv R., Liu G. Structure feature and evolution mechanism of pores in different metamorphism and deformation coals // Fuel. 2021, vol. 283, article 119292. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119292.

17. Босиков И. И., Клюев Р. В., Майер А. В., Стась Г. В. Разработка метода анализа и оценки оптимального состояния аэрогазодинамических процессов на угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 97—106. DOI: 10.21177/1998-45022022-14-1-97-106.

18. Kobylkin A., Kubrin S., Meshcheryakov D., Pozdeev E., Zakorshmennyi I. Studies of methane inflow from longwall floor into the mine atmosphere // E3S Web of Conferences. 2024, vol. 548, article 08023. DOI: 10.1051/e3sconf/202454808023.

19. Brigida V. S., Golik V. I., Dzeranov B. V. Modeling of coalmine methane floows to estimate the spacing of primary roof breaks // Mining. 2022, vol. 2, pp. 809—821. DOI: 10.3390/mining2040045.

20. Харитонов И. Л., Терёшкин А. И., Корнев А. В., Коршунов Г. И., Корнева М. В. Разработка мероприятий по улучшению пылевой обстановки в очистных забоях угольных шахт // Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 12. — С. 53—59. DOI: 10.24000/0409-2961-201912-53-59.

21. Pleshko M., Kulikova E., Nasonov A. Assessment of the technical condition of deep mine shafts // MATEC Web of Conferences. 2018, vol. 239, article 01021. DOI: 10.1051/matecconf/201823901021.

22. Голубков В. А., Горенкова Г. А., Ворожцов Е. П., Беспалова М. А., Бортников С. В. Добавка на основе олеата натрия и льняного масла для углепылеподавляющих растворов // Горные науки и технологии. — 2023. — Т. 8. — № 4. — С. 341—349. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-02-79.