gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2022-08-18gscience-399Research ArticleSAFETY IN MINING AND PROCESSING INDUSTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTIONТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ КОМПЛЕКСЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫHigher rank aerological risks in coal minesАэрологические риски высших рангов в угольных шахтахhttps://orcid.org/0000-0002-0961-6050БаловцевС. В.BalovtsevS. V.

Сергей Владимирович Баловцев – кандидат технических наук, доцент

Scopus ID 56780405300

г. Москва

Sergey V. Balovtsev – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

Scopus ID 56780405300

Moscow

balovcev@yandex.ruУниверситет науки и технологий МИСИСРоссияNational University of Science and Technology MISISRussian Federation20222612202274310–319Copyright © Balovtsev S.V., 20222022Баловцев С.В.Balovtsev S.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/399

The steady trend of complication of mining and geological factors in underground coal mining and at the same time the processes of mining intensification cause growth of dynamic manifestations of natural factors of mining, such as sudden coal and gas outbursts, rock bursts, rock collapses, leading to gas and dust explosions and fires. This requires developing the models of different phenomena manifestation risks, which enable improving the process safety of a mining enterprise. In this study, based on the methodology of aerological risk assessment in coal mines, a structural analysis of aerological risks was carried out. The criteria of hazard of mining-geological and mine engineering factors and vulnerability of schemes and methods of ventilation, ventilation facilities, and main fans were developed. A hierarchical structure of aerological risks of higher ranks was developed. The presented risk structure allows determining the area of superposition of hazards of coal mining and vulnerability of ventilation systems for each mine and its individual facilities, as well as quantifying these areas in the form of aerological risks. The ranges of aerological risk values of higher ranks for super-category mines and mines hazardous by sudden coal and gas outbursts for different ventilation modes were established. The presented methodology enables forecasting and reducing aerological risks in course of designing, operation, liquidation, and conservation of coal mines.

Устойчивая тенденция перехода к осложнению горно-геологических факторов при подземной добыче угля и одновременно при этом процессы повышения интенсификации горных работ вызывают рост динамических проявлений природных факторов горного производства, таких как внезапные выбросы угля и газа, горные удары, обрушения пород, приводящие к взрывам газа и пыли, пожарам. Это приводит к необходимости разрабатывать модели рисков проявления разных явлений, что позволяет повысить технологическую безопасность горного предприятия. В представленном исследовании на основе методологии оценки аэрологических рисков в угольных шахтах проведен структурный анализ аэрологических рисков. Сформированы критерии опасности горно-геологических и горнотехнических факторов и уязвимости схем и способов вентиляции, а также вентиляционных сооружений и вентиляторов главного проветривания. Разработана иерархическая структура аэрологических рисков высших рангов. Представленная структура рисков позволяет для каждой шахты и отдельных ее объектов определить область пересечения опасных факторов угледобычи и уязвимости систем вентиляции, а также количественно оценить эти области в виде аэрологических рисков. Установлены диапазоны значений аэрологического риска высших рангов для сверхкатегорийных шахт и шахт, опасных по внезапным выбросам угля и газа, для разных вентиляционных режимов. Представленная методология позволяет осуществлять прогнозирование и снижение аэрологических рисков при проектировании, эксплуатации, ликвидации и консервации угольных шахт.

угольная шахтаметодология обеспечения аэрологической безопасностииерархическая структура рисковранги аэрологических рисковметанугольная пылькритерии опасностиуязвимость схем вентиляцииcoal mineaerological safety methodologyhierarchical risk structureaerological risk ranksmethanecoal dusthazard criteriavulnerability of ventilation systemsReferencesПотапова Е. В. Типология сооружений метрополитена для задач классификации геотехнических рисков. Горные науки и технологии. 2021;6(1):52–60. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-1-52-60Potapova E. V. Typology of metro structures for the tasks of geotechnical risk classification. Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(1):52-60. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-1-52-60Куликова Е. Ю. Методика интегральной оценки риска в шахтном и подземном строительстве. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(2–1):124–133. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-124-133Kulikova E. Yu. Methods of forming an integral risk assessment in mine and underground construction. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(2–1):124–133. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-124-133Qiao W. Analysis and measurement of multifactor risk in underground coal mine accidents based on coupling theory. Reliability Engineering & System Safety. 2021;208:107433. https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.107433Qiao W. Analysis and measurement of multifactor risk in underground coal mine accidents based on coupling theory. Reliability Engineering & System Safety. 2021;208:107433. https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.107433Kabanov 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;24(1):105–110. https://doi.org/10.6180/jase.202102_24(1).0014Kabanov 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;24(1):105–110. https://doi.org/10.6180/jase.202102_24(1).0014Trinh L. H., Nguyen V. N. Mapping coal fires using Normalized Difference Coal Fire Index (NDCFI): case study at Khanh Hoa coal mine, Vietnam. Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(4):233–240. https:// doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-233-240Trinh L. H., Nguyen V. N. Mapping coal fires using Normalized Difference Coal Fire Index (NDCFI): case study at Khanh Hoa coal mine, Vietnam. Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(4):233–240. https:// doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-233-240Забурдяев В. С. Прогноз и предотвращение рисков формирования взрывоопасных смесей в угольных шахтах. Безопасность труда в промышленности. 2019;(6):65–69. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2019-6-65-69Zaburdayev V. S. Forecast and prevention of risks of explosive mixtures formation in the coal mines. Occupational Safety in Industry. 2019;(6):65–69. (In Russ.) https://doi.org/10.24000/0409-2961-2019-6-65-69Shi L., Wang J., Zhang G. et al. A risk assessment method to quantitatively investigate the methane explosion in underground coal mine. Process Safety and Environmental Protection. 2017;107:317–333. https:// doi.org/10.1016/j.psep.2017.02.023Shi L., Wang J., Zhang G. et al. A risk assessment method to quantitatively investigate the methane explosion in underground coal mine. Process Safety and Environmental Protection. 2017;107:317–333. https:// doi.org/10.1016/j.psep.2017.02.023Dmitrievich M. R., Alekseevich R. V., Borisovich S. V. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1154–1161.Dmitrievich M. R., Alekseevich R. V., Borisovich S. V. Methodological approach to issue of researching dust-explosion protection of mine workings of coal mines. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1154–1161.Hasheminasab F., Bagherpour R., Aminossadati S. M. Numerical simulation of methane distribution in development zones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019;89:68–77. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.03.022Hasheminasab F., Bagherpour R., Aminossadati S. M. Numerical simulation of methane distribution in development zones of underground coal mines equipped with auxiliary ventilation. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019;89:68–77. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.03.022Yueze L., Akhtar S., Sasmito A. P., Kurnia J. C. Prediction of air flow, methane, and coal dust dispersion in a room and pillar mining face. International Journal of Mining Science and Technology. 2017;27(4):657–662. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.05.019Yueze L., Akhtar S., Sasmito A. P., Kurnia J. C. Prediction of air flow, methane, and coal dust dispersion in a room and pillar mining face. International Journal of Mining Science and Technology. 2017;27(4):657–662. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.05.019Lolon S. A., Brune J. F., Bogin G. E., Juganda A. Study of methane outgassing and mitigation in longwall coal mines. Mining, Metallurgy and Exploration. 2020;37(5):1437–1449. https://doi.org/10.1007/s42461-020-00287-6Lolon S. A., Brune J. F., Bogin G. E., Juganda A. Study of methane outgassing and mitigation in longwall coal mines. Mining, Metallurgy and Exploration. 2020;37(5):1437–1449. https://doi.org/10.1007/s42461-020-00287-6Лебедев В. С., Скопинцева О. В. Остаточные газовые компоненты угольных пластов: состав, содержание, потенциальная опасность. Горный журнал. 2017;(4):84–86. https://doi.org/10.17580/gzh.2017.04.17Lebedev V. S., Skopintseva O. V. Residual coalbed gas components: composition, content, hazard. Gornyi Zhurnal. 2017;(4):84–86. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2017.04.17Филин А. Э., Курносов И. Ю., Колесникова Л. А. и др. К вопросу моделирования процесса осаждения пыли для условий угольной шахты. Уголь. 2022;(9):67–72. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-9-67-72Filin A. E., Kurnosov I. Yu., Kolesnikova L. A. Description of the methodology for conducting an experiment on dust deposition of mining and metallurgical production. Ugol’. 2022;(9):67–72. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-9-67-72Smirnyakov V. V., Smirnyakova V. V., Pekarchuk D. S., Orlov F. A. Analysis of methane and dust explosions in modern coal mines in Russia. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1917–1929.Smirnyakov V. V., Smirnyakova V. V., Pekarchuk D. S., Orlov F. A. Analysis of methane and dust explosions in modern coal mines in Russia. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1917–1929.Slastunov S., Kolikov K., Batugin A. et al. Improvement of intensive in-seam gas drainage technology at Kirova Mine in Kuznetsk Coal Basin. Energies. 2022;15(3):1047. https://doi.org/10.3390/en15031047Slastunov S., Kolikov K., Batugin A. et al. Improvement of intensive in-seam gas drainage technology at Kirova Mine in Kuznetsk Coal Basin. Energies. 2022;15(3):1047. https://doi.org/10.3390/en15031047Шулятьева Л. И., Майорова Л. В. Моделирование параметров и организация процесса дегазации выемочных полей угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(8):168–179. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_8_0_168Shulyatieva L. I., Mayorova L. V. Parametric modeling and arrangement of gas drainage in coal mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(8):168–179. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_8_0_168Kornev A. V., Korshunov G. I., Kudelas D. Reduction of dust in the longwall faces of coal mines: Problems and perspective solutions. Acta Montanistica Slovaca. 2021;26(1):84–97. https://doi.org/10.46544/AMS.v26i1.07Kornev A. V., Korshunov G. I., Kudelas D. Reduction of dust in the longwall faces of coal mines: Problems and perspective solutions. Acta Montanistica Slovaca. 2021;26(1):84–97. https://doi.org/10.46544/AMS.v26i1.07Скопинцева О. В., Ганова С. Д., Демин Н. В., Папичев В. И. Комплексный метод снижения пылевой и газовой опасностей в угольных шахтах. Горный журнал. 2018;(11):97–100. https://doi.org/10.17580/gzh.2018.11.18Skopintseva O. V., Ganova S. D., Demin N. V., Papichev V. I. Integrated method of dust and gas hazard reduction in coal mines. Gornyi Zhurnal. 2018;(11):97–100. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2018.11.18Скопинцева О. В., Вертинский А. С., Иляхин С. В. и др. Обоснование рациональных параметров обеспыливающей обработки угольного массива в шахтах. Горный журнал. 2014;(5):17–20.Skopintseva O. V., Vertinsky A. S., Ilyakhin S. V. et al. Justification of rational parameters of dedusting treatment of coal mass in mines. Gornyi Zhurnal. 2014;(5):17–20. (In Russ.)Босиков И. И., Клюев Р. В., Аймбетова И. О., Махошева С. А. Оценка и анализ аэродинамических параметров воздушных потоков для эффективного выбора схем воздухообеспечения в угольных шахтах. Устойчивое развитие горных территорий. 2021;13(3):397–405. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2021-13-3-397-405Bosikov I. I., Klyuev R. V., Aimbetova I. O., Makhosheva S. Al. Assessment and analysis of aerodynamic parameters of air flows for effective selection of air supply schemes in coal mines. Sustainable Development of Mountain Territories. 2021;13(3):397–405. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2021-13-3-397-405Yi H., Park J., Kim M. S. Characteristics of mine ventilation air flow using both blowing and exhaust ducts at the mining face. Journal of Mechanical Science and Technology. 2020;34:1167–1174. https://doi.org/10.1007/s12206-020-0218-0Yi H., Park J., Kim M. S. Characteristics of mine ventilation air flow using both blowing and exhaust ducts at the mining face. Journal of Mechanical Science and Technology. 2020;34:1167–1174. https://doi.org/10.1007/s12206-020-0218-0Li Y., Su H., Ji H., Cheng W. Numerical simulation to determine the gas explosion risk in longwall goaf areas: A case study of Xutuan Colliery. International Journal of Mining Science and Technology. 2020;30(6):875–882. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.07.007Li Y., Su H., Ji H., Cheng W. Numerical simulation to determine the gas explosion risk in longwall goaf areas: A case study of Xutuan Colliery. International Journal of Mining Science and Technology. 2020;30(6):875–882. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.07.007Попов М. Д., Кормщиков Д. С., Семин М. А., Левин Л. Ю. Расчет устойчивости воздушных потоков в горных выработках по фактору тепловой депрессии в аналитическом комплексе «Аэросеть». Безопасность труда в промышленности. 2020;(10):24–32. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2020-10-24-32Popov M. D., Kormshchikov D. S., Semin M. A., Levin L. Yu. Calculation of air flows stability in the mine workings by the factor of thermal depression in the analytical complex “Aeroset”. Occupational Safety in Industry. 2020;(10):24–32. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2020-10-24-32Тарасенко И. А., Куликова А. А., Ковалева А. М. К вопросу оценки автоматизации контроля параметров метановоздушной смеси. Уголь. 2022;(11):84–88. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-11-84-88Tarasenko I. A., Kulikova A. A., Kovaleva A. M. On the issue of assessing the automation of control of the parameters of the methane-air mixture. Ugol’. 2022;(11):84–88. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-11-84-88Куликова Е. Ю., Конюхов Д. С. Мониторинг риска аварий при освоении подземного пространства. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(1):97–103. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_1_0_97Kulikova E. Yu., Konyukhov D. S. Accident risk monitoring in underground space development. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(1):97–103. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_1_0_97Захаров В. Н., Кубрин С. С. Цифровая трансформация и интеллектуализация горнотехнических систем. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5–2):31–47. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_31Zakharov V. N., Kubrin S. S. Digital transformation and intellectualization of mining systems. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(5–2):31–47. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_31Казанин О. И., Мешков А. А., Сидоренко А. А. Перспективные направления развития технологической структуры угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(6–1):35–53. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_61_0_35Kazanin O. I., Meshkov A. A., Sidorenko A. A. Prospects for development of a technological structure of underground coal mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(6–1):35–53. (In Russ.) https:// doi.org/10.25018/0236_1493_2022_61_0_35Cheng L., Guo H., Lin H. Evolutionary model of coal mine safety system based on multi-agent modeling. Process Safety and Environmental Protection. 2021;147:1193–1200. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.01.046Cheng L., Guo H., Lin H. Evolutionary model of coal mine safety system based on multi-agent modeling. Process Safety and Environmental Protection. 2021;147:1193–1200. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.01.046Nguyen Q. L., Nguyen Q. M., Tran D. T., Bui X. N. Prediction of ground subsidence due to underground mining through time using multilayer feed-forward artificial neural networks and back-propagation algorithm – case study at Mong Duong underground coal mine (Vietnam). Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(4):241–251. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-241-251Nguyen Q. L., Nguyen Q. M., Tran D. T., Bui X. N. Prediction of ground subsidence due to underground mining through time using multilayer feed-forward artificial neural networks and back-propagation algorithm – case study at Mong Duong underground coal mine (Vietnam). Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(4):241–251. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-241-251

The authors declare that there are no conflicts of interest present.