Justification on the safe exploitation of closed coal warehouse by gas factor

Semen G. Gendler; Anastasiya Yu. Stepantsova; Mikhail M. Popov

Research article

Geotechnical Engineering and Engineering Geology

Justification on the safe exploitation of closed coal warehouse by gas factor

Authors:

Semen G. Gendler¹

Anastasiya Yu. Stepantsova²

Mikhail M. Popov³

About authors

1 — Ph.D., Dr.Sci. Head of Department Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
2 — Postgraduate Student Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus
3 — Ph.D. Associate Professor Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Elibrary

Date submitted:

2024-06-17

Date accepted:

2024-07-17

Online publication date:

2024-10-03

Abstract

The annual increase of coal production and its demand lead to the necessity in temporary storage places (warehouses) organization to accommodate raw coal materials before the shipment. It is noted that at the open method of coal storing the dust emission from loading/unloading operations and from the pile surface effects negatively the health of the warehouse workers and adjacent territories. An alternative solution is closed-type warehouses . One of the main hazards of such coal storage can be the release of residual methane from coal segregates into the air after degassing processes during mining and extraction to the surface, as well as transportation to the place of temporary storage. The study carries the analysis of methane content change in coal during the processes of extraction, transportation and storage. Physical and chemical bases of mass transfer during the interaction between gas-saturated coal mass and air are studied. It is determined that the intensity of methane emission depends on: the coal seam natural gas content, parameters of mass transfer between coal, and air and the ambient temperature. The dynamics of coal mass gas exchange with atmospheric air is evaluated by approximate approach, which is based on two interrelated iterations. The first one considers the formation of methane concentration fields in the air space of the bulk volume and the second accounts the methane emission from the pile surface to the outside air. It is determined that safety of closed coal warehouses exploitation by gas factor can be ensured by means of artificial ventilation providing volumetric methane concentration in the air less than 1 %. The flow rate sufficient to achieve this methane concentration was obtained as a result of computer modeling of methane concentration fields formation in the air medium at theoretically calculated methane emission from the pile surface.

Keywords:

hard coal coal dust coal warehouse methane residual methane content hard coal transportation methane desorption effective diffusion coefficient

References

Корнев А.В., Спицын А.А., Займенцева Л.А., Зубко М.В. Исследование физико-химических свойств гидрогеля как средства пылевзрывозащиты и снижения запыленности в угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 9-1. С. 180-198. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_180
Overland I., Loginova J. The Russian coal industry in an uncertain world: Finally pivoting to Asia? // Energy Research & Social Science. 2023. Vol. 102. № 103150. DOI: 10.1016/j.erss.2023.103150
Коршунов Г.И., Сафина А.М., Каримов А.М. Исследование и анализ источников выделения респирабельной фракции пыли на угольных разрезах // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 10. С. 65-70. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-10-65-70
Новак А. ТЭК России сегодня и завтра: итоги и задачи // Энергетическая политика. 2024. № 1 (192). С. 6-13. DOI: 10.46920/2409 5516_2024_1192_6
Magomet R.D., Rodionov V.A., Soloviov V.B. Methodological Approach to Issue of Researching Dust-Explosion Protection of Mine Workings of Coal Mines // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019. Vol. 10. Iss. 2. P. 1154-1161.
Руш Е.А., Власова Н.В. Перспективные мероприятия, направленные на экологическую защиту при работе с углем на производственных участках терминально-складского комплекса // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2023. № 2 (78). С. 20-32. DOI: 10.26731/1813-9108.2023.2(78).20-32
Головина Е.И., Гребнева А.В. Управление ресурсами подземных вод на трансграничных территориях (на примере Российской Федерации и Эстонской Республики) // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 788-800. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.2
May Chan Myae Zaw, Alpatova P.N. Ambiguity in the Russian terminology of the energy industry // XLinguae. 2023. Vol. 16. Iss. 1. P. 60-69. DOI: 10.18355/XL.2023.16.01.05
Мазуренко О.И., Русинов И.А. Анализ современного состояния и перспектив развития морских угольных терминалов портов России // Транспортное дело России. 2020. № 4. С. 154-159.
Коршунов Г.И., Каримов А.М., Магомедов Г.С., Тюлькин С.А. Снижение аэротехногенного воздействия респирабельной фракции пыли на персонал карьера при проведении массовых взрывов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 7. С. 132-144. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_132
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
Васина Д., Рапопорт И., Тесленко И. Решение экологических проблем открытых угольных терминалов Владивостока // International Journal of Professional Science. 2021. № 6. С. 27-36.
Khokhlov S., Abiev Z., Makkoev V. The Choice of Optical Flame Detectors for Automatic Explosion Containment Systems Based on the Results of Explosion Radiation Analysis of Methane- and Dust-Air Mixtures // Applied Science. 2022. Vol. 12. Iss. 3. № 1515. DOI: 10.3390/app12031515
Кривопишина М.Е., Костенко Н.И. Рациональное оснащение терминала морского порта для экспортного угля // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2021. Т. 1. С. 86-90.
Qing-Wei Li, Yang Xiao, Cai-Ping Wang et al. Thermokinetic characteristics of coal spontaneous combustion based on thermogravimetric analysis // Fuel. 2019. Vol. 250. P. 235-244. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.04.003
Afanasev P.I., Makhmudov K.F. Assessment of the Parameters of a Shock Wave on the Wall of an Explosion Cavity with the Refraction of a Detonation Wave of Emulsion Explosives // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Iss. 9. № 3976. DOI: 10.3390/app11093976
Jinling Guo, Junlian Gao, Kejia Yan, Bo Zhang. Unintended mitigation benefits of China’s coal de-capacity policies on methane emissions // Energy Policy. 2023. Vol. 181. № 113718. DOI: 10.1016/j.enpol.2023.113718
Гридина Е.Б., Ковшов С.В., Антоненко Т.И., Мирошниченко А.К. Разработка пожарно-технических мероприятий по профилактике и ликвидации очагов самовозгораний бурого угля // Науковий Вiсник Нацiонального Гiрничого унiверситету. 2021. № 6. С. 96-101 (in English). DOI: 10.33271/NVNGU/2020-6/096
Гендлер С.Г., Степанцова А.Ю., Мозжанов Д.Б. Изменение газоносности углей при транспортировке до места временного хранения // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2024. Т. 8. № 2. С. 188-198 (in English). DOI: 10.33408/2519-237X.2024.8-2.188
Vasilenko T., Kirillov A., Islamov A. et al. Permeability of a coal seam with respect to fractal features of pore space of fossil coals // Fuel. 2022. Vol. 329. № 125113. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125113
Ли Х.У., Мащенко И.Д., Белавенцев Л.П., Шлапаков П.А. О петрографическом методе определения сорбционной способности углей // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2012. № 1. С. 31-44.
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. Vol. 10. Iss. 2. P. 1917-1929.
Kongar-Syuryun C., Klyuev R., Golik V. et al. Principles of Sustainable Development of Georesources as a Way to Reduce Urban Vulnerability // Urban Science. 2024. Vol. 8. Iss. 2. № 44. DOI: 10.3390/urbansci8020044
Dwivedi K.K., Chatterjee P.K., Karmakar M.K., Pramanick A.K. Pyrolysis characteristics and kinetics of Indian low rank coal using thermogravimetric analysis // International Journal of Coal Science & Technology. 2019. Vol. 6. Iss. 1. P. 102-112. DOI: 10.1007/s40789-019-0236-7
Литвинова Т.Е., Царева А.А., Полторацкая М.Е., Рудко В.А. Механизм и термодинамика процесса сорбции этилового спирта на активированном нефтяном коксе // Записки Горного института. 2024. Т. 268. С. 625-636.
Alpatova P.N., May Chan Myae Zaw The componential semantic reflection of Russian energy industry terms in scientific articles // Research Journal in Advanced Humanities. 2024. Vol. 5. Iss. 2. Р. 29-40. DOI: 10.58256/d498dh32
Мустафин М.Г. Моделирование геомеханического состояния массива горных пород при добыче метана из угольных пластов // Записки Горного института. 2015. Т. 216. С. 57-61.
Сикарев C.Н., Адамов Е.И., Смирнов С.Г. и др. Математическая модель поведения воздушных потоков на территории открытых угольных складов // Научные проблемы водного транспорта. 2020. № 62. С. 20-26. DOI: 10.37890/jwt.vi62.37
Гончаров Е.В., Цирель С.В. Геодинамические методы оценки распределения метана в каменноугольных месторождениях и мероприятия по интенсификации метанопритоков при скважинных методах дегазации // Записки Горного института. 2016. Т. 222. С. 803-808. DOI: 10.18454/PMI.2016.6.803
Safiullin R., Arias Z.P. Comprehensive Assessment of the Effectiveness of Passenger Transportation Processes using Intelligent Technologies // Open Transportation Journal. 2024. Vol. 18. № E26671212320514. DOI: 10.2174/0126671212320514240611100437
Гендлер С.Г., Василенко Т.А., Степанцова А.Ю. Экспериментальные исследования параметров массопереноса в каменных углях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 9-1. С. 135-148. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_135
Смирнов В.Г., Манаков А.Ю., Дырдин В.В. Энергия активации процесса разложения и образования гидратов метана в порах природного угля // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2014. № 3 (103). C. 24-28.
Гайдаров Б.А. Обзор основных характеристик экспериментальных методов измерения коэффициента диффузии метана угольных пластов // Труды Института геологии Дагестанского научного центра РАН. 2022. № 4 (91). С. 24-31. DOI: 10.33580/2541-9684-2022-91-4-24-31
Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей газов и их композиций. М.: Мир, 1968. 459 с.
Стариков Г.П., Юрченко В.М., Мельник Т.Н. и др. Активация диффузии метана в угле под воздействием изменяющихся механических и термодинамических параметров пласта // Физика и техника высоких давлений. 2019. № 3. С. 122-130.
Haoran Song, Baiquan Lin, Zheng Zhong, Ting Liu. Experimental study on methane diffusion kinetics in three typical metamorphic coals // Fuel. 2022. Vol. 311. № 122601. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122601
Шапошник В.А. Энергии активации ионообменных процессов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2022. Т. 22. № 5. С. 622-629. DOI: 10.17308/sorpchrom.2022.22/10683

Justification on the safe exploitation of closed coal warehouse by gas factor

Abstract

References

Similar articles