Фрикційні явища у вугільних шахтах: причини, наслідки та вплив на газодинамічні явища

Баранов, В., Антіпович, Я., Стефанко, С. (2023). Frictional phenomena in coal mines: reasons, consequences and influence on gas dynamic and thermal phenomena. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Геологія, 3(102), 5–9. https://doi.org/10.17721/1728-2713.102.01

Вугільні шахти є об'єктами підвищеної небезпеки, оскільки в них відбуваються динамічні, газодинамічні та термічні явища. Ці явища призводять до порушень робочого режиму, виведення з ладу гірничого обладнання, загибелі гірників, збільшення витрат на видобуток вугілля та інших наслідків. Мета статті – викласти результати досліджень умов утворення термічних ефектів у вугільних шахтах та причин їх появи, що має як наукову, так і прикладну актуальність. Проведені дослідження дали зрозуміти, що іскріння може виникати під дією як техногенних, так і природних чинників. Фрикційні явища, що призводять до термодинамічних ефектів, зафіксовані в багатьох шахтах і країнах світу. Основна частина вибухів і спалахів метану відбувається при фрикційному іскрінні порід, що містять сульфіди, тому що останні продукують іскри досить високої температури, здатної призводити до займання горючих газів, а також виділення сірководню, що має малу температуру займання. У світовій практиці описано випадки займання горючих матеріалів під час посадки покрівлі за відсутності вугілля. Англійські дослідники зробили висновок, що суміш метан-повітря може спалахувати від іскри, що утворюється під час тертя пісковику об пісковик або аргіліту о пісковик. За літературними даними, займання горючих матеріалів і вугілля може відбуватися: внаслідок викидів та вибухів, ініційованих обваленням порід при посадці; коли іскровий розряд виникає у кварці при трибо- або п'єзоефекті; через присутність піриту у вугіллі або породах; при піроефекті; у разі виникнення електректності вугілля. На мікрорівні у кварцових зернах пісковиків установлено утворення статичних зарядів дислокаціями, які декоруються пилом. Особливо сильний ефект може виникати за наявності в повітрі крім метану монооксиду вуглецю, водню, сірководню та ацетилену. Встановлено збільшення іскріння при фрикційному терті кварцу у присутності вугільного пилу. Наявність газових включень у пісковику у разі зсувних деформацій призводить до появи додаткових концентрацій вуглеводнів. Унаслідок контакту такої суміші з розігрітою областю виникає короткочасний малий спалах, що і є іскрою.