Change of coal’s gas content during transportation to the temporary storage

Семен Григорьевич Гендлер; Анастасия Юрьевна Степанцова; Дмитрий Борисович Мозжанов

doi:10.33408/2519-237X.2024.8-2.188

Авторы

Семен Григорьевич Гендлер Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II»; 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21-я линия, 2 https://orcid.org/0000-0002-7721-7246
Анастасия Юрьевна Степанцова Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II»; 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21-я линия, 2 https://orcid.org/0000-0002-5027-4742
Дмитрий Борисович Мозжанов Россия, Санкт-Петербург https://orcid.org/0009-0003-2112-5785

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.8-2.188

Ключевые слова:

каменный уголь, транспортировка каменного угля, газоносность угольных пластов, остаточная газоносность, метан, предельно-допустимая концентрация, угольный склад, временное хранение угля

Аннотация

Цель. Установление взаимосвязи между остаточной газоносностью углей, размещаемых на временное хранение в закрытых угольных складах, относительно начальной газоносности в природных условиях, зависящей от продолжительности транспортировки и метеорологических условий во время транспортирования угольной массы по железной дороге, и количеством воздуха, обеспечивающим при проветривании закрытого склада нормативную концентрацию метана.

Методы. Анализ процесса транспортировки углей от места добычи до их временного складирования, учитывающего время транспортировки, тип вагонов и значение температуры наружного воздуха; экспериментальное определение коэффициента эффективной диффузии метана из угольных отдельностей; теоретические исследования динамики температурных полей в угольной массе, находящейся в железнодорожных вагонах; расчетный анализ динамики газоносности углей во время транспортировки и взаимосвязи остаточной газоносности с расходом воздуха для проветривания закрытого угольного склада.

Результаты. В работе представлены результаты исследований изменения метаноносности угля в процессе добычи, извлечения его на поверхность и последующей транспортировки железнодорожным способом до мест временного хранения на основе оценки влияния физико-химических свойств угля, в частности эффективного коэффициента диффузии, а также средней температуры окружающей среды. Показано, что значение эффективного коэффициента диффузии, зависящее от времени транспортировки угля и его среднего диаметра частиц, увеличивается при повышении средней температуры угольной массы. На основе приближенного метода Бубнова – Галеркина получена средняя температура угольной массы на единицу объема за период транспортировки. Остаточная газоносность угля после транспортировки вычислена как разница между величиной газоносности после его погрузки в вагоны и газоносностью после доставки угля к месту временного хранения. Установлена взаимосвязь между величиной остаточной газоносности углей и расходом воздуха, необходимым для проветривания закрытого склада.

Область применения исследований. Результаты исследования могут быть использованы для обеспечения метанобезопасности при временном хранении угольного сырья на закрытых складах.

Биографии авторов

Семен Григорьевич Гендлер, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II»; 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21-я линия, 2

кафедра безопасности производств, заведующий кафедрой; доктор технических наук, профессор

Анастасия Юрьевна Степанцова, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II»; 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21-я линия, 2

кафедра безопасности производств, аспирант

Дмитрий Борисович Мозжанов, Россия, Санкт-Петербург

cпециалист в области горного дела

Библиографические ссылки

Potekhina A.M., Potekhina A.M., Dekanova N.P. Perspective volumes of cargo transportation at the Eastern polygon up to 2030. Proc. of VII All-Russian scientific-practical conf. «Modern Russian science: current issues, achievements and innovations», Penza, March 15, 2024. Penza: Nauka I Prosveshchenie, 2024. Pp. 17–21. (rus). EDN: https://elibrary.ru/CAUCXR.

Krivopishina M.E. Rational equipment of the seaport terminal for export coal. Scientifically technical and economical cooperation in Asia-Pacific countries in the 21st century, 2021. Vol. 1. Pp. 86–90. (rus). EDN: https://elibrary.ru/GOGGJT.

Cherepanov R.Yu., Solov'ev A.S. Environmental safety at the coal terminal in the port of Vanino. Proc. of X All-Russian (with international participation) scientific-technical conf. of young researchers «Actual problems of construction, housing and communal services and technosphere safety», Volgograd, April 24–29, 2023. Volgograd State Technical University, 2023. Pp. 319–320. (rus). EDN: https://elibrary.ru/GNVHYJ.

Kostyunichev D.N., Otdelkin N.S. Assessment of the meshed screens operability to reduce dust emissions of bulk cargo from the ports open warehouses. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S.O. Makarova, 2024. Vol. 16, No. 1. Pp. 55–63. (rus). DOI: https://doi.org/10.21821/2309-5180-2024-16-1-55-63. EDN: https://elibrary.ru/KKAQND.

Rodionov V.A., Tursenev S.A., Skripnik I.L., Ksenofontov Y.G. Results of the study of kinetic parameters of spontaneous combustion of coal dust. Journal of Mining Institute, 2020. Vol. 246. Pp. 617–622. (rus). DOI: https://doi.org/10.31897/PMI.2020.6.3. EDN: https://elibrary.ru/AWHZJW.

Rush E.A., Vlasova N.V. Promising measures aimed at environmental protection when working with coal at the production sites of the terminal and storage complex. Modern Technologies. System analysis. Modeling, 2023. No. 2 (78). Pp. 20–32. (rus). EDN: https://elibrary.ru/EFGFKC.

Al'mukhametova S.G. Transition of open coal stockpiles to closed ones as a solution to the problem of dust emissions into the environment. Proc. of XIX Youth intern. scientific-practical conf. of students and young scientistsоn «Step into the future: theoretical and applied researches of modern science», St. Petersburg, May 19-20, 2020. Morrisville, NC, USA: Lulu Press, 2020. Pp. 25–28. (rus). EDN: https://elibrary.ru/MDUDDQ.

Tankov A.M., Salikhov V.A. Assessment of the impact on the environment of coal storage conditions in open and closed coal warehouses in Kuzbass [Electronic resource]. Proc. of XIX Intern. scientific-practical conf. «Natural and intellectual resources of Siberia. Sibresurs 2022», Kemerovo, November 23–24, 2022. Kemerovo: T.F. Gorbachev State Technical University, 2022. Article 116. 5 p. (rus). EDN: https://elibrary.ru/DZPLFS.

Gendler S.G., Vasilenko T.A., Stepantsova A.Yu. Investigation of mass transfer of hard coal during its transportation to the place of temporary storage. Mining information and analytical bulletin, 2023. No. 9-1. Pp. 135–148. (rus). DOI: https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_91_0_135. EDN: https://elibrary.ru/KLQAFM.

Guo J., Gao J., Yan K., Zhang B. Unintended mitigation benefits of China's coal de-capacity policies on methane emissions. Energy Policy, 2023. Vol. 181. Article 113718. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2023.113718.

Vasilenko T.A., Islamov A.H., Kirillov A.K., Doroshkevich A.S. Investigation of the hierarchical structure of pores of fossil coals by non-destructive methods. Mining information and analytical bulletin, 2018. No. S49. Pp. 33–48. (rus) DOI: https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-11-49-33-48. EDN: https://elibrary.ru/YSTLRR.

Starikov G.P., Yurchenko V.M., Mel'nik T.N., Khudoley O.G., Kravchenko A.V. Activation of methane diffusion in coal under varied mechanical and thermodynamical parameters of a coal seam. Physics and High Pressure Technology, 2019. Vol. 29, No 3. Pp. 122–130. EDN: https://elibrary.ru/SZNRTE.

Churashev V.N. Prospects for transportation of coal of Siberian deposits. ECO, 2015. No. 5. Pp. 82–98. (rus). EDN: https://elibrary.ru/TRSNPR.

Astafurov N.A. Coal transportation in Russia. Scientific forum. Siberia, 2015. No 1. Pp. 84–85. (rus). EDN: https://elibrary.ru/VXEDML.

Vasilenko T.A., Kirillov A.K., Molchanov A.N., Pronskii E.A. An NMR study of the ratio between free and sorbed methane in the pores of fossil coals. Chemistry of Solid Fuel, 2018. Vol. 52, No. 6. Pp. 361–369. DOI: https://doi.org/10.3103/S0361521918050087. EDN: https://elibrary.ru/JPANAG.

Gaidarov B.A. Review of the key characteristics of experimental methods for coalbed methane diffusion coefficient measurment. Trudy Instituta geologii Dagestanskogo nauchnogo centra RAN, 2022. No. 4 (91). Pp. 24–31. (rus). DOI: https://doi.org/10.33580/2541-9684-2022-91-4-24-31. EDN: https://elibrary.ru/UOBFYT.

Fel'dman E.P., Vasilenko T.A., Kalugina N.A. Physical kinetics of coal-methane system: mass transfer, pre-outburst events. Journal of Mining Science, 2014. Vol. 50, No 3. Pp. 448–464. DOI: https://doi.org/10.1134/S1062739114030077. EDN: https://elibrary.ru/XNLHZZ.

Kudryakov O.V., Varavka V.N., Arefeva L.P. Engineering-physical method for determining the thermal conductivity of objects with micrometric thickness and a complex structure. Safety of Technogenic and Natural Systems, 2023. Vol. 7, No. 2. Pp. 80–89. (rus). DOI: https://doi.org/10.23947/2541-9129-2023-7-2-80-89. EDN: https://elibrary.ru/ETRLSY.

Gribovskiy G.V., Shuplyakov M.Yu. Review of methods for determination of heat exchange coefficient for different surfaces under MMG conditions. Proc. of Sixth conference of geocryologists of Russia «Monitoring in Cryolite Zone» with participation of Russian and foreign scientists, engineers and specialists. Lomonosov Moscow State University, June 14-17, 2022. Moscow: Dobrosvet, 2022. Pp. 595–599. (rus). EDN: https://elibrary.ru/FQSKIT.

Balalayev A.N., Mokshanov A.S., Parenyuk M.A. Thermal properties of carriages and containers made of extruded aluminum panels. Transport of the Russian Federation, 2014. No. 1 (50). Pp. 58–60. (rus). EDN: https://elibrary.ru/SCCIIV.

Sukhoterin M.V., Sosnovskaya A.A., Pizhurina N.F. Shear buckling of ship structures rectangular elements. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S.O. Makarova, 2023. Vol. 15, No. 6. Pp. 1054–1065. (rus). DOI: https://doi.org/10.21821/2309-5180-2023-15-6-1054-1065. EDN: https://elibrary.ru/UWSTSW.