Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника
Проведено дослідження десорбції метану з викидонебезпечного пісковика пласта h′6 «Смоляниновський» шахти ім. О.О. Скочинського з урахуванням термообробки. Methane desorption from sandstone of the coal seam h′6 «Smolyaninoskiy», Skochinskogo mine, was studied in various temperature conditions....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12557 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника / Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Д.В. Мельников, А.Н. Бойко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 108-112 . — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859921725278388224 |
|---|---|
| author | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Бойко, А.Н. |
| author_facet | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Бойко, А.Н. |
| citation_txt | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника / Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Д.В. Мельников, А.Н. Бойко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 108-112 . — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проведено дослідження десорбції метану з викидонебезпечного пісковика пласта h′6 «Смоляниновський» шахти ім. О.О. Скочинського з урахуванням термообробки.
Methane desorption from sandstone of the coal seam h′6 «Smolyaninoskiy», Skochinskogo mine, was studied in various temperature conditions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:07:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
УДК 622.537.86
Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Д.В. Мельников, А.Н. Бойко
СОРБЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫБРОСООПАСНОГО
ПЕСЧАНИКА
ИФГП НАН Украины
Проведено дослідження десорбції метану з викидонебезпечного пісковика пла-
ста h′6 «Смоляниновський» шахти ім. О.О. Скочинського з урахуванням термо-
обробки.
Ключовi слова: шахта, енергія активації десорбції метану, ЯМР-спектроскопія,
пісковик, поруватість
G.P. Starikov, V.V. Zavrazhin, D.V. Melnikov, A.N. Boyko
SORPTION STUDY OF THE OUTBURST HAZARDOUS SANDSTONE
Methane desorption from sandstone of the coal seam h′6 «Smolyaninoskiy», Skochin-
skogo mine, was studied in various temperature conditions.
Keywords: coal mine, activation energy, methane desorption, NMR-spectroscopy, sand-
stone, porosity
С переходом горных работ на большие глубины значительно усложняют-
ся горно-геологические условия, определяющие физико-механические и
коллекторские свойства угольных пластов и вмещающих пород. Особенно
это относится к мощным слоям песчаника с кварцевым цементом, склонным
к газодинамическим явлениям.
Основной характеристикой песчаников как коллекторов газов является
открытая пористость, находящаяся в пределах 5,8–3,5% [1]. Средние значе-
ния открытой пористости у выбросоопасных песчаников составляют 8%, у
невыбросоопасных – 5%. Кроме этого, выбросоопасные песчаники характе-
ризуются полидисперсной структурой с максимумами в области микропор,
переходных пор и субмакропор. Объем микропор изменяется от 8,4 до
41,0% общего объема пор; основной объем занимают переходные поры
(21,7–49,6 %) и субмакропоры (11,6–49,1%) [2].
Газопроницаемость песчаников, определяемая по наслоению, состав-
ляет 0,1–654,2 мД. Она закономерно изменяется в региональном плане в
соответствии с изменением открытой и абсолютной пористости. Автора-
108
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
ми [3] установлено, что газопроницаемость песчаников в районах разви-
тия углей марок Д-Г, Г, Ж, К находится в корреляционной связи с глуби-
ной залегания. Между открытой пористостью и газопроницаемостью не-
зависимо от стадии этих эпигенетических изменений также выявлена
корреляционная связь.
В газах выбросоопасных песчаников содержатся, %: метан – 83,8–95,1;
тяжелые углеводороды – 2,1–2,3; азот – 3,2–12,8; углекислый газ – 0,04–1,5;
гелий – 0,08–0,12; аргон – 0,05–0,12. В отдельных пробах имеется водород –
0,10–0,12 % [4].
Влажность песчаника при температуре высушивания 60°С колеблется от
0,40 до 1,62 %. Не опасные по выбросам песчаники содержат в 2 раза боль-
ше влаги, чем выбросоопасные. Оценка степени насыщения различных пес-
чаников влагой и газом позволила установить, что в выбросоопасных песча-
никах всегда более 40% порового пространства занято газом [5].
Метаноемкость песчаников увеличивается с ростом давления (при 3 МПа и
30°С колеблется в пределах 0,05–0,95 мл/г породы), причем она значительно
выше в выбросоопасных песчаниках. Эти песчаники характеризуются и повы-
шенной потенциальной метаноемкостью, значения которой при давлении 3 МПа
для опасных и неопасных песчаников равны соответственно 1,13 и 0,88 мг/г
породы. Природная газоносность песчаников в выбросоопасных зонах состав-
ляет в среднем 2,6 ± 0,4 м3/т, в невыбросоопасных – 0,7 ± 0,4 м3/т [5].
Целью настоящей работы было изучение коллекторских свойств выбро-
соопасных песчаников с кварцевым цементом. Для исследований были ото-
браны пробы с полевого вспомогательного уклона №2 УПЦП, гор. 1024 м,
ПК 17 (178 м), разрабатываемого в пределах основной почвы пласта h ′6
«Смоляниновский» шахты им. А.А. Скочинского.
Вмещающие породы представлены песчаником кварцевым, светло-
серым, крепостью f = 8–9, от мелко- до среднезернистого, слюдистым, с го-
ризонтальной и косой слоистостью, с неповсеместным развитием тонких
(0,3–0,5 м) прослоев песчаного сланца и углистых прослоев мощностью 0,2 м.
Гипсометрия слоя пород относительно выдержана. Содержание SiO2 в
песчанике – 65%. Температура горных пород 47–48°С.
Для определения количества фи-
зически и химически связанной вла-
ги были подготовлены образцы пес-
чаника размером 0,4–0,5 мм. Образ-
цы высушивали в течение 1 ч при
нескольких температурах, °С: 50,
100, 150, 250, 500, 700. Результаты
представлены на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость потери влаги песча-
ником от температуры для шахты им.
А.А. Скочинского
Как видно из графика, потеря
влаги при воздействии температуры
до 500°С имеет линейный характер.
С повышением температуры наблю-
109
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
дается резкое увеличение потери массы. Это возможно за счет выхода кри-
сталлизационной влаги.
Для контроля степени высушивания были записаны спектры ЯМР-1Н вы-
бросоопасного песчаника для каждой из температур нагревания (рис. 2). Из
анализа полученных спектров установлено уменьшение амплитуды от 0,56
до 0,32 В и увеличение ширины широкой линии от 2,7 до 5,9 Э (запись спек-
тров проводили при равных условиях).
Поскольку газодинамическая активность песчаников определяется степенью
его метанонасыщения и кинетикой газовыделения, были проведены исследова-
ния десорбции метана из образцов с естественной влажностью, а также из об-
разцов, высушенных при температурах Т = 250 и 700°С, после насыщения их
метаном при давлении 10,0 МПа в течение 10 сут. На рис. 3 представлены зави-
симости изменения содержания метана от времени десорбции при температу-
рах Т = 20 и 50°С и фракциях угля r1 = 0,4–0,5 мм и r2 = 2,0–2,5 мм.
а б
в г
Рис. 2. Спектры ЯМР-1Н выбросоопасного песчаника шахты им. А.А. Скочинского
при разных температурах Т, °С: а – 25; б – 250; в – 500; г – 700
Рис. 3. Десорбция метана из песчаника
(исходный образец): при Т = 20°С
(светлые символы) и Т = 50°С (зачер-
ненные символы); ■, □ – r1 = 0,4–0,5 мм;
○, ● – r2 = 2,0–2,5 мм
110
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
На основе полученных результатов кинетики десорбции метана из песча-
ника были рассчитаны значения эффективных коэффициентов массоперено-
са в зависимости от температуры обработки и времени для исходного образ-
ца и образцов, обработанных при Т = 250 и 700°С (рис. 4).
а б
Рис. 4. Эффективный коэффициент мас-
сопереноса метана из породы при ком-
натной температуре (■) и при Т = 60°С
(○): а – исходный образец; б, в – образцы,
обработанные при температурах соответ-
ственно 250 и 700°С
в
В ходе исследований установлена зависимость энергии активации выхода
метана Е от температуры обработки образцов (рис. 5,а). Из графика видно,
что изменение величины Е носит линейный характер. С ростом температуры
энергия активации выхода метана из породы уменьшается.
При обработке образцов песчаника высокой температурой (Т > 500°С) от-
крытая пористость песчаника возрастает в 2,5–3,5 раза и соответственно по-
вышается потенциальная метаноемкость (рис. 5,б). Замечено увеличение в
3,5 раза количества метана в образце после температурной обработки по
сравнению с исходным.
а б
Рис. 5. Зависимость энергии активации выхода метана из породы (а) и количества
метана в породе (б) от температуры обработки
111
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
ВыводыПри сравнении исходного образца и образца, высушенного при
700°С, установлено, что амплитуда спектров ЯМР песчаника уменьшается в
среднем в 1,7 раза, а ширина широкой линии увеличивается в 2 раза, что со-
ответствует выходу кристаллизационной влаги.
Обнаружено уменьшение энергии активации образцов выбросоопасного
песчаника с 40 кДж/моль при Т = 25°С до 1,8 кДж/моль при Т = 700°С.
Определена потенциальная метаноемкость для песчаника шахты
им. А.А. Скочинского, составляющая для исходного образца 1,6 м3/т, для
образца, обработанного температурой 700 ºС, – 5,6 м3/т.
Работа выполнена в рамках проекта УНТЦ № 4202.
1. Абрамов Ф.А., Шевелев Г.А. Свойства выбросоопасных песчаников как породы-
коллектора. – К.: Наук. думка, 1972. – 98 с.
2. Забигайло В.Е., Моссур Е.А. Минералогический состав, структура и текстура
выбросоопасных песчаников Донбасса. – В кн.: Вопросы теории выбросов угля,
пород и газа. – К.: Наук. думка, 1973. – С. 308–320.
3. Потураев В.Н., Зорин А.Н., Забигайло В.Е. и др. Прогноз и предотвращение вы-
бросов пород и газа. – К.: Наук. думка, 1986. – 160 с.
4. Забигайло В.Е., Кудельский В.В. Современное состояние изученности геологи-
ческих условий проявления выбросов пород в глубоких шахтах Донбасса. – В
кн.: Выбросы породы и газа. – К.: Наук. думка, 1971. – С. 70–76.
5. Забигайло В.Е., Рудометов Б.П., Лукинов В.В. Соотношение влага–газ в порах
пород как показатель их выбросоопасности // Техника безопасности, охрана
труда и горноспасат. дело. – 1973. – № 3. – С. 25–26.
6. Смоланов И.Н., Стариков Г.П., Василенко Т.А., Завражин В.В., Мельников Д.В.
Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом угле // Фи-
зико-технические проблемы горного производства: сб. науч. тр. / НАН Украи-
ны, Институт физики горных процессов. – 2003. – Вып. 6. – С. 151–156.
Статья поступила в редакцию 19 сентября 2008 года
112
Выводы
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-12557 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:07:25Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Бойко, А.Н. 2010-10-13T13:31:14Z 2010-10-13T13:31:14Z 2009 Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника / Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Д.В. Мельников, А.Н. Бойко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 108-112 . — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12557 622.537.86 Проведено дослідження десорбції метану з викидонебезпечного пісковика пласта h′6 «Смоляниновський» шахти ім. О.О. Скочинського з урахуванням термообробки. Methane desorption from sandstone of the coal seam h′6 «Smolyaninoskiy», Skochinskogo mine, was studied in various temperature conditions. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Прогноз и управление состоянием горного массива Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника Sorption study of the outburst hazardous sandstone Article published earlier |
| spellingShingle | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника Стариков, Г.П. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Бойко, А.Н. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| title_alt | Sorption study of the outburst hazardous sandstone |
| title_full | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| title_fullStr | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| title_full_unstemmed | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| title_short | Сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| title_sort | сорбционные исследования выбросоопасного песчаника |
| topic | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12557 |
| work_keys_str_mv | AT starikovgp sorbcionnyeissledovaniâvybrosoopasnogopesčanika AT zavražinvv sorbcionnyeissledovaniâvybrosoopasnogopesčanika AT melʹnikovdv sorbcionnyeissledovaniâvybrosoopasnogopesčanika AT boikoan sorbcionnyeissledovaniâvybrosoopasnogopesčanika AT starikovgp sorptionstudyoftheoutbursthazardoussandstone AT zavražinvv sorptionstudyoftheoutbursthazardoussandstone AT melʹnikovdv sorptionstudyoftheoutbursthazardoussandstone AT boikoan sorptionstudyoftheoutbursthazardoussandstone |