Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле
У роботі поданий засіб визначення коефіцієнта дифузії метану в копальному вугіллі з використанням ЯМР - вимірів. Проведено розрахунок дифузійних параметрів (коефіцієнта дифузії, енергії активації дифузійного процесу) для вугілля марки К шахти їм. О. Ф. Засядько. In work is presented way of the deter...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2003 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2003
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189849 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле / И.Н. Смоланов, Г.П. Стариков, Т.А. Василенко, В.В. Завражин, Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 151-156. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859561521037705216 |
|---|---|
| author | Смоланов, И.Н. Стариков, Г.П. Василенко, Т.А. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. |
| author_facet | Смоланов, И.Н. Стариков, Г.П. Василенко, Т.А. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. |
| citation_txt | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле / И.Н. Смоланов, Г.П. Стариков, Т.А. Василенко, В.В. Завражин, Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 151-156. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | У роботі поданий засіб визначення коефіцієнта дифузії метану в копальному вугіллі з використанням ЯМР - вимірів. Проведено розрахунок дифузійних параметрів (коефіцієнта дифузії, енергії активації дифузійного процесу) для вугілля марки К шахти їм. О. Ф. Засядько.
In work is presented way of the determination of the factor to diffusions me-is hidden in fossilized coal with use NMR-measurements. The Organized calculation diffusions parameter (the factor to diffusions, energy to activations diffusions process) for coal of the mark K mineas im. A.F. Zasyadko.
|
| first_indexed | 2025-11-26T15:50:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
С П О С О Б О П РЕ Д Е Л Е Н И Я К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А Д И Ф Ф У ЗИ И
М ЕТА НА В И С К О П А Е М О М В У ГЛ Е
инж. С м оланов И .Н . (Оперативный военизированный горноспасательный
отряд), к.т.н. С тариков Г.П., к .ф .-м .н. В асиленко Т.А., к.т.н. Завра-
жин В.В., асп. М ельников Д. В (ИФ ГП Н А Н Украины)
У робото поданий засоб визначення коефщоента дифузи метану в
копальному вуголло з використанням ЯМР - виморов. Проведено розрахунок
дифузшних параметров (коефщоента дифузи, енергоо активаци дифузойного
процесу) для вуголля марки К иоахти ом. О. Ф. Засядько.
Е У А Ш А Т К Ж М Е Т Н О Э ОЕ М Е Т Н А ^ Ш ЕЕ118К Ж С О Е Е Е 1С 1Е М
Ш Е 0 8 8 1 Б С О А Ь
8шо1апоу N.14., 81апкоу С .Р ., УахПепко Т .А ., 2 ау га /Ь ш У.У., апй Ме1-
гнкоу О.У.
1п \могк оз ргезепОед мау о/1Не де/егттаЧоп о/1Не /ас(ог (о йо//изоопз те-оз
НоМеп оп /оззШгей соа1 ыооИ изе ИМК-теазигетепСз. ТНе Ог%амгед са1си1а(ооп
сН//изоопз рагатеОег ((Не /ас(ог (о сИ//изоопз, епег%у (о ас(Ша(оопз до)/изоопз ргосезз)
/о г соа1 о/(Не тагк К топез от. А.Р. 7мзуадко.
В 60-70-х годах учеными разных стран были выполнены экспери
ментальные исследования динамики метановыделения из частиц углей
различных фракций, хорошо согласующиеся с предложенной ими теорией
для начальной стадии метановыделения. Интенсивность метановыделения
за пределами этого времени резко снижается, может продолжаться неде
лями и месяцами, и в рамки разработанной ранее теории не укладывается.
Основными характеристиками, определяющими выделение метана и
образование его опасной концентрации в подготовительных выработках,
являются концентрация метана в угольном веществе в закрытых и откры
тых порах, диффузия молекул метана из угля в воздушное пространство в
зависимости от температуры угля, ограниченное площадью подготови
тельной выработки. Каждый из перечисленных факторов в большей или
меньшей степени характеризует этот процесс, но определяют его, в основ
ном, диффузионные параметры угольного вещества. Рассмотрим выделе
ние метана из пласта пористого угольного вещества в ограниченное воз
душное пространство. Перемещение молекул метана в твердом растворе
происходит путем твердотельной диффузии [1, 2]. Покидая твердое тело,
молекулы газа переходят в воздушное пространство.
В основу метода расчета диффузионных параметров положен прин
цип определения количества метана в газонасыщенных образцах угля двух
фракций в процессе десорбции метана методом ЯМР.
Количество ядер водорода, входящих в адсорбированный метан и
151
структуру угля, измеряется на установке ЯМР РЯ2301 с напряженностью
магнитного поля не меньше 4,6 Гс и частотой от 17 до 20 кГц. При этом
стабильность напряженного поля и частоты должны быть не меньше 1 0 ' ,
амплитуда модуляции (0,88 ± 0 ,0 5 ) Гс, а приведенная погрешность не
больше 10%. Спектр ЯМР газонасыщенного угля (рис. 1) состоит из двух
линий [3]: широкой ЛЯт = (5,5 + 6,5) Гс и узкой Л Я , = (0,1 -1 ,2 ) Гс. Фор
ма спектральной линии ЯМР, образуемая ядрами водорода органической
части угля, должна иметь форму гауссовой кривой ( / 2), а ядрами водорода,
входящими в состав молекул метана, - лоренцевой ( / , ).
Рис. 1. Спектральная линия ЯМР в'угле: /, - интенсивность узкой линии,
образующаяся протонами водорода адсорбированного флюидом (метан,
вода); / 2 - интенсивность широкой линии, образующаяся протонами водо
рода в структуре угля; дНш - ширина структурной линии угля; М!у - ши
рина узкой линии от адсорбированного флюида.
Вспомогательными способами измерения являются устройство для
вакуумирования и насыщения угольных образцов метаном (рисунок 2 ),
термошкаф СНОП 5/3. 5-Н1 ( 7 ^ = 350°С, ЛТ - +0,1%), весы ВЛР второго
класса точности с погрешностью ± 1 , 0 мг, стеклянные ампулы диаметром
(6 -8 )-10 3 м, сита, кл. 0,25; 0,5; 2,0; 2,5 мм.
Из угольных проб, взятых с исследуемого участка пласта, отбирают
навески угля массой 180-200 г и измельчают с формированием двух фрак
ций с размером части К| = 0,25-0,5 и Кг = 2,0-2,5 мм и просеивают. Уголь
ные навески массой 40-50 г отбирают с сит 0,25 мм и 2,0 мм. После этого
производят квартование каждой фракции и из них отбирают по 20-25 г угля.
Отобранные фракции угля массой по 6 г засыпают в шесть емкостей
для насыщения метаном в установке, приведенной на рис.2. Угольные
пробы вакуумируют в течение 3 часов и насыщают метаном под давлением
10,0 МПа в течение 48 часов.
152
К 5
Рис. 2. Схема устройства для вакуумирования и насыщения угольных проб
метаном: 1 - канал подачи метана из транспортного баллона; 2 - линия вы
сокого давления; 3 - емкость предварительного набора газа (до 20 МПа); 4
- сорбционная ампула; 5 - линия низкого давления газа; 6 - канал подачи
метана в замерный узел и атмосферу; К1-К6 - краны; М1, М2 - образцовые
манометры (до 16 МПа); В - образцовый вакуумметр.
Газонасыщенные пробы угля каждой фракции последовательно из
влекаются из мегаллических баллонов, пересыпаются в стеклянные про
бирки объемом 2,5 см 3 и помещают в измерительный контур установки
ЯМР. После этого в течение 3 мин производится запись узкой и широкой
линий спектра ЯМР, определяющих количество резонирующих ядер про
тонов водорода, ответственных за структуру угля и содержание метана.
Поскольку содержание метана в пробе пропорционально площади
под узкой линией в спектре ЯМР, то исходное количество флюида в пробе
каждой фракции определяется по формуле:
АЗ
О )
где Д8 у„ Д8 Ш - площади узкой и широкой линий спектра ЯМР, соответ
ственно, см2; К - коэффициент пропорциональности,
После определения на установке ЯМР исходных значений содержа
ния метана в угольных пробах двух фракций они выдерживаются в течение
6 часов на воздухе, и производится повторная запись и определение оста
точного количества метана в угле - М (1) по формуле ( 1 ).
153
I' расчету коэффициента диффузии [4] принимается среднее значе-
количества метана, полученное по трем пробам для каждой фракции.
Коэффициент диффузии метана из угля рассчитывается по формуле:
р _ (2)
6 И п О -
<2г
где К.]д - размер фракций угля, м; I - время десорбции, сек; СЬ2 - отно
сительное изменение количества метана за время десорбции, соответст
вующее каждой фракции
Л К Р,с<-КР.(0
:
Я ,
А5.. (*)
ш / ср.исх.
Измерение необходимо производить при температуре -18-25°С. и
нормальном давлении.
Коэффициент диффузии с учетом температуры угольного массива
рассчитывается по формуле:
( _ ± )
О - О 0е' %Т (3)
где По - параметр диффузии, м2/сек и (Б 0 = 0 (е ^ ) '); Е - энергия акти
вации диффузии метана из угля, Дж/моль; К - универсальная газовая по
стоянная, Дж/моль град; Т - температура угольного массива, К.
Расчет энергии активации диффузии метана из угля производится по фор
муле:
Е = К Т' Т' - 1 п Х
Т\ -т 2 о 2
(4)
где Т |, Т 2 - температура, при которой определяются Б , и 0 2 (Т)=291-
298°К; Т 2 = 313°К-318°К); К. - универсальная газовая постоянная, Дж/моль
град.
При определении коэффициента диффузии 0 2 время десорбции ме
тана должно составлять 45 мин.
Были проведены эксперименты по определению коэффициента диф
фузии и энергии активации диффузионного процесса на угле марки К пла
ста т з 15 западной лавы ш. им. А.Ф. Засядько. Зависимость изменения
массы метана от времени десорбции для двух фракций угля представлены
на рис.З.
154
0 .2 5 -0 5 мм
время, мим
Рис.З. Зависимость изменения относительного количества метана от вре
мени десорбции для двух фракций угля.
Используя формулу (2) был рассчитан эффективный коэффициент диффу
зии для данной марки угля, который составил для начального участка
0=3,893- Ю' 10 м2/сек, для пологого участка О = 3 ,4 7 1 0 'и м2/сек. Такое рас
хождение объясняется присутствием в угле, как закрытых пор, так и от
крытых [5]. На начальном этапе дегазации фильтрация метана из открытых
пор значительна и вносит вклад в определяемые значения эффективного
коэффициента диффузии, существенно повышая его. Полученные средние
значения энергии активации диффузии метана из угля разных марок при
ведены в таблице 1 .
Таблица 1. Энергия активации диффузии метана из угля разных марок.
М арка угля д Г Ж К ОС Т А
Энергия
активации — Е,
Дж/моль
45663 41068 31866 25879 29236 32594 50194
Авторы выражают благодарность д.т.н., профессору Алексееву А.Д.
за ценные советы и замечания, высказанные при обсуждении результатов.
С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы
1. А.О.А1ехееу, Е.Р.Ре1<1тап, Т.А.УазПепко. АкегаПоп оГ тесЬапе ргеззиге
т гЬе с!огес1 роге8 ор ГоззП соа1з. Рие1, 79 (2000). -Р .939-943.
2. А.Д.Алексеев, Л.В.Ш евченко, Т.А.Василенко. Диффузионная прони
цаемость ископаемых углей. -В сб. «Вибротехнология», Одесса. -
1995. - С .9 2 - 102.
155
3. А.Б.А1ехесу, У.О.ПуизЬепко, УЛ.Кигуага. Соа1 т а з я я(а1е: ЫМЯ-
апа1у818 апс1 соп1го1. - Клеу: NаикоVа Б и тка . -1995. -222р. (моногра
фия).
4. А.Д.Алексеев, В.Е.Зайденварг, В.В.Синолицкий, Е.В.Ульянова. Ра
диофизика в угольной промышленности. - М.: Недра. - 1992. - 184 с.
5. А.Д.Алексеев, Т.А.Василенко, Е.В.Ульянова. Измерение закрытой по
ристости ископаемых углей. - Химия твердого топлива. М.: №3. -
1999. —С.39-45.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189849 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T15:50:19Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Смоланов, И.Н. Стариков, Г.П. Василенко, Т.А. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. 2023-04-27T18:56:27Z 2023-04-27T18:56:27Z 2003 Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле / И.Н. Смоланов, Г.П. Стариков, Т.А. Василенко, В.В. Завражин, Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 151-156. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189849 622.537.86 У роботі поданий засіб визначення коефіцієнта дифузії метану в копальному вугіллі з використанням ЯМР - вимірів. Проведено розрахунок дифузійних параметрів (коефіцієнта дифузії, енергії активації дифузійного процесу) для вугілля марки К шахти їм. О. Ф. Засядько. In work is presented way of the determination of the factor to diffusions me-is hidden in fossilized coal with use NMR-measurements. The Organized calculation diffusions parameter (the factor to diffusions, energy to activations diffusions process) for coal of the mark K mineas im. A.F. Zasyadko. Авторы выражают благодарность д.т.н., профессору Алексееву А.Д. за ценные советы и замечания, высказанные при обсуждении результатов. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле Evaluation method of methane diffusion coefficient in fossil coal Article published earlier |
| spellingShingle | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле Смоланов, И.Н. Стариков, Г.П. Василенко, Т.А. Завражин, В.В. Мельников, Д.В. |
| title | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| title_alt | Evaluation method of methane diffusion coefficient in fossil coal |
| title_full | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| title_fullStr | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| title_full_unstemmed | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| title_short | Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| title_sort | способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом в угле |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189849 |
| work_keys_str_mv | AT smolanovin sposobopredeleniâkoéfficientadiffuziimetanaviskopaemomvugle AT starikovgp sposobopredeleniâkoéfficientadiffuziimetanaviskopaemomvugle AT vasilenkota sposobopredeleniâkoéfficientadiffuziimetanaviskopaemomvugle AT zavražinvv sposobopredeleniâkoéfficientadiffuziimetanaviskopaemomvugle AT melʹnikovdv sposobopredeleniâkoéfficientadiffuziimetanaviskopaemomvugle AT smolanovin evaluationmethodofmethanediffusioncoefficientinfossilcoal AT starikovgp evaluationmethodofmethanediffusioncoefficientinfossilcoal AT vasilenkota evaluationmethodofmethanediffusioncoefficientinfossilcoal AT zavražinvv evaluationmethodofmethanediffusioncoefficientinfossilcoal AT melʹnikovdv evaluationmethodofmethanediffusioncoefficientinfossilcoal |