Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении
Здійснена оцінка впливу виду напруженого стану на сорбційні властивості вугілля при його руйнуванні в умовах об'ємного нерівно-компонентного стиснення. The effects of stress condition on sorption properties of coal are determined for the case of coal fracture under true triaxial compression....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190012 |
| 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: | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении / В.Н. Ревва, Е.В. Ульянова, Л.Л. Бачурин, И.Е. Кольчик // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859767708490399744 |
|---|---|
| author | Ревва, В.Н. Ульянова, Е.В. Бачурин, Л.Л. Кольчик, И.Е. |
| author_facet | Ревва, В.Н. Ульянова, Е.В. Бачурин, Л.Л. Кольчик, И.Е. |
| citation_txt | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении / В.Н. Ревва, Е.В. Ульянова, Л.Л. Бачурин, И.Е. Кольчик // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Здійснена оцінка впливу виду напруженого стану на сорбційні властивості вугілля при його руйнуванні в умовах об'ємного нерівно-компонентного стиснення.
The effects of stress condition on sorption properties of coal are determined for the case of coal fracture under true triaxial compression.
|
| first_indexed | 2025-12-02T05:47:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика угля и горных пород
УДК 539.375: 622.537.86
ВЛ И Я Н И Е ВИ ДА Н А П Р Я Ж Е Н Н О Г О С О С ТО Я Н И Я НА Ф А ЗО В О Е
С О С Т О Я Н И Е М ЕТА Н А В УГЛ Е ПРИ ЕГО РА ЗРУ Ш ЕН И И
д.т.н . Ревва В .Н ., к .ф .-м .н. У льянова Е.В., инж. Бачурин Л .Л ., асп.
К ольчик П.Е. (ИФГП НАН Украины)
Здшснена оценка впливу виду напруженого стану на сорбцИ<н1 властивос-
т1 вугшля при його руйнуванш вумовах об ’емного неравно- компонентного с тис
нения
НМГЕБЕМСЕ О Р ТУРЕ О Р Т Н Е Т Е № Е 5Т А Т Е ОN ТН Е РН А 5Е
8Т А Т Е О Г М Е Т Н А К Е Ш С 01Ш Е К АТ Н15 Д О Л Т Ш С ’Л О У
К с у у я У.ГУ, Ш’уапоуа Е.У., ВасЬипп Е.Е., Ко1сЫк ЕЕ
ТИе е//ес1з о/$1гезз сопйШоп оп зогрНоп ргореШез о / соа1 аге с1е1егтте<1 (о,
1ке сазе о /соа1 / гасШге ыпдег 1гие !г1ах1а1 сотргезз1оп.
Горные породы, в отличие от других твердых тел, имеют свои спе
цифические особенности, связанные с дефектностью, неоднородностью,
гетерогенностью среды и действием в горном массиве, особенно в окрест
ности горных выработок, неравнокомпонентного объемного поля сж и
мающих напряжений.
При разработке способов прогноза и управления состоянием горного
массива необходимо учитывать указанные особенности горных пород.
Болыиое влияние на физико-механические свойства угля оказывают
флюиды, в том числе метан, находящийся в нем в разном фазовом состоя
нии. Поскольку уголь в массиве находится в условиях неравнокомпонент
ного объемного сжатия весьма актуальным является исследование влияния
неравнокомпонентности напряженного состояния, характеризуемой видом
напряженного состояния ц о (параметр Лоде-Надаи), на фазовое состояние
метана в нем при разрушении.
В результате экспериментальных исследований образцов углей на
установке неравнокомпопентного трехосного сжатия УН'ГС [1] были уста
новлены закономерности изменения вида деформационного состояния
/ X / X". — Р- ГГ. — ГГ.
1
ХЬ1
- 1 от вида напряженного состояния р а = 2
'з у
при их разрушении в условиях неравнокомпонентного объемного сжатия,
где впервые установлена нелинейность в зависимости р Е от р о (рис. 1) [2].
Также было установлено, что в условиях объемного неравнокомпонентно
го сжатия углей наименее энергоемким является обобщенный сдвиг, а
обобщенный отрыв энергетически невыгоден.
Флюиды, находящиеся в перовом пространстве углей, оказывают
физико-механическое и чисто механическое влияние на их прочность и
пластичность.
92
Физика угля и горных пород
Рис. 1. Зависимость вида деформационного состояния от вида на
пряженного состояния при разрушении образцов углей на УНТС: 1 — тео
ретическая прямая; 2 — при нагружении; 3 — при разгрузке.
Физико-химическое влияние (эффект Ребиндера) [3 - 5] объясняется
адсорбцией флюида на внутренних поверхностях, что приводит к умень
шению свободной энергии на границе фаз. Уменьшение поверхностной
шергии понижает параметр прочности в связи с пластической деформаци-
< и обусловленной скоплением дислокаций на границах кристалл — флюид.
11ластифицирование вызывается облегчением выхода дислокаций на по
верхность, охрупчивание - блокированием дислокаций, выходящих на по-
|ц рхность или к границе трещин.
Адсорбция неполярных адсорбатов, в том числе метана, происходит
н наиболее активных центрах (оборванных связях). На поверхности твер
дых тел обнаруживаются все углеродно-водородные фрагменты отвечаю
щие различным степеням диссоциации метана [6]
СН, СН3 + Н -» СН2 + 2Н -► СН + ЗН.
Молекулы, участвующие в физической адсорбции за счет сил Ван
дер-Ваальса, никогда не диссоциируют, поэтому можно предположить, что
метан может также хемсорбироваться на поверхности угля.
Наряду с физико-химическим эффектом в этих же условиях проявля
ется и механический эффект давления поровых флюидов, наиболее резко
влияющий на деформацию углей. При внешнем сжатии уменьшение объе
ма пор приводит к возникновению давления флюида, которое действует
перпендикулярно поверхности зерен. Давление порового флюида умень
шает нормальное напряжение, но не оказывает влияния на касательные на
пряжения, что, в конечном счете, приводит к охрупчиванию среды.
Для оценки влияния вида напряженного состояния на фазовое со-
пояние метана в угле при его разрушении на УНТС были проведены экс
93
периментальные исследования по деформированию образцов углей марки
КЖ (шахта им. А.Ф. Засядько, пласт т 3, гор. 1300 м) при объемном нерав
нокомпонентном сжатии вплоть до их разрушения При этом моделирова
лось два вида напряженного состояния — обобщ енное сжатие и обобщ ен
ный сдвиг.
Пробы разрушенного материала угольных образцов, на которых мо
делировались разные виды нагряженного состояния, помещались в систе
му высокого давления (СВД). СВД состоит из баллона с метаном емкостью
2 л, манометра и контейнеров высокого давления, в которые помещаются
стеклянные ампулы. Контейнеры изготовлены из бериллиевой бронзы с
уплотнением из фторопласта. В баллоне находится очищенный сухой ме
тан под давлением 8 МПа. Для сравнения исследования производились на
образцах углей, которые не подвергались разрушению при объемном не
равнокомпонентном сжатии. Исследуемые угли измельчались до фракций
0 , 1 - 1 мм и высушивались при Т = 110° С в течение 1 часа. Затем каждую
пробу угля засыпали в стеклянную пробирку диаметром 10 мм и помещали
в СВД, позволяющую регулировать давление насыщающего газа (метана) в
пределах 0 , 1 - 8 МПа.
Затем, используя насос ВН -461, СВД подвергали вакуумированию в
течение получаса, что исключало влияние кислорода, адсорбированного на
угольных образцах. После этого пробы углей насыщались метаном при
давлении 4 МПа в течение 10 дней. Далее пробы поочередно помещались в
контур ЯМР - спектрометра широких линий. По уменьшению интенсивно
сти узких линий I) спектрометров ЯМР можно проследить скорость д е
сорбции метана из образцов углей [7]. Интенсивность широких линий 12
спектров ЯМР углей для данной марки оставалась неизменной. Зависи
мость — от времени характеризует скорость десорбции исследуемых об
2̂
разцов (рис. 2). Откуда видно, что максимальное количество метана сорби
рует уголь не подверженный действию объемного неравнокомпонентного
сжатия. Скорость его десорбции невелика - за сутки уголь геряет около 35
% сорбированного метана. Уголь после разрушения в условиях объемного
неравнокомпонентного сжатия при виде напряженного состояния, соответ
ствующему обобщ енному сжатию, сорбирует только 85 % метана (по
сравнению с исходным углем) и за сутки теряет около 55 % метана. После
разрушения угля при виде напряженного состояния, соответствующему
обобщ енному сдвигу, он обладает минимальной сорбционной способно
стью: сорбирует только 60 % метана (по сравнению с сорбированным ме
таном в исходном угле), а десорбирует за сутки 65 % метана (по сравне
нию с первоначально сорбированным количеством) [8].
Таким образом, сорбционная способность угля, подверженного раз
рушению в условиях объемного неравнокомпонентного поля сжимающих
напряжений при виде напряженного состояния, соответствующем сдвигу,
наименьшая, а скоростс десорбции - наибольшая. Изменение сорбционных
свойств угля после разрушения позволяет сделать вывод о том, что в его
структуре происходят изменения не только на макро-, но и на микроуровне
- происходит уменьшение сорбционных центров. Наибольшее изменение в
Физика угля и горных пород
94
Физика угля и горных пород
I,
2,5
2
1,5
0,5
0
О 2 3 4 5 6 Время,
час
Рис, 2. Зависимость от времени отношения интенсивностей линий
, нектров ЯМР метанонасыщенных образцов углей: 1 - исходный уголь (не
деформированный); 2 - после обобщ енного сжатия; 3 - после обобщ енного
сдвига.
структуре углей при разрушении его в объемном неравнокомпонентном
иоле сжимающих напряжений происходит при виде напряженного состоя
ния, соответствующем обобщ енному сдвигу.
1. Алексеев А .Д ., Недодаев Н.В. Предельное состояние горных пород
Киев: Наукова думка. — 1982. - 200 с.
2. Алексеев А .Д ., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. Разрушение горных пород в
объемном поле сжимающих напряжений. — Киев: Наукова думка. 1989
1 Баррет Ч.С. Хрупкое разрушение // Атомный механизм разрушения. —
М.: Металлургиздат. - 1963. - С. 401 - 410.
4. Вествуд А., Прис К., Камбар М. Хрупкое разрушение в среде жидкого
металла / / Разрешение. - М.- Мир. - 1976. - т. 3. - С. 202 - 212.
5. Лихтман В.И.. Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическаг механи
ка металлов. - М.: Изд. АН СССР, -1982. - 303 с.
6. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. - М.:
Мир, 1 9 8 0 .-4 8 8 с.
7. Алексеев А .Д ., Зайденварг Е.В., Синолицкий В.В., Ульянова Е.В. Ра
диофизика в угольной промышленности. - М.: Недра. - 1992. - 186 с.
4 Алексеев А .Д .. Ревва В.Н., Ульянова Е.В Влияние давления на сорбци
онные свойства углей // ФТВД. — 2001. — т. 11 - № 1. - С. 9 — 11.
С Н И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы
168 с.
95
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-190012 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T05:47:41Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ревва, В.Н. Ульянова, Е.В. Бачурин, Л.Л. Кольчик, И.Е. 2023-05-17T13:22:47Z 2023-05-17T13:22:47Z 2005 Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении / В.Н. Ревва, Е.В. Ульянова, Л.Л. Бачурин, И.Е. Кольчик // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 92-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190012 539.375: 622.537.86 Здійснена оцінка впливу виду напруженого стану на сорбційні властивості вугілля при його руйнуванні в умовах об'ємного нерівно-компонентного стиснення. The effects of stress condition on sorption properties of coal are determined for the case of coal fracture under true triaxial compression. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Физика угля и горных пород Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении Influence of type of the tense state on the phase state of methane in coal at his destruction Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении Ревва, В.Н. Ульянова, Е.В. Бачурин, Л.Л. Кольчик, И.Е. Физика угля и горных пород |
| title | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| title_alt | Influence of type of the tense state on the phase state of methane in coal at his destruction |
| title_full | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| title_fullStr | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| title_full_unstemmed | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| title_short | Влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| title_sort | влияние вида напряженного состояния на фазовое состояние метана в угле при его разрушении |
| topic | Физика угля и горных пород |
| topic_facet | Физика угля и горных пород |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190012 |
| work_keys_str_mv | AT revvavn vliânievidanaprâžennogosostoâniânafazovoesostoâniemetanavuglepriegorazrušenii AT ulʹânovaev vliânievidanaprâžennogosostoâniânafazovoesostoâniemetanavuglepriegorazrušenii AT bačurinll vliânievidanaprâžennogosostoâniânafazovoesostoâniemetanavuglepriegorazrušenii AT kolʹčikie vliânievidanaprâžennogosostoâniânafazovoesostoâniemetanavuglepriegorazrušenii AT revvavn influenceoftypeofthetensestateonthephasestateofmethaneincoalathisdestruction AT ulʹânovaev influenceoftypeofthetensestateonthephasestateofmethaneincoalathisdestruction AT bačurinll influenceoftypeofthetensestateonthephasestateofmethaneincoalathisdestruction AT kolʹčikie influenceoftypeofthetensestateonthephasestateofmethaneincoalathisdestruction |