Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте
Разработан метод экспресс-контроля давления и количества метана в угле в шахтных условиях. Изготовлен и испытан десорбометр, реализующий метод. Розроблено метод експрес-контролю тиску й кількості метану у вугіллі в шахтних умовах. Виготовлено і випробувано десорбометр, що реалізує метод. A rapid met...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28066 |
| 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: | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте / А.Д. Алексеев, В.А. Васильковский, А.Н. Молчанов, А.И. Спожакин, Г.П. Стариков // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 48-51. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859799773708550144 |
|---|---|
| author | Алексеев, А.Д. Васильковский, В.А. Молчанов, А.Н. Спожакин, А.И. Стариков, Г.П. |
| author_facet | Алексеев, А.Д. Васильковский, В.А. Молчанов, А.Н. Спожакин, А.И. Стариков, Г.П. |
| citation_txt | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте / А.Д. Алексеев, В.А. Васильковский, А.Н. Молчанов, А.И. Спожакин, Г.П. Стариков // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 48-51. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Разработан метод экспресс-контроля давления и количества метана в угле в шахтных условиях. Изготовлен и испытан десорбометр, реализующий метод.
Розроблено метод експрес-контролю тиску й кількості метану у вугіллі в шахтних умовах. Виготовлено і випробувано десорбометр, що реалізує метод.
A rapid method for monitoring of gas pressure and methane content in the coal mine is developed. A devise called desorbometer is made and tested for this purpose.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:12:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
48
Наука та інновації. 2009. Т. 5. № 6. С. 48—51.
© А.Д. АЛЕКСЕЕВ, В.А. ВАСИЛЬКОВСКИЙ,
А.Н. МОЛЧАНОВ, А.И. СПОЖАКИН,
Г.П. СТАРИКОВ, 2009
А.Д. Алексеев, В.А. Васильковский,
А.Н. Молчанов, А.И. Спожакин, Г.П. Стариков
Институт физики горных процессов НАН Украины, Донецк
ЭКСПРЕСС-МЕТОД И ДЕСОРБОМЕТР
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОГО ДАВЛЕНИЯ
И СОДЕРЖАНИЯ МЕТАНА В УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ
Разработан метод экспресс-контроля давления и количества метана в угле в шахтных условиях. Изготовлен
и испытан десорбометр, реализующий метод.
К л ю ч е в ы е с л о в а: уголь, метан, десорбометр, десорбционный паспорт.
Идея разработки новой методики диагнос-
тики метановой подсистемы угольных пластов
возникла после обнаружения неизвестной ра-
нее особенности кинетики выхода метана, свя-
занной с «поверхностной» его составляющей.
Опыты по десорбции метана показывают, что
в первые секунды после отделения кусков угля
от пласта уголь может терять более 25 % содер-
жащегося в нем метана. Этот эффект наблю-
дался также каждый раз после расконсервации
проб угля, насыщенных метаном. В работе [1]
показано, что выбросной характер вы деления
газа в этом случае связан с десорбцией метана,
адсорбированного на поверхностях открытых
пор и трещин угля.
Обнаруженную особенность выхода метана
из угля необходимо учитывать при добыче
угля в расчетах прогноза загазованности уго-
льных шахт. Более того, наличие значитель-
ной «поверхностной» составляющей метана и
выявленные особенности кинетики ее эмис-
сии при десорбции требуют ревизии традици-
онных методик диагностики газовой подсис-
темы угольных пластов.
У зарубежных и отечественных методов ди-
агностики есть некоторые недостатки. Сущес-
твенные из них следующие:
продолжительное время диагностики;
неконтролируемая потеря газа (иногда более
25 %) в пробе угля до ее консервации в про-
боотборнике;
неповторяемая дисперсия размера гранул уг-
ля в пробах и, как следствие, низкая эффек-
тивность эмпирического подхода в поисках
корреляции между интенсивностью выделе-
ния газа, его содержанием в угле и пласто-
вым давлением.
Учитывая этот факт и данные работы [2], в
Институте физики горных процессов (ИФГП)
НАН Украины разработано научное обоснова-
ние способа определения газоносности уголь-
ных пластов и пластового давления метана.
Предлагаемый способ дает возможность учи-
тывать выявленные особенности и механизмы
эмиссии метана (в различных фазах его десор-
бции).
49Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Проводившиеся в течение ряда лет научные
исследования были доведены до логического
завершения при выполнении инновационного
проекта „Розробка експрес-метода визначення
кількості та тиску метану у вугільному пласті
в шахтних умовах. Розділ І. Розробка десорбо-
метру, методик вимірювання та їх апробація”
(проект № 25.1 за 2008г.). В результате выпол-
нения проекта была окончательно отработа-
на методика определения газового давления и
количества метана в угольном пласте, а также
разработана конструкция и техническая доку-
ментация десорбометра.
Суть способа состоит в сравнении данных
измерений десорбции метана из угля в посто-
янный объём камеры с данными предварите-
льного тестирования пласта (десорбционным
паспортом), которые заложены в электронный
блок памяти десорбометра ДС-01. Десорбцион-
ный паспорт (ДП) угольного пласта — это экс-
периментально установленная информация (в
цифровом или графическом виде) о корреля-
ции между интенсивностью эмиссии метана из
угля, пластовым давлением метана и его содер-
жанием в угле. Для его составления выполня-
ются предварительные лабораторные измере-
ния параметров кинетики десорбции метана из
угля и количества метана в угле.
Десорбционный паспорт состоит из двух
фрагментов. Первый устанавливает зависи-
мость интенсивности десорбции метана от ве-
личины равновесного давления газа при насы-
щении угля. В этом случае производится де-
сорбция метана из угля в накопительный со-
суд, в котором на отрезке времени Δ t регист-
рируется изменение давления ΔР дес. На базе
полученной информации выявляется зависи-
мость ΔР дес от Рнас в любом интервале времени.
Так, например, на рис. 1 точками показан при-
рост давления ΔР дес в накопительном сосуде в
десятиминутном интервале десорбции (вре-
мени десорбции между 15 и 25 минутами) в
зависимости от того, каким давлением метана
Рнас насыщался уголь. Набор цифровых значе-
ний функции ΔР дес = f(Pнас ) составляет содер-
жание первого фрагмента ДП. Искусственно
введенная задержка информации (здесь на 15
мин) принципиально важна, так как в случае
измерений непосредственно в шахте первые
10—15 мин обычно теряются на бурение, отсев
необходимого размера гранул угля на ситах и
другие операции. Таким образом, измерив ве-
личину ΔР дес в шахтных условиях и соотнеся
ее с данными первого фрагмента паспорта,
можно определить давление метана в уголь-
ном пласте в месте отбора пробы.
Второй фрагмент ДП устанавливает зави-
симость количества метана в угле от величины
Рис. 1. Первый фрагмент десорбционного паспорта. Из-
менение давления ΔР дес в накопительном сосуде при де-
сорбции метана во временном интервале 15—25 мин как
функция давления насыщения
Рис. 2. Зависимость содержания метана в угле от вели-
чины равновесного давления насыщения
50 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
пластового давления (или давления насыще-
ния). Создание второго фрагмента паспорта в
лабораторных условиях включает операции:
насыщение метаном при различных давле-
ниях (от 0,5 до 10 МПа) нескольких проб
угольного штыба естественной влажности;
определение количества метана, свободного
и адсорбированного на поверхностях откры-
тых пор и трещин, а также метана, содержа-
щегося в микроблоках угля.
Рис. 2 иллюстрирует содержание второго
фрагмента десорбционного паспорта, который
устанавливает зависимость количества метана
Q CH4
в угле от величины пластового давления
(или давления насыщения Pнас ).
Набор цифровых значений функции Q CH4
=
= f(Pнас ) составляет содержание второго фраг-
мента ДП. Благодаря этой информации по
данным пластового давления (Pнас ) определя-
ется количество метана в угле.
Цифровые значения фрагментов ДП, введен-
ные в электронный блок памяти, составляют
информационную базу, необходимую для рабо-
ты десорбометра ДС-01. Сравнение резу льтатов
десорбометрических измерений, вы полнение
которых занимает 10 мин, с данными информа-
ционной базы позволяет в автоматическом ре-
жиме определять давление метана в пласте и
его количество в угле в месте отбора пробы.
Данные ДП периодически обновляются после
прохождения 200 м шахтной выработки и дейс-
твительны только для данного шахтопласта.
Разработанный в ИФГП НАН Украины десор-
бометр ДС-01, практически реализующий мето-
дику экспресс-анализа углеметановой сис темы,
показан на рис. 3. Конструктивное исполнение
измерительного прибора позволяет использовать
его как в подземных выработках шахт, опасных
по газу и угольной пыли, так и во взрывоопасных
зонах внутри помещений на поверхности.
Прибор имеет автономное питание и обес-
печивает одновременное измерение в трех кю-
ветах. Встроенный электронный блок, система
коммуникаций и управления последователь-
ностью операций позволяют определять дав-
ление и количество метана в пласте, сохранять
результаты измерений в долговременной па-
мяти и передавать их на поверхность по систе-
ме УТАС в режиме реального времени.
Основные технические характеристики де-
сорбометра ДС-01:
диапазон измеряемых давлений метана в
пласте — 0÷10 МПа;
погрешность измерения давления без калиб-
ровки датчика давления — ± 5 %;
максимальное давление в измерительной кю-
вете — 75 кПа;
температурный диапазон — від –40 до +50 °С;
максимальная скорость передачи информа-
ции по USB-присоединению — 250 кбит/сек;
время состояния прибора в режиме «подго-
товка» — макс. 900 с;
время состояния прибора в режиме «изме-
рение» — макс. 660 с.
Блок памяти может содержать цифровую ин-
формацию о ДП нескольких шахтопластов, вклю-
чая конкретные для каждого паспорта вре мена
«подготовки» и «измерения». Составление де-
сорбционного паспорта каждого угольного плас-
та и программирование осуществляются в на-
стоящее время только в ИФГП НАН Украины.
Как показали проведенные исследования,
достоверность получаемых результатов по из-
мерению пластового давления и содержания
метана в угле зависит от тщательности и пра-
Рис. 3. Внешний вид десорбометра ДС-01
51Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
вильности отбора угольных проб, загружаемых
в десорбометр. С целью исключения возмож-
ного искажения результатов измерений, прово-
димых десорбометром ДС-01, по результатам
шахтных экспериментов сформулированы по-
рядок отбора проб и методика выполнения этих
работ. Разработанные требования были внесе-
ны в руководство по эксплуатации десорбомет-
ра. Основные из них приведены ниже.
Образцы для анализа отбираются из штыба,
образующегося во время бурения шпуров в
угольном пласте. При бурении шпуров промыв-
ка и продувка шпуров сжатым воздухом запре-
щена. Пробы угля из шпуров необходимо отби-
рать с шагом 0,8 м, например, с глубины 0,8 м,
1,6 м, 2,4 м и 3,2 м и т. д. Для этого пробуривают
шпур на глубину 0,6 м и прорабатывают, т. е. бу-
ровая штанга проворачивается без продвижения
вперед до полного выхода измельченного угля
(бурового измельчения). После этого необходи-
мо продолжить бурение шпура до глубины 1,0 м
и собрать измельченный уголь, который высы-
пается из шпура, в кассету из двух сит с ячейка-
ми: нижнего — 0,9 мм и верхне го — 1,6 мм. Потом
отсеять на ситах и гранулы размером 0,9÷1,6 мм
ссыпать в пробоотборник до полного его запол-
нения. Время на все операции от начала бурения
шпура на глубинах 0,6–1,0 м до заполнения про-
боотборника не должно превышать 15 мин.
Для отбора следующей пробы угля пробури-
вают шпур на глубину 1,4 м, тормозят подачу
буровой штанги и прорабатывают шпур до пол-
ного выхода бурового штыба. После этого про-
должают бурить шпур до глубины 1,8 м и соби-
рают штыб на сита. Последующие действия та-
кие же, как и в случае подготовки первой про-
бы. Далее продолжают бурение до глубины
2,2 м, очищают шпур от угольной крошки и вы-
деляют третью пробу из штыба, который обра-
зуется при последующем бурении до глубины
2,6 м. Места бурения шпуров и отбора проб
должны быть удалены от зон, где проводилась
обработка пласта согласно НАОП 1.1.30—5.06.
Десорбометр автоматически производит оп-
ределение количества и давления метана в
пласте в месте отбора проб, записывает их ве-
личины в энергонезависимую память и выво-
дит результаты измерений на свой дисплей.
Выбор конструкции элементов десорбометра,
его электронной системы был подчинен требо-
ваниям максимальной реализации новой ме-
тодики диагностики системы уголь–метан и
безопасной работы прибора в шахтных усло-
виях. Десорбометр прошел успешные испыта-
ния на нескольких угольных пластах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев А.Д., Васильковский В.А., Шажко Я.В. О рас-
п ределении метана в каменном угле // Физико-тех-
ни ческие проблемы горного производства. — 2007. —
Вып.10. — С. 29—38.
2. Алексеев А.Д., Айруни А.Т., Васючков Ю.Ф. и др. Свой-
ство органического вещества угля образовывать с га-
зами метастабильные однофазные системы по типу
твердых растворов. Открытие, диплом № 9; заявка
№ А-016 от 30.06.94. — М., 10.11.94., рег. № 16.
А.Д. Алєксєєв, В.О. Васильковський,
О.М. Молчанов, А.І. Спожакін, Г.П. Старіков
ЕКСПРЕС-МЕТОД І ДЕСОРБОМЕТР
ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ГАЗОВОГО ТИСКУ
ТА ВМІСТУ МЕТАНУ У ВУГІЛЬНОМУ ПЛАСТІ
Розроблено метод експрес-контролю тиску й кількос-
ті метану у вугіллі в шахтних умовах. Виготовлено і ви-
пробувано десорбометр, що реалізує метод.
К л ю ч о в і с л о в а: вугілля, метан, десорбометр, десор-
бційний паспорт.
A.D. Alexeev, V.A. Vasilkovskiy,
A.N. Molchanov, A.I. Spozhakin, G.P. Starikov
EXPRESS — METHOD AND DESORBOMETER
FOR DETERMINATION OF GASE PRESSURE
AND METHANE CONTENT IN COAL-SEAM
A rapid method for monitoring of gas pressure and meth-
ane content in the coal mine is developed. A devise called
desorbometer is made and tested for this purpose.
K e y w o r d s: coal, methane, desorbometer, pas sport of de-
sorbtions.
Надійшла до редакції 15.04.09.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28066 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:12:07Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Алексеев, А.Д. Васильковский, В.А. Молчанов, А.Н. Спожакин, А.И. Стариков, Г.П. 2011-10-27T12:50:45Z 2011-10-27T12:50:45Z 2009 Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте / А.Д. Алексеев, В.А. Васильковский, А.Н. Молчанов, А.И. Спожакин, Г.П. Стариков // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 48-51. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin5.06.048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28066 Разработан метод экспресс-контроля давления и количества метана в угле в шахтных условиях. Изготовлен и испытан десорбометр, реализующий метод. Розроблено метод експрес-контролю тиску й кількості метану у вугіллі в шахтних умовах. Виготовлено і випробувано десорбометр, що реалізує метод. A rapid method for monitoring of gas pressure and methane content in the coal mine is developed. A devise called desorbometer is made and tested for this purpose. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте Експрес-метод і десорбометр для визначення газового тиску та вмісту метану у вугільному пласті Express-Method and Desorbometer for Determination of Gase Pressure and Methane Content in Coal-Seam Article published earlier |
| spellingShingle | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте Алексеев, А.Д. Васильковский, В.А. Молчанов, А.Н. Спожакин, А.И. Стариков, Г.П. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| title_alt | Експрес-метод і десорбометр для визначення газового тиску та вмісту метану у вугільному пласті Express-Method and Desorbometer for Determination of Gase Pressure and Methane Content in Coal-Seam |
| title_full | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| title_fullStr | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| title_full_unstemmed | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| title_short | Экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| title_sort | экспресс-метод и десорбометр для определения газового давления и содержания метана в угольном пласте |
| topic | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28066 |
| work_keys_str_mv | AT alekseevad ékspressmetodidesorbometrdlâopredeleniâgazovogodavleniâisoderžaniâmetanavugolʹnomplaste AT vasilʹkovskiiva ékspressmetodidesorbometrdlâopredeleniâgazovogodavleniâisoderžaniâmetanavugolʹnomplaste AT molčanovan ékspressmetodidesorbometrdlâopredeleniâgazovogodavleniâisoderžaniâmetanavugolʹnomplaste AT spožakinai ékspressmetodidesorbometrdlâopredeleniâgazovogodavleniâisoderžaniâmetanavugolʹnomplaste AT starikovgp ékspressmetodidesorbometrdlâopredeleniâgazovogodavleniâisoderžaniâmetanavugolʹnomplaste AT alekseevad ekspresmetodídesorbometrdlâviznačennâgazovogotiskutavmístumetanuuvugílʹnomuplastí AT vasilʹkovskiiva ekspresmetodídesorbometrdlâviznačennâgazovogotiskutavmístumetanuuvugílʹnomuplastí AT molčanovan ekspresmetodídesorbometrdlâviznačennâgazovogotiskutavmístumetanuuvugílʹnomuplastí AT spožakinai ekspresmetodídesorbometrdlâviznačennâgazovogotiskutavmístumetanuuvugílʹnomuplastí AT starikovgp ekspresmetodídesorbometrdlâviznačennâgazovogotiskutavmístumetanuuvugílʹnomuplastí AT alekseevad expressmethodanddesorbometerfordeterminationofgasepressureandmethanecontentincoalseam AT vasilʹkovskiiva expressmethodanddesorbometerfordeterminationofgasepressureandmethanecontentincoalseam AT molčanovan expressmethodanddesorbometerfordeterminationofgasepressureandmethanecontentincoalseam AT spožakinai expressmethodanddesorbometerfordeterminationofgasepressureandmethanecontentincoalseam AT starikovgp expressmethodanddesorbometerfordeterminationofgasepressureandmethanecontentincoalseam |