Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива
Експериментально досліджено вплив виду напруженого стану на кінетику виходу метану із зруйнованого вугілля з урахуванням температури гірничого масиву. Stress state effect on methane emission kinetics in broken coal with account taken of the rock mass temperature is studied experimentally....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2008
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31484 |
| 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 кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива / В.Н. Ревва, В.В. Завражин, А.В. Молодецкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 197-202. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242391533879296 |
|---|---|
| author | Ревва, В.Н. Завражин, В.В. Молодецкий, А.В. |
| author_facet | Ревва, В.Н. Завражин, В.В. Молодецкий, А.В. |
| citation_txt | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива / В.Н. Ревва, В.В. Завражин, А.В. Молодецкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 197-202. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Експериментально досліджено вплив виду напруженого стану на кінетику виходу метану із зруйнованого вугілля з урахуванням температури гірничого масиву.
Stress state effect on methane emission kinetics in broken coal with account taken of the rock mass temperature is studied experimentally.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:30:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 197
УДК 622.23:539.194
Д-р техн. наук В.Н. Ревва,
канд. техн. наук В.В. Завражин,
асп. А.В. Молодецкий (ИФГП НАН Украины)
ВЛИЯНИЕ ВИДА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА КИНЕТИКУ
ВЫХОДА МЕТАНА ИЗ УГЛЯ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ
ГОРНОГО МАССИВА
Експериментально досліджено вплив виду напруженого стану на кінетику виходу метану
із зруйнованого вугілля з урахуванням температури гірничого масиву.
STRESS STATE EFFECT ON METHANE EMISSION KINETICS IN COAL
WITH ACCOUNT TAKEN OF THE ROCK MASS TEMPERATURE
Stress state effect on methane emission kinetics in broken coal with account taken of the rock
mass temperature is studied experimentally.
При подземной разработке угольные пласты, особенно в окрестности гор-
ных выработок, находятся в условиях сложного напряженного состояния, а
именно, объемного неравнокомпонентного сжатия, характеризуемого видом
напряженного состояния. Ранее [1-3] было установлено существенное влия-
ние вида напряженного состояния на физико-механические свойства углей, в
том числе и на сорбционные. С ростом глубины разработки угольных пластов
значительно изменяется такой важный термодинамический параметр как тем-
пература горного массива, достигая в некоторых случаях для современных глу-
бин более 50Со. Поэтому весьма актуальным является исследование влияния
вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом тем-
пературных изменений в горном массиве.
В настоящей работе проведены исследования влияния вида напряженного
состояния на кинетику выхода метана из угля при двух температурах Т = 25Со и
Т = 50 Со. Для экспериментальных исследований были изготовлены образцы
угля марки Т, отобранные на пласте l4 ш. Комсомолец Донбасса. Пласт l4 – про-
стого строения, по внезапным выбросам угля и газа, горным ударам и самовоз-
горанию не опасен. Мощность пласта 0,97м, метаноносность пласта 21 – 25
м
3/т, газообильность выемочного участка 9 – 13 м3/т. Уголь марки Т – энергети-
ческий, плотность угля 1,55 т/м3, зольность Аd – 9,6%, сера St
d – 3,1%, влаж-
ность угля Wt
d – 2,8%, выход летучих Vdaf – 7,1%, теплота сгорания 35 МДж/кг
[4].
Для испытаний на установке наравнокомпонентного трехосного сжатия
УНТС [5] на кварцераспиловочном станке изготавливались образцы угля куби-
ческой формы с ребром 55мм. При подготовке образцов, грани куба изготавли-
вались таким образом, чтобы одна пара была параллельной системам трещин
или прослоям. Испытывались образцы угля с естественной влажностью, опре-
деляемой методом ЯМР.
Исследования образцов угля проводилось до разрушения для разных видов
напряженного состояния, характеризуемых параметром Надаи – Лоде
198 Выпуск № 78
12
31
32 −
−
−=
σσ
σσµσ (1)
где σ1 ≥ σ2 ≥ σ3 - главные напряжения, при этом определялся вид деформа-
ционного состояния µε
12
31
32 −
−
−=
εε
εεµε (2)
где ε1, ε2, ε3 - главные деформации.
Моделировалось пять видов напряженного состояния:
µσ = -1 (обобщенное сжатие);
µσ = +1 (обобщенное растяжение);
µσ = 0 (обобщенный сдвиг);
µσ = -0,5 (между обобщенным сжатием и обобщенным сдвигом);
µσ = +0,5 (между обобщенным сдвигом и обобщенным растяжением).
В процессе нагружения давление, передаваемое по каждой оси, регистриро-
валось по образцовым манометрам, а смещения граней образцов - по лазерным
индикаторам с точностью до 10-5
м. Поддержание необходимого давления по
каждой грани достигалось путем периодического включения насосов высокого
давления или сбросом давления в гидроцилиндрах.
Для получения достоверных данных о поведении угольных образцов в объ-
емном неравнокомпонентном поле сжимающих напряжений и о значениях ме-
ханических характеристик образцов, количество единичных испытаний в экс-
периментах составляло 5.
По результатам исследований были определены виды деформационного (µε)
и напряженного (µσ) состояний в момент разрушения.
На рис. 1. представлены зависимости µε от µσ для угля при его разрушении, в
сравнении с ранее проведенными исследованиями [6].
Рис. 1 – Зависимость вида деформационного состояния от вида напряженного состояния:
1- уголь марки Т пласта h10
B шахты «им. С.М. Кирова» при Т = 25Со [6],
2 – уголь марки Т пласта l4 шахты «Комсомолец Донбасса» при Т = 25Со
"Геотехническая механика" 199
Из зависимости видно, что для исследуемой марки угля Т в условиях объ-
емного неравнокомпонентного нагружения µε не соответствует µσ, причем µε
изменяется от обобщенного сжатия до обобщенного сдвига.
Кинетика выхода метана из угля исследовалась термогравиметрическим ме-
тодом при двух температурах Т = 50Со и Т = 25Со. Использовались образцы уг-
ля, полученные после разрушения при различных видах напряженного состоя-
ния.
Исследуемые угли измельчались до фракций 2,0 – 2,5мм. Для определения
максимальной потенциальной метаноемкости все навески угля высушивались
при Т = 100Со в течение одного часа, помещались в контейнеры, под давлением
метана 10 МПа. Время насыщения составляло 10 суток.
По окончанию насыщения метанонасыщенные образцы помещались на тер-
мовесы и определялась кривая кинетики газовыделения в течение 4 часов с ша-
гом измерения 10сек при Т = 50Со, а при Т = 25Со в течение 5 часов с шагом
измерения 1 минута.
На рис. 2. представлены для сравнения зависимости кинетики выхода мета-
на из угля (µσ = -0,5) при двух температурах Т = 50Со и Т = 25Со.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 50 100 150 200 250 300 350
Время эксперимента, мин
В
ы
х
о
д
м
ет
а
н
а
, %
1
2
Рис. 2 – Количество выхода метана из угля для µσ = -0,5 при: 1 - 50Со; 2 - 25Со
Из представленного графика видно, что при увеличении температуры на
25Со количество метана, выходящего из угля, увеличивается в среднем в 2 - 2,5
раза. Это говорит о том, что при определении характера и механизма десорбции
метана из угля необходимо учитывать температуру горного массива.
Для исследования влияния вида напряженного состояния на кинетику выхо-
да метана из угля, определялись зависимости кинетики газовыделения на об-
разцах подверженных разным видам нагружения и исходным образцом при
двух температурах.
На рис. 3. и рис. 4. представлены зависимости кинетики газовыделения при
двух температурах.
200 Выпуск № 78
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Время эксперимента, сек
В
ы
хо
д
м
ет
ан
а,
%
6
5
1
2
3
4
Рис. 3 – Количество выхода метана из угля для различных видов напряженного состояния
при Т = 50Со: 1 - µσ = -0,5; 2 - µσ = +1; 3 - µσ = -1; 4 - µσ = 0; 5 - µσ = +0,5; 6 – исходный обра-
зец.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 50 100 150 200 250 300 350
Время эксперимента, мин
В
ы
хо
д
м
ет
ан
а,
%
1
2
3
4
5
6
Рис. 4 – Количество выхода метана из угля для различных видов напряженного
состояния при Т = 25Со: 1 - µσ = -0,5; 2 - µσ = +1; 3 - µσ = +0,5;
4 - µσ = 0; 5 - µσ = -1; 6 – исходный образец.
"Геотехническая механика" 201
Из представленных графиков видно, что наибольшая кинетика выхода мета-
на при µσ = -0,5 как при Т = 50Со, так и при Т = 25Со.
Также определялась скорость выхода метана от времени (рис. 5).
0
0,0001
0,0002
0,0003
0,0004
0,0005
0,0006
0,0007
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Время эксперимента, сек
С
к
ор
ос
ть
в
ы
хо
да
м
ет
ан
а
1
2
3
4
5
6
Рис. 5 – Зависимость скорости выхода метана из разрушенных образцов от времени при
Т = 50Со: 1 - µσ = -0,5; 2 - µσ = +1; 3 - µσ = -1; 4 - µσ = 0; 5 - µσ = +0,5; 6 – исходный образец.
Согласно данного графика также наблюдается наибольшая скорость выхода
метана из разрушенного образца при µσ = -0,5.
В таблице 1 приведены данные вида напряженного состояния и соответст-
вующие им значения максимальной потенциальной метаноемкости при Т =
100Со.
Таблица 1
Вид напря-
женного со-
стояния
µσ
-1 -0,5 0 0,5 1
Исходный
образец
Максимальная
потенциальная
метаноемкость
Qmax, %
1,88 1,73 2,46 2,46 2,82 1,03
Из таблицы 1 видно, что минимальная потенциальная метаноемкость для
разрушенных углей также соответствует µσ = -0,5.
С использованием результатов представленных на (рис.3) получена зависи-
мость (рис.6) количества выделившегося метана от различных видов напряжен-
ного состояния, подтверждающие один из следующих выводов.
202 Выпуск № 78
Рис. 6 – Зависимость количества выделившегося метана от различных видов
напряженного состояния.
Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено
существенное влияние вида напряженного состояния и температуры горного
массива на кинетику газовыделения угля, разрушенного в условиях объемного
наравнокомпонентного сжатия. Наибольшее количество и скорость выхода ме-
тана из исследуемого угля и наименьшая его метаноемкость наблюдается при
µσ = -0,5 (между обобщенным сжатием и обобщенным сдвигом). При этом из
зависимости µε от µσ (рис.1) деформационное состояние µε = 0 (обобщенный
сдвиг), т.е. реализуется сдвиговый механизм разрушения, вызывающий струк-
турные изменения не только на макро, но и на микроуровне – уменьшается ко-
личество сорбционных центров.
Для всех видов напряженного состояния при повышении температуры мас-
сива от 25Со до 50Со количество метана, выходящего из угля, увеличивается, а
максимальное увеличение (в среднем в 2 – 2,5 раза) наблюдается при µσ = -0,5.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Ульянова Е.В. Влияние давления на сорбционные свойства углей// Физика и
техника высоких давлений.-2001.-т.11-№1.-С. 9-11.
2. Ревва В.Н., Бачурин Л.Л., Кравченко А.В., Василенко Н.И. Влияние вида напряженного состояния на
механические свойства углей при разрушении их в условиях объемного сжатия// Физические процессы горного
производства.-2006.-Вып.9-С. 17-22.
3. Ревва В.Н., Ульянова Е.В., Васильковский В.А. Влияние вида напряженного состояния на сорбционные
свойства углей при их разрушении в условиях объемного неравнокомпонентного сжатия// Геотехническая ме-
ханика.-2007.-Вып.69-С. 97-104.
4. Прогнозный каталог шахтопластов Донецкого угольного бассейна с характеристикой горно-
геологических факторов и явлений/Институт горного дела им. А.А. Скочинского/Москва/1983г.
5. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих на-
пряжений/ – Киев: Наукова думка, 1989. – 168 с.
6. Ревва В.Н., Бачурин Л.Л., Кравченко А.В., Василенко Н.И. Влияние вида напряженного состояния на
механические свойства углей при разрушении их в условиях объемного сжатия // Физико-технические пробле-
мы горного производства.- Донецк.- 2006.- Вып.9.- С. 97-101.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31484 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:30:49Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ревва, В.Н. Завражин, В.В. Молодецкий, А.В. 2012-03-09T13:35:27Z 2012-03-09T13:35:27Z 2008 Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива / В.Н. Ревва, В.В. Завражин, А.В. Молодецкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 197-202. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31484 622.23:539.194 Експериментально досліджено вплив виду напруженого стану на кінетику виходу метану із зруйнованого вугілля з урахуванням температури гірничого масиву. Stress state effect on methane emission kinetics in broken coal with account taken of the rock mass temperature is studied experimentally. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива Stress state effect on methane emission kinetics in coal with account taken of the rock mass temperature Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива Ревва, В.Н. Завражин, В.В. Молодецкий, А.В. |
| title | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| title_alt | Stress state effect on methane emission kinetics in coal with account taken of the rock mass temperature |
| title_full | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| title_fullStr | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| title_full_unstemmed | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| title_short | Влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| title_sort | влияние вида напряженного состояния на кинетику выхода метана из угля с учетом температуры горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31484 |
| work_keys_str_mv | AT revvavn vliânievidanaprâžennogosostoâniânakinetikuvyhodametanaizuglâsučetomtemperaturygornogomassiva AT zavražinvv vliânievidanaprâžennogosostoâniânakinetikuvyhodametanaizuglâsučetomtemperaturygornogomassiva AT molodeckiiav vliânievidanaprâžennogosostoâniânakinetikuvyhodametanaizuglâsučetomtemperaturygornogomassiva AT revvavn stressstateeffectonmethaneemissionkineticsincoalwithaccounttakenoftherockmasstemperature AT zavražinvv stressstateeffectonmethaneemissionkineticsincoalwithaccounttakenoftherockmasstemperature AT molodeckiiav stressstateeffectonmethaneemissionkineticsincoalwithaccounttakenoftherockmasstemperature |