Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування
В работе представлены результаты по изменению структуры угля на микро уровне методами ЭПР-спектроскопией и электронно-растровой спектроскопией при физическом моделировании динамических явлений в угольных образцах. The results on the change of structure coal on micro levels are presented by methods o...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32849 |
| 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: | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування / Ю.І. Кіяшко, Р.А. Дякун, О.В. Бурчак // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859705941743632384 |
|---|---|
| author | Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. |
| author_facet | Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. |
| citation_txt | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування / Ю.І. Кіяшко, Р.А. Дякун, О.В. Бурчак // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | В работе представлены результаты по изменению структуры угля на микро уровне методами ЭПР-спектроскопией и электронно-растровой спектроскопией при физическом моделировании динамических явлений в угольных образцах.
The results on the change of structure coal on micro levels are presented by methods of EPRspectroscopy and electronic-raster spectroscopy at the physical modeling of the dynamic phenomena in coal sample.
|
| first_indexed | 2025-12-01T02:54:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 622.831:272.63
Ю.І. Кіяшко, д.т.н.,
Р.А. Дякун, мол. наук. співр.,
О.В. Бурчак ст.наук.співр.
(ІГТМ НАН України)
ЗМІНА СТРУКТУРИ ВУГІЛЛЯ ПРИ МОДЕЛЮВАННІ
ДИНАМІЧНОГО РУЙНУВАННЯ
В работе представлены результаты по изменению структуры угля на микро уровне ме-
тодами ЭПР-спектроскопией и электронно-растровой спектроскопией при физическом мо-
делировании динамических явлений в угольных образцах.
ТНЕ CHANGE OF STRUCTURE COAL AT THE MODELING
OF DYNAMIC DESTRUCTION
The results on the change of structure coal on micro levels are presented by methods of EPR-
spectroscopy and electronic-raster spectroscopy at the physical modeling of the dynamic pheno-
mena in coal sample.
Прояви динамічного руйнування (ДР) викидонебезпечних вугільних плас-
тів приводить до серйозних соціальних потрясінь і значного економічного
збитку на державному рівні. Методом фізичного моделювання ДР в умовах
експерименту [1-5] автори мають намір доповнити існуючі уявлення про ме-
ханізм ініціювання і розвитку ДР у вугільній речовині при розвантаженні в
гранично напруженому стані. Відомо, що при газо – динамічних явищах змі-
нюється структура вугільної речовини на мікрорівні [6-12], а саме підвищу-
ється кількість парамагнітних центрів в зразках речовини відібраної із зоні
викиду. Ширина сигналу ЕПР змінюється залежно від ступеня участі вугілля
в процесі викиду.
Мета роботи – визначення характеру впливу енергії динамічної дії з про-
явом ДЯ на вугільні зразки на молекулярному і над молекулярному рівнях
методами ЕПР-спектроськопії і електроно-растрової мікроскопії.
Моделювання ДЯ проводилося по методиці, представленої в роботах [1-3],
сенс якої полягає в різкій зміні стану вугілля (мал.1) в гранично напруженому
вугільному зразку.
По отриманих даних зусилля преса і деформацій, будується діаграма на-
пруга – деформація, за даними якої стає можливим визначення балансу ви-
траченої енергії на руйнування.
Розглянемо діаграму напруга – деформація, яка показана на малюнку 1, де
площа ADBES визначає величину енергії
пот
систE системи прес – зразок, пло-
ща ABCS характеризує енергію
дис
обрE , яка розсіюється (дисипує) в структурі
зразка, яка визначається площею ABDES . Площа ADBS – це значення потенцій-
ної
пот
пресE енергії преса на рівні напруги D1 (див. мал.1). Площа ABES ви-
значає потенційну
пот
обрE енергію зразка для D1 . Площа ABКFS визначає
Выпуск № 81
значення дин
разрE енергії витрачену на руйнування зразка в результаті ініціації
динамічного руйнування вугілля з урахуванням дисипативних втрат. Пло-
ща ABКFS визначає енергію, витрачену на динамічне руйнування вугільного
зразка без урахування енергії на дисипацію.
Мал. 1 – Схема до аналізу діаграми напруга - деформація
Тоді відношення
дин
разрE к
пот
систE (1) указує на вид динамічного руйнування
вугілля при його ініціації, таким чином дізнаємося ступінь динамічної дії на
зразок з боку системи
пот
обр
пот
прес
пот
сист ЕЕE прес – зразок.
пот
сист
дин
разр
E
E
n
, (1)
Коефіцієнт n (коефіцієнт використання потенційної енергії системи) може
набувати значення в інтервалі від 0,0 до 1,0. При значенні коефіцієнта n=0,3-
0,5 відбувається руйнування зразка за рахунок накопиченої їм потенційній
енергії при навантаженні. При значенні коефіцієнта n>0,5 відбувається руй-
нування вугілля за рахунок накопиченої зразком потенційної енергії і потен-
ційної енергії преса, спільно.
Відбір зразків речовини для подальших досліджень структури проводить-
ся по схемі, показаній на мал.2
Геотехническая механика"
1 – зруйнована до рівня мелкодісперсного пилу вугільна маса; 2 – порожнина, яка утвори-
лася, але не відокремилася від зразка (зона ДР); 3 – крайня міцна частина зразка;4 – серед-
ня частина зразка, що зберегла здатність тримати стискуючі напруження; 5 – центральна
частина зразка
Мал. 2 – Схема відбору проб вугілля при дії напругою, що динамічно змінюється, в грани-
чно напруженому вугільному зразку (вигляд зверху)
Зразки були виготовлені з цілісного, витриманого шматка вугілля відібра-
ного з 15 східної «біс» лави шахти ім. О.Ф.Засядько по пласту m3. Розміри
зразків були 40х40х5,3мм. Для кожного виду ДР були відібрані по 3 зразки.
Відбір речовини проводився по схемі, що показана на мал.2, для кожного ви-
ду ДР. На мал.3,4 приведені усереднені результати вимірів методом ЕПР.
З аналізу мал.3 при n=0,3 у зоні ДР досягнуто максимальне значення кон-
центрації парамагнітних центрів, подібної до тієї, що спостерігалась при ди-
намічних явищах у природних умовах [6-9].
З мал.4 при n=0,3 у зоні ДР суттєво зменшується ширина сигналу спект-
ру ЕПР, що свідчить про зміну природи сигналу. В цих енергетичних умовах
проходить деструкція аліфатичної складової, наслідком якої може бути гене-
рація низько молекулярних з’єднань (газу). Зменшення ширини сигналу від-
бувається внаслідок втрати вугіллям парамагнітних центрів вільно – радика-
льного типу, які забезпечують широку складову сигналу ЕПР [11-12]. Зву-
ження спектру відбувається внаслідок підвищення вмісту спряжених систем в
речовині, що належить до зони ДР.
Выпуск № 81
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
0 1 2 3 4 5
місце відбору проби вугілля
I
s
,*
1
0
1
9
1
/г
Ін
те
н
с
и
в
н
іс
ть
с
и
гн
а
л
у
n=0,3
n=0,4
n=0,5
n=0,7
поч
Мал. 3 – Зміна концентрації парамагнітних центрів у вугільному матеріалі, відібраному в
різних частинах зразків (по осі абсцис цифрами вказані місця відбору проб вугілля відпо-
відно до мал.2) для різних значень коефіцієнта n (виду динамічного руйнування)
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
0 1 2 3 4 5
місце відбору проби вугілля
∆
H
,
м
Т
л
Ш
и
р
и
н
а
с
и
гн
а
л
у
n=0,3
n=0,4
n=0,5
n=0,7
поч
Мал. 4 – Зміна ширини сигналу спектру ЕПР у вугільному матеріалі, відібраному в різних
частинах зразків (по осі абсцис цифрами вказані місця відбору проб вугілля відповідно до
мал.2) для різних значень коефіцієнта n (виду динамічного руйнування)
На мал.5,6 приведений приклад зміни структури на мікрорівні при вико-
ристанні електронно-растрового мікроскопа (фотографії отримані у ДВ ДГРІ,
м. Дніпропетровськ).
Геотехническая механика"
Мал. 5 – Фрагмент структури вугілля перед динамічним руйнуванням
Мал. 6 – Фрагмент структури вугілля, що піддався динамічному руйнуванню
Выпуск № 81
З мал.5,6 помітно, що після динамічного руйнування вугілля придбало блоко-
ву будову від 5,0 до 0,5 мікрон і менше, що є підтвердженням зміни структури ву-
гілля на мікро рівні. Подібні результати були отримані в роботі [6].
Висновки.
Методом ЕПР показано, що в зоні ДЯ для n=0,3 відбувається істотне під-
вищення концентрації парамагнітних центрів, ширина сигналу ЕПР зменшу-
ється, що пояснюється зміною природи сигналу внаслідок деструкцією аліфа-
тичної складової вугільної речовини.
Коефіцієнт використання потенційної енергії системи прес-зразок може
приймати значення від 0,0 до 1,0; де від 0,0 до 0,3 – дисипаційні втра-
ти (динамічні явища не спостерігаються), фізичному моделювання ДЯ відпо-
відає значення коефіцієнту n=0,3-0,5, при значенні n=0,5-1,0 можливе моде-
лювання гірничого удару.
Показано, що процеси які відбуваються при фізичному моделюванні руй-
нування вугілля при розвантаженні в гранично напруженому стані за своєю
природою подібні до процесів, що відбуваються при динамічних явищах, у
вугільних пластах.
Наведена робота виконана за кошти гранту Президента України для обда-
рованої молоді.
ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ
1. Дякун Р.А. Результаты исследований поведения угольных образцов при высоких давлениях /
Геотехнічна механіка: Між від. збір. наук. праць, Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України,
Дніпропетровськ, 2006. – Вип. 62. – С. 73-84.
2. Кияшко Ю.И., Дякун Р.А. Установление минимальной скорости разгрузки напряженного образца угля
при которой происходит его быстрое разрушение до уровня мелкодисперсной пыли / Геотехнічна механіка:
Між від. збір. наук. праць, Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ,
2006. – Вип. 65. – С. 61-66.
3. Дякун Р.А. Особенности разрушения угольного вещества при разгрузке в предельно напряженном со-
стоянии / Матеріали міжнародної конференції «Форум гірників – 2007». – Д.: Національний гірничий
університет 2007. – С. 75-80.
4. Кияшко Ю.И., Дякун Р.А., Закономерности разрушения угольного вещества за традиционно опреде-
ляемыми пределами прочности / Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические
явления в горных породах и выработках / Матер. XVIII Межд. Науч. Школы. – Симферополь: Таврич. нац.
ун-т, 2007. – С. 134-136.
5. Дякун Р.А., Кияшко Ю.И. Механизм радиально-послойного разрушения угля в предельно-
напряженном состоянии при разгрузке / Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динами-
ческие чвления в горных породах и выработках / Матер. XVIII Межд. Науч. Школы. – Симферополь: Таврич.
нац. ун-т, 2008. – С. 85-87.
6. Дякун Р.А., Барановський В.И. Петрографические исследования углей подвергшихся експеримен-
тальному одноосному сжатию/ Геотехнічна механіка: Між від. збір. наук. праць, Ін-т геотехнічної механіки
ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2008. – Вип. 80. – С. 193-197.
7. Максимова Н.Е., Русьянова Н.Д., Мухаметзянова Е.Э. Тенина А.В. Изменение состава и структуры
углей в выбросоопасных зонах угольного пласта и в поцессе внезапного выброса угля и газа / ХТТ, №3, 1995,
С28-31.
8. Фролков Г.Д., Фандеев М.И., Малова Г.В., Фролков А.Г., Французов С.А., Соболев В.В. Влияние при-
родной механоактивации на выбросоопасность углей/ ХТТ, №3, 1995, С22-33.
9. Лукинов В.В., Бурчак А.В. Исследование структурних особенностей выбросоопасных углей мето-
дом ЭПР/ Геотехнічна механіка: Між від. збір. наук. праць, Ін-т геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова
НАН України, Дніпропетровськ, 2005. – Вип. 57. – С. 35-40.
10. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения про-
блемы метана угольных пластов – М.: Изд-во Академии горн. наук., – 2000 – 519с.
11. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля.
Геотехническая механика"
– Киев: Наукова думка, 1988. – 192с.
12. Алексеев А.Д., Зайденварг В.Е., Синолицкий В.В., Ульянова Е.В. Радиофизика в угольной промыш-
ленности – М.: Недра., – 1992, 184с.
Рекомендовано до публікації д.т.н. В.Г. Перепелицею 18.08.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32849 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T02:54:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. 2012-05-25T19:45:43Z 2012-05-25T19:45:43Z 2009 Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування / Ю.І. Кіяшко, Р.А. Дякун, О.В. Бурчак // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32849 622.831:272.63 В работе представлены результаты по изменению структуры угля на микро уровне методами ЭПР-спектроскопией и электронно-растровой спектроскопией при физическом моделировании динамических явлений в угольных образцах. The results on the change of structure coal on micro levels are presented by methods of EPRspectroscopy and electronic-raster spectroscopy at the physical modeling of the dynamic phenomena in coal sample. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування Тhе change of structure coal at the modeling of dynamic destruction Article published earlier |
| spellingShingle | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. |
| title | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_alt | Тhе change of structure coal at the modeling of dynamic destruction |
| title_full | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_fullStr | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_full_unstemmed | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_short | Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_sort | зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32849 |
| work_keys_str_mv | AT kíâškoûí zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT dâkunra zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT burčakov zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT kíâškoûí thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction AT dâkunra thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction AT burčakov thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction |