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....
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Series: | Геотехническая механика |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32849 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | 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| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32849 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-328492025-02-09T21:41:37Z Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування Тhе change of structure coal at the modeling of dynamic destruction Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. 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. 2009 Article 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 uk Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| 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. |
| format |
Article |
| author |
Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. |
| spellingShingle |
Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування Геотехническая механика |
| author_facet |
Кіяшко, Ю.І. Дякун, Р.А. Бурчак, О.В. |
| author_sort |
Кіяшко, Ю.І. |
| title |
Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| title_short |
Зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| 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_sort |
зміна структури вугілля при моделюванні динамічного руйнування |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32849 |
| 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. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT kíâškoûí zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT dâkunra zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT burčakov zmínastrukturivugíllâprimodelûvannídinamíčnogoruinuvannâ AT kíâškoûí thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction AT dâkunra thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction AT burčakov thechangeofstructurecoalatthemodelingofdynamicdestruction |
| first_indexed |
2025-12-01T02:54:14Z |
| last_indexed |
2025-12-01T02:54:14Z |
| _version_ |
1850272809684566016 |
| 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
|