Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті
В статье описаны теоретические исследования и получены формулы для определения давления и количества метана в угле на основе учета объема десорбированного метана в герметичный сосуд. The article describes theoretical findings on and presents formulas for determining methane pressure and quantity...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54397 |
| 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: | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті / Г.П. Стариков, Д.М. Житленок, Я.В. Шажко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 142-146. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859641499256356864 |
|---|---|
| author | Стариков, Г.П. Житленок, Д.М. Шажко, Я.В. |
| author_facet | Стариков, Г.П. Житленок, Д.М. Шажко, Я.В. |
| citation_txt | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті / Г.П. Стариков, Д.М. Житленок, Я.В. Шажко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 142-146. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | В статье описаны теоретические исследования и получены формулы для определения
давления и количества метана в угле на основе учета объема десорбированного метана в
герметичный сосуд.
The article describes theoretical findings on and presents formulas for determining methane
pressure and quantity in the coals with taking into account methane volume desorbed into the sealed vessel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:22:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
142
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Киев: Основа, 1994.-312 с.
2. Алексеев А.Д. Диффузионно-фильтрационная модель выхода метана из угольного пласта / А.Д. Алек-
сеев, Э.П. Фельдман, Т.А. Василенко [и др.] // Журнал технической физики. - 2007. - т. 77. - Вып.4. - С. 65-74.
3. Каркашадзе Г.Г. Совершенствование методики расчета нагрузки на очистной забой с учетом давления
метана в угольном пласте / Г.Г. Каркашадзе, А.Д. Алексеев, Г.П. Стариков [и др.] // Горный журнал. - 2009. - №
4. -С. 47-50.
4. Фельдман Э.П. Истечение метана из угля в замкнутый резервуар: роль явлений диффузии и фильтра-
ции / Э.П. Фельдман, Т.А. Василенко, H.A. Калугина // Физика и техника высоких давлений. - Донецк. - 2006- т.
16, № 2.- С. 99 -114.
5. Алексеев А.Д. Прогноз времени образования опасных концентраций метана в очистных забоях / А.Д.
Алексеев, Э.П. Фельдман, Г.П. Стариков [и др.] // Уголь Украины, № 7. – 2010. – С. 29-32.
6. Стариков Г. П. Кинетика массопереноса метана при очистной выемке угольных пластов / Г.П. Стари-
ков, Ш.В. Мамлеев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України - № 10. – 2012. – С. 271-278.
УДК 622.416.3:622.457
Д-р техн. наук Г.П. Стариков
(ИФГП НАН Украины)
д-р техн. наук Д.М. Житленок
(ГП «Дзержинскуголь)
инж. Шажко Я.В.
(ИФГП НАН Украины)
ОБГРУНТУВАННЯ СПОСОБУ І ПОРТАТИВНОГО ПРИСТРОЮ ДЛЯ
ПРОГНОЗУ ГАЗОНОСНОСТІ ВУГІЛЛЯ В ШАХТІ
В статье описаны теоретические исследования и получены формулы для определения
давления и количества метана в угле на основе учета объема десорбированного метана в
герметичный сосуд.
DESCRIPTION OF METHOD OF AND PORTABLE DEVICE FOR
PREDICTING GAS CONTENT IN THE COAL MINE
The article describes theoretical findings on and presents formulas for determining methane
pressure and quantity in the coals with taking into account methane volume desorbed into the sealed
vessel.
Существующие методы и средства [1-8] по прогнозу характера и интенсив-
ности газовыделения в шахтах из-за невысокой достоверности и низкой надеж-
ности данную проблему не решают. Обусловлено это в первую очередь недос-
таточной степенью изученностью процессов массопереноса метана в трещино-
вато-пористой структуре угля.
Ввиду отсутствия физически достоверной модели десорбции метана из
угольного вещества не разработаны надежные экспресс-методы и технические
средства для определения давления и метаноносности непосредственно в при-
забойной зоне угольных пластов.
Поэтому целью работы является научное обоснование и разработка способа
и портативного устройства для повышения достоверности и возможностей экс-
пресс-прогноза опасности труда в забоях по газовому фактору, что является ак-
туальной задачей и имеет важнейшее научное, народно-хозяйственное и соци-
альное значение.
143
Для разработки экспресс-метода определение количества метана в приза-
бойной зоне угольного массива важно знать о его потенциальной метаноносно-
сти, зависящей, при прочих равных условиях, от давления сорбционного равно-
весия и фильтрационных диффузионных параметров угля.
В исследованиях использована физическая модель угольного вещества,
включающая трещины, соединенные с отрытыми порами (фильтрационный
объем) и закрытые поры. Вся трещиновато-пористая система заполнена мета-
ном. Десорбция газа из такой модели начинает происходить при нарушении
термодинамического равновесий, связанных с разгрузкой от горного давления.
При этом газ из фильтрационного объема за счет разности давления сорбцион-
ного равновесия и внешнего газа выделяется в окружающую среду в объеме до
30% газоносности пласта.
После выхода части газа из фильтрационного объема и стабилизации давле-
ния на уровне атмосферного начинается процесс истечения основного объема
газа из блоков по механизму диффузии. Процессы фильтрации и диффузии газа
из блоков сферической формы радиусом R описываются уравнением Дарси.
Применительно к поставленной задаче учитываются процессы истечения мета-
на из угольных частиц одного фракционного состава [9] (рис. 1) в герметиче-
ский контейнер объемом V (рис. 2) .
Рис. 1 - Схематическое изображение угольного вещества, находящегося в замкнутом
объеме, где L – размер частицы угля
Рис. 2 - Схема герметичного контейнера с углем
Суммарный объем, занимаемый гранулами угля, обозначают Vc. В началь-
ный момент при загрузки угля плотность метана в фильтрационном объеме
144
равна ρ0. Согласно общей модели десорбция метана, газ из фильтрационного
объема угля устремляется в свободный объем камеры за время
f
f D
Lt
2
= , где Df
– коэффициент фильтрации. При этом давление газа внутри микроблоков, со-
ставляющих внутренний объем угольных частиц, снижается, и стартует про-
цесс диффузионного массопереноса сорбированного метана в фильтрационный
объем. Время диффузии метана составляет
e
d D
Rt
2
= , где De – эффективный ко-
эффициент диффузии. Таким образом, происходит фильтрация газа из уголь-
ных фракций с одновременной подпиткой фильтрационного объема угля мета-
ном, растворенным в микроблоках.
Изменения плотности метана в фильтрационном объеме описывается фор-
мулой, приведенной в [9]
( )
ca
p
γγ
τρτρ
+
=−
0
0
0 (1)
где
f
e
d
f
D
D
R
L
t
t
a == - безразмерный параметр задачи; γ0 – открытая пористость;
γс – закрытая пористость; ρ0 – исходная плотность метана в фильтрационном
объеме; ( )τρ - плотность метана в фильтрационном объеме в момент времени τ,
отсчитываемый от момента отделения пробы от пласта; τ – безразмерное время,
dt
t
=τ .
Перепишем формулу (1) в размерных обозначениях. Кроме того, введем to –
время от момента взятия пробы до момента герметизации контейнера и t – вре-
мя от момента герметизации контейнера до окончания процесса измерения. То-
гда
( )
γ
ρ
τρ
ft
tt
p 00
0
+
=− , (2)
где γ=γо+γс – суммарная (полная) пористость угля.
Количество метана, вышедшее из угля к моменту t0, равно
c
f
c
f
V
t
tV
t
t 0
0
00 γρ
γ
γρ
= , где Vc – объем, занимаемый угольным веществом.
Количество метана, вышедшее из угля к моменту t+t0, равно ( )
c
f
V
t
tt 0
0
+γρ ;
следовательно, количество молекул метана в контейнере будет равно
145
( )
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
+
tt
tV
t
tt
c
f 0
00
0 1γρ .
Согласно уравнению состояния газа, его формальное давление в герметич-
ном контейнере с учетом, Рпл=ρ0Т составит:
( ) ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−+=
tt
tttD
VL
VPP of
c
плc
0
01γ (3)
К моменту tе окончания процесса десорбции метана из угля его давление в
контейнере, для угольного штыба одного гранулометрического размера соста-
ва:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−=
tt
t
V
VPP c
плc
0
01γ . (4)
Формула (4) справедлива при условии 1<
V
Vc и 1≤
+
γd
oe
t
tt .
Используя представленную методологию, получена расчетная формула для
оценки метаноносности призабойной зоны угольного пласта
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
=
0
0
max
1
tt
tVP
VPQ
cac
с
ρ
(5)
Величины Рс и t измеряются непосредственно прибором.
Оценочный расчет для условий пласта l4 «Шахта Комсомолец Донбасса»,
выполненный по результатам измерения десорбции метана в накопительную
кювету из угольных проб с размером фракций 0,4-0,5 мм, отобранных из шпу-
ров диаметром 42 мм с глубины 4 м пробуренных в 20 м от нижней ниши и па-
раметром портативного измерителя V=400 см3, Vc=12 см3, ρ=1,4 т/м3, P=9500
Па, Ра =105 Па, t0=5 мин, t=30 мин показал, что газоносность угля не превышает
Qmax=6,4 м3/т, при давление Рпл=4,7МПа.
Выводы:
В результате выполненных теоретических исследований получены расчет-
ные формулы для определения давление и количества метана в угле, на основе
учета объема десорбирующего метана из угольных фракции в накопительную
емкость.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Янас X. Определение газоносности угля в забое при помощи десорбометра. / Х. Янас. — Глюкауф,
1976. - № 20 - С. 12-15.
2. Айруни А.Т. Аппаратура для регистрации быстропротекающих процессов изменения концентрации
метана / А.Т. Айруни, М.Г. Гусев, В.Н. Медведев // Безопасность труда в промышленности. – 1984. – № 7. – С.
35-37.
3. Правила безпеки у вугільних шахтах. ДНАОП 1.1.30-1.01-00. – Київ, 2001. – 495 с.
146
4. Руководство по определению сорбционной метаноемкости природного угля объемным методом с
применением промежуточных емкостей для сжатого газа на установке ЯМР им. А.А. Скочинского. – М.: ИГД
им. А.Д. Скочинского, 1977. – 28с.
5. Скляров П.А. Определение метаноносности угольных пластов расчетным методом / П.А. Скляров,
Р.М. Кривицкая, Г.В. Струковская // Уголь Украины - 1982. - №7 – С.37-39.
6. Фертельмейстер Я.И. Определение давления газа в призабойной части пласта / Я.И. Фертельмейстер
// Бюл. МакНИИ, 1958 - № 8.
7. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при
геологоразведочных работах М.: Недра, 1977. – 96 с.
8. Радченко С.А., Матвиенко Н.Г. Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных
пластов в призабойной зоне. - Патент России № 2019706, МКИЕ 21 F 5/00. 15.09.1994, Б. И. № 17.
9. Алексеев А.Д. Физика угля и горных пород / А.Д. Алексеев.- Киев: Наукова думка. – 394с.
УДК 539.3:622.831.
Д-р техн. наук В.Н. Ревва,
канд. техн. наук В.В. Васютина
(УкрНИМИ НАН Украины)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА
ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА НАД
ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ
Запропонована геомеханічна модель оцінки та прогнозу граничного стану гірського ма-
сиву над виробленим простором при консервації вугільних шахт.
GEOMECHANICAL MODEL FOR EVALUATING AND FORECASTING
LIMIT CONDITION OF THE ROCK MASSIF OVER THE GOAF
The author proposes a geomechanical model for estimating and forecasting limit condition of
the rock over the goaf when the mine is prepared for the preservation.
При эксплуатации и консервации угольных шахт вся геологическая толща
горных пород, находящаяся над выработанным пространством, подвержена
воздействию различных факторов, видимым проявлением которых является
сдвижение земной поверхности.
Важнейшей проблемой геомеханики является оценка и прогноз устойчиво-
сти горных выработок и массива горных пород над ними, которые определяют
способы управления горным давлением, типы выемочного оборудования, ха-
рактеристики, схемы расположения и передвижения крепи, а при консервации
угольного предприятия, прежде всего сдвижения земной поверхности.
Вопросы устойчивости непосредственно связаны с деформированием и раз-
рушением горных пород, которые в отличии от других твердых тел, имеют свои
специфические особенности, связанные, прежде всего с дефектностью структу-
ры (трещины, поры), неоднородностью (слоистость) и гетерогенностью (при-
сутствие флюидов) среды. Изменение деформационных и прочностных свойств
горных пород определяет устойчивость горного массива.
В настоящей работе предлагается геомеханическая модель оценки и прогно-
за предельного состояния горного массива, находящегося над выработанным
пространством при консервации угольной шахты, основанная на положениях
механики разрушения.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54397 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:22:38Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стариков, Г.П. Житленок, Д.М. Шажко, Я.В. 2014-02-01T19:34:12Z 2014-02-01T19:34:12Z 2012 Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті / Г.П. Стариков, Д.М. Житленок, Я.В. Шажко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 142-146. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54397 622.416.3:622.457 В статье описаны теоретические исследования и получены формулы для определения давления и количества метана в угле на основе учета объема десорбированного метана в герметичный сосуд. The article describes theoretical findings on and presents formulas for determining methane pressure and quantity in the coals with taking into account methane volume desorbed into the sealed vessel. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті Description of method of and portable device for predicting gas content in the coal mine Article published earlier |
| spellingShingle | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті Стариков, Г.П. Житленок, Д.М. Шажко, Я.В. |
| title | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| title_alt | Description of method of and portable device for predicting gas content in the coal mine |
| title_full | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| title_fullStr | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| title_full_unstemmed | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| title_short | Обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| title_sort | обгрунтування способу і портативного пристрою для прогнозу газоносності вугілля в шахті |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54397 |
| work_keys_str_mv | AT starikovgp obgruntuvannâsposobuíportativnogopristroûdlâprognozugazonosnostívugíllâvšahtí AT žitlenokdm obgruntuvannâsposobuíportativnogopristroûdlâprognozugazonosnostívugíllâvšahtí AT šažkoâv obgruntuvannâsposobuíportativnogopristroûdlâprognozugazonosnostívugíllâvšahtí AT starikovgp descriptionofmethodofandportabledeviceforpredictinggascontentinthecoalmine AT žitlenokdm descriptionofmethodofandportabledeviceforpredictinggascontentinthecoalmine AT šažkoâv descriptionofmethodofandportabledeviceforpredictinggascontentinthecoalmine |