Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини
Показаны основные факторы и условия, определяющие процессы структурных трансформаций органического вещества каменных углей с выделением метана в процессе метаморфизма. Basic factors and terms determining the processes of structural transformations of organic matter of coals with the release of metha...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99730 |
| 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: | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини / О.В. Бурчак // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860267089207492608 |
|---|---|
| author | Бурчак, О.В. |
| author_facet | Бурчак, О.В. |
| citation_txt | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини / О.В. Бурчак // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Показаны основные факторы и условия, определяющие процессы структурных трансформаций органического вещества каменных углей с выделением метана в процессе метаморфизма.
Basic factors and terms determining the processes of structural transformations of organic matter of coals with the release of methane in the process of metamorphism are shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:02:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
77
УДК 622.411.332:533.17
ГЕОМЕХАНІЧНИЙ ТА ГЕОТЕРМІЧНИЙ ВПЛИВ, ЯК
ГОЛОВНІ ЧИННИКИ СТРУКТУРНИХ ТРАНСФОРМАЦІЙ
ВУГІЛЬНОЇ РЕЧОВИНИ
Бурчак О. В.
(ІГТМ НАНУ, м. Дніпропетровськ, Україна)
Показаны основные факторы и условия, определяющие про-
цессы структурных трансформаций органического вещества
каменных углей с выделением метана в процессе метаморфизма.
Basic factors and terms determining the processes of structural
transformations of organic matter of coals with the release of methane
in the process of metamorphism are shown.
Потужні зусилля науковців різних країн в останні деся-
тиліття не дали вичерпної інформації про природу та умови
структурних трансформацій які відбуваються у вугільній ре-
човині в процесі метаморфізму. А від так, залишається не визна-
ченим питання походження метану вугільних пластів, кінетики
процесів та обсягів газоутворення. Не маючи чітких уявлень про
походження вугільного метану, не можна прогнозувати його за-
паси та розробляти способи промислового видобутку. Тож нау-
кові дослідження пов’язані з проблемами видобутку газоподібних
енергоносіїв залишаються в Україні дуже актуальними.
Метою представлених досліджень було вивчення чин-
ників, що впливають на процеси трансформації молекулярної
структури вугільної речовини з виділенням метану, та визначення
підходів до оцінки газогенераційного потенціалу твердих горю-
чих копалин.
Аналіз питання. Під терміном метаморфізм [1] розуміють
структурні та хімічні зміни в органічній речовині кам’яного ву-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
78
гілля, такі як підвищення вмісту вуглецю та зниження вмісту
водню, кисню, та інших гетероатомів. Наслідки цих перетворень
чітко простежуються по сучасних марках вугілля.
Сучасний марочний склад покладів кам’яного вугілля Дон-
басу формувався на протязі усієї історії розвитку родовища. В за-
лежності від етапу розвитку басейну термодинамічні умови,
вплив геотермічного та геомеханічного факторів, змінювався.
Головним чинником углефікації вважається температура (теплові
потоки з надр Землі), а структурні трансформації речовини, що
відбулися в наслідок геомеханічних навантажень в періоди ак-
тивізації тектонічних фаз, спостерігаються на фоні геотермічного
впливу [2].
Розглянемо зміну термодинамічних умов в масиві за гео-
логічну історію на прикладі вугільного пласта l4 у Донецько–
Макіївському районі Донбасу (рис. 1). (При побудові графіка бу-
ли використані результати досліджень М. В. Лопатіна, та
М. Л. Левенштейна [3, 4]). Пласт l4 простежується по всій тери-
торії басейну, розробляється (або розроблявся) в різних геолого-
промислових районах і представлений усіма марками кам’яного
вугілля та антрацитами.
На першому етапі пласт l4 в цьому геолого-промисловому
районі занурювався на глибину до 6-7 км и підпадав під вплив
температури ≈120º С. Цей період розвитку басейну вважається
головним етапом углефікації. В подальшому, під час інверсії та
на сучасному етапі геотермічний чинник послаб, а на його фоні
проявлявся вплив геомеханічного чинника. Сучасний стан ви-
копної органічної речовини є наслідком сумарної дії цих двох
чинників за весь час розвитку вугільного родовища.
Треба зауважити, що вугільний пласт є замкнутою термоди-
намічною системою яка обмінюється з породами, що вміщують
вугілля, тільки тепловою та механічною енергією. У незайманому
вуглепородному масиві інших чинників здатних істотно впли-
нути на енергетичний стан та молекулярну структуру вугілля
немає.
Час не є термодинамічною функцією, тож його вплив врахо-
вується тільки опосередковано через сумарний енергетичний по-
тенціал двох чинників, що впливають на масив [3, 5].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
79
Рис. 1. Еволюція термодинамічних умов формування пласта
l4 у Донецько-Макіївському районі Донбасу
Обравши за об’єкт досліджень пласт l4 можна, в даному разі,
не брати до уваги також і вплив мацерального складу. Умови
накопичення фітомаси були практично однакові на всій території
басейну, тож органічна речовина в первинному стані була дуже
близька за своїм елементним та хімічним складом, але після гео-
термічних та геомеханічних процесів, на всіх етапах розвитку га-
зовугільного родовища, пласт l4 представлено вугіллям різного
ступеня перетворень. Одним з головних показників стадії мета-
морфізму органічної речовини є вміст водню. При перетвореннях
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
80
викопної органіки від марки «Д» до марки «А» вугілля втрачає до
5 % водню по масі. На гістограмах (рис. 2) наведено залежність
елементного складу вугільної речовини від термодинамічних
умов його формування.
Рис. 2. Вплив термодинамічних умов на елементний склад
органічної речовини у вугіллі
Зміна значення відношення Натм/Сатм наочно демонструє
наслідки структурних трансформацій, викликаних геотермічним
та геомеханічним чинниками, у органічній речовині вугілля.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
81
Водень може втрачатися високомолекулярними з’єднаннями
вугілля тільки у вигляді стійких низькомолекулярних сполук:
СН4 – метану, як найбільш стабільного вуглеводневого з’єднання,
або Н2О (при наявності в речовині кисню, що спостерігається на
ранніх стадіях метаморфізму). Гомологи метану та молекулярний
водень теж реєструються серед шахтних газів, але їх сумарний
вміст на порядок менший за вміст метану.
За розрахунками [6] один відсоток водню по масі дає при-
близно 60-65 м3 метану (СН4). Таким чином, зменшення вмісту
водню на 5 % по масі твердої речовини теоретично означає гене-
рацію приблизно 300-350 м3 метану при утворення однієї тони
антрациту. Ці цифри добре збігаються з даними інших фахівців
[7] щодо метаногенерації на різних стадіях метаморфізму.
Утворений метан за відповідних геологічних умов може
скупчуватись та утворювати родовища, або мігрувати насичуючи
вуглепородний масив до денної поверхні де втрачається.
Таким чином, з точки зору геологічної науки маємо доведе-
ний факт – викопна органічна речовина, за певних термоди-
намічних умов, трансформується з виділенням великих обсягів
метану. Але практично, в лабораторних умовах, процеси мета-
морфізму в повному обсязі і з тим же кінцевим результатом (ге-
нерація газів та структуризація залишку) відтворити не вдається.
Від так перспектива рішення проблеми видобутку газоподібних
енергоносіїв в Україні має бути пов’язана з дослідженнями скла-
ду органічної речовини на атомно-молекулярному рівні та енер-
гетичного стану вугілля, тобто здатності вугілля до перетворень.
Саме від складу та стану органічної речовини залежать обсяги
можливої метаногенерації, яка на порядок перевищує сучасну ме-
таноносність, що пов’язана з фізичними та сорбційними власти-
востей.
Висновки. Структурні трансформації вугільної речовини,
наслідком яких є утворення метану, відбуваються під дією гео-
термічних та геомеханічних чинників.
Джерелом вугільного метану є викопна органічна речовина
в концентрованому вигляді (вугільні пласти) та розсіяна органіка
порід, що вміщують ці пласти. Інші джерела не мають суттєвого
впливу на метаноносність.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
82
Походження «нетрадиційного метану» пов’язане з «тра-
диційною» викопною органічною речовиною в концентрованому
та розсіяному виглядах. Перспективи видобутку промислових об-
сягів енергоносіїв залежать тільки від процесів метаногенерації.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Геологический словарь. – М.: Недра, 1973. – Т. 1. – 486 с.
2. Лопатин Н.В. Геологические факторы катагенеза углей /
Н.В. Лопатин, Н.Х. Бостик // Природа органического веще-
ства современных и ископаемых осадков. – М.: Наука, 1973. –
С. 79 – 90.
3. Лопатин Н.В. Температура и геологическое время как факто-
ры углефикации / Н.В. Лопатин // Известия АН СССР. – 1971.
– Геол. серия.– № 3.– С. 95 – 106.
4. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР.
Угольные бассейны и месторождения юга Европейской части
СССР / Под ред. И.А. Кузнецова, В.В. Лапушина, М.Л. Ле-
венштейна и др. – М.: Гос. научн.-техн. изд-во лит. по геол. и
охране недр. – 1963.– Т. 1. – 1209 с.
5. Стащук М.Ф. Термодинамика и ее применение в литологии /
М.Ф. Стащук.– М.: Наука, 1985.– 221с.
6. Мюллер Р.Л. К вопросу о кинетике газовыделения в связи с
проблемой метаморфизма угля / Р.Л. Мюллер, В.С. Попов //
Журнал прикладной химии. – 1957. – 30, № 2. – 271 с.
7. Узіюк В.І. Метано-генераційний потенціал, сучасна газонос-
ність Південно-Західного вугленосного району Львівсько-
Волинського басейну і перспектива видобутку метану /
В.І. Узіюк, С.С. Сокоренко, І.В. Шайнога // Геотехнічна ме-
ханіка: Міжвід. зб. наук. праць Ін-т Геотехнічної механіки ім.
М.С. Полякова НАН України Дніпропетровськ, 2010. – Вип.
88. – С. 86 – 100.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99730 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:02:01Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бурчак, О.В. 2016-05-02T15:02:16Z 2016-05-02T15:02:16Z 2011 Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини / О.В. Бурчак // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99730 622.411.332:533.17 Показаны основные факторы и условия, определяющие процессы структурных трансформаций органического вещества каменных углей с выделением метана в процессе метаморфизма. Basic factors and terms determining the processes of structural transformations of organic matter of coals with the release of methane in the process of metamorphism are shown. uk Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини Article published earlier |
| spellingShingle | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини Бурчак, О.В. |
| title | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| title_full | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| title_fullStr | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| title_full_unstemmed | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| title_short | Геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| title_sort | геомеханічний та геотермічний вплив, як головні чинники структурних трансформацій вугільної речовини |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99730 |
| work_keys_str_mv | AT burčakov geomehaníčniitageotermíčniivplivâkgolovníčinnikistrukturnihtransformacíivugílʹnoírečovini |