Сорбційні явища в системі вугілля-метан в різних термобаричних умовах - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукАле, на відміну від більшості поруватих твердих тіл, вугілля має розгалужену порувату структуру зі складною ієрархією, що обумовлює його особливості як сорбенту. Зважаючи на те, що метан - найважливіше джерело енергії (теплота згоряння його в 1.5 рази вища, ніж у вугілля, і в 3.5 рази - ніж у сланців і торфу), необхідно підвищувати ступінь утилізації метану вугільних родовищ. Зі збільшенням глибини ведення гірничих робіт і підвищенням, у звязку із цим, гірничого тиску й природної газоносності вугілля, зростає потужність і кількість газодинамічних явищ - непрогнозованих процесів газовиділення, повязаних, у першу чергу, з фазовим станом метану у вугіллі. Важливо й актуально знати, яким чином характеристики взаємодії метану з вугіллям впливають на динаміку його десорбції (або сорбції) з вугілля, з огляду на особливості структури вугільної речовини на всіх рівнях будови (атомної, молекулярної, надмолекулярної) і відповідністю таким рівням взаємодії в структурі системи вугілля-газ. Дисертаційна робота є складовою частиною наукових досліджень Інституту фізики гірничих процесів НАН України та повязана з виконанням тем по дослідженню структури й властивостей викопного вугілля в умовах високих тисків, дослідженням кінетики газовиділення з викопного вугілля, фазового стану та кількості метану в ньому для підвищення рівня безпеки праці: «Исследовать поведение газонасыщенного угля в объемном неравнокомпонентном напряженном состоянии и выдать данные для разработки теории внезапных выбросов» (№ ДР 7807962); «Исследовать систему закрытых пор ископаемого угля» (№ ДР 0194U021977); «Дослідження сорбційних властивостей гірничих порід та вугілля при високому тиску» (№ ДР 010U02912); «Вид напруженого стану вугілля та фазовий стан метану в ньому при руйнуванні» (№ ДР 0102U003845); «Розробка способу прогнозу осередків викидів вугілля і газу при веденні гірничих робіт за комплексом фізичних показників» (№ ДР 0103U008343); «Дослідження кінетики газовиділення з вугілля різних марок з урахуванням його сорбційних властивостей» (№ ДР 0103U008342); «Дослідження фазового стану та кількості метану у викопному вугіллі для підвищення рівня безпеки праці» (№ ДР 0104U003806); «Дослідження фазового стану та кількості метану у викопному вугіллі для підвищення рівня безпеки праці» (ІІ етап) (№ ДР 0105U006751); «Розробка параметрів способу зниження газодинамічної активності вугільного масиву з урахуванням його колекторських властивостей» (№ ДР 0106U004471); «разработать метод определения времени образования в горных выработках, пройденных по пласту, опасной концентрации метана при пожарах с учетом сорбционных свойств угля» (№ ДР 0101U003243); «Разработка параметров способа снижения газодинамической активности угольного массива с учетом его коллекторских свойств» (№ ДР 0106U006850); «Исследование механизма десорбции из угля метана с учетом его фазового состояния» (№ ДР 0106U007264).У звязку зі складністю пористої структури викопного вугілля, з метою вивчення механізмів сорбційних взаємодій вугілля із сорбатом і для підтвердження наявності у вугільній речовині метану у твердому розчині, вивчення сорбційних процесів проводилося на більш простих сорбентах із відомою пористою структурою й пористістю - синтетичному активованому вугіллі марки СКСК і СКС-0,5. Метан, сорбований у вугіллі, на відміну від метану, сорбованого на СКС, не переходить у менш рухливий стан аж до 103 К. Таким чином, є доведеним наявність метану у вугіллі у трьох фазових станах: вільному - у відкритих і закритих порах, адсорбованому - на поверхні та у вигляді твердого розчину в органічній масі вугілля, тобто можна стверджувати про сорбцію метану вугільною речовиною шляхом утворення фази за типом твердого розчину; взаємодія молекул метану з вугільною речовиною в цьому випадку суттєвіша, ніж взаємодія молекул метану між собою. Для розробки методу визначення загального обєму пор був досліджений вплив високого (до 2 ГПА) тиску на тріщинувато-пористу структуру вугільної речовини (розділ 4 «Вивчення деформаційних властивостей і пористості викопних вугіль методом високих тисків»). Ступінь упорядкованості структури вуглецевих пакетів під тиском зростає, ступінь упорядкованості аліфатики (jg) зростає слабко Малокутове розсіювання рентгенівських променів показало, що як вихідні, так і оброблені тиском зразки, розташовані в положенні, перпендикулярному до напластування, розсіюють у малих кутах.В результаті проведення систематичних досліджень вирішена актуальна науково-технічна проблема, що стосується розробки фізичних основ процесу масопереносу метану у вугільній речовині на базі встановлених закономірностей взаємодії в системі вугілля-газ під впливом високих тисків і температур з урахуванням фазового стану метану, розчинності, співвідношення закритої й відкритої пористості вугільної речовини, коефіцієнтів дифузії й фільтрації метану у вугіллі.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ