Удосконалення способів управління станом гірничого масиву, які базуються на зволоженні вугільного пласта - Автореферат

Національна академія наук України Відділення фізико-технічних гірничих проблем донецького фізико-технічного інституту ім. Удосконалення способів управління станом гірничого масиву, які базуються на зволоженні вугільного пластаЗахист відбудеться "30" червня 1999 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої ради К 11.1184.02 у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем ДОНФТІ НАНУ ім. Дисертаційна робота містить нове рішення актуальної наукової та технічної задачі - встановлення механізму взаємодії водяних розчинів ПАР з вугільною речовиною та розробка нового способу гідрообробки вугільних пластів з метою управління їх напружено-деформованим станом. Експериментальними дослідженнями встановлено, що дія на газонасичене вугілля водяного розчину ПАР під тиском більше 10 МПА приводе до проникнення газу, який міститься у внутрішньо-поровому обємі, в структуру вугільної речовини та збільшує сорбційну ємність вугілля у 1,4-1,6 рази. Молекули ПАР активно взаємодіють з сорбційними центрами вугільної речовини та створюють своєрідну "мозаїчну структуру", що приводе до інтенсивного падіння концентрації розчину. Диссертационная работа содержит новое решение актуальной научной и технической задачи, заключающейся в установлении механизма взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) с угольным веществом и разработке нового способа гидрообработки угольных пластов с целью управления их напряженно-деформированным состоянием.Актуальність теми дисертації: Значна частина вугільних пластів Донецького басейну розробляється на глибинах, які досягають 1000 та більше метрів, в складних гірничо-геологічних умовах, що характеризуються такими факторами, як високі значення гірничого тиску, температури, запиленості рудникової атмосфери, а також підвищеною схильністю до викидів та обвалення, які знижують інтенсивність видобутку вугілля, погіршеними умовами праці та необхідністю проведення спеціальних додаткових заходів для їх усунення. Зараз значне розповсюдження в Центральному районі Донбасу отримали способи попереднього зволоження вугільних пластів водяними розчинами поверхнево-активних речовин (ПАР), які застосовуються для запобігання викидам вугілля та газу, пилоутворенню та охорони виробок. Розширення області застосування способів та вибір його параметрів для конкретних умов обробки потребують заглибленого вивчення фізичних процесів у газонасиченому вугіллі при його взаємодії з розчином ПАР, знання особливостей поширення газо-водонасиченої суміші в пласті при високому тиску для вибору оптимальних значень їх концентрацій та контроль зволоженого масиву, що є актуальною науковою та практичною задачею для вугільної промисловості. При поширенні розчинів ПАР у вугільному пласті має місце сорбційна взаємодія самої поверхнево-активної речовини з вугіллям, величина якої складає біля 70% сорбційної ємності вугілля з газу. В дисертації використаний комплексний метод досліджень, який включає в себе: аналіз та узагальнення робіт з вивчення управління станом вугільного пласта, в тому числі процесів зволоження вугільного пласта водяними розчинами ПАР; лабораторні та шахтні дослідження поруватості вугілля та особливостей взаємодії розчинів з вугільною речовиною; розробку та експериментальну перевірку нового способу нагнітання розчинів.При цьому також підлягає вивченню процес поширення розчину ПАР через мікротріщини вугільної речовини, оскільки внаслідок фізико-хімічної активності вугілля відбуваються складні процеси взаємодії його з ПАР. Для виконання поставлених задач досліджень були використані апробовані методики вивчення поруватості вугілля, газо-та вологонасиченості його такі, як ядерного магнітного резонансу (ЯМР) та електроно-парамагнітного резонансу (ЕПР), а також були розроблені нові методики вивчення швидкості поширення розчинів ПАР у вугіллі, швидкості сорбції метану різними розчинами. Нагнітання розчинів ПАР у вугільний пласт визначається в першу чергу фільтрацією їх через тріщинувато-порувату структуру вугілля. Виконані дослідження дозволяють встановити механізм зволоження газонасиченого вугілля розчинами ПАР у виді: зволоження вугілля розчинами ПАР під тиском супроводжується стисненням газу у фільтраційному поруватому обємі та збільшенням кількості сорбованого газу, а при досягненні першого критичного тиску газ дифундує в структуру вугільної речовини, де сорбується на внутрішніх ПМЦ та створює твердий розчин газу, і проникає у закриту поруватість. Для визначення ефекту сорбції молекул ПАР (сульфонал, "Пегас") вугіллям були виконані дослідження з зміни концентрації ПАР у розчині при його поширенні в обємі пор.В дисертації надано рішення актуальної наукової та практичної задачі, яке міститься у встановленні особливостей та залежностей процесу зволоження вугільного пласта розчинами ПАР, що дозволило розробити новий спосіб гідрообробки вугільного пласта, який дозволяє управляти станом гірничого масиву біля гірничих виробок.

Основний зміст роботи