|
Методика визначення впливу дифузійного і
фільтраційного механізмів транспорту метану на тривалість десорбції з
вугільних зразків
В.О. Васильковський1*,
С.П. Мінєєв2, О.М. Молчанов1,
Л.I. Стефанович1, О.В. Чеснокова1
1Інститут фізики гірничих
процесів Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна
2Інститут геотехнічної
механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України,
м. Дніпро, Україна
*Відповідальний автор: e-mail: lod.vasylkivskyi@ukr.net
Физико-технические проблемы горного производства,
2021, (23), 5-19.
https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.001
full
text (pdf)
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Розробити фізично обгрунтований
алгоритм визначення характерного часу процесів фільтрації та дифузії для оцінки
відносного внеску цих процесів у тривалість десорбції газу з пористої
сорбуючої речовини.
Методика. Для вимірювань використовували об’ємний метод. В
експериментах реєстрували зміну тиску метану в накопичувальній посудині
(НП) відомого об’єму в процесі десорбції метану. Дані вимірювань стали
інформаційною основою для визначення величин характерного часу десорбції зі
зразків вугілля у великих та дрібних гранулах. Підготовка до вимірювань
складається з декількох етапів: 1-й – висушування вугілля при температурі
345 К, 2-й – насичення вугілля стисненим метаном, 3-й – попереднє
скидання в атмосферу вільного стисненого метану з контейнера з вугіллям
після його насичення і 4-й – збір метану, що виділяється вугіллям, у
накопичувальну посудину. При вимірах в умовах вугільної шахти необхідність
у зазначених операціях відпадає. Аналіз експериментальних результатів
проводили в рамках моделі дифузійно-фільтраційного
масопереносу у сорбуючої пористої речовини. У
такій моделі кам'яне вугілля являє собою сукупність дрібних щільних
утворень – блоків, об’єм між якими складається з відкритих тріщин та пор. Зазначені пори сполучаються зі
зовнішньою поверхнею вугілля та служать шляхами фільтрації газу після його
дифузії з блоків. Для вирішення поставленої задачі була залучена
особливість кінетики газу, яка виявлена раніше, а саме: в завершальній
стадії десорбції характерний час десорбції являє собою лінійну комбінацію
двох параметрів – характерних часів фільтрації і дифузії.
Результати. Отримано формули для чисельного
розрахунку величин характерних часів фільтрації та дифузії для оцінки
відносного внеску цих процесів у тривалість десорбції газу з вугілля.
Розроблено методику та алгоритм виконання вимірювань у лабораторних та
шахтних умовах. Вимірювання показали високу чутливість характерного часу
фільтраційного процесу до структурних порушень у вугіллі. Виявлено, що
геологічні порушення у структурі пласта призводять до зменшення часу
фільтрації майже на порядок. Ефект пояснюється зростанням проникності
вугілля за рахунок збільшення зяяння тріщин.
Вплив геологічних порушень на характерний час дифузійних процесів у вугіллі
не виявлено.
Наукова новизна. Теоретично обгрунтовано
та експериментально доведено можливість експериментального визначення
вкладу кожного процесу – фільтрації та дифузії – у тривалість десорбції
газу з вугілля.
Практична значимість. Подібні дослідження, які
виконуються у лабораторних умовах або безпосередньо у шахті, дозволяють
робити прогноз газодинамічної небезпеки під час проведення гірничих робіт
на викидонебезпечних вугільних пластах.
Ключові слова: характерний час, десорбція,
фільтрація, дифузія, вугілля, об’ємний метод, тиск метану, блоки вугілля
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Алексеев
А.Д. (2010). Физика угля
и горных процессов. Киев: Наук. дум-ка.
2. Васильковский
В.А., Минеев С.П. (2017). Распределение
и механизмы движения метана в блоках угля. Физико-технические проблемы горного прои-зводства, (19),
19–33. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141931
3. Васильковский
В.А., Минеев С.П. (2009). Некоторые
закономерности пе-ремещения
метана по фракталам угольного вещества.
Геотехнічна механіка, (138), 93–107.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/158658
4. Минеев
С.П. (2009). Свойства газонасыщенного
угля. Днепропетровск:
НГУ.
5. Минеев
С.П., Прусова А.А., Корнилов
М.Г. (2007). Активация десорбции
метана в угольных
пластах. Донецк: Вебер.
6. Алексеев
А.Д., Васильковский В.А., Шажко
Я.В. (2007). О распределении метана
в каменном угле. Физико-технические проблемы горного производст-ва, (10),
29–38. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107669
7. Васильковский
В.А., Калугина Н.А., Молчанов А.Н. (2006). Фазовые сос-тояния и механизмы десорбции метана из угля.
Физико-технические проблемы
горного производства,
(9), 62–70. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107636
8. Лейбензон
Л.С. (1947). Движение природных
жидкостей и газов в
пори-стой среде. М.-Л.:
ОГИЗ.
9. Васильковский
В.А., Ульянова Е.В. (2006). Некоторые аспекты интерпре-тации кинетики десорбции метана из каменного
угля. Физико-технические
проблемы горного производства, (9), 56–61.
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107635
10. Васильковский
В.А. (2013). Сорбционный объём
и пустотность камен-ных
углей. Физико-технические
проблемы горного производства, (16), 18–32. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108262
11. Васильковский
В.А., Стефанович Л.И., Чеснокова
О.В. (2020). Влияние естественной
влажности на характерное
время десорбции метана из углей
раз-личной степени метаморфизма. Вiстi
Донецького гiрничого iнституту,
(2), 23–32. doi:10.31474/1999-98X-2020-2-23-32
|
