CC BY
27
для проветривания подготовительных забоев при одинарной подготовке.
4. Улучшить условия работы дегазационных скважин за счет бурения их через оставляемый междуштрековый целик из пар-
ной выработки, не имеющей непосредственного контакта с ВП.
5. Максимально приблизить дегазационные скважины к лаве, что позволит увеличить эффективность дегазации по выемочному участку на 5-15 %.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------
Шувалов Юрий Васильевич - профессор, доктор технических наук, декан горного факультета, зав. кафедрой экологии, аэрологии и охраны труда, Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова (технический университет).
Бобровников Владимир Николаевич - профессор кафедры горного дела, филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г. В. Плеханова (технического университета) «Воркутинский горный институт».
Казанин Олег Иванович - и.о. зав. кафедрой горного дела, Филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г. В. Плеханова (технического университета) «Воркутинский горный институт», и.о. директора.
---------------------------------------- © В.А. Бобин, А.Н. Ланюк,
В.Н. Труфанов, М.И. Гамов, 2004
УДК 662.74
В.А. Бобин, А.Н. Ланюк, В.Н. Труфанов, М.И. Гамов
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОНАСЫЩЕННОЕ УГОЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО
Семинар № 5
ТТ ель исследования состоит в оценке влияния резонансного виброволново-го воздействия на угольный пласт, обеспечивающего распад элементов структуры угольного вещества и увеличение степени его дегазации.
Работа базируется на исследованиях по теоретическому обоснованию физикоматематической модели строения макрострук-
туры угольного вещества [1], а ее основу составляют два основных постулата: 1) первичным элементом макроструктуры является сорбционная частица размером менее 1 мкм и включающую порядка 10 18 микропор/г; 2) доминирующим физическим процессом, который определяет метановыделение является диффузия.
С этой точки зрения макроструктура угля предстает в следующем виде: 1) сорбционные частицы составляют основу макроструктуры угольного вещества; 2) их совокупность образует суперсорбционные частицы, окруженные переходными порами и каналами; 3) суперсорбционные частицы формируют фильтрационносорбционные частицы, окруженные макропорами и фильтрационными каналами; 4) совокупность фильтрационно-сорбционных частиц образует угольное вещество.
Математический аппарат процесса метано-выделения из угля базируется на описании процесса диффузии из сорбционных частиц различных типов, а именно: 1) образующих внешнюю поверхность частиц угля, 2) образующих внешнюю поверхность фильтрационно-сорбционных частиц, 3) находящихся в объеме фильтрационно-сорбционных частиц.
Анализ диффузионно-кинетических параметров ясно показывает, что основная масса сорбированного в частицах угля газа сосредоточена в объеме сорбционных частиц, а его доля в угле составляет в зависимости от размера фракции от 39 до 40% , при этом он выделяется в течение нескольких часов; в фильтрационносорбционных частицах угля содержится от 22 до 38% метана и он выделяется в течение нескольких десятков минут; в свою очередь на поверхности частиц угля сосредоточено 9-20% метана, который выделяется всего в течение 25 минут.
Этот факт является физической основой определения длительности волнового электромагнитного воздействия, который рассматривался в работе [2], где рассчитанные собственные частоты колебаний различных элементов структуры угольного вещества сведены в таблицу.
Учитывая, что движущей силой процесса трансформации угольного вещества является упругость сорбированного метана, сосредоточенного в микропорах, то и волновую обработку угля целесообразного начинать с разрыва структурных связей в микропорах угля, т.е. с частоты 88 ГГц, что позволяет перевести сорбированный метан из состояния твердого угольного раствора в свободное состояние. Для его транспортирования следует воздействовать с частотой порядка 1 ГГц на мезопоры с целью
создания развитого связанного пространства переходного типа, а с частотой 10-100 МГц - с целью формирования фильтрационного поро-вого пространства, по которому газа движется в выработку.
Далее необходимо с резонансной частотой 25 Мгц воздействовать на сорбционные частицы угля с целью деструкции их объема и облегчения выхода и перехода сорбированного газа в свободное состояние; и, наконец, с резонансной частотой 0,7 МГц - на фильтрационно-сорбционные частицы с целью повышения проницаемости угольного вещества.
Таким образом, описанная последовательность волнового электромагнитного воздействия на угольное вещество направлена на разрушение макроструктуры угля и формирование в нем каналов, по которым газ, извлеченный из микропор, в свободное пространство.
При этом этап волнового воздействия с резонансной частотой 88 ГГц должен быть наиболее продолжительным и интенсивным, т.к. он направлен на разрушение структуры угольного вещества, которая содержит наибольшее количество газа в нем сосредоточенного.
Для экспериментальных исследований распада микропористой системы «уголь-метан» при виброволновом воздействии был сконструирован и изготовлен испытательноизмерительный комплекс ЭВД-ЭДИП, включающий вибрационно-волновой стенд для моделирования процессов деструкции системы «уголь-метан» (ВВС-М), электромагнитный
дистанционный индикатор поляризации веществ ЭДИП-2 и вакуумный декриптометр ВД-
5, предназначенный для регистрации и диагностики продуктов разрушения углегазовых растворов.
Вибрационно-волновой стенд ВВС-М состоит из двух стандартных широкополосных генераторов типа ГЗ-117 и ГЧ-102, обеспечивающих получение синусоидального излучения в диапазоне частот от 20 Гц до 200 кГц и от 100 кГц до 50 Мгц с амплитулой от 1,0 до 5 В, на выходе которых в качестве внешней нагрузки используются датчики-измерители с исследуемым образцом.
Образец помещается в кварцевую капсулу-реактор вакуумного декриптометра ВД-5, где и реализуется эффект трансформации микро- и
Частота Элементы структуры угольного вещества
Поры Частицы
Микро мезо макро сорбционные Фильтрационно- сорбционные
Г 88 Ггц 1 Ггц 10-100 Мгц 2-25 Мгц 0,7 Мгц
макроструктуры образца при внешнем вибрационно-волновом воздействии, в результате которого происходит выделение газа, сорбированного в образце.
Для оценки электромагнитной активности исследуемых проб в комплексе ЭВД-ЭДИП используется дистанционный индикатор поляризации вещества типа ЭДИП-2, позволяющий регистрировать индуцированный сигнал электрополяризации атомно-молекулярной структуры образца в рабочем диапазоне частот 10100 кГц.
Эксперименты на природных угля проводились в соответствии с методикой изучения процессов деструкции системы “уголь-метан” при внешнем воздействии. Ее основу составляют новые представления о гетерогенной структуре газонасыщенного угольного вещества, характеризующейся многоуровневой композицией из надмолекулярных фрагментов сложной конфигурации, представленных лам-мелями, фибрилами, микроглобулярами, графитоподобными кластерами и алифатическими “связками”, погруженными в аморфизирован-ный или скрытокристаллический углерод -минеральный субстрат.
В зависимости от степени метаморфизма и условий залегания природного угля система “уголь-метан” представляется как неодинаковое по степени дисперсности и стабильности образование, в котором при определенном электромагнитном воздействии вызываются резонансные флуктуации слагающих его структурных элементов, приводящие к деструкции свей системы при критических параметрах электромагнитных импульсов.
Количественные значения частотных характеристик электромагнитного воздействия теоретически находятся в пределах 8,8 ГГц для микропор, 1 ГГц для мезопор, 10-100 МГц для макропор, 2-25 МГц для сорбционных и 0,7 МГц для суперсорбционных частиц угля, как это было установлено выше.
Лабораторные эксперименты проводились на двух образцах природного угля Краснодонецкого углегазового месторождения Восточного Донбасса (Россия), относящихся к марке А[, причем первый образец отличается от второго тем, что в нем слабо выражен эффект га-зовыделения.
В ходе экспериментов получены следующие результаты:
1) при электромагнитном воздействии на первый образец были зафиксированы только два максимума газовыведения при частотах соответственно 50 и 500 кГц; 2) во втором образце при электромагнитном воздействии на него были зафиксированы два максимума газовыведения при тех же частотах 50 и 500 кГц и два максимума при частотах 5 и 50 МГц; 3) интенсивность газовыде-ления в результате электромагнитного воздействия для обоих образцов достигает максимальных значений при частотах 50 и 500 кГц.
Таким образом, можно сделать вывод о том, деструкция системы «уголь-газ» в исследованном диапазоне частот электромагнитного воздействия связана с резонансными процессами разрушения макропор, сорбционных и суперсорбционных частиц структуры угольного вещества, предсказанными и рассчитанными теоретически.
------------------------------------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобин В.А. Сорбционные процессы в природ- 2. Бобин В.А. Теория структурно-трансфор-
ном угле и его структура. М., изд-во ИПКОН АН СССР, мационных процессов при сорбционных явлениях в при-
1987, 135 с. родных газонасыщенных углях. Автореферат на со-
иск.уч.степ.докт.техн.наук. М.,1993, 32 с.
— Коротко об авторах ----------------------
Бобин В.А., ЛанюкАН. - ИПКОН РАН.
Труфанов В.Н., Гамов М.И - Ростовский госуниверситет.
