Минеев С.П., Прусова А.А., Янжула А.С., Гулай А.А., Рыжова С.А. Закономерность процесса десорбции метана из зоны нарушенности угольного пласта
- Деталі
- Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2015
- Категорія: Збірник наукових праць "Геотехнічна механіка" Випуск-125
ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ПРОЦЕССА ДЕСОРБЦИИ МЕТАНА ИЗ ЗОНЫ НАРУШЕННОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
Минеев С.П., Прусова А.А., Янжула А.С., Гулай А.А., Рыжова С.А.
Авторы:
Минеев С.П., д-р техн. наук, профессор,
Прусова А.А., канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
Янжула А.С., магистр,
Гулай А.А., магистр
(ПАО «ШУ «Покровское»)
Рыжова С.А. , инженер
(ИГТМ НАН Украины)
УДК 622.411.332:533.587
Язык: Русский
Аннотация.
На основе молекулярной механики выполнено моделирование десорбционного процесса метана из зоны нарушенности угольного пласта с учетом межмолекулярных и сорбционных взаимодействий в системе «метан-уголь».
При моделировании использовалась теория Пейса-Дейтинера, наиболее полно связывающей параметры молекулярной структуры угля с его диффузионной способностью и основанная на учете локальных взаимодействий между молекулами газа и сегментами структурной угольной цепочки. Задачу о десорбции метана в зоне нарушенности угольного пласта свели к задаче о диффузии метана во фрагменте угля, которая описывается уравнением диффузии в сферических координатах с коэффициентом диффузии, учитывающим межмолекулярные взаимодействия и энергию активации десорбции метана в угле.
В результате решения уравнения диффузии методом Фурье было получено соотношение, определяющее изменение концентрации десорбирующегося метана в зоне нарушенности угольного пласта с учетом параметров нарушенности и упаковки угольных фрагментов.
Выполненные расчеты позволили построить графические зависимости изменения концентрации десорбирующегося метана во времени от энергии активации конформационных перестроек в микроструктуре нарушенного угля ().
Установлены аппроксимирующие функции, описывающие усредненную закономерность изменения концентрации сорбированного метана в выбросоопасном угле. Анализ полученных результатов показал, что десорбция происходит более активно при больших энергиях активации конформационных перестроек в угольном пласте. Время выравнивания составляет 8 ч для max и 11 ч для min. То есть при больших энергиях активации конформационных перестроек в микроструктуре угля выравнивание концентрации десорбирующегося метана происходит быстрее. При этом если исследуемый промежуток времени составляет не более 10 ч, то закономерность изменения концентрации сорбированного метана можно описать экспоненциальной функцией, а более 10 ч – логарифмической функцией.
Ключевые слова: нарушенный угольный пласт, метан, межмолекулярные взаимодействия, десорбция, диффузия, энергия активации.
Список литературы:
1. Минеев, С.П. Активация десорбции метана в угольных пластах / С.П. Минеев, А.А. Прусова, М.Г. Корнилов – Днепропетровск: Вебер, 2007. – 252 с.
2. Саранчук, В. И. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля / В.И. Саранчук, А.Т. Айруни, К.Е. Ковалев – К.: Наукова думка, 1988. – 190 с.
3. Годунов, С. К. Уравнения математической физики / С. К. Годунов – М.: Наука, 1979. – 393 с.
4. Ковалева, И. Б. О возможности использования физико-механических характеристик угля для оценки способности угольных пластов к метаноотдаче / И.Б. Ковалева, Е.А. Соловьева - [Электронный ресурс] – http://www.seminar-1.narod.ru/sem10/d10.htm. – М. ИПКОН РАН, 2001. – 6 с.– Семинар ИПКОН РАН– Заглавие с экрана.
5. Ольховиченко, А. Е. Прогноз выбросоопасности угольных пластов / А.Е. Ольховиченко – М. Недра, 1982 – 278 с.
6. HyperChem Release 5.0 for Windows Reference Manual. –Canada: Hypercube, 1996. – 349 p.
Об авторах:
Минеев Сергей Павлович, доктор технических наук, профессор, зав. отделом управления динамическими проявлениями горного давления Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, sergmineev@gmail.com
Прусова Алла Андреевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник в лаборатории исследования структурных изменений горных пород Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина
Янжула Алексей Сергеевич, магистр, главный инженер ПАО «Шахтоуправление «Покровское», Красноармейск, Украина
Гулай Алексей Александрович, магистр, заместитель главного инженера ПАО «Шахтоуправление «Покровское», Красноармейск, Украина
Рыжова Светлана Алексеевна, инженер в отделе управления динамическими проявлениями горного давления Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина