Молчанов А.Н., Венгеров И.Р., Дедич И.А., Пичка Т.В., Троицкий Г.А., Камчатный А.А. Определение параметров фильтрации метана в угольных пластах
- Деталі
- Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2019
- Категорія: Геотехнічна механіка, 2019, № 149
Geoteh. meh., 2019, 149, 38-47
https://doi.org/10.15407/geotm2019.149.038
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРАЦИИ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ
1Молчанов А.Н., 1Венгеров И.Р., 2Дедич И.А., 1Пичка Т.В.,
1Троицкий Г.А., 1Камчатный А.А.
1Институт физики горных процессов НАН Украины, 2Приватное акционерное общество «Донецксталь» - металлургический завод»
УДК 536-12:517.956.4:622
Язык: Русский
Аннотация.
В статье исследуется проблема заблаговременного определения параметров метановыделения в горную выработку на основе горно-геологических данных угольного пласта, для которого выполняется планирование проведения горных работ и, в частности, определяются параметры вентиляции шахтных выработок. Для определения параметров метановыделения в горную выработку предлагается использовать методы математического моделирования массопереноса метана в неоднородных угольных пластах. Рассматривается применимость предложенной авторами ранее модели фильтрации метана в неоднородном угольном пласте для выполнения практических расчетов метаноотдачи пласта (т.е. выхода метана в лаву через поверхность забоя). Проанализированы условия применимости изотерм сорбции Генри и Ленгмюра для научных и инженерных расчетов. Найдены диапазоны изменения параметров изотерм для реальных условий (температура, глубина залегания угольного пласта, выход летучих угля) и проведены оценки их применимости.
Исходя из имеющихся в наличии шахтных данных, характеризующих угольный пласт, авторами проведен расчёт метаноёмкости и бароёмкости угля. Для этого проведен анализ параметров предложенной математической модели для реальных условий пласта блока 10 ш/у «Покровское», используя данные для двух лав, для которых выполнены расчёты фильтрационных параметров, необходимых для определения метаноотдачи пласта. Проведено сравнение полученных результатов с реальными шахтными данными.
Результаты исследования показывают, что использование в научных и инженерных расчётах изотерм сорбции метана по Генри возможно только для ситуаций (достаточно редких), когда параметры давления метана в разных точках угольного пласта не превышают 4,53 атм. В большинстве реальных ситуаций следует использовать изотерму Ленгмюра. Эмпирические формулы для вычисления метаноёмкости угля хорошо согласованы между собой и позволяют получать результаты, удовлетворительно согласующиеся с опытными данными. Предложенная ранее авторами модель фильтрации метана в неоднородном угольном пласте является адекватной, поскольку в её рамках удаётся определить (с привлечением эмпирических корреляций) фильтрационные параметры и найти удельную метаноотдачу пласта, которые по величине близки к определённым на основе практических шахтных измерений. Подтверждена эффективность системного подхода к математическому моделированию процессов переноса в геотехногенных системах.
Ключевые слова: фильтрация, массоперенос, угольный пласт, математическое моделирование.
Список литературы
1. Венгеров И.Р. Математическое моделирование эволюционных теплофизических процессов в сложных системах геотехносферы. Киев: Наукова думка, 2017. 432 с.
2. Венгеров И.Р., Молчанов А.Н., Камчатный А.А. Математическое моделирование фильтрации десорбирующегося метана в неоднородных угольных пластах // Физико-технические проблемы горного производства: Сборник научных трудов, вып. 17. Донецк: ИФГП НАН України, 2014. С. 27-37.
3. Венгеров И.Р., Молчанов А.Н., Камчатный А.А. Базисные модели метаноотдачи неоднородных угольных пластов / Венгеров И.Р. и др. // Форум горняков-2015: Материалы Международной научно-технической конференции (Днепропетровск, 30 сентября – 3 октября 2015 г.) / Национальный горный университет. Днепропетровск. 2015. С. 115-123.
4. Венгеров И.Р., Молчанов А.Н., Камчатный А.А. Аналитические решения задач фильтрации метана в неоднородных угольных пластах // Физико-технические проблемы горного производства: Сборник научных трудов, вып. 18. Днепр: ИФГП НАН України. 2016. С. 26-39.
5. Скляров Л.А., Кривицкая Р.Н., Струковская Т.В. Определение метаноёмкости угольных пластов расчётным методом // Уголь Украины. 1982. №7. С. 37–38.
6. Премыслер Ю.С., Яновская М.Ф. Коллекторские свойства углей / В кн.: Физико-химия газодинамических явлений в шахтах. М.: Наука. 1973. С. 19-83.
7. Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. М.: Наука. 1970. 79 с.
8. Коган Г.Л., Крупеня В. Г. Физические основы дегазации выбросоопасных угольных пластов / В кн.: Физико-химия газодинамических явлений в шахтах. М.: Наука. 1973. С. 84-117.
9. Эттингер И.Л. Газоёмкость ископаемых углей. М.: Недра, 1966. 223 с.
10. Кузнецов С.В., Кригман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы её определения. М.: Наука. 1978. 122с.
11. Алексеев А.Д. Физика угля и горных процессов. Киев: Наукова думка, 2010. 424 с.
12. Венгеров И.Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. В 2-х томах // Том 1. Анализ парадигмы. Донецк: Норд-Пресс, 2008. 632 с.
13. Дєдіч І.О. Обґрунтування параметрів технології розробки вугільних пластів з поточним бурінням дегазаційних свердловин з земної поверхні: дис… к-та техн. наук / Спец. 05.15.02; утв. 13.10.2016. Дніпро: ДВНЗ «Національний гірничий університет», 2016. 161 с.
14. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра. 1982, 312 с.
15. Прогнозування та нормалізація теплових умов у вугільних шахтах / Кузін В.О., Алаб’єв В.Р., Яковенко А.К. та інші. Стандарт Міненерговугілля України. Київ: Міненерговугілля України. 2011. 188 с.
Об авторах
Молчанов Александр Николаевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, директор, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. .
Венгеров Игорь Рувимович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела Физики сорбционных процессов, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Дедич Иван Александрович, кандидат технических наук, ведущий специалист Дирекции по охране труда, промышленной безопасности и экологии, Приватное акционерное общество «Донецксталь» - металлургический завод» (ПРАО «ДМЗ»), Покровск, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Пичка Татьяна Владимировна, старший научный сотрудник отдела Физики сорбционных процессов, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепропетровск, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Троицкий Григорий Аронович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела Физики сорбционных процессов, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. .
Камчатный Алексей Анатольевич, магистр, младший научный сотрудник отдела Физики сорбционных процессов, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. .