ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА ОЦЕНКИ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ :

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведено аналіз стану дослідженості актуальної науково-технічної задачі по експрес-методам визначення тиску і метаноносності у вугільних пластах, а також портативних засобів вимірювання параметрів, що характеризують ступінь зміни інтенсивності десорбції метану при техногенному впливі на вуглепородний масив. Основоположні дослідження з вивчення масопереносу, накопичення газу в пористих середовищах і вугіллі, кінетики його десорбції виконані в працях науково-дослідних установ: МакНДІ, ІФГП НАН України, ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України, ІГС ім. О.О. Скочинського та інших.

Як показав аналіз робіт зарубіжних і вітчизняних авторів, методи діагностики метаноємності вугільних пластів, що застосовуються в шахтних умовах, мають цілий ряд істотних недоліків. До них відносяться - тривалий час вимірювань, неконтрольована втрата газу (30-35%) в пробі до її герметизації в пробовідбірники, і неповторювана дисперсія розміру гранул вугілля в пробах і, як наслідок, низька ефективність емпіричного підходу в пошуках кореляції між інтенсивністю витікання газу, його змістом у вугіллі і пластовим тиском метану в гірському масиві.

Відсутність цих залежностей не дозволила до теперішнього часу обґрунтувати достовірність експрес-методу визначення тиску метану і метаноносності у вугільних пластах і розробити засоби їх виміру.

У другому розділі наведені результати теоретичних досліджень по встановленню закономірностей виходу метану з вугільних фракцій у замкнутий об'єм з метою обґрунтування основних параметрів і функціональних характеристик портативного пристрою для експрес-прогнозу метаноносності вугільних пластів. У роботі використана фізична модель вугільної речовини, що включає тріщини, з'єднані з відритими порами (фільтраційний обсяг) і закриті пори. Вся тріщинувато-пориста система заповнена метаном. Десорбція газу, згідно з моделі, починає відбуватися при порушенні термодинамічної рівноваги, що пов'язані з розвантаженням від гірського тиску. При цьому газ з фільтраційного об'єму за рахунок різниці тиску сорбційної рівноваги і зовнішнього газу виділяється в навколишнє середовище в обсязі до 30% газоносності пласта.

Після виходу частини газу з фільтраційного об'єму і стабілізації тиску на рівні атмосферного починається процес виходу основного обсягу газу з блоків за механізмом дифузії. Процеси фільтрації та дифузії газу з блоків сферичної форми радіусом R описуються рівнянням Дарсі. Стосовно до поставленого завдання враховуються процеси витікання метану із вугільних частинок одного фракційного складу (рис. 1) в герметичний контейнер об'ємом V (рис. 2).

Сумарний об'єм, займаний гранулами вугілля, позначають V_c. У початковий момент при завантаженні вугілля щільність метану в фільтраційному об’єму дорівнює ρ₀. Згідно загальної моделі десорбції метану, газ з фільтраційного об'єму вугілля спрямовується у вільний об'єм камери за час , де D_f – коефіцієнт фільтрації. При цьому тиск газу всередині мікроблоків, що складають внутрішній об'єм вугільних частинок, знижується, і стартує процес дифузійного масопереносу сорбованого метану в фільтраційний об’єм. Час дифузії метану складає , де D_e – ефективний коефіцієнт дифузії. Таким чином, відбувається фільтрація газу з вугільних фракцій з одночасним підживленням фільтраційного об'єму вугілля метаном, розчиненим у мікроблоках.