Науковий вісник НГУ

Наноструктури вугільних пластів на Шерубайнуринській ділянці Карагандинського басейну

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №4 2022

Останнє оновлення: 01 вересня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 2649

Authors:

Л.Ф.Муллагалієва, orcid.org/0000-0003-1168-4076, Карагандинський технічний університет, м. Караганда, Республіка Казахстан, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С.К.Баймухаметов, orcid.org/0000-0002-7130-5560, Карагандинський технічний університет, м. Караганда, Республіка Казахстан, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.С.Портнов, orcid.org/0000-0002-4940-3156, Карагандинський технічний університет, м. Караганда, Республіка Казахстан, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.М.Юров, orcid.org/0000-0002-7918-9656, Карагандинський технічний університет, м. Караганда, Республіка Казахстан, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д.А.Ібрагімова, orcid.org/0000-0002-2588-3028, АТ  «Шубарколь Комір», м. Караганда, Республіка Казахстан

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (4): 017 - 022

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/017

Abstract:

Мета. Визначити товщину тонких плівок вугільної речовини на Шерубайнуринскій ділянці Карагандинського басейну та їх вплив на фізичні властивості цих плівок.

Методика. Щоб за запропонованою формулою розрахувати товщину поверхневого шару вугільної речовини, потрібно знати молярну масу та щільність. Ми скористаємося відомою роботою, де показано, що така характеристика як «молекулярна маса» вугілля досить добре відображає ступінь метаморфізму, а також є визначальною для вивчення складу й будови вугільної сировини.

Результати. Показана роль товщини поверхневого шару вугілля в перебігу більшості фізичних процесів. Тонкий шар вугільної речовини суттєво відрізняється від металів, інших сполук. Але близький до структури вищих фулеренів. Один фундаментальний параметр – атомний об’єм поверхневого шару – визначає всі властивості наноструктури цього шару.

Наукова новизна. Уперше визначена товщина поверхневого шару вугільної речовини, що на два порядки більша за товщину чистих металів. Товщина поверхневого шару вищих фулеренів С₉₆ (135 нм) близька до такої для вугілля ОС (146 нм). Середньостатистична структурна одиниця вугілля відповідає вищим фулеренам із числом атомів вуглецю у кластері >100, що є унікальною особливістю вугільної речовини. Отримано показник товщини поверхневого шару вугілля на Шерубайнуринській ділянці Карагандинського басейну розміром ~150–200 нм. Ця структура є наноструктурою. У цьому шарі відбиваються фізико-хімічні властивості наноматеріалів: зміна кристалічної (надмолекулярної) структури вугілля; зміна його електронної структури та його електропровідності; зміна умов напруженого стану вугілля; зміна умов дифузії метану у вугільних пластах і багато інших явищ.

Практична значимість. Природна газоносність С₀ лінійно залежить від зворотної величини d(I). Для вугільного пласта k, де d(I) = 180.8 нм, отримано – С₀ = 19 м³/т. Після викиду вугілля та газу середнє значення С₀ = 216 м³/т за глибини залягання пласта 430 м, а на Шерубайнуринській ділянці С₀ = 14 м³/т за середньої товщини поверхневого шару d(I) = 170 нм. Отже, після вибуху d(I)_в = 35 нм, тобто товщина шару зменшується майже у 5 разів, що призводить до утворення вугільного пилу. Ми розглянули лише частину питань, пов’язаних із наноструктурою: пористість і газоносність, вибухонебезпечність і вологість вугільних пластів та показали, що всі фізичні явища в тонкому шарі вугілля мають розмірну залежність і визначають досі недосліджені структури та явища, вивчення яких необхідно у практиці гірничих робіт.

Ключові слова: Карагандинській басейн, наноструктура, товщина поверхневого шару, вугілля, молярна маса, щільність, розмірний ефект, вуглець, фулерен

References.

1. Mamonova, M. V., Prudnikov, V. V., & Prudnikova, I. A. (2016). Surface Physics: Theoretical Models and Experimenal Methods. CRC Press. ISBN: 9780367379377.

2. Yurov, V. M., Guchenko, S. A., & Laurinas, V. Ch. (2018). Surface layer thickness, surface energy, and atomic volume of an element. Physicochemical aspects of studying clusters, nanostructures and nanomaterials, 10, 691-699. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2018.10.69.

3. Yurov, V. M., Makhanov, K. M., & Portnov, V. S. (2020). Nanostructures in a thin layer of coal substance. Physicochemical aspects of studying clusters, nanostructures and nanomaterials, (12), 746-757. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2020.12.746.

4. Portnov, V., Yurov, V., Reva, M., Mausymbaeva, A., & Imanbaeva, S. (2021). Nanostructures in surface layers of coal matter. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 4(95), 54-62. https://doi.org/10.17721/1728-2713.95.07.

5. Sun, Y., Yuan, L., & Zhao, Y. (2018). CO₂-ECBM in coal nanostructure: Modelling and simulation. Journal of Natural Gas Science & Engineering, 54, 202-215. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.04.007.

6. Jia, T., Liu, C., Wei, G., Yan, J., Zhang, Q., Niu, L., …, & Zhang, Y. (2021). Micro-Nanostructure of Coal and Adsorption-Diffusion Characteristics of Methane. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 21(1), 422-430. https://doi.org/10.1166/jnn.2021.18733.

7. Ding, J., Chen, S.-M., & Jisheng, P. (2019). Rapid Pyrolysis of Pulverized Coal for the Preparation of Nanostructured Powder Activated Coke. Materials Science Forum, 962, 63-69. https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/MSF.962.63.

8. Hashemipour, H., Danafar, F., & Rad, S. A. (2020). Direct and one-stage conversion of coal into carbon nanostructures with spherical, rod, tube and plate geometry by chemical solid synthesis method. Journal of Applied Chemistry, 15(56), 179-194. https://doi.org/10.22075/CHEM.2020.17820.1639.

9. Reddy, B. R., Ashok, I., & Vinu, R. (2020). Preparation of carbon nanostructures from medium and high ash Indian coals via microwave-assisted pyrolysis. Advanced Powder Technology, 31(3), 1229-1240. https://doi.org/10.1016/i.apt.2019.12.017.

10. Fathabadi, M. V., Rafsanjani, H. H., & Danafar, F. (2018). Experimental Study on Catalytic Effect of Iron Compounds During Synthesis of Carbon Nanostructures from Coal. Iranian Journal of Analytical Chemistry, 5(1), 39-43.

11. Moskalenko, T. V., Mikheev, V. A., & Vorsina, E. V. (2018). Mathematical model for calculating the molecular weight of coal. Modern high technologies, (10), 82-85.

12. Maussymbayeva, A. D. (2018). Distribution of iron-containing minerals in the coal and rocks of Shubarkol deposit. XIX Ural Youth Scientific School in Geophysics, (pp.112-114). Yekaterinburg: IGP UB RAN.

13. Zeinullin, A. A., Khasen, B. P., Ozhogin, T. V., Krysin, A. V., & Lis, S. N. (2016). Key parameters of coals of the Karaganda basin for the production of coal-bed methane. Geology and mineral resources protection, 2(59), 12-23

14. Korotcenkov, G. (2015). Porous Silicon: From Formation to Application: Formation and Properties, (Vol. 1). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b19342. ISBN 9781482264548.

15. Drizhd, N. A., Kamarov, R. K., Akhmatnurov, D. R., Zamaliyev, N. M., & Shmidt-Fedotova, I. M. (2017). Coal bed methane Ka­ra­gan­da basin in the gas balance Republic of Kazakhstan: status and prospects. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 12-20.

16. Kalyakin, S. A. (2013). Fire and explosion hazard of coal and dust and gas mixtures in mines. Visti of Donetsk State University, 1(32), 127-144.

• < Попередня
• Наступна >