Науковий вісник НГУ

Оцінка впливу поверхневого шару вугілля на газодинамічні явища у вугільному пласті

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2024

Останнє оновлення: 11 травня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1349

Authors:

А.Д.Маусимбаєва, orcid.org/0000-0002-7214-8026, Інститут КАЗМІРР, м. Караганда, Республіка Казахстан

В.М.Юров, orcid.org/0000-0002-7918-9656, Карагандинський університет імені Е. А. Букетова, м. Караганда, Республіка Казахстан

В.С.Портнов, orcid.org/0000-0002-4940-3156, Карагандинський технічний університет імені Абилкаса Сагінова, м. Караганда, Республіка Казахстан

М.Рабатули*, orcid.org/0000-0002-7558-128X, Карагандинський технічний університет імені Абилкаса Сагінова, м. Караганда, Республіка Казахстан, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Г.М.Рахімова, orcid.org/0000-0003-0947-0212, Карагандинський технічний університет імені Абилкаса Сагінова, м. Караганда, Республіка Казахстан

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (2): 005 - 011

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-2/005

Abstract:

Мета. Розробити фізичну-математичну модель, що зв’язує наноструктурний поверхневий шар вугільної речовини з геодинамічними явищами вугільного пласта, через енергію агдезії різних шарів і марок вугілля, температуру плавлення наношару, визначення ролі напружено-деформованого стану пласта у формуванні тонкодисперсного вугілля й метану при їх викидах у гірничу виробку.

Методика. Математичні та експериментальні дослідження закономірностей зміни поверхневого наношару вугільної речовини в залежності від марки вугілля для різних світ Карагандинського басейну; оцінка впливу поверхневого шару вугілля на енергію агдезії, що визначає напружено-деформований стан вугільного пласта. Фізичні методи вивчення температури розпаду вуглеметану, зміни його концентрації, швидкості реакції з виділення метану з вугілля.

Результати. Показано закономірне зниження товщини поверхневого наношару вугільної речовини різних марок вугілля і світ у метоморфічному ряду вугілля. Встановлено, що це зниження супроводжується зростанням поверхневої енергії та енергії адгезії. Показано зв’язок газодинамічних явищ (ГДЯ) з напружено-деформованим станом вугільного пласта, що формує тонкодисперсні структури вугілля, форми знаходження метану, енергію активації твердого вуглеметанового розчину, швидкість реакції термічного розкладання, критичні напруження формування й розвитку тріщин у вугільній речовині.

Наукова новизна. Уперше розроблена фізична модель розрахунку товщини поверхневого наношару та його поверхневої енергії для вугілля різних марок Карагандинського басейну; встановлено зв’язок товщини наношару з температурою плавлення, енергією агдезії, що зв’язують напружено-деформований стан вугільного пласта в зоні ГДЯ й концентрацію метану. Встановлено, що величина внутрішніх напружень у поверхневому шарі вугілля різних марок є постійною величиною. Також встановлено зв’язок енергії активації розпаду твердого вуглеметанового розчину з енергією Гіббса й концентрацією метану, що пояснює його значну кількість при ГДЯ.

Практична значимість. Фізико-математична модель описує вплив поверхневого шару на процеси, які відбуваються в зоні ГДЯ, і закономірності їх зміни в залежності від товщини поверхневого наношару, що визначає такі параметри як: напружено-деформований стан, дисперсність вугілля, а також виділення великої кількості метану при викиді вугілля й газу в гірничу виробку.

Ключові слова: газодинамічне явище, марка вугілля, агдезія, енергія Гіббса, метан, тріщини, температура

References.

1. Voloshin, N. E., Weinstein, L. A., Brukhanov, A. M., Kushch, O. A., Boiko, Ya. N., Rubinskii, A. A., & Rixnichenko, A. I. (2008). Emissions of coal, rock in the mines of Donbass in 1906–2007. Donetsk: SPD Dmitrenko. Retrieved from https://drive.google.com/file/d/1OSLAoEsmOLsLdI0wFodUl3-fb5JS5pk4/view.

2. Nikolin, V. I., Podkopaev, S. V., Khudoley, O. G., & Maleev, N. V. (2011). Geomechanical regularities of manifestations of rock pressure in deep mines. Donetsk.

3. Bulat, A. F., & Dyrda, V. I. (2013). Some problems of gas-dynamic phenomena in coal massif in the context of nonlinear nonequilibrium thermodynamics. IGTM NAS of Ukraine, 3-31.

4. Korol, V. I., & Skobenko, A. V. (2013). Acoustic method of forecasting of gas dynamic phenomena in coal mines: monography. Dnipro: National Mining University.

5. Antsiferov, A. V., Tirkel, M. G., Gorniak, Z. V., Marmalev­sky, N. Ya., Kostyukevich, A. S., & Khromova, I. Yu. (2009). Application of duplex wave migration for fracture zone delineation in coalbed methane prospecting in Donbass. Scientific works of Ukrnimi NAS of Ukraine, 5 (Part 1), 201-214.

6. Drizhd, N. A., & Rabatuly, M. (2020). The results of the development of pilot wells in the sherubainurinsky site of the Karaganda coal Basin. Ugol, (6), 36-40. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2020-6-36-40.

7. Sobolev, V. V., Baskevich, A. S., & Filippov, A. O. (2012). Electrochemical activation and stability of nanostructured components of hard coal. Dopovidi NAS Ukraine, (1), 89-94. Retrieved from https://www.sworld.com.ua/konfer27/405.pdf.

8. Chen, L., Wang, E., Ou, J., & Fu, J. (2017). Coal and gas outburst hazards and factors of the No.B-1 Coalbed, Henan, China. Geosciences Journal, 22, 171-182. https://doi.org/10.1007/s12303-017-0024-6.

9. Portnov, V., Yurov, V., Reva, M., Maussymbaeva, A., & Imanbaeva, S. (2021). Nanostructures in surface layers of coal substance. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 4(95), 54-62.

10. Yurov, V. M. (2005). Thermodynamics of luminescent systems. Vestnik KarGU. Series Physics, 3(39), 13-16.

11. Mamonova, M. V., Prudnikov, V. V., & Prudnikova, I. A. (2013). Surface Physics: Theoretical Models and Experimental Methods. CRC Press. https://doi.org/10.1201/b16249.

12. Portnov, V., Yurov, V., Reva, M., Maussymbaeva, A., & Imanbaeva, S. (2021). Nanostructures in surface layers of coal substance. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 4(95), 54-62.

13. Mullagaliyeva, L. F., Baimukhametov, S. K., Portnov, V. S., & Yurov, V. M. (2022). Nanostructures of coal beds in the She­ru­bay­nurinsky section of the Karaganda basin. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 17-22. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/017.

14. Haijun, G., & Yingjie, Y. (2024). Experimental study on the desorption law and diffusion kinetic characteristics of gas in raw coal and tectonic coal. Energy, 289. 129924. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129924.

15. Fathabadi, M. V., Rafsanjai, H. H., & Danafar, F. (2018). Experimental Study on Catalytic Effect of Iron Compounds During Synthesis of Carvul iaosuumies From Coal. Iranian Journal of Analytical Chemistry, 5(1), 39-43. https://doi.org/20.1001.1.23832207.2018.5.1.6.3.

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

17. 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.2021.1873.

18. 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.

19. Harpalani, S., & Schraufnagel, R. A. (1990). Shrinkage of coal matrix with release of gas and its impact on permeability of coal. Fuel, 69(5), 551-556. https://doi.org/10.1016/0016-2361(90)90137-F.

20. Moskalets, M. V. (2010). Fundamentals of mesoscopic physics. Kharkov: NTU-HP I.

21. IUPAC Manual of Symbols and Terminology (1971). Pure and Applied Chemistry, 31. Retrieved from https://publications.iupac.org/pac/pdf/1972/pdf/3104x0577.pdf.

22. Griffith, A. A. (1921). The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character, 221, 163-198. https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006.

23. Buzhuang, Zh., & Shengqiang, Y. (2019). Experimental study on the influence of coal oxidation on coal and gas outburst during invasion of magmatic rocks into coal seams. Process Safety and Environmental Protection, 124, 213-222. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.02.017.

24. Chen, Sh., & Zhu, Y. (2012). Influence of magma intrusion on gas outburst in a low rank coal mine. International Journal of Mining Science and Technology, 22(2), 259-266. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2012.03.004.

25. Dias, R. F., Lewan, M. D., Birdwell, J. E., & Kotarba, M. J. (2014). Differentiation of preexisting trapped methane from thermogenic methane in an igneous-intruded coal by hydrous pyrolysis. Organic Geochemistry, 67, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2013.11.010.

26. Jiang, J. Y., Yuanping, Ch., Lei, W., Fenghua, A., & Haina, J. (2011). Effect of magma intrusion on the occurrence of coal gas in the Wolonghu coalfield. Mining Science and Technology (China), 21(5), 737-741. https://doi.org/10.1016/j.mstc.2011.10.002.

27. Qin, Y. (2008). Mechanism of CO₂ enhanced CBM recovery in China: a review. Journal of China University of Mining and Technology, 18(3), 406-412. https://doi.org/10.1016/S1006-1266(08)60085-1.

• Наступна >