Влияние фазового состояния метана на газоотдачу угольного пласта

Abstract

Характер метановыделения - от спокойного выделения газа в горные выработки и скважины до внезапного выброса, а так же степень измельчения угля зависят от микроструктуры угля. Структурные различия, обусловливающие газодинамические свойства пластов, находят отражение в диффузионно-кинетических параметрах углей. В основу метода расчета диффузионных параметров положен принцип определения количества метана в газонасыщенных образцах угля двух фракций в процессе десорбции метана методом ЯМР. По коэффициенту диффузии газа можно судить о склонности пласта к газоотдаче и газодинамическим явлениям. Приведен расчет величин коэффициентов диффузии и энергии активации диффузии. Установлено, что коэффициент диффузии образцов углей из пластов, склонных к газодинамическим явлениям, меньше величин 10⁻¹² см²/с. Величины измеренных коэффициентов диффузии метана в угольных пробах пласта m³ от 10⁻¹⁰ до 10⁻¹¹ м²/с соответствуют твердотельной диффузии и подтверждают нахождение метана в угле в виде твердого раствора. При понижении температуры сорбированной воды фазовый переход лежит в интервале 243-173 °К в зависимости от марки угля, а температура фазового перехода сорбированного метана лежит ниже 103°0К. Сорбированная вода из водометановой смеси переходит в кристаллоподобное состояние при той же температуре, что и вода в увлажненном образце. Сорбированный метан остается в подвижном состоянии. Потенциальный барьер, тормозящий движение молекул, составляет для воды адсорбированной на угле 6,6 ккал/моль. В результате проведенных экспериментальных исследований в промышленных условиях ОП «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ГП «Дзержинскуголь» на пласте l7 в -«Пугачевка» эффективности гидродинамического воздействия через подземные скважины установлено, что содержание газа в угольных пробах, отобранных в окрестности технологической скважины радиусом до 20 м, значительно меньше, чем в необработанном массиве, а содержание физически связанной воды в угле в 1,7 раза больше фонового.

Характер метановиділення - від спокійного виділення газу в гірські виробки і свердловини до раптового викиду, а так само, ступінь подрібнення вугілля залежать від мікроструктури вугілля. Структурні відмінності, обумовлюючі газодинамічні властивості пластів, знаходять віддзеркалення в дифузійно-кінетичних параметрах вугілля. В основу методу розрахунку дифузійних параметрів покладений принцип визначення кількості метану в газонасичених зразках вугілля двох фракцій в процесі десорбції метану методом ЯМР. За коефіцієнтом дифузії газу можна судити про схильність пласта до газовіддачі і газодинамічним явищам. Приведений розрахунок величин коефіцієнтів дифузії і енергії активації дифузії. Встановлено, що коефіцієнт дифузії зразків вугілля з пластів, схильних до газодинамічних явищ, менше величин 10⁻¹² см²/с. Величини зміряних коефіцієнтів дифузії метану у вугільних пробах пласта m³ від 10⁻¹⁰ до 10⁻¹¹ м²/с відповідають твердотільної дифузії і підтверджують знаходження метану у вугіллі у вигляді твердого розчину. При пониженні температури для сорбованої води фазовий перехід лежить в інтервалі 243-173 °К залежно від марки вугілля, а температура фазового переходу сорбованого метану лежить нижче 103°К. Сорбована вода з водо-метановой суміші переходить в кристалоподібний стан при тій же температурі, що і вода в водонасиченому зразку. Сорбований метан залишається в рухомому стані. Потенційний бар'єр, гальмуючий рух молекул, складає для води адсорбованою на вугіллі 6,6 ккал/моль. В результаті проведених експериментальних досліджень в промислових умовах ОП «Шахта ім. Ф.Е. Дзержінського» ДП «Дзержінськвугілля» на пласті l7 в -«Пугачівка» ефективності гідродинамічної дії через підземні свердловини встановлено, що вміст газу у вугільних пробах, відібраних в околиці технологічної свердловини радіусом до 20 м, значно менше, ніж в необробленому масиві, а вміст фізично зв'язаної води у вугіллі в 1,7 разу більше фонового.

Character of laminar methane in mines and boreholes to sudden release, as well as the degree of crushing of coal depends on the microstructure of coal. Structural differences that cause gas-dynamic properties seams, are reflected in the diffusion-kinetic parameters of coal. The basis of the method of calculation of the diffusion parameters of the principle of determining the amount of methane in gassy coal samples of the two factions in the process of desorption of methane by NMR. According to the diffusion coefficient of gas possible to judge tendency to the formation gas recovery and gas-dynamic phenomena. Results of the calculation of the diffusion coefficient and the activation energy of diffusion. Was established that the diffusion coefficient of the samples of coal from seams that are prone to gas-dynamic phenomena less quantities of 10⁻¹² cm²/s. The values of the measured diffusion coefficient of methane in the coal seam m³ samples 10⁻¹⁰ to 10⁻¹¹ m²/s correspond solid diffusion and support presence of methane in the coal as a solid solution. With decreasing temperature, adsorbed water phase transition lies in the interval 243-173 °K depending on the grade of coal, and the temperature of the phase transition of adsorbed methane is below 103 °K. Adsorbed water from the water-methane mixture moves into a crystal-state at the same temperature as the water in the humidified sample. Sorbed methane stays in a mobile state. Potential barrier retarding the movement of molecules is water adsorbed on carbon, 6.6 kcal/mol. As a result of experimental researches in industrial conditions-OE "mine named. FE Dzerzhinsky "SE" Dzerzhinskugol" on seam l7 v -"Pugachevka"efficiency of hydrodynamic impacts through the subterranean borehole established that the gas content of the coal samples taken near borehole process radius of 20 m, much less than in the untreated array and the contents of physically bound water in coal is 1,7 times more of the background.