УДК 622.01.016
DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-44-53
Дырдин В. В., Ким Т. Л., Фофанов А. А., Плотников Е. А., Воронкина Н. М.
Газовыделение при механодеструкции угля // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 5. С. 44–53. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-44-53
Введение. Обеспечение безопасности горных работ при подземной разработке месторождений каменного угля неразрывно связано с применением мер, направленных на уменьшение газовыделения из краевых зон угольных пластов. В настоящее время нет точного ответа на вопрос, почему при внезапных выбросах угля и газа удельное газовыделение превышает в несколько раз природную газоносность. В связи с этим научная задача изучения газовыделения при механодеструкции угля является актуальной.
Цель работы. Целью данной статьи является проверка гипотезы наличия в каменном угле метана, находящегося с матрицей в иных, не сорбционных формах связи, но способного переходить в газообразное состояние при механодеструкции, т. е. при разрушении угля.
Методология. Авторами проведен отбор угольных проб из пластов угольных шахт Кузбасса. Установлен характер изменения средневзвешенного размера частиц угля в зависимости от числа циклов разрушения. А также приведены результаты хроматографического анализа газа, выделившегося при разрушении отобранных угольных проб.
Результаты. Установлено, что при разрушении проб угля, отобранных на границе зоны влияния выработки, происходит интенсивное выделение «угольных» газов, при этом наибольшая концентрация наблюдается у метана. Установлено, что при механодеструкции угля происходит разрыв внутримолекулярных связей атомов углерода с «бахромой», а также между графитоподобными слоями углеродной решетки, что приводит к высвобождению значительного количества газа и переходу его в свободное состояние.
Выводы. Разработана методика экспериментального определения удельного газовыделения, позволяющая оценивать склонность участка угольного пласта к внезапным выбросам угля и газа.
Ключевые слова: разрушение угля; газовыделение; механодеструкция; угольный пласт; внезапные выбросы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Малинникова О. Н., Фейт Г. Н. Эффект образования метана и дополнительной сорбции при
разрушении газонасыщенного угля в условиях объемного напряженного состояния // ГИАБ. 2004.
№ 8. С. 196–200.
2. Малинникова О. Н. Условия образования метана из угля при разрушении // ГИАБ. 2001. № 5.
С. 95–99.
3. Чернов О. И., Розанцев Е. С. Предупреждение внезапных выбросов угля и газа в угольных
шахтах. М.: Недра, 1965. 211 с.
4. Ходот В. В., Яновская М. Ф., Премыслер Ю. С. Газовыделение из угля при его разрушении //
Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1966. № 6. С. 3–11.
5. Дырдин В. В., Опарин В. Н., Фофанов А. А., Смирнов В. Г., Ким Т. Л. О возможном влиянии
вторичных осадок основной кровли при отработке угольных пластов на их выбросоопасность при
разложении газовых гидратов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.
2017. № 5. С. 3–14.
6. Алексеев А. Д. Метан угольных пластов. Формы нахождения и проблемы извлечения // Геотех-
ническая механика: межвед. сб. науч. тр. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. Вып. 87. С. 10–15.
7. Fischep F. Preparation of synthetic // Brennstoff . Chem. 1923. Vol. 4. P. 276–285.
8. Фальбе Ю. М. Химические вещества из угля. М.: Химия, 1984. 616 с.
9. Proskurowski G., Lilley M. D., Seewald J. S., Früh-Green G. L., Olson E. J., Lupton J. E., Sylva S. P.,
Kelley D. S. Abiogenic hydrocarbon production at Lost City hydrothermal fi eld // Science. 2008. Vol. 319.
No. 5863. P. 604–607.
10. Гаврилюк В. Г., Шанина Б. Д., Скоблик А. П., Кончин А. А., Колесник В. Н., Ульянова Е. В.
Механизм формирования угольного метана // ГИАБ. 2015. № 8. С. 211–220.
11. Менжулин М. Г., Монтиков А. В., Васильев С. В. Физические процессы образования метана
при разрушении угля // Записки Санкт-Петербургского Горного института. Геология. 2014. Т. 207.
С. 222–225.
12. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Гаврилов В. Ю., Шутилов Р. А., Ковчавцев А. П., Танайно А. С.,
Ефимов В. П., Астраханцев И. Е., Гренев И. В. О некоторых особенностях взаимодействия между
геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах Кузбасса // Физико-тех-
нические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2. С. 3–30.
13. Глинка Н. А. Общая химия. М.: Интеграл-Пресс, 2003. 728 с.
14. Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Исмагилов З. Р., Ким Т. Л., Манаков А. Ю. О влиянии форм
связи метана с угольной матрицей на газодинамические явления, возникающие при подземной раз-
работке угольных пластов // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промыш-
ленности. 2017. Вып. 1. С. 34–41.
15. Сорокина Н. Е., Никольская И. В., Ионов С. Г., Авдеев В. В. Интеркалированные соединения
графита акцепторного типа и новые углеродные материалы на их основе // Известия Академии
наук. Серия химическая. 2005. № 8. С. 1699–1716.
16. Smirnov V. G., Dyrdin V. V., Ismagilov Z. R., Manakov A. Y., Ukraintseva E. A., Villevald G. V.,
Karpova T. D., Terekhova I. S., Ogienko A. G., Lyrshchikov S. Y. Formation and decomposition of methane
hydrate in coal // Fuel. 2016. Т. 166. С. 188–195.
Поступила в редакцию 5 апреля 2019 года
