Размещено на http://allbest.ru

Карагандинский государственный технический университет

УДК 622.2

Экспериментальные исследования эмиссии метана

Маер Эдуард Анатольевич

Агыбай Даулен Агыбайулы

Данибеков Руслан Кайратович

Садыков Айдар Серикович

Казахстан, Караганда

Введение

Газоносность угольных пластов зависит от различных условий залегания, наличия в них геологических нарушений и обнажений, газопроницаемости углей и пород, действие инфильтрационных вод.

Все это может либо помогать, либо препятствовать миграции метана к дневной поверхности. Если подсчитать количество метана, выделявшегося из угольных запасов и вычесть из него запасы метана, оставшиеся связанными с углем, и породой то 0,02-0,03% атмосферы должно было бы состоять из метана.

Основная часть

Сохранение выделявшегося метана в угольных пластах зависит от комплекса природных факторов (длительности и активности выветривания, характера тектонических разрывов). Поэтому характер и интенсивность выделения метана зависит и от времени с момента обнажения плоскости угольного пласта. При этом длительность газоотдачи обнаженной поверхности угля на практике составляет в среднем 3-4 месяца.

Перенос метана применительно массива ликвидируемого угольного предприятия определяется диффузионным проникновением отдельных носителей массы в сторону меньшей концентрации путем течения масс. Во всех случаях перенос массы сопровождается и переносом энергии.

Диффузия является процессом необратимым и представляет собой один из источников диссинации энергии, который решается соотношением [1] на основании уравнения:

(1)

где: Т - энергия системы;

- подвижность среды;

Д - коэффициент диффузии флюента.

Диффузия газов в породах протекает медленнее чем в массе вод. Коэффициент диффузии для глин меняется от 1,3110^-6 до 4,810⁵, для песчаников от 1,0710^-6 до 4,810^-6 см²/с. На масштабы диффузии влияют литология и степень уплотнения пород, пористость, проницаемость, структура порового пространства, влагонасыщенность и.т.д.

Проблемы эмиссии угольного метана а последние 10-15 лет значительно расширился круг проблем, связанных с выбросами и эмиссией угольного метана, что определяется резким усилением внимания к вопросам сохранения озонового слоя и предотвращения глобального потепления климата[2]. Общий дебит метана из всех источников его выделения составляет более 10 тыс. м³ /мин, в том числе дебит каптируемого метана - свыше 900 м3 /мин. Большие проблемы возникают с метаном, находящимся в угольных пластах.[3] Предотвращение взрывов метана и использование шахтного метана является серьезной задачей.

Цель обзора - рассмотреть источники метана, разнообразные аспекты и последствия присутствия метана в различных резервуарах планет. Определяющим фактором диффузии флюента через пористую среду является длина свободного пробега молекул, которая позволяет определить транспортные особенности массива [4].

Средняя длина свободного пробега молекул метана по пористому пространству оценивается числом Кнудсенда

(2)

где -длина свободного пробега молекулы флюента;

-приведенный размер порового пространства.

Длина свободного пробега оценивается выражением

(3)

где - константа Больцмана;

-размер молекулы метана;

-давление газа;

- абсолютная температура флюента.Размещено на http://allbest.ru

Для условий разрушенных массивов ликвидируемых угольных шахт Карагандинского бассейна , что определяет возможность перемещения флюента по норме превышающей размеры пор

; м

Для условий фильтрации газа режим движения:

(4)

где: - размер пор;

- плотность;

- скорость фильтрации;

- динамическая вязкость флюента.

(5)

Что свидетельствует о ламинарном движении флюента. Поскольку с инженерной точки зрения о процессе эмиссии судят по выносу флюента на поверхность, то диффундирующий поток можно оценить коэффициентом массообмена,

(6)

где -условный эквивалентный слой.

Равномерный перепад парциальной плотности устанавливает взаимосвязь между подвижностью среды и энергией фильтрации газа, а показатель удельного потока определяется как:

(7)

где -коэффициент массообмена.

Переходя к эмиссии флюента имеем следующий критерий временного фактора для определения условий накопления метана. В загазированных объектах концентрация метана в большинстве колебалась в пределах от 0,1 до 1,0 %, но в отдельных случаях создавалась взрывоопасная концентрация. В некоторых жилых домах, расположенных над погашенными горными выработками произошли взрывы метана, проникшего по трещинам на поверхность. По данным замеров ВГСЧ, произведенными после взрыва, концентрация метана в подвальных помещениях этих домов составляла 12,7 %. Анализируя случаи проникновения газа можно отметить, что повышение интенсивности миграции метана к дневной поверхности происходит в основном:

-по трещинам, возникающим в осушенных породах надугольной толщи в результате выемки угольных пластов;

-из-за нарушения сорбционного равновесия за счет повышения температуры в недрах (после подземных пожаров);

-в районах выходов угольных пластов на поверхность, а также над ликвидированными восстающими горными выработками и на границе выработанных пространств т.е. по краям мульды сдвижения.

Кроме этого проникновения метана наблюдалось на полях ликвидированных шахт в период перепадов атмосферного давления.

Рис. 1. Схема конструкции пробоотборной емкости

На рис.1 представлена конструкция пробоотборного устройства, состоящего из полиэтиленовой емкости 1, диаметром 0,8м и высотой 1,2 м, металлической втулки 2 с пробкой, жестко укрепленной на полиэтиленовой емкости и газоотборной трубки 3 с резиновым шлангом. Непосредственно перед отбором проб газовоздушной среды к резиновому шлангу газоотборной трубки подсоединялся интерферометр ШИ-12. Затем снималась пробка и газоотборная трубка вводилась через втулку в полость полиэтиленовой емкости. После чего производился просос газовоздушной смеси интерферометром не менее четырех раз на разной высоте емкости. Высота забора пробы в устройстве и скорость просасывания определяли на основании режима фильтрации флюента (4).

Метан, выделяющийся в горные выработки снижает безопасность и ухудшает комфортность труда шахтеров, сдерживает добычу угля, повышает его себестоимость, а вынос метана на поверхность приводит к негативным экологическим последствиям.[5]

Этот метан при разработке месторождений извлекается на поверхность, как с вентиляционной струей, так и различными способами дегазации. Извлечь метан из неразгруженного массива можно только после изменения его свойств и состояния путем активных (силовых) воздействий, выбор которых определяется горно-геологическими и горнотехническими условиямию. Экологические проблемы сохранения озонового слоя и глобального потепления климата требуют эффективного снижения уровня эмиссии парниковых газов.

При этом конкурентоспособность твердого топлива в значительной мере определяется требованиями к экологичности разработки углегазовых месторождений, в частности - к уровню выбросов парникового газа метана.[6] газ метан угольный эмиссия флюент

В структуре общей эмиссии парниковых газов метан разрабатываемых угольных месторождений составляет 3-4 %. Однако, в антропогенной эмиссии метана, в частности в Республике Казахстан, до 30 % представлен угольным метаном. Этот газ выделяется локально, что позволяет управлять его эмиссией путем обеспечения требуемого уровня утилизации.

Места установки пробоотборных емкостей определялись с учетом границ мульды сдвижения. Расстояние между точками отбора проб принималось равным 35-40м. Всего точек отбора проб было принято N=15.

Заключение

Анализ данных, указывает на отсутствие метана в газовоздушной смеси отобранной из пробоотборной емкости. Хотя в период проведения работ неоднократно отмечались температурные колебание воздуха и перепады атмосферного давления.

Из-за наличия большой мощности глинистых компонентов третичных отношений и их водонепроницаемости в пределах отвода шахтного поля шахты 50 лет Октябрьской революции, выбросы метана на поверхность замерами не зарегистрированы. Разовые выделения флюента говорят о том, что динамические процессы сдвижения могут быть спровоцированы, о чем свидетельствует содержание метана в отдельных пластах 0,1 %, которые были связаны с ходом земляных работ в пределах горного отвода.

Список литературы

1.Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. - М.: Наука, 1970. - 379 с.

2. Бердин В.Х. Существующий статус и будущее Совместного Осуществления в России, материалы Форума по карбоновому финансированию в Узбекистане, Ташкент, 29 -30 октября, 2010 г.

3.Сибирское отделение РАН, Новосибирск, 2010 г., 56 стр., ISBN: 978-5-94560-174-1 Бажин Н.М

4.Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. - М.: Госстройиздат, 1962. - 178 с.

5.В.Н. Королева, А.А. Захарова. Возможные пути повышения эффективности извлечения метана из угленосной толщи 2011г. УДК 622.232 Горно-информационно-аналитический билютень (научно-технический журнал)

6.Шмидт Михаил Викторович. Снижение эмиссии метана при разработке гозаностных пластов УДК 622.2 2009г.

7. Методическое пособие по инжерно-геологическому состоянию горных пород. Том I. М.: Из-во МГУ. 1968. с.357

Резюме

Целью статьи было рассмотрение вопросов газоносности угольных пластов. Изучили общий дебит метана, рассмотрели проблемы эмиссии метана, Данная статья посвящена вопросам исследования и проблемы выбросов метана, который показывает такие задачи, как возможные пути повышения эффективности добычи метана из угольных пластов, а также использовали устройство для изучения процесса диффузии флюенты для ламинарного и турбулентный поток, в этой статье анализируется отсутствие метана в смеси дымовых газов из контейнера, считающийся добродетелей выбросы метана, проведены экспериментальные работы в районе месторождения ликвидируемых шахт им. 50-летие Октябрьской революции в районе улицы Крохондинская. Был сделан план участка для установки полиэтиленовой емкости на глубине 0,1 м, показали концентрацию метана в концентрации газированных объектов в подвале.

Цель обзора - проанализировать источники метана, различные аспекты и последствия присутствия метана в различных водоемах планеты.

Аннотация

УДК 622.2

Экспериментальные исследования эмиссии метана. Маер Эдуард Анатольевич, Агыбай Даулен Агыбайулы, Данибеков Руслан Кайратович, Садыков Айдар Серикович. Карагандинский государственный технический университет, Казахстан, Караганда

Ключевые слова: шахтный метан, эмиссия, дегазация

Annotation

This article focuses on the issues of research and the problems of methane emissions, which shows such tasks as possible ways to improve the efficiency of methane extraction from coal-bearing strata, as well as used the device to study the diffusion process fluents for laminar and turbulent flow, this paper analyzes the absence of methane in the flue-gas mixture from the container, considered virtues methane emissions, conducted experimental work in the field area of the liquidated mines them. 50 anniversary of the October revolution in the area of street Krondshtatskaya Then I made the site plan for the installation of polyethylene capacity at 0.1m depth Have revealed the methane concentration in aerated objects concentration in the basement . The purpose of the review - to review the sources of methane , various aspects and implications of the presence of methane in the various reservoirs of the planets .

Аннотация

Б?л ма?алада к?мір бар топтары метан ?ндіру тиімділігін арттыру жолдарын сия?ты тапсырмаларды к?рсетеді, ол ?ылыми-зерттеу м?селелері мен метан шы?арындыларын м?селелері бойынша аударады, сондай-а? ламинарлы ж?не турбулентті ?оз?алысы диффузиялы? процесс флюент о?у?а ??рыл?ыны пайдаланылатын, осы ?а?аз метан жо?ты?ын талдайды ыдыстан т?тін-газ ?оспасын, ?асиеттер метан шы?арындылары саналады, таратыл?ан шахталарыны? оларды? далалы? айма?ында эксперименттік ж?мыстарын ж?ргізді. к?ше Крохондинская саласында?ы ?азан революциясыны? 50 жылды?ы одан кейін мен 0.1м тере?дікте полиэтилен сыйымдылы?ы орнату ?шін сайт жоспары жерт?леде газдал?ан нысандар концентрациясы метан концентрациясы аны?талды ??рады. Шолуды? ма?саты - ?аламшарларды? т?рлі су ?оймаларында метанны? болуына метан к?здерін , т?рлі аспектілерін ж?не салдары ?арастыру.

Размещено на Allbest.ru