Обґрунтування параметрів вібродії на мікросорбційний простір вугілля для ефективної десорбції газу (125203)

Посмотреть архив целиком

Національна академія наук України

Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова




Корнілов Максим Генадійович

УДК [622.831.325: 534.1] (043.3)



Обґрунтування параметрів вібродії на мікросорбційний простір вугілля для ефективної десорбції газу

05.15.09 –“Геотехнічна і гірнича механіка””




Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук











Дніпропетровськ-2008


Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ (ІГТМ НАН України).

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Мінєєв Сергій Павлович, старший науковий співробітник відділу керування динамічними проявами гірничого тиску ІГТМ НАН України, м. Дніпропетровськ.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Софійський Костянтин Костянтинович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, завідувач відділу проблем розробки технологій вугільних родовищ;

кандидат технічних наук, Маслєнніков Євген Володимирович, Національний гірничий університет Міністерства освіти та науки України, старший науковий співробітник кафедри будівельних геотехнологій та геомеханіки.

Захист дисертації відбудеться “11“ квітня 2008 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 при Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-а, факс (0562) 46-24-26.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, Україна, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-а.

Автореферат розісланий “7“ березня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук В.Г. Шевченко


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. В даний час при веденні гірських робіт у складних гірничогеологічних умовах глибоких шахт проблема газодинамічної активності вугільних пластів одержала першорядне значення. Загальновідомо, що основними факторами, які визначають газодинамічну активність вугільного масиву є газ, гірський тиск, властивості вугілля та технологічний фактор. При цьому шахтний метан, з одного боку, являє собою джерело небезпеки для шахтарів при відпрацьовуванні вугільних пластів у виді реалізації газодинамічних явищ, з іншого боку – є перспективним джерелом енергії. В теперішній час розроблено цілий ряд способів зниження викидонебезпечності вугільного масиву, зокрема, одним із перспективних способів зниження газодинамічної активності та інтенсифікації газовіддачі вугільного масиву є багаточастотна вібраційна дія.

В ІГТМ НАН України розроблено нормативний вібраційний спосіб зниження газодинамічної активності вугільного пласта свердловинними віброджерелами, параметри якого були, в основному, спрямовані на тріщиноутворення та вивільнення сорбованого газу із привибійної зони виробки. При цьому установлено, що тільки близько 10 – 30% метану у вугіллі знаходиться у вільному стані в макропорах і тріщинах, а 70 –90% – в адсорбованому стані в мікро - і мезопорах, а також в абсорбованому стані, тобто, в рамках вібраційного способу необхідно здійснювати максимально можливий перехід сорбованого газу у вільний стан. Тому для вивільнення сорбованого газу з мікросорбційного простору вугільного масиву необхідно в діапазоні багаточастотної віброобробки установити додаткові параметри дії, що дозволяють здійснювати ефективну десорбцію газу.

У зв’язку з цим, обґрунтування параметрів вібраційної дії на мікросорбційний простір вугілля для ефективної десорбції газу під час ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічної активності є актуальною науковою задачею, яка має важливе практичне значення для вуглевидобувної галузі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Викладені в дисертації дослідження виконані відповідно до планів науково-дослідної роботи ІГТМ НАН України по темах 1.3.5 83 “Дослідити вплив вібродії на вуглепородний масив та розробити рекомендації для створення віброустановки, що інтенсифікує газовіддачу масиву” (№ державної реєстрації 0103U004310); ІІІ-13-05 “Дослідження нерезонансних та параметричних хвильових ефектів у газонасиченому вуглепородному масиві з метою використання їх для інтенсифікації десорбції газу” (№ державної реєстрації 0105U002298); „Розробити рекомендації щодо системи дистанційного керування безпечним видаленням для очисних машин і комплексів в умовах роботи на викидонебезпечних пластах” (г/д 0910202107-378), в яких здобувач прийняв участь в якості виконавця.

Мета роботи – обґрунтувати параметри вібраційного впливу для здійснення ефективної десорбції газу з мікросорбційного простору вугільного пласта.

Ідея роботи полягає у використанні особливостей конформаційного механізму деформування міжпорового простору вугільної речовини при вібродії на зміну енергетичних параметрів сорбційного зв'язку метану в мікросорбційному просторі вугілля.

Основні завдання досліджень:

1. Розробити методологію проведення досліджень впливу вібраційної дії на мікросорбційний простір вугільної речовини.

2. Розробити молекулярну модель структури мікросорбційного простору вугільної речовини.

3. Визначити енергетичні параметри і власні частоти коливань сорбованого метану в мікропорах газонасиченого вугілля.

4. Визначити параметри вібраційного впливу, що забезпечують ефективну десорбцію газу з мікросорбційного простору вугільного масиву.

Об'єкт дослідження – процеси мікроструктурної трансформації вугільної речовини та їх взаємозв’язок з параметрами ефективної десорбції метану з мікросорбційного простору вугільного пласта при вібродії.

Предмет дослідження – параметри вібродії на мікросорбційний простір газонасиченого вугільного пласта.

Методи дослідження, використані в даній роботі, містять у собі аналіз і узагальнення даних попередніх досліджень, які дозволяють розробити методологію проведення досліджень, чисельне моделювання із застосуванням методів молекулярної механіки і динаміки та методів оптимізації молекулярних структур, яке дозволило розробити молекулярну модель мікроструктури вугілля та визначити енергетичні параметри метану в мікропорах та енергії активації конформаційних переходів у міжпоровому просторі вугілля, а також методи механіки суцільного середовища, які дозволили визначити параметри вібраційної дії на мікросорбційний простір вугілля для ефективної десорбції газу.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Сорбційний зв'язок молекул метану в мікропорі вугілля має коливальний характер, власні частоти яких визначаються, в основному, розміром мікропор, зі збільшенням діаметра яких від 12 до 22 Å, вони зменшуються з 45 до 15 ГГц згідно з експонентною залежністю.

2. Закономірності зміни мікроструктури вугілля при вібродії обумовлені конформаційними переходами в молекулярній структурі вугілля, що представляють собою перебудову вуглецевих ланцюгів аліфатичної бахроми в графітоподібних шарах вугільної речовини, які характеризуються енергією активації, яка складає 5 – 400 кДж/моль, і часом релаксації молекулярної структури вугілля, що знаходяться в показовій залежності від енергії активації.

3. Вібраційний вплив на вугільний пласт, за допомогою індуціювання релаксаційних процесів у молекулярній структурі вугільної речовини, дозволяє досягати енергетичних бар'єрів активації конформаційних переходів у структурі вугілля, за рахунок чого збільшується відстань між графітоподібними шарами, і, як наслідок, у 1,5 – 4 рази відбувається підвищення коефіцієнта твердотільної дифузії молекул метану в міжпоровому просторі вугільної речовини, що дозволяє здійснювати ефективну десорбцію газу.

Наукова новизна отриманих результатів:

Вперше встановлено властиві частоти коливань молекул метану в мікропорах вугілля різного діаметра, що дозволяють використовувати резонансні режими вібродії для ефективної десорбції молекул метану з мікропор вугілля.

Вперше виконаний розрахунок енергії активації конформаційних переходів у молекулярній структурі вугільної речовини і визначена залежність міжшарової відстані у вугіллі від цієї енергії.

Вперше встановлена залежність параметрів твердотільної дифузії молекул метану від енергії конформаційних переходів у молекулярній структурі вугільної речовини.

Вперше на основі встановлених кількісних закономірностей, що зв'язують параметри твердотільної дифузії з енергією активації конформаційних переходів, яка враховує релаксаційний процес у молекулярній структурі вугільної речовини, обґрунтовані ефективні частоти вібраційної дії, що дозволяють здійснювати ефективну десорбцію метану з мікросорбційного простору вугілля.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей поводження сорбованого метану в мікропорі та у твердому кістяку вугілля у взаємозв'язку з конформаційними перебудовами його молекулярної структури при вібраційній дії, що забезпечують інтенсифікацію десорбції метану з мікросорбційного простору вугільного пласта.

Практичне значення роботи полягає у наступному:

результати дисертаційної роботи використані при розробці методики гірничо-експериментальних робіт з газодинамічного розвантаження мікросорбційного вугільного пласта вібраційною дією при проведенні підготовчих виробок, яку було ухвалено Центральною комісією з питань вентиляції, дегазації та боротьби з газодинамічними явищами в шахтах вугільної промисловості України, та передано до МакНДІ;


Случайные файлы

Файл
50045.rtf
32506.rtf
124529.rtf
93420.rtf
179008.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.