Метаногенерация и метаморфизм углей
Цель работы – исследовать особенности атомарно-молекулярной структуры угольного вещества разной степени метаморфизма, в том числе при его дезинтеграции. В работе использованы методы научного анализа и обобщения, электронного парамагнитного (ЭПР) и ядерного магнитного (ЯМР) резонанса.Методом ЯМР спек...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109539 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Метаногенерация и метаморфизм углей / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, С.А. Омельченко, О.В. Хмеленко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 15-22. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-109539 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1095392016-12-02T03:03:13Z Метаногенерация и метаморфизм углей Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Омельченко, С.А. Хмеленко, О.В. Цель работы – исследовать особенности атомарно-молекулярной структуры угольного вещества разной степени метаморфизма, в том числе при его дезинтеграции. В работе использованы методы научного анализа и обобщения, электронного парамагнитного (ЭПР) и ядерного магнитного (ЯМР) резонанса.Методом ЯМР спектроскопии на протонах ¹³C углей разной степени метаморфизма оценены соотношения их ароматической и алифатической составляющих. Установлено, что при «медленном» механическом разрушении каких- либо существенных химических превращений в углях не происходит за исключением окислительных реакций, аналогичных воздействию дофазоизменяющих температур. При «взрывном» разрушении образцов угля в спектрах ЭПР, выделенных из воды наноразмерных частиц угля, в отличие от частиц более 0,05 мм, появляется несколько дополнительных линий, обусловленных новыми парамагнитными центрами. Их суммарная концентрация на пять порядков превышает концентрацию исходных центров. Исследования направлены на совершенствование теории и методов прогноза газодинамических явлений в угольных шахтах. Полученные результаты существенно проясняют спорный вопрос и подтверждают предложенную гипотезу-модель природы аномальных метанопроявлений, в основе которой лежит явление метаногенерации. Мета роботи – дослідити особливості атомарно-молекулярної структури вугільної речовини різного ступеня метаморфізму, в тому числі при її дезінтеграції. У роботі використано методи наукового аналізу і узагальнення , електронного парамагнітного (ЕПР ) і ядерного магнітного (ЯМР) резонансу. Методом ЯМР-спектроскопії на протонах ¹³C вугілля різного ступеня метаморфізму оцінені співвідношення їх ароматичної і аліфатичної складових. Встановлено , що при «повільному» механічному руйнуванні істотних хімічних перетворень у вугіллі не відбувається за винятком окислювальних реакцій, аналогічних впливу дофазозмінюючих температур. При «вибуховому» руйнуванні зразків вугілля в спектрах ЕПР, виділених з води нанорозмірних частинок вугілля, на відміну від частинок більше 0,05 мм, з'являється кілька додаткових ліній, обумовлених новими парамагнітними центрами. Їх сумарна концентрація на п'ять порядків перевищує концентрацію вихідних центрів. Дослідження спрямовані на вдосконалення теорії і методів прогнозу газодинамічних явищ у вугільних шахтах. Отримані результати істотно прояснюють спірне питання і підтверджують запропоновану гіпотезу-модель природи аномальних метанопроявів, в основі якої лежить явище метаногенераціі. Purpose of this article is to research features of the atomic and molecular structure of a coal substance with varying degrees of metamorphism, at the substance disintegration in particular. Such methods as scientific analysis and synthesis, electron paramagnetic resonance (EPR) and nuclear magnetic resonance (NMR) were used in the research. A ratio of aromatic and aliphatic components in the protons ¹³C of the coals with varying degrees of metamorphism were estimated by the NMR spectroscopy. It is stated that at "slow" mechanical fracture, no significant chemical transformations occur in the coals except for oxidative reactions which are similar to an effect of temperatures existing before the phase is changed. At the "explosive" fracture of the coal samples, some additional lines occur in the EPR spectra of the nanoparticles of the coal extracted from water as opposed to the particles with the size more than 0.05 mm. This fact can be explained by occurrence of new paramagnetic centers whose total concentration exceeds a concentration of initial centers by five orders. Focus of the research was on improving a theory of and methods for forecasting gas-dynamic phenomena in the coal mines. The findings essentially clarify the disputable issue and confirm viability of a proposed hypothetical model of anomalous methane manifestations, which is based on the phenomenon of methane generation. 2014 Article Метаногенерация и метаморфизм углей / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, С.А. Омельченко, О.В. Хмеленко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 15-22. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109539 622.023.623:622.411.332 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Цель работы – исследовать особенности атомарно-молекулярной структуры угольного вещества разной степени метаморфизма, в том числе при его дезинтеграции. В работе использованы методы научного анализа и обобщения, электронного парамагнитного (ЭПР) и ядерного магнитного (ЯМР) резонанса.Методом ЯМР спектроскопии на протонах ¹³C углей разной степени метаморфизма оценены соотношения их ароматической и алифатической составляющих. Установлено, что при «медленном» механическом разрушении каких- либо существенных химических превращений в углях не происходит за исключением окислительных реакций, аналогичных воздействию дофазоизменяющих температур. При «взрывном» разрушении образцов угля в спектрах ЭПР, выделенных из воды наноразмерных частиц угля, в отличие от частиц более 0,05 мм, появляется несколько дополнительных линий, обусловленных новыми парамагнитными центрами. Их суммарная концентрация на пять порядков превышает концентрацию исходных центров. Исследования направлены на совершенствование теории и методов прогноза газодинамических явлений в угольных шахтах. Полученные результаты существенно проясняют спорный вопрос и подтверждают предложенную гипотезу-модель природы аномальных метанопроявлений, в основе которой лежит явление метаногенерации. |
| format |
Article |
| author |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Омельченко, С.А. Хмеленко, О.В. |
| spellingShingle |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Омельченко, С.А. Хмеленко, О.В. Метаногенерация и метаморфизм углей Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Омельченко, С.А. Хмеленко, О.В. |
| author_sort |
Скипочка, С.И. |
| title |
Метаногенерация и метаморфизм углей |
| title_short |
Метаногенерация и метаморфизм углей |
| title_full |
Метаногенерация и метаморфизм углей |
| title_fullStr |
Метаногенерация и метаморфизм углей |
| title_full_unstemmed |
Метаногенерация и метаморфизм углей |
| title_sort |
метаногенерация и метаморфизм углей |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109539 |
| citation_txt |
Метаногенерация и метаморфизм углей / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, С.А. Омельченко, О.В. Хмеленко // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 15-22. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT skipočkasi metanogeneraciâimetamorfizmuglej AT palamarčukta metanogeneraciâimetamorfizmuglej AT omelʹčenkosa metanogeneraciâimetamorfizmuglej AT hmelenkoov metanogeneraciâimetamorfizmuglej |
| first_indexed |
2025-07-07T23:17:43Z |
| last_indexed |
2025-07-07T23:17:43Z |
| _version_ |
1837032029600874496 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 15
the machine operating life. Facilities of automation, control, remote monitoring were designed for the com-
pressor machines and specialized equipment to ensure their safety and power efficient operation in the
mines.
Keywords: compressor machines, energy efficiency, process of the coal mining and methane recovery.
Статья поступила в редакцию 04.04.2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
УДК 622.023.623:622.411.332
С. И. Скипочка, д-р техн. наук, профессор,
Т. А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. науч. сотр.
(ИГТМ НАН Украины);
С. А. Омельченко, д-р физ.-мат. наук,
О. В. Хмеленко, канд. физ.-мат. наук
(ГВУЗ «ДНУ»)
МЕТАНОГЕНЕРАЦИЯ И МЕТАМОРФИЗМ УГЛЕЙ
С. І. Скіпочка, д-р техн. наук, професор,
Т. А. Паламарчук, д-р техн. наук, ст. наук. співроб.,
(ІГТМ НАН України);
С. О. Омельченко, д-р фіз.-мат. наук,
О. В. Хмеленко, канд. фіз.-мат. наук
(ДВУЗ «ДНУ»)
МЕТАНОГЕНЕРАЦІЯ ТА МЕТАМОРФІЗМ ВІГІЛЛЯ
S. I. Skipochka D. Sc. (Tech.), Professor,
Т. А. Palamarchuk, D. Sc. (Tech.), Senior Researcher,
(IGTM NAS of Ukraine);
S. А. Оmelchenko, D. Sc. (Phys.-math.),
О. V. Khmelenko, Ph. D. (Phys.-math.)
(SHEE «DNU»)
METHANE GENERATION AND COAL METAMORPHISM
Аннотация. Цель работы – исследовать особенности атомарно-молекулярной структуры
угольного вещества разной степени метаморфизма, в том числе при его дезинтеграции. В ра-
боте использованы методы научного анализа и обобщения, электронного парамагнитного
(ЭПР) и ядерного магнитного (ЯМР) резонанса.Методом ЯМР спектроскопии на протонах
13C углей разной степени метаморфизма оценены соотношения их ароматической и алифати-
ческой составляющих. Установлено, что при «медленном» механическом разрушении каких-
либо существенных химических превращений в углях не происходит за исключением окис-
лительных реакций, аналогичных воздействию дофазоизменяющих температур. При «взрыв-
ном» разрушении образцов угля в спектрах ЭПР, выделенных из воды наноразмерных частиц
угля, в отличие от частиц более 0,05 мм, появляется несколько дополнительных линий, обу-
словленных новыми парамагнитными центрами. Их суммарная концентрация на пять поряд-
ков превышает концентрацию исходных центров. Исследования направлены на совершенст-
вование теории и методов прогноза газодинамических явлений в угольных шахтах.
Полученные результаты существенно проясняют спорный вопрос и подтверждают предло-
женную гипотезу-модель природы аномальных метанопроявлений, в основе которой лежит
явление метаногенерации.
© С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, С.А. Омельченко, О.В. Хмеленко, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 16
Ключевые слова: угольное вещество, метаморфизм, дезинтеграция, радиоспектроско-
пия, метаногенерация.
Несмотря на значительный объем новых знаний о структуре и особенностях
поведения угольного вещества (УВ), по-прежнему в классической горной науке
механизмы зарождения, развязки и протекания внезапных выбросов угля и газа
описываются «энергетической теорией», которая считает причиной формиро-
вания газодинамических явлений напряженное состояние массива горных по-
род и накопленную в нем потенциальную энергию, а причиной развязывания
выброса – проявление горного давления с учетом газового фактора. Особенно
консервативна трактовка вопроса о фазовых состояниях метана в угольных
пластах. Например, в последние годы, не найдя объяснения аномальным газо-
проявлениям, многие исследователи соглашаются с тем, что 70-85 % метана,
вероятно, содержится в межмолекулярном пространстве УВ в виде твердого уг-
леметанового раствора, причем в некоторых работах такую форму существова-
ния метана называют абсорбцией [1, 2]. С учетом существенного превалирова-
ния аморфной фазы в УВ, последний термин, по-видимому, более правильный,
поскольку не выходит за границы общепринятых представлений о твердых рас-
творах, как о фазах переменного состава, в которых атомы различных элемен-
тов смешаны в известных пределах или неограниченно в общей
кристаллической решётке. Тем не менее, в последнее время ряд ученых все
больше склоняются к тому, что метан в значительной мере образуется в про-
цессе горных работ в угольном пласте путем физико-химических реакций угле-
рода с водородом под влиянием перераспределения напряженного состояния,
которое вызывает деструкцию угля, а в качестве аргументов приводят различ-
ного рода расчеты и факты из практики горного дела [3-5].
Несмотря на особую актуальность проблемы, фазовые состояния метана и
физические механизмы его аномального выделения в шахтах остаются до сих
пор невыясненными, а существующие теории и представления остаются лишь
гипотезами феноменологического характера.
Анализируя различные концепции образования метана в угольных пластах и
его фазовых состояний, а также природу газодинамических явлений нами был
сделан вывод, что более точное и полное представление о процессах, которые
имеют место в системе «уголь-метан», можно получить лишь путем глубокого
изучения структуры этой системы на атомарно-молекулярном уровне с учетом
термических, механоэмиссионных, трибоэлектрических и других процессов,
которые возникают как на стадиях метаморфизма, так и на этапе техногенного
вмешательства в угольный пласт, т. е. дезинтеграции угольного вещества. В ча-
стности, по результатам обширных всесторонних исследований, представлен-
ных в работе [6], была сформулирована следующая рабочая гипотеза аномаль-
ных метанопроявлений в угольных шахтах.
Аномальные метанопроявления в угольных шахтах обусловлены не истече-
нием «готового газа», но, в основном, явлением метаногенерации при разруше-
нии угольного пласта, заключающемся в том, что при механической дезинте-
грации и диспергировании углей в процессе ведения горных работ выделяется
количество метана, существенно превышающее естественную газоносность
http://bse.sci-lib.com/article115145.html�
http://chemical-elements.info/�
http://bse.sci-lib.com/article066375.html�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 17
пласта, что обусловлено синтезом метана в результате механохимической реак-
ции в алифатических соединениях угольного вещества, протекающей благодаря
присутствию катализаторов и благоприятных термодинамических условий, с
последующим развитием фрактального процесса.
Для получения доказательной базы данной гипотезы была выполнена серия
атомарно-молекулярных экспериментальных исследований [6, 7], результаты
неопубликованной части которых, касающейся изучению метанопроявлений в
углях разной степени метаморфизма, приведены в данной работе. Важность
этого направления исследований обусловлена высокой корреляционной связью
между выбросоопасностью и метаморфизмом углей.
На первом этапе образцы отобранных проб углей разной степени метамор-
физма подвергались исследованиям методом ЯМР-спектроскопии. Исследова-
ния были выполнены для протонов углерода 13C на ЯМР-спектрометре серии
«Avance» фирмы «Bruker», с резонансной частотой 400 MHz. Напряженность
магнитного поля в зоне измерения составляет ≈ 9.4 Тл. Образцы исследовались
с вращением под магическим углом на частоте 14 кГц. Наряду с этим, получе-
ны спектры с использованием кросс-поляризации (CP/MAS) (рис. 1).
а) б)
в) г)
д) е)
ж) з)
а) – уголь марки Д; б) – уголь марки Г; в) – уголь марки К; г) – уголь марки ПА;
д) – уголь марки КЖ; е) – уголь марки А; ж) – уголь марки ГЖ; з) – уголь марки Т
Рисунок 1 – ЯМР спектры 13C углей разных марок
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 18
Для оценки количества парамагнитных центров в углях разной степени ме-
таморфизма была выполнена их ЭПР спектроскопия. Исследования были вы-
полнены по стандартной методике. В качестве регистрирующего устройства
использован спектрометр «RADIOPAN» SE/X-2543. Регистрация спектров про-
водилась в Х-диапазоне, то есть в диапазоне длин волн 3 см, при Т=300 К и
Т=77 К. Результаты представлены на рис. 2. Дублирование отдельных марок
углей связано с отбором проб из разных угледобывающих районов.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Д ДГ ДГ Г ГЖ ГЖ К К КЖ Т ПА А А
Марка угля
С
од
ер
ж
ан
ие
П
М
Ц
Рисунок 2 – Содержание парамагнитных центров (ПМЦ) в углях разных марок
Приведенные на рис. 2 результаты с большой долей вероятности позволяют
утверждать, что интенсивный синтез метана в алифатической части угольного
вещества происходит (кроме всего прочего) в присутствии катализаторов меха-
нохимической реакции, в качестве которых выступают парамагнитные приме-
си.
Одним из подтверждений такой формулировки могут быть ЭПР исследова-
ния углей после их «взрывного» диспергирования методом электрогидродина-
мического разрушения.
На первом этапе были исследованы ЭПР спектры углей, подверженных
обычному механическому, а не «взрывному» разрушению. Характерные спек-
тры угля для такого вида разрушения приведены на рис. 3.
Анализируя эти результаты можно сделать вывод, что при «медленном» ме-
ханическом разрушении каких-либо существенных химических превращений в
углях не происходит за исключением окислительных реакций, аналогичных
воздействию дофазоизменяющих температур.
Известно, что каменные угли являются очень сложными образованиями, со-
став и структура которых в значительной степени зависят от условий их фор-
мирования. Отражением этого является сильная зависимость концентрации па-
рамагнитных центров с g-фактором 2,0035, которые наблюдаются в образцах
всех без исключения исследованных углей независимо от их метаморфизма и
места отбора. Поэтому особый интерес представляют ЭПР спектры образцов
угля, полученные в результате их «взрывного» разрушения.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 19
Рисунок 3 – ЭПР спектры исходного образца угля (линия большей амплитуды) и после его
«медленного» механического разрушения (линия с меньшей амплитудой)
В данной работе сигнал ЭПР использован как индикатор процессов, проис-
ходящих в угольной породе при ее выбросе. Известно, что внезапные выбросы
в глубокозалегающих пластах сопровождаются образованием мелкодисперсно-
го угольного вещества, которое получило название «бешеная мука». Основная
идея данной части работы состояла в моделировании этого процесса в лабора-
торных условиях с целью изучения влияния степени дисперсности каменного
угля на параметры спектра ЭПР.
Мы предполагаем, что выбросы породы в шахтах связаны с резким снятием
давления на угольные пласты, в результате чего происходят процессы, подоб-
ные фазовому взрыву. Поэтому была предпринята попытка промоделировать
этот процесс, подвергнув образцы каменного угля действию ударных волн.
Ударные волны создавались с помощью электрического разряда в воде в тол-
стостенной герметичной стальной камере. Методика такого электрогидродина-
мического разрушения и его принципы приведены в [7]. В результате был по-
лучен набор образцов угля различной степени дисперсности от достаточно
крупных до наноразмерных (10-20 нм). После этого производился отсев частиц
размером более 0,05 мм, а фракции наноразмерных частиц, оставшиеся в воде
во взвешенном состоянии, подвергалась исследованиям. Эта взвесь, очевидно,
является аналогом «бешеной муки».
На рис. 4 показаны происходящие изменения в спектре ЭПР при «взрыв-
ном» разрушении образцов угля. Анализ полученных спектров ЭПР показал,
что, в отличие от частиц более 0,05 мм, в выделенных из воды наноразмерных
частицах угля, кроме линии ЭПР с g = 2,0035 (рис. 2.4 а), появляется несколько
дополнительных линий с g = 2,1955, g = 2,2361 и g = 2,3929 (рис. 2.4 б), обу-
словленных новыми парамагнитными центрами. Их суммарная концентрация
на пять порядков превышает концентрацию исходных центров с g = 2,0035.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 20
Рисунок 4 – Спектры ЭПР частиц угля более 0,05 мм (а) и наноразмерных (б)
Выводы. Полученные методом ЯМР соотношения ароматической и алифа-
тической составляющих углей разной степени метаморфизма с одной стороны
подтверждают принятую гипотезу метаногенерации (с увеличением степени
метаморфизма в пределах марок от К до А количество аномальных метанопро-
явлений снижается), с другой стороны (в пределах марок от Д до ГЖ) указыва-
ют, что для аномальных метанопроявлений должны существовать иные факто-
ры, свойственные только выбросоопасным углям. Таким фактором может быть
наличие примесей – катализаторов синтеза метана, в частности, парамагнитных
центров.
При «медленном» механическом разрушении каких-либо существенных хи-
мических превращений в углях не происходит, за исключением окислительных
реакций, аналогичных воздействию дофазоизменяющих температур. Например,
окислительные процессы в железосодержащих примесях угольного вещества по
типу: Fe2O3 → Fe3O4. При «взрывном» разрушении образцов угля в спектрах
ЭПР, выделенных из воды наноразмерных частиц угля, в отличие от частиц бо-
лее 0,05 мм, кроме линии ЭПР с g = 2,0035, появляется несколько дополни-
тельных линий с g = 2,1955, g = 2,2361 и g = 2,3929, обусловленных новыми па-
рамагнитными центрами. Их суммарная концентрация на пять порядков пре-
вышает концентрацию исходных центров с g = 2,0035.
Возникновение новых парамагнитных центров может быть связано с карди-
нальными структурными изменениями, происходящими при ударно-волновом
0
1000
2000
-1000
100 200 300 400 500 Н, мTл
0
1000
2000
-1000
100 200 300 400 500 Н, мTл
а)
б)
dI/dH
dI/dH
-2000
0
-2000
0
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 21
синтезе наночастиц угля. Об этом свидетельствует установленный процесс раз-
рушения угля, сопровождающийся выделением метана, что было зафиксирова-
но хроматографическим методом [7]. Причем, объем выделенного метана в пе-
ресчете на 1 тонну угля составил более 100 м3. Данный факт представляет
больший практический интерес, так как существенно проясняет спорный во-
прос о природе аномальных метанопроявлений и подтверждает рабочую гипо-
тезу о явлении метаногенерации в угольном веществе, подвергнутом дезинте-
грации.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Российская угольная энциклопедия: В 3-х томах. - М.; С-Пб: ВСЕГЕИ, 2006. – Т.2. – 599 с.
2. Углерод: неизвестное об известном / В. И. Саранчук, М. А. Ильяшов, В. В. Ошовский, Е. В.
Саранчук. – Донецк: УК Центр, 2006. – 400 с.
3 Фролков, Г. Д. Механохимическая концепция выбросоопасности угольных пластов / Г. Д. Фролков,
А. Г. Фролков, // Уголь. – 2005. – №2. – С. 18-21.
4. К вопросу о механизме метанообразования в угольных пластах / С. И. Скипочка,
Т. А. Паламарчук, Н. А. Куцева [и др.] // Доповіді НАН України. – 2008. – №11. – С. 73–79.
5. Лукинов, В.В. Генерация метана углем под влиянием техногенных и природных тектонических
процессов в горном массиве / В. В. Лукинов, В. А. Гончаренко, Д.А. Суворов // Геотехническая меха-
ника: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2010, №88. – С. 130-140.
6. Метаногенерация в угольных пластах / А. Ф. Булат, С. И. Скипочка, Т. А. Паламарчук,
В. А. Анциферов. – Днепропетровск: Лира ЛТД, 2010. – 328 с.
7. Исследование влияния экстремальных условий на физические свойства угля / С. И. Скипочка,
Т. А. Паламарчук, С. А. Омельченко [и др.] // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. /
ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2012, №102. – С. 128-135.
REFERENCES
1. Rossiyskaya ugolnaya enciklopediya [Russian coal encyclopedia] (2006), v. 2, VSEGEI, Moscow,
St.-Pb., Russia.
2. Saranchuk, V. I., Ilyashov, M. A., Oshovsky, V. V. and Saranchuk, E. V. (2006), Uglerod: neizvest-
noe ob izvestnov [Carbon: unknown about the famous], Centr, Donetsk, Ukraine.
3. Frolkov, G. D. and Frolkov, A. G. (2005), “Mechanochemical concept outburst coal seams”, Ugol,
no. 2, pp. 18-21.
4. Skipochka, S. I, Palamarchuk, T. A. and Kutseva, N. A. (2008), “To question of the methane genera-
tion mechanism in coal seams”, Dopovidi NAN Ukraine, no. 11, pp. 73-79.
5. Lukinoff, V. V., Goncharenko, V. A. and Suvorov, D. A. (2010), “Generation of methane coal under
the influence by coat technology and natural tectonic processes in the rock massif”, Geo-Technical Mechan-
ics, no. 88, pp. 130-140.
6. Bulat, A. F., Skipochka, S. I, Palamarchuk, T. A. and Antsiferov, V. A. (2010), Metanogeneraciya v
ugolnykh plastakh [Methanogeneration in coal seams], Lira, Dnepropetrovsk, Ukraine.
7. Skipochka, S. I., Palamarchuk, T. A. and Omelchenko, S. A. (2012), “Investigation of the effect of
extreme conditions on the physical properties of coals”, Geo-Technical Mechanics, no. 102, pp. 128-135.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Скипочка Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом механи-
ки горных пород Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии
наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, skipochka@ukr.net.
Паламарчук Татьяна Андреевна, доктор технических наук, старший научный сотрудник, веду-
щий научный сотрудник в отделе механики горных пород, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина.
Омельченко Сергей Александрович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры
радиоэлектроники Днепропетровского национального университета им. О. Гончара (ДНУ им. О. Гон-
чара), Днепропетровск, Украина.
Хмеленко Олег Валериевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиоэлек-
троники Днепропетровского национального университета им. О. Гончара (ДНУ им. О. Гончара),
mailto:skipochka@ukr.net/�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 22
Днепропетровск, Украина, khmelenko@ukr.net.
–––––––––––––––––––––––––––––––
About the authors
Skipochka Sergej Ivanovitch, Doctor of technical sciences (D. Sc), Professor, Head of Department of
Rock Mechanics, the Polyakov Institute of geotechnical mechanics of the National Academy of science of
Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, skipochka@ukr.net.
Palamarchuk Tatyana Andreevna, Doctor of technical sciences (D. Sc), Senior Researcher, Principal
Researcher in Rock Mechanics Department, the Polyakov Institute of geotechnical mechanics of the National
Academy of science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
Omelchenko Sergej Aleksandrovitch, Doctor of Physics and Mathematics (D.Sc.), Professor of elec-
tronics the O. Gonchar Dnepropetrovsk National University (DNU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
Khmelenko Oleg Valerievitch, Candidate of Physics and Mathematics (Ph.D), Associate Professor of
electronics the Gonchar Dnepropetrovsk National University (DNU), Dnepropetrovsk, Ukraine.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Мета роботи – дослідити особливості атомарно-молекулярної структури вугі-
льної речовини різного ступеня метаморфізму, в тому числі при її дезінтеграції. У роботі ви-
користано методи наукового аналізу і узагальнення , електронного парамагнітного (ЕПР ) і
ядерного магнітного (ЯМР) резонансу. Методом ЯМР-спектроскопії на протонах 13C вугілля
різного ступеня метаморфізму оцінені співвідношення їх ароматичної і аліфатичної складо-
вих. Встановлено , що при «повільному» механічному руйнуванні істотних хімічних пере-
творень у вугіллі не відбувається за винятком окислювальних реакцій, аналогічних впливу
дофазозмінюючих температур. При «вибуховому» руйнуванні зразків вугілля в спектрах
ЕПР, виділених з води нанорозмірних частинок вугілля, на відміну від частинок більше 0,05
мм, з'являється кілька додаткових ліній, обумовлених новими парамагнітними центрами. Їх
сумарна концентрація на п'ять порядків перевищує концентрацію вихідних центрів. Дослі-
дження спрямовані на вдосконалення теорії і методів прогнозу газодинамічних явищ у вугі-
льних шахтах. Отримані результати істотно прояснюють спірне питання і підтверджують за-
пропоновану гіпотезу-модель природи аномальних метанопроявів, в основі якої лежить яви-
ще метаногенераціі.
Ключові слова: вугільна речовина, метаморфізм, дезінтеграція, радіоспектроскопія, ме-
таногенерація.
Abstract. Purpose of this article is to research features of the atomic and molecular structure of
a coal substance with varying degrees of metamorphism, at the substance disintegration in particu-
lar. Such methods as scientific analysis and synthesis, electron paramagnetic resonance (EPR) and
nuclear magnetic resonance (NMR) were used in the research.
A ratio of aromatic and aliphatic components in the protons 13C of the coals with varying de-
grees of metamorphism were estimated by the NMR spectroscopy. It is stated that at "slow" me-
chanical fracture, no significant chemical transformations occur in the coals except for oxidative
reactions which are similar to an effect of temperatures existing before the phase is changed. At the
"explosive" fracture of the coal samples, some additional lines occur in the EPR spectra of the
nanoparticles of the coal extracted from water as opposed to the particles with the size more than
0.05 mm. This fact can be explained by occurrence of new paramagnetic centers whose total con-
centration exceeds a concentration of initial centers by five orders.
Focus of the research was on improving a theory of and methods for forecasting gas-dynamic
phenomena in the coal mines. The findings essentially clarify the disputable issue and confirm vi-
ability of a proposed hypothetical model of anomalous methane manifestations, which is based on
the phenomenon of methane generation.
Keywords: coal substance, metamorphism, disintegration, radio spectroscopy, methane genera-
tion.
Статья поступила в редакцию 15.02.2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук А.А. Яланским
mailto:khmelenko@ukr.net�
mailto:skipochka@ukr.net/�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 23
УДК 552.513.08:551.735
Л.Ф. Маметова, канд. геол. наук, ст. наук. співроб.
(ІГТМ НАН України)
КАТАГЕНЕТИЧНІ НОВОУТВОРЕННЯ В ПІСКОВИКАХ КАРБОНУ В
СИСТЕМІ СО2_– СаО – SiO2
Л.Ф. Маметова, канд. геол. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
КАТАГЕНЕТИЧЕСКИЕ НОВООБРАЗОВАНИЯ В ПЕСЧАНИКАХ
КАРБОНА В СИСТЕМЕ СО2_– СаО – SiO2
L.F. Mametova, Ph.D (Geol), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
THE NEW KATAGENETIC FORMATIONS IN THE SANDSTONES OF
CARBONIFEROUS PERIOD IN THE СО2–СаО – SiO2 SYSTEM
Анотація. Будь-які зміни в гірських породах регламентують температура, тиск, тектоні-
чні рухи. Ці чинники викликають стадійні перетворення мінералогічного складу відкладів,
рух флюїдів, які супроводжуються появою нових асоціацій: сперит-ларніт. Петрографічні
дослідження пісковиків середнього карбону північно-східних районів Донбасу виявили спе-
рит. Цей мінерал не характерний для порід вугільного басейну. Як і ларніт, він є представни-
ком контактового метаморфізму. Ларніт рентгено-структурним методом зафіксований у ву-
гіллі пласта l1 після раптового викиду породно-газової суміші в протилежному – Донецько-
Макіївському районі. Виконаний аналіз умов утворення цих мінералів, запропонована гіпо-
теза виникнення і застосування їх як індикаторів метасоматичних процесів.
Ключові слова: Донбас, пісковики, катагенез, мінералогічні перетворення
Вступ. Дослідження постдіагенетичних змін осадочних порід в Донбасі ви-
конувалось геологами-виробничниками і представниками різних наукових шкіл
Росії та України ще в 50-70-х роках минулого століття. За їх спостереженнями
виділені стадії цього процесу, названого академіком О.Є. Ферсманом [1] ката-
генезом. В умовах Донбасу ці стадії пов’язувались з технологічними характери-
стиками вугілля – його марками, але не ґрунтувались на узагальненні та типіза-
ції мінерально-парагенетичних перетворень у відкладах внаслідок варіацій тем-
ператури і тиску. Крім речовинного складу і двох останніх чинників, четвертим
і вагомим у катагенезі є флюїдний фактор. Певну корекцію в схему стадійного
розчленування породних новоутворень вносять також геотектонічні умови ба-
сейну. Саме тектонічні процеси неодноразово збуджують перетворення, які не-
рідко накладаються на регіональні зміни і спричиняють виникнення специфіч-
них мінеральних асоціацій, що хоч і мають локальне поширення, але не абияк
впливають на концентрацію газів, на їх рух серед відкладів. Завдяки взаємодії
полімінеральної за складом породної товщі з флюїдами, як глибинного похо-
_________________________________________________________________
© Л.Ф. Маметова, 2014
|