Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт

Изложены основные положения теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей ,а также исследована турбулентность течений воздуха в горных выработках угольных шахт....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Аверин, Г.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Schriftenreihe:	Геотехническая механика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53914
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт / Г.В. Аверин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 44-51. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-53914
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-539142014-01-29T03:12:42Z Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт Аверин, Г.В. Изложены основные положения теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей ,а также исследована турбулентность течений воздуха в горных выработках угольных шахт. The substantive provisions of theoretical analysis of diffusion of heat, impulse and admixtures of an are expounded turbulence of flows of air in the mountain making of coal mines is also explored. 2012 Article Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт / Г.В. Аверин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 44-51. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53914 622.413:536.244 ru Геотехническая механика 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	Изложены основные положения теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей ,а также исследована турбулентность течений воздуха в горных выработках угольных шахт.
format	Article
author	Аверин, Г.В.
spellingShingle	Аверин, Г.В. Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт Геотехническая механика
author_facet	Аверин, Г.В.
author_sort	Аверин, Г.В.
title	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
title_short	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
title_full	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
title_fullStr	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
title_full_unstemmed	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
title_sort	проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53914
citation_txt	Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт / Г.В. Аверин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 44-51. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT averingv problemyteoretičeskogoanalizadiffuziiteplaimpulʹsaiprimesejvgornyhvyrabotkahugolʹnyhšaht
first_indexed	2025-07-05T05:19:24Z
last_indexed	2025-07-05T05:19:24Z
_version_	1836782992534536192
fulltext	44 УДК 622.413:536.244 Д-р техн. наук Г.В. Аверин (ДНТУ) ПРОБЛЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДИФФУЗИИ ТЕПЛА, ИМПУЛЬСА И ПРИМЕСЕЙ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Изложены основные положения теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей ,а также исследована турбулентность течений воздуха в горных выработках уголь- ных шахт PROBLEM OF THEORETICAL ANALYSIS OF DIFFUSION OF HEAT, IMPULSE AND ADMIXTURES IN MOUNTAIN MAKING OF COAL MINES The substantive provisions of theoretical analysis of diffusion of heat, impulse and admixtures of an are expounded turbulence of flows of air in the mountain making of coal mines is also ex- plored После периода интенсивных экспериментальных исследований процессов теплообмена в горных выработках глубоких шахт в 60-80 годах [1-4] в после- днее время наблюдается сокращение таких исследований, что объясняется в первую очередь сложностью физического моделирования этих процессов и значительной трудоемкостью шахтных экспериментов. Все это сдерживает дальнейшее развитие теоретических исследований в данной области. В част- ности, остаются практически неизученными вопросы об одновременно проте- кающих процессах тепло- и массоотдачи в горных выработках, о связи аэроди- намических и тепловых параметров, о границах применимости аналогий между процессами переноса теплоты и массы, о достоверности целого ряда матема- тических моделей тепло- и массопереноса в горном массиве и др. Совместный тепло- и массообмен горного массива с рудничным воздухом до настоящего времени изучен мало. Наличие фазовых превращений в виде ис- парения воды существенно влияет на интенсивность тепло- и массообмена между поверхностью горного массива и окружающей средой. Кроме этого, пе- ренос тепла и массы внутри горного массива имеет свою специфику. Механизм переноса тепла и диффузии влаги в этом случае слабо исследован эксперимен- тально и поэтому аналитическое изучение этих процессов, базирующееся на применении математических моделей тепломассопереноса в капиллярно- пористых телах [5-7] не приводит к надежным результатам. На формирование микроклимата в горных выработках шахт оказывает зна- чительное влияние совместное протекание процессов тепло- и массообмена. Экспериментальное определение параметров, характеризующих взаимосвязан- ный тепломассообмен в горных выработках, в условиях физического моделиро- вания сопряжено с трудностями практического характера, так как невозможно смоделировать реальный горный массив, обладающий сложной капиллярно- пористой, трещиноватой и неоднородной структурой. Существенное влияние на процессы тепломассоотдачи оказывают факторы, которые также трудно учесть при физическом моделировании: значительная шероховатость вырабо- 45 ток, наличие загромождающей сечение выработок крепи, горнотехнические и различные технологические особенности выработок и др. Большинство встречающихся на практике воздушных потоков в горных вы- работках относятся к типу турбулентных, критерием устойчивости которых яв- ляется число Рейнольдса. Экспериментально установлено критическое его зна- чение, выше которого турбулентное движение является устойчивым. Для глад- ких труб это значение составляет Re =2300, для горных выработок – Re = 1000 - 1500. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от многих факторов, в частности, от градиента давления, турбулентности воздушного потока, шероховатости поверхности, процессов тепломассообмена и др. Так, положительный градиент давления или замедленное течение воздуха дестаби- лизирует пограничный слой на стенке и уменьшает критическое число Рейно- льдса, отрицательный градиент или ускоренное течение потока повышает устойчивость пограничного слоя. В горных выработках на входе любого участка воздушный поток является сильно турбулизованым, на что в значите- льной степени оказывают влияние изменение сечения выработки (расширение или сужение), препятствия на пути движения воздуха и различные лобовые со- противления, повороты воздушного потока, различные особенности вентиля- ционных ветвей и др. Собственная шероховатость горных выработок, обусловленная ше- роховатостью стенок выработки, наличием крепи или выступающих эле- ментов является одним из важнейших факторов, характеризующих турбу- лентность воздушного потока. Большую роль на переход от ламинарногохарак- тера движения к турбулентному оказывают притечки и утечки воздуха в гор- ных выработках. Непрерывное или дискретное распределение утечек воздуха стабилизирует воздушный поток и снижает аэродинамическое сопротивление. Притечки воздуха, поступающие в выработку, дестабилизируют пограничный слой. Достаточно сложным является влияние тепломассообмена поверхности выработок на устойчивость течения воздуха. Для газов нагревание дестабили- зирует пограничный слой, так же, как испарение влаги и поступление вещес- тва в пограничный слой с поверхности. Исследование турбулентных течений в каналах постоянного сече ния иск- лючительно важно в связи с их широким распространением. К этому классу течений можно отнести и турбулентные течения воздуха в горных выработках. В сечениях горной выработки, расположенных после участка развития тече- ния, средние характеристики течения и турбулентность остаются одинаковы- ми, так как течение становится пол ностью развитым. На практике турбулентные течения в каналах разделяют на четыре основ- ных режима движения, к которым относятся течения: в гладких трубах, в ка- налах с гидравлически гладкой поверхностью, в каналах с шероховатой повер- хностью, а также в каналах с полным проявлением шероховатости. При турбулентном течении в гидравлически гладких каналах числа Рейно- льдса находятся в пределах 2400< Re < 3000000. Различные эффекты на тече- ние жидкости оказывает влияние стенки. Уменьшение скорости до нуля при 46 приближении к стенке канала совместно с турбулентным переносом импульса обуславливает значительный градиент скорости, что приводит к существенной диссипации энергии. В свою очередь, уменьшение осевой скорости при при- ближении к стенке приводит к уменьшению переноса энергии за счет среднего движения. В связи с этим структура турбулентности существенно изменяется в направлении, перпендикулярном каналу и неодинакова для различных слоев потока. Наиболее быстрые изменения имеют место непосредственно около стенки в так называемом вязком слое, где турбулентное напряжение пренебрежимо ма- ло. Изменение средней скорости, температуры или концентрации определяет- ся соответственно коэффициентами молекулярной вязкости, теплопроводности и диффузии. Изменение скорости в этом слое практически линейно. При удалении от стенки канала находится область, составляющая про- межуточный (буферный) слой, в которой вязкие и турбулентные напряжения сравнимы по величине. Аналогичным образом потоки тепла и примеси, пе- реносимые за счет турбулентной и молекулярной теплопроводности (диффу- зии), также сравнимы между собой. При существенном удалении от стенки располагается полностью турбулентный слой, в котором влияние стенки выра- жено слабо и турбулентность развита в такой степени, что вязкими напряже- ниями можно пренебречь. Потоки тепла и вещества, переносимые в этом слое за счет молекулярной теплопроводности и диффузии, также пренебрежимо малы. Изменение скорости в этой области подчиняется логарифмическому за- кону. Вблизи центра трубы существует четвертый слой, который называют турбу- лентным ядром, где справедлив закон следа. При течении воздуха в каналах влияние этого слоя пренебрежимо мало. В литературе указанные четыре слоя трактуются по-разному. Часто ламина- рный и промежуточный слои объединяют в один вязкий слой, турбулентный слой и слой вблизи центра канала объединяют в одно турбулентное ядро и т.д. В связи с этим авторами рассматриваются одно-, двух- и трехслойные тур- булентные режимы движения сред в каналах. В вязком слое вблизи стенки касательное напряжение обычно слабо изменяется по толщине слоя, в связи с чем касательное напря жение в этом слое часто принимают постоянным. В свою очередь в турбулентном ядре скорость потока по толщине изменяется обычно мало. В горных выработках описанный режим движения наблюдается редко, однако он исключительно важен для понимания турбулентного движения воз- духа. Следующий важный случай - это турбулентное течение в гидравлически гладких каналах, когда шероховатость не оказывает влияния на коэффициент гидравлического сопротивления. Это наблюдается в том случае, если высота элементов шероховатости не превышает толщины вязкого слоя. Такое тече- ние схоже с течением в турбулентном пограничном слое, характеризующимся большими числами Рейнольдса. Данное течение в каналах наблюдается при 47 Re> 2400 и параметрах шероховатости k+ < 5. Область течения в этом ре- жиме включает вязкий подслой, буферный слой и турбулентное ядро. Для движения воздуха в горных выработках такой режим не характерен. Турбулентный режим течения в каналах с шероховатой поверхностью ха- рактеризуется значениями чисел Рейнольдса Re> 2400 и параметра шерохова- тости 5 < k+ < 60. В этом случае неровности поверхности частично выступают за пределы вязкого слоя и обуславливают наличие дополнительного сопротив- ления, при этом коэффициент гидравлического сопротивления зависит от чис- ла Рейнольдса и шероховатости поверхности. Данный режим течения может наблюдаться в горных выработках с хорошо заглаженной бетонной поверхнос- тью, при небольших числах Рейнольдса. Турбулентный режим течения с полным проявлением шероховатости наи- более характерен для горных выработок. Для этого режима значения чисел Рейнольдса Re> 2400 и параметра шероховатости k+> 60. Все элементы шероховатости в данном случае выступают из вязкого подслоя и определяют величину гидравлического сопротивления. Для этого режима вязкость практи- чески не играет никакой роли и гидравлическое сопротивление не зависит от числа Рейнольдса и является только функцией шероховатости. Перепад давле- ния на участке канала является квадратичной функцией средней скорости. Влияние шероховатости на турбулентное течение является весьма сложным, так как она увеличивает турбулентность вблизи стенки. Этот режим течения лучше всего изучен для каналов с песочно-зернистой шероховатостью. Горные выработки относятся к каналам с исключительно сильной шерохова-тостью, так как основной вклад в величину гидравлического сопротивления вносит со- противление элементов крепи. Высота выступов крепи может значительно превосходить по величине высоту выступов собственной шероховатости сте- нок горных выработок и быть иногда соизмеримой с эквивалентным диаметром выработки. Попытки систематического исследования влияния шероховатости на турбу- лентность течения воздуха в горных выработках наталкиваются на принципиа- льную трудность, связанную с большим многообразием геометрических форм крепи и шероховатости стенок и, следовательно, с большим числом парамет- ров, определяющих шероховатость. В шероховатых каналах часто турбулент- ное течение рассматривают в виде двухслойных потоков. Область вблизи стен- ки является слоем шероховатости. Пристеночный слой вблизи шероховатой поверхности можно условно разделить на две области: слой постоянного каса- тельного напряжения с параллельным течением и слой шероховатости, в кото- ром среднее течение обычно является трехмерным с достаточно сложной структурой. Это связано с тем, что при обтекании элементов шероховатости возникает множество отрывных течений и течений с повторным присоедине- нием к поверхности. За элементами крепи возможно образование вихрей. Не- посредственно у поверхности имеют место различные мелкомасштабные вяз- кие слои. Кроме пристеночного слоя выделяют еще турбулентное ядро, где справедлив логарифмический закон распределения скорости для шероховатых 48 каналов. В горных выработках в связи с различной шероховатостью стенок и почвы нарушается симметричность потока, характерная для шероховатых ка- налов с однородной шероховатостью. Все это усложняет картину турбулентных течений в горных выработках. На процессы переноса при движении среды в каналах оказывает влияние поле средних скоростей и пульсационных составляющих скоростей. Поэтому анализ любого процесса переноса тепла и примеси в гладких и шероховатых каналах требует определенного представления о процессе переноса импульса и соответствующего изменения скорости. При определенных условиях существует взаимозависимость между полем скоростей и тепло- и массопереносом, имеющая достаточно сложный вид, в особенности для шероховатых каналов. Поэтому основная задача теории тур- булентного пограничного слоя заключается в установлении связи между тур- булентной вязкостью и параметрами осредненного течения в пограничном слое. Решение этой задачи при моделировании турбулентности облегчается эмпирически установленным фактом связи между турбулентной кинематичес- кой вязкостью и осредненными значениями параметров в большинстве погра- ничных слоев, что позволяет сформулировать универсальные законы распреде- ления осредненных значений скорости, температуры, примеси и касательных напряжений. Сложность турбулентных течений в горных выработках на первый план выдвигает разработку дифференциальных методов расчета турбулентных по- граничных слоев. В этом случае компоненты скорости, температуры и приме- си описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. Аэродинамические и тепломассообменные расчеты шахтных вентиляционных сетей в настоящее время производятся методами одномерной гидродинамики и тепломассопереноса, позволяющими учесть многие характерные черты этих явлений. Однако, соответствующая система уравнений неизбежно оказывается незамкнутой и недостающая информация заимствуется из эксперимента. Кроме этого, на основе одномерных балансовых уравнений принципиально невозмо- жно изучение механизма турбулентного переноса и параметров турбулентных потоков в горных выработках, установление закономерностей и решение важ- ных задач аэродинамики, теплопереноса и диффузии примеси при турбулент- ном движении воздуха в горных выработках. В связи с этим проблема созда- ния теоретических основ расчета процессов диффузии тепла, импульса и примеси в горных выработках на основе дифференциальных методов имеет первостепенное значение. Рассмотрим более детально cтруктуру и характеристику турбулентных по- токов при движении воздуха в каналах и горных выработках. Наиболее полно внутренняя структура турбулентных потоков изучена для гладких каналов, для которых существует большое количество моделей турбу- лентности. В простейших из них параметры, характеризующие процессы тур- булентного переноса, выражаются через распределение осредненной скорости. В более сложных моделях используются уравнения турбулентного переноса, 49 причем входящие в эти уравнения члены диффузионного переноса и диссипа- ции соответствующих величин аппроксимируются функциями, вид которых определяется из физических соображений или согласно теории размерности. Постоянные величины данных функций находятся путем адаптации модели экспериментальным данным. В некоторых более общих моделях, основанных на использовании уравнений переноса, параметры турбулентного переноса вы- ражаются через осредненные характеристики турбулентности (линейный масштаб турбулентности, турбулентную кинетическую энергию и др.). Турбулентные характеристики потоков исследовались большим количест- вом авторов [8-19]. В настоящее время весьма неудовлетворительно изучен вопрос о про- странственном изменении турбулентного числа Прандтля Tr P вблизи стенки. На практике применяются зависимости, которые дают либо уменьшение, либо увеличение числа Tr P у стенки [20], например, при течении воздуха в трубах: 1 1 400 e T y R rP − −⎛ ⎞ = +⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ а для воздушного пограничного слоя толщиной δ : Tr P =(1,25÷1,75) y δ Многие авторы часто предполагают, что турбулентные числа Прандтля или Шмидта не изменяются поперек потока, но зависят от числа Рейнольдса и молекулярного числа Прандтля. Например, в [20] получено значение Tr P при турбулентном течении воздуха: 1 2 1 2 1 102,8 1 202 T e r e RP R − − + = − + В целом газы имеют умеренные значения молекулярных чисел Прандт- ля ( rP = 0,65 - 1,1) и Шмидта ( Sc = 0,2 - 1,4), приемлемые для использо- вания при расчетах тепло- и массообмена аналогии Рейнольдса (табл. 1). 50 Таблица1- Тепловые и диффузионные свойства газов при атмосферном давлении Среда Темпе- ратура С0 Коэф. темпе- ра-туропров. а 10-6, м2/с Коэф. ки- немат. вяз- кости γ 10-6, м2/с Число Прандля Pr Среда Растворенная диф- фундирующая суб- станция Темпе- ратура, Со Коэф. Диффузии D 10-6, м2/с Число Шмидта Sc Воздух 27 22,16 15,68 0,708 Воздух Аммиак 0 21,65 0,634 Аммиак 0 11,8 13,08 0,900 Двуокись Углерода 0 11,98 1,14 Двуокись Углерода 27 8,32 8,32 0,770 Хлор 0 9,28 1,420 Водород 27 157,9 109,5 0,706 Водород 0 54,72 0,250 Кислород 27 22,4 15,68 0,709 Метан 0 15,73 0,840 Водяной Пар 107 20,36 21,65 1,060 Кислород 0 15,33 0,900 Азот 27 22,04 15,63 0,713 Водяной Пар 16 28,15 0,488 51 Для практических расчетов существенно установление характеристик тур- булентных потоков в горных выработках (коэффициентов турбулентной кине- матической вязкости, теплопроводности и диффузии) и связь этих характери- стик с параметрами осредненного турбулентного движения, шероховатостью выработок, сопротивлением и т.д. Полученные результаты могут быть исполь- зованы при установлении аналогий для турбулентных потоков воздуха в гор- ных выработках. С практической точки зрения это позволяет использовать об- ширный экспериментальный материал по аэродинамике потоков в горных вы работках при расчетах диффузии тепла и вещества, а также процессов диффу- зии активной примеси. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Брайчева И.Д. Методы расчета температуры вентиляционного воздуха подземных сооружений. И.Д. Брайчева , В.П. Черняк, А.Н. Щербань.-Киев: Наукова думка, 1981.- 184 с. 2. . Воропаев А.Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах/ А.Ф. Во- ропаев.- М.: Недра, 1968.- 256 с. 3. . Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников / Ю.Д. Дядькин.- Севена.- М.: Недра, 1968.- 256 с. 4. Щербань А.Н. Научные основы расчета и регулирования теплового режима глубоких шахт/ Щерба- нь А.Н., Кремнев О.А.- Т.1.- Киев: Изд. АН УССР, 1959.- 430 с. 5. Кремнев О.А. Тепло- и массообмен в горном массиве и подземных сооружениях/ О.А. Кремнев, В.Я Журавленко.- Киев: Наукова думка,1980.- 320 с. 6. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков.- М.: Энергия, 1969.- 471 с. 7. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория тепломассопереноса / А.В. Лыков.- М. Госэнергоиздат, 1963.- 536 с. 8. Бай Ши-и. Турбулентное течение жидкостей и газов./ Бай-Ши-и .- М.: Изд. иностр. лит,1962.- 344 с. 9. Методы расчета турбулентных течений.- М.:Мир, 1984.- 464 c. 10. Гиневский А.С. Методы расчета турбулентного пограничного слоя / А.С. Гиневский, В.В. Иоселевич, А.В. Колесников. - М.: Энергия, 1978.- 420 с. 11. Турбулентность. Пер. с англ. Под ред. П.Брэдшоу.- М.: Машиностроение, 1980.- 343 с. 12. Турбулентность, принципы и применения. Пер. с англ. / Под ред. У.Форста, Т.Моулдена.- М.: Мир,1980.- 535 с. 13. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках./ К.З. Ушаков.- М.: Не- дра,1975.- 167 с. 14. Федяевский К.К. Расчет турбулентного пограничного слоя несжимаемой жидкости./ К.К. Федяевский, А.С. Гиневский, А.В. Колесников - Л.: Судостроение, 1973.- 256 с. 15. Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория./ И.О. Хинце. - М.: Физматгиз, 1963.- 680 с. 16. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности./ Г. Шлихтинг. - М.: Изд. иностр. лит., 1962.- 203 с. 17.Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. / Г. Шлихтинг. - М.:Наука,1969.- 742 с. 18. Шубауэр Г.Б. Турбулентное течение / Г.Б. Шубауэр, К.М. Чен // Турбулентное течение и теплопереда- ча. Пер. с англ. /Под ред. Линь Цзя-цзяо.- М.: Изд. иностр. лит., 1963.- С. 83-205. 19. Nudins M. Evaluation of heat Transfer perfomances of round surfacas from experimental investigation in an- nual channels / M. Nudins // Int. j. Heat and Mass Transfer, 1979.- V. 22.- No 10.- P. 1381-1392. 20. Рейнольдс А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях / А.Дж. Рейнольдс - М.: Энергия, 1979.- 408 с. 52 УДК 622.831:537.86 Д-р техн.. наук Д.М. Житленок (ГП «Дзержинскуголь»), мл. научн. сотр. Я.В. Шажко, канд. техн. наук. В.В.Завражин (ИФГП НАН Украины), инж. Ш.В. Мамлеев (ОП «Шахтерская-Глубокая» ГП «Шахтерскантрацит») ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ Проведена кількісна оцінка вмісту вільного і адсорбованого метану у відкритих порах і мікроблоках кам'яного вугілля насиченого метаном. Встановлено, що кількістю метану в транспортних каналах (порах) складає більше третини від загального вмісту у вугіллі. Об- грунтовано метод і засоби оцінки газоносності і тиску метану у вугіллі, заснований на особ- ливостях газової емісії метану. DETERMINATION OF GAS AND PRESSURE METHANE IN COAL SEAMS The quantitative estimation of free and adsorbed methane in the open pores and microblocks coal saturated with methane. Found that the amount of methane in the transport channel (pore) is more than a third of the total content in the coal. Methods, and tools to evaluate gas content and pressure of methane in coal, based on the characteristics of methane gas. Вопрос о залежах метана в угольных пластах, действующих и законсервиро- ванных, шахт до настоящего времени остается дискуссионным. Это, в первую очередь, связано с отсутствием методологии оценки количества метана с уче- том его фазового состояния. Существующие представления позволяют утверждать о наличии в угле трех фазовых состояний метана: свободный газ в порах и трещинах; в виде молекул, адсорбированных на поверхностях угля и в виде абсорбированных молекул в блоках угля с образованием твердого раствора метана в угле. При этом исполь- зуются две основные модели описания системы «уголь-метан». Согласно одной из них [1], весь метан находится в свободном и адсорбированном состояниях, а насыщенность угля газом обеспечивается развитой сетью мелких открытых пор со значительной дисперсией их сечения. Недостатком модели являются трудно- сти в объяснении продолжительности процесса десорбции метана из угля. Со- гласно указанным представлениям и теоретическим оценкам, коэффициент диффузии газа в самых мелких порах угля должен превышать значения 10-6÷10-7 м2/с, в то время как, согласно эксперименту, этот коэффициент значи- тельно меньше – 10-14÷10-16м2/с и характерен для диффузии в твердых телах. Другая модель [2,3] является следствием развития представлений о блоко- вом строении угля. Экспериментальной основой для неё послужил сравнитель- ный анализ кинетики выхода метана из угольных образцов, представляющих собой совокупность мельчайших образований – микроблоков, свободный объём

Проблемы теоретического анализа диффузии тепла, импульса и примесей в горных выработках угольных шахт

Institution

Ähnliche Einträge