Фазовые состояния метана в ископаемом угле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

С. • '

I 4 '

о ОД

■• Г; 7"' ЕАЩОНАЛЬНА ЛКАДЕГШ ПАУК УКРАхКИ

„ донгцыдат ©1зико-т£хш:чнт 1нсшгут т. о. о. гаяк1на

иа празаз рунотсу

ВАСИЛЕНКО Тетяка АнатолИвка

' ©А3031 СТАНИ МЕТАНУ У' ВИКОПНОМУ ВУГШП стксцглыцсть 01.04.07 "01зшса твердого т!лз."

АВТОРЕ О ЗРАТ

дасертгцП на здобуття вченого стугкня кандидата ф1зико-матеыатичнях наук

Донецьк - 1995

Дисертац1я б рукописои.

Робота виконата в Донецькому ф i з ieo - те кш. чному incnrryri О. О. Гагайна Нацгонально! АкадеыП Наук УкраХкп. HayKOBi ¡ceplBimxH : академ1к АкадемП Прнягах тук.

УхраХни. доктор техттаос наук, професор . Алексеев Анатол1й Дыитровет

кандидат ф i з кко - мат е матлчнтх наук, доцент

СИНОПИЦЬКИИ Есеволод ВаскльоЕич

Сф1ц1йн1 озоиенги : доктор ф i з ехо - пат еиатнчних наук. професор

ФЕЛЬДМАН Едуард Петрович

animeüir 1нхенерш1 АхадемП УгроХш:. доктор г1к!гши1 наук црофесор 'J

UAE2 Еапор12 Еен1ам1вовэт

üpoaiEHa орган1зад1я - .С. -Петербурзьки* Прнитаа 1пстатут iu. Г. В. Плеханова {Тепйчша ун!верс1тет)

Зазшст в1дбудеться " ^ " 1995 р. о /5 ^год.

на зас!.данк1 спецгашзовано! -этешп рада Д 06. II. 01 пря Донецькоыу ф13Еко-техн1чноыу iHCTsrryTi iu. 0.0. Галю. на. HAH Укра1ки ( 340114. Дснецьк-П*4. вул. Р. ЯЕхсеыОург. 72 )

3 десертацХев шала ознакомитесь в öiüniOTeul Допецького ф1з52ц>-гехшчшго Шспггута HAH УкраХна.

Автореферат pooicraia УиёбЭ.'-ЬАуЗЕ, р.

ВченЕй секретар

спэцгалйзоваЕо! ечeml рада {jхшовшз.

ЗАГЛПЫ1А ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуадьн!сть ц151 пращ обумовлена необхшпстю встановлення критергя ьиоухонебезпеч ноот 1 вуглльних пласИв на оонов1 (Мзично! модели яка опмсуе фазовий стан метану в розробляямих пластах, необхгдтстю створення методики еиспрес-аизлйзу, що дозволяе конггролювати йлыйсшй вмгот метану та такт ям!давання цих параметр! в с наол1дку рфективнот застосування щютивибуховнх заход!в,

V доточний 'час г!ргагч! роботи ведуться из. вепикта глиаитш: в умоваж п1двищеш1 пригодно! гаягшооюот! вуг.'! пт ТА г!рИПЛОГО тнску, ЩО !5бЮТ>ШУ6 ие0ай1ючя1сть р!-)птпвчч «ибу;<1р, газу та вуг! лля. .V вугглышх шэл.ттс Догайюу »ям? !.;й.пнчмна чнску метану на гшиинах 000-1100 м тревгацук 10-12 Шэ. Пог! ршрння ириродшз умов розробхси вуг} лышк ю1.нст.1р да великих готбшах 3 зростадня частота та отит раптоних ййбух1е газу та вуг!лпя С РВГВ) гашпшит тоб5с1дгйстт» розрооки а застосування надинле: метод!в прогнозу та ефективних загоб1в запоб1гання РВГВ, Вайбгльш персгектившй галях до забезиечення ф1зичнп1 основи прогнозу рвгв установления оеобливостей трансформаций газоносно! вугьлыго! речовнни ш. р1внях атомно!, иояекулярно! та надмопекулярно! структур з метоп виявлення взавмозв*язк1в р1вшв будови речовига вуг!лги з макроскоп!чними властивостями та оудовоп вуггляя та газидинам!чним станом небезнечних по РВГВ 1шаст1в, Використання даних про бщ1 р!вн! будови речовиш вуг!лля при роз в'яз ант !нженерних задач у вуппътй промисловост1 можпнво лише шляхом встановлення зв'язку М1Ж рдзними р!внями орган!зацП елементав речовини, ж! м!стять газоносний вуг!льний масив. ! макроскоп!чними властивостями цъого масиву.

Мета прзц1. Експеуиментальне вивчення вгашву взаемодП метану з речовиною викопного вуг1лля на спектр ЯМР, експериментальний ! теоретичний атйз кинетики поглинання та вщцлення метану горуватою речовиною викопного вуПлля, побудування модел1 газовуг1льного твердого розчину, створення на баз! ц1б1 модел1 метода визначення величина

напружень. лакап1зованих на р1зних несущ льностях вуПльног речовини. обумовлених розчиненим у вуПлт метаном.

Для досягнення поставлено! мети виршуються наступи! задач!:

1. Експериментальне досМдаення впливу взашодН метану та води з речовиною викотюго вуг1лия на.спектр ЯМР,

2. Експериментальне визначення величин питомого об'ему аакритих пор викотюго вуНлля, мехатчник напружень набухаиня, обумовлених розчиненим у вугиш! метаном с дли деякия марок вуйлля).

3. Теоретично дошйдаешм кшетикм дифузП молекул газу, в поруваПй речовин! викопногго вуплян,

4. ПобудоЕй ф1зичио1 ыодет гизовуг1льнш: твердя?, •юз чин! в методами оттмстяно! шхздДья.

!•-(. Отьорашя методик /шзшчтшн закрито! даруттост! та величин нэлруженда наоухтшя тшотют/о вугалня,

Наутсова новизна пращ, полагав в тому, шр розройлона методика вазаачення закрито! норуватоот! яитшюго вугишя. Отримаш нов! ексиериывнгалый результата ш иакрят1й шруватост1 сорбц!йним методом. Створена методика та виконано експериментальне визначення величина фрактально! розм!ршст1 вугишя марок Д и Ж. Вперш на. основ! отатистичш! теорП шлшер!в розрз.кований нада! рний тиок газовуг].льного твердого розницу.

Практичне згаяення цих досл!джень полагав в отршанн! даних про ф1зико-х1ьйчн1 характеристики викошюго вугШи, яга необзадт. для коректно! оцгнки галькосп метану, що знаходиться у вуплъшй речовит. Все це дав мсшйв1сть отримати точнше уявлення про напружено деформований стан т!рничого масиву.

На захиот виносяться тай основш. положения:

1. Вивчена кЛнетика поглинання та вид!лення одного з фазових сташв метану - в1льного т'азу - поруватим твердим т1лом (вуг1лляы). Розроблена методика экспериментального визначення питомого об'ему закритих пор викошюго вуп.,ши сорбгцйним методом.

2. Всташвлено, що волога та газ, як! м!стяться у вуплъшй речовиш., блокують частину об'ему пор. Це зменшуе

визначеиу величину закрито! поруватост1 вугалпя.

3. На основ! анагизу оучасних уявлень про фазов! стани метану у викопному вут!лл1 розроблена ф!зична модель тюл1мерних газовуг1 пьних твердих розчитв.

4. Створена методика визначення внутри, иних напружень набухания, пбуновлених розчиненим у вугипй метаном. Отримана величина (" 10^ Па) можя бути однйзю з щтчин охилъноот! ьугигля до руинубяння

Оснпвиий внеоок автора стпкошитъ розробки моделей., виконання теоретичних розрахушйв та «ксперяментапьник досМдаень, ойробка та п-тфпретамд я пдерзашх результат!в.

Аирпбзпдя нрзпд , Матер!зтм дисзртяпП дошв1да.пись ! обговпрмвяшсь на: ми туковому r*ntimpl "Вппив вислшго тиску на петопнну", 0десаЛ387; V Во&соштй к^иферснцп "Отгдамявня та Dtfpotimi матер1ал!в «исикдо таиком" МШоьк. 1987; Всеоо«ган1й иауково-тет1ч.тй конферещп 'Интенсивна та безМдходна технолог!я розробкп вуП.пьиих i ожищевах родоотщ", Москва Л 989; Всесоюзна науковп* гашш. "Двформувапня та -руйнуввдая матер! аи! в з дефектами та дш0м1чи1 явишд в г!рничиж породах та вироОках", Симферополь Л 990; VIII Воесоюзтй парад! по риичних властивостях г!рш™х nnpi д при високнх тисках та температурах, Уфа Л 990; РеспугШтсэноък1й конференцп. молодих вчених "Проблеми удосконаттгаваннч безпеки ripnrmx pntfi т на вуггльшх шахтах", Донецьк.ШЭ!; XIV пауковому семпгар! "Иплив висикия тискав на речовину'Ч Кигв,1991; "XXX Annual Meeting of the European hlgti pressure Research Group", Баку,1992; М!жнародному симгатум! "Нетрадиц1йн! джерела вуглеводно! оировини та проблемы 11 освоения", G.-ПетербургЛ992; X М!жнародн!й конференци по механ!ц! ripHirnix пор!д, Москва,1993; IV науковому ceMiHapi "Ф1зика магттних явищ", ДонецькЛЭЭЗ; М!жнародному симпоз!ум1 по проблемах прикладно! геологи, г!рничо1 науки та виробництва", С.-ПетербургЛ993; Науково-техн!чн!й

кокференцП "Фундаментальш. та прикладн! проблема косьйчних досМдаень", Житомир. 1993; Комплекс! наукових та науково-техн1чних заход!в краан СНД, Одеса.1993; I М!жнародтй конференцП 'ЧнформагЦйш. системи та

техиологП". Льв1б,1998; VII ЬИжнарсщноыу с«м1нар1 "Ф1зика магштних яшш,", Донецьк. 1994; Мгжнародн1й геоф13ичн1й конференцП "Анхзатротя. Фрактали. Проблкми практичного заотосування", Ки1вД994.

ПубшкацП. За темою дисертацП опублхковано 19 друкованиЕ праць, основн! з яких наводиться в ю.нцх автореферату.

Структура та ооюгг диоертацх X , Диоертац! я оккадаеться з штупу, чотирьох глав 1 васновку.

Дшортащя мх стать 124 стор. маш'шспшошго тексту, икшяшкми в ма)Ю11К}.1', !'5 тайнаць, гшиг.ми лператури « Уь шймонуиапь.

;.еш:т ш'лщ

у кггугЛ йог1.|унт')1:.ч>!с! актуапыйс-ть томя. ц<ц*»ульоппи1 йота тп ¡¡.чда'ц доотггдкенн^ 1':•!•'¡:'>г..;1 копнута, та нраи'гачк;-! ц1ышеть реаультат1в, приведен! осдатап хыигоимшя. -лил ганооятьом па аа*кот.

Шриа глава щшслячсш. стыну щюйиеш та ¡.скуьчки уявлшняы про нолекулмрну х .шдмол^к.улярну структур? викошюго сутчгои. Тут ж»» тстяться Мтературш. дая1 щю оучасш. модел! вут!лшЛ речовини. аваМз. яких дозволяв вважати вшсористания шглядхв на вуг1.льну речовмну як на складну пшххмырну дожму, основнг влаотавост! якох обумовлет просторовим розташуванням атом1в 1. атошшх гтуп далХиерних ланцюп ь, тобто так званими конформацхяш макромолекул ьутх.лли,, достатыьо аргументованим. Уяшюния про форму перебування метану у вуг!льн1и речовин! базувтьсл на властиЕостх, в1дкрит1й в Донет1 1Ш1 Украхни Алексеевым А. Д, . Синолицьким В, В. та 1н. . оргахачнох речовиш вуг1шм' утворювати з газами ыетаста01льн1 сднофазш система по типу твердая розчинхв.

Оргатчна маса вуг1лпя ыоже бути розглянута у виглядх совокупност1 кристалд.т!в (ароматична структура), з'еднаних неароматичними прошарками.. утворехшми вуглецъ-м1стячими ланцюгами. Гази С СНд, С09 та 1н.), яка знаходяться в вуг1лл1, розчпнеш в неароматичних прошарках, а також заповнюють систему пустот в структур! вугхльно'х речовини. В1льний та адсорбований метан заповнюе макропори, мезопори.

тр1щини та шжблочн! пром!жки, абсорбований метиться в м1жмолекулярному простор! вуПльно! речовини.

В друг!й глав1 приведено опис спектрометра ЯЫР-Н1 широких лШй. розробленого в СКТБ ДонФТ1 НАНУ. його параметри: налружш.сть шля пост!йного магтату - 4600 Е, одшр1дн1сть - 2-Ю"6 Е/см, резонансна частота - 19.5 МГц.

Наведено опис сорбц!йно! установки з щкшжними емкостями та методика робота на тй.

Описаний процео добору та тдготовки вуПльних зразкхв Свисушування, дегазац1я. подр!бнення та !н.) для роботи на указаних вице установках. Наведен! характеристики досл!джуваного вуг!для.

Задля коректно! оц!нки к!лькост1 в1льного газу у вунлл! шобх1дно точна визначення порового об'ему. Тому в трет1й глав1 наведен! моделыи уявлення про порувату структуру викопного вуйлпя. розглянут! р1зт класи пор: в!дкрит! та закрит! пори, обгрунтована наявшсть закритих пор, проанал!зовано застосовуван! метода визначення поруватост! викопного вуг!лпя, методика визначення закрито! поруватоот!, а також вшшв вологостг на визначавмий об*ем пор.

Пустоти вуг!льно1 речовини мають к!лька структурних порядков ! п1дрозд!ляються на групи з надто р1зними властивостями. Пори викопного вугхлпя, як ! !нших твердих т!л. можуть бути в!днесен! до двох клас!в: в!дкрит! та закрит!. Закрита поруват!сть викопного вуйлля обумовлюеться системою порожнин рхзних розмхр1В та конф!гурац!й, не зв'язаних транспортними каналами з зовн1пшьою поверхнею вуг!льного зразка. Таке розд!лення пор на класи засновало на !стотн!й в1дм!ш коеф!ц!Бнпв дифузП молекул газу в найб!лып "вузьких" ф1льтрац!йних каналах В_.> ом2/с !

твердойльно! дифузП Бт™ Ю-9. ..Ю-8 сьг/с. Надходаення молекул метану до закритих хюр Сабо евакуац1я з них) може зд!йснюватись т!льки шляхом твердот!льно! дифузП. що обумовлюе !стотну тривал1сть цього процесу. Результата електроню-мшроскогйчних досл!джень дають можлив!сть оц!нити лШйш розм1ри пор - ~ Ю-7... Ю"4 см. а отже. 1 1х

ТТ ?0 -Я

к!льк!сть у одинтц об'бму вуг!лля " 10 . .ЛО* см .

Використащ рашш метода виз начеши як диферетцально! шруватост! (по розм!рах пор: Шкропори, nepeiuflHi пори, субмакрошри, макропори), так i загалького об*ему пор дозволяють Ерахувати лише об'ем в1дкритих пор, пришдаючий на одиницю маои Byri для.

В основу методу визначення об'ему закритих пор пошшдена пооудована ф1зична модель поглинанни та вид!леиш газу поруватими твердими «лами СПГО, згхдно а жою поглинашя ниш газу ьчдбувавться шляхом швэдкого проншшення його молекул до систем! ф!лхьтргщг г!ни>: каы-ш1 is у середину об'иму твердого т!ла та наотушюго • дяфуз1йного шр^мщеш« молекул но воьому його оо'вму. Процйи твердотШдю! дифузi i ц иай01льш пш-алькнм, Вш tit; рщн&№ фп(ьтращ I газу, а вкзначас аашшм1рипет! соригй кнкк

¡фОЦ'ЭОгВ,

Дла проихоти прниуок&втьой, щи 'шю мае фирму кул! рад1уоом К, ш об'ему яки! р.лшьйрш о гусчсшж Ы Ропшд1лб!1й ефер1чно1 форт пори рад!усом rTt, bio эяаходеггься

_Т 11

одна В1д одно! на шдотаачх L 1L Н '), зшяно бзльшя г* . Роздад1л газу описуеться гуетииом його юлмкул в твердому розчин! eirsW, гюрак fAr,t) и газовому серодовщ!» оточуючому частнику, n(t). Дифуз1йнй перемщення молекул газу по об'ему твердо! фази, яке характеризувться коеф!ц1вкгом дифузП В. описуеться узагапьнешм законом Ф1ка. що Mi стать стоковкй член

^ILdp-^-L ^Jfll.] <r,t>,

де г - координата. 1; - час.

Отримана к1нетика встановлення термодинашчно! pi внова ги в замкнут!й систем! з фгксованим початковим розгкдолом газових молекул: п(0) -по, с(г.О)=с0> р( г.0) =pQ.

Знайдет асимптотики при великому час! релаксацН густини газових молекул в об'ем! поруватого твердого тхла та середовищ!. що його оточуе;

n(t) ^ n + X -S-K-vexpf-jh

Tnri 9

0(1) - (ц+у ) -пт - 3 -К -уехр ^

Д© пот - р!вноважна густина газу в камер!;

СП СП

% - чаи ролаксащ! в систем!:

'С -Т^,"1- !Г-Ш-?)"1;

. - > . I Рр Г-1- (Р !•'"' >

~ I" '.уг • * V ! •■• р

/ I ( ^ ^у.

'Г - д-:'д;5тчш1 таршъ г'р.-игдоьдс-'лхпиго рхйьмпит;

1с- .. гт ЛФ'*}-^» 'Я.5'"-

+ ] - С ' '* Чей ' тг и >

о _ 2

о ___- -y._i_.jin /г

Д о • •--) " у » ; ' КС/

^'"¿■«п; гп " ^ ° •

Чая релзксацП т процесу вязначаеться характеристиками ПТТ - його разгаром, поруватгстю а, питомим ои'вмом

о

розтикешш V, коеф!ц!снгом дифузп О: % ~ ¿ш / vi) длгя шсокопоруватого ПТТ (р, » го 11 = 1ГЛ) дня низькопоруватого ПТТ С р, « V).

Визначення повно! поруватост! (з урахуванияи закрито!) зд1йснюбться шляхом втпрювання лочаткового тиску стисненого метану, який нагштаеться в сорбц1йну ампулу, заповнену Еуг1льною пробою, попередньо подр!бненою, вксушеною та дегазованою, та к!нцевого тиску метану толя досягнення сороц1йно"1 р!вноваги. Час встановлення сорбщйно! р1вноваги в наших експеркментах коливався в межах в1д 3 до 50 д1б. Контроль ефективност! висушування та дегазацП зразку зд1йснюваЕся методом ЯМР, Для б!льшост1 марок вуг!лпя (за винятком антрацит!в) час висушування складав 10.,.15 годин при температур! порядку 100° С. Вуг1лля Евахавться

Еисушеним, яюдо у спектр! ЯМР зам!сть двох л1нхй (вузько'х, AHj= 0.1 -О,Ь Е. i широко!. 5-Б Ю залишаеться Ti^bKi

одна широка.

Насичешя тдготовлешх проб викопного вуПлия i проводилось на сорбщйвйй установщ з щсшяними емкостями. Maca проби близько 0,4 кг, початковий тиск (60... 70) '10й Па. Розрахунок об' ему закритих пор единиц! маси викопного вуг.!лля по експериментапьним значениям таек! в р . Р. маси проби ш, об* ему хйлыкгго простору 1';0р0Ц!ЙН01 аипули здШснюбться за формулой

ф ~р) -Чип

Об "SM ШДКрГЩК ПС'р обчяотяхгш ва фОТ'ЫУЛОЮ

-I "1

V -- ri - fj

*1Г ик ид »

де öj, и йд - поэхрна та д!й.сна густини, хшзпачаБьй по ШСТ

С?агапьшй ой'ям пор обчислюетьея за форму,пою

Q * Vn +

Отриман! значения об'емхв пор св!дчать, що величина в1двосно! тгогибки. обумовлено! зневажешям об'емом закрптин пор. торевищуе в б1льшост! випада!в ЬО %.

Па вуг1льхшх зразках pi3Hiix марок проведено ряд ексиериметчв по вивченню впливу вологосг! хха величину об'вму закритих пор, що визначаеться. Выявилось, що значения ц у вологому вуплл! менше, н!ж у висушеному. При цьому в!дбуваБ'гься зменшення часу насичення. Таким чином, Еолога, а також газ, що м!стяться в орган!чн!й речовин1 природно Бологого вуплля, блокують частину об'ему закритих пор.

Як BiflOMO, структура пор викопного вут!лля е фрактапьною структурою, що дозволяе розрахувати сумарний об'ем пор по вхдншенню до будь-якого процесу вим1рювання с задании маошабним фактором а, яюцр в1дома фрактальна

розм!ршсть а.

Методом молекулярно! 1мшинтацП визначена фрактальна розм1ршсть иорувато! системи викопного вуг!лля р1зно1 стадН метаморф1зму. Для цього зразок насичувався паралельно ргзними газами. В нашему випадку це метан СН} та вуглежислий газ С От. По описатй вище методгад визначалися велитини аакрито! поруватостх 1 р-со . Фрактальна розм1ршсть й

визпачалась за формулою :

(1-1 ь

де? --Т,'? - щдомгсша характерата роямЦпв к<х®.-'кул

(.;ос, I ОтрямпШ зпачення зпаходяться п метах 2,58 >,й,9, г->жрема,дпя вуПпля марок Д к Ж ц1 значения оташшетп. ?.,Ы1 .1 йЛаО , в1дштдяо.

Розт'лид вугАлыжД рочовттал (. четворта глава) в рамках пот мерно! модел1 не може вестись без урахувания га:ив та 1ншга: фгааЩр. яними геветично насинено пуПлля С СНг. СО, та ш,). При цьому значения розчинност1 газу у кристаллах 1 гкнпмерних щюшарках в1др1зняються да меньш н!ж на порядок. Завдяки достатньо щ1льн!й угановц1 вуглецевих нщлв у 1фистал1тау. молекули метану дуге важко проникакггь в п: о6*бм, тод1 як пухка структура тшмерних прошарклв забезпечув високу розчинтсть в осташйх молекул газу. На ыеш кристал1т!в з боку пол1мерних прошарк!в формуються додатков! мехатчш напруження, обумовлет надм1рною концентращею розчиненого газу Сосмотичний тиск).

Оскгльки мова йде про просторов! масштаби, суттево б1льш1 розм1р1в мономерних ланок, основним методом теоретичного розглядання конформац1йних властивостей може служите класична статистична механ1ка.

За основу модет хюл1мерного газовуг1льного твердого розчину (ПГУТР) приймаеться модель, розвинена П. Флор1. Ця модель базуеться на наближент самоузгодженого поля 1

формулюеться в рамках решх точной модел.1 гол!мерного ланцюга, Нехай система (ПГУТР) складаетъся з ^ пол1ыерних молекул вуг1льдах речовини. кожна з шсих м!стить по г ланок, х Ы„ мономерних молекул газу ( айо 1 иного флю1ду ). Таким чином в гшотетичтй реш1тцх, що модулюе Ш'УТР, чадхяно Ы0 вузлХв:

И0 = И2 + гЫ^ .

Коша молекула розчшхенох речовиыи ааймае одну шзшЦю в реиитц!, кожпа молекула шлХыера займяя г мхоць. Еудемо ввшкати, що хюлхмершт. лащюг с гнучким х складаетьея 8 1* полшерниж согмеат1в, так, що при закр1плеиому одному о^гмент! ш.шку.ни, иастуинш сегмент поймай одни я пиилип-сус1д1ПХ ву:«Лв репитка, Гяучка шмюкул». гамйшру мд-гк гЛ зп1 ЕО'йп-уради, а крл гччдгизгёй кокфхгурацП ко»* бутк хй-р1зхюму орхкнтована. л рошхтцх,

Змтна ентропИ пря розчивенш. мономерних ькмласул газу г вугялзьшму шлхмерх мак виглад

да- кЫ( ф 1пф 4 1щ 1 - ф )) ,

де ф - частка вузлхв р&пптки, зайнятих молекулами роачиненого газу: ф - / N ; змига внутр1шиьой енергхх дор1 ниве:

АК = М0'С ( П ) ■

'Зм1на вхльно'х ешрт'П ДР ПГУТР в розглядаем1й модет ызе вигляд

2 1 ~Ф

АР = ЛЕ - КРАЗ = КК0Т( ХФ ~ ХФ^ + Ф^Ф +-----1п(1-ф)) .

Таким чином, в рамках нашох модеш об'емш взавмодП характеризуются единой безрозм1рною величиною вона

зветься параметром Флор1-Хагг1нса. Значения %=0 в1дпов1дае вхдсутност1 енергетичних взавмодХй в пол1мерному розчинх.

В наслхдку погашахшя газ1в ( СН4. С09 та 1н,) викопним

вугышям остэнне набухав. Цей ефект експериментально добре вивчений. В рамках розглядаемо! модел1 bíh природним чином може бути описаний, а отр!ман! робоч1 формули використоваш. для визначення деяких характеристик Еуг1льшх-'П1хаст1в, щр не тддаються безпосередньому затру в натурннх умовах, Одна з таких характеристик в надм!рне напруження а, вишкэюче на меж! "кристалИ-пшимерний прошарок", обумовдене п1двшу~ною розчинетстю газу в noniмерному прошарку в пор!внякн! з об'вмом щжстал!та. Проникания у вуг!льний пол!мер молекул газу сабо 1 итого флтду) веде до вм!пеняя в!пьно1 енергП системя, та. як одного з шсл1дк1в. шдмгриого тигжу на зовн1Ш1ю меву оистеми, Ф1коувмому« иапряклад, методом сям! рювякня дофори?ц1й irasprpoM. Модель ххош мерного ('азовуг! лыюго твердого розчину дозволяв розрпхуватн ке.тпгишу mnpysoíujsi иабутаннч в кещюмммчнгпг прошаукау..-

Ét't 1 X „ .------- (ф _--(1п(1 _ ф) + ф) . jjj, }п

па г

Тут k - ncic-ri йти г.олъцмана, а - параметр rinoTfíTHThoi реш!тки, що каряктеризув потмерну структуру прошаря!в вуг! шга» запежнть в1д стад!! метзморфгзму вуг1лы«Д речовшн, - температура пласта за шкалою Кельвша, г ~ число ланок в иол! керш, и молекул!. !Де одш.бю характеристикою - енергетичного - е безрозм1рний параметр %, який ошсуе взакмодП м!ж тйзшши молекуляркими трупами. Hipa пасиченост! вугйгяя метаном в опаотах визначаеться по спектрах ЙМР газонасиченого вуг1лпя.

Якщо дор!вняти ¿ймпотенцдали в!льного газу та газу, щр знаходиться в ПГУТР, отримаемо в1дношення для визначення а:

,, 'Г РА.3

а" = — 1п(- ),

a TZ

>3

де Р - тиск в1льного газу, А. - квалтовий об*ем, Z -внутршня статсума газово! молекули.

Вахпивою характеристикою процесу набухання s напруження набухання, локайзоване на в1льн1й поверхн! вуг1лпя. Тому,

що на не! виходять як кристайтн! д1лянки. так 1 шшыерш неароматичт прошарки (в об'ем! останМх розчинет молекули газу), то налруження набухання пропорш.йне частщ цкх

2 ив

пропарю, в (1 - 1а):

кТ | 1

°св = —" <1 ~ *а™< ~ - 1 " X > • &

де ступень ароматичност1 вуг1лпя, щр визначавться по рентгеноструктурним даним. Параметры 1а> а, г

визначаються для кожного шахтоппаста шляхом вим1рювань 1 наступних розрахушив по в1дом1й методиц1 для в!дпов1дних еталонних зразк1в.

ОЩнки св1дчать, щр, наприклад, в досМдженоыу Byri.mil марки К (а ~ Ю~9и, х " -20, t ~ 30°с, Т ~ зоз К), при концентрацП метану ф ~ 0,01 надаарне налруження оц1нюбться у о " Ю4 Па.

Налруження набухания ст, сформоване в газонасиченому вуг1лт та локал1зоване на межах кристаттхв, в додатковим фактором неслчйкост! вуг1льного пласту, В уыовах змЭ. нного г1рничного тиску в зон! впливу виробки нескомпенсовшй налруження найухання 1тц3.юють руйнування пласта. Таким чином, величина розрахованого налруження найухання а може служите характеристикою схильност1 вуПлпя до руйнування.

У висновку сформульоваш основы, результата та висновки дисертад1йно! пращ. Встановлено, щр:

1. Методами статистично! ф1зики розроблена ф1зична модель одного з фазових статв метану в викопному вуг1лт. -газовугз.лыюго твердого розчину.

2. Вивчена к1нетика поглинання та вид!лення газу поруватим твердим т1лом. Отриман! вирази для чатв релаксацП в залежносп в!д характеристик шруватого твердого т3.ла (високопорувате та малопорувате).

3. Розроблена методика визначення закрыто! поруватост! викопного вуг1лпя та вширян! величина питомого об'ему закритих пор. Отримаш значения об'ем1в пор св1дчать. щр величина в!двоено! похибки. обумовлено! знехтуванням об'вмом

закритих пор. паревищуе в б 1лъшост1 виладкл в 60 %.

4. Вивчено вппив вологост! на визначаему величину об'вму пор. Встановлено, що волога та газ, як! м1стяться в орган!чн1й речовиш. вутчлля, блокують частину об'вму пор. знижуючи визкачавму величину закрито! поруватост! вуталля.

5. Виходячи з того, що розчинений газ у вуггльному пласт! в джер«лом механ1чних надружень на. межах розд1лу кристал1т1в i пшймерних яон, розроблена методика визиаянння г проведено ропрахунои величина напруження набухания, итримака веязгоша (Ю'1 Па) мохе бути одн1е«о а причин

О5ШПЬй0СТ1 ВУ11ЛПЯ ди ррнушпш, QClUHbEH БОНН CVMi 1Ш. .'!

(ПЦтОТК,' Ю. РОЗЛИВ.

'Ji:.T?t.>:rH!.iS v /рг гФтацЬиап iip.jui онкдад'-'ет >■

■ Ti'inira.-: itv11' v

I. Лябксъ'ьв Л, ,Н,. .. С.инолиц^кай D. Б. тс.щюшо т. а .. (.V'pi-npoRn 1), л, s ffiiwtB li. Н. ,. Коз яг Tin A, A. .. Зотова 1. A.

mwpHTi UOpil В?£СОШТОГО iiyri ЛПТЯ / |'9Ш! I дай p, N V. <:, МУ-I Ob,

Алвкгжси А, Д. Василенко T, A, , с;1шшицышй is. U. , :.?аиденвзрг П. С. Проста модель гззовупльних тверднх рознит в / jfTT. 1943. й I, о. 16-14.

3„ Aiexeev A.D., УааНетйш U.&., 51шШ,з!Ш y.V.,p»tlaR V.V., Zalrtenvarg V.Ye., Ul'uanova K.V. Methane pliase in ios-311 coals under pressure / ФГВД, 1993, т.З, N 'Л, с.3-10.

4. Алексеев А. Д., Синолщький В. В., Василенко Т. А. , Еотщовський Д. Н. , Ю рюков 13. В. Фракталью. структура викопного вуг1лля / 'Гез, доп. Mi-шар. ciMn, по проблемах прикладно'1 геологи, ггрничо! науки та виробництва. С.-Петербург, 1993. c.IOB-IIO.

5. Алексеев А.Д., Синолицький В,В, » Василенко Т. А. Законом!рност1 газообм1ну горуватих твердих т1л / Тез. доп, науково-техн. конф. "Фундаметальш. та прикладш. проблеют косм!чних достджень", Житомир, 1993, с. 3-4,

Василенко Т.А. "Фазовые состояния мвтана в ископаемом угле". Диссертация на соискание учашй степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тола. Донецкий физико-технический институт НАН Украины, Донецк, 1995.

Защищаются результаты научных работ, которые содержат экспериментальные и теоретические исследования фазовых состояний иел'шш в ископаемом угле, таких как свободный газ в в«критик (.юрах и твердый, растюр метана в угольном веществе. Установлено, что вследствие неоднородности структура угля, которая состоит ш кристшшшш; и шлшорншс зон, ШЙЩКХ разиня ¡М'шишьш способности, ыа г-рзнщя птах вон вскшисаот жОыточные нщрмзения. йодупшш оцвдвп tmsur шпр*«з>нна. Уе-тавмшодг*, что хиишд зшфцтш: пор т» осади» ttopic-J4x;vh .v.tvus лрешшшт а болтлош&удо шгучшв ё0 Клшош слова;

метан, викопне вуг1лш» тьердай роэчян, оорбц!,ч„ напруженш набухания. шруват!оть,

Vasilenko Т.Д. The phase state of methane In fosail coals. The thesis lor the academic degree of Candidate In Physical and Mathematical. Sclenses, speciality 01.04.ОТ - The Physic of Solid State, Donetsk Physics and Engineering Institute of Rational Academy ol* Soienaes, Ukraine, Donetsk, 1У95. The results of exprlreental and theoretical invea Ligations of methane phase atatea in the fossil coal, auch аз free gaa tn closed рогез and methane In solid solution, are defended In this thesis. It was established, that because of coal structure non-homogeneousity, which are made up of crystallite arid polymer zones, the excessive stress arises on the boundaries of these zones.The sorbtion properties of thin zones are different (abnormally high solubility of methane at polymer аопез). The evaluation of stresses «аз made.It was found, that the contribution of closed pores in total volume of fossil coal pores in most cases exceeds 60%. Key words:

solid solution, methane, sorbtion, fossil coal, porosity, swell stress.