Способ определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля

Авторы патента:

Ким Татьяна Леонидовна (RU)

Фофанов Андрей Алексеевич (RU)

Шепелева Софья Алексеевна (RU)

Смирнов Вячеслав Геннадьевич (RU)

Дырдин Валерий Васильевич (RU)

Плотников Евгений Анатольевич (RU)

G01N7/14 - путем создания условий для выделения из материала газа или пара, например водяного пара, и измерения разности давления или объема

E21F17/18 - особые сигнальные устройства или устройства для подачи сигналов тревоги (для подъемников, эскалаторов или движущихся дорожек, B66B; индикаторы газа как таковые G01N)

E21B17/18 - трубы с несколькими каналами для жидкости или газа (циркуляция буровых растворов с помощью таких труб E21B 21/12)

Владельцы патента RU 2672070:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) (RU)

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения выбросоопасности угольных пластов при подземной разработке. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля. В шахтных условиях производят отбор проб угля в шпуре, пробуренном из подготовительной выработки диаметром 43 мм, с глубины 3,5÷5,5 м с помощью керноотборника, который механически соединен с буром из витой стали, и помещают в герметичный стальной стакан, имеющий в крышке внешний манометр для измерения газового давления, термосопротивление во внутренней области с выведенными контактами для измерения температуры и стальной стержень для разрушения пробы угля при вращении. После чего в течение 1,5÷2 часов стакан с пробой угля доставляют в лабораторию и по манометру определяют газовое давление в стакане. Далее, разрушают пробу угля в стакане в течение 1 мин и фиксируют конечную температуру, приращение газового давления и определяют средневзвешенный радиус частиц угля. Пробу угля последовательно от 3 до 5 раз подвергают разрушению, каждый раз фиксируя конечную температуру, приращение газового давления и определяя средневзвешенный радиус частиц угля. После чего строят график зависимости приращения давления в стакане от средневзвешенного радиуса частиц угля, с помощью которого рассчитывают число молей газа на единицу массы угля, выделившегося в процессе разрушения пробы угля. Затем определяют удельную интенсивность газовыделения из разрушенного угля. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения выбросоопасности угольных пластов при подземной разработке.

Известен способ определения газовыделения из отбитого угля [Шевченко Л.А., Ливинская С.Н. Газовыделение из отбитого угля при интенсивной отработке угольных пластов / Вестник КузГТУ, 2015 г. №1, С. 164-166], включающий определение массы угля на лавном конвейере, значений газоносности краевой части пласта x₀, остаточной газоносности угля, выходящего из лавы х_ост, и расчет газовыделения из отбитого угля в лаве по формуле:

где S - площадь среднего поперечного сечения транспортируемого угля на лавном конвейере;

- длина лавы;

γ - плотность разрыхленного угля на конвейере;

x₀ - газоносность краевой части пласта;

х_ост - остаточная газоносность угля, выходящего из лавы.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет определять интенсивность газовыделения, т.е. газовыделение в единицу времени, играющую ключевую роль при определении выбросоопасности угольного пласта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля [Борисенко А.А. Условия возникновения и механизм внезапных выбросов и других газодинамических явлений в шахтах // Научные сообщ. ИГД им. А.А. Скочинского, выпуск 182, 1979 г.], включающий отбор проб в шахтных условиях, разрушение пробы угля и определение метановыделения из разрушенного угля по формуле:

где d - показатель, характеризующий способность угля к газоотдаче;

Р - давление газа;

- приведенный радиус частиц разрушенного угля;

t - время с момента разрушения угля.

К числу преимуществ данного способа относятся: учет особенностей каменного угля к газоотдаче, газового давления и времени, прошедшего с момента разрушения.

Недостатками данного способа являются: неопределенность в плане последовательности и особенностей измерения параметров d и Р, которые зависят от ряда факторов, в том числе от времени, места, способа измерения и горнотехнических условий, связанных с вторичными осадками основной кровли. Это приводит к неточности расчета интенсивности газовыделения и последующего прогноза выбросоопасных ситуаций.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля, включающем отбор проб в шахтных условиях за зоной влияния выработки, разрушение пробы угля и измерение выделившегося газа, согласно изобретению, пробу угля в шахте отбирают в шпуре, пробуренном из подготовительной выработки диаметром 43 мм, с глубины 3,5÷5,5 м с помощью керноотборника, который механически соединен с буром из витой стали, и помещают в герметичный стальной стакан, имеющий в крышке штуцер для подключения внешнего манометра для измерения газового давления, термосопротивление во внутренней области с выведенными контактами для измерения температуры и стальной стержень для разрушения пробы угля при вращении, после чего в течение 1,5÷2 часов стакан с пробой угля доставляют в лабораторию и по манометру определяют газовое давление в стакане, затем пробу в течение 1 мин последовательно от 3 до 5 раз подвергают разрушению, каждый раз поддерживая конечную температуру по первому циклу для исключения дополнительных тепловых эффектов, определяют приращение газового давления и средневзвешенный радиус частиц угля, после чего строят график зависимости приращения давления в стакане от средневзвешенного радиуса частиц угля, с помощью которого рассчитывают число молей газа на единицу массы угля, выделившегося в процессе разрушения пробы, далее определяют удельную интенсивность газовыделения в зависимости от времени.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что определены места отбора проб угля, последовательность и совокупность операций для определения интенсивности газовыделения в зависимости от средневзвешенного радиуса частиц угля. Заявляемый способ определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана экспериментальная зависимость средневзвешенного радиуса частиц угля от времени разрушения для данного шахтопласта; на фиг. 2 - график зависимости суммарного газовыделения при разрушении угля от средневзвешенного радиуса частиц угля для разных моментов времени.

Способ осуществляют следующим образом. Пробу угля в шахте отбирают в шпуре, пробуренным из подготовительной выработки диаметром 43 мм, с глубины 3,5÷5,5 м с помощью керноотборника, механически соединенного с буром из витой стали, которую помещают в герметичный стальной стакан, имеющий в крышке штуцер для подключения внешнего манометра для измерения газового давления, термосопротивление во внутренней области с выведенными контактами для измерения температуры и стальной стержень для разрушения пробы угля при вращении. В течение 1,5÷2 часов стакан с пробой угля доставляют в лабораторию и по манометру определяют газовое давление в стакане ΔР₀. Затем пробу угля в течение 1 мин подвергают разрушению, фиксируют конечную температуру, измеряют приращение газового давления и с помощью ситового анализа определяют средневзвешенный радиус частиц угля по формуле:

где r_i - радиус частицы i-той фракции;

n - число фракций;

ΔV_i - объем i-той фракции;

V - объем пробы угля.

Измеряют массу пробы угля, после чего всю пробу угля вновь помещают в стакан и вращают в течение 1 мин, фиксируя конечную температуру и средневзвешенный радиус частиц. Измерения повторяют раз и строят график зависимости приращения давления в стакане от средневзвешенного радиуса частиц угля, который аппроксимируют выражением:

где ΔР₀ - первоначальное давление газа в стакане;

γ, b - постоянные, которые определяют из полученной экспериментальной зависимости для каждого пласта;

r - средневзвешенный радиус частиц угля.

Далее рассчитывают число молей газа, выделившегося в процессе разрушения из единицы массы угля, по формуле:

где m - масса пробы угля;

ΔР₀ - первоначальное давление газа в стакане;

γ, b - постоянные, которые определяют из полученной экспериментальной зависимости для каждого пласта;

r - средневзвешенный радиус частиц угля;

R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/К⋅моль;

Т₁ - термодинамическая температура пробы угля при разрушении.

Удельную интенсивность газовыделения, приведенную к условиям Р_атм=10⁵ Па и Т₀=288 К, находят по формуле:

где - число молей газа, выделившегося в процессе разрушения из единицы массы угля;

z - коэффициент сжимаемости газа, z=0,888;

R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/К⋅моль;

T₀ - термодинамическая температура, Т₀=288 К;

Р_атм - атмосферное давление, Р_атм=10⁵ Па;

Δt - время.

Способ определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля, включающий отбор проб в шахтных условиях, разрушение пробы угля и измерение выделившегося газа, отличающийся тем, что пробу угля в шахте отбирают в шпуре, пробуренном из подготовительной выработки диаметром 43 мм, с глубины 3,5÷5,5 м с помощью керноотборника, который механически соединен с буром из витой стали, и помещают в герметичный стальной стакан, имеющий в крышке штуцер для подключения внешнего манометра для измерения газового давления, термосопротивление во внутренней области с выведенными контактами для измерения температуры и стальной стержень для разрушения пробы угля при вращении, после чего в течение 1,5÷2 ч стакан с пробой угля доставляют в лабораторию и по манометру определяют газовое давление в стакане, затем пробу в течение 1 мин последовательно от 3 до 5 раз подвергают разрушению, каждый раз поддерживая конечную температуру по первому циклу для исключения дополнительных тепловых эффектов, определяют приращение газового давления и средневзвешенный радиус частиц угля, после чего строят график зависимости приращения давления в стакане от средневзвешенного радиуса частиц угля, с помощью которого рассчитывают число молей газа на единицу массы угля, выделившегося в процессе разрушения пробы, далее определяют удельную интенсивность газовыделения в зависимости от времени.

Изобретение относится к области методов регулирования параметров газовых сред и может быть использовано для регулирования концентрации газовых компонентов исследуемых газовых сред.

Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости // 2653577

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения физико-химических свойств жидкостей. Предлагается способ определения давления растворенных газов в жидкости посредством измерения давления газа в стационарном кавитационном пузырьке.

Способ регулирования состава газовой среды // 2646424

Изобретение относится к области методов и средств регулирования и контроля газовой среды и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Способ определения содержания свободного газа в жидкости и устройство для его осуществления // 2637717

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оперативного контроля в технологии испытания электрогидромеханических систем и их агрегатов.

Способ определения газонасыщения жидкости и устройство для его реализации // 2632440

Группа изобретений может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности, в которых процесс протекает при высоком давлении и высокой температуре.

Способ определения концентрации сероводорода в трубопроводной нефти под давлением // 2608852

Изобретение относится к способам измерения количественного содержания растворенного газа, в частности сероводорода, в нефтепромысловой жидкости, находящейся под давлением в выкидной линии скважины, нефтесборном трубопроводе, емкостном оборудовании или водоводе.

Способ определения кинетических параметров, характеризующих процесс обмена кислорода газовой фазы с оксидными материалами // 2598701

Изобретение направлено на создание возможности определения скорости межфазного обмена кислорода и скоростей трех типов обмена кислорода с оксидными материалами.

Способ определения концентрации протонов в протон-проводящих оксидных материалах // 2569172

Изобретение относится к физической химии и электрохимии твердых электролитов и может быть использовано для определения концентрации протонов в протон-проводящих оксидных материалах в атмосфере сухого водорода.

Способ определения химического коэффициента обмена и химического коэффициента диффузии кислорода в оксидных материалах // 2560141

Изобретение относится к физической химии и электрохимии твердых электролитов и может быть использовано для определения химического коэффициента обмена и химического коэффициента диффузии кислорода в оксидных материалах со смешанной электронной и кислород-ионной проводимостью.

Способ определения давления газа в индивидуальных микросферах и устройство для его осуществления // 2522792

Изобретение относится к методам определения свойств микросфер и может быть использовано для измерения газосодержания в индивидуальных микросферах, изучения динамики истечения газа из микросфер и определения разброса давления в партии микросфер.

Система проветривания уклонного блока нефтешахты // 2645690

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, подземная добыча которых производится шахтным способом с использованием тепловых методов воздействия на пласт.

Высокоточный способ с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте // 2642522

Изобретение относится к способам с использованием двойной метки для определения местоположения движущихся объектов в шахте. Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения движущегося объекта в шахте.

Система сканирующего теплового контроля // 2636142

Изобретение относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам контроля температуры объектов внутри шахт. Предложена система сканирующего теплового контроля, включающая как минимум один тепловой регистратор, блок первичной обработки данных, блок передачи данных, антенну, сеть передачи данных, головной компьютеризированный обрабатывающий центр.

Управляемое освещение области для среды горных разработок // 2634874

Изобретение относится к управляемому освещению области для среды горных разработок. Техническим результатом является управление свойствами источников света, такими как цвет, яркость, статус, структура, положение, для передачи разных сообщений или информации персоналу.

Система динамического контроля отделения кровли выработки на основе волоконных решеток и способ предварительного оповещения // 2630334

Настоящее изобретение относится к системе динамического контроля отделения кровли выработки на основе волоконных решеток и способу предварительного оповещения о нем, которое относится к области контроля безопасности при шахтных работах.

Устройство и способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки в горной разработке // 2627051

Изобретение относится к устройству для мониторинга и способу мониторинга отдельного слоя кровли в горной разработке на основе волоконной решетки. Технический результат заключается в повышении безопасности за счет более высокой эффективности мониторинга и точности измерений.

Комплексная система текущего контроля для обеспечения безопасности в подземных угольных шахтах с использованием выполненных на основе решетки волоконно-оптических датчиков // 2623392

Выполненная на основе решетки волоконно-оптическая система текущего контроля и измерения температуры и соответствующий способ для выработанного пространства действующего забоя при добыче угля в угольной шахте // 2620324

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры для выработанного пространства действующего забоя при добыче угля в угольной шахте.

Устройство контроля параметров атмосферы // 2614831

Изобретение относится к технике безопасности на предприятиях, а именно к автоматическим средствам измерения концентрации газов. Техническим результатом является повышение эффективности контроля параметров атмосферы за счет увеличения количества измеряемых значений и снижения их погрешности.

Автоматизированная система управления промышленных объектов // 2604224

Изобретение относится к области коммуникации и связи и может быть использовано в автоматизированных системах управления и мониторинга, в частности для мониторинга и определения местоположения оборудования и сотрудников, передачи данных, голоса и промышленных параметров в реальном времени с оконечного оборудования.

Операции, выполняемые в стволе скважины с использованием многотрубной системы // 2669419

Группа изобретений относится к операциям заканчивания в стволе скважины с использованием многотрубных систем. Технический результат – повышение эффективности заканчивания скважины.