Способ определения сорбционной способности горных пород и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСДНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)859888 (61) Дополнительное к авт. синд-ву (22) Заявлено 13.12.79 (21) 2854567/18-25 с. присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 30.08.81. Бюллетень М32 (51)NL. Кл.

Q 01M 21/49

)ооударсткнюй комитет

СССР ао дедам изобретений к открытой (53) УДК 535.242 (088.8) Дата опубликования описания 30.08.81,С 1, В. С. Маевский и О. Н. Самойленко (72) Авторы изобретения

"1 Ф

Государственный Макеевский ордена Октябрьской Революцйи

I Ф научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБПИОННОЙ СПОСОБНОСТИ

ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к горному делу а именно к разработке газоносных горных пород и может быть использовано при прогнозе газообильности угольных пластов.

Известен способ определения сорбционной метаноемкости объемным методом, с

S применением промежуточных емкостей для сжатого газа.

Для осуществления этого способа известна сорбционная установка, состоящая

10 из двух частей: металлической, рассчитанной на давление до 150 атм, и стеклянной, служащей для измерения объемов газа при давлении не более 1 атм (1 .

Наиболее близким к предлагаемому яв1S ляется способ определения сорбционной метаноемкости углей объемным методом с применением сжатого метана, включающий калибровку установки, замер пустого пространства сорбционной колбы, тщательную подготовку образца к исследованию.

Сорбционную колбу помещают в термостат с автоматическим поддержанием температуры, подключают ее к прибору и дегазируют в течение 4 ч. Затем s прибор ггодается газ под давлением 760 мм рт.ст.

Эти операции повторяются до установления в колбе сорбционного равновесия, что достигается 20-30 впусками в течение

2-3 дней. После установления в колбе равновесия уголь насыщают метаном из баллона, находящегося под давлением около

50 атм.

После этого колбу подсоединяют к сорбционному прибору и, откачав газ, приступают к выпускам его через вентиль. После установления в колбе нового сорбционного равновесия производят следующий выпуск газа и так до установления s колбе давления, равного 1 атм. Обычно число выпусков составляет 7-8, т.е. какдые

5-7 атм. Расчет сорбционной газоемкости при 1 атм и количества десорбированного газа после каждого выпуска производится по определенным формулам. Устройство (установка) для осуществления предлагаемого способа состоит из стеклянных емкостей-газосборников (700-800 см ), ма85988 где нометра, стеклянной гребенки с краном и соединительных резиновых трубок. Йля улавливания влаги (при определении метаиовмкости естественно-влажнык пород) сорбцириная установка снабжена трубкой с ангидридом, которая помещается между колбой и газосборником (2).

Недостатком является то, что для определения сорбциониой способности объемным методом требуются большие затраты труда и времени, специальная подготовка образца к исследованию, а также специальная подготовка обслуживающего персонала для работы на установке.

Цель изобретения — упрощение методики определения, снижение трудоемкости и повышение оперативности определения сорбционной способности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения сорбционной способности горных пород, основанном на использовании структурного изменения rорных пород при газонасыщении, образец горных пород помещают в камеру высокого давления, герметизируют ее, определяют оптимальное расстояние от образца до источника света, затем камеру вакуумируют, включают источник света, направляют его луч на поверхность образца и люксметром определяют интенсивность рассеянного

30 света от поверхности дегазированного образца, затем давление в камере ступенчато повышают и определяют интенсивность рассеянного света на каждой ступени гаэонасыщения цо полного заполнения сорбиконного объема образца, а с степени заполнения объема образца газом судят по отношению интенсивности рассеянного света иа каждой ступени газонасыщения к интенсивности рассеянного света при полном . заполнении сорбционного объема.

При этом количественное содержание сорбциоиного газа в. образце определяют по формуле

Я, =,Q)

Зп-3о

9 - содержание сорбированного га за при данном давлении газонасыщения, мл/г гм;

- интенсивность рассеянного света от поверхности горных пород при данном уровне гаэонась1щения;

1y - интенсивность рассеянного света от поверхности дегазированного образца;

Д, интенсивность рассеянного света от поверхности гаэонасыаэииых горных пород с максимальным эацолнеиием сорбциои- ного объема;

4 я — максимальное содержание сорбированного газа.

Кроме того, оптимальное расстояние от образца горнык пород до источника света определяют по разности показаний люксметра при включенном и выключенном магнитострикционном датчике, причем разность их показаний должна превышать погрешность люксметра не менее чем на 3%.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит люксометр, камеру высокого давления, в которой установлены зеркальная полусфера, датчик-приемник, электроввоц высокого цавления, калиброванный узконаправленный источник света, заключенный во взрывобезопасную оболочку, магнйтострикционный цатчик, телескопическая подставка, ввод цля подачи высокого давления и вакуумирования камеры и соединительные герметизирующие узлы. При этом камера высокого давления выполнена разъемной, причем на внутренней стороне ее верхней части закреплена зеркальная полусфера, в фокусе которой помешен датчик-приемник, подключенный посрецством электроввоца высокого давления к люксметру, расположенному вне камеры, соосно с датчиком-приемником размещен калиброванный узкона правленный источник света, в нижней же части камеры находится магнитострикционный датчик с закрепленной на нем телескопической подставкой, а также имеется ввод цля подачи и вакуумирования камеры.

Предлагаемый способ основан на известных представлениях о том, что при ацсорбции газа горных пород имеет место их набухание, т.е. изотропное расширение.

Набухание твердых пороц связано с объемным заполнением микропор газом, в результате чего возникает расклиниваюшее действие, обуславливающее объемное расширение твердык тел и сопровождающееся увеличением размеров поверхностных дефектов типа трещин, что позволяет использовать данный эффект для оценки содержания сорбированного газа в горнык породах.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит разъемную камеру высокого давления 1, фокусирующую зеркальную полусферу 2, датчик-приемник 3, электроввод 4 высокого давления. регист рирующий прибор (люксметр) 5, узконаправлеииый калиброванный источник 6 света, вэрывобеэопасиую оболочку 7, магнитострикциоииый датчик 8, телескопическую

8 6 посредством герметизируюшего узла 12, расположенного в нижней части камеры

1. Затем включают источник света, камеру 1 вакуумируют. Включают источник

6 света и определяют интенсивность рас сеянного света от поверхности дегаэированного образца.

После этого образец газонасыщают путем подачи давления в камеру 1 через ввод 10 высокого давления и опять определяют интенсивность рассеянного света.

Газонасыщение и определение интенсивности рассеянного света определяют до полного заполнения сорбционного объема образца. Степень заполнения сорбционного объема горных пород газом определяют по отношению интенсивности рассеянного света на каждой ступени давления газонасыщения к интенсивности рассеянного света при полном заполнении сорбционного объема.

Для получения количественного значения сорбционной газоносности йри данном давлении предварительно устанавливают максимальную сорбционную газоемкость горных пород и содержание сорбированно го газа определяют по соотношению te О где - содержание сорбированного газа при данном давлении газонасышения, мл/г гм;

- интенсивность рассеянного света от поверхности горных пород при данном уровне газонасыщения; — интенсивность рассеянного света

Р

or поверхности дегаэированных горных пород; — интенсивность рассеянного света и от поверхности ràçoíàñûùåííûê горных пород с максимальным заполнением сорбцнонного объема;

Я - максимальное содержание сорбци- ° онного объема газа.

В случае излучения сорбционной способности углей можно использовать таблич« ные данные по максимальным значениям количества сорбированного газа Я, которые для большинства углей известны, что значительно упростит методику исследования.

Использование предлагаемых способа

s устройства позволит значительно сократить время определения содержания сорбированного газа в горнык породак, упростить методику измерений и исключить аналитические расчеты.

Особенно целесообразно применение способа и устройства при экспресс-мето

5 85988 подставку 9, ввод 10 для подачи высокого давления и вакуумирования камеры, соединительные герметизирующие узлы

11, герметиэирующий узел 12.

К верхней части 13 разъемной камеры 1 высокого давления, на внутренней ее стороне закреплена зеркальная полусфера 2, в фокусе которой помещен датчикприемник 3, подключенный посредством электраввода 4 высокого давления к иэ- 1о мерительному прибору 5 (люксметру), который расположен вне камеры 1.

Соосно с датчиком-приемником 3 размещен калиброванный узконаправленный источник 6 света, заключенный во взрыво- 15 безопасную оболочку 7. В нижней части

14 камеры 1 находится магнитострикционный датчик 8 с закрепленной на нем телескопической подставкой 9 для удерживания образца горных пород, а также имеется ввод 10 для подачи высокого давления и вакуумирования камеры. Верхняя 13 и нижняя 14 части камеры 1 соединяются посредством соединительных герметизирующих узлов 11, а окончательная герметиэа- 25 ция прибора осуществляется после приве-. дения установки в рабочее состояние посредством герметиэирующего узла 12, расположенного в нижней части 14 камеры 1, Способ осуществляют следующим образом.

Образец горных пород устанавливают на телескопическую подставку 9, герметически соединяют верхнюю 13 и нижнюю

14 части камеры высокого давления 1

35 посредством соединительных герметических узлов 11. Включают узконаправленный калиброванный источник 6 света, направляют его луч на образец и определяют интенсивностьь отраженного расс еянног о све та датчиком-приемником 3. Если интенсивность отраженного света не достаточна для срабатывания регистрирующего прибора 5, то образец приближают к источнику

6 света путем раздвигания телескопичес45 кой подставки 9 до появления показаний люксметра 5. Для точного определения расстояния от образца до источника 6 света включают магнитострикционный датчик 8, посредством которого имитируют

50 изменение объема образца при гаэонасыщении и по существенности различия интенсивности рассеянного света при включенном и выключенном магнитострикционном датчике 8 определяют оптимальное рассто- яние между образцом и источникм 6 света. 55

После этого источник 6 света и магнитострикционный датчик 8 выключают и производят полную герметизацию камеры

8 Й888 дах изучения остаточной гаэоносйости горных пород.

Формула изобретения

1. Способ определения сорбционной способности горных пород, основанный на использовании структурного изменения ropных пород . при гаэонасыщении, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения методики определения, снижения трудоемкости и повышения. оперативности определения сорбционной способности, образец горных пород помещают в камеру высокого давления, герметизируют ее, определяют оптимальное расстояние от образца до источника света, затем камеру вакуумируют, включают источник света, направляют его луч на поверхности образца и люксметром определяют интенсивность рассеянного света от поверхности дегаэиpoBaHHof образца, затем давление в камере ступенчато повышают и определяют интенсивность рассеянного света на каж, дой ступени гаэонасыщения до полного заполнения сорбционного объема образца, а о степени заполнения объема образца газом судят по отношению интенсивности рассеянного света на каждой ступени газонасыщения к интенсивности рассеяния света при полном заполнении сорбционного объема.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— зо шийся тем, что количественное содержанке сорбционного raaa в образце определяют по формуле

>- о, q,= — @) и где с(— содержание сорьционного газа при данном давлении газонасыщения, мл/г ° гм; .

- интенсивность рассеянного свеТа от поверхности горных по 4g род при данном уровне газонасы щения;

J< - интенсивность рассеянного света от поверхности дегазированного образца;

: п - интенсивность рассеянного све« та от поверхности газонасыщенных горных пород е максимальным заполнением сорбционного объема;

Q - максимальное содержание сорбционного газа.

3.Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что оптимальное расстояние от образца горных пород до источника света определяют по разности показаний люксметра при включенном и выключенном магнитострикционном датчике, причем разность их показаний должна превышать погрешность люксметра не менее, чем на 34.

4. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее камеру высокого давления, в которой установлены зер-кальная полусфера, датчик-приемник, люксметр, электроввод высокого давления, калиброванный уэконалравленный источник света, заключенный во взрывобезопасную оболочку, магнитострикционный датчик, телескопическая подставка, ввод для подачи высокого давления и вакуумирбвания камеры и соецинительные герметизирующие узлы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и оперативности измерения и уменьшения габаритов установки, камера высокого давления выполнена разъемной, причем на внутренней стороне ее верхней части закреплена зеркальная полусфера, в фокусе которой помещен датчик-приемник, подключенный посредством электроввода высокого давления к люксметру, расположенному вне камеры, соосно с датчиком-приемником размещен калиброванный узконаправленный источник света, в нижней же части камеры находится магнитострикционный датчик с закрепленной на нем телескопической подставкой, а также имеется ввод для подачи высокого давления и вакуумирования . камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Методические указания по определению содержания сорбционного и . свободного метана в ископаемых углях. Макеевка-Донбасс, 1977, с. 14-17, 21-25.

2. Методические указания по определению содержания сорбционного и свобод а ного метана в ископаемых углях. Макеевка-Донбасс, 1977, с. 7-14 (прототип).

859888 иl

f5

УОЩЯ» юцюилие

Составитель B. Юртаев

Редактор Ю. Середа Текред М. Голинка Корректор Л. Иван

Заказ 7536/65 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП Патент», r, Ужгород, ул. Проектная, 4