Метаногенерация и метаморфизм углей

Abstract

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.