Особенности кинетики десорбции метана из угля в накопительный сосуд

Abstract

Цель. Экспериментально изучить влияние объёма накопительного сосуда, параметров метановой системы в угле и продолжительности регистрации десорбции на кинетику истечения метана в накопительный сосуд. Методика. Для изучения процесса десорбции метана из угля применен объёмный метод. Использован новый метод анализа экспериментальных результатов основанный на представлении о изменении характерного времени релаксации десорбции при эмиссии метана. Результаты. Определены параметры кинетики десорбции метана в накопительные сосуды различного объёма. На основе полученных результатов выявлено влияние объёма сосудов на степень дегазации угля при десорбции. Разработан новый метод определения остаточной газоносности угля, который основан на представлении о материальном балансе применительно к истечению метана в большой и малый накопительный сосуд. Обнаружена зависимость параметра «характерное время десорбции» от продолжительности регистрации процесса десорбции. Экспериментально выявлено, что при одинаковой продолжительности регистрации десорбции характерное время выхода метана из угля не зависит от объёма накопительного сосуда. Обнаружено, что чувствительность остаточной газоносности к объёму накопительного сосуда снижается по мере роста объёма. Это связано с увеличением растворимости газа в угле по мере уменьшения давления в накопительном сосуде. Получена информация о характере корреляции между интенсивностью десорбции и газоносностью угля. Научная новизна. Обсуждение экспериментальных результатов показало, что при одинаковой продолжительности регистрации десорбции газа в накопительные сосуды параметр «характерное время десорбции» инвариантен к объёму сосуда. Рост давления газа в накопительном сосуде при десорбции влияет на степень инвариантности характерного времени десорбции. Показано, что изменение инвариантности характерного времени десорбции следует ожидать при изменении энергии активации диффузии. Для её идентификации необходима информация о ходе эмиссии метана во всём временнóм интервале десорбции. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть полезны при диагностике газоносности угольных пластов в шахтных условиях и открывают перспективу прогноза газодинамических явлений.

Мета. Експериментально вивчити вплив об'єму накопичувальної ємності, параметрів метанової системи у вугіллі і тривалості реєстрації десорбції на кінетику заповнення накопичувальної ємності. Методика. Для вивчення процесу десорбції метану з вугілля застосований об'ємний метод. Використано новий метод аналізу експериментальних результатів заснований на уявленні про зміну характерного часу релаксації десорбції при емісії метану. Результати. Визначено параметри кінетики десорбції метану в накопичувальні ємності різного об'єму. На основі отриманих результатів виявлено вплив об'єму ємності на ступінь дегазації вугілля при десорбції. Розроблено новий метод визначення залишкової газоносності вугілля, який заснований на уявленні про матеріальний баланс стосовно заповнення метаном накопичувальних ємностей. Виявлена залежність параметра «характерний час десорбції» від тривалості реєстрації процесу десорбції. Експериментально виявлено, що при однаковій тривалості реєстрації десорбції характерний час виходу метану з вугілля не залежить від об'єму накопичувальної ємності. Виявлено, що чутливість залишкової газоносності до величини накопичувальної ємності знижується, в міру зростання об'єму. Це пов'язано зі збільшенням розчинності газу в вугіллі при зменшенні тиску в накопичувальній судині. Отримано інформацію про характер кореляції між інтенсивністю десорбції і газоносністю вугілля. Наукова новизна. Обговорення експериментальних результатів показало, що при однаковій тривалості реєстрації десорбції газу в накопичувальні ємності різного об'єму параметр «характерний час десорбції» інваріантний до об'єму ємності. Зростання тиску газу в накопичувальній ємності при десорбції впливає на ступінь інваріантності характерного часу десорбції. Показано, що зміни інваріантності характерного часу десорбції слід очікувати при зміні енергії активації дифузії. Для її ідентифікації необхідна інформація про хід емісії метану в усьому часовому інтервалі десорбції. Практична значимість. Результати досліджень можуть бути корисні при діагностиці газоносності вугільних пластів в шахтних умовах і відкривають перспективу прогнозу газодинамічних явищ.

Purpose. To study experimentally the effect of the volume of the reservoir on the accumulation of methane, the methane system parameters in the angle and the time of desorption recording on the kinetics of the movement of methane into the reservoir. Methods. The volumetric method was used to study the process of methane desorption from coal. A new method for analyzing experimental results was used, based on the idea of changing the characteristic relaxation time of desorption during methane emission. Results. The kinetics of methane desorption into reservoirs of various volumes was determined. Based on the results obtained, the effect of volume on the degree of coal degassing during desorption was revealed. A new method was developed to determine the residual gas content in coal, which is based on the idea of material balance. It was found that the dependence of the characteristic parameter on the desorption time depends on the duration of the desorption process recording. It was experimentally established that for the same duration of desorption recording, the characteristic time of methane transport from coal does not depend on the volume of the reservoir. It was found that the sensitivity of the residual gas content to the volume of the reservoir decreases with increasing volume. This is due to an increase in the solubility of the gas in coal as the pressure in the reservoir decreases. Information was obtained on the nature of the correlation between the desorption rate and the gas content of coal. Originality. A discussion of the experimental results showed that for the same duration of recording desorption, the parameter “characteristic desorption time” does not depend on the volume of the reservoir. An increase in the gas pressure in the reservoir during desorption affects the degree of invariance of the characteristic desorption time. It is shown that a change in the invariance of characteristic desorption time can be expected with a change in the diffusion activation energy. To identify it, information is needed on the progress of methane emission over the entire desorption time interval. Practical implications. The results of the study can be useful in diagnosing the gas content of coal seams in mine conditions and open up prospects for predicting gas-dynamic phenomena.