Петрографические особенности ископаемых углей и их влияние на выделение метана и пыли Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

сравнению с забоями, проведение которых идет с отставанием по времени больше указанного временного интервала.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Ма-кеевка-Донбасс, МакНИИ, 1989. 319с.

2. Краткий справочник маркшейдера шахты/ Белов А.А. и др. М., Недра, 1982. 416 с.

і— Коротко об авторах-----------------------------------

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

Погудин Ю.М. - кандидат технических наук,

Гоидина Е.Б. - кандидат технических наук,

филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт».

-------Ф

-V--------

-------------------------------- © Г.С. Забурдяев, И.А. Новикова,

2006

УДК 622.817:622.33.0122

Г.С. Забурдяев, И.А. Новикова

ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАНА И ПЫЛИ*

Главные ингредиенты петрографического состава -компоненты групп витринита и фюзинита. В семивит-ринит входят как компоненты группы витринита, так и фюзинита. Количество лейптинита в углях Кузбасса и Воркутского месторождения составляет в пределах 0,4-22,4 %. Только 1012 шахт по некоторым пластам имеют относительно большое содержание лейптинита. В Кузбассе (в %) шахты: Южная (722,4), Зыряновская (6-18), Кольчугинская (9,6-15,4), им. Ярославского (5,5-17,7), им. Кирова (6-15), Кузнецкая (6-13), Дальние горы (6-10,6), Абашевская (3-8), Октябрьская (4,513); на востоке Воркутского месторождения: № 5 Северная (пласт Пятый - 10), № 7 Северная и № 40 Воркутинская (пласт Тройной - 5,5), Юр-Шор (5), Комсомольская (пласт Пятый -6), № 1 Воркутинская (пласт Четвертый - 4); на западе пласт Четвертый - Заполярная (7,5), № 25 Комсомольская (5,5), пласт Мощный - Центральная (5,5-6), пласт Тройной - № 25 Комсомольская (5) и Юр-Шор (6), пласт ¡4 - Аяч-Яга (4,5) и Южная (4).

Различная сорбционная метаноемкость компонентов групп фюзинита и витринита и неоднозначный характер изменения ее в процессе метаморфизма обусловлены различиями молекулярной структуры петрографических разностей.

Сорбционная метаноемкость углей резко отличается по петрографическому составу фюзинита и витринита, что установлено на напримере пластов Мощный (шахта «Зиминка Капитальная» и «Коксовая») и IV Внутренний (шахта «Коксовая») балахонской серии Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса.

* Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Проект № 05-05-65062)

Рис. 1. Зависимость метаноносности и компонентов петрографического состава углей от выхода летучих веществ

С увеличением содержания компонента группы фюзинита с 5 до 55 % метаноемкость возрастает с 6 до 46 мл/г г. м. В то же время с увеличением содержания компонента группы витри-нита с 40 до 93 % метаноемкость адекватно снижается [1, 2].

Угли, обогащенные микрокомпонентом фюзинитом Р3, содержат большое количество метана и легко его отдают в начальный момент дегазации (для вышеуказанного пласта Мощный - до 46 %). Угли пласта Мощный обладают самой высокой кинетикой газоотдачи во всем метаморфическом ряду углей, что обусловлено наличием у фюзинита большого количества ультра- и микропор, легко доступных для молекул метана [1].

Взаимосвязь метаноносности шахтопластов и петрографического компонента группы фюзинита в ряду метаморфизма показана на рис. 1, а метаноносности и компонентов группы фюзинита и витринита - на рис. 2. Данные рис. 1 сви-

детельствуют о наличии качественной зависимости метано-носности х от содержания фюзинита F.______________________________

х, мУ»

20 г

(5

10

(О —4____

(5

20

60

Т5

80 V* ;/•

Рис. 2. Взрывы метанопылевоздушных смесей на шахтах Кузбасса и Воркутского месторождения: 1 (•) - х=1:(Р), шахты Кузбасса; о -х=1(р), шахта "Центральная" Воркутского месторождения; 2 (+) - х =

а)

б)

Рис. 3. Взаимосвязь пористости и содержания фюзинита западного крыла (а) и отношения витринита к фюзиниту (б): а): 1 (•) - пласт Мощный; 2 (о) - пласт Тройной (шахта «Комсомольская»); 3 (+) - пласт Четвертый; 4 (х) - пласт Пятый; 5(А) - пласт ¡4; б): 1 (•) - пласт Мощный; 2 (+) - пласт Четвертый (западное крыло); 3 (*) - пласт Четвертый (восточное крыло ); 4 - пласт ¡4

Одним из основных показателей, определяющих содержание метана в сорбированном и свободном состоянии является пористость углей. Величина пористости тесно связана с вещественным составом горных пород (бурых и каменных углей, антрацитов). Общая пористость в ряду метаморфизма существенно изменяется. При переходе от слабометаморфи-зованных углей к углям средней степени пористость уменьшается и вновь нарастает у антрацитов. При этом основной объем пористости углей обусловлен молекулярными порами размером в несколько ангстрем, т.е. равный размерам молекул газов, встречаемых в угольных пластах (размер молекулы метана - 3,8 А). Поскольку молекулярные поры образуются в результате физико-химических процессов, происходя-

щих в угле под действием давления и температуры, то с ростом метаморфизма углей увеличивается в них число микро-пор.

Объем же надмолекулярных пор (переходных и макропор) имеет наибольшее значение для слабометаморфизованных углей. Размер надмолекулярных пор - сотни ангстрем. Для углей средней стадии метаморфизма объем пор постепенно снижается. При дальнейшем повышении степени метаморфизма углей объем переходных пор в средних значениях вновь увеличивается, достигая максимума для антрацитов. То же самое наблюдается и для максимальных значений объема макропор, но наряду с этим объем этих пор изменяется в каждой марочной группе в широких пределах и поэтому отклонения от средних значений могут быть весьма значительными. Объем макропор - сотни и тысячи ангстрем.

Если для углей марок Д и Г объем надмолекулярных пор превосходит объем микропор, то для углей марки Ж эти объемы примерно равны, а для более метаморфизованных углей объем микропор превосходит объем макропор примерно в два раза.

Изменение пористости угольных пластов Воркутского месторождения от содержания компонента группы фюзинита и отношение витринита к фюзиниту приведено на рисунке 3, а и б

1 - Кузнецкий бассейн; 2 - Воркутское месторождение; 3 - Донецкий бассейн; 4 - Карагандинский бассейн

б) Воркутское месторождение: 1, 2, 15 - пласт І4 шахта "Аяч-Яга"; 3, 5 -пласт І4 шахта "Южная"; 4, 6, 11, 12 - пласт Мощный, шахта "Комсомольская"; 7 - пласт Мощный, шахта "Центральная"; 8 - пласт Четвертый, шахта "Воркутинская"; 9 - пласт Мощный, шахта"Октябрьская"; 10 - пласт Четвертый, шахта "Комсомольская"; 13 - пласт Тройной, шахта "Комсомольская"; 14 - пласт Четвертый, шахта "Заполярная"______________________________________

в)

,%

5г

10 15 20 X, м’/т

в) Воркутское месторождение: 1 (•) - пласт Мощный; 2 (+) - пласт Четвертый; 3 (▼) - пласт Пятый

Рис. 4. Зависимость содержания частиц пыли «аПл» в разрушаемом угле от метаноносности пластов «Х»

Изменение содержания частиц пыли (апл) в разрушаемом угле [] от метаноносности шахтопластов «X» в условиях Кузбасса, Воркутского месторождения, Донбасса и Караганды представлено на рисунке 4, а. Зависимость «2» (рис. 4, а) конкретизирована с указанием шахт и пластов Воркутского месторождения (рис. 4, б и в). Данные, приведенные на рис. 4 свидетельствуют о том, что снижение метаноносности «X» приводит к пониженному содержанию наиболее опасной фракции пыли (апл) менее 70 мкм в разрушаемом угле.

Относительно профессиональной заболеваемости шахтеров, а также изменения крупных взрывов в зависимости от выхода летучих веществ необходимо отметить следующее.

Многолетними наблюдениями установлено [3], что зависимость относительного коэффициента частоты заболевания рабочих угольной промышленности СНГ антракосиликозом от выхода летучих веществ при отработке антрацитовых пластов при Vdaf < 9 % имеет вид К1 = 60 - 5,6 Vdaf,

а каменноугольных пластов при Vdaf > 10 %

К2 = 11,5 - 0,19 Vdaf

Взаимосвязь нижнего предела взрываемости угольной пыли 5отл и выхода летучих веществ Vм показывает, что большинство крупных взрывов метана и угольной пыли происходило________________________________________________

Рис. 5. Крупные взрывы метана и угольной пыли на шахтах СНГ: 1 -

пласт Коксовый (ш. "Физкультурник"); 2 - пласт III (ш. им. Шевякова); 3 -пласт 14 (ш. "Зыряновская"); 4 - пласт 9 (ш. "Пионерка"); 5 - пласт 10 (ш. "Распадская"); 6 - пласт Байкаимский (ш. им. 7 ноября); 7 - пласт Четвертый (ш. "Воркутинская"); 8 - пласт Мощный (ш. "Центральная"); 9 - пласт Тройной (ш. "Комсомольская"); 10 - пласт Ореховский (ш. Шолоховская);

11, 12 - пласты Суходольский и Лисий (ш. "Западная"); 13 - пласт И7 (ш. им.Скочинского); 14 - пласт Кн5 (ш. им. Баракова); 15, 16 - пласты 11 и тз (ш. им. Засядько); 17 - пласт К7 (ш. Сокурская); 18 - пласт с1б (ш. им. Ленина); 19 - пласт К12 (ш. им. Жданова)

при нижнем пределе взрываемости 34-57 г/м3 и выходе летучих веществ более 20 % (рис. 5).

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. Гл. редактор А.И. Кравцов. Том 3. - М.: Недра. - 1980. - 219 с.

2. Забурдяев, Г.С. Влияние содержания фюзинита в углях на их сорбционную метаноемкость и взрываемость метанопылевоздушных смесей // Горный информационно-аналитический бюллетень. Техническое приложение АЭРОЛОГИЯ. - М.: МГГУ. - 2005. - С. 199-203.

3. Рубан, А.Д., Забурдяев Г.С., Забурдяев В.С. Исследования газодинамического состояния угольного пласта при его дагазации и увлажнении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, Сибирское Отделение РАН. - 2005. - № 2. - С. 86-96.

і— Коротко об авторах---------------------------------

Забурдяев Геннадий Семенович - кандидат технических наук, Новикова Ирина Александровна - горный инженер,

ИПКОН РАН.

----------------------------------- © В.С. Забурдяев, 2006

УДК 622.831.322

В.С. Забурдяев

МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ ПРИ ВЫСОКИХ НАГРУЗКАХ НА ЛАВУ*

Чтобы удовлетворить российский рынок рентабельным углем, наши шахты должны стремиться к рубежу

2-3 млн. т угля в год из комплексно-механизированного за-