Матеріальний баланс метаморфічних перетворень вугільних пластів та їх небезпечні властивості
DOI:
https://doi.org/10.24028/gj.v46i3.298964Ключові слова:
матеріальний баланс, шахтопласти, вугілля, елементний склад, компоненти, газоутворення, продукти, небезпечні властивості, прогноз, нормативна база, удосконаленняАнотація
Мета - встановити емпіричні залежності при вуглефікації шахтопластів між основними компонентами органічної (горючої) маси, вмістом вологи та мінеральних домішок з використанням експериментальних даних про споживчі якості твердих палив, отриманих загальноприйнятими стандартними способами. Достовірно встановлені співвідношення між цими основними компонентами дають можливість науково обґрунтувати та розкрити природу виникнення небезпечних властивостей шахтопластів під час проведення гірничих робіт за фактором метаморфічних перетворень та генерації газоподібних та рідких продуктів.
Методика досліджень розроблена на підставі результатів попереднього аналізу зміни співвідношення між основними компонентами органічної (горючої) маси, вмістом вологи та мінеральних домішок при вуглеутворенні, починаючи від процесів торфоутворення та подальшої вуглефікації. Використані експериментальні дані про споживчі якості твердих палив, які встановлені загальноприйнятими стандартними способами.
Результати досліджень. На всіх стадіях метаморфічних перетворень вугільних пластів зі зростанням вмісту вуглецю встановлено одностороннє скорочення елементного вмісту кисню в органічній (горючій) масі. Це свідчить про утворення газоподібних продуктів на всіх стадіях метаморфізму з участю вуглецю і кисню органічної (горючої) маси. Скорочення елементного вмісту водню, азоту та органічної сірки на пізніх стадіях метаморфізму свідчить про участь цих компонентів у генерації газоподібних продуктів.
Проведена апробація достовірності емпіричної залежності вмісту вуглецю від середнього показника відбиваючої здатності вітриніту.
Генерація вологи на стадії метаморфічних перетворень вугілля не підтвердилася, повною мірою, спрямованістю трендів середнього вмісту вологи, кисню та водню на послідовних стадіях процесів торфоутворення, діагенезу та метаморфізму аж до переходу від кам'яного вугілля до антрацитів.
Встановлено значне перевищення (до двох разів) виходу летких речовин у порівнянні із вмістом суми основних компонентів органічної (горючої) маси при фіксованих значеннях вмісту вуглецю.
Наукова новизна. На підставі зміни співвідношення елементного вмісту основних компонентів органічної (горючої) маси (твердого залишку) встановлено їх участь в утворенні газоподібних продуктів на всіх метаморфічних стадіях перетворення вугільних пластів. Отримані результати формування матеріального балансу дозволяють внести відповідні уточнення до схеми вуглеутворення в частині генерації конкретних газоподібних продуктів на кожній стадії.
Практичне значення полягає у необхідності та можливості удосконалення нормативної бази безпечного ведення гірничих робіт при прогнозі небезпечних властивостей шахтопластів.
Посилання
Avgushevich, I.V., Bronovets, T.M., Eremin, I.V., Medvedev, A.V., & Churbakov, V.F. (1987). Analytical chemistry and technical analysis of coal. Moscow: Nedra, 336 p. (in Russian).
Ayruni, A.T. (1981). Theory and practice of combating mine gases at great depths. Moscow: Nedra, 335 p. (in Russian).
Antsiferov, A.V., Golubev, A.A., Kanin, V.A., Tirkel, M.G., Zadara, G.Z., Uziyuk, V.Yu., Antsiferov, V.A., & Suyarko, V.G. (2009). Gas content and methane resources of coal basins of Ukraine. T.1. Geology and gas content of Western, Southwestern and Southern Donbass. Donetsk: Weber, 453 p. (in Russian).
Bagrintseva, K.I., Vasiliev, V.G., & Ermakov, V.I. (1968). The role of coal-bearing strata in the processes of natural gas generation. Geologiya nefti i gaza, (6), 7―11 (in Russian).
Butuzova, L.F., Shakir, Sh.M., Kulakova, V.O., & Kolbasa, V.A. (2016). The relationship between the technological properties of coals and the composition of extracts. Bulletin of Donetsk National Technical University, (1), 13―20 (in Russian).
Gapeev, A.A. (1949). Solid combustible fossils (caustobiolites). Moscow: State Publishing House of Geological Literature, 335 p. (in Russian).
Paffengolts, K.N. (Ed.). (1973). Geological Dictionary: in two volumes. Vol. 2. Н-Я. Moscow: Nedra, 456 с. (in Russian).
Geological and coal chemical map of the Donetsk basin. (1954). Moscow: Ugletekhizdat, 430 p. (in Russian).
Kozlovskiy, E.A. (Ed.). (1984). Mining Encyclopedia. Vol. 1. Aa-lava ― Geosystem. Moscow: Sovetskaya entsiklopedia, 560 р. (in Russian).
Kozlovskiy, E.A. (Ed.). (1985). Mining Encyclopedia. Vol. 2. Geospheres ― Kenai. Moscow: Sovetskaya entsiklopedia, 575 р. (in Russian).
Kozlovskiy, E.A. (Ed.). (1991). Mining Encyclopedia. Vol. 3. USSR ― Jasper. Moscow: Sovetskaya entsiklopedia, 541 р. (in Russian).
GOST 7303-90 (Article CMEA 6768-89). (1990). Anthracite. Method for determining the volumetric yield of volatile substances. Moscow: Standards Publishing House, 7 p. (in Russian).
DSTU 3472:2015. Brown coal, hard coal and anthracite. Classification. (2015). Kyiv: SE «UkrNDNC», 8 p. (in Ukrainian).
DSTU 9220:2023. Solid mineral fuel. Methods of determining the yield of volatile substances. (2023). Kyiv: SE «UkrNDNC», 13 p. (in Ukrainian).
Instructions for forecasting and preventing sudden methane breakthroughs from the soil of mine workings. NPAOP 10.0-5.28-87. (1987). Ministry of Coal Industry of the Ukrainian SCP, MakNII, 29 p. (in Russian).
Catalog of dynamic rock faults in coal mines. (1983). Leningrad: Publ. of the Ministry of Coal Industry of the USSR, All-Russian Research Institute of Mining Geomechanics and Mine Surveying, 120 p. (in Russian).
Lindenau, N.I., Mayevskaya, V.M., & Vakhrushev, E.S. (Eds.). (1981). Catalog of USSR coals prone to spontaneous combustion. Moscow: Nedra, 416 p. (in Russian).
Kozlovskiy, B. (1975). Forecasting methane hazard in coal mines. Moscow: Nedra, 152 p. (in Russian).
Rules for conducting mining operations in formations prone to gas-dynamic phenomena: SOU 10.1.00174088.011—2005. (2005). Kyiv: Ministry of Coal Industry of Ukraine, 224 p. (in Ukrainian).
Rudniev, Ye.S., Antoshchenko, M.I., Filatieva, E.M., & Popovych, V.A. (2022a). Dangerous properties of coal seams and accidents in the main coal-mining countries of the world. Collection of Research Papers of the National Mining University, (70), 36—45. https://doi.org/10.33271/crpnmu/70.036 (in Ukrainian).
Rudnev, E.S., Antoshchenko, M.I., Filatyeva, E.M., & Romanchenko, Yu.A. (2021а). On the influence of mineral impurities on the detection of dangerous properties of coal mine layers. News of the Donetsk Mining Institute, (2), 85—95. https://doi.org/10.31474/1999-981X-2021-2-85-95 (in Ukrainian).
Rudnev, E.S., Antoshchenko, M.I., Filatyeva, E.M., & Filatyev, M.V. (2022б). Influence of oxygen content on the manifestation of hazardous properties of coal seams. Collection of Research Papers of the National Mining University, (69), 71—82. https://doi.org/10.33271/crpnmu/69.071 (in Ukrainian).
Rudnev, E.S., Antoshchenko, M.I., Filatyeva, E.M., & Filatyev, M.V. (2022в). On the issue of establishing the type of coal seams by «reduction» («oxidation») of fossil coals. Technical Engineering, (1), 138―157. https://doi.org/10.26642/ten-2022-1(89)-138-157 (in Ukrainian).
Rudnev, E.S., Antoshchenko, M.I., Filatyeva, E.M., & Filatyev, M.V. (2022г). Scientific basis for the development of a method for forecasting hazardous properties of coal mine layers. News of the Donetsk Mining Institute, (1), 132—145. https://doi.org/10.31474/1999-981X-2022-1-132-145 (in Ukrainian).
Rudnev, E.S., Antoshchenko, M.I., Filatyeva, E.M., & Filatyev, M.V. (2022д). Aggregates of mine plastics by hydrogen content in organic (combustible) mass and mineral impurities of fossil coal. News of the Donetsk Mining Institute, (2), 93—107. https://doi.org/10.31474/1999-981X-2022-2-93-107 (in Ukrainian).
Rudniev, Ye.S., Galchenko, A.M., Tarasov, V.Yu., & Antoshchenko, M.I. (2022е). Moisture as an indicator of the manifestation of hazardous properties of coal seams. Geofizicheskiy Zhurnal, 44(3), 66―79. https://doi.org/10.24028/gj.v44i3.261969 (in Ukrainian).
Rudniev, Ye.S., Galchenko, A.M., Filatyeva, E.M., & Antoshchenko, M.I. (2021б). Sulfur in fossil coal as a factor in the manifestation of dangerous properties of mine plastics. Journal of Kryvyi Rih National University, (53), 21—28. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2021-1-53-21-28 (in Ukrainian).
Guide to dust control in coal mines. (1979). Moscow: Nedra, 319 p. (in Russian).
Guidelines for the prevention and extinguishing of endogenous fires in coal mines of Ukraine: KD 12.01.402—2000. (2000). Donetsk: NIIGD, 216 p. (in Russian).
Coal mine ventilation design guidelines. (1994). Kyiv: Osnova, 311 p. (in Russian).
Prokhorov, A.N. (Ed.). (1982). Soviet encyclopedic dictionary. Moscow: Sovetskaya Entsiklopediya, 1600 р. (in Russian).
Handbook on the quality and enrichment of hard coals and anthracites of the Ukrainian SSR (Donbass within the borders of the Ukrainian SSR, Lvov-Volyn basin). Characteristics of the quality of hard coals and anthracites of the Ukrainian SSR. (1965). Moscow: Nedra, 204 p. (in Russian).
Handbook on the quality of hard coals and anthracites from the Donetsk and Lvov-Volyn basins. (1972). Moscow: Nedra, 168 p. (in Russian).
Fedorova, N.I., Zaostrovskiy, A.N., & Ismagilov, Z.R. (2015). Physico-chemical properties of low-metamorphosed long-flame coals of Kuzbass. Bulletin of Kuzbass State Technical University, (5), 126―129 (in Russian).
Babichev, F.S. (Ed.). (1989). Ukrainian Soviet encyc-
lopedic dictionary. In 3 vols. Vol. 2. «Captage―Proterogyny». Kiev: Main editorial office of the Ukrainian Soviet Encyclopedia, 767 р. (in Russian).
Uspenskiy, V.A. (2006). Experience of the material balance of processes occurring during metamorphism of coal seams. Oil and gas geology. Theory and practice, 1, 1―10 (in Russian).
Ettinger, I.L., & Shulman, N.V. (1975). Distribution of methane in the pores of fossil coals. Moscow: Nauka, 112 p. (in Russian).
James, G. Speight. Handbook of Coal Analysis. Second Edition. John Wiley & Sons, 2015. 368 p.
Kishore Nadkarni, R.A. (2008). Guide to ASTM Test Methods for the Analysis of Coal and Coke. ASTM International, 40 р.
Gillen, C. (1982). Metamorphic Geology: An introduction to tectonic and metamorphic processes. 1st Edition. Springer, 160 р.
ISO 647:2017 Brown coals and lignites. Determination of the yields of tar, water, gas and coke residue by low temperature distillation. (2017). International Organization for Standardization, 9 p.
ISO/TS 20362:2022 Hard coal. Determination of plastometric indices. (2022). International Organization for Standardization, 22 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Yevhen Rudniev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
1. Автори зберігають за собою авторські права на роботу і передають журналу право першої публікації разом з роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати дану роботу з обов'язковим зазначенням авторства даної роботи і посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі .
2. Автори зберігають право укладати окремі, додаткові контрактні угоди на не ексклюзивне поширення версії роботи, опублікованої цим журналом (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
3. Авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховище або на їх персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даними журналом, так як це може привести до продуктивної обговоренню, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивись The Effect of Open Access).
