3.2 Происхождение и формы связи метана с горными породами
Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества.
В породах (углях) метан находится, как минимум, в двух состояниях: в виде свободного и сорбированного (связанного) газа.
На современных глубинах горных работ давление газа достигает 130 атмосфер и основное количество метана находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи газа с твердым веществом: адсорбцию ( связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения), абсорбцию (проникновение молекул газа в вещество без химического взаимодействия и образование “ твердого раствора”) и хемосорбцию (химическое соединение молекул газа и твердого вещества). Основное количество сорбированного породами метана находится в адсорбированном состоянии. С повышением давления газа количество сорбированного метана увеличивается, с повышением температуры – уменьшается.
Сорбционная способность углей при данной температуре зависит от давления газа и характеризуется изотермами сорбции (рис. 3.1)
Т1
Давление, кг/см 3
Рисунок 3.1 ─ Изотермы сорбции метана углем
Р0, Т0, х0–соответственно давление, температура и метанонос-
ность, характеризующие систему газ– уголь в природных
Р1,Т1,х1 – соответственно давление, температура и метаноносность
системы газ-уголь после нарушения равновесного состоя-
ния в результате ведения горных работ.
Зависимость сорбционной способности углей от давления выражается уравнением Лэнгмюра
(3.1)
x–количество сорбированного газа, см 3 /г ;
а, b –коэффициенты Ленгмюра, определяемые при изучении сор-
бционной способности углей, имеющие размерность соот-
ветственно ата -1 и см 3 /г.
3.3 Метаноносность и метаноемкость угольных пластов и вмещающих пород
Метаноносностью называется количество метана, содержащегося в природных условиях в единице веса или в единице объема угля или породы. Имеет размерность м 3 /т или м 3 /м 3 .
Метаноемкостьюназывается количество газа в свободном и сорбированном состоянии, которое может поглотить единица веса или единица объема угля или породы при данном давлении и температуре.
Метаноемкость определяется в лабораторных условиях. Вследствие невозможности воссоздания в лаборатории всех природных условий метаноемкость обычно отличается от метаноносности.
Основными факторами, определяющими метаноносность угольных отложений, являются степень метаморфизма угля, сорбционная способность, пористость и газопроницаемость отложений, влажность, геологическая история месторождения, глубина залегания, гидрогеология и угленасыщенность месторождения.
С увеличением степени метаморфизма угля возрастает количество образовавшегося в нем метана (объем образовавшегося метана может в несколько десятков раз превышать объем угля). Под метаморфизмом понимается необратимый процесс повышения содержания углерода в результате изменения химического состава, физических свойств и внутреннего строения ископаемых углей под действием температуры и давления, развивающихся в результате геологических процессов.
Сорбционная способность увеличивается с повышением степени метаморфизма угля. Сорбционная способность углей значительно выше, чем пород.
Пористость является одним из факторов, определяющих количество газа, находящегося в веществе в свободном и сорбированном состоянии.
Пористость углей месторождений СНГ находится в пределах от 1 до 15%, пористость пород – от 0 до 60% (туфы).
Вековое движение метана из недр к поверхности и движение воздушных и биохимических газов в обратном направлении привели к образованию в земной коре четырех газовых зон: азотнокислых, азотных, азотнометановых и метановых газов.
- Бурчаков А.С., Мустель П.И., Ушаков К.З. Рудничная аэрология.– М.:Недра, 1971.- 376 с.
- Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирчанек О.Б. и др. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения./ Под ред. Ф.С. Клебанова.– М.:Недра, 1981.- 471с.
- Эттингер И.Л., Шульман Н.В. Распределение метана в породах ископаемых углей.- М.:Наука, 1975.- 112 с.
- Петросян Г.Д., Лидин А.М., Дмитриев А.М. и др. Закономерности распределения метана в угольных месторождениях.- М.:Недра, 1973.- 148с.
Источник
Метаноносность и метаноемкость угольных пластов и пород
Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения вызываемым деятельностью бактерий.
В породах и в угле метан находится в виде свободного и сорбированного газа. На современных глубинах работ основное количество метана (около 85%) находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи (сорбции) метана твердым веществом:
Адсорбция — связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения;
Абсорбция -проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия;
Хемосорбция -химическое соединение молекул газа и твердого вещества.
Основное количество сорбированного породами газа (80-85 %) находится в адсорбированном состоянии. При разрушении угольного пласта этот газ переходит в свободное состояние и выделяется в горные выработки в течении одного двух часов. Абсорбированный метан выделяется из угля длительное время, а хемосорбированный остается в угле длительное время (десятки лет).
Метаноносностью называется количество метана содержащегося в природных условиях в единице веса или объема угля или породы (м 3 /т, м 3 /м 3 )
Основными факторами, определяющими метаноносность угольных отложений, являются:
-степень метаморфизма угля;
-пористость и газопроницаемость отложений;
-гидрогеология и угленасыщенность месторождения;
-геологическая история месторождения.
На современных глубинах разработки метаноносность угольных пластов увеличивается с увеличением глубины разработки по линейному закону. Однако, ученые считают, что с глубины 1200-1400 м эта закономерность соблюдаться не будет. Это связано с увеличением температуры и уменьшением сорбционной способности угля
Различают метаноносность природную фактическую, остаточную. Природная или как ее еще называют, начальная метаноносность это метаноносность угля в пласте до его обнажения. Под фактической метаноносностью понимают количество метана, приходящееся на единицу веса угля во вскрытом пласте вблизи забоя. Она всегда меньше природной, т. к. при вскрытии пласта происходит выделение метана. Остаточной метаноносностью называется количество метана, на 1 т. угля, которое сохраняется в угле длительное время. Этот метан не выделяется в шахте и выдается на поверхность.
Метаноносность измеряется в м 3 /тонну сухой беззольной массы и в м 3 /тонну. Между этими величинами существует следующая зависимость
где Х-метаноносность, м 3 /т,
Хг – метаноносность м 3 /т.с.б.м.;
Метаноемкостью называется количество газа в свободном и сорбированном состоянии, которое может поглощать единица веса или объема угля и породы при данном давлении и температуре.
Источник
Метаноносность и метаноемкость угольных
Метаноносностью называется количество метана, содержащегося в природных условиях в единице веса или в единице объема угля или породы. Имеет размерность м 3 /т или м 3 /м 3 .
Метаноемкостью называется количество газа в свободном и сорбированном состоянии, которое может поглотить единица веса или единица объема угля или породы при данном давлении и температуре.
Метаноемкость определяется в лабораторных условиях. Вследствие невозможности воссоздания в лаборатории всех природных условий метаноемкость обычно отличается от метаноносности.
Основными факторами, определяющими метаноносность угольных отложений, являются степень метаморфизма угля, сорбционная способность, пористость и газопроницаемость отложений, влажность, геологическая история месторождения, глубина залегания, гидрогеология и угленасыщенность месторождения.
С увеличением степени метаморфизма угля возрастает количество образовавшегося в нем метана (объем образовавшегося метана может в несколько десятков раз превышать объем угля). Под метаморфизмом понимается необратимый процесс повышения содержания углерода в результате изменения химического состава, физических свойств и внутреннего строения ископаемых углей под действием температуры и давления, развивающихся в результате геологических процессов.
Сорбционная способность увеличивается с повышением степени метаморфизма угля. Сорбционная способность углей значительно выше, чем пород.
Пористость является одним из факторов, определяющих количество газа, находящегося в веществе в свободном и сорбированном состоянии.
Пористость углей месторождений СНГ находится в пределах от 1 до 15%, пористость пород – от 0 до 60% (туфы).
Вековое движение метана из недр к поверхности и движение воздушных и биохимических газов в обратном направлении привели к образованию в земной коре четырех газовых зон: азотнокислых, азотных, азотнометановых и метановых газов.
1. Бурчаков А.С., Мустель П.И., Ушаков К.З. Рудничная аэрология.– М.:Недра, 1971.- 376 с.
2. Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирчанек О.Б. и др. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения./ Под ред. Ф.С. Клебанова.– М.:Недра, 1981.- 471с.
3. Эттингер И.Л., Шульман Н.В. Распределение метана в породах ископаемых углей.- М.:Наука, 1975.- 112 с.
4. Петросян Г.Д., Лидин А.М., Дмитриев А.М. и др. Закономерности распределения метана в угольных месторождениях.- М.:Недра, 1973.- 148с.
5. Козловский Б. Прогнозирование метановой опасности в угольных шахтах./ Пер. с польского В.Г. Рыжкова и Н.И. Устинова.- М.:Недра, 1975.- 152 с.
6. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах.- М.:Недра, 1981.- 335с.
7. Методы определения газоносности пластов и прогноза газообильности шахт. Труды Всесоюзного научно-технического совещания, состоявшегося в Москве в 1960г.- М.:Гос. науч.-технич. изд-во лит-ры по горному делу, 1962.- 287с.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник