автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Совершенствование метода прогноза потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах

005005630

ШЕПЕЛЕВА Софья Алексеевна

На правах рукопис]

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПРОГНОЗА ПОТЕНЦИАЛЬНО ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (горная промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Кемерово 2011

005005630

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Дырдин Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Полевщиков Геннадий Яковлевич кандидат технических наук Славолюбов Виктор Владимирович

Ведущая организация - ОАО «Научно-исследовательский ин-

ститут горной геомеханики и маркшейдерского дела - межотраслевой научный центр ВНИМИ». Кемеровское Представительство

Защита диссертации состоится « 23 » декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 520.063.01 при ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности» по адресу: 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НЦ ВостНИИ». Автореферат разослан » У^_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Предупреждение газодинамических явлений -одна из сложных задач обеспечения безопасности при подземной разработке угольных пластов. До сегодняшнего времени она остается актуальной для угольных месторождений Кузбасса. Существующие методы регионального и текущего прогноза и предупреждения внезапных выбросов угля и газа не позволяют однозначно решать поставленную задачу.

При подземной разработке угольных пластов в ряде случаев происходят различные газодинамические явления, в том числе внезапные выбросы угля и газа. Данные явления сопровождаются выбросом сотен тонн измельченного угля и десятков тысяч кубометров природного газа. В ряде случаев они сопровождаются не только разрушением горных выработок, машин и механизмов, но и смертельным травмированием горнорабочих.

Проблема внезапных выбросов для угольных месторождений Кузбасса начинает остро вставать при достижении определенных глубин, значение которых колеблется для разных пластов от 250 до 550 м.

Несмотря на то, что угольный пласт с определенной глубины отнесен к угрожаемым или опасным по внезапным выбросам угля и газа, выбросы происходят нерегулярно и не на всей территории шахтного поля, а в определенных точках. И это связано с дополнительными факторами, которые до сих пор не учитывались ни при разработке теории внезапных выбросов, ни при разработке методов их предупреждения.

Для существующих глубин разработки на шахтах Кузбасса характерны термодинамические параметры, предполагающие наличие в угольных пластах твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, которые при определенных условиях могут интенсивно диссоциировать и участвовать в образовании выбросоопасных ситуаций, поэтому задача разработки метода оценки выбросоопасности угольных пластов с учетом влияния твердых растворов природных газов является актуальной.

Объектом исследований являются краевые зоны выбросоопасных угольных пластов.

Предметом исследований является влияние диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов на выбросоопасность в краевых зонах угольных пластов.

Целью работы является исследование влияния диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов при определенных термодинамических условиях на выбросоопасность краевых зон угольных пластов для повышения точности текущего прогноза.

Идея работы состоит в том, что природный газ в угольных пластах при определенных термодинамических параметрах может находиться в связях по типу газовых гидратов, которые при диссоциации могут выделять дополнительно большие объемы свободного газа и тем самым влиять на формирование выбросоопасных ситуаций.

Для достижения поставленной цели в рамках данной диссертационной работы должны быть решены следующие задачи исследования:

1. Оценить вклад диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в газовый баланс внезапного выброса угля и газа и их влияние на формирование выбросоопасных ситуаций.

2. Изучить закономерности диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов при понижении давления газа в угольном пласте.

3. Разработать методику выявления в угольных пластах зон, содержащих твердые растворы природных газов по типу газовых гидратов.

4. Разработать способ определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах.

Методы исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований, включающий в себя:

- анализ и обобщение производственных данных о внезапных выбросах угля и газа в шахтах;

- лабораторные исследования зависимости электросопротивления системы «угольная матрица - поровая влага - газ» от термодинамических параметров (температуры и давления);

- статистические методы обработки экспериментальных данных;

- численное математическое моделирование.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При термодинамических условиях, обеспечивающих существование метана в виде твердого раствора по типу газового гидрата, при интенсивном трещинообразовании в некоторой зоне краевой части массива происходит диссоциация газовых гидратов, что вызывает в данной зоне повышение газового давления в 2 - 3 раза и играет основную роль в развитии внезапного выброса, а доля газа, полученного при диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, составляет около 50% от общего объема выброшенного газа.

2. Скорость подвигания границы разложения твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 % и по порядку величины совпадает со скоростью «волны дробления» при внезапном выбросе угля и газа.

3. При отрицательных температурах удельное электрическое сопротивление (УЭС) твердых растворов природных газов в 1,25 - 1,50 раза ниже, чем УЭС в системе «угольная матрица - лед» при давлении 0,15 МПа, а при по-

ложительных температурах УЭС твердых растворов природных газов примерно в 1,5 - 2,0 раза выше, чем УЭС системы «угольная матрица - влага».

4. Наличие твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в угольном массиве устанавливается по величине термодинамических параметров, а объем выделившегося газа при диссоциации - по соотношению УЭС и влажности массива.

Научная новизна работы:

• установлена зависимость давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов;

• установлена зависимость скорости диссоциации газовых гидратов от естественной влажности угольного пласта;

• получена закономерность изменения удельного электрического сопротивления твердых растворов природных газов в угольной матрице в зависимости от давления и температуры;

• разработан способ определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах с учетом ширины зоны с твердым раствором природных газов по типу газовых гидратов.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что при оценке выбросоопасности угольных пластов дополнительно учитывается диссоциация твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, влияющая на величину активных сил.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается:

• применением основных положений классической термодинамики, механики сплошных сред и статистической обработки экспериментальных данных;

• использованием стандартных методик и приборов для определения физических свойств системы «угольная матрица - поровая влага - природный газ».

Личный вклад автора заключается:

• в постановке задач, обработке и анализе результатов теоретических и лабораторных исследований, направленных на выявление влияния диссоциации газовых гидратов на формирование выбросоопасных ситуаций в угольных пластах;

• в разработке математической модели для установления зависимости давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации газовых гидратов;

• в разработке и испытании способа измерения удельного электрического сопротивления твердых растворов природных газов в угольной матрице;

• в разработке методики определения ширины зоны угольного пласта, содержащей газовые гидраты.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в краевых зонах угольных пластов при подземной разработке месторождений, расширяющих представления о механизме внезапных выбросов угля и газа.

Практическое значение работы заключается в разработке способа определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах с учетом ширины зоны с твердым раствором природных газов, что позволяет повысить точность прогноза внезапных выбросов и обеспечить безопасность при подземной отработке пластов, угрожаемых и опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Реализация работы. Результаты работы будут переданы в качестве дополнения к действующей «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» после согласования в установленном порядке для использования в ОАО «НЦ ВостНИИ» и в других научных учреждениях и организациях, а также используются при чтении курсов лекций «Физика твердого тела» и «Термодинамика» в Кузбасском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и выводы работы в период ее выполнения докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (26 - 30 января 2009 г., Москва, МТУ); IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (9 - 12 февраля 2010 г., Екатеринбург, ИГД УрО РАН); VI Российско-китайском симпозиуме «Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений» (27 - 30 сентября 2010 г., Кемерово, Куз-ГТУ); в ОАО «НЦ ВостНИИ» и др.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано

11 научных работ, в том числе 6 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит.из введения, четырех глав, заключения. Содержит 114 страниц текста, 28 рисунков,

12 таблиц, список литературы из 105 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные теории внезапных выбросов угля и газа принадлежат таким ученым, как профессора В. В. Ходот, И.Л. Эттингер, С.Ш. Бык, Ю.Ф. Мака-гон, Л. Н. Быков, А. Э. Петросян, О. И. Чернов, В.И. Мурашев, В. С. Зыков и др., которые создали научные основы методов снижения техногенной безопасности при ведении подземных горных работ.

Содержание диссертационной работы представлено в автореферате в последовательности защищаемых научных положений.

1. При термодинамических условиях, обеспечивающих существование метана в виде твердого раствора по типу газового гидрата, при интенсивном трещинообразовании в некоторой зоне краевой части массива происходит диссоциация газовых гидратов, что вызывает в данной зоне повышение газового давления в 2 - 3 раза и играет основную роль в развитии внезапного выброса, а доля газа, полученного при диссоциации газовых гидратов, составляет около 50% от общего объема выброшенного газа.

Рассмотрим модель формирования выбросоопасной ситуации. При резком падении напряжений, происходящем в ходе ведения горных работ, или

при попадании в зону влияния выработки слоя угля ДХ с низкими прочностными свойствами в части угольного пласта, лежащей впереди забоя выработки, под действием давления газа из пор образуются трещины в плоскостях, ортогональных направлению наименьшего сжатия, т.е. параллельно поверхности забоя выработки (рис. I).

Образование ориентированной системы трещин в пласте в ряде случаев играет решающую роль в возникновении выбросоопасной ситуации. Это обусловлено двумя факторами. Во-первых, уменьшается прочность угля на разрыв (отрыв) в направлении, перпендикулярном плоскостям трещин и, значит, поверхности забоя.

Во-вторых, увеличивается отрывающая сила, действующая со стороны газа на берега трещин в этом же направлении. В зоне ориентированных трещин может появиться фильтрационная способность за счет взаимного пересечения трещин. Если силы трения, действующие в зоне перемятого угля, не могут уравновесить силы, обусловленные давлением газа в зоне ориентиро-

Рис. 1. Схема расположения слоя угля ДХ, в котором происходит диссоциация газовых гидратов

ванных трещин, происходит выброс с образованием волны дробления, развивающейся в глубь пласта.

Пусть в начальный момент времени (рис. 2) равновесное давление газа в угольном пласте составляет 1,7 МПа, что удовлетворяет экспериментальным измерениям давления газа в угольных пластах Кузбасса. По гипотезе акад. С. А. Христиановича, в некоторый момент времени в зоне предельно - напряженного состояния возможно резкое повышение напряжений в некоторой части пласта. Это может быть вызвано вхождением подготовительной выработки в зону повышенного горного давления (ПГД) или, согласно представлениям проф. Мурашева В. И., подготовительная выработка переходит из зоны крепких углей в зону нарушенных углей.

Под воздействием дополнительных нагрузок, вызванных горными работами, впереди забоя лавы угольный массив пластически деформируется и уплотняется за счет закрытия трещин и крупных пор, и пласт становится более монолитным и упругим, следовательно, газовое давление в порах начинает возрастать (рис. 2, участок аЬ). При дальнейшем росте напряжений, исчерпав пластические и псевдопла-

f

eî".

!

е 3 ?

^ е:

as"

,4/* J 4 1

\\

С 1

1

.бД 'D.Otl 0,012 iffl . 0ЙМ, '0,015 0,0)0 0,0)7

Бремя f, с

Рис. 2. Изменение давления со временем при исходной влажности угольного пласта: 1 -1%; 2 - 2%; 3 - 3%; 4 - давление равновесного состояния системы «уголь - поровая влага - газовые гидраты»

стические деформации, происходит отжим угля в сторону забоя, рост и раскрытие трещин. Акад. Христианович С. А. говорит о том, что начинается интенсивное трещинообразование в плоскости, ортогональной оси выработки, вследствие этого происходит увеличение порового пространства и снижение давления газа в зоне угля, лежащей непосредственно за зоной отжима (рис. 2, участок Ьс) подготовительной выработки.

При падении давления до значений ниже давления равновесного состояния системы «уголь - поровая влага - гидраты природного газа» начинаются два процесса: десорбция газа с поверхности макропор и трещин, а также диссоциация скоплений твердых растворов по типу газовых гидратов.

Рассчитаем объем газа, который выделится при диссоциации газовых гидратов, оценим конечное давление газа р вследствие процессов десорбции газа и диссоциации газовых гидратов и рассчитаем показатель выбросоопас-ности Л".

Результаты расчетов представлены в виде графиков на рис. 3 и 4.

14 i.6 2.0 г.ь э,о as «.о <,е б,о

jQasMMfi, UI7»

Рис. 3. Зависимость объемов выделившегося газа в слое разрушенного угля при падении давления Ро до значений давления pi вследствие: 1 - десорбции газа; 2 - диссоциации газовых гидратов; 3 - процессов 1 и 2.

5 МПа - начальное давление газа в массиве до разложения газовых гидратов

Рис. 4. Зависимость показателя выбросоопасности по В. И. Мураше-ву от различной степени разрушения угля впереди забоя выработки при: 1 - десорбции газа; 2 - выделении газа при диссоциации газовых гидратов; 3 - в результате процессов 1 и 2

Диссоциация газовых гидратов приводит к повышению в 2,0 - 3,0 раза давления в краевой зоне угольного пласта. Таким образом, при разрушении слоя угля одновременно идут два процесса: десорбция газа и диссоциация газовых гидратов. В результате оценки показателя выбросоопасности К" получили, что на формирование выбросоопасных ситуаций основное влияние оказывает диссоциация твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов. Так как газ, выделяющийся в результате диссоциации твердого раствора, играет основную роль в механизме внезапных выбросов угля и газа, интересным представляется вопрос сопоставления скорости подвигания границы разложения со скоростью «волны дробления» (табл. 1).

Таблица 1

Сопоставление скорости «волны дробления» и скорости подвигания границы зоны диссоциации твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов

Влажность угольного пласта, % Скорость «волны дробления», м/с Скорость подвигания границы зоны диссоциации твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов, м/с

1 9,30 5,27

2 10,19 4,08

3 10,43 3,46

Из табл. 1 видно, что скорость «волны дробления», рассчитанная по формуле акад. С. А. Христиановича, по порядку величины совпадает со скоростью подвигания границы зоны диссоциации твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов. Следовательно, диссоциация твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов может влиять на формирование выбросоопасной ситуации и возникновение внезапных выбросов угля и газа на участках угольного пласта с естественной влажностью, полностью замещая поровую влагу твердым раствором природного газа по типу газовых гидратов. Следовательно, задача повышения безопасности при проведении подготовительных выработок по выбросоопасным пластам сводится к практическому контролю зон возможного скопления твердого раствора природного газа по типу газовых гидратов.

2. Скорость подвигания границы разложения твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 % и по порядку величины совпадает со скоростью «волны дробления» при внезапном выбросе угля и газа.

Тепловой метод моделируется заданием теплового источника постоянной мощности, например источника высокочастотной электромагнитной энергии. Авторами Фатыховым М. А., Багаутдиновым Н. Я. оценивается

время нагрева и разложения газогид-ратной пробки в трубе. Полное разложение гидрата происходит приблизительно за 7,4 сут, причем разложение происходит сначала в пристеночной области трубы по всей длине газогид-ратной пробки, а также происходит попутное образование большого количества воды. В данном случае образование газовых гидратов в скважинах происходит на больших глубинах, и поэтому подобный механизм перехода из гидратного состояния в газ для внезапных выбросов не может играть роли и далее не рассматривается.

Метод разложения твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов с помощью понижения давления при условии изотермического процесса реализуется путем снижения давления в пористой среде ниже давления разложения при данной температуре (рис. 5). Рассмотрим задачу диссоциации газовых гидратов в краевой зоне угольного пласта, прилегающей к забою подготовительной выработки. В результате решения задачи необходимо установить зависимость изменения давления от времени и скорость подвигания границы диссоциации газовых гидратов.

Рис. 5. Схематичное представление способов освобождения газа из гидратов: 1 - метод понижения давления; 2 - тепловой метод

^ — Включения газовых

Рис. 6. Схема, поясняющая задачу о диссоциации газовых гидратов

Пусть в начальный момент времени в пористой среде находится газ в

двухфазном состоянии при давлении Ро и температуре Т (рис. 6); при этом часть пор занята гидратом (область 2), а часть - свободным газом (область 1). Если в некоторый момент времени давление в пласте (при х = /) мгновенно снижается до определенного значения Рг < Рр < Р0, где Рр(Т) - давление разложения гидрата при данной температуре, то в пласте образуются две области фильтрации газа с разными свойствами, разделенные подвижной границей разложения гидрата 1(1). При разложении гидрата выделяются газ и вода, но в некоторых случаях можно считать, что на подвижной границе с координатой /(1) вода присоединяется к породе пласта и поэтому ее фазовая проницаемость равна нулю. При этом несколько уменьшаются пористость и фазовая проницаемость газа в первой области. Фильтрация газа происходит в направлении к забою выработки, а поверхность 1(1) движется в обратном направлении.

Распределение давления в пласте описывается дифференциальным уравнением:

дгр; дх2

2 т„ц(дР„

К 1а

(и =1,2),

(1)

где ц - динамическая вязкость; к„ - фазовые проницаемости газа; Р„ - давление; индекс /7 = 1 относится к области 0 < х < Щ, а индекс п - 2 - к области Щ < х < °о; т - пористость. Зададим следующие граничные условия: Р](0,1) = Рг; Р2(оо, 1) = Р0 и начальные условия: Р2(х, 0) = Р0.

На поверхности разложения гидрата имеет место условие непрерывности давления: Р,(/, г) = Р2(/, 0 = Рр(Т), где Рр(Т) - давление разложения гидрата при постоянной пластовой температуре Т.

Результаты расчета скорости подвигания границы диссоциации и времени диссоциации газовых гидратов в виде шарообразных включений с радиусом порядка 1,5 мм представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты расчета скорости и времени диссоциации газовых гидратов в виде шарообразных включений в угольной матрице

Естественная влажность угольного пласта, % Скорость подвигания границы зоны диссоциации газовых гидратов, м/с Время подвигания границы зоны диссоциации газовых гидратов, с

1 5,27 0,95

2 4,08 1,23

3 3,46 1,45

Анализируя экспериментальные работы Максимова А. М., Якушева В. С., Чувилина Е. М. и исходя из того, что скорость подвигания границы диссоциации газовых гидратов понижается с ростом влажности, можно предположить, что гидратные образования влияют на выбросоопасность в том случае, когда они распределены по всему объему выбросоопасной зоны, а не представляют собой локальные скопления.

Следовательно, в угольных пластах диссоциация твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов может влиять на формирование выбросоопасных ситуаций, только когда осуществляется при резком понижении давления в пористой среде. Скорость диссоциации газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 %.

Суммарный объем газа при внезапном выбросе состоит из трех компонентов: «свободного газа», десорбирующегося газа и газа, который выделяется при диссоциации твердых растворов природных газов.

Объем «свободного» газа находится при решении уравнения Ван-дер-Ваальса относительно числа молей газа V:

Ру1 -(ЯТ + Ьр)Ууг + аУ2у - аЬУ3 =0, (2)

где Р - давление газа, Па; а, Ъ - постоянные Ван-дер-Ваальса для данного газа; V- объем «свободного» газа, м3; Л - универсальная газовая постоянная; Г - температура газа, К; V - число молей газа, моль.

Молекулы адсорбированного газа удерживаются на внутренней поверхности пор, но не проникают в силовое поле атомов и молекул угля: на расстоянии около 5 • 10"10 м от поверхности на газовую молекулу начинают действовать силы Ван-дер-Ваальса. Для двух геометрически произвольных систем А и В энергия дисперсионного взаимодействия определяется по следующей формуле:

С/(Д, 0) = - [сб (0) + С6 (2)Р2 (СО8(0)) + Сбм ]. (3)

Коэффициенты в квадратных скобках имеют следующий вид: С6(0) = |-^ .а* , где Л(«ч/ + 2.аЛ);

адЛ^а'.^-«'.«-).^.; (4)

4яе0

где и (Я, 0) - потенциальная энергия взаимодействия молекул метана с полярной группой Я-СООН углеродной поверхности, кДж/моль; Я - расстояние между центром молекулы метана и угольной поверхностью, м; Рг - диполь-ный момент угля, Б; © - угол между направлением действия наведенного дипольного момента молекулы метана и напряженностью поля, создаваемого поверхностью угля, град; а - тензор поляризуемости молекулы (индексом

«А» обозначена группа И-СООН, индексом «В» - молекула СНД м3; 1 - ионизационный потенциал молекулы, кДж/моль.

Далее были получены зависимости ^ = /(Я) сил притяжения между угольной поверхностью и молекулами метана от расстояний и рассчитаны силы действующие на молекулы метана при вакуумировании угольных пластов. Сравнивая ^ и можно сделать вывод о том, что из микропор газ добыть нет возможности; из переходных пор добывается лишь 23,3 % от общего объема «свободного» газа; из макропор - 15,2 %. Итого в пласте остается 61,5% газа в сорбированном состоянии, а в свободном - 38,5%.

Объем газа, который выделится при диссоциации газовых гидратов, находили по модели:

в =

кфРр-РС

1

Ц ег/(а)) 2фщ1

Ку-

Щ

(5)

УЗ (50%)

УЗ (46%)

т( 1 - а)/и

где ¡2 - дебит газа из гидратов на единицу длины; к1 = 0,94-10"14 м2 - фазовая проницаемость газа; И - мощность пласта, м; у. - 1,3-10"5 Н'с/м2 - вязкость газа; I - время, с; Рр - давление разложения газовых гидратов при данной температуре, МПа; а; и К] - параметры, зависящие от давления, влажности а, пористости т.

В качестве примера рассмотрим выброс, произошедший на шахте «Северная», пласт Владимировский (рис.7): масса выброшенного угля ш = 53 тыс. кг, объем выделившегося газа V = 4,5 тыс. м3. Температура пласта Т = 278 К, пластовое давление Р0 = 47,8 атм, газоносность пласта 25-10'3 м3/кг, пористость П - 0,056. Плотность угля р = 1420 кг/м3.

Расчеты показывают, что 50 % выбрасываемого газа - это газ, полученный при диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых

Рис. 7. Газовый баланс внезапного выброса угля и газа, произошедшего на ш. «Северная»: VI - доля свободного газа; У2 - доля сорбированного газа; УЗ - доля газа, выделившегося при диссоциации газовых гидратов

гидратов.

3. При отрицательных температурах удельное электрическое сопро-

тивление (УЭС) твердых растворов природных газов в 1,25 -1,50 раза ниже, чем УЭС в системе «угольная матрица - лед» при давлении 0,15 МПа, а при положительных температурах УЭС твердых растворов природных газов примерно в 1,5 - 2,0 раза выше, чем УЭС системы «угольная матрица - влага».

Для обнаружения газовых гидратов используются такие свойства гидратов, залегающих в пористой среде, как низкая электропроводность и прони-

цаемость, повышенная скорость прохождения акустических волн и ряд поисковых признаков, присущих этому виду природных ресурсов; аномальная величина диффузионных газовых потоков над гидратной залежью, понижение температуры залежи, изменение состава газов и опреснение пластовой воды при разработке газогидратной залежи (ГГЗ) и др.

Для изучения форм образования и существования гидратов природного газа в угольной матрице и скорости их диссоциации при повышении температуры студентами Кузбасского государственного технического университета Алексеевич А. А. и Солодкой О. Н. были проведены исследования в Российском государственном университете нефти и газа им. И. М. Губкина на кафедре физической и коллоидной химии под руководством д.х.н., проф., зав. каф. физической и коллоидной химии Винокурова В. А. и д.т.н., проф., зав. каф. физики КузГТУ Дырдина В. В.

Чтобы увидеть распределение гидратов метана в угольной матрице, в реактор, содержащий угольную матрицу, подводили газ и создавали определенные давление и температуру. Через некоторое время открывали и наблюдали россыпи кристаллов, состоящие из отдельных крупинок гидратов метана.

Таким образом, твердые растворы природных газов по типу газовых гидратов в угольной матрице могут существовать при положительных температурах (по шкале Цельсия). Можно получить газовый гидрат при температуре порядка +13°С, но при давлении 8,5 МПа (для чистого метана). При +5°С минимальное давление перехода в область гидрата составляет около 4 МПа. В зависимости от месторождения состав природного газа может меняться. При повышении доли пропана давление образования газовых гидратов будет значительно ниже.

Эти условия могут выполняться для выбросоопасных угольных пластов. Формирование выбросоопасных ситуаций в угольных пластах связано с диссоциацией гидратов метана, точнее, со скоростью диссоциации гидратов. Полученная форма газовых гидратов и их размеры свидетельствуют о том, что при резком снижении давления в слое пласта, находящемся впереди забоя выработки (на расстоянии примерно от 2 до 5 м), вся масса гидрата, содержащаяся в этом слое, начинает диссоциировать одновременно, что и способствует резкому всплеску давления газа в данной зоне.

Несмотря на то, что первые данные о природных гидратных образованиях в криолитозоне были получены в конце 60-х годов XX века, в настоящее время основной проблемой их изучения является сложность диагностирования и выявления в угольных пластах при интерпретации геофизических данных. В первую очередь это обусловлено близкими значениями ряда физических свойств гидратных и ледяных образований в горных породах. Поэтому представляет большой интерес экспериментальное изучение геофизических параметров и характеристик для льда и гидрата, в частности, удельного электрического сопротивления (УЭС).

В системах «угольная матрица-вода» и «угольная матрица-вода-газ» измерялось электрическое сопротивление при охлаждении камеры до - ТС, а

затем при нагревании до +5°С. Результаты измерений представлены в виде зависимостей УЭС от температуры (рис. 8 и 9), которое рассчитывалось по формуле:

0,367-Л , (2а)

р—7-Х у> (б)

где а и Ь - глубина заземления и радиус электрода, м; К - электрическое сопротивление, МОм.

Удельное электрическое сопротивление системы «угольная матрица -поровая влага - природный газ» для всех исследуемых точек достигает величины порядка 2400 МОм-м при температурах около -7°С, причем УЭС среды без газовых гидратов может достигать значений порядка 5000 МОм'м. Измерения показали, что УЭС среды, содержащей твердый раствор, при отрицательных температурах значительно ниже, чем у среды без них, так как при положительных температурах вода переходит в жидкое состояние, но твердый раствор природных газов по типу газовых гидратов при этом сохраняется.

Погрешность измерений, обусловленная приборами и экранирующим эффектом на краях образца, не превышала 8%. Зафиксированная разница УЭС системы «угольная матрица-вода» с газом и без него значительно превышает погрешность измерения, следовательно, можно предполагать, что УЭС массива может служить информативным параметром для обнаружения участков, содержащих гидраты природного газа.

Рис, 8. Зависимость УЭС р от температуры Т системы «угольная матрица -поровая влага» для пары электродов 4-4;

а) ■ - экспериментальные значения;

б) схема экспериментальной установки: Т - термопара для измерения температуры

а)

г ч/

О

1000

■Щ V" , 11

I ,.....'

1 ¿=зв,в1ае<,ма' ^ = 9,9292

я 1 ин /

И 1 ч И

Температура I, °С

Рис. 9. Зависимость УЭС р от температуры Т системы «угольная матрица - поровая влага - газ» для пар электродов 4-4;

а) ■ - экспериментальные значения;

А - область существования газовых гидратов при давлении 0,15 МПа;

б) схема экспериментальной установки: Т - термопара для измерения температуры

Отношение коэффициентов заземления в шахтных и лабораторных условиях составляет 0,29-103. Таким образом, величины УЭС в шахтных условиях по порядку величины соответствуют величинам, измеренным в лабораторных условиях. Следовательно, необходимо рассматривать не абсолютную величину УЭС, а оценивать отношение перепада УЭС.

УЭС угольного массива находят по формуле:

ьЛ

(7)

где К3 - коэффициент заземлителя, зависящий только от длины Ь3 и диаметра й3 измерительного электрода; Я - сопротивление массива, Ом. Для шахтных условий: Ь3 = 1 м; <4 = 0,042 м, тогда К3 = 1,98. Для лабораторных измерений коэффициент заземления рассчитаем по формуле полусферического заземлителя К3'= 2кг, где радиус электрода г = 0,0011 м. Тогда/С,^ 6,9Ы0"3.

4. Наличие твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в угольном массиве устанавливается по величине термодинамических параметров, а объем выделившегося газа при диссоциации -по соотношению УЭС и влажности массива.

В настоящее время известно, что природный газ в угольных пластах может находиться в трех состояниях: «свободном», сорбированном и гидратном при естественных условиях. Обнаружение газовых гидратов природного газа, которые могут повлиять на выбросоопасность, никак не учитывается в из-

вестных способах текущего прогноза. В связи с этим разработан способ определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах1:

1. Для условий разработки угольного пласта по величинам газового давления и температуры угольного пласта устанавливают возможность существования в угольном пласте газовых гидратов с помощью равновесной кривой фазового состояния системы «вода - природный газ» в угольной матрице (рис. 5).

2. В шахтных условиях в забое подготовительной или очистной выработки производят поинтервальное бурение скважины глубиной не менее 5,5 м с шагом 1,0 м и измеряют, начиная с расстояния 0,5 м, на каждом интервале выход буровой мелочи и начальную скорость газовыделения.

3. В пробуренной скважине измеряют удельное электросопротивление (УЭС) угольного пласта и строят график зависимости УЭС угольного пласта от расстояния вдоль оси скважины (рис. 10). По графику зависимости УЭС = /(I) определяют ширину зоны угольного пласта, содержащую газовые гидраты природного газа: на протяжении зоны отжима угля значение УЭС уменьшается не более чем на 30 %, а по мере выхода за зону влияния выработки принимает некоторое постоянное значение р\.

В зоне угольного пласта, содержащей газовые гидраты, УЭС угольного пласта будет равно р2-юс д

200.

100. S5-

Если отношение — = Р\

1,5

,1

—м 6.0

1.0 2,0 3,0 4,0 5,0

расстояние вдоль оси скважины, м

Рис. 10. График зависимости УЭС угольного пласта от расстояния вдоль оси скважины в глубь угольного массива

2,0, то эта зона содержит газовые гидраты. УЭС угольного пласта на расстоянии 3,4 - 4,1 м от забоя выработки превышает значение УЭС, характерное для зоны нетронутого массива (рис. 10), и отношение Pi 160

— =-= 1,8s, следовательно,

Р\ 85

данная зона угольного пласта содержит газовые гидраты, а ее ширина составляет 0,7 м.

4. Определяют число молей газа, содержащегося в гидратном состоянии в рассматриваемой зоне угольного пласта:

гидрата

М.„Лип

Р,

(8)

где Уугля - £7 - объем угля, в котором распределены кристаллы газовых гидратов (здесь 51 - площадь сечения выработки, м2; I - ширина зоны угольного пласта, содержащего газовые гидраты, м); Ж-влажность;

' 06.10.2011 г. по заявке №2010133198 получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

ргидрата ~ плотность кристаллогидратов природного газа, кг/м3; Мводы - молярная масса воды, кг/моль;

п - число молекул воды, приходящихся на одну молекулу газа в элементарной ячейке гидрата);

уу Р

р- гидратонасыщенность, р = ---(здесь реоды - плотность воды,

^ Р гидрата

кг/м3; е - масса газа в единице массы гидрата природного газа; ргидрата = 883 кг/м3).

5. По уравнению Ван-дер-Ваальса, с учетом числа молей газа V, находящихся в гидратном состоянии в зоне угольного пласта, рассчитывают прирост значения давления Р вследствие высвобождения газа из гидратного состояния:

ЯТ а

Р =

пир

О (9)

2 »

где Я. - универсальная газовая постоянная;

Т- термодинамическая температура пласта, К; аяЬ - коэффициенты Ван-дер-Ваальса для данного газа; Упор = Уугля-П- объем порового пространства, м3; V - число молей газа, содержащегося в газовых гидратах, моль. 6. Определяют показатель выбросоопасности как соотношение активных сил .Р0, стремящихся развязать внезапный выброс, и пассивных сил Р„, препятствующих этому по формулам:

1

^ ° 0 (10)

Р~ т0 + /3к~1

где Ра - активные силы;

т0 - пористость массива вне зоны влияния выработки; /? - параметр, зависящий от свойств угля и глубины разработки; А - величина отжима угля на кромке забоя после выемки очередной за-ходки, м;

Р0 - давление газа в угольном пласте, атм; Р - давление газа на кромке забоя, атм;

х - протяженность зоны влияния подготовительной выработки на напряженное состояние угольного массива, м; ^я - пассивные силы;

П- периметр выработки, пройденной по угольному массиву, м;

площадь обнаженного угольного массива в сечении выработки, м ; к'„ - коэффициент сцепления угля на кромке забоя нарушенного участка

пласта;

у' - параметр, зависящий от угла внутреннего трения угля; р - угол внутреннего трения нарушенного участка пласта, град.

Показатель

БЫбрОСООЛПСНОСП!

к1'. МШ>м ">11"~

Для практического использования разработанного способа для данного угольного пласта строят график зависимости показателя выбросоопасности

Я" от ширины зоны угольного пласта, содержащей газовые гидраты, для различной естественной влажности пласта (рис. 11).

Заключение о выбросоопасности данного участка угольного пласта делают с учетом ширины зоны угольного пласта, содержащей газовые гидраты, и естественной влажности угольного пласта по соответствующей заданным условиям кривой на рис. 11.

Данный порядок действий при осуществлении способа выявления выбро-соопасных зон в угольных

О 0,01 0;Щ. 0,03 0;04 0,05 0,00 0.07 0,08

ширина зоны пласта с газовыми пщрагами, м

Рис. 11. Зависимость показателя выбросоопасности от ширины зоны угольного пласта, содержащей газовые гидраты природного газа при естественной влажности угольного пласта: 1 - 0,5 %; 2 - 1 %; 3 - 1,5 %; 4 - 2 %; 5 - 3 %

пластах позволяет повысить надежность определения выбросоопасных зон в

угольных пластах за счет того, что учитывает дополнительный фактор в виде газовых гидратов, диссоциация которых и вносит основной вклад в газовый баланс при внезапных выбросах угля и газа.

В качестве примера использования способа, предложенного выше, рассмотрим результаты измерений на угольном пласте Владимировский шахты «Северная» (рис. 12).

Условия проведения измерений по пласту Владимировско-му: давление газа в угольном пласте Р0 = 26,4 атм; термодинамическая температура угольного пласта Т = 288 К; влажность IV = 1,5 %; глубина разработки Я = 370 м. УЭС Начальная максимальная ско-

рость газовыделения гтах = 20,0 л/мин; максимальный выход буровой мелочи = 14,0 л/м.

Рис. 12. Распределение потенциала ф, выхода штыба К, УЭС р и начальной скорости газоотдачи / впереди забоя подготовительной выработки (пласт Владимировский, шахта «Северная»). Опасно по внезапным выбросам угля и газа

1,2- зоны с резким перепадом значений

Определим по методу ВостНИИ показатель выбросоопасности:

В. = (20,0 - 4,0)(14,0 -1,6) - 6 = 192,4. Так как показатель выбросоопасности Л > 0, то проводим дополнительный расчет по вышеуказанной методике. Соотношение УЭС в зоне 1: в точках с координатами 4,0 и 3,5 м:

— = = 1,65. р, 2,125

Гидратонасыщенностъ пор:

1-0,126 883

Число молей газа в угольном пласте, которые находятся в гидратном состоянии:

7-0,36(1-0,015)883

у =_____,__0,019 = 136 моль.

0,018-17

Прирост давления газа составит:

Р= 7 03Д3?0288------у = 12,75 • 10! Па.

7-0,36-0,10 33 ^7-0,36-0,10 V

136 ' ( йб ;

Тогда конечное давление Рк = 26,4 + 12,75 = 39,15 атм. Показатель выбросоопасности для данных условий: Я" = +5,62. Следовательно, при исходной влажности угольного пласта 1,5 % и ширине зоны 0,36 м данная краевая часть угольного пласта опасна по внезапным выбросам угля и газа.

Соотношение УЭС в зоне 2: в точках с координатами 5,0 и 4,0 м:

Гидратонасыщенность пор:

^ = ^1 = 1,52. р, 2,125

_М15_.1000= 9 и 1-0,126 883 ' Число молей газа в угольном пласте, которые находятся в гидратном состоянии:

7-0,21(1-0,015)883 ПП,Л „„ „ ""-0,018-17 ■°'°19 = 79'4М0ЛЬ-

Прирост давления газа составит: 288

--3,3-10

Р- 8,31-288___0Д4 _

— '7-0,21.0,10--12'79'10 ^

7-0,21-0,10 ^ 1 5

79,4

79,4

Тогда конечное давление Рк = 26,4 + 12,79 = 39,19 атм. Показатель выбросоопасности для данных условий: Я" = +1,16.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи влияния диссоциации газовых гидратов на выбро-соопасность угольных пластов, позволяющей повысить точность текущего прогноза внезапных выбросов угля и газа для обеспечения безопасности горных работ в угольной отрасли и имеющей существенное значение для технической области знаний.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. Содержащийся в угле метан может находиться в различных фазовых состояниях: «свободном», сорбированном и в виде газовых гидратов. Для существующих глубин разработки на шахтах возможны значения давления и температуры, совпадающие с условиями существования природного газа в гидратном состоянии.

В угольных пластах диссоциация газовых гидратов природного газа может влиять на формирование выбросоопасных ситуаций только в случае, если осуществляется путем резкого понижения давления в пористой среде.

2. Установлена зависимость скорости диссоциации газовых гидратов от естественной влажности угольного пласта. Скорость диссоциации газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 %.

3. Газовый баланс внезапного выброса складывается из трех компонентов: «свободного газа», десорбирующегося газа и газа, который выделяется при диссоциации газовых гидратов. Доля газа, полученного при диссоциации газовых гидратов, составляет около 50 % от общего объема выброшенного газа.

4. Установлена зависимость давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации газовых гидратов. Диссоциация газовых гидратов приводит к повышению в 2,0 - 3,0 раза давления в краевой зоне угольного пласта и играет основную роль в формировании выбросоопасных ситуаций в случае полного замещения поровой влаги газовыми гидратами.

5. Получена закономерность изменения удельного электрического сопротивления (УЭС) системы «угольная матрица - газовые гидраты» в зависимости от давления и температуры. При отрицательных температурах удельное электрическое сопротивление системы «угольная матрица - газовые гидраты» в 1,25 - 1,50 раза ниже, чем УЭС в системе «угольная матрица - лед» при давлении 0,15 МПа. При положительных температурах УЭС системы «угольная матрица - газовые гидраты» примерно в 1,5 - 2,0 раза выше, чем УЭС системы «угольная матрица - влага».

6. Разработан способ определения потенциально выбросоопасных зон угольных пластов с учетом ширины зоны с газовыми гидратами. Заключение

о выбросоопасности участка угольного пласта производят по соотношению активных и пассивных сил с учетом влажности пласта и ширины зоны, содержащей газовые гидраты, которую определяют по соотношению УЭС соседних участков.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы

в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией РФ:

1. Шепелева, С.А. Анализ газовыделений при внезапных выбросах угля и газа [Текст] /С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Метан: сборник научных трудов по материалам симпозиума «Неделя горняка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) Mining Informational and analytical bulletin (scientific and Technical journal) - 2009. - № OB 11. - 432 с. - M.: Горная книга. - С. 249 - 252.

2. Дырдин, В.В. О формах связи метана в угольных пластах [Текст] / В.В. Дырдин, С.А. Шепелева // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2010. - №1. - С. 32 - 34.

3. Шепелева, С. А. О возможности участия кристаллогидратов метана во внезапных выбросах угля и газа [Текст] / С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. -2010. -№ 1.-С. 156-159.

4. Дырдин, В.В. Влияние газогидратов на формирование выбросоопас-ных ситуаций в угольных пластах [Текст] / В.В. Дырдин, С.А. Шепелева // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2010. - № 6. - С. 95 -98.

5. Шепелева, С. А. Газовыделение при внезапных выбросах угля и газа [Текст] / С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2011. - № 5. - С. 109 - 113.

6. Шепелева, С. А. Методика определения потенциально выбросо-опасных зон, содержащих метан в виде твердых растворов / С.А. Шепелева // Безопасность труда в промышленности. - 2011. - № 11.

в прочих изданиях и материалах конференций:

7. Шепелева, С.А. Расчет газовыделений в скважину при предварительной дегазации угольных пластов [Текст] / С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: сб, науч. статей под общей ред. В. Н. Фрянова. - Вып. 1. - Новокузнецк: СибГИУ, 2008. - С. 59 - 64.

8. Шепелева, С.А. Роль кристаллогидратов в проблеме внезапных выбросов в угольных пластах [Текст] / С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: сб. материалов 7-й Me-

ждународной науч.-техн. конф.; под общ. ред. В. Е. Кислякова. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - Ч. II. - С. 253 - 255.

9. Дырдин, В.В. Исследование удельного электрического сопротивления гидрата природного газа в угольной матрице [Текст] / В.В. Дырдин, С.А. Шепелева // Вестник Российской академии естественных наук. - 2010. -№12.-С. 38-41.

10. Шепелева, С.А. Роль диссоциации кристаллогидратов в газовом балансе внезапных выбросов при подземной разработке угольных пластов [Текст] / С.А. Шепелева, В.В. Дырдин // Проблемы недропользования: материалы IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции, 9-12 февраля 2010 г.; ИГД УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2010. -С. 582-586.

И. Дырдин, В.В. Математические модели расчета скорости диссоциации газовых гидратов в угольной матрице [Текст] / В.В. Дырдин, С.А. Шепелева, Д.С. Вершинин // Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений: материалы VI Российско-китайского симпозиума, 28 сентября 2010 г. / отв. ред. С. Д. Евменов; зам. отв. ред. В. Ю. Блюменштейн. - Кемерово: КузГТУ, 2010. - С. 333 - 337.

Подписано в печать « 21 » ноября 2011 г. Формат 60x84/16 Бумага белая писчая. Отпечатано на ризографе.

Уч. изд, л. 1,0. Тираж_экз. Заказ Ш

ГУ КузГТУ, 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 а.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние изученности вопроса. Газодинамические явления в угольных пластах, методы их прогноза и предупреждения.

1.1 Общие сведения о внезапных выбросах угля и газа.

1.2 Особенность в распределении газодинамических явлений в Кузбассе.

1.3 Система «уголь-газ» и выбросоопасность.

1.4 Методы прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

1.5 О формах связи молекул метана в угольном пласте.

1.6 Основные представления о газовых гидратах.

ВЫВОДЫ. Цель и задачи исследований.

2. Теоретические исследования участия твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в процессе внезапного выброса угля и газа.

2.1 Роль диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в газовом балансе внезапных выбросов при подземной разработке угольных пластов.

2.2 Влияние твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов на формирование выбросоопасных ситуаций в угольных пластах.

ВЫВОДЫ.

3. Математические модели диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов.

3.1 Основные модели диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов.

3.2 Тепловой метод.

3.3 Модель понижения давления.

ВЫВОДЫ.

4. Разработка способа выявления в угольных пластах зон, содержащих твердый раствор природных газов по типу газовых гидратов.

4.1 Общие принципы обнаружения залежей газовых гидратов.

4.2 Лабораторные исследования формы скопления газовых гидратов в угольной матрице.

4.3 Изучение электрических свойств углей.

4.4 Изучение УЭС системы «угольная матрица - влага - газ» при различных температурах.

4.5 Разработка способа определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах.

4.6 Экспериментальная проверка способа определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах на основе шахтных измерений.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы. Предупреждение газодинамических явлений -одна из сложных задач обеспечения безопасности при подземной разработке угольных пластов. До сегодняшнего времени она остается актуальной для угольных месторождений Кузбасса. Существующие методы регионального и текущего прогноза и предупреждения внезапных выбросов угля и газа не позволяют однозначно решать поставленную задачу.

При подземной разработке угольных пластов в ряде случаев происходят различные газодинамические явления, в том числе внезапные выбросы угля и газа. Данные явления сопровождаются выбросом сотен тонн измельченного угля и десятков тысяч кубометров природного газа. В ряде случаев они сопровождаются не только разрушением горных выработок, машин и механизмов, но и смертельным травмированием горнорабочих.

Проблема внезапных выбросов для угольных месторождений Кузбасса начинает остро вставать при достижении определенных глубин, значение которых колеблется для разных пластов от 250 до 550 м.

Несмотря на то, что угольный пласт с определенной глубины отнесен к угрожаемым или опасным по внезапным выбросам угля и газа, выбросы происходят нерегулярно и не на всей территории шахтного поля, а в определенных точках. И это связано с дополнительными факторами, которые до сих пор не учитывались ни при разработке теории внезапных выбросов, ни при разработке методов их предупреждения.

Для существующих глубин разработки на шахтах Кузбасса характерны термодинамические параметры, предполагающие наличие в угольных пластах твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, которые при определенных условиях могут интенсивно диссоциировать и участвовать в образовании выбросоопасных ситуаций, поэтому задача разработки метода оценки выбросоопасности угольных пластов с учетом влияния твердых растворов природных газов является актуальной.

Объектом исследований являются краевые зоны выбросоопасных угольных пластов.

Предметом исследований является влияние диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов на выбросоопасность в краевых зонах угольных пластов.

Целыо работы является исследование влияния диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов при определенных термодинамических условиях на выбросоопасность краевых зон угольных пластов для повышения точности текущего прогноза.

Идея работы состоит в том, что природный газ в угольных пластах при определенных термодинамических параметрах может находиться в связях по типу газовых гидратов, которые при диссоциации могут выделять дополнительно большие объемы свободного газа и тем самым влиять на формирование выбросоопасных ситуаций.

Для достижения поставленной цели в рамках данной диссертационной работы должны быть решены следующие задачи исследования:

1. Оценить вклад диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в газовый баланс внезапного выброса угля и газа и их влияние на формирование выбросоопасных ситуаций.

2. Изучить закономерности диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов при понижении давления газа в угольном пласте.

3. Разработать методику выявления в угольных пластах зон, содержащих твердые растворы природных газов по типу газовых гидратов.

4. Разработать способ определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах.

Методы исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований, включающий в себя:

- анализ и обобщение производственных данных о внезапных выбросах угля и газа в шахтах;

- лабораторные исследования зависимости электросопротивления системы «угольная матрица - поровая влага - газ» от термодинамических параметров (температуры и давления);

- статистические методы обработки экспериментальных данных;

- численное математическое моделирование.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При термодинамических условиях, обеспечивающих существование метана в виде твердого раствора по типу газового гидрата, при интенсивном трещинообразовании в некоторой зоне краевой части массива происходит диссоциация газовых гидратов, что вызывает в данной зоне повышение газового давления в 2 - 3 раза и играет основную роль в развитии внезапного выброса, а доля газа, полученного при диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, составляет около 50% от общего объема выброшенного газа.

2. Скорость подвигания границы разложения твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 % и по порядку величины совпадает со скоростью «волны дробления» при внезапном выбросе угля и газа.

3. При отрицательных температурах удельное электрическое сопротивление (УЭС) твердых растворов природных газов в 1,25 - 1,50 раза ниже, чем УЭС в системе «угольная матрица - лед» при давлении 0,15 МПа, а при положительных температурах УЭС твердых растворов природных газов примерно в 1,5 - 2,0 раза выше, чем УЭС системы «угольная матрица -влага».

4. Наличие твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в угольном массиве устанавливается по величине термодинамических параметров, а объем выделившегося газа при диссоциации - по соотношению УЭС и влажности массива.

Научная новизна работы:

• установлена зависимость давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов;

• установлена зависимость скорости диссоциации газовых гидратов от естественной влажности угольного пласта;

• получена закономерность изменения удельного электрического сопротивления твердых растворов природных газов в угольной матрице в зависимости от давления и температуры;

• разработан способ определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах с учетом ширины зоны с твердым раствором природных газов по типу газовых гидратов.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что при оценке выбросоопасности угольных пластов дополнительно учитывается диссоциация твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов, влияющая на величину активных сил.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается:

• применением основных положений классической термодинамики, механики сплошных сред и статистической обработки экспериментальных данных;

• использованием стандартных методик и приборов для определения физических свойств системы «угольная матрица - поровая влага -природный газ».

Личный вклад автора заключается:

• в постановке задач, обработке и анализе результатов теоретических и лабораторных исследований, направленных на выявление влияния диссоциации газовых гидратов на формирование выбросоопасных ситуаций в угольных пластах;

• в разработке математической модели для установления зависимости давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации газовых гидратов;

• в разработке и испытании способа измерения удельного электрического сопротивления твердых растворов природных газов в угольной матрице;

• в разработке методики определения ширины зоны угольного пласта, содержащей газовые гидраты.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей диссоциации твердых растворов природных газов по типу газовых гидратов в краевых зонах угольных пластов при подземной разработке месторождений, расширяющих представления о механизме внезапных выбросов угля и газа.

Практическое значение работы заключается в разработке способа определения потенциально выбросоопасных зон в угольных пластах с учетом ширины зоны с твердым раствором природных газов, что позволяет повысить точность прогноза внезапных выбросов и обеспечить безопасность при подземной отработке пластов, угрожаемых и опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Реализация работы. Результаты работы будут переданы в качестве дополнения к действующей «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» после согласования в установленном порядке для использования в ОАО «НЦ ВостНИИ» и в других научных учреждениях и организациях, а также используются при чтении курсов лекций «Физика твердого тела» и «Термодинамика» в Кузбасском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и выводы работы в период ее выполнения докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (26 - 30 января 2009 г., Москва, МГГУ); IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (9-12 февраля 2010 г., Екатеринбург, ИГД УрО РАН); VI Российско-китайском симпозиуме «Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений» (27 - 30 сентября 2010 г., Кемерово, КузГТУ); в ОАО «НЦ ВостНИИ» и др.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано И научных работ, в том числе 6 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 114 страниц текста, 28 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 105 наименований.

ВЫВОДЫ

Выполненные лабораторные исследования по изучению системы «угольная матрица - поровая влага - природный газ» позволяют сделать следующие выводы:

• распределение твердого раствора природных газов по типу газовых гидратов в угольной матрице представляет собой россыпь отдельных крупинок, радиус которых зависит от природной влажности угольного пласта и размера пор.

• Зависимость УЭС от температуры для системы «угольная матрица -поровая влага» представляет собой кривую, которая возрастает при понижении температуры ниже -2°С. УЭС системы «угольная матрица - поровая влага -природный газ» также возрастает с понижением температуры. Однако, УЭС среды, содержащей твердый раствор природных газов по типу газовых гидратов, значительно ниже, чем у среды без них.

• УЭС системы «угольная матрица - поровая влага - природный газ» для всех исследуемых точек не превышает 2500 МОм-м при температурах ниже -7°С, при том, что УЭС среды без твердого раствора природных газов может достигать значений выше 5000 МОм-м. При положительных температурах УЭС массива с твердым раствором природных газов в 1,5 - 2,0 раза выше по сравнению с УЭС участков, содержащих влагу.

• Разработан способ оценки потенциально выбросоопасных зон угольного пласта с учетом ширины зоны с газовыми гидратами. Заключение о выбросоопасности участка угольного пласта производят по соотношению активных и пассивных сил с учетом влажности пласта и ширины зоны, содержащей твердый раствор природных газов по типу газовых гидратов, которую определяют по соотношению УЭС соседних участков.

• Разработанный способ проверен по данным шахтных измерений. Он дал удовлетворительную сходимость с реальной выбросоопасностью участков угольного пласта, где производились измерения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи влияния диссоциации газовых гидратов на выбросоопасность угольных пластов, позволяющей повысить точность текущего прогноза внезапных выбросов угля и газа для обеспечения безопасности горных работ в угольной отрасли и имеющей существенное значение для технической области знаний.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. Содержащийся в угле метан может находиться в различных фазовых состояниях: «свободном», сорбированном и в виде газовых гидратов. Для существующих глубин разработки на шахтах возможны значения давления и температуры, совпадающие с условиями существования природного газа в гидратном состоянии.

В угольных пластах диссоциация газовых гидратов природного газа может влиять на формирование выбросоопасных ситуаций только в случае, если осуществляется путем резкого понижения давления в пористой среде.

2. Установлена зависимость скорости диссоциации газовых гидратов от естественной влажности угольного пласта. Скорость диссоциации газовых гидратов повышается с 3,5 до 5,3 м/с при понижении естественной влажности угольного пласта с 3,0 до 1,0 %.

3. Газовый баланс внезапного выброса складывается из трех компонентов: «свободного газа», десорбирующегося газа и газа, который выделяется при диссоциации газовых гидратов. Доля газа, полученного при диссоциации газовых гидратов, составляет около 50 % от общего объема выброшенного газа.

4. Установлена зависимость давления газа в краевой зоне угольного пласта от объема газа, выделяющегося при диссоциации газовых гидратов.

Диссоциация газовых гидратов приводит к повышению в 2,0 - 3,0 раза давления в краевой зоне угольного пласта и играет основную роль в формировании выбросоопасных ситуаций в случае полного замещения поровой влаги газовыми гидратами.

5. Получена закономерность изменения удельного электрического сопротивления (УЭС) системы «угольная матрица - газовые гидраты» в зависимости от давления и температуры. При отрицательных температурах удельное электрическое сопротивление системы «угольная матрица -газовые гидраты» в 1,25 - 1,50 раза ниже, чем УЭС в системе «угольная матрица - лед» при давлении 0,15 МПа. При положительных температурах УЭС системы «угольная матрица - газовые гидраты» примерно в 1,5 - 2,0 раза выше, чем УЭС системы «угольная матрица - влага».

6. Разработан способ определения потенциально выбросоопасных зон угольных пластов с учетом ширины зоны с газовыми гидратами. Заключение о выбросоопасности участка угольного пласта производят по соотношению активных и пассивных сил с учетом влажности пласта и ширины зоны, содержащей газовые гидраты, которую определяют по соотношению УЭС соседних участков.

1. А. с. СССР № 1222853. Способ акустического прогноза выбросоопасносги угольных пластов и устройство для его осуществления / С. В. Мирер и др. -Опубл. 07.04.86, Бюл. № 13. - С. 130.

2. А. с. СССР № 1696729. М. кл. Е 21 Б 5/00. Способ прогноза выбросоопасности в очистном или подготовительном забое / Г. И. Колчин и др.-Опубл. 07.12.91, Бюл. №45.

3. Айруни А. Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах Текст. / А. Т. Айруни. М.: Наука, 1987. - 310 с.

4. Бабенко В. С. Сопоставление различных критериев выбросоопасности угольных пластов при проведении подготовительной выработки Текст. / В. С. Бабенко, Е. С. Ткаченко, Е. И. Зеленская // Уголь. 1991. - №7. - С. 60-61.

5. Баренблатт Г. И. Движение жидкостей и газов в природных пластах // Г. И. Баренблатт, В. М. Ентов, В. М. Рыжик / М.: Недра, 1984. 211 с.

6. Безверхий П. П. Коэффициенты диффузии метана. Процесс растворения газа // П. П. Безверхий, В. Г. Мартынец, Э. В. Матизен / Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения, 2002. Приложение к спецвыпуску № 10.

7. Бич Я. А. Исследование условий возникновения внезапных выбросов и горных ударов Текст. / А. Я. Бич. Л.: Недра, 1961. - 268 с.

8. Бобров И. А. Совершенствование способа прогноза выбросоопасности по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала для подготовительных выработок, проводимых буровзрывным способом. Автореф. дисс.канд. тех. наук. -М., 1994.-21 с.

9. Бобров И. В. Причины выбросов при проведении выработок в шахтах Донецкого бассейна Текст. / И. В. Бобров // Уголь Украины. 1966. - №1.

10. Бык С. Ш. Газовые гидраты // Бык С. Ш., Макогон Ю. Ф., Фомина В. И. -М.: Химия, 1980.- 296 с.

11. Вейсс Р. Физика твердого тела: пер. с англ. Н. П. Зверевой, JI. В. Мигунова; под ред. Н. Т. Чеботарева М.: Атомиздат, 1968. - 456 с.

12. Веригин Н. Н. Линейная задача о разложении гидратов газа в пористой среде / Веригин Н. Н., Хабибуллин И. Л., Халиков Г. А. // Известия АН СССР, МЖГ,- 1980.-№1,-С. 174- 177.

13. Гинсбург Г. Д., Соловьев В. А. Геологические модели газогидратообразования // Литология и полезные ископаемые. № 2. -1990 г. - С. 76 - 87.

14. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1984. - 306 с.

15. Докукин А. В. Основные проблемы горной науки, М.: Недра, 1979,

16. Дырдин В. В. Термодинамика: учеб. пособие / В. В. Дырдин, А. А. Мальшин, Т. И. Янина, И. С. Ёлкин; ГУ КузГТУ. Кемерово, 2005. - 148 с.

17. Дырдин В. В., Шиканов А. И., Егоров О. П. Оценка ударо- и выбросоопасности увлажненных зон угольных пластов / Дырдин В. В., Шиканов А. И., Егоров О. П., Набатников Ю. П., Ильиных А. А., Колмагоров В. М. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 134 с.

18. Дырдин В. В., Нестеров А. Н., Солодкая О. Н., Алексеевич А. А. К вопросу разработки технологии проведения подготовительных выработок по угольным пластам, склонным к внезапным выбросам угля и газа / Вестник КузГТУ 2010. - № 2. - С. 48 - 50.

19. Дядин Ю. А., Гущин А. Л. Газовые гидраты / Соросовский образовательный журнал. -№ 3.-1998.-С. 55-64.

20. Загорученко В. А., Журавлев А. М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана / Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров СССР. М., 1969 г. 236 с.

21. Зенин А. Г. Внезапные выбросы и участие в них метана в гидратом состоянии (Отклик на статью) // Безопасность труда в промышленности -№11.-1974 г. С. 57 - 58.

22. Зенин А. Г. Гидраты и внезапные выбросы // -Уголь.-1973.-№11.-С. 12-13.

23. Зорин А. Н. Акустический способ контроля выбросоопасности пород при комбайновой проходке / А. Н. Зорин, Е. Д. Ковтун, И. И. Качан // Уголь Украины. 1987. - №2. - С. 29 - 30.

24. Зубков А. В. Геомеханика и геотехнология / А. В. Зубков. -Екатеринбург: Урал. Отд-ние, Ин-т горн. Дела, 2001. 335 с.

25. Зыков В. С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2010.-333 с.

26. Зыков В. С. Прогноз и предотвращение внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт / В. С. Зыков, П. В. Егоров, П. В. Потапов и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - 198 с.

27. Зыков В. С. Прогноз и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах: учеб. пособие / В. С. Зыков, П. В. Егоров, В. В. Сидорчук, С. Е. Решетов; Кузбас. гос. техн. ун-т. Кемерово, 1999. - 171 с.

28. Зыков В. С., Егоров О. П. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах: учебное пособие. Кемерово, 2003. - 182 с.

29. Иванов Б. М. Механические и физико-химические свойства углей выбросоопасных пластов Текст. / Б. М. Иванов, Г. Н. Фейт, М. Ф. Яновская. -М.: Наука, 1979. -194 с.

30. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М. - 2010.

31. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. М:Недра, 1977-96с.

32. Иофис М. А. Инженерная Геомеханика при подземных разработках Текст. / М. А. Иофис, А. И. Шмелев. М.: Недра, 1985. - 248 с.

33. Каталог внезапных выбросов угля и газа по шахтам восточных и северных месторождений страны за 1975 -1982 гг. Кемерово: ВосгНИИ, 1983.

34. Каталог внезапных выбросов угля и газа по шахтам восточных и северных месторождений страны за 1980 г. Кемерово: ВостНИИ, 1981.

35. Кнуренко В. А. Зональность газодинамических явлений в шахтах Кузбасса/ В. А. Кнуренко, В. А. Рудаков. Кемерово: КузГТУ, 1998.- 227 с.

36. Кузнецов Ф. А. Газовые гидраты: исторический экскурс, современное состояние, перспективы исследований / Ф. А. Кузнецов, В. А. Истомин, Т. В. Родионова // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). № 3. -т. XLVII -2003 г.-С. 5- 18.

37. Кусов Н. Ф. Воздействие механической нагрузки на состояние системы метан-уголь / Кусов Н. Ф., Марцинкевич Г. И., Кузнецова С. Н. // Вопросы внезапных выбросов угля и газа в угольных шахтах. Научные сообщения, выпуск 195. М., 1981.-С. 46- 54.

38. Лазун С. А. О фотоэлектрическом эффекте в ископаемых углях / С. А. Лазун, Г. И. Петкевич, В. С. Сизоненко, С. А. Фуртан. // Химия твердого топлива. 1980. - №2. - с. 12 - 15.

39. Ларионов В. Р. Перспективы практического использования газовых гидратов в горном деле // В. Р. Ларионов, С. М. Федосеев, Б. Д. Иванов // Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1993. 226 с.

40. Макогон Ю. Ф. Гидраты природных газов. М.: Недра, 1974,- 208 с.

41. Макогон Ю. Ф., Морозов И. Ф. Внезапные выбросы и участие в них метана в гидратном состоянии // Безопасность труда в промышленности. № 12.- 1973 г.-С. 36-37.

42. Макогон Ю. Ф., Саркисьянц Г. А. Предупреждение образования гидратов при добыче и транспорте газа. М.: Недра - 1966.

43. Максимов А. М. Оценка возможности выбросов газа при разложении газовых гидратов в пласте / А. М. Максимов, В. С. Якушев, Е. М. Чувилин // Доклады Академии наук. 1997. - том 352, № 4. - С. 532 - 534.

44. Методика выявления выбросоопасной угольной пачки при текущем прогнозе выбросоопасности / составители: Зыков В. С., Фейт Г. Н., Кемерово, 1992. 10 с.

45. Методика дифференцированного текущего прогноза опасности газодинамических явлений, выбора и контроля эффективности способов их предотвращения для условий восточных районов. Кемерово: ВостНИИ, 1979. -16 с.

46. Методика по прогнозу выбросоопасных угольных пластов по изменению температуры их в призабойной части. Киев: Ин-т технической теплофизики АН Украинской ССР, 1988.

47. Механика и физика динамических явлений в шахтах / А. Н. Зорин, В. Г. Колесников, К. К. Софийский и др. Киев: Наукова думка, 1979. - 168 с.

48. Москаленко Э. М., Ю. Ф. Макогон, В. А. Дрындин Прогнозирование выбросоопасных зон в угольных пластах. Учебное пособие. М. 1982. 72 с.

49. Мурашев В. И. Механизм развязывания внезапных выбросов угля и газа в горных выработках // Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа.- М.: Недра, 1978.-С. 140-161.

50. Мясников А. А., Садохин В. П., Жирнова Т. С. Применение ЭВМ для решения задач управления метановыделением в шахтах. М.: Недра, 1977. -248 с.

51. Нефедьев Ю. Ф. Результаты замеров давления газа в угольных пластах Кузбасса / Нефедьев Ю. Ф., Иванов А. К. // Вопросы безопасности в угольных шахтах. Труды ВостНИИ, том V, М.: Недра, 1964. - С. 23-33.

52. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа / Институт горного дела им. А. А. Скочинского (ИГД), М.: Недра. 1978 г. - 164 с.

53. Петросян А. Э. Выделение метана в угольных шахтах. М, Наука, 1975 -188 с.

54. Петросян А. Э. Исследование процессов возникновения внезапных выбросов угля и газа / А. Э. Петросян, М. Ф. Яновская, Б. М. Иванов, В. Г. Крупеня. М.: Наука, 1978.

55. Петухов И. М. Механика горных ударов и выбросов / И. М. Петухов, А. М. Линьков. М.: Недра, 1983. 280 с.

56. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05. Выпуск 11 / Колл. авт. М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - 296 с.

57. Предотвращение динамических и газодинамических явлений при подземной разработке угольных пластов / Е. А. Плотников, В. В. Дырдин, И. С. Ёлкин, Т. Н. Гвоздкова. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. - 159 с.

58. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах. Сборник документов / Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России». М., 2004. 204 с.

59. Расчетные методы в механике горных пород и выбросов: справочное пособие Текст. / И. М. Петухов, А. М. Линьков, В. С. Сидоров [и др.]. М.: Недра, 1992.-256 с.

60. Скочинский А. А., Ходот В. В. и др. Метан в угольных пластах. -Углетехиздат, 1958. 240 с.

61. Создание способов и средств для разработки выбросоопасных угольных пластов. Научные сообщения. Вып. 169, М.: ИГД, 1978.

62. Степанович Г. Я. Об участии во внезапных выбросах метана в гидратном состоянии // Г. Я. Степанович, В. И. Николин, Б. Н. Недосекин / Безопасность труда в промышленности. № 6. - 1974 г. - С. 57 - 58.

63. Структурная химия углерода и углей. Под ред. В. И Касаточкина. М.: Наука, 1969.

64. Суровцев Б. Г. Определение выбросоопасности угольных пластов Донбасса по данным геофизических исследований / Б. Г. Суровцев, Н. К. Ступак, В. Н. Холин // Уголь Украины. 1977. - № 9. - с.

65. Тарасов Б. Г. Геоэлектрический контроль состояния массивов / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов. -М.: Недра, 1983. 216 с.

66. Тарасов Б. Г. Использование геоэлектрических полей в горном деле (рудничная геоэлектрика) / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов / Учебное пособие. Кемерово, 1974. - 208 с.

67. Тарасов Б. Г. Определение расстояния от контура горных выработок до максимума опорного давления. Безопасностыруда в промышленности, 1979, №2,

68. Тарасов Б. Г. Физический контроль массивов горных пород / Б. Г. Тарасов, В. В. Иванов, В. В. Дырдин, А. Н. Фокин /М.: Недра, 1994. 240 с.

69. Тарасов Б. Г., Колмаков В. А. Газовый барьер угольных шахт. М.: Недра, 1978.-200 с.

70. Теоретические основы и рекомендации к разработке газогидратных залежей / Науч. ред. Б. А. Красовицкий. Якутск : Изд-во Якутского филиала СО АН СССР, 1975.

71. Требин Ф. А. О кинетике гидратообразования природных газов / Ф. А. Требин, В. А. Хорошилов, В. А Демченко // Газовая промышленность № 6 -1966- с.

72. Трофимук А. А. Газогидратные залежи новый резерв энергетических ресурсов / Трофимук А. А., Макогон Ю. Ф., Толкачев М. В. // - Геология нефти и газа - 1981 - №10. - С.

73. Фатыхов М. А. Расчетные исследования разложения газогидрата в скважине при воздействии высокочастотной электромагнитной волны / М. А. Фатыхов, Н. Я. Багаутдинов // Нефтегазовое дело. 2007. - www.ogbus.ru.

74. Федосеев С. М. Газовые гидраты криолитозоны / Наука и образование. -№ 1 (41).-2006 г.-С. 22-27.

75. Хмелевский В. К. Основной курс электроразведки. Ч. 1. Электроразведка постоянным током. М.: Издательство Московского университета, 1970. 245 с.

76. Ходот В. В. Внезапные выбросы угля и газа. М., ГНТИ, 1961,- 363 с.

77. Христианович С. А. О волне дробления // Известия АН СССР, ОТН. -1953. -№12.-С. 1689-1699.

78. Христианович С. А., Салганик Р. Л. Внезапные выбросы угля (породы) и газа. Напряжения и деформации // Препринт ИП Мех АН СССР. М., 1980. №153

79. Чернов О. И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / Чернов О. И, Пузырев В. Н. М.: Недра, 1979.- 296 с.

80. Чернов О. И., Розанцев Е. С. Предупреждение внезапных выбросов угля и газа в угольных шахтах. М.: Недра - 1965. - 212 с.

81. Шадрин А. В. Акустическая эмиссия выбросоопасных пластов. Обзорная информация / А. В. Шадрин, В. С. Зыков // ЦНИЭИуголь. М., 1991. - 42 с.

82. Шадрин А. В. Критерии выбросоопасности, применяемые для угольных шахт Кузбасса Текст. / А. В. Шадрин, П. В. Егоров, С. Е. Трусов // Вестник КузГТУ. 2003. - №4. - С. 14 - 20.

83. Шаталов В. А. Зональность внезапных выбросов угля и газа на шахтах Донбасса Текст. / В. А. Шаталов. М.: Госгортехиздат, 1962. - 216 с.

84. Шахты Кузбасса: справочник Текст. /В. Е. Братин [и др.].-М: Недра, 1994.-352 с.

85. Шепелева С. А., Дырдин В. В. Влияние газогидратов на формирование выбросоопасных ситуаций в угольных пластах // Известия высших учебных заведений. Горный журнал № 6 - 2010 - С. 95 - 98.

86. B. Н. Фрянова. Новокузнецк, 2008.

87. Шлиомувичус Я. Г. Изучение механических свойств углей различной влажности Текст. / Я. Г. Шлиомувичус // Вопросы горного давления. Новосибирск, 1964. - №3.

88. Эттингер И.Л., Шульман Н.В. Распределение метана в порах ископаемых углей. М.: Наука, 1975. 112 с.

89. Эттингер И. JI. Условия существования гидратов газов в угольных пластах // Безопасность труда в промышленности. 1974. - № 2. - С.30-32.

90. Якушев В. С. Газовые гидраты в отложениях материков и островов / В.

91. C. Якушев, Е. В. Перлова, Н А. Махонина, Е. М. Чувилин, Е. В. Козлова // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). № 3. - т. XLVII-2003r.-C.80-90.

92. Hafemann D. R., Miller S. L. The Clathrate Hydrates of Cyclopropane // J. Phys. Chem. 1969. V. 73, N. 5. P. 1392 1397.

93. Hanson D. R. Rock stability analysis by acoustic spectroscopy. Mining Engeneering, Vol. 37, # 1. January 1985, p. 54 60.

94. Natural Gas Hydrates: Properties, Occurrence and Recovery / Ed. T. L. Cox Boston: Butherworth Publ. (USA), 1983. 125 p.

95. Platteeuw J. C., Van der Waals J. H. Mol. Phys., 1958, v. 1, p. 91 96.

96. Sloan, E. Dendy. Clathrate Hydrates of Natural Gases 3rd ed. / E. Dendy Sloan, Carolyn A. Koh. p. cm. - Chemical industries series. CRC Press, 2008. - 731 p.

97. Some Physical and Thermophysical Properties of Clathrate Hydrates / Davidson D. W., Desando M. A., Gough S. R., Handa Y. P., Ratcliffe C. J., Ripmeester T. A., Tse J. S. // J. Incl. Phenom. 1987. V. 5. P. 219 223.

98. The Ability of Small Molecules to From Clathrate Hydrate of Structure II / Davidson D. W., Handa Y. P., Ratcliffe C. J., Tse J. S. // Nature. 1984. V. 311, N 5982. P. 142- 143.

99. Van der Waals J. H. The Statistical Mechanics of Clathrates Compounds // Trans. Faraday Soc. 1956. V. 52, N 2. P. 184 193.

100. Van der Waals J. PI., Platteeuw J. C. Adv. Chem. Phys., 1959, v. 2, p. 1 57.