Газоносность каменных углей


 

При изучении каменноугольных газов определяют не только состав, но и газоносность углей, т. е. количество газа, приходящееся на единицу веса угля. Обычно эту газоносность исчисляют

Рис. 9.2. Изотермы сорбции газов углем Донецкого бассейна

в кубических метрах на 1 т угля. Установлено, что газоносность углей увеличивается с глубиной и в пластах, залегающих на глубине 1–2 км, достигает нескольких десятков кубических метров в 1 т угля. В порах угля газ находится в свободном состоянии, большая часть газа адсорбирована углем. По данным К. Поттейского (1951 г.), при давлении 50 кГ/см2 около 90% газа находится в адсорбированном состоянии. При давлении 100 кГ/см2 доля сорбированного газа составляет около 83%. Соотношение сорбированного и свободного газа естественно зависит от пористости угля, и у разных его сортов это соотношение будет неодинаковым. По некоторым данным доля свободного метанового газа в углях составляет от 5 до 22%. При давлении 100 кГ/см2 она увеличивается до 36%, а при давлении 800 кГ/см2 – до 65%. Это увеличение доли свободного газа обусловлено тем, что при больших давлениях количество сорбированного газа возрастает не пропорционально давлению, а гораздо медленнее. В свободном состоянии газ находится в угле как в сообщающихся, так и в закрытых порах. Доля закрытых пор в общей пористости углей бывает значительной, достигает иногда 30% и даже 50%.

Для определения газоносности и в первую очередь метаноносности углей было проведено много исследований. Газоносность углей зависит не только от давления, но и от температуры и типа или метаморфизма угля. Из основных газообразных компонентов углей в наименьшей степени сорбируется азот, более значительно метан и еще более углекислый газ. Сорбция углями тяжелых углеводородов еще более высока, особенно пропана, бутана и более тяжелых.

Опытные данные, полученные при лабораторных исследованиях некоторых углей Кузбасса, показали, что при 20°С сорбция углекислого газа при атмосферном давлении составляет от 10 до 15 мл/г, сорбция метана – от 2,5 до 4,5 мл/г, а сорбция азота – от 0,5 до 1,5 мл/г. На рис. 9.2, по данным И. Л. Эттингера (1966 г.), приведены изотермы сорбции СО2 и СН4 на одном из образцов угля из Донбасса. Изотерма сорбции СО2 получена при 20° С, а изотерма сорбции СН4 при 30° С. При давлении 40–50 кГ/см2 СО2 сорбируется в количестве 50 мл/г и, судя по изотерме, дальнейшее увеличение давления не приводит к заметному увеличению сорбции. Метан при давлении 40–50 кГ/см2 сорбируется в количестве 30/33 мл/г, при повышении давления наблюдается небольшое увеличение сорбции.

Величина сорбции и характер изотермы неодинаковы у разных типов углей. У некоторых углей величина сорбции метана при 30° С и при давлении 40–50 кГ/см2 превышает 30 мл/г, у других эта сорбция достигает лишь 10 мл/г. Кроме того, у одних углей при увеличении давления более 40–50 кГ/см2 продолжается рост сорбции СО2 и СН4, а у других этого роста нет. Но во всяком случае полученные многочисленные изотермы свидетельствуют о том, что при давлении, превышающем 50–70 кГ/см2, рост сорбции если и происходит, то он очень невелик.

Адсорбция газов углями зависит от температуры, с увеличением которой адсорбция уменьшается. В качестве примера: адсорбция метана одним из углей Донбасса составляла при 20°С около 9 мл/г, при 50° С – около 5,5 мл/г, при 100° С – около 2 мл/г. В среднем можно считать, что при повышении температуры с 20 до 100° С количество адсорбционного метана уменьшается в 4–7 раз.

Как уже отмечалось выше, тяжелые газообразные углеводороды адсорбируются углем лучше, чем СО2 и СН4. По адсорбции углеводородов активированными углями имеется большой материал из практики переработки газа. Величина адсорбции углеводородов С1–С5 на активированном угле имеет примерно следующие значения (величина адсорбции метана условно принята за 1): метан 1; этан 2; пропан 3,6; н-бутан 5,0; н-пентан 8,0.

Величина адсорбции этих углеводородов активированными углями, применяемыми в промышленности, значительно больше, чем природными каменными углями. При 20° С и давлении 10 кГ/см2 количество адсорбированного метана составляет около 85 мл/г, а этана около 170 мл/г.

Определение величин газоносности угольных пластов в природных условиях связано с затруднениями, обусловленными тем, что вскрытый угольный пласт сразу же начинает терять тот газ, который находится в свободном состоянии в порах угля. Выделение этого газа, состоящего в метановой зоне главным образом из метана, приводит к затруднениям при добыче угля. Для обеспечения безопасности этих работ необходима интенсивная вентиляция шахт. В верхних зонах выделение СО2 может создать недопустимые условия для работающих в шахтах. В более глубоких зонах выделяющийся метан с воздухом может образовать взрывчатую смесь. Известны многочисленные случаи взрывов и пожаров в угольных шахтах. Поэтому газообильность шахт и содержание метана и углекислого газа являются предметом постоянного контроля.

Исследования, проведенные с применением специальных керноотборников, подтвердили, что газоносность углей с глубиной посте пенно повышается, и на глубине 0,5–1 км достигает 20–40 м3/т, а иногда и более (рис. 9.3). В месторождениях Печорского бассейна метановая зона начинается на небольшой глубине. Из рис. 9.4 видно, что расстояния от поверхности метановой зоны близки к абсолютной величине глубины залегания пластов. Метаноносность нарастает с глубиной. В Воркутинском месторождении на глубине 800 м она достигает 25 м3/т.

Еще одним способом установления метаноносности углей является определение метана, поступающего в воздух шахт. Зная количество воздуха, выходящего из шахт (по интенсивности вентиляции), и содержание в нем метана и сопоставляя с количеством добытого угля, получают количество метана, приходящееся на 1 т добытого угля (табл. 26).

Рис. 9.3. Нарастание газоносности горючей массы угля с глубиной на Сутаганском участке Донбасса

Рис. 9.4. Нарастание метаноносности угля с глубиной в Печорской угольном бассейне:

1–Воркутское месторождение; 2–Воргашорское месторождение

Таблица 26.Метанообильность угленосных бассейнов,м3

Глубина от дневной поверхности, м Донбасс Кузбасс Карагандинский бассейн Печорский бассейн
Воркутинское месторождение Интинское месторождение
До 50   0,5  
50–100 1,0 1,0 0,7 1,0 0,5
100–150 2,5 4,0 2,7 1,5 1,0
150–200 6,0 8,0 6,5 5,0 3,0
200–300 10,5 (14,0) 15,5 11,0 (6,5)
300–400 17,0 (27,0) 18,0 (8,5)
400–500 23,0 (37,0) (26,0) (10,5)
П р и м е ч а н и е. В скобках приведены предполагаемые величины метанообильности

 

Следует иметь в виду, что общее количество метана, выделяющееся из шахт при разработке угольных месторождений, велико. По данным Г.Д. Лидина и А.Т. Айруни, из шахт США в 1962 г. выделялось около 11 млн. м3 метана в сутки, а из шахт СССР, Англии и ФРГ соответственно 7,8 и 8,5 млн. м3 в сутки.

Промышленные запасы каменного угля оцениваются примерно в 1–8 тыс. млрд. т. Если исходить из средней величины газоносности каменных углей 20 м3/т, то общее количество газа, содержащееся в угле, составит 1014 м3 или 1011 т. Действительное количество каменноугольных газов еще больше, поскольку в указанных расчетах не учтены запасы непромышленных залежей и залежей глубоко расположенных еще не вскрытых угольных пластов.

 

 




Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 560;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.