×
01.07.2020
220.018.2d09

Способ определения порога влажности для формирования газового гидрата в образцах природного угля

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области горного дела и касается вопроса определения порога влажности угля, при превышении которого возможно формирование газового гидрата, влияющего на возникновение газодинамических явлений в краевой зоне угольного пласта. Технический результат заявляемого изобретения заключается в определении для исследуемых образцов природного угля порогового значения влажности, при превышении которого часть воды, находящейся в поровом пространстве угля, при создании соответствующих термобарических условий способна формировать газовый гидрат, а также повышении точности определения порога образования газового гидрата, значение порога востребовано при построении прогноза газодинамических явлений в краевой зоне. Способ включает подготовку проб и задание влажности образцов, их выдержку при низкой температуре и высоком давлении гидратообразующего газа в условиях стабильности газового гидрата и последующего контролируемого разложения гидрата при линейном росте внешней температуры. С каждым образцом угля выполняется 3-4 измерения с различной величиной влажности угля и для каждой загрузки определяют количества газа и воды, вовлекаемых в образование газового гидрата. По экспериментальным точкам строят линейную зависимость количества воды, которое пошло на образование гидрата Wh, от количества воды, соответствующей фактической влажности образца Wo, которую аппроксимируют до пересечения с осью абсцисс, по положению точки пересечения определяют порог влажности образца для образования гидрата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области горного дела и касается вопроса определения условий формирования в угольных пластах газовых гидратов и может быть использовано при определении порога влажности, при превышении которого происходит формирование газового гидрата, востребованного при установлении выбросоопасных ситуаций в краевых зонах угольных пластов и способов их предотвращения.

Известен способ, в котором для определения количества влаги, содержащейся в каменном угле, но не способной формировать газовый гидрат, образец исследуемой горной породы высушивают при 105°С, затем при высоком давлении гидратообразующего газа и низкой температуре, соответствующих условиям стабильности газового гидрата, помещают рядом с газовым гидратом, образованным из чистого льда или льда, образованного в избытке внутри другой пористой среды, и выдерживают 7-14 дней до достижения равновесия, после чего исследуемый образец вынимают из реакционного объема и по изменению массы исследуемой породы определяют влажность, соответствующую количеству воды, находящейся в сильной связи с поверхностью пор и не способной формировать газовый гидрат.

Недостатками способа является то, что не позволяет определить порог минимальной влажности, потому что в способе нет четкого разделения воды, сорбированной образцом, на воду, из которой образовался гидрат, и на воду, которая не способна участвовать в образовании гидрата, вследствие чего метод обладает большой погрешностью.

Наиболее близким к заявляемому способу является экспериментальный способ определения влажности при образовании гидрата в пористых средах. В данном способе влажность задается путем смешивания определенного количества воды с горной породой, после чего образец помещается в автоклав высокого давления, в котором создаются условия стабильного существования газового гидрата и по изменению давления и температуры вычисляется количество газа и воды, образующих гидрат, а также рассчитывается доля воды, не вовлеченной в образование гидрата. Основным недостатком данного способа является то, что он позволяет определить порог минимальной влажности, необходимой для образования гидрата только приблизительно, то есть неточно, т.к. в данном способе определяется суммарная влага, которая превращается в гидрат, и не учитывается доля воды, которая не превратилась в гидрат сверх порога минимальной влажности, необходимой для образования гидрата.

Целью предполагаемого изобретения является повышение точности определения для образцов горной породы и природного угля порогового значения влажности, т.е. минимальной влажности, при превышении которого становится возможным формирование газового гидрата, и лишенного указанных недостатков. Это необходимо для расчета количества метана и природного газа, находящихся в газогидратной форме в краевых зонах угольных пластов, что важно знать при выборе методов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в определении для исследуемых образцов природного угля порогового значения влажности, при превышении которого часть воды, находящейся в поровом пространстве угля, при создании соответствующих термобарических условий способна формировать газовый гидрат.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ определения порога минимальной влажности при формировании газового гидрата в образцах природного угля включает в себя подготовку 3-5 образцов угля в ряду увеличения влажности, последующего измерения количества газового гидрата, способного формироваться в данных условиях и определения методом аппроксимации порогового значения влажности, при превышении которого часть сорбированной воды в образце способна формировать газовый гидрат, а также определении отношения массы воды, вовлекающейся в образование газового гидрата, к массе воды, сорбированной сверх порога образования гидрата. Для задания необходимого значения влажности отобранные из угольных пластов образцы высушиваются в вакуумной печи, затем выдерживаются в атмосфере с относительной влажностью воздуха, заданной в диапазоне от 0.4 до 1.0 (в долях единицы). Для каждого подготовленного образца измеряют количество формирующегося гидрата, для чего образец помещают в автоклав высокого давления, выдерживают не менее 36 часов в условиях стабильного существования газового гидрата и выполняют контролируемое разложение наработанного гидрата в изохорическом процессе при линейном росте внешней температуры со скоростью от 1 до 6°С/час. В ходе эксперимента измеряется и записывается в память компьютера давление газа и температура внутри автоклава, а также температура внешних стенок автоклава, задаваемая термостатом, в котором находится автоклав. Разложение гидрата проявляется ступенью повышения давления на Р-Т диаграмме, по величине которой вычисляется количество газа, выделяющегося при разложении газового гидрата, а также количество воды, вовлекаемой в образование гидрата. По полученным результатам при разных значениях влажности для одного и того же образца строится зависимость количества воды, которое пошло на образование газового гидрата Wh, от фактической влажности образца в начале эксперимента Wo, затем проводится аппроксимирующая линия, по пересечению которой с осью абсцисс определяется порог минимальной влажности образца, при превышении которого возможно образование гидрата, а наклон данной линии равен отношению массы воды, образующей гидрат к массе воды, сорбированной сверх данного порога.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 для образца угля марки К точками показаны экспериментальные значения Wh - максимального количества воды, способной превращаться в газовый гидрат, при заданной начальной влажности образца - W0, проведена линия, аппроксимирующая экспериментальные значения, пересечение которой с осью абсцисс соответствует пороговому значению влажности, а также записано уравнение данной линии, наклон которой (0.53 для рассмотренного случая) равен отношению массы воды, вовлекающейся в образование гидрата, к массе воды, сорбированной сверх порога образования гидрата.

Способ определения порога образования гидрата в образцах природного угля реализуется следующим образом. Предназначенный для исследования образец угля или горной породы измельчали, отбирали частицы размером 1.0÷2.0 мм, которые высушивали при 110°С, затем выдерживали одну или несколько недель в эксикаторе с постоянной влажностью воздуха до установления постоянной массы образца. Для подготовки 3-4 загрузок угля, отличающихся величиной влажности, использовали несколько эксикаторов, в которых влажность воздуха задавали насыщенным водносолевым раствором: Na2CO3 - 0.91; KCl - 0.84; NaCl - 0.75; KJ - 0.69; MnCl2 - 0.56, возле каждой соли указана относительная влажность воздуха над ее насыщенным раствором. Установившуюся влажность образца определяли весовым методом. Каждый подготовленный образец угля помещали в стальной автоклав высокого давления, температура внешних стенок которого задавалась программой термостата, в котором помещен автоклав. Автоклав наполняли гидратообразующим газом до рабочего давления, затем охлаждали до температуры ниже 0°С так, чтобы внутри автоклава условия соответствовали условиям стабильного существования газового гидрата, и выдерживали при таких условиях несколько суток. В качестве гидратообразующего газа использовали метан или углекислый газ. Разложение гидрата, образовавшегося в угле, выполняли в изохорическом процессе при линейном повышении температуры теплоносителя, омывающего внешние стенки автоклава. При этом измеряли давление газа в автоклаве, температуру внутри и снаружи автоклава. Разложение гидрата проявлялось в виде ступени повышения давления газа, по величине которой вычисляли количество выделившегося газа, а с учетом усредненной стехиометрической формулы гидрата CH4⋅6H2O вычисляли массу воды, вовлекаемой в образование гидрата, выражая ее в процентах от массы сухого образца угля. Строили график в осях Wh - количество воды, вовлекаемой в образование гидрата, W0 - начальная влажность образца угля и выполняли линейную аппроксимацию. В качестве порогового значения влажности принята точка пересечения данной линии с осью абсцисс, а наклон линии соответствует отношению массы воды, вовлекаемой в образование гидрата, к массе воды, сорбированной сверх порога образования гидрата.

Пример конкретного исполнения. Было определено пороговое значение влажности образца угля марки «К», отобранного из 27 пласта ш. Березовская, Кемеровского района Кузбасса. Уголь отбирали в шахте с поверхности забоя, измельчали, ситовым методом выделяли фракцию с размером частиц 1.0÷2.0 мм, которую высушивали в течение 6-ти часов при 110°С, делили на четыре загрузки, каждую из которых выдерживали в отдельном эксикаторе с заданной влажностью воздуха. Таким образом, приготовили загрузки угля влажностью W0=1.91, 2.42, 2.81 и 2.95%. Для каждой загрузки выполняли эксперимент, в котором уголь помещали в автоклав, задавали рабочее давление метана в диапазоне 4.2÷6.6 МПа и температуру ниже 0°С так, что уголь находился в условиях стабильного существования газового гидрата. Разложение гидрата выполняли в изохорических условиях при линейном росте внешней температуры, по величине перегиба на кривой давления на участке разложения гидрата рассчитали количество газа и воды, вовлекаемой в образование газового гидрата. Для указанных выше значений влажности количество воды в гидрате составило Wh=0.36, 0.67, 0.93 и 0.86% от массы угля. Через экспериментальные точки проведена линейная аппроксимация, по которой можно определить, что пороговое значение влажности составляет 1.19%, а при превышении данного порога доля воды, равная 0.53, способна вовлекаться в образование гидрата. Запись уравнения линейной аппроксимации в виде Wh=0.53⋅(W0-1.19) отражает полученные численные значения.


Способ определения порога влажности для формирования газового гидрата в образцах природного угля
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 32.
12.01.2017
№217.015.5cd0

Полигенерирующий энерготехнологический комплекс

Изобретение относится к области энергетики, в частности к области полигенерирующих энерготехнологических комплексов, производящих в едином энерготехнологическом цикле тепловую, электрическую энергию и синтез-газ, применяемый для производства синтетического жидкого топлива. Полигенерирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591075
Дата охранного документа: 10.07.2016
26.08.2017
№217.015.dd0e

Способ монтажа металлического укосного копра с подшкивными площадками

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к сооружению и эксплуатации шахтных вертикальных стволов. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение эффективности монтажа металлического шахтного копра, снижение трудоемкости и экономических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624500
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.dd30

Способ определения долговечности подшипникового узла сухого трения

Изобретение относится к подшипниковой промышленности и может быть использовано преимущественно для определения долговечности подшипниковых узлов сухого трения с антифрикционным твердосмазочным заполнителем. Способ заключается в том, что определяют динамическую грузоподъемность подшипника и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624609
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.de3f

Шлем горноспасателя

Изобретение относится к спасательной службе, в частности применимо при работе горноспасателей. Шлем горноспасателя (1) включает полнолицевую маску (9), фонарь (12), состоящий из двух раздельных частей, соединяющихся с помощью замков. Вокруг полнолицевой маски (9) расположен внешний защитный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624722
Дата охранного документа: 05.07.2017
13.02.2018
№218.016.25dc

Способ подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства

Изобретение относится к горной промышленности, к способам подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства. Способ включает подготовку выемочного участка к отработке, отработку выемочного участка подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644185
Дата охранного документа: 08.02.2018
17.02.2018
№218.016.2bc1

Обратимый термохимический индикатор на основе двойного координационного соединения

Изобретение относится к обратимому термохимическому индикатору на основе двойного координационного соединения - сесквигидрата гекса(изотиоцианато)хромата(III)диакватрис(никотиновая кислота)эрбия(III). Состав индикатора характеризуется химической формулой [Er(CHNO)(HO)][Cr(NCS)]⋅1,5HO....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643150
Дата охранного документа: 31.01.2018
17.02.2018
№218.016.2c95

Способ флотации угля

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при флотации угля. Способ флотации угля, по которому в пульпу подают комплексный реагент, включающий реагент-собиратель (регенерированные минеральные масла и керосино-газойлевые фракции) и пенообразователь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643873
Дата охранного документа: 06.02.2018
04.04.2018
№218.016.3454

Схема взрывной отбойки забоя удароопасных горных пород

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, а именно при проведении горных выработок в крепких удароопасных горных породах. Схема взрывной отбойки забоя удароопасных горных пород, включающая отбойные шпуры, пробуренные перпендикулярно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646152
Дата охранного документа: 01.03.2018
10.05.2018
№218.016.4c8c

Способ отвалообразования вскрышных пород в карьерной выемке

Изобретение относится к технологическим процессам открытых горных работ при отвалообразовании вскрышных пород в карьерной выемке смежного участка и может быть использовано при открытой разработке угольных месторождений пологого, наклонного и крутого падения. Техническим результатом является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652038
Дата охранного документа: 24.04.2018
29.05.2018
№218.016.571e

Инструмент для вращательного бурения

Инструмент для вращательного бурения может быть использован в горном деле для бурения или расширения скважин восходящим режимом. Технический результат заключается в уменьшении износа породоразрушающих элементов и улучшении прохождения разрушенных частей керна через сквозной корпус при бурении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654900
Дата охранного документа: 23.05.2018
Показаны записи 1-4 из 4.
10.09.2014
№216.012.f411

Способ определения выбросоопасных зон в угольных пластах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при текущем прогнозе выбросоопасности угольных пластов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения выбросоопасных зон в угольных пластах. Предложен способ определения выбросоопасных зон в угольных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528304
Дата охранного документа: 10.09.2014
11.11.2018
№218.016.9c3d

Способ определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения выбросоопасности угольных пластов при подземной разработке. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения интенсивности газовыделения из разрушенного угля. В шахтных условиях производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672070
Дата охранного документа: 09.11.2018
02.10.2019
№219.017.cedf

Способ определения выбросоопасности в очистных выработках при отработке угольных пластов с труднообрушаемыми кровлями

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза выбросоопасности угольных пластов с труднообрушаемыми кровлями при очистных работах. Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения выбросоопасных участков угольных пластов при очистной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700854
Дата охранного документа: 23.09.2019
18.07.2020
№220.018.33b1

Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при определении количества газового гидрата, что необходимо при расчете газового баланса угольного пласта и прогнозировании внезапных выбросов угля и газа. Техническим результатом является определении количества газа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726756
Дата охранного документа: 15.07.2020
+ добавить свой РИД