Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана

Радченко, Сергей Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана"

На правах рукописи

Радченко Сергей Анатольевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕТАНООТДАЧИ УГЛЕЙ В ШАХТАХ НА ОСНОВЕ ГАЗОКИНЕТИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ДЕСОРБЦИИ МЕТАНА

Специальность: 25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ои344(

Москва - 2008

003447148

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН), отдел проблем горной аэрогазопылединамики и безопасности освоения недр, и в Тульском государственном педагогическом университете им ЛН Толстого, кафедра машиноведения и безопасности жизнедеятельности

Научный консультант:

профессор, доктор технических наук Матвиенко Николай Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Бобин Вячеслав Александрович Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН

профессор, доктор технических наук Крейнин Ефим Вульфович Открытое акционерное общество «Промгаз»

доктор технических наук Коликов Константин Сергеевич Московский государственный горный университет

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им А А Скочинского

Защита диссертации состоится 22 октября 2008 года в 10 часов ^>0 минут на заседании диссертационного совета Д 002 074 02 в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН по адресу 111020, Москва, Е-20, Крюковский тупик, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН

Автореферат разослан « сентября 2008 года

И о ученого секретаря диссертационного совета докт техн наук

ИВ Милетенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема обеспечения безопасности труда в угольных шахтах России и стран СНГ приобретает все более острый характер Интенсивная отработка угольных пластов сопровождается обильными метано-выделениями, нередко приводящими к загазированию забоев, причем частота и размеры аварий и катастроф достигли критического значения и самые значимые из них в последние годы связаны с взрывами метана с групповыми несчастными случаями Из 89 действующих шахт России 80% отнесены к опасным по метану, из них 48% шахт наиболее метанообильны и лишь 25% шахт работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств Технико-экономические показатели работы газовых шахт на 35-50% ниже, чем негаювых Неизбежность подземной разработки углеметановых месторождений, перспективы ухудшения горно-геологических условий и роста нагрузок делают проблему метанобезопасности высокоактуальной на государственном уровне

Наиболее опасны по интенсивным проявлениям в угольных шахтах взрывчатых газов выработки и скважины первой очереди проходки, боровые и взрывные технологические операции в них Основное выделение метана из пластов, газодинамические явления и большинство связанных с метаном аварий происходят в подготовительных и очистных забоях

О сильной зависимости выбросоопасности и метанообильности от газокинетических свойств угля в призабойной зоне известно давно Несмотря на то, что существуют много методов и средств, а также нормативных документов по прогнозу характера и интенсивности газовыделений в шахтах, пробпема обеспечения безопасности и эффективности технологических процессов полностью не решена, в том числе из-за недостаточной надежности результатов оперативной оценки газоопасности работ в забоях, сложности прогноза характера и интенсивности газовыделения в шахтах и газокинетических свойств углей, недостаточной изученности тепловых эффектов при десорбции метана углями

Поэтому данная работа посвящена развитию этого направления и научному обоснованию и разработке новых способов и портативных устройств для повышения достоверности и возможностей экспресс-прогноза в забоях опасности труда по газовому фактору и изменений свойств угля без больших затрат и изменений технологии горных работ, что является актуальной проблемой и имеет важнейшее научное, народно-хозяйственное и социальное значение

Данная работа - продолжение и развитие исследований доктора технических наук И Л Эттингера и доктора технических наук, профессора Г Д Лидина и их научной школы Она выполнена как составная часть исследований 'Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по направлению «Развитие теоретических основ и методов борьбы с рудничными газами и пылью» Ряд лабораторных и", шахтных исследований, испытаний в шахтах на выбросоопасных пластах но-

вых способов выполнены в содружестве ИПКОН АН СССР с МакНИИ и ПО «Ворошиловградуголь», в Лидском университете Великобритании (лабораторные опыты, анализ данных лабораторных и шахтных исследований ученых Великобритании, США и других стран, компании «British Coal»), в 2007-2008 годах - совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» (Донецк, Украина)

Работа выполнялась с 1978 года в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН (аспирантура, докторантура), в 1988 году - в Лидском университете Великобритании (10-месячная научная стажировка по теме «Изучение современных методов исследования тепломассообмена в пористых средах и возможности применения этих методов для расчета интенсивности метановыделения из угля в горные выработки»), в 19851991 годах - на кафедре теплогазоснабжения и вентиляции Тульского политехнического института (ныне Тульский государственный университет) и с 1997 года - на кафедре машиноведения и безопасности жизнедеятельности Тульского государственного педагогического университета им Л Н Толстого

Цель работы - научно обоснованная разработка новых методов и портативных устройств для повышения точности, оперативности и доступности количественной экспресс-оценки в забоях динамики газовыделения из угля, его газоносности в призабойной зоне и обнаружения мест изменений других свойств угля в пласте, обеспечивающая совершенствование прогноза выбросоопаснос-ти и метановыделения, повышение безопасности, эффективности и экологич-ности комплексного освоения метаноносных угольных месторождений

Объектом исследования являются призабойные зоны угольных пластов, отбитый уголь и буровой штыб из опасных по метану шахт

Предмет исследования - процессы десорбции метана, изменения температуры и теплообмена угля в призабойной зоне пласта и отбитого угля

Основная идея работы заключается в использовании газокинетических свойств угольного вещества и тепловых эффектов при десорбции метана для повышения точности и оперативности прогноза метаноотдачи, выбросоопас-ности и газоносности угля в призабойной зоне пласта для комплексного решения проблем эффективности и безопасности добычи угля и метана в шахтах при минимальных затратах и изменениях технологии горных работ.

Основные задачи диссертационной работы обусловлены ее целью и заключаются в следующем

- научно обосновать перспективные направления повышения эффективности использования исследований систем «уголь - газ» и «углесодержащие породы - газ» для более быстрого и надежного прогноза в забое изменений свойств угля в призабойной зоне (его выбросоопасности, нарушенности, газоносности и т д) для обеспечения эффективности и метанобезопасности работ,

- разработать количественный кинетический показатель для комплексного экспресс-прогноза в забоях потенциальной выбросоопасности структуры угля и выделения им метана по начальной кинетике десорбции или сорбции,

- экспериментально определить теплоту сорбции и десорбции метана углями разных стадий метаморфизма из выбросоопасных и невыбросоопасных зон пластов с различных глубин при разных давлениях газа и температурах,

- экспериментально и аналитически исследовать динамику изменения температуры угля на поверхности и внутри кусков и в призабойной зоне при десорбции метана, влияние на нее теплообмена угля с окружающей средой,

- обосновать и разработать новые технические решения, способы и конструкции портативных устройств для повышения метанобезопасности в забоях, надежности и оперативности методов прогноза изменений свойств угля в призабойной зоне, его метаноотдачи и выбросоопасности на основе учета газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана, не требующие больших затрат средств и труда и изменений технологии горных работ

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий

- изучение кинетики сорбции и десорбции метана углем и тепловых эффектов комплексами научного оборудования, включающими низкотемпературный микрокалориметр Кальве с приставкой высокого давления фирмы «Setaram» и прибор «Сорбтомат» фирмы «Carlo Erba» (в УРАН ИПКОН РАН) и термостатированную сорбционную установку и модели в натуральную величину подготовительной выработки и скважины (в Лидском университете Великобритании), точность изучения которыми тепломассообмена угля, метана и воздуха автор значительно повысил за счет новых технических решений,

- осмотр поверхности образцов угля из нарушенных и ненарушенных зон ряда пластов электронным сканирующим микроскопом JSM-U3 фирмы «Jeol»,

- замер газовыделения из шпуров, температуры поверхностей забоев, стенок шпуров, штыба из них и десорбции им метана, остаточной газоносности угля и бурового штыба, концентрации метана в воздухе, температур и скоростей движения воздуха в выработках, изучение угля из выбросоопасных и невыбросоопасных зон нормативными методами с определением показателей ДР и AJ и техническим анализом угля для подготовительных и очистных забоев шахт,

- аналитические исследования,

- анализ и обработку по признанным в мире методикам собственных и многочисленных опубликованных данных опытов для углей и углесодержащих горных пород России, Украины, Великобритании, США и других стран

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Газокинетические и тепловые эффекты десорбции метана углем в призабойной зоне и буровым штыбом отражают происходящие в них механические и физико-химические процессы Их совместный учет позволяет надежнее, быстрее и проще выявить изменения свойств угля и зоны повышенной газоотдачи пласта для выбора мероприятий по обеспечению безопасности и эффективности комплексного освоения газоносных угольных месторождений

2 Дифференциальная и интегральная теплота сорбции и десорбции мета-

на углем постоянна в пределах шахтопласта в зонах любой геологической нарушенное™ при содержании летучих веществ Уг от 9% до 30% при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма она изменяется в широких пределах (15-28 кДж/моль), ее зависимости от Уг, сорбци-онной емкости и глубины залегания угля не обнаружено

3 Величина снижения температуры угля при десорбции из него метана прямо пропорциональна количеству выделившегося метана в случаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь При теплообмене приза бойной зоны пласта с вмещающими породами его охлаждение максимально в центральной части пласта, а в местах его контакта с породами почвы и кровли оно может быть до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них Поэтому результаты измерений температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и времени теплообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя

4 Предложенный диффузионный параметр т, величина которого численно совпадает с временем десорбции постоянной доли от общего количества газа, десорбированного углем или горной породой с угольными включениями до равновесия, явчяется информативным количественным показателем динамики десорбции метана и этана из них Его преимущества по сравнению с известными критериями - быстрота и простота получения количественных характеристик десорбции (скорости десорбции и времени десорбции части газа, достигающей 63% от всего десорбированного до равновесия газа, и коэффициента диффузии метана в угле), которые можно одновременно использовать для прогноза метановыделения из угля в выработки и выбросоопасности

5 Совмест ный учет кинетики десорбции метана углем по диффузионному параметру т и снижению температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба £1 результате десорбции повышает точность и быстроту оценки газокинетических свойств углей в зонах любой нарушенное™ и является основой оперативных способов количественного экспресс-прогноза выбросоопасности призабойной зоны и метаноносности угля в ней, метаноотдачи угля в призабойной зоне и отбитого угля, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана В выбросоопасных и нарушенных зонах диффузионный параметр т меньше в несколько раз, а охлаждение угля за счет десорбции метана значительно больше, чем в ненарушенных зонах пласта.

6 Г'азокинетические свойства угля по простиранию и мощности большинства пластов значительно изменяются даже на малых расстояниях Поэтому для повышении точности прогноза выбросоопасности и метановыделения их следует определять по простиранию и мощности пласта с наибольшей частотой р. быстротой, используя в забоях предложенный комплексный экспресс-метод первичной количественной оценки изменения свойств и газоотдачи свежеобнаженного угля и бурового штыба по их температуре (прежде всего очень

быстро дистанционно) и величине диффузионного параметра т угля

7 Угольные включения в породе имеют те же сорбционные характеристики, что и уголь из соседних пластов Сорбционную емкость углесодержащих пород можно принимать прямо пропорциональной содержанию в них частиц угля, а диффузионный параметр т пригоден для описания кинетики десорбции метана образцами угля фракции до 60 мм и углесодержащими породами любой зольности и степени тектонической препарации Это повышает достоверность и оперативность прогноза сорбционной метаноемкости и скорости газоотдачи углей и горных пород с угольными включениями

8 Повысить надежность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи при-забойной зоны пласта и отбитого угля нормативными методами без больших затрат и изменений технологии горных работ в забоях можно за счет их применения и отбора проб угля прежде всего в местах снижения температуры угля, установленных предварительным замером температуры свежеебнаженкой поверхности пласта по простиранию и мощности и бурового штыба на всех интервалах бурения, и использования научно обоснованных и разработанных автором новых технических решений, способов и портативных ус тройств

Научное значение работы состоит в установлении взатюевчзи величины диффузионного параметра т проб угля с температурой и газоотдачей приза-бойной зоны пласта и штыба, в обосновании и разработке новых технических решений, способов, методик и десорбометров нового технического уровня для совершенствования экспресс-прогноза в забое выбросоопасности и газоносности призабойной зоны пласта, газокинетических характеристик угля и динамики газовыделения из него, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана при минимуме затрат и изменений технологии работ

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем

- впервые экспериментально доказаны постоянство и равенство интегральной и дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана у1лем из зон любой нарушенности шахгопласта при выходе летучих веществ \,г = 9-30%, давлениях газа до 8,0 МПа и различных температурах, и необходимость определить ее экспериментально для каждого пласта, так как для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма она бывает от 15 до 28 кДж/моль,

- обоснована необходимость и возможность повысить надежность и безопасность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта рядом нормативных методов за счет оптимизации выбора мест их применения в забоях и отбора проб на основе предварительного установления признаков изменений свойств угля и его большей газоотдачи, например по его более сильному охлаждению при десорбции метана, что позволит применять их прежде всего в самых нарушенных местах, так как газокинетические свойства углей в пластах изменяются даже на малом расстоянии по простиранию и мощности,

- доказаны преимущества применения диффузионного параметра т по сравненшо с рядом других способов оценки газокинетических свойств проб

угля и бурового штыба разного петрографического и фракционного состава и горных пород с угольными включениями, особенно в дополнение к ним, и сходимость результатов предложенных автором и уже известных способов,

- обоснована высокая информативность и надежность комплексных способов экспресс-прогноза газоносности и выбросоопасности призабойной зоны, основанных на количественной оценке в забое газокинетических характеристик угля разных фракций и стадий метаморфизма и времени десорбции до двух третей от десорбированного до равновесия газа за счет одновременного быстрого замера в забое температуры угля и начальной скорости десорбции,

- обоснованы возможность и необходимость повысить надежность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойных зон пластов и отбитого угля нормативными шахтными и лабораторными методами и правильность интерпретации их результатов в забоях без больших затрат и изменений технологии горных работ за счет учета свойств угля в каждом пласте и тепломассообмена при десорбции метана, постоянно используя в забоях и лабораториях разработанные автором новые технические решения, способы и устройства,

- обоснована необходимость и возможность создания и внедрения комплексных систем постоянного мониторинга безопасности по газовому фактору в каждом забое с применением разработанных автором новых технических решений и устройств и звукоулавливающей аппаратуры для быстрой визуальной и количественной оценки изменений свойств угля в забое, способных получать, обрабатывать и передавать информацию каждые 10 минут и даже чаще,

- обоснованы и разработаны новые технические решения, способы и портативные устройства, позволяющие повысить правильность интерпретации, информативность и быстроту использования в забоях результатов измерений температуры свежеобнаженного угля и бурового штыба и динамики десорбции метана из них в целях более надежного и оперативного прогноза выбросоопасности, газовыделения из угля и его газокинетических характеристик, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана

Практическая значимость работы.

Установлено, что одной из причин недостаточной точности локального экспресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений в шахтах нормативными российскими и зарубежными методами и устройствами является их применение и отбор проб угля без предварительного быстрого поиска в забоях признаков изменений свойств угля и без учета особенностей каждого пласта и теплообмена, что снижает вероятность обнаружения ими мест повышенной газоотдачи угля Предложены новые технические решения, способы и портативные устройства для повышения надежности нормативных методов прогноза за счет быстрой оптимизации выбора в забоях мест их применения, повышения метанобезопасности без больших затрат и изменений технологии работ

Разработаны способы количественной экспресс-оценки в забое газокинетических свойств и газоносности угля в призабойной зоне на основе замеров

его температуры при бурении шпуров и скорости сорбции и десорбции метана (авторское свидетельство № 1096375 и патент на изобретение № 2019706), проведены их промышленные испытания на шахте «Перевальская»

Разработаны, изготовлены и испытаны в лабораторных и шахтных условиях 3 вида портативных многофункциональных устройств для отбора и экспресс-исследования проб угля, позволяющие повысить быстроту, точность и информативность их изучения в забоях и лабораториях (патенты на изобретения № 2016391, 2034157) Научно обоснованные и предложенные автором новые технические решения испытаны в 2007 году на шахте Донбасса и в 2007-2008 году использованы совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» для разработки и испытания в забоях десорбометра нового технического уровня

Предложенные многофункциональные комплекты портативных устройств позволяют быстро обеспечить в забое предварительную визуальную оценку изменений свойств угля, метано- и выбрособезопасности работ по снижению температуры свежеобнаженной поверхности забоя и бурового штыба и по начальной десорбции метана из штыба, экспресс-прогноз газоотдачи и остаточной газоносности угля и перспективности участков и скважин для добычи метана

Доказана возможность повысить оперативность и информативность известных методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на измерении десорбции или сорбции газа (ДР, Айрея и т д), путем включения в них дополнения об определении диффузионного параметра т по тем же данным

Диффузионный параметр т использован для экспериментального определения коэффициентов диффузии метана в угле разной нарушенное™ из выбро-соопасных и невыбросоопасных зон различных газоносных пластов

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- использованием представительных объемов экспериментальных данных (более 1000 десорбционно-кинетических опытов с пробами угля разных фракций и петрографического состава с выходом летучих веществ Vr = 5-50 % с глубин 300-1100 метров из зон разной нарушенности и мест газодинамических явлений, 182 высокоточных сорбционно-калориметрических опыта с углями с глубин 300-1100 метров при Vr = 9-30 % при разных давлениях и температурах, 2134 экспериментальных кривых динамики изменения температуры на поверхности и внутри угля разного размера и формы и штыба при сорбции и десорбции метана и при ее отсутствии, разных перепадах температур и давлений метана и скоростях движения омывающего уголь воздуха, замеры в шахтах с отбором и изучением проб угля при проходке 11 подготовительных выработок по пластам К3В Бераль, Big Vein и Pumpquart и в 3 очистных забоях 3 шахт и т д),

- достаточной для инженерных расчетов сходимостью результатов лабораторных исследований с результатами шахтных экспериментов (коэффициенты корреляции 0,62-0,87), совпадением результатов обработки опытов автора и многих ведущих ученых России, Великобритании и США (до 99,5%),

- применением уникальных высокоточных экспериментальных комплексов из оборудования фирм Франции, Великобритании и Италии (низкотемпературного микрокалоримегра Кальве фирмы «Setaram», сорбтомата фирмы «Carlo Erba», лабораторного кондиционера, установок фирмы«Р A. Hilton Ltd » и т д), электронного сканирующего микроскопа JSM-U3 фирмы «Jeol» (Япония), других приборов в ведущих научных центрах России, Великобритании, Украины,

- подтверждением научных положений и выводов экспериментальными данными, результатами промышленных испытаний при разработке ряда вы-бросоопасных угольных пластов на разных глубинах в шахтах Украины

Реализ ации результатов работы. Полученные автором научные результаты, выводы и технические решения, изготовленные и модернизированные под его руководством установки и устройства использовали УРАН ИПКОН РАН, Лидский университет Великобритании, МакНИИ, Украинский филиал ВНИМИ, ПО «Ворошиловградуголь», ООО «Звукоулавливающая аппаратура», промыш-леннс-коммерческая ассоциация «АПЕКС», АООТ «Региональный промышлен-но-торговый дом «АГ1ЕКС»» и другие (имеются их заключения, письма и т д )

Результаты исследований используются в учебном процессе ТГПУ им Л Н Толстого по дисциплинам и курсам «Теплотехника и энергетические машины», «Экологичные ресурсосберегающие технологии» и другим

Личный вклад автора. Все основные положения, результаты и выводы получены автором лично Ему принадлежат постановка проблемы и задач исследований, разработка методик лабораторных и аналитических исследований, выполненные им лабораторные и шахтные замеры, анализ и обобщение своих опытов, данных российских и зарубежных ученых В решении отдельных задач и внедрении полученных автором результатов в научных исследованиях и при разработке газоносных угольных пластов в России и на Украине участвовали коллеги автора в УРАН ИПКОН РАН, МакНИИ, Лидском университете Великобритании, ПО «Ворошиловградуголь» и ООО «Звукоулавливающая аппаратура» и другие Ехть совместные публикации, авторское свидетельство и 10 патентов России на изобретения, ссылки на которые приведены в диссертации

Автор дваады участвовал в ВДНХ СССР (1980, 1981 гг.), во Всемирных салонах изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (Брюссель, Бельгия, 1994, 1995 гг), в Осенней Пловдивс-кой ярмарке (Пловдив, Болгария, 1992 г), в Лейпцигском инновационном форуме Центральной и Восточной Европы (Лейпциг, Германия, 1995 г), в выставке презентации современной техники, технологий и материалов в Торговом представительстве России во Франции (Париж, Франция, 1996 г), во Всероссийских и межрегиональных выставках и конкурсах (1994-2007 гг), во II Тульском экономическом форуме (2007 г) Он награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР, 2 золотыми и 2 серебряными медалями Всемирных салонов изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика», золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад», 4 раза подряд занимал при-

зовые места в факультетском этапе ежегодного конкурса «Лучший молодой ученый ТулПИ» (1983-1987 гг), удостоен в связи с важным значением полученных им результатов исследований и разработанных новых видов устройств званий академика Международной академии лидеров бизнеса и администрации (International Academy For Leadership In Business And Administration) и лауреата тульского регионального тура Всероссийского конкурса «Инженер года-2007» по версии «Профессиональные инженеры» в номинации «Теплотехника»

Апробация работы. Основные результаты научных исследований докладывались и получили одобрение на 53 всесоюзных, всероссийских, международных, региональных и других научно-технических и научно-практических конференциях, совещаниях, семинарах с 1980 по 2008 год, в том числе в ИПКОН АН СССР, УРАН ИПКОН РАН, Лидском университете Великобритании, МакНИИ, Московском государственном горном университете (9 докладов на секциях «Недели горняка» в 2004, 2007, 2008 гг) Тульском государственном университете, Тульском государственном педа1 огическом университете им Л Н Толстого, на заседании Британского шахтного подкомитета объединенного комитета Великобритании по проблеме внезапных выбросоз угля и газа (British Colliery Sub-Committee of the British Joint Advisoiy Committee on Outburst of Coal and Firedamp, Ланелли, Великобритания, 1988 г)

Изобретения и научно-технические разработки автора п изготовленные с их применением устройства ряда модификаций экспонировались на 5 международных и 15 российских выставках (1980-2002 гг) Получены 2 золотые и 2 серебряные медали Всемирных салонов изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (Брюссель, Бельгия, 1994,1995 гг) и дипломы делегаций России и Югославии на этих Всемирных салонах, золотая медаль «Евро-Интеллект Восток-Запад» (Варна, Болгария, 1995 г ), первые премии на межрегиональной выставке-ярмарке конкурентоспособных проектов и разработок «Наследники Демидовых» по группе «Дейст вующие производства и технологии» (1995 г) и на Тульском городском конкурсе к 350-летию города Тулы в разделе «Экология, природопользование и энергосбережение» (1997 г), диплом Торгового представительства России во Франции (1996 г), золотой и серебряный дипломы Всероссийской программы-конкурса «100 лучших товаров России» (1999,2000гг) Маркетинговые исследования ряда модификаций изобретенных автором портативных устройств удостоены 5 наград открытых Всероссийских конкурсов Министерства образования и науки России медали (2008 г), 3 дипломов (2008,2005,2004 гг) и первой премии (1996 г) Публикации. Основное содержание работы изложено в 72 научных гр>-дах, в том числе в 3 монографиях, 25 статьях в 12 рекомендованны < ВАК изданиях, 6 статьях в 4 ведущих зарубежных горных журналах на английском языке объемом 88 страниц, 1 авторском свидетельстве и 10 патентах на изобретения

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, тключе-ния, списка использованных источников из 296 наименований н 23 пригсоже-

нии, изложена на 377 страницах машинописного текста и включает 117 рисунков и 27 таблиц

Автор выражает признательность проф , дтн Г Д Лидину и д гн ИЛ Эггшперу за постановку работы, искреннюю благодарность научному кон-сулыапту проф , д г п II Г Матвиенко, академику РАН, проф , д т н К Н Трубецкому, академику РАИ, проф , дтн В А Чантурия, члену-корреспонденту РАН, проф , дтн Д Р Каплунову, члену-корреспонденту РАН, проф, дтн А Д Рубану, проф , дтн В В Кудряшову, проф , д т н AT Ерыгину, проф , дтн М А Иофису, проф , дтн С В Кузнецову, проф , дтн С.Д Викторову, проф , дгн ЕИ Панфилову, дтн В А Бобину, проф , дтн ВН Захарову, проф, д т н АС Ворошоку, дтн ВС Забурдяеву, дтн Ю П Галченко и другим сотрудникам УРАН ИПКОН РАН, президенту ТулГУ проф, дтн ЭМ Соколову, проф , д г п II М Качурину, ректору ТГПУ им Л Н.Толстого проф , д п н 11 А Шайденко, к гн В П Баранову, дтн ВС Маевскому, к т н ДИ Дорофееву, к i н БМ Дет липу, а также сотрудникам Лидского универси-ieia Всликобршашш дф Дж Р Баркер-Риду, проф, дф ПА Янгу, проф, дф IIA Ддуду и со (руднику компании «British Coal» д ф ДП Криди за ценные рекомендации и помощь при выполнении работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теория и нракшка безопасной и эффективной разработки газоносных угольных плааов разрабомпы в трудах многих ученых УРАН ИПКОН РАН, ННЦГН-ИГДим А А Скочинското,МГГУ,СПГГИ(ТУ),ИУУ СОРАН.Вост-ПИИ, ВНИМИ, ПечорНИИпроект, ВНИИгаз, ДонУГИ, ТулГУ и других организаций, в юм числе производственных и проектных Важный теоретический и практический вклад в решение проблемы шахтного метана внесли А А Ско-чипский, ГД Лидии, К 11 Трубецкой, АТ Айрунп, ИВ Сергеев, А Д Рубан, С В Кузнецов, И Л Эттингер, Н Г Матвиенко, Ю Ф Васючков, Б М Иванов, М А Иофис, 10 Н Малышев, В А Бобин, В Н Захаров, В С Забурдяев, Г С За-бурдяев, НИ Устинов, В II Одинцев, ИГ Ищук, В В Гурьянов, А Э Петросяп, В В Ходот, Г Н Фею, Н В Ножкин, Л А. Пучков, Ф С Клебанов, Э М Соколов, С В Сластуноп, С А Ярунин, Н О Каледина, Е И Захаров, Н М Качурин, А С Рябченко, Г Я Полевщиков, К С Коликов, В Н Королева, Н Н Красюк, Е В Крейнин, В Н Пузырев, Е И Шемякин, В Н Николин, С А Христианович, М И Болыпинский, А М Морев, О И Чернов, В Н Вылегжанин, А А Мясников, В Г Крупеня, В С Масвский, А Д Алексеев, Р М Кривицкая, О И Касимов, В А Садчиков, ЛМ Зенкович, ОН Мапииникова, Б М Зимаков, И Б Ковалева, Н В Шульмап, И В Зверев, В М Фалькович, Б М Деглин, Д И Дорофеев и другие

По ш-id разнообразия сложных горно-геологических условий угольных месюрокдспии, увеличения глубины разработки и интенсивного ведения горных рабог и недоста!очною учета газокинетических свойств угля до сих пор происходят внезапные выбросы угля и газа и загазирования выработок

Исследования ряда российских и зарубежных ученых показали невозможность надежно обеспечить безопасность, экономическую и жологичсскую эффективность разработки углемстаноных месторождений без постоянною контроля и учета изменений газокннетических свойств угля в каждом забое Но пока в забоях нет средств постоянной комплексной экспресс-оценки параметров призабойной зоны и газокннетических свойств угля, не удается быпро и точно определять все нарушенные зоны и количество метана, десорбированноеу1лем до герметизации его проб и замеров, а специфику каждого пласта трудно учесть и требуются научные исследования па каждой шахте для уточнения расчетов

Поэтому автор провет комплекс высокоточных лабораторных, шахтных и аналитических исследований для научною обоснования и разработки новых технических решений, способов и портативных устройств для экспресс-прогноза в забоях газокинетических характеристик угля и газовыделения из него, выбросоопасности и газоносности призабойнои зоны за счет одновременного использования в забоях преимуществ шахтных и лабораторных методов исследований на основе новых технических достижений и лучшего мирового опыта Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, изложены основные защищаемые положения, научная новизна и практическая ценность полученных научных и практических результатов

В главе 1 приведен анализ современного состояния теории и практики обеспечения безопасности работ на газоносных угольных пластах и необходимости совершенствования методов прогноза динамики тазовыделении и выбросоопасности, поставлены задачи лабораторных и шахтных исследований

В главе 2 описаны специально созданные высокоточные комплексы научного оборудования и методики лабораторных и шахтных исследовании с их помощью, изученные автором выбросоопасные и газоносные угольные пласты В главе 3 приведены результаты использования предложенною диффузионного параметра т для обработки экспериментальных данных автора и ученых России, Украины, Великобритании, США и других стран, полученных при десорбции и сорбции метана и этана образцами угля и углесодержащи> юрных пород, которые доказывают возможность его применения в качестве удобной и информативной количественной газокинетическои характеристики угля и горных пород с угольными включениями из зон любой трушенноеги при любой зольности проб, разных фракциях и разных давлениях и температурах

В главе 4 приведены результаты высокоточного экспериментального изучения автором интегральной и дифференциальной теплош сорбции н десорбции метана углями разных стадий метаморфизма и разной нарушепносш при разных давлениях и температурах, лабораторных и аналитических исследований изменения температуры на поверхности и внутри кусков угля разных фракций при десорбции метана в разных условиях и влияния на нее теплообмена

В главе 5 приведены результаты обработки данных экспериментальных исследований газовыделения и температуры угля в зонах разной нарушспнос-

ти в под1 отовшельных выработках и в очистных забоях ряда шахт на выбросо-опасных угольных пластах и анализа их взаимосвязи со свойствами проб угля

В. главе 6 описаны научное обоснование и разработка новых технических решений, способов и портативных многофункциональных устройств для повышения быстроты и надежности экспресс-оценки в каждом забое температуры, газокинетических свойств и газоносности свежеобнаженного угля и бурового штыба, про1 ноза десорбции в призабойной зоне пласта и из отбитого угля

В заключении изложены выводы и рекомендации, обобщающие основные результаты выполненного автором комплекса научных исследований

В' 23 приложениях приведены дипломы некоторых высших международных и российских наград, акты промышленных испытаний при разработке вы-бросоопасных пластов, справки об использовании результатов исследований автора научными организациями, шахтами, разработчиками и производителями систем экспресс-прогноза выбросоопасности и заключения ИПКОН АН СССР, ПО «Ворошиловградуголь» и МакНИИ об актуальности и практической ценности новы к технических решений, способов и методик, разработанных и испытанных автором в рамках двух договоров о сотрудничестве между ними

Совершенствование методов оценки пористой структуры и газокинети-чегкнх свойств угля для прогноза выбросопасности и газовыделения

В России и за рубежом применяются различные качественные и количественные показатели потенциальной выбросоопасности пористой структуры угля и динамики газовыделения из него Однако известно, что

- надежное гь применения показателей, каждый из которых несет информацию только об одном факторе, необходимом для прогноза газодинамических явлений (структурном или газовом), ограничена,

- применение известных комплексных показателей ограничивают как необходимость проведения ряда экспериментов, так и сложность корректировки критических величин отдельных параметров для оценки вероятности возникновения внезапного выброса и газовыделения для разных пластов,

- замеры в забоях газовыделения из угля известными методами неточны в связи с десорбцией неизвестного количества газа до герметизации пробы,

- изучение угля в лаборатории обычно длится не менее суток, включая его доставку и подготовку для опытов, а Н Ю Заглущенко показана необходимость измерения газокинетических свойств угля не более чем за сутки,

- в связи со сложностью определения размера микропористых сорбцион-ных част иц в угле в России и за рубежом разработан ряд методик для определения по кинетике сорбции и десорбции газа углем вместо коэффициента диффузии комплексных диффузионных параметров, в которые одновременно входят коэффициент диффузии Э и неизвестный размер микропористой частицы г

Эти важные проблемы давно решаются учеными УРАН ИПКОН РАН

1)СВ Кузнецовым и В А Бобиным предложено совместно использовать

для прогноза потенциальной выбросоопасности угольных пластов два диффузионных параметра т и а., определяемых для наиболее подвижного сорбированного метана, а Н Ю Заглущенко разработан экспресс-метод их определения за 4 часа с вычислением диффузионного параметра т по формуле

т = (^-1,) 1п Оа + ЛО-ОЮ. (1)

С^ + Л:)^)

причем этот диффузионный параметр т равен т = г /л20, (2)

где ^ ^ - моменты времени регистрации выделяющегося из угля метана, Д1 - интервал времени регистрации, 9(1) - количество метана, десорбиро-вавшегося в данный момент времени, мл/г, О - коэффициент диффузии,

2) А Т Айруни, В А Бобинным и другими учеными разработана теория структурной трансформации угольного вещества при десорбции метана,

3) автором под научным руководством И Л Эттингера на основе результатов отечественных и зарубежных исследований предложен и применен для более быстрого комплексного экспресс-прогноза выбросоопасности и газовыделения из угля и углесодержащих горных пород другой диффузионный параметр т для всего газа, десорбируемого углем до сорбционного равнове< ия,

т = лг2/360, (3)

который просто определяется за несколько минут любым из двух способов

Первый способ - это вычисление диффузионного параметра т по углу наклона а или (3 прямолинейного начального участка сорбционно-кинетической или десорбционно-кинетической кривой в координатах [Ч0'5, а^а0] (рис 1)

т=1/1ё2а, (4) или х=1/1§2р, (5),

где а, - количество газа, сорбированное или десорбированное к данному моменту времени, мл/г, а0 - количество газа, сорбированное или десорбированное до сорбционного равновесия при конечном давлении газа, мл/г

Тождественность формулы (3) формулам (4) и (5) для ископаемых углей доказана аналитически и экспериментально учеными США П Л Уокером, Л Г Аустином, С П Нанди и О П Махайяном, применявшими диффузионный па-раме гр, обратный предложенному автором диффузионному параметру т

Рис 1 показывает два примера определения параметра т при температуре 30°С для угля пласта К3В Бераль шахты «Перевальская» фракции 0,5-0,25 мм, имеющего ДР = 15, при сорбции метана при давлении 0,1 МПа и при десорбции метана после сброса давления с 1,5 МПа до 0,1 МПа, в которых получены такие результаты при сорбции (1) I» а = 0,011634, т = 3744 секунды при десорбции (2) Р = 0,0124, т = 6500 секунд Взаимосвязь вегшчин параметра т и условного показателя начальной скорости газоотдачи ДР лок.ъана на рис 2

Второй способ - вычисление диффузионного параметра т по ветичине констант десорбции п и 1о, определяемых из эмпирического уравнения Айрея

У, = А{1-ехр[-(1Л0)п]},мл/г, (6)

где V,- объем газа, выделившегося из единицы массы угля к моменту времени

I, мл/г, А - объем газа, который может десорбироваться из угля до сорбционно-го равновесия, мл/г, ^ - время десорбции 63% от величины А, мин, п - коэффициент, зависящий от трещиноватости угля (0 < п < 1)

б S

¿<

/ /У

О 3 6 9 J5

Время05, cw

Рис I. Методика определения диффузионного параметра т

а)

30 СО «ю Рассгоянис ч

В)

я 120

£ 5 Г л

«э

НО

6000

4000

£ 2000 Z 3

«г

•

1 • • • •

... 1

8 12 16 20 24 28 32 Условный показатель начальной скорости гаэоотдачи ¿Р

Рис 2 Взаимосвязь диффузионного параметра т и условного показателя ДР

б)

100 80

__JL

ТО 60 90 120 ISO

PkCClOflHHO ВДОЛЬ Э»6о*, М

Г)

IOO SO 60

тг ж

синим м

12 16 20 24 ДР

Рис 3 Диффузионный параметр т и доля метана, десорбированного и сорбированного углем выбросоопасных пластов за время т а, б - вдоль 4 очистных забоев пласта Big Vein шахты «Cynheidre», в, г - вдоль правой и левой стенок 2 подготовительных выработок пласта К3В Бераль шахты «Перевальская», 0 - спрогнозированное газодинамическое явление, © - внезапный выброс угля и газа

Хотя не все формулы (3)-(5) позволяют вычислять величины параметра т, имеющие размерность времени, их применение для обработки более тысячи опытов для углей и углесодержащих пород России, Украины, Великобритании и США показало, что величины параметра т всегда численно совпадают с временем сорбции или десорбции образцами определенной доли газа от всего количества, сорбированного или десорбированного ими до равновесия

Доказано, что предложенный автором параметр т является постоянной величиной, не зависящей о г времени t, только когда t « t0, то есть т является константой только при п = 0,5, причем в этом случае т и t0 Этот вывод подтвержден обработкой данных для десорбции метана из 246 проб и этана из 130 этих же проб угля фракции 30-60 мм угольных пластов Великобритании с Vr от 27% до 50%, десорбировавших за время т от 63,2% до 63,5% от всего десорбированного до равновесия метана и этана (то есть при п = 0,5 параметр т совпадает с константой Айрея to с точностью ± 0,5%), хотя величина т этих проб с глубин 400-1100 м различалась на несколько порядков при зольности от 0% до 75%

Обработкой экспериментальных данных для этих же 246 образцов с вычислением констант десорбции Айрея t0 и п при п Ф 0,5 доказано, что и в этих случаях величина параметра т показывает время десорбции определенной доли газа, но эта доля меньше 0,63 при п < 0,5 и больше 0,63 при п .> 0,5, а доля десорбированного за время т газа зависит от абсолютной величины параметра т

Обработка автором данных более 1000 сорбционно-кинетических опытов для образцов угля пластов России, Украины и Великобритании разных стадий метаморфизма и 120 сорбционно-калориметрических опытов доказала для этих стран (рис 3) близость сорбционно-кинетических характеристик образцов угля в ненарушенных зонах и уменьшение величины т в нарушенных зонах по сравнению с ненарушенными (рис 3,а, 3,в) Доля метана, десорбированная (рис 3,6) или сорбированная (рис 3,г) за время т, и теплота сорбции и десорбции метана были практически постоянны в зонах любой нарушенности (табл 1)

На рис 3,а линии 1-3 показывают изменение т угля фракции 0,05-0,3 мм пласта Big Vein шахты «Cynheidre» вдоль 3 очистных забоев в ненарушенной зоне (1 - Panel 98, ХМ2, 2 - Panel 15, ХМЗ, 3 - Panel 24, ХМ5), а линия 4 - т вдоль очистного забоя Panel 99, ХМ2 в нарушенной зоне и с мест 4 внезапных выбросов (при каждом выброшено 100-250 тонн угля, а при самом крупном из них выделилось 18000 м3 газа) Для пласта К3В Бераль шахты «Перевальская» в ненарушенных зонах (линии 1 и 4 на рис 3,в - т вдоль левой и правой стенок 5-го западного бремсберга) т для сорбции метана углем фракции 0,25-0,5 мм при 0,1 МПа от 60 до 140 минут, а в нарушенных зонах и местах газодинамических явлений с выбросом до 20 тонн угля т снижается до 16 минут (линии 2 и 3 на рис 3,в - т вдоль стенок разрезной печи 5-й западной лавы, где спрогнозировано газодинамическое явление) За время т уголь пласта К3В Бераль при любых АР сорбировал при 0,1 МПа в среднем 63% метана (рис 3,г, табл 1)

Таблица 1

Экспериментальные данные для угля пласта К3В Бераль шахты «Перевальская»

Характеристика нарушенноеги зон угольного пласта в местах отбора проб угля АР Средняя величина т, с % метана, сорбированный за время т Средняя величина теплоты для метана из опытов при 30°С и 0,1 МПа, кДж/моль

теплота сорбции теплота десорбции с 4,0 МПа

Полости выбросов, 32-28 1090 62,8 21 21

нарушенная зона

Нарушенная зона 27-24 2610 65,9 23 -

Меше нарушенная 23-19 4000 63,2 22 22

Ненарушенная зона 18-14 4560 63,5 21 -

Ненарушенная зона 13-9 7170 62,7 22 21

з S-

301 lA 3

• ' < -< «V

301 4* • 'ЗШШ V

• г

JOI- лч я " | /

а.

со

У а SS4

0,1 О 2 0,4 0,4 Копстоита десогбини Лйрся и

0,5

О 6 12 18 24 40

Диффузионный параметр х, -мин

Рис

4 Втаимосвязь между долей метана, десорбированной за время т, константой десорбции Айрея п и величиной г для 327 образцов угля и yi лесодержащих пород с 9 шахт Южного Уэльса х, - \голь пласта Big Vein, V, # - углистый глинистый сланец и угле-содержлшая порода, 0, ч - уголь пласта Pumpquart, Д, ♦ - уголь 8 шахт Южного Уэльса

Похожую долю метана десорбировали при любых t за время т (независимо от нарушенмостн зон и размера фракции) и угли пластов США Pocahontas № 3 и Pittsburgh, очен::, сильно различающиеся по газокинетическим свойствам Рис 4 разделен автором на три зоны и показывает долю метана, десорбиро-ванную за время т английскими углями и горными породами фракции 0,05-0,30 мм при разных величинах константы Айрея п В зоне 1 - уголь из ненарушенных зон всех стадий метаморфизма В зоне 2 - уголь из нарушенных зон, выброшенная при выбросах масса, большинство тонкоизмельченных образцов угля и углистый сланец с большим содержанием частиц угля В зоне 3 - породы и углистый сланец с малым содержанием угля и с максимальной долей десорбции Рис 5 показывает изменение параметра т углей в вертикальных сечениях пластов а - для угля пласта Big Vein фракции 0,05-0,3 мм вдоль очистного забоя после внезапного выброса в кровле между отметками 99 м и 104 м (линии показывают средние значения □ - верх пласта, х - центр пласта по мощности, Д -основание), б-для угля других пластов Великобритании фракции 30-60 мм

• - ----' "" » ■ ■ — -----• и U,4 0,0 U,6 1,U

Расстояние вдоль шбоя. м (»«яяштнямвт

Рис. 5. Изменение диффузионного параметра т в вертикальных сечениях пластов.

Обработкой собственных опытов и данных И.Л. Эттингера, Г.Д. Лидина, Д.П. Криди, М.Е. Дейнса и А. Гринта при десорбции метана и других газов углями России, Украины и Великобритании и их петрографическими компонентами (витринитом, экзинитом, фюзинитом и богатым фюзинитом штыбом) доказано малое влияние влажности образцов и начального давления газа на долю метана, десорбированную ими за время т, и справедливость установленных закономерностей для углей любого петрографического состава.

Рис. 3 и рис. 5 показывают большую изменчивость газокинетических свойств угля по мощности и простиранию большинства изученных пластов.

Совместно с И.Б. Ковалевой экспериментально получены коэффициенты диффузии метана с применением диффузионного параметра т и метода БЭТ, установлено их различие в пределах пласта на одной шахте до 1,5 раз, а для разных угольных пластов - на порядки. Поэтому для надежного прогноза безопасности работ в забоях необходимо учитывать свойства угля каждого пласта.

Обработка автором многих английских опытов доказала, что рассеянное угольное вещество во вмещающих породах обладает свойствами концентрированного угольного вещества. Это позволяет применять предложенные автором технические решения и устройства при любой зольности угля и горных пород.

Исследование теплоты сорбции и десорбции метана углем, его температуры и теплообмена с окружающей средой

Известно, что дегазирующийся уголь охлаждается, а степень охлаждения зависит от количества десорбированного метана и скорости десорбции. Но прогноз выбросоопасности по снижению температуры угля в призабойной зоне почти не применяют из-за недостаточной изученности процесса теплообмена угля при десорбции метана и трудностей интерпретации результатов замеров.

Поэтому автор экспериментально и аналитически исследовал:

- теплоты сорбции и десорбции метана углями с Vr от 9% до 30% при давлениях от 0,02 МПа до 8,1 МПа и температурах 25,30,35 и 40 °С с одновременным замером динамики тепловыделения и теплопоглощения микрокалориметром Кальве фирмы «Setaram» (Франция), а динамики газовыделения - модернизированным автором прибором «Сорбтомат» фирмы «Carlo Erba» (Италия);

- влияние высоких давлений и температуры на теплоту сорбции метана нарушенным и ненарушенным углем и его пористую структуру на образцах, подвергнутых Л Е Штеренберг воздействию давлений от 2500 МПа до 7700 МПа в установке для получения искусственных алмазов 5-7 минут при 25°С и 50-90°С, используя замер тепловыделения и сорбции метана в микрокалориметре Кальве и электронный сканирующий микроскоп JSM-U3 фирмы «Jeol» (Япония),

- изменение температуры угля при сорбции и десорбции метана и теплообмене с окружающей средой при разных перепадах температур и скоростях воздуха с замером температуры термопарами на поверхности и внутри образцов угля разных форм и размеров, размещенных в сорбционных капсулах и на поверхностях моделей в натуральную величину подготовительной выработки и скважины (шпура), с компьютерной записью данных и с построением графиков для 30 термопар одновременно (всего 72 эксперимента, 2134 графика),

- динамику распределения температуры в частицах угля при десорбции метана (аналитические расчеты вместе с В П, Барановым и Г Е Демидовой),

- теплообмен призабойной зоны пласта с вмещающими породами при десорбции углем метана при разной влажности и скорости подвигания забоя,

- точность экспериментальных термокинетических кривых при разных методиках опытов, а также возможность повышения их информативности для определения дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана углями

Автор доказал отсутствие зависимости интегральной и дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана от стадии метаморфизма и давления при давлениях 0,1 МПа и менее в пределах точности опытов обработкой 102 термокинетических кривых, полученных при температурах 25, 30, 35 и 40 °С Определением теплоты сорбции и десорбции метана углями с Vr от 9,3% до 30% разных шахт Донбасса из ненарушенных и нарушенных зон при давлении от 8,1 до 0,1 МПа при 30°С доказано их постоянство и независимость от нарушенное™, то есть возможность применять для угля каждого пласта постоянную величину теплоты десорбции, определенную для него экспериментально

Поэтому взаимосвязь между количеством десорбированного метана и снижением температуры угля при Vr от 9 % до 30 % и давлениях до 8,0 МПа линейная в случаях, когда влиянием теплообмена можно пренебречь

Для более точного изучения влияния десорбции и сорбции на изменение температуры на поверхности и внутри угля в разных условиях автор получил 2134 термокинетических графика соединенными с компьютером термопарами RS Stock No 151-237, работающими при температурах от 0°С до 70°С с точностью ± 0,2°С и 1 милливольт с постоянной времени 10 секунд (рис 6)

Высокую точность этих опытов с нагревом и охлаждением угля при сорбции и десорбции метана и при ее отсутствии, в которых менялись его температуры и их перепады, скорости движения и температуры омывающего уголь воздуха, начальное и конечное давление метана в системе при сорбции и десорбции, обеспечили одновременные замеры в сорбционных капсулах и в моделях

Время, мин Время, мин

Рис 6 Изменение температуры угля на поверхности (линия 1) и на разном расстоянии от нее при его нагреве (эксперимент 57) при сорбции и охлаждении (эксперимент 58) при десорбции метана для цилиндрического образца высотой 26 мм и диаметром 28 мм

выработки и скважины в одинаковых условиях для ряда соединенных с компьютером образцов, позволившие выделить тепловые эффекты сорбции и десорбции метана за счет одновременного повышения или сброса давления в двух капсулах с цилиндрическим образцом угля и с его точной несорбирующей копией Доказано, что. 1 - снижение температуры угля любой влажности в нарушенных зонах при десорбции больше, особенно в центральной части пласта по мощности, причем в тонком поверхностном слое угля изменение температуры быстрое и большое, а на большей глубине - медленное, 2 - измерять температуру свежеобнаженного угля нужно быстро малоинерционными термометрами

Экспериментальные исследования газовыделения и температуры угля в забоях шахт и их взаимосвязи со свойствами образцов угля

Температура угля в призабойных зонах пластов и бурового штыба, теплота сорбции и десорбции метана углем и их взаимосвязь с десорбционно-кинети-ческими характеристиками угля и метанообильностью выработок изучены

- при разработке выбросоопасных пластов К3В Бераль на шахте «Пере-вальская» вместе с Д И Дорофеевым и Ь10Ливенский на шахте им газеты «Социалистический Донбасс» с В С Маевским в рамках договоров о сотрудничестве ИПКОН АН СССР с ПО «Ворошиловградуголь» и МакНИИ (данные автора использованы ими для разработки новых способов прогноза выбросоопасности по снижению температуры стенок шпуров, штыба и поверхности угля в забое),

- в Лидском университете совместно с Дж Р Баркер-Ридом путем анализа и обработки данных английских шахтных и лабораторных исследований

Некоторые данные, полученные при испытаниях разработанных автором способов и портативных устройств при проходке разрезной печи 5-й западной лавы по пласту К3В Бераль на шахте «Перевальская», показаны на рис 3,в и рис 7 В нарушенной зоне (начиная с пикета № 6), где были 3 газодинамических явления, включая спрогнозированное с помощью разработанной автором номограммы, величины т и температура стенок шпуров на расстоянии 2,0-2,5 метра от груди забоя Д1 резко снижались по сравнению с ненарушенной зоной Установлен рост метанообильности подготовительных выработок при

X7SO i

S.60,0-i

втерт

О -

л if>

ft IT Ч

HaunmoSawi* пим«т*(

Рис 7 Температура стенок шпуров и диффузионный параметр т угля вдоль левой стенки разрезной печи 5-й западной лавы 1, Д и 2, С - температура стенок шпуров на глубине 2,0-2,5 м и 0,2-0,4 м от забоя, 3, • - т для фракции 0,5-0,25 мм

проходке отбойными молотками и сотрясательном взрывании при уменьшении средней величины т угля в забое, особенно значительный в нарушенных зонах

Экспериментально доказаны тесная взаимосвязь начальной скорости газовыделения из шпуров длиной 3,5 м, охлаждения стенок шпуров на расстоянии 2,0-2,5 м от груди забоя и бурового штыба с этого интервала бурения с величиной параметра т угля фракции 0,5-0,25 мм и необходимость совершенствования методик замера температуры угля в подготовительных и очистных забоях

Автор доказал обработкой экспериментальных данных для 4 подготовительных выработок и 3 очистных забоев пласта Big Vein и подготовительной выработки пласта Pumpquart на шахте «Cynheidre», полученных при бурении опережающих скважин длиной 12 м с отбором и исследованием проб с каждого 3-метрового интервала бурения в зонах разной нарушенности, что

- через 15 минут после образования штыб десорбирует основную часть газа, поэтому наиболее перспективно его быстрое изучение в забое с замером начальной скорости десорбции метана и вызванного ей снижения температуры,

- метанообильность выработок зависит от газокинетических характеристик угля и его добычи, а ее связи с процентом угля в забое не наблюдается

Вычисления параметра т по данным о десорбции метана и этана образцами угля из вертикальных сечений 9 угольных пластов Великобритании доказали большой разброс газокинетических свойств угля по их мощности и простиранию, то есть необходимость оценивать в забоях газокинетические свойства угля по простиранию и мощности пласта как можно чаще и быстрее

В результате автором научно обоснованы следующие важные выводы

- повысить газобезопасность работ в забоях шахт, точность и быстроту прогноза выбросоопасности и перспективности участков и скважин для добычи метана можно и необходимо постоянным экспресс-прогнозом и учетом изменений свойств угля в призабойной зоне по простиранию и мощности пласта,

- совместное быстрое определение в забое температуры бурового штыба и динамики газовыделения из него является одной из самых перспективных и реальных малозатратных возможностей повысить точность, быстроту и информативность контроля газодинамического состояния призабойной зоны пласта,

- для повышения надежности экспресс-прогноза безопасности работ в забоях по газовому фактору следует определять газокинетические свойства угля и его остаточную газоносность и отбирать пробы угля прежде всего в местах с более низкой температурой угля по сравнению с ненарушенными зонами пласта в аналогичных условиях, особенно когда уголь в забое не увлажняют,

- прогнозировать метанообилыгость выработок и перспективность участков пласта для добычи метана необходимо с учетом средних величин диффузионного параметра т угля в забое, быстро определяя их по длине каждой скважины

Разработка способов и портативных многофункциональных устройств для экспресс-прогноза в забоях газокннетических характеристик угля, выбросоопасностн прнзабойной зоны и десорбции газа из отбитого угля

Одной из главных целей работы является научное обоснование возможности повысить газобезопасность труда за счет совместного быстрого применения в забоях нормативных и предложенных методов прогноза изменений свойств угля, выбросоопасностн и метановыделения, максимально используя на основе новых технических решений преимущества шахтных и лабораторных методов

Из-за колебаний свойств угля в пластах (рис 5,3) применение нормативных методов прогноза и отбора проб без предварительного поиска признаков нарушенное™ угля для оптимизации выбора мест замеров и отбора проб уменьшает вероятность и быстроту обнаружения зон нарушений даже лучшими методами

Поэтому автор научно обосновал и разработал новые технические решения, способы и многофункциональные устройства для повышения быстроты и надежности экспресс-прогноза выбросоопасностн и газоносности призабойной зоны и газокинетических свойств угля без больших затрат К ним относятся

- способ определения выбросоопасных зон и газоносности пластов в призабойной зоне (рис 8, патент № 2019706), награжденный золотыми медалями Всемирного салона изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» и «Евро-Интеллект Восток-Запад», и способ определения выбросоопасных зон пласта (авторское свидетельство № 1096375),

- устройства для отбора и исследования газоносных образцов (рис. 9,в, патенты № 2016391 и № 2034157), награжденные серебряной медалью Всемирного салона изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» и золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад»,

- портативные многофункциональные устройства класса «РАНИТ», награжденные золотой и серебряной медалями Всемирного салона изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика», золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад» и другими высшими наградами выставок и конкурсов в России и за рубежом Ряд их модификаций (по патенту на изобретение № 2120584 и другие) можно применять в качестве портативных многофункциональных термосов-десорбометров для экспресс-оценки в забое десорбции газа углем и остаточной газоносности, облегчения отбора и доставки

а)

б)

в лаборатории проб угля и бурового штыба, повышения комфорта в быту и т д , - новые технические решения для быстрой удобной предварительной визуальной оценки в любых забоях потенциальной опасности структуры угля в при-забойной зоне по газовому фактору, метановыделения и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана на основе комплексного применения

газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана углем (по снижению температуры свежеобнаженного пласта и бурового штыба по сравнению с ненарушенной зоной в таких же условиях-за несколько секунд, по динамике десорбции метана штыбом - за 3 минуты, по остаточной газоносности штыба - за 15 минут) с использованием в забоях 3 видов комплектов показанных на рис. 9 портативных устройств нового технического уровня и принципа действия:

- во-первых, комплекта портативных многофункциональных устройств для постоянного использования в подготовительных и очистных забоях, особенно при буровых работах, который включает все устройства, показанные на рис. 9;

-во-вторых, индивидуального комплекта устройств для специалистов мета-ноносных шахт, переносимого на поясе (включает тепловизор (рис. 9,а) и более портативный и точный десорбометр нового принципа действия (рис. 9,в, справа), позволяющий визуально оценивать в забое динамику десорбции метана для каждой из многих малых проб штыба, собираемых прежде всего на интервалах бурения, где температура штыба ниже, за 3 минуты, а остаточную газоносность этих же проб в 2 этапа - за 15 минут и до сорбционного равновесия);

- в-третьих, самого дешевого индивидуального комплекта для шахтеров, ведущих бурение, переносимого на поясе: радиационный термометр (рис. 9,6, справа) и наиболее портативный и точный десорбометр (рис. 9,в, справа).

^ _ 1 " б)

Рис.9. Предложенный комплект портативных многофункциональных устройств для постоянного применения в забоях метанообильных шахт: а-тепловизор; б -радиационные термометры; в - устройства для отбора и изучения газоносных образцов (патенты № 2016391, № 2034157); г - терминал и контроллер для передачи информации от десорбометра на поверхность через аппаратуру «ЗУА-98».

Это позволяет быстрее вести комплексный прогноз выбросоопасности, газовыделения и перспективности участков и скважин для добычи метана за счет

- применения тепловизоров и радиационных термометров для предварительного обнаружения признаков изменений газокинетических свойств угля по снижению температуры свежеобнаженной поверхности пласта и бурового штыба в целях оптимизации выбора мест изучения призабойной зоны и отбора проб нормативными и предложенными автором способами и устройствами,

- уменьшения во много раз объема проб и времени для оценки газокинетических свойств и газоносности штыба при меньшем внедрении в опасную зону,

- оценки нарушенности и скорости десорбции прежде всего для более охлажденного угля нормативными методами прогноза выбросоопасности (по скорости газовыделения коэффициенту крепости угля £ йодному показателю Д1 и т д ), параметру т и анализу изображений тепловизора (рис 9,а) участков забоя и бурового штыба с температурным разрешением не более 0,1°С при сохранении их инфракрасных и реальных изображений и с быстрой передачей на поверхность изображений или данных о температуре более охлажденного угля,

- уменьшения внедрения в опасную зону при бурении за счет двухэтапно-го замера температуры штыба (постоянный немедленный дистанционный замер температуры собираемого штыба, а для более охлажденного штыба - замер его температуры еще 3 минуты) и визуальной оценки в забое за 3 минуты десорбции из наиболее охлажденного штыба без извлечения бурового инструмента,

- резкого уменьшения трудоемкости и длительности изучения проб угля

Для меньшего внедрения в опасную зону предложено собирать штыб в де-

сорбометры нового технического уровня (1 - описанные в патентах № 201639 и № 2034157, 2 - разработанный совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура») с послойным замером температуры штыба в десорбометре тепловизором, радиационным термометром или малоинерционными термопарами Это позволяет определять температуру разных частей пробы и сохранять ее в базе данных (что испытано автором в России и Великобритании) и сразу обнаруживать вход в опасную зону по снижению температуры штыба в местах повышенной газоотдачи (по сравнению с типичной на этом интервале бурения в ненарушенной зоне) и прекращать бурение в «подозрительных» местах на 3 минуты для лучшего изучения этого штыба сразу двумя видами разработанных десорбо-метров разного принципа действия (используя в них пробы штыба до 50 и до 600 см3 соответственно для замера десорбции газа и охлаждения штыба), а затем быстрее уточнять выбросоопасность и свойства угля именно в таких местах нормативными и предложенными методами для повышения безопасности

Впервые научно и технически обоснована и подтверждена лабораторными и шахтными экспериментами возможность обеспечить в каждом отдельном забое постоянный более быстрый, надежный и малозатратный комплексный контроль изменений свойств и газодинамического состояния призабойной зоны пласта и экспресс-прогноз метановыделения, выбросоопасности и перспектив-

ноет и участков и скважин для добычи метана на основе совместного замера и использования в забое газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана и акустической эмиссии массива, применяя разработанные десорбометры нового технического уровня и звукоулавливающую аппаратуру, например, «ЗУА-98» (рис 9), для оценки газобезопасности работ в забое каждые 10 минут и чаще

Поэтому научно обоснованные и разработанные автором технические решения и портативные устройства позволяют быстрее, надежнее и дешевле

- повысить эффективность, безопасность и возможности применения ряда нормативных методов прогноза выбросоопасности за счет оптимизации выбора мест и методик замеров и отбора проб угля, определения предложенного параметра т и комплексного использования их для повышения метанобезопасности,

- решить или уменьшить ряд проблем, не позволявших до сих пор своевременно и массово использовать в забоях результаты изучения свойств угля,

- повысить потенциал и эффективность сотрудничества научных институтов и высших учебных заведений с шахтами в целях оказания им постоянного квалифицированного содействия для получения ряда преимуществ, в том числе возможностей 1 - более точной и быстрой оценки шахтерами в любом забое безопасности работ по газовому фактору, перспективности участков и скважин для добычи метана с учетом специфики каждого пласта, именно этого забоя и технологии работ в нем, 2 - быстрого получения специалистами объективной количественной информации об изменениях свойств угля в каждом забое, 3 -получения большого экономического, экологического и социального эффекта

В технических заключениях ИПКОН АН СССР, МакНИИ, ПО «Вороши-ловградуголь», АП «Шахта им А Ф Засядько» и ООО «Звукоулавливающая аппаратура» о научно обоснованных автором и испытанных способах экспресс-прогноза выбросоопасности и газоносности призабойной части пласта на основе быстрого замера охлаждения угля при десорбции газа и газокинетических характеристик угля в забое указывается на их перспективность для повышения безопасности работ в газовых шахтах и на наличие ряда преимуществ по сравнению с нормативными методами прогноза, в том числе 1 - возможность меньшего внедрения в опасные зоны, 2 - готовность шахт к использованию предложенных технических решений, так как необходимое оборудование имеется

Применение разработанных новых технических решений, способов и портативных устройств в дополнение к включенным в «Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» РД 05-350-00 необходимо для повышения безопасности работ в газообильных угольных шахтах еще и потому, что И Л Эттингером и Е С Жу-пахиной доказано превосходство используемого в ряде стран условного показателя начальной скорости газоотдачи ДР прежде всего по надежности и информативности по сравнению с йодным показателем Д1, а предложенный параметр т не только имеет все преимущества ДР и может определяться по тем же данным, но и является более информативной количественной характеристикой

Таким образом, в результате 30-летних комплексных лабораторных и шахтных исследований под научным руководством и при поддержке ведущих ученых Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН автор научно обосновал и разработал новые технические решения, способы и портативные устройства нового технического уровня, позволяющие быстро повысить эффективность применения нормативных методов прогноза выбросоопасности, метановыделения и добычи метана в шахтах России и другие стран без больших затрат и изменений технологии горных работ доступными для любой шахты простыми и недорогими средствами за счет

- обеспечения шахтеров в забоях несколькими видами портативных устройств для бысп рой визуальной оценки по охлаждению угля при десорбции и по десорбции I аза из бурового штыба 1 - мест изменений свойств угля для первоочередного применения в них нормативных методов, 2 - безопасности работ по газовому фактору, 3 - перспективности участков и скважин для добычи метана,

- научно обоснованного учета свойств угля в разрабатываемом пласте,

- более оперативного, удобного, дешевого и массового изучения свойств угля в призабойной зоне современными методами для повышения достоверности, правильное! и интерпретации и практической ценности данных о десорбции

Поэтому их применение в забоях для более быстрого и надежного прогноза зон повышенной газоотдачи является одним из самых перспективных, малозатратных и доступных направлений повышения безопасности, эффективности и экологичности комплексного освоения углеметановых месторождений за счет

- научно обоснованной разработки современных многофункциональных средств непрерывною наблюдения в забое ряда параметров призабойной зоны для более надежного комплексного экспресс-прогноза свойств угля в призабойной зоне, метано- и выбрособезопасности нормативными и предложенными методами с учетом газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана за счет совместного применения разработанных методов и десорбометров нового технического уровня и принципа действия и звукоулавливающей аппаратуры,

- лучшего использования технических достижений и потенциала сотрудничества шахт с научными институтами и вузами в целях оптимизации и повышения результативности противовыбросных, вентиляционных и дегазационных мероприятий, получения каждой шахтой большого экономического эффекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Е! диссертации, являющейся квалификационной научной работой, научно обоснованы технические решения по развитию методов и разработке портативных устройств для оценки метаноотдачи углей, обеспечения газобезопасности труда в шастах и комплексного освоения углеметановых месторождений, имеющие важное научное, народно-хозяйственное и социальное значение

Основные научные и практические результаты, полученные лично авто-

ром, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем

1 Комплексом исследований систем «ископаемый уголь - метан» и «уг-лесодержащие породы - метан» развиты научные основы и установлены перспективные направления разработки и совершенствования способов повышения оперативности и информативности изучения десорбции метана из угля, в том числе в забое, раннего обнаружения выбросоопасных зон, прогноза метановы-деления и перспективности участков и скважин для добычи метана

2 Установлен ряд причин недостаточной надежности локального экспресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений нормативными методами и устройствами, применяемыми в России и за рубежом Научно обоснована необходимость и возможность повысить надежность, быстроту и безоласность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта и отбитого угля разных фракции любой нарушенности нормативными методами без больших дополнительных затрат и изменений технологии горных работ за счет

- оптимизации выбора мест их применения в забоях и отбора проб на основе предварительного экспресс-поиска признаков изменений свойств угля и его повышенной газоотдачи, например, по его более сильному охлаждению в результате десорбции метана, для увеличения эффективности применения нормативных и разработанных автором технических решений, методов и устройств именно в нарушенных местах угольного пласта и для уменьшения внедрения в опасные зоны, так как газокинетические свойства углей в пластах значительно изменяются на малом расстоянии по их простиранию и мощности,

- ускорения исследования проб угля при их отборе и их подготовш для изучения в лаборатории с помощью разработанных автором новых устройств

3 Установлено, что снижение температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба, обусловленное десорбцией метана, позволяет надежнее и быстрее выявлять зоны повышенной газоотдачи и выбросоопасности

4 Экспериментально установлено, что дифференциальная и интегральная теплоты сорбции и десорбции метана углем постоянны в пределах шахюплас-та в зонах любой геологической нарушенности при содержании летучих веществ V1 от 9% до 30% при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма они изменяются в широких пределах (15-28 кДж/моль), зависимости от выхода летучих веществ Уг, сорбционной емкости и глубины залегания угля не обнаружено

5 Установлено, что снижение температуры угля при десорбции ш него метана прямо пропорционально количеству выделившегося метана в случаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь, а при гегшооб-мене угольного пласта с вмещающими породами его охлаждение наиботьшее в центральной части пласта В местах контакта пласта с породами почвы и кровли оно может быть до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них Поэтому результаты замеров температуры угля в призабойной зонг и буровою штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и

отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и времени теплообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя

6 Научно обоснована необходимость постоянного осмотра свежеобнаженной поверхности разрабатываемого газоносного угольного пласта и бурового штыба в подготовительных и очистных забоях тепловизором и радиационным термометром для предварительной оценки размера и расположения потенции-ально опасных по газовому фактору зон по более значительному снижению их температуры в результате повышенного газовыделения (особенно когда уголь не увлажняют) с быстрой отправкой инфракрасных и реальных изображений таких зон и результатов замеров их температуры на поверхность для анализа в целях более эффективного выбора мест для определения показателей выбросо-опасности и нарушенности угля нормативными и предложенными методами.

7 Установлены закономерности метановыделения из образцов угля и горных пород с угольными включениями разных стадий метаморфизма при зольности от 0 % до 94,9 %, доказавшие возможность одинакового описания десорбции из них с применением диффузионного параметра т Сорбционные свойства угля и угольных включений во вмещающих породах одинаковы, сорбционная емкость связана с содержанием частиц угля в них линейно

8 Научно обоснован и разработан экспресс-метод количественной оценки в забое выбросоопасности слагающего пласт угля путем определения предложенного диффузионного параметра т, удельной поверхности и среднего размера микропористых частиц угля в буровом штыбе, позволяющий оперативно получать эти данные с достаточной для инженерных расчетов точностью

9 Предложенный диффузионный параметр т достаточно надежно коррелирует с данными о тектонической нарушенности образцов и динамике газовыделения из них, получаемыми другими методами, имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее существовавшими и используется для описания десорбции метана, этана и других газов из угля и горных пород с угольными включениями, упрощает интерпретацию экспериментальных данных и расширяет область и масштабы их практического применения в горном деле Научно обоснована возможность повышения оперативности, точности и информативности методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на замере динамики десорбции или сорбции (методов ДР, Айрея и других), за счет быстрого вычисления диффузионного параметра т по тем же экспериментальным данным, что повышает практическую ценность их результатов

10 Научно обоснованы методы создания более надежных и оперативных портативных комплексных систем прогноза в отдельном забое выбросоопасности, газовыделения из угля и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана при меньшем внедрении в опасную зону с быстрым замером температуры угля разработанными автором на уровне изобретений и испытанными способами и устройствами без больших затрат и изменений технологии при буровых работах и проходке, в том числе без извлечения бурового инструмента

11 Разработаны и защищены авторским свидетельством и патентами на изобретения способы количественной экспресс-оценки газокинетических характеристик угля, его газоносности в призабойной зоне и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана по динамике десорбции метана углем и снижению температуры бурового штыба и конструкции портативных устройств для их реализации, прошедшие апробацию в шахтных условиях и отмеченные высокими международными наградами Результаты исследований внедрены и использованы при изготовлении трех видов портативных устройств, изобретенных автором, что подтверждено актами промышленных испытаний на шахтах «Перевальская» и им А Ф Засядько, заключениями ПО «Ворошиловградуголь», МакНИИ, ИПКОН АН СССР, письмами МакНИИ, Украинского филиала ВНИМИ и ООО «Звукоулавливающая аппаратура»

12 Использование в шахтах трех предложенных видов комплектов портативных многофункциональных устройств для комплексного экспресс-прогноза в каждом забое газоносности и выбросоопасности призабойной зоны, метановы-деления из угля и угрозы загазирования выработок, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана с применением научно обоснованных и разработанных автором методов и портативных устройств (они могут включать тепловизор, радиационный термометр и несколько различных десорбомет-ров один разработанный совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура», совместимый со звукоулавливающей аппаратурой «ЗУА-98», несколько десор-бометров на основе патентов № 2016391 и № 2034157, термосы-десорбометры класса «РАНИТ» и наиболее портативные и легкие индивидуальные десорбо-метры нового принципа действия) повышает безопасность, эффективность и экологичность комплексного освоения газоносных угольных месторождений и позволяет получить на каждой шахте большой экономический эффект

Основные результаты исследования отражены в следующих публикациях автора:

1 Радченко С А Применение электронного сканирующего микроскопа для оценки макропористости и трещиноватости углей // Физико-технические проблемы добычи и обогащения полезных ископаемых - М • ИПКОН АН СССР, 1980 - С 152-157

2 Физическая химия газоносного угольного пласта /ИЛ Эттингер, Н В Шульман, С А Радченко и др - М Наука, 1981 - 104 с

3 О теплотах сорбции метана ископаемыми углями при давлениях до 8,0 МПа /ИЛ Эттингер, Н В Шульман, И Б Ковалева и др // Химия твердого топлива - 1981 №5 -С 121-124

4 Радченко С А Время диффузионной релаксации как характеристика нарушенное™ угля/Юсновные вопросы комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых-М ИПКОН АН СССР, 1981 -С. 113-118

5 Повышенное метановыделение в выбросоопасных зонах пласта - причина

снижения его температуры в процессе разработки /ИЛ Этгингер, С А Радченко, И А Горбунов и др //Уголь Украины -1981 №10 - С 39-40

6 Радченко С А Зависимость скорости метанопереноса в ископаемом угле от температуры // Разработка и обогащение твердых полезных ископаемых -М ИПКОН АН СССР, 1981 -С 155-160

7 Сорбционно-кию'тические характеристики угля, позволяющие прогнози-розать газодинамические свойства и температуру угольного пласта в вы-бросоопасных зонах /ИЛ Эттингер, С А Радченко, И Б Ковалева и др // Тез докл VII Всесоюзн конф по механике горных пород Днепропетровск, 1981 -М.ИГДим А А Скочинского, 1981

8 Формирование в земной коре углеметановых месторождений и механизм миграции метана через угольные пласты /ИЛ Эттингер, Г Д Лидин, С А Радченко и др // Тез докл II Всесоюзн конф «Природные газы Земли и 1« роль в формировании земной коры и месторождений полезных ископаемых» -М МГРИ, 1982 - С 61-63

9 Эттингер И Л , Шульман Н В , Радченко С А Сорбционно-кинетические характеристики угля, позволяющие прогнозировать газодинамические свойства гпаста и метанообильность горных выработок // Тез докл Все-сою5н научн. конф вузов СССР с участ научно-исслед ин-тов - М МГГУ, 1982 - С 5

10 Радченко С А , Королев В В , Гуткин Э М О взаимосвязи сорбционно-ки-негических характеристик угля с интенсивностью газовыделения в приза-бойной зоне при различных технологических режимах проходки // Прогноз и предотвращение газопроявлений при подземной разработке полезных ископаемых -М ИПКОН АН СССР, 1982 - С 61-68

11 Эттингер И Л, Маевский В С , Радченко С А Контроль газодинамического состояния призабойной зоны пласта//Уголь - 1983 №5 - С 8-9

12 Эттингер И Л , Ковалева И Б , Радченко С А Изменение тонкой структуры угпей при воздействии на них сорбции и сдвиговых напряжений // Тез. докл \'Ш Всесоюзн конф по коллоидной химии и физико-химической механике Часть 5 - Ташкент, 1983

13 Определение степени выбросоопасности по изменению температуры пласта / И А Горбунов, Д И Дорофеев, И Л Эттингер, С А Радченко // Уголь Украины - 1983 № 1 -С 32

14 Изменение температуры угольного пласта как показатель происходящих в нем механических и физико-химических процессов /ИЛ Эттингер, Г Д Лидии, Н В Шульман и др II Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых - 1984 №5 - С 65-69

15 Авторское свидетельство СССР № 1096375 Способ определения выбросо-онасны к зон угольного пласта / И Л Эттингер, С А Радченко, И А Горбунов и др МКИ Е 21 5/00 - 1984 - Бюл № 21

16 Эттингер И Л , Радченко С А , Мельников В В О влиянии теплофизических

характеристик угля на динамику изменения его температуры // Задачи рудничной аэрологии при подземной разработке полезных ископаемых - М ИПКОН АН СССР, 1985 - С 155-163

17 О характеристике газопроявлений в угольном пласте по диффузии метана в образцах /ИЛ Эттингер, С А Радченко, Н В Шульмдн и др // Актуальные проблемы рудничной аэрогазодинамики - М ИПКОН АН СССР, 1986 -С 88-93

18 Эттингер ИЛ, Радченко С А Определение и использование диффузионного параметра десорбции метана для оценки газовыделения m угля // Методы борьбы с рудничными газами и пылью - М ИПКОН АН СССР, 1987 - С 144-149

19 Эттингер И Л , Радченко С А Метаноперенос в образцах угля и угольных пластах//Химия твердого топлива - 1988 №4 - С 29-39

20 Эттингер И Л , Радченко С А Время релаксации как характеристика мета-нопереноса в углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых - 1988 №4 - С 97-101

21 Влияние нарушенное™ угля и коэффициента диффузии на начальную скорость газовыделения / Н В Шульман, В В. Лоскутников, С А Радченко и др // Геомеханика выбросоопасных угольных пластов и аэрогазодинамика глубоких шахт - М ИПКОН АН СССР, 1988. - С 99-104

22 Barker-Read G R, Radchenko S A The influence of geological disturbance of the gas-dynamic behaviour of coal and associated strata - Great Britain, University of Leeds, LUMA, 1988 -P 15-25

23 Barker-Read G R, Radchenko S A The relationship between pore structure of coal and gas-dynamic behaviour of coal seams // Mining Science and Technology - 1989 №8 -P 109-131

24 Barker-Read G R, Radchenko S A Gas emission from coal and associated strata interpretation of quantity sorption-kmetic characteristics // Mining Science and Technology - 1989 №8 -P 263-284

25 Barker-Read G R, Radchenko S A Methane emission ftom coal and associated strata samples // International Journal of Mining and Geological Engineering -1989 № 7 -P 101-121

26 Баранов В П , Радченко С А , Демидова Г Е Определение температурного поля пористой сферической частицы при десорбции из нее газа//Дифферен-циальные уравнения и прикладные задачи - Тула ТулПИ, 1989 - С 70-73

27 Матвиенко Н Г, Радченко С А Использование сорбционно-кинетического показателя для оценки скорости газоотдачи углесодержащчх пород /'/Тазо-пылеэлектробезопасность горных работ-М ИПКОН АН СССР, 1990 -С 60-68

28 Barker-Read G R, Radchenko S A An experimental investigation of coal/air heat transfer - Great Britain, University of Leeds, LUMA, 1990 -P 193-202

29 Баранов В П , Радченко С А Математическое объяснение некоторых эф-

фектов, возникающих при обработке десорбционно-кинетических данных// Дифференциальные уравнения и прикладные задачи - Тула ТулПИ, 1991 -С 78-83

30 Баранов В П, Радченко С А Анализ точности экспериментальных термокинетических кривых // Дифференциальные уравнения и прикладные задачи -Тула ТулПИ, 1992 - С. 114-116

31 Радченко С А Новые методы и устройства для экспресс-оценки свойств призабойной зоны и выявления зон геологических нарушений // Тез докл X Межд конф по механике горных пород 27 09 - 01 10 1993 -M ИГДим А А Скочинского, 1993 -С 113-114

32 Матвиенко H Г, Радченко С А , Никитин Ю В. Методы и средства для выявления природных сорбентов при горных геологоразведочных работах и экспресс-контроля их качества // Материалы научно-техн конф «Экологические проблемы горного производства» - M Информационно-аналитический центр горных наук, 1993 -С 118-119

33 Радченко С.А, Баранов В П Уточненный метод описания динамики газовыделения при десорбции метана из угля // Дифференциальные уравнения и прикладные задачи - Тула ТулГТУ, 1993 - С 57-61

34 Radchenko S A New methods and devices for effective sampling, préparation and investigation of coal samples// Fuel - 1993 Vol 72 № 5 - P 721-722

35 Матвиенко H Г, Радченко С A Метод и аппаратура для экспресс-исследования газоносных образцов пород //Геохимия газов в кристаллических породах и эндогенных процессах Тез докл Межд симпозиума 15-17 сентября 1993 г, Апатиты, Кольский научный центр - 1994 - С 21-22

36 Патент РФ № 2019706 Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне / Радченко С А , Матвиенко H Г МКИ Е 21 F 5/00 - 1994 - Бюл № 17

37 Патент РФ № 2016391. Устройство для отбора и исследования сыпучего груза / Радченко С А , Матвиенко H Г, Никитин Ю.В. МКИ G 01 N 1/20. -1994 -Бюл № 13

38 Патент РФ № 2034157 Устройство для отбора и исследования газоносных образцов / Радченко С А , Матвиенко H Г, Никитин Ю В МКИ Е 21 F 5/00 - 1995 -Бюл №12

39 Кролин А А , Радченко С А Мировой опыт повышения надежности энергоснабжения и защиты потребителей применим и в России // С.О К (Сантехника Отопление Кондиционирование.) - 2005 № 11 - С 46-55

40 Радченко С А Научное обоснование методов экспресс-оценки выбросо-опасности и газоносности призабойной зоны пласта по температуре угля // Безопасность труда в промышленности. - 2007 № 5. - С 29-32

41 Радченко С А Необходимость комплексной оценки опасности внезапных выбросов и взрывов метана в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности - 2007 №11 - С 67-70

42 Матвиенко Н Г, Радченко С А Совершенствование методов и средств прогноза выбросоопасности призабойной зоны угольных пластов // Горный журнал - 2007 № 11 - С 69-72

43 Радченко С А Научное обоснование методов экспресс-прогноз выбросоопасности и газоносности призабойной зоны по температуре; угля // Горный информационно-аналитический бюллетень Отдельный выпуск 13 Метан -2007 -М Мир горной книги, 2007 - С. 115-125

44 Радченко С А Экспресс-прогноз выбросоопасности и динамики десорбции из угля//Горный информационно-аналитический бюллетень Отдельный выпуск 14 Безопасность -2007 -М Мир горной книги,2007 -С 300-310

45 Радченко С А Портативные устройства для повышения безопасности буровых и проходческих работ на углеметановых месторождениях // Горный информационно-аналитический бюллетень - 2007, № 11 - С 322-329

46 Радченко С А Прогнозирование газодинамических явлений в шахтах по изменению температуры угольного вещества // Инженерная физика - 2007 №3 -С 59-62

47 Радченко С А Взаимосвязь газокинетических свойств угля в пласте с его выбросоопасностью и загазованием выработок // Инженерная физика -2007 №5 -С 55-58

48 Радченко С А Определение коэффициентов диффузии метана в угле Возможности повысить безопасность в шахтах // Инженерная физика - 2007 №5 -С 59-61

49 Радченко С А Устройства для комплексного решения проблем экологии и безопасности в угольных шахтах // Экологические системы и приборы -2007 №4 -С 55-59

50 Радченко С А Газотеплообмен при разработке мет аноносных угольных пластов Монография -М ООО «Линкор», 2008 -356 с

51 Радченко С А Новые способы и устройства для экспресс-оценки газокинетических свойств призабойной зоны пласта по температуре угля и газовы-деленшо из него Монография - Тула ООО «Промпилот», 2008 -396 с

52 Радченко CA Повышение безопасности в шахтах за счет комплексного экспресс-прогноза выбросоопасности и газовыделения из угля // Безопасность труда в промышленности -2008 №3 -С 32-35

Издательство Тульского государственного педагогического университета им J1 Н Толстою 300026, Тула, просп Ленина, 125 Подписано в печать 08 09 08 Формат 60* 90 /16 Бумага офсетная Печать трафаретная Уел печ л 2,25

Отпечатано в Издательском центре ТГПУ им JI Н Толстого 300026, 1ула, просп Ленина, 125 Тираж 100 экз Заказ 08/083

Содержание диссертации, доктора технических наук, Радченко, Сергей Анатольевич

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния теории и практики локального экспресс-прогноза метановыделений при разработке угольных пластов.

1.1. Проблема обеспечения безопасности при освоении газоносных угольных месторождений и необходимость совершенствования методов прогноза динамики газовыделения и выбросоопасности.

1.2. Современные представления о газоносности угольных пластов и горных пород с угольными включениями и их влиянии на газообильность шахт и рудников

1.3. Современные представления о пористой структуре угольных пластов и отбитого угля, видах движения метана в них.

1.4. Характеристики динамики газовыделения из угля и степени его тектонической препарации.

1.5. Изменение температуры призабойной зоны пласта и отбитого угля как характеристика динамики десорбции газа, выбросоопасности и теплообмена в горной выработке.

1.6. Выводы по первой главе.

1.7. Задачи исследования.

Глава 2. Оборудование и методики проведения лабораторных и шахтных исследований

2.1. Методика подготовки образцов угля для исследования.

2.2. Оборудование и методики проведения сорбционно-калориметрических экспериментов для изучения кинетики сорбции и десорбции и теплот сорбции и десорбции при атмосферном давлении.

2.3. Методика определения теплот десорбции при высоком давлении.

2.4. Методики экспериментальных исследований теплообмена угля с окружающей средой при наличии и отсутствии десорбции метана.

2.5. Обоснование выбора шахт для исследований, их характеристика и методы выполнения исследований.

2.5.1. Шахта «Перевальская» ПО «Ворошиловградуголь», Донбасс.

2.5.2. Методика исследований при разработке пласта К3В Бераль.

2.6. Обработка результатов английских и американских опытов.

2.6.1. Шахты Южно-Уэльского угольного бассейна, результаты исследования образцов углей с которых обработаны автором по своей методике.

2.6.2. Шахта «Cynheidre», Южный Уэльс, Великобритания.

2.6.3. Образцы угля из газоносных угольных пластов США.

2.7. Выводы по второй главе.

Глава 3. Применение диффузионного параметра т для повышения эффективности экспресс-оценки в забоях и лабораториях газокинетических свойств угля и горных пород с включениями частиц угля.

3.1. Диффузионный параметр т - более информативная количественная характеристика газокинетических свойств угля.

3.2. Методики определения диффузионного параметра х.

3.2.1. Методика определения диффузионного параметра т по начальной кинетике сорбции или десорбции метана углем.

3.2.2. Методика определения диффузионного параметра т по константам десорбции Айрея и изучение их взаимосвязи.

3.3. Исследование влияния нарушенности на величину т и долю метана, десорби-рованного или сорбированного за время т.

3.4. Исследование влияния фракционного состава угля на кинетику десорбции метана из него.

3.5. Исследование влияния петрографического состава угля на кинетику газовыделения из него.

3.6. Исследование влияния зольности угля на кинетику газовыделения.

3.7. Исследование изменения величины диффузионного параметра т в вертикальном сечении выбросоопасного угольного пласта.

3.8. Исследование возможности использования диффузионного параметра т для углей США.

3.9. Применение диффузионного параметра т для описания газовыделения из угля и углесодержащих пород мелких фракций.

ЗЛО. Исследование возможности использования диффузионного параметра т для описания кинетики десорбции углем разных газов.

3.11. Взаимосвязь диффузионного параметра т с другими показателями степени геологической нарушенности образцов угля.

3.12. Использование диффузионного параметра т для определения коэффициента диффузии метана в угле.

3.13. Изучение сорбционной емкости угля и углесодержащих пород.

3.13.1. Задачи и методы исследования зависимости сорбционной емкости вмещающих пород от содержания в них частиц угля.

3.13.2. Изучение зависимости сорбционной емкости вмещающих пород от содержания в них углистых частиц.

3.13.3. Изучение взаимосвязи изменения зольности и сорбционной емкости в сечении угольного пласта по мощности.

3.13.4. Проверка возможности использования установленных зависимостей для других угольных пластов Великобритании.

3.13.5. Изучение зависимости сорбционной метаноемкости и этаноемкости образцов угля различных пластов от глубины разработки.

3.14. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Исследование теплоты сорбции и десорбции метана углем, его температуры и динамики теплообмена.

4.1. Экспериментальное исследование теплоты сорбции и десорбции метана ископаемыми углями при различных давлениях и температурах.

4.2. Аналитическое исследование динамики распределения температуры в частицах угля при десорбции из него метана.

4.3. Аналитическое исследование теплообмена призабойной зоны пласта при десорбции из него метана с вмещающими горными породами.

4.4. Исследование влияния высоких давлений на теплоту сорбции метана ископаемыми углями и их пористую структуру.

4.5. Анализ точности экспериментальных термокинетических кривых и возможностей повысить их информативность.

4.5.1. Анализ точности экспериментальных термокинетических кривых и возможностей ее повышения при изучении угля.

4.5.2. Сравнение результатов, получаемых замерами температуры при десорбции и на основе микрокалориметрических экспериментов.

4.5.3. Анализ информативности замеров температуры угля в забое.

4.6. Лабораторные исследования динамики изменения температуры угля при десорбции метана и теплообмене с окружающей средой.

4.7. Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Экспериментальные исследования газовыделения и температуры угля в зонах разной нарушенности и их взаимосвязи со свойствами образцов угля.

5.1. Методика определения тесноты связи между шахтными и лабораторными характеристиками газоносного угольного пласта.

5.2. Исследование взаимосвязи газовыделения из шпуров и угля и их температуры в подготовительных выработках и очистных забоях.

5.3. Исследование газовыделения в подготовительных выработках шахт Украины и Великобритании.

5.3.1. Результаты экспериментальных исследований на шахте «Перевальская», пласт КзВ Бераль.

5.3.2. Результаты экспериментальных исследований на шахте «Cynheidre», пласты Big Vein и Pumpquart.

5.4. Изучение газосодержания бурового штыба по длине скважин и метанообиль-ности очистного забоя на шахте «Cynheidre», пласт Big Vein.

5.5. Использование диффузионного параметра т для оценки изменения сорбцион-но-кинетических свойств угля в вертикальных сечениях различных угольных пластов Великобритании.

5.6. Выводы по пятой главе.

Глава 6. Развитие методов и разработка новых технических решений и уст /д^ьирицпп 1п%/ ж ««дам азвития способов и разработки новых технических ре щя экспресс-оценки в забое метаноотдачи угля на оы пературы и кинетики десорбции метана.

1я выбросоопасных зон и газоносности угольных пласт

1Я выбросоопасных зон угольного пласта. пса выбросоопасности и газоносности призабойной з< 'частка и скважин для добычи метана.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана"

Актуальность работы. Проблема обеспечения безопасности труда в угольных шахтах России и стран СНГ приобретает все более острый характер. Интенсивная отработка угольных пластов сопровождается обильными метановыделе-ниями, нередко приводящими к загазированию забоев, причем частота и размеры аварий и катастроф достигли критического значения и наиболее значимые из них в последние годы связаны с взрывами метана с групповыми несчастными случаями. Из 89 действующих шахт России 80% отнесены к опасным по метану, из них 48% шахт наиболее метанообильны и лишь 25% шахт работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств. Технико-экономические показатели работы газовых шахт на 35-50% ниже, чем негазовых в аналогичных горногеологических и горнотехнических условиях [ 1 — 5 ].

Неизбежность в настоящее время подземной разработки газоносных угольных месторождений, перспективы ухудшения горно-геологических условий и роста нагрузок определяют высокую актуальность на государственном уровне проблемы метанобезопасности [ 3 ].

Наиболее опасны по интенсивным проявлениям взрывчатых газов в уголь- , ных шахтах выработки и скважины первой очереди проходки, буровые и взрывные технологические операции в них. Основное выделение метана из пластов, газодинамические явления и большинство связанных с метаном аварий происходят в подготовительных и очистных забоях.

О сильной зависимости выбросоопасности и метанообильности от газокинетических свойств и нарушенное™ угля в призабойной зоне известно давно. Несмотря на то, что существуют много методов и средств, а также нормативных документов по прогнозу характера и интенсивности газовыделений в шахтах, проблема обеспечения безопасности и эффективности технологических процессов полностью не решена, в том числе из-за недостаточной надежности методов, технических средств и результатов оперативной оценки газоопасности работ в забоях, сложности прогноза характера и интенсивности газовыделения в шахтах и газокинетических свойств углей, недостаточной изученности тепловых эффектов при десорбции метана ископаемыми углями, так как:

- замеры в забоях газовыделения из угля известными методами неточны в связи с десорбцией неизвестного количества газа до герметизации пробы, особенно для нарушенного угля, поэтому их трудно интерпретировать и применять для прогноза выбросоопасности и метановыделения из разрабатываемого угольного пласта и отбитого угля;

- для надежного прогноза надо использовать сразу несколько методов;

- визуальная оценка нарушенности угля в забое известными способами требует высокой квалификации и не везде возможна, особенно при высоких скоростях проходческих, очисных и буровых работ;

- традиционные лабораторные методы определения скорости сорбции и десорбции метана и микроскопической оценки нарушенности угля долги, поэтому их результаты нельзя использовать в забое для экспресс-прогноза газодинамического состояния призабойной зоны пласта и газовыделения из угля;

- экспресс-оценка безопасности работ в забое по охлаждению угля при десорбции метана не стала массовой, хотя ее перспективность доказана исследованиями, из-за несовершенства методов замеров температуры и интерпретации их результатов, а также недостаточного учета теплообмена угля;

- до сих пор места бурения шпуров и скважин в забоях и отбора проб угля в шахтах России, Украины, Великобритании и других угледобывающих стран остаются как правило фиксированными, а нормативные методы прогноза - дискретными. Поэтому не всегда удается применять их прежде всего в самых нарушенных местах разрабатываемых газоносных пластов, за исключением случаев отбора проб из самой нарушенной пачки, что не всегда возможно (так как положение нарушенных пачек по длине скважин перед началом буровых работ неизвестно).

Данная работа - продолжение и развитие исследований доктора технических наук И.Л. Эттингера и доктора технических наук, профессора Г.Д. Лидина и их научной школы. Она выполнена как составная часть исследований Института проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по направлению «Развитие теоретических основ и методов борьбы с рудничными газами и пылью». Ряд лабораторных и шахтных исследований, испытаний в шахтах на выбро-соопасных пластах разработанных новых способов, технических решений и портативных устройств выполнены в содружестве ИПКОН АН СССР с МакНИИ и ПО «Ворошиловградуголь», в Лидском университете Великобритании (лабораторные опыты, анализ данных лабораторных и шахтных исследований ученых Великобритании, США и других стран, компании «British Coal»), в 2007-2008 годах — совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» (Донецк, Украина).

Работа выполнялась с 1978 года в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (аспирантура, докторантура), в 1988 году — в Лидском университете Великобритании (10-месячная научная стажировка по теме «Изучение современных методов исследования тепломассообмена в пористых средах и возможности применения этих методов для расчета интенсивности мета-новыделения из угля в горные выработки»), в 1985-1991 годах — на кафедре теп-логазоснабжения и вентиляции Тульского политехнического института (ныне Тульский государственный университет) и с 1997 года — на кафедре машиноведения и безопасности жизнедеятельности Тульского государственного педагогического университета им. Л.Н. Толстого.

Цель работы — научно обоснованная разработка новых методов и портативных устройств для повышения точности, оперативности и доступности количественной экспресс-оценки в забоях динамики газовыделения из угля, его газоносности в призабойной зоне и обнаружения мест изменений других свойств угля в пласте, обеспечивающая совершенствование прогноза выбросоопасности и ме-тановыделения, повышение безопасности, эффективности и экологичности комплексного освоения метаноносных угольных месторождений.

Объектом исследования являются призабойные зоны угольных пластов, отбитый уголь и буровой штыб из опасных по метану шахт.

Предмет исследования - процессы десорбции метана, изменения температуры и теплообмена угля в призабойной зоне пласта и отбитого угля.

Основная идея работы заключается в использовании газокинетических свойств угольного вещества и тепловых эффектов при десорбции метана для повышения точности и оперативности прогноза выбросоопасности, метаноотдачи и газоносности угля в призабойной зоне пласта для комплексного решения проблем эффективности и безопасности добычи угля и метана в шахтах при минимальных затратах и изменениях технологии горных работ.

Основные задачи диссертационной работы обусловлены ее целью и заключаются в следующем:

- научно обосновать перспективные направления повышения эффективности использования исследований систем «ископаемый уголь — газ» и «углесодер-жащие породы — газ» для более быстрого и надежного прогноза в забое изменений свойств угля в призабойной зоне (его выбросоопасности, нарушенности, газоносности и т.д.) для обеспечения эффективности и метанобезопасности работ;

- обосновать и разработать новые технические решения, способы и конструкции портативных устройств для повышения метанобезопасности в забоях, надежности и оперативности методов прогноза изменений свойств угля в призабойной зоне, его метаноотдачи и выбросоопасности на основе учета газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана, не требующие больших дополнительных затрат средств, времени и труда и изменений технологии горных работ.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий:

- изучение кинетики сорбции и десорбции метана углем и тепловых эффектов высокоточными комплексами научного оборудования, включающими: низкотемпературный микрокалориметр Кальве с приставкой высокого давления фирмы «Setaram» и прибор «Сорбтомат» фирмы «Carlo Erba» (в ИПКОН РАН) и термостатированную сорбционную установку и модели в натуральную величину подготовительной выработки и скважины (в Лидском университете Великобритании), точность изучения которыми тепломассообмена угля, метана и воздуха автор значительно повысил за счет новых технических решений;

- осмотр поверхности образцов угля из нарушенных и ненарушенных зон ряда пластов электронным сканирующим микроскопом JSM-U3 фирмы «Jeol»;

- замер газовыделения из шпуров, температуры поверхностей забоев, стенок шпуров, штыба из них и десорбции метана буровым штыбом, остаточной газоносности угля и бурового штыба, концентрации метана в воздухе, температур и скоростей движения воздуха в выработках, изучение угля из выбросоопасных и невыбросоопасных зон нормативными методами с определением показателей АР и AJ и техническим анализом угля для подготовительных и очистных забоев;

- аналитические исследования;

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Газокинетические и тепловые эффекты десорбции метана углем в приза-бойной зоне и буровым штыбом отражают происходящие в них механические и физико-химические процессы. Их совместный учет позволяет надежнее, быстрее и проще выявить изменения свойств угля и зоны повышенной газоотдачи пласта для выбора мероприятий по обеспечению безопасности и эффективности комплексного освоения газоносных угольных месторождений.

2. Дифференциальная и интегральная теплота сорбции и десорбции метана углем на единицу количества десорбированного метана постоянна в пределах шахтопласта в зонах любой геологической нарушенности при содержании лету-р чих веществ V от 9% до 30% при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма она изменяется в широких пределах (15-28 кДж/моль), ее зависимости от V , сорбционной емкости и глубины залегания угля не обнаружено.

3. Величина снижения температуры угля при десорбции из него метана прямо пропорциональна количеству выделившегося метана в случаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь. При теплообмене призабой-ной зоны пласта с вмещающими породами его охлаждение максимально в центральной части пласта, а в местах его контакта с породами почвы и кровли оно может быть до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них. Поэтому результаты измерений температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и времени теплообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя.

4. Предложенный диффузионный параметр т, величина которого численно совпадает с временем десорбции постоянной доли от общего количества газа, десорбированного углем или горной породой с угольными включениями до равновесия, является информативным количественным показателем динамики десорбции метана и этана из них. Его преимущества по сравнению с известными критериями - быстрота и простота получения количественных характеристик десорбции (скорости десорбции и времени десорбции части газа, достигающей 63% от всего десорбированного до равновесия газа, и коэффициента диффузии метана в угле), которые можно одновременно использовать для прогноза метановыделения из угля в выработки и выбросоопасности.

5. Совместный учет кинетики десорбции метана углем по диффузионному параметру т и снижению температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба в результате десорбции повышает точность и быстроту оценки газокинетических свойств углей в зонах любой нарушенности и является основой оперативных способов количественного экспресс-прогноза выбросоопасности призабойной зоны и метаноносности угля в ней, метаноотдачи угля в призабойной зоне и отбитого угля, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана. В выбросо-опасных и нарушенных зонах диффузионный параметр х меньше в несколько раз, а охлаждение угля за счет десорбции метана значительно больше, чем в ненарушенных зонах пласта.

6. Газокинетические свойства угля по простиранию и мощности большинства пластов значительно изменяются даже на малых расстояниях. Поэтому для повышения точности прогноза выбросоопасности и метановыделения их следует определять по простиранию и мощности пласта с наибольшей частотой и быстротой, используя в забоях предложенный комплексный экспресс-метод первичной количественной оценки изменения свойств и газоотдачи свежеобнаженного угля и бурового штыба по их температуре (прежде всего очень быстро дистанционно) и величине диффузионного параметра т угля.

7. Угольные включения в породе имеют те же сорбционные характеристики, что и уголь из соседних пластов. Сорбционную емкость углесодержащих пород можно принимать прямо пропорциональной содержанию в них частиц угля, а диффузионный параметр т пригоден для описания кинетики десорбции метана образцами угля фракции до 60 мм и углесодержащими породами любой зольности и степени тектонической препарации. Это повышает достоверность и оперативность прогноза сорбционной метаноемкости и скорости газоотдачи углей и горных пород с угольными включениями.

8. Повысить надежность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта и отбитого угля нормативными методами без больших затрат и изменений технологии горных работ в забоях можно за счет их применения и отбора проб угля прежде всего в местах снижения температуры угля, установленных предварительным замером температуры свежеобнаженной поверхности пласта по простиранию и мощности и бурового штыба на всех интервалах бурения, и использования научно обоснованных и разработанных автором новых технических решений, способов и портативных устройств.

Научное значение работы состоит в установлении взаимосвязи величины диффузионного параметра х проб угля с температурой и газоотдачей призабойной зоны пласта и штыба, в обосновании и разработке новых технических решений, способов, методик и десорбометров нового технического уровня для совершенствования экспресс-прогноза в забое выбросоопасности и газоносности призабойной зоны пласта, газокинетических характеристик угля и динамики газовыделения из него, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана при минимуме затрат и изменений технологии работ.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

- впервые экспериментально доказаны постоянство и равенство интегральной и дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана углем на единицу количества десорбированного углем метана из зон любой нарушенности шахто-пласта при выходе летучих веществ Уг = 9-30%, давлениях газа до 8,0 МПа и разных температурах, и необходимость определить ее экспериментально для каждого пласта, так как для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма она бывает от 15 до 28 кДж/моль;

- доказаны преимущества применения диффузионного параметра х по сравнению с рядом других способов оценки газокинетических свойств проб угля и бурового штыба разного петрографического и фракционного состава и горных пород с угольными включениями, особенно в дополнение к ним, и сходимость результатов предложенных автором и уже известных способов;

- обоснована высокая информативность и надежность комплексных способов экспресс-прогноза газоносности и выбросоопасности призабойной зоны, основанных на количественной оценке в забое газокинетических характеристик угля разных фракций и стадий метаморфизма и времени десорбции до двух третей от десорбированного до равновесия газа за счет одновременного быстрого замера температуры угля и начальной скорости десорбции;

Практическая значимость работы.

Установлено, что одной из причин недостаточной точности локального экспресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений в шахтах нормативными российскими и зарубежными методами и устройствами является их применение и отбор проб угля без предварительного быстрого поиска в забоях признаков изменений свойств угля и без учета особенностей разрабатываемых пластов и теплообмена, что снижает вероятность обнаружения ими мест повышенной газоотдачи угля. Поэтому для повышения надежности нормативных методов прогноза за счет быстрой оптимизации выбора в забоях мест их применения и отбора проб, повышения метанобезопасности и добычи угля и метана без больших затрат и изменений технологии горных работ предложены новые технические решения, способы и портативные устройства.

Разработаны способы количественной экспресс-оценки в забое газокинетических свойств и газоносности угля в призабойной зоне на основе замеров его температуры при бурении шпуров и скорости сорбции и десорбции метана (авторское свидетельство № 1096375 и патент на изобретение № 2019706), проведены их промышленные испытания на шахте «Перевальская».

Разработаны, изготовлены и испытаны в лабораторных и шахтных условиях 3 вида портативных многофункциональных устройств для отбора и экспресс-исследования проб угля, позволяющие повысить быстроту, точность и информативность их изучения в забоях и лабораториях (патенты на изобретения № 2016391, 2034157). Научно обоснованные и предложенные автором новые технические решения испытаны в 2007 году на шахте Донбасса и в 2007-2008 году использованы совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» для разработки и испытания в забоях десорбометра нового технического уровня.

Доказана возможность повысить оперативность и информативность известных методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на замере десорбции или сорбции газа (АР, Айрея и т. д.), путем включения в них дополнения об определении диффузионного параметра т по тем же данным.

Диффузионный параметр т использован для экспериментального определения коэффициентов диффузии метана в угле разной нарушенности из выбросо-опасных и невыбросоопасных зон различных газоносных пластов.

Предложенные методы, технические решения и комплекты портативных устройств для постоянного автоматизированного или ручного экспресс-контроля и прогноза изменений свойств угля в забоях и по длине скважин на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана являются одним из самых перспективных направлений повышения надежности и быстроты прогноза мета-новыделения и выбросоопасности в забое и перспективности участков и скважин для добычи метана в шахтах даже при высоких темпах работ, особенно в подготовительных выработках и при бурении, так как они наиболее быстрые и простые.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- использованием представительных объемов экспериментальных данных (более 1000 десорбционно-кинетических опытов с образцами угля разных фракг» ций и петрографического состава с выходом летучих веществ V = 5-50 % с глубин 300-1100 метров из зон разной нарушенности и с мест газодинамических явлений; 182 высокоточных сорбционно-калориметрических опыта с углями с глу

J-« бин 300-1100 метров при V = 9-30 %; 2134 экспериментальных кривых динамики изменения температуры на поверхности и внутри кусков угля разных размеров и форм и проб штыба при сорбции и десорбции метана и при ее отсутствии, разных перепадах температур и давлений метана и скоростях движения омывающего уголь воздуха; замеры в шахтах с отбором и изучением проб угля при проходке 11 подготовительных выработок по пластам К3В Бераль, Big Vein и Pumpquart и в 3 очистных забоях 3 шахт и т. д.);

- применением двух уникальных высокоточных экспериментальных комплексов на основе научного оборудования фирм Франции, Великобритании и Италии (низкотемпературного микрокалориметра Кальве фирмы «Setaram», сорбто-мата фирмы «Carlo Erba», лабораторного кондиционера, приборов и установок фирмы «P.A. Hilton Ltd.» и т. д.), электронного сканирующего микроскопа JSM-U3 фирмы «Jeol» (Япония), другого научного оборудования в ведущих научных центрах России, Великобритании и Украины;

- подтверждением научных положений и выводов экспериментальными данными, результатами промышленных испытаний при разработке выбросоопасных угольных пластов на различных глубинах на шахтах Украины.

Реализация результатов работы. Полученные автором научные результаты, выводы и технические решения, изготовленные и модернизированные под его руководством установки и устройства использовали ИПКОН РАН, Лидский университет Великобритании, МакНИИ, Украинский филиал ВНИМИ, ПО «Во-рошиловградуголь», ООО «Звукоулавливающая аппаратура», промышленно-ком-мерческая ассоциация «АПЕКС», АООТ «Региональный промышленно-торговый дом «АПЕКС»» и другие (имеются их заключения, письма и т. д.).

Результаты исследований используются в учебном процессе ТГПУ им. JI.H. Толстого по дисциплинам и курсам «Теплотехника и энергетические машины», «Экологичные ресурсосберегающие технологии» и другим.

Личный вклад автора. Все основные положения, результаты и выводы получены автором лично. Ему принадлежат постановка проблемы и задач исследований, разработка методик лабораторных и аналитических исследований, выполненные им лабораторные и шахтные эксперименты, анализ и обобщение данных своих опытов и опытов российских и зарубежных ученых.

В решении отдельных задач и внедрении полученных автором результатов в научных исследованиях и при разработке газоносных угольных пластов в России и на Украине участвовали коллеги автора в ИПКОН РАН, МакНИИ, Лидском университете Великобритании, производственном объединении «Ворошиловградуголь» и ООО «Звукоулавливающая аппаратура» и другие. Есть совместные публикации, авторское свидетельство и 10 патентов России на изобретения, ссылки на которые приведены в диссертации.

Автор дважды участвовал в ВДНХ СССР (1980, 1981 гг.), во Всемирных салонах изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюс-сель-Эврика» (Брюссель, Бельгия, 1994, 1995 гг.), в Осенней Пловдивской ярмарке (Пловдив, Болгария, 1992 г.), в Лейпцигском инновационном форуме Центральной и Восточной Европы (Лейпциг, Германия, 1995 г.), в выставке-презентации современной техники, технологий и материалов в Торговом представительстве России во Франции (Париж, Франция, 1996 г.), во Всероссийских и межрегиональных выставках и конкурсах (1994-2007 гг.), II Тульском экономическом форуме (2007 г.). Он награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР, 2 золотыми и 2 серебряными медалями Всемирных салонов изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика», золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад», 4 раза подряд занимал призовые места в факультетском этапе ежегодного конкурса «Лучший молодой ученый Тульского политехнического института» (1983-1987 гг.), удостоен в связи с важным значением полученных им результатов исследований и разработанных устройств званий академика Международной академии лидеров бизнеса и администрации (International Academy For Leadership In Business And Administration) и лауреата тульского регионального тура Всероссийского конкурса «Инженер года — 2007» по версии «Профессиональные инженеры» в номинации «Теплотехника».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на 53 всесоюзных, всероссийских, международных, региональных и других научно-технических и научно-практических конференциях, совещаниях, семинарах с 1980 по 2008 год, в том числе в ИПКОН АН СССР,ИПКОН РАН, Лидском университете Великобритании, МакНИИ, Московском государственном горном университете (9 докладов на секциях «Недели горняка» в 2004, 2007, 2008 гг.), Тульском государственном университете, Тульском государственном педагогическом университете им. Л.Н. Толстого, на заседании Британского шахтного подкомитета объединенного комитета Великобритании по проблеме внезапных выбросов угля и газа (British Colliery Sub-Committee of the British Joint Advisory Committee on Outburst of Coal and Firedamp, Ланелли, Великобритания, 1988 г.).

Изобретения и научно-технические разработки автора, сконструированные и изготовленные с их применением портативные устройства разных модификаций экспонировались на 5 международных и 15 российских выставках (1980-2002 гг.), участвовали и победили в 2 Всероссийских (1999, 2000 гг.), межрегиональном (1995 г.), областном (1998 г.) и городском (1997 г.) конкурсах, в том числе на ВДНХ СССР (Москва, 1980,1981 гг.), Международной химической выставке «Ин-хеба» (ЧССР, Братислава, 1990 г.), Осенней Пловдивской технической ярмарке (Болгария, 1992 г.), Всемирных салонах изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (Бельгия, Брюссель, 1994, 1995 гг.), Лейпцигском Инновационном форуме Центральной и Восточной Европы (Германия, Лейпциг, 1995 г.), выставке современной техники в Торговом представительстве России во Франции (Франция, Париж, 1996 г.), выставке «Техника Российского Севера» в Государственной Думе Российской Федерации (1996 г.), Всероссийских программах-конкурсах «100 лучших товаров России». Они получили 2 золотые и 2 серебряные медали Всемирных салонов изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (1994, 1995 гг.) и золотую медаль «Евро-Интеллект Восток-Запад» (1995 г.), первые премии на межрегиональной выставке-ярмарке конкурентоспособных проектов и разработок «Наследники Демидовых» по группе «Действующие производства и технологии» (1995 г.) и Тульском городском конкурсе к 850-летию города Тулы в разделе «Экология, природопользование и энергосбережение» (1997 г.), диплом Торгового представительства России во Франции (1996 г.), золотой и серебряный дипломы Всероссийской программы-конкурса «100 лучших товаров России» (1999, 2000 гг.) и т. д.

Маркетинговые исследования ряда изобретенных автором портативных многофункциональных устройств, выполненные под руководством нескольких доцентов Тульского государственного университета и Тульского государственного педагогического университета им. JI.H. Толстого, включая и автора, студентами этих университетов и представленные на открытые Всероссийские конкурсы научно-исследовательских работ студентов, были удостоены пяти наград открытых Всероссийских конкурсов Министерства образования и науки России: медали (2008 г.), 3 дипломов (2008, 2005, 2004 гг.) и первой премии (1996 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 72 научных трудах, в том числе в 3 монографиях, 25 статьях в 12 рекомендованных ВАК изданиях, 6 статьях в 4 ведущих зарубежных горных журналах на английском языке общим объемом 88 страниц, 1 авторском свидетельстве и 10 патентах России на изобретения.

Автор выражает признательность проф., д.т.н. Г.Д. Лидину и д.т.н. И.Л. Эт-тингеру за постановку работы, искреннюю благодарность научному консультанту проф., д.т.н. Н.Г. Матвиенко, академику РАН, проф., д.т.н. К.Н. Трубецкому, академику РАН, проф., д.т.н. В.А. Чантурия, члену-корреспонденту РАН, проф., д.т.н. Д.Р. Каплунову, члену-корреспонденту РАН, проф., д.т.н. А.Д. Рубану, проф., д.т.н. В.В. Кудряшову, проф., д.т.н. А.Т. Ерыгину, проф., д.т.н. М.А. Иофи-су, проф., д.т.н. C.B. Кузнецову, проф., д.т.н. С.Д. Викторову, проф., д.т.н. Е.И. Панфилову, д.т.н. В.А. Бобину, д.т.н. В.Н. Захарову, проф., д.т.н. A.C. Воронюку, д.т.н. B.C. Забурдяеву, д.т.н. Ю.П. Галченко и другим сотрудникам ИПКОН РАН, президенту ТулГУ проф., д.т.н. Э.М. Соколову, проф., д.т.н. Н.М. Качурину, ректору ТГПУ им. Л.Н. Толстого проф., д.п.н. H.A. Шайденко, к.т.н. В.П. Баранову, д.т.н. B.C. Маевскому, к.т.н. Д.И. Дорофееву, к.т.н. Б.М. Деглину, а также сотрудникам Лидского университета Великобритании д.ф. Дж.Р. Баркер-Риду, проф., д.ф. П.А. Янгу, проф., д.ф. П.А. Дауду и сотруднику компании «British Coal» д.ф. Д.П. Криди за ценные рекомендации и помощь при выполнении работы.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Радченко, Сергей Анатольевич

6.8. Выводы по шестой главе

1. В результате 30-летних комплексных лабораторных и шахтных исследований под научным руководством и при поддержке ведущих ученых Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН автор научно обосновал и разработал новые технические решения, способы и портативные устройства нового технического уровня и принципа действия, позволяющие быстрее повысить эффективность применения нормативных методов прогноза выбросоопасности, метановыделения и добычи метана в шахтах России и других стран в условиях увеличения возможностей современной высокопроизводительной техники для проходческих, буровых и очистных работ, роста выбросоопасности и метанообильности в глубоких шахтах и ухудшения горно-геологических условий без больших финансовых и трудовых затрат и изменений технологии горных работ доступными для любой шахты простыми и недорогими средствами за счет:

- обеспечения специалистов и шахтеров прежде всего в подготовительных выработках и при буровых работах коллективными и индивидуальными комплектами портативных устройств для экспресс-оценки газобезопасности работ и повышения эффективности использования нормативных методов прогноза выбросоопасности за счет быстрой и удобной визуальной оценки по охлаждению угля при десорбции и по газовыделению из бурового штыба: 1 - мест изменений свойств угля для первоочередного применения нормативных методов; 2 - газобезопасности работ в забое; 3 - перспективности участков и скважин для добычи метана;

- научно обоснованного учета свойств угля в призабойной зоне пласта;

- более оперативного, удобного, дешевого и массового изучения свойств угля в призабойной зоне современными методами для повышения достоверности, практической ценности и правильности интерпретации данных о десорбции газа.

- научно обоснованной разработки современных многофункциональных средств непрерывного экспресс-контроля в любом забое ряда параметров призабойной зоны для более надежного комплексного экспресс-прогноза свойств угля в призабойной зоне, метано- и выбрособезопасности нормативными и предложенными методами с учетом газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана за счет совместного применения разработанных методов и десорбометров нового технического уровня и принципа действия и звукоулавливающей аппаратуры;

- лучшего использования технических достижений и потенциала сотрудничества шахт с научными институтами и высшими учебными заведениями в целях оптимизации и повышения результативности противовыбросных, вентиляционных и дегазационных мероприятий, обеспечения получения каждой шахтой большого экономического эффекта.

2. Научно обоснованные и разработанные автором технические решения и портативные устройства позволяют быстрее, надежнее и наименее затратно:

- решить или уменьшить ряд проблем, не позволявших до сих пор своевременно и массово использовать в забоях результаты изучения свойств угля;

- повысить потенциал и эффективность сотрудничества научных институтов и высших учебных заведений с шахтами в целях оказания им постоянного квалифицированного содействия для получения ряда преимуществ, в том числе реальных возможностей: 1 — более точной и быстрой оценки шахтерами в любом забое безопасности работ по газовому фактору, перспективности участков и скважин для добычи метана с учетом специфики каждого пласта, именно этого забоя и технологии работ в нем; 2 - быстрого получения специалистами объективной количественной информации об изменениях свойств угля в каждом забое; 3 — получения шахтами большого экономического, экологического и социального эффекта.

3. Научно обоснованы, разработаны и испытаны в лабораторных и шахтных условиях новые технические решения, комплексные способы и портативные многофункциональные устройства, позволяющие быстро и просто повысить безопасность, надежность, оперативность, практическую ценность и информативность сорбционных исследований угля без больших дополнительных финансовых и трудовых затрат и изменений технологии горных работ и при меньшем внедрении в выбросоопасные зоны за счет более точного и быстрого экспресс-прогноза прежде всего в подготовительных выработках и при бурении любых шпуров и скважин по метаноносным пластам изменений свойств угля и участков повышенной газоотдачи на основе постоянного быстрого и удобного измерения: 1 - температуры свежеобнаженного угля в призабойной зоне по простиранию и мощности разрабатываемого пласта и бурового штыба на всех интервалах бурения; 2 - начальной кинетики десорбции метана из бурового штыба и его остаточной газоносности; 3 - количественных характеристик газовыделения и нарушенности угля на основе одновременных замеров метановыделения из штыба и его охлаждения; 4 -первоочередного применения нормативных и предложенных автором методов и устройств в зонах с более низкой температурой по сравнению с ненарушенными в аналогичных условиях, особенно когда уголь не увлажняют для пылеподавления.

4. Совместное экспресс-определение в забое температуры бурового штыба и газовыделения из него является одним из самых перспективных направлений повышения точности, оперативности и информативности исследований газодинамического состояния призабойной зоны угольного пласта и легко может быть обеспечено серийно выпускаемыми и предложенными автором устройствами.

5. Замер температуры свежеобнаженной поверхности угольного пласта или бурового штыба при десорбции метана, например, тепловизором или радиационным термометром, позволяет сразу обнаружить потенциально опасные по газовому фактору участки по их меньшей температуре. Однако для правильной интерпретации результатов таких измерений необходимо учитывать теплообмена десор-бирующего газ угля и экспериментально определенную теплоту десорбции метана углем, а также убедиться в нарушенности и высокой скорости десорбции более охлажденного угля другими экспресс-методами, например, замером в забое начальной скорости десорбции метана углем и его остаточной газоносности разработанными портативными многофункциональными десорбометрами, осмотром переданных на поверхность инфракрасных и реальных изображений угля тепловизором с помощью компьютера, определения йодного показателя А1 и т. д.

6. Разработанные новые способы и легкие портативные устройства позволят постоянно определять в забоях газокинетические характеристики и газоносность угля в призабойной зоне пласта без изменения технологии работ и больших затрат средств и труда, повысить безопасность труда в шахтах и сделать оперативную оценку выбрособезопасности и нарушенное™ угля доступной для любого шахтера, особенно при бурении шпуров и скважин в газоносных угольных пластах.

7. Разработанные технические решения, способы и портативные устройства позволяют обеспечить на всех интервалах бурения экспресс-оценку выбросо- и взрывобезопасности и эффективности добычи шахтного метана в зонах любой геологической нарушенное™, то есть комплексно решать проблемы охраны труда, повышения эффективности разработки углеметановых месторождений и экологии.

8. Научно обоснованные и предложенные автором новые технические решения испытаны в 2007 году на шахте Донбасса и в 2007-2008 году использованы совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» для разработки и испытания десорбометра нового технического уровня, пригодного для создания комплексных систем экспресс-прогноза в забое безопасности по газовому фактору, то есть для более быстрого и надежного контроля изменений свойств угля в призабойной зоне и прогноза выбросоопасности, метанообильности и газовыделения из отбитого угля, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана.

9. Научно и технически обоснована возможность и необходимость применять в шахтах несколько видов предложенных автором комплектов портативных устройств для удобного комплексного экспресс-прогноза в любом отдельном забое изменений свойств угля, выбросоопасности, нарушенное™ и газоносности призабойной зоны, метановыделения из угля и угрозы загазирования выработок, перспективности участков и скважин для добычи метана с использованием научно обоснованных и разработанных автором методов и портативных многофункциональных устройств, позволяющих получать в забое более достоверную информацию о газодинамических свойствах призабойной зоны пласта и угля в ней и повысить безопасность труда без больших затрат и изменений технологии работ.

10. Впервые научно обоснованы и подтверждены лабораторными и шахтными экспериментами возможность и необходимость повысить безопасность, экономическую и экологическую эффективность комплексного освоения углеме-тановых месторождений за счет совместного быстрого применения в забоях нормативных и предложенных методов прогноза изменений свойств угля, выбросо-опасности и метановыделения из призабойной зоны пласта и отбитого угля:

- максимально используя в шахтах и каждом забое преимущества шахтных и лабораторных методов изучения газодинамического состояния призабойной зоны пласта и угля в ней на основе предложенных новых технических решений;

- обеспечив каждый отдельный забой системами постоянного комплексного экспресс-прогноза изменений свойств угля, метано- и выбрособезопасности работ, перспективности участков и скважин для добычи метана по снижению температуры свежеобнаженной поверхности забоя и бурового штыба, десорбции штыбом газа и его остаточной газоносности и акустической эмиссии массива, способными получать, обрабатывать и передавать информацию каждые 10 минут и даже чаще.

11. Разработанный и испытанный автором в лабораторных и шахтных условиях многофункциональный десорбометр нового технического уровня и принципа действия, имеющий в транспортном положении объем от 100 см , по-видимому, является самым маленьким и легким в мире. Его можно носить на поясе в подготовительном забое и при буровых работах по газоносным пластам и применять:

- в качестве нового индивидуального средства для быстрой и удобной визуальной оценки в забое газокинетических свойств бурового штыба, длительности десорбции штыбом газа и остаточной газоносности штыба в целях своевременного обнаружения угрозы газодинамических явлений и загазований выработок;

- для постоянного экспресс-прогноза газокинетических свойств штыба без извлечения бурового инструмента при бурении любых скважин для дегазации.

305

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся квалификационной научной работой, научно обоснованы технические решения по развитию методов и разработке портативных устройств для оценки метаноотдачи углей, обеспечения газобезопасности труда в шахтах и комплексного освоения углеметановых месторождений, имеющие важное научное, народно-хозяйственное и социальное значение.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Комплексом исследований систем «ископаемый уголь — метан» и «уг-лесодержащие породы — метан» развиты научные основы и установлены перспективные направления разработки и совершенствования способов повышения оперативности и информативности изучения десорбции метана из угля, в том числе в забое, раннего обнаружения выбросоопасных зон, прогноза метановыделения и перспективности участков и скважин для добычи метана.

2. Установлен ряд причин недостаточной надежности локального экспресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений нормативными методами и устройствами, применяемыми в России и за рубежом. Научно обоснована необходимость и возможность повысить надежность, быстроту и безопасность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта и отбитого угля разных фракций любой нарушенности нормативными методами без больших дополнительных затрат и изменений технологии горных работ за счет:

- ускорения исследования проб угля при их отборе и их подготовки для изучения в лаборатории с помощью разработанных автором новых устройств.

3. Установлено, что снижение температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба, обусловленное десорбцией метана, позволяет надежнее и быстрее выявлять зоны повышенной газоотдачи и выбросоопасности.

4. Экспериментально установлено, что дифференциальная и интегральная теплоты сорбции и десорбции метана углем на единицу объема сорбированного и десорбированного газа постоянны в пределах шахтопласта в зонах любой геологической нарушенности при содержании летучих веществ V от 9% до 30% при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма они изменяются в широких пределах (15-28 кДж/моль), зависимости от выхода летучих веществ V , сорбционной емкости и глубины залегания угля не обнаружено.

5. Установлено, что снижение температуры угля при десорбции из него метана прямо пропорционально количеству выделившегося метана в случаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь, а при теплообмене угольного пласта с вмещающими породами его охлаждение наибольшее в центральной части пласта. В местах контакта пласта с породами почвы и кровли оно может быть до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них. Поэтому результаты замеров температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и времени теплообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя.

6. Научно обоснована необходимость постоянного осмотра свежеобнаженной поверхности разрабатываемого газоносного угольного пласта и бурового штыба в подготовительных и очистных забоях тепловизором и радиационным термометром для предварительной оценки размера и расположения потенции-ально опасных по газовому фактору зон по более значительному снижению их температуры в результате повышенного газовыделения (особенно когда уголь не увлажняют) с быстрой отправкой инфракрасных и реальных изображений таких зон и результатов замеров их температуры на поверхность для анализа в целях более эффективного выбора мест для определения показателей выбросоопасности и нарушенности угля нормативными и предложенными методами.

7. Установлены закономерности метановыделения из образцов угля и горных пород с угольными включениями разных стадий метаморфизма при зольности от 0 % до 94,9 %, доказавшие возможность одинакового описания десорбции из них с применением диффузионного параметра т. Сорбционные свойства угля и угольных включений во вмещающих породах одинаковы, сорбционная емкость связана с содержанием частиц угля в них линейно.

8. Научно обоснован и разработан экспресс-метод количественной оценки в забое выбросоопасности слагающего пласт угля путем определения предложенного диффузионного параметра т, удельной поверхности и среднего размера микропористых частиц угля в буровом штыбе, позволяющий оперативно получать эти данные с достаточной для инженерных расчетов точностью.

9. Предложенный диффузионный параметр т достаточно надежно коррелирует с данными о тектонической нарушенности образцов и динамике газовыделения из них, получаемыми другими методами, имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее существовавшими и используется для описания десорбции метана, этана и других газов из угля и горных пород с угольными включениями, упрощает интерпретацию экспериментальных данных и расширяет область и масштабы их практического применения в горном деле. Научно обоснована возможность повышения оперативности, точности и информативности методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на замере динамики десорбции или сорбции (методов АР, Айрея и других), за счет быстрого вычисления диффузионного параметра т по тем же экспериментальным данным, что повышает практическую ценность их результатов.

10. Научно обоснованы методы создания более надежных и оперативных портативных комплексных систем прогноза в отдельном забое выбросоопасности, газовыделения из угля и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана при меньшем внедрении в опасную зону с быстрым замером температуры угля разработанными автором на уровне изобретений и испытанными способами и устройствами без больших затрат и изменений технологии при буровых работах и проходке, в том числе без извлечения бурового инструмента.

11. Разработаны и защищены авторским свидетельством и патентами на изобретения способы количественной экспресс-оценки газокинетических характеристик угля, его газоносности в призабойной зоне и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана по динамике десорбции метана углем и снижению температуры бурового штыба и конструкции портативных устройств для их реализации, прошедшие апробацию в шахтных условиях и отмеченные высокими международными наградами. Результаты исследований внедрены и использованы при изготовлении трех видов портативных устройств, изобретенных автором, что подтверждено актами промышленных испытаний на шахтах «Пере-вальская» и им. А.Ф. Засядько, заключениями ПО «Ворошиловградуголь», Мак-НИИ, ИПКОН АН СССР, письмами МакНИИ, Украинского филиала ВНИМИ и ООО «Звукоулавливающая аппаратура».

12. Использование в шахтах трех предложенных видов комплектов портативных многофункциональных устройств для комплексного экспресс-прогноза в каждом забое газоносности и выбросоопасности призабойной зоны, метановы-деления из угля и угрозы загазирования выработок, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана с применением научно обоснованных и разработанных автором методов и портативных устройств (они могут включать тепловизор, радиационный термометр и несколько различных десорбометров: один разработанный совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура», совместимый со звукоулавливающей аппаратурой «ЗУА-98», несколько десорбометров на основе патентов № 2016391 и № 2034157, термосы-десорбометры класса «РАНИТ» и наиболее портативные и легкие индивидуальные десорбометры нового принципа действия) повышает безопасность, эффективность и экологичность комплексного освоения газоносных угольных месторождений и позволяет получить на каждой шахте большой экономический эффект.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Радченко, Сергей Анатольевич, Москва

1. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. — М.: изд-во Академии горных наук, 2000. — 519 с.

2. Метан в шахтах и рудниках России: прогноз, извлечение и использование / А.Д. Рубан, B.C. Забурдяев, Г.С. Забурдяев и др. М.: ИПКОН РАН, 2006. -312 с.

3. Пучков Л.А., Сластунов C.B. Эффективное решение проблемы метанобезопас-ности угольных шахт России — безотлагательная задача сегодняшнего дня // Уголь. 2006. - № 12. - С. 24-28.

4. Пучков Л. А. Проблема метана в современном горном производстве//Сб. научн. трудов МГТУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. М.: МГГУ, 1999. - С. 5-13.

5. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. — М.: Недра, 1979.-271 с.

6. Васючков Ю.Ф. Физико-химические способы дегазации угольных пластов. — М.: Недра, 1986.-255 с.

7. Сластунов C.B. Проблемы угольного метана и их технологические решения // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. — М.: МГТУ, 1999.-С. 50-61.

8. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т., Куликова ЕЛО. Физико-химические процессы при добыче полезных ископаемых и их влияние на состояние окружающей среды. М.: изд-во Академии горных наук, 2002. — 270 с.

9. Климов С.Л., Закиров Д.Г. Энергосбережение и проблемы экологической безопасности в угольной промышленности России. М.: изд-во Академии горных наук, 2001. - 271 с.

10. Рубан А.Д., Забурдяев B.C. Метановая опасность и проблемы дегазации угольных шахт // Горный вестник. — 1997. — № 3. С. 79-85.

11. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне / Ю.Н. Малышев, Ю.Л. Худин, М.П. Васильчук и др. — М.: изд-во Академии горных наук, 1997. — 463 с.

12. Метан в угольных пластах / A.A. Скочинский, В.В. Ходот, В.Г. Гмошинский и др. Под общей ред. A.A. Скочинского и В.В. Ходота. — М.: Углетехиздат, 1958. -256 с.

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

14. Методы прогноза и способы предотвращения выбросов газа, угля и породы / Ю.Н. Малышев, А.Т. Айруни, Ю.Л. Худин и др.—М.: Недра, 1995. 352 с.

15. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах.-М.: Недра, 1981.-335 с.

16. Ярунин С.А., Лукаш A.C. Поинтервальное гидродинамическое воздействие на углепородный массив через скважину с горизонтальным окончанием ствола // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. М.: МГГУ, 1999. -С. 191-198.

17. Ушаков В.К. Детерминированная и стохастическая динамика шахтных вентиляционных систем // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. -М.: МГГУ, 1999. С. 237-241.

18. Аэрология горных предприятий / К.З. Ушаков, A.C. Бурчаков, Л.А. Пучков и др. Под ред. К.З. Ушакова. Уч. для вузов. Изд. 3-е. — М.: Недра, 1987. — 421 с.

19. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтныхвентиляционных сетях. — М.: Наука, 1973. 136 с.

20. Малышев Ю.Н., Зверев И.В., Айруни А.Т. Новые высокоэффективные технологии предварительной дегазации разрабатываемых угольных пластов // Сб. научн. трудов Mil У к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. М.: Mi'ГУ, 1999. — С. 86-99.

21. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С. Способы интенсификации газоотдачи неразгруженных пластов угля в подземных условиях // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. -М.: МГГУ, 1999. С. 106-117.

22. Забурдяев B.C. Новые методы дегазации и управления газовыделением в угольных шахтах. М.: ЦНИЭИуголь, 1990, выпуск 2. — 65 с.

23. Забурдяев B.C. Дегазация газоносных и выбросоопасных пластов скважинами // Безопасность труда в промышленности — 1992. № 3. — С. 27-30.

24. Саламатин А.Г., Забурдяев B.C. Проблемы дегазации угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 1996. - № 4. — С. 41-46.

25. Сергеев И.В., Забурдяев B.C., Бобров И.А. Проблемы безопасности в метано-обильных шахтах // Безопасность труда в промышленности. — 1997. — № 2. — С. 2-5.

26. Костарев А.П. Взрывы метана и пыли на шахтах и меры по их предупреждению: Обзор. М.: ЦНИЭИуголь, 1989. - 48 с.

27. Козел К.К., Середюк B.JL Влияние расстояний между разрывными нарушениями на производительность механизированных комплексов // Уголь. 1991. - № 9. - С. 54-56.

28. Фрумкин Р. А.-Б. Комплексное прогнозирование условий ведения горных работ на шахтах Донецкого бассейна. Дисс. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук в форме научного доклада. М.: МГИ, 1989. - 37 с.

29. Фрумкин P.A., Окалелов В.Н. Оценка достоверности прогнозов условий разработки пластов // Уголь Украины. 1983. - № 9. — С. 43-44.

30. Мясников A.A., Старков С.П., Чикунов В.И. Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах. М.: Недра, 1985. - 205 с.

31. Петросян А.Э., Калякина Т.Н. Газовыделение в зонах тектонических нарушений // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 170. Вопросы аэрологии и борьбы с пылью на угольных шахтах и разрезах. — М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1978. С. 3-9.

32. Ушаков К.З. Газовая динамика угольных шахт. — М.: Недра, 1984. — 248 с.

33. Назаренко А.П., Жуков А.Е., Канин В.В. Разработка газоносных пластов, склонных к внезапным выбросам // Безопасность труда в промышленности. — 1984.-№5.-С. 55-57.

34. Мурич А.Т., Худяков М.Я. Новые проблемы в обеспечении безопасных условий труда в глубоких шахтах // Уголь Украины. — 1989. № 2. — С. 34-35.

35. Ольховиченко А.Е., Бойко Я.Н., Зеленский Ю.А. Прогноз выбросоопасности в глубоких шахтах Донбасса // Безопасность труда в промышленности. — 1981. -№1.- С. 45-46.

36. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. — М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1989.- 192 с.

37. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. М.: Недра, 1990.-235 с.

38. Максименко А.Н., Гордиенко Э.М. Горно-технические условия проведения подготовительных выработок по угольным пластам, склонным к внезапным выбросам // Добыча угля подземным способом: Научн.-техн. реф. сб. М.: ЦНИЭИуголь, 1981, №. 7. - С. 17-18.

39. Матвиенко Н.Г. Выделение природных газов при освоении рудных месторождений. -М.: Наука, 1988.-230 с.

40. Матвиенко Н.Г. Прогноз газопроявлений при разработке рудных месторождений. М.: Наука, 1976. — 80 с.

41. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР / А.И. Кравцов, Г.Д. Лидин, Б.М. Зимаков и др. — Том 1. — М.: Недра, 1979. — 628 с.

42. Эттингер И.Л. Газоемкость ископаемых углей. — М.: Недра, 1966. — 223 с.

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

44. Лидин Г.Д. Газообильность каменноугольных шахт СССР. Том 1. — М.-Л.: изд-во АН СССР, 1949. 224 с.

45. Закономерности распределения метана в угольных месторождениях / А.Э. Петросян, Г.Д. Лидин, А.М. Дмитриев и др. — М.: Наука, 1973. 148 с.

46. Эттингер И.Л. Свойства углей, влияющие на безопасность труда в шахтах. — М.: Госгортехиздат, 1961. — 95 с.

47. Эттингер И.Л. Внезапные выбросы угля и газа и структура угля. — М.: Наука, 1969. 160 с.

48. Эттингер И.Л. Физическая химия газоносного угольного пласта. — М.: Наука, 1981.-104 с.

49. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах / В.В. Ходот, М.Ф. Яновская, Ю.С. Премыслер и др. — М.: Наука, 1973. — 140 с.

50. Зимаков Б.М., Зильберштейн М.И., Флегонтов А.К. Особенности и механизм формирования газоносности антрацитовых месторождений Донбасса // Геологическое строение и разведка полезных ископаемых Ростовской области.—

51. Ростов-на-Дону: Ростовский гос. ун-т, 1979. С. 23-32.

52. Твердохлебов В.Ф., Колесник В.Я., Зимаков Б.М. Количественная оценка газа угольных месторождений // Уголь. 1986. - № 4. - С. 53-55.

53. Методика определения газоносности вмещающих пород угольных месторождений при геологоразведочных работах. — М.: Недра, 1988. — 110 с.

54. Фалькович В.М. Классификация углевмещающих пород с учетом их газоносности // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 236. Вентиляция, борьба с газом и пылью в угольных шахтах. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1985.-С. 105-110.

55. Фалькович В.М. Органические включения в углевмещающих породах и их влияние на величину метаноносности и газоносности пород // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 206. Рудничная аэрология. — М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1982. С. 39-47.

56. Устинов Н.И., Пак B.C., Кузьмин Д.В. Метановыделение из выработанных пространств глубоких шахт // Уголь. — 1979. № 10. — С. 27-28,

57. Сергеев И.В., Иванов Б.М., Устинов Н.И., Пак B.C. Газовыделение из вмещающих пород на глубоких горизонтах // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 222. Вопросы аэрологии в угольных шахтах. М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1983. - С. 39-43.

58. Устинов Н.И., Пак B.C., Еремеев Е.П. Особенности газовыделения из вмещающих пород в выработки глубоких шахт // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 225. Вопросы аэрологии в угольных шахтах. — М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1984. С. 41-46.

59. Дополнение к «Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт». -М.: Недра, 1981.-79 с.

60. Устинов Н.И., Пак B.C. Определение газовыделения из вмещающих пород наглубоких горизонтах // Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. Выпуск 121. Рудничная аэрология и безопасность горных работ. — М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1974. С. 55-59.

61. Устинов Н.И., Пак В С. Метановыделение из вмещающих пород // Безопасность труда в промышленности. — 1989. № 2. — С. 39.

62. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. М.: Недра, 1982. - 256с.

63. Оценка коллекторских свойств угольных пластов применительно к условиям промысловой добычи метана / Н.Г. Матвиенко, Б.М. Зимаков, В.В. Гурьянов и др. // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. — М.: МГГУ, 1999.-С. 151-157.

64. Айруни А.Т. Закономерности газоотдачи из сближенных угольных пластов при их под- и надработке // Труды Сектора физико-технических горных проблем ИФЗ АН СССР. Проблемы разработки угольных месторождений. М., 1969.-С. 124-149.

65. Васючков Ю.Ф. Диффузия метана в пластах ископаемых углей // Химия твердого топлива. 1976. - № 4. — С. 27-33.

66. Кузнецов C.B., Кригман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. -М.: Наука, 1978. 122 с.

67. Лидин Г.Д., Айруни А.Т., Клебанов Ф.С. О механизме действия дегазационных скважин, пробуренных по разрабатываемым угольным пластам // В кн.: Физико-технические горные проблемы. -М.: Наука, 1971. — С. 146-158.

68. Распад газоугольных твердых растворов / А.Д. Алексеев, А.Т. Айруни, И.В. Зверев и др. // Сб.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, 1994. - № 3. - С. 65-70.

69. Еремин И.В., Эттингер И.Л. Наука об угле — состояние и проблемы // Вестник Академии Наук СССР. 1970. - № 3. - С. 43-49.

70. Эттингер И. Л. Растворимость и диффузия метана в угольных пластах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1987. - № 2. — С. 79-90.

71. Айруни A.T., Бобин B.A., Зверев И.В. Теоретические основы формирования микроструктуры газонасыщенного угольного вещества // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — Новосибирск, 1985. № 6. — С. 89-96.

72. Зенкович JI.M. Природная газопроницаемость и удельная интенсивность газоотдачи рабочих пластов основных месторождений СССР // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Науч.-техн. реф. сб. — 1976. № 7. -С. 10-11.

73. Исследование структуры выбросоопасных углей Донбасса / А.Т. Айруни, И.В. Зверев, М.О. Долгова и др. // Сб.: Прогноз и предотвращение газопроявлений при подземной разработке полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1982.-С. 104-112.

74. Бобин В.А. Сорбционные процессы в природном угле и его структура. — М.: ИПКОН АН СССР, 1987. 135 с.

75. Бобин В.А. Новые методы измерения свойств природных газонасыщенных углей // Тез. докл. X Межд. конф. по механике горных пород. Москва, 27 сентября 1 октября 1993 г. - М., 1993. - С. 97-98.

76. Линьков A.M., Зубков В.В. Актуальные задачи для блочных систем // Тез. докл. X Межд. конф. по механике горных пород. Москва, 27 сентября — 1 октября 1993 г.-M., 1993.-С. 118-119.

77. Ярунин С.А. Опыт гидрорасчленения выбросоопасных пластов // Сб. научн. трудов МГТУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. М.: МГТУ, 1999. - С. 26-46.

78. Павленко М.В. Особенности метановыделения из угля при использовании волнового воздействия // Сб. научн. трудов МГГУ к 70-летию проф. Н.В. Ножкина. М.: МГГУ, 1999. - С. 203-205.

79. Ставровский В.А. Закономерности изменений фильтрационных и газодинамических параметров разрабатываемых пологих угольных пластов в зоне влияния очистных работ. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. - М., ИПКОН АН СССР, 1979.-240 с.

80. Петросян А.Э. Выделение метана в угольных шахтах.—М.: Наука, 1975.— 188 с.

81. Ковалев Ю.М., Кузнецов C.B. Фильтрация газа в разрабатываемом угольном пласте при диффузионном процессе десорбции // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1974. № 6. — С. 74-77.

82. Эттингер И.Л. Напряжение набухания в системе «уголь-газ» как источник энергии в развитии внезапных выбросов угля и газа // Сб.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — Новосибирск, 1987. № 2. — С. 79-90.

83. Кирюков В.В., Брижанев А.М., Огнур Н.П. Электронно-микроскопические исследования витринита донецких углей с целью прогноза внезапных выбросов угля и газа // Уголь. 1994. - № 5. - С. 44-47.

84. Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом угле / И.Н. Смоланов, Г.П. Стариков, Т.А. Василенко и др. // Сб.: Физико-технические проблемы горного производства. Выпуск 6. — Донецк: ТОВ «АПЕКС», 2003. — С. 151-156.

85. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля. — Киев: Наукова думка, 1988. — 192 с.

86. Николин В.И. Представления (гипотеза) о природе и механизме выбросов угля, породы и газа // В кн.: Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. - С. 122-140.

87. Связанный метан в природных углях / А.А. Алексеев, Н.Н. Коврига, Г.П. Стариков и др. // Сб.: Физико-технические проблемы горного производства. Вып. 6. Донецк: ТОВ «АПЕКС», 2003. - С. 5-12.

88. Лидин Г.Д. Прогнозирование возможности внезапных выделений метана в угольных шахта по геологоразведочным данным // Охрана и оздоровление воздушной среды в шахтах. — М.: Наука, 1978. — С. 3-35.

89. Геотехнологические методы оценки газоотдачи угольных пластов / В.М. Тру-фанов, М.И. Гамов, В.В. Гурьянов и др. Ростов-на-Дону: Терра, 2003. — 66 с.

90. Петросян А.Э., Сергеев И.В., Устинов Н.И. Научные основы расчета параметров горных выработок по газовому фактору. — М.: Наука, 1969. — 128 с.

91. Бауман Г., Кляйн Ю., Юнтген X. Влияние измельчения каменного угля на его удельную поверхность, пористую структуру и кинетику адсорбции // Глюкауф. Техника и экономика горной промышленности. -1978. № 13. — С. 40-49.

92. Kissell F.N., Bielicki R.J. An in-situ diffusion parameter for Pittsburgh and Pocahontas No. 3 Coalbeds. — USBM Report of Investigations No.7668, 1972. — 13 p.

93. Walker P.L., Austin L.G., Nandy S.P. Chemistiy and physics of carbon. Vol. 2. Activated diffusion of gases in molecular-sieve materials. — New York: Marcel Dekker, Inc., 1966.

94. Walker PJL., Mahajan OP. Methane dffiision in coal and chars. — Analytical methods for coal and coal products. Vol. 1. Chapter 5. Edited by Clarence Karr, Jr. — New York, San Francisco, London: Academic Press, 1979. P. 163-188.

95. Кузнецов C.B., Ковалев Ю.М Газовыделение из отбитого угля в забое // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.-1975. № 4.—С. 7-10.

96. Бобин В.А К вопросу о влиянии десорбции на движение газоугольной среды при внезапных выбросах // Сб.: Добыча и обогащение полезных ископемых. — М.: ИФЗ АН СССР, 1977. С. 90-97.

97. Кузнецов CJB., Бобин В.А Основные параметры кинетики десорбции при газодинамических явлениях в угольных шахтах // Тез. докл. Всесоюзной научной школы ИПМ АН СССР. M., 1979.-С. 40-41.

98. Кузнецов C.B., Бобин В.А. К вопросу о кинетике десорбции метана при газодинамических явлениях в шахтах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1980. № 1. - С. 58-65.

99. Бобин В.А. Разработка теоретических основ и методик расчета движения угля и газа при внезапных выбросах. — Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -М.: ИПКОН АН СССР, 1980. 17 с.

100. Кузнецов C.B., Бобин В.А. Исследование динамики изменения давления газа в замкнутом объеме за счет десорбции метана из угля // Сб.: Вопросы механики горных пород при разработке твердых полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1982. С. 60-72.

101. Заглущенко Н.Ю. Разработка метода оценки выбросоопасности угольных пластов на основе анализа параметров кинетики десорбции метана из угля. — Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: ИПКОН АН СССР, 1989. -140 с.

102. Золотарев П.П., Дубинин М.М. Об уравнениях, описывающих внутреннюю диффузию в гранулах адсорбента // Доклады АН СССР. — 1973. Том 210. - № 1.-С. 136-139.

103. Ярунин С.А., Дмитриев A.M., Бухны Д.И. Управление газовым состоянием выбросоопасного угольного пласта: Экспресс-информация. — М.: ЦНИЭИуголь, 1980.-35 с.

104. Ярунин С.А., Бухны Д.И. Расчет газодинамического состояния призабойной части угольного пласта // В кн.: Вентиляция и газодинамические явления в шахтах. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1981. - С. 6-12.

105. Janas H., Winter К. Fruherkennung der Gasausbruchsgefahr auf der Grundlage derk-Wert-Bestimmung // Gluckauf-Forschungshefte. 1977. - Nr. 8. - S. 21-28.

106. Jackson L. J. Outbursts in coal mines. IEA Coal Research. IOTS/TR25. — 1984. -64 p.

107. Airey E. M. Gas emission from broken coal. An experimental and theoretical investigation // International Journal of Rock Mechanic and Mining Science. 1968, Vol. 5, No. 6. - P. 475-494.

108. Creedy D.P. A study of variations in the gas content of coal seams in relation to petrographic and stratigraphic variations. M. Sc. Thesis, University of Wales, Cardiff, 1979.

109. Nandi S.P. and Walker P.L., Jr. Activated diffusion of methane in coal // Fuel. -1970. Vol. 49. - P. 309-323.

110. Crank J. The mathematics of diffusion. The Clarendon Press, Oxford, 1956. - 85 p.

111. Сухан JI, Байер M. Термодинамика рудничной атмосферы. Пер. с чешек. Н.А. Ар-замасова. М.: Недра, 1978. - 255 с.

112. Воропаев А.Ф. Тепловое кондиционирование рудничного воздуха в глубоких шахтах. -М.: Недра, 1979. -192 с.

113. Исследование изменения температуры выбросоопасного угольного пласта / Э.И. Москаленко, Ю.Ф. Макогон, И.А. Горбунов и др. // Уголь Украины. -1980. -№3. С. 30-31.

114. Щербань А.Н., Цырульников А.С., Еремин И.Я. Прогноз газоносности угля и давление газа в призабойной зоне // В кн.: Борьба с внезапными выбросами в угольных шахтах. — М.: Госгортехиздат, 1962. — С. 497-514.

115. Рыженко И.О. О локальных повышениях давления газа в пласте и его температуры впереди забоя // Уголь Украины. 1980. - № 2. - С. 31-32.

116. Терещенко В.Г., Микитченко В.Ф. Температурный режим призабойной зоны угольного пласта — один из критериев оценки поведения кровли // Уголь Украины. 1966. - № 4. - С. 42-43.

117. Температура угля в момент выемки пласта в лавах глубоких шахт / A.M. Криворучко, А.М.Гущин и др. // Вопросы проветривания и безопасности в угольных шахтах. Ч. 1. Донецк, 1970. - С. 93-103.

118. Ониани Ш.И. Некоторые особенности формирования теплового режима очистных выработок глубоких шахт при слоевой разработке мощных угольных пластов // В кн.: Борьба с высокими температурами в угольных шахтах и рудниках. Донецк, 1974. - С. 83-84.

119. Корепанов К.А. Влияние десорбции метана на температуру стенки угольного забоя в лавах газоносных пластов // В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. Киев: Техшка, 1979. — С. 46-50.

120. Рейпольский H.A., Розенбаум М.А. Исследование изменения температуры в массиве на выбросоопасных пластах // Уголь Украины.—1978. -№ 10.—С. 41-43.

121. Болыпинский М.И., Маевский B.C., Кременев О.Г. Оценка состояния приза-бойной части выбросоопасных пластов по температурным характеристикам // Уголь. 1983. - № 3. - С. 17-19.

122. Маевский B.C., Кременев О.Г. Особенности измерения температуры газоносных угольных пластов // Техника безопасности, охрана труда и горно-спасательное дело: Научн.-техн. реф. сб. -М.: ЦНИЭИуголь, 1983, № 1. С. 25-26.

123. Маевский B.C., Кременев О.Г. Об использовании температуры пластов при оценке их выбросоопасногсти // Уголь Украины. — 1982. № 7. — С. 38.

124. Способ и средства контроля нарушенности структуры угольных пластов в очистных забоях: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. — Мак-НИИ, Макеевка-Донбасс, 1985. — 17 с.

125. Кременев О.Г. О технических требованиях к бесконтактному индикатору поверхности угольного забоя // Сб.: Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. — МакНИИ, Макеевка-Донбасс, 1982. — С. 75-77.

126. Маевский B.C., Кременев О.Г. Основные положения способов оценки выбро-соопасности по температурным характеристикам угольных пластов // Сб.: Разработка и обогащение твердых полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1981.-С. 160-163.

127. Рейпольский П.А., Маевский B.C., Качко В.Ю. Особенности измерений температуры на выбросо- и удароопасных пластах // Уголь Украины. — 1987. № 12.-С. 32-34.

128. Маевский B.C. Термодинамическая устойчивость выбросоопасных угольных пластов // Создание безопасных условий труда в угольных шахтах. — Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1986. С. 64-69.

129. Ельчанинов Е.А., Розенбаум М.А., Шор А.И. Влияние изменений напряжений и деформаций на динамику температуры угольных пластов// Уголь. — 1977. № 2. — С. 15-16.

130. Златкин В.Н., Гапанович Л.Н., Розенбаум М.А. О зависимости между напряженным состоянием и температурой угольного пласта в зоне опорного давления // В кн.: Физика горных пород и процессов. М., 1974. — С. 91-92.

131. Рейпольский П.А., Розенбаум М.А. Термодинамические параметры угольного пласта в выбросоопасной зоне//Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело:Науч.-техн. реф. сб.—М.: ЦНИЭИуголь, 1978, № 6.-С. 16-17.

132. Бугримов В.И., Попов В.Б. Влияние газовыделения на тепловое состояние горного массива // Труды ВостНИИ. Том 24. Борьба с газом, внезапными выбросами и пожарами в угольных шахтах.—Кемерово, ВостНИИ, 1975.—С. 49-56.

133. Ельчанинов Е.А., Шор А.И., Розенбаум М.А. О формировании температурного поля пород вокруг выработки // В кн: Проблемы горной теплофизики: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. конф. Л.: ЛГИ, 1973. - С. 50-51.

134. Гусельников Л.М. Об оценке напряженного состояния массива по изменению его температуры // Тез. докл. VII Всесоюзн. конф. по механике горных пород. Днепропетровск, 1981 г.-М., 1981.-С. 17.

135. Никифоров В.А. Средства и способы измерения температуры газа в контрольных шпурах // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Научн.-техн. реф. сб. -М.: ЦНИЭИуголь, 1983, № 3. С.18-19.

136. О теплотах сорбции метана ископаемыми углями при давлениях до 8,0 МПа / И.Л. Эттингер, Н.В. Шульман, И.Б. Ковалева и др. // Химия твердого топлива. -1981.-№5.-С. 121-124.

137. Изменение температуры угольного пласта как показатель происходящих в нем механических и физико-химических процессов / И.Л. Эттингер, Г.Д. Лидии, Н.В. Шульман и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1984. - № 5. — С. 65-69.

138. Эттингер И.Л., Маевский B.C., Радченко С.А. Контроль газодинамического состояния призабойной зоны пласта // Уголь. — 1983. № 5. — С. 8-9.

139. A.C. № 1435784 СССР, МКИ E21G 39/00. Способ оценки состояния угольного пласта и устройство для его осуществления / Маевский B.C., Горбанина Т. В., Гохберг И. М. Опубл. 1998. БИ № 41.

140. A.C. № 1384789 СССР, МКИ E21F 5/00. Способ определения выбросоопасности угольных пластов / Болыиинский М.И., Маевский B.C., Гордезиани З.А.,

141. Болыпинский И.М., Заврадашвили М.О. — Опубл. 1988. БИ № 12.

142. А.С. № 1308769 СССР, МКИ E21F 5/00. Способ прогноза выбросоопасности угольного пласта / Болыпинский М.И., Маевский B.C., Бородаевская В.В. — Опубл. 1987. БИ№ 17.

143. А.С. № 740963 СССР, МКИ E21F 5/00. Способ определения выбросоопасности зон в массиве горных пород / Дорофеев Д.И., Горбунов И.А., Макогон Ю.Ф. Опубл. 1980. БИ № 18.

144. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. — М.: Недра, 1975.-238 с.

145. Рудничная вентиляция: Справочник / Под ред. К.З. Ушакова. — М.: Наука, 1988.-439 с.

146. Воропаев А.Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах. М.: Недра, 1966. - 249 с.

147. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики. — М.: Недра, 1968. — 256 с.

148. Стукало В.А., Тельной А.П. Исследование коэффициентов теплоотдачи от ископаемого, транспортируемого в вагонетках // В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых. — Киев: Техника, 1968. — С. 150-152.

149. Щербань А.Н., Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Справочное руководство по тепловым расчетам шахт и проектированию установок для охлаждения рудничного воздуха. М.: Недра, 1964. - 507 с.

150. Щербань А.Н., Черняк В.П. К методике тепловых расчетов рудничного воздуха // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1970.-№4.-С. 41-43.

151. Blaymires J.M. Heat and Humidity Problems Associated with Full Face Tunnelling Machines. Ph.D. Thesis, Department of Mining and Mineral Engineering, University of Leeds, England, UK, 1982.

152. Stewart J. Practical Aspects of Human Heat Stress // Environmental Engineering in South African Mines // Journal of Mine Ventilation Society of South Africa. 1982. - P. 535-568.

153. HartmanH.L. Mine Ventilation and Air Conditioning. New York, John Wileyand Son, 1982. 565 p.

154. Perrett R. C. F. Heatflow around full-face tunnelling machines. Ph.D. Thesis, Department of Mining and Mineral Engineering, University of Leeds, England, UK, 1987.

155. Hemp R. Sources of Heat in Mines // Environmental Engineering in South African Mines // Journal of Mine Ventilation Society of South Africa, 1982. P. 571-605.

156. Винокурова Е.Б., Дмитриев И.А. Масс-спектрометрическое изучение газообразных продуктов десорбции ископаемых углей // Химия твердого топлива. — 1979. -№ 1.-С. 26-28.

157. Радченко С.А., Матвиенко Н.Г. Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне. Патент России № 2019706, МКИЕ 21 F 5/00. 15.09.1994, Б. И. № 17.

158. Радченко С.А., Матвиенко Н.Г., Никитин Ю.В. Устройство для отбора и исследования сыпучего груза. Патент России № 2016391, МКИ G 01 N 1/20.1507.1994, Б. И. № 13.

159. Радченко С.А., Матвиенко Н.Г., Никитин Ю.В. Устройство для отбора и исследования газоносных образцов. Патент России № 2034157, МКИ Е 21 F 5/00.3004.1995, Б. И. № 12.

160. Radchenko S.A. New methods and devices for effective sampling, preparation and investigation of coal samples//Fuel.-1993. Volume 72.-No. 5. - Pp. 721-722.

161. Радченко С.А. Новые методы и средства для экспресс-оценки свойств призабойной зоны и выявления зон геологических нарушений // Тез. докл. X Межд. конф. по механике горных пород. М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1993, с. 113-114.

162. К вопросу определения сорбционной газоемкости углей / О.И. Чернов, В.А. Вологодский, С.П. Панасейко и др. // В кн.: Борьба с газом, внезапными выбросами и пожарами в угольных шахтах. Труды ВостНИИ, том 24. — Кемерово, 1975, с. 116-120.

163. Радченко С.А. Разработка научных основ метода коррекции скорости подви-гания подготовительной выработки по сорбционно-кинетическим характеристикам угля. — Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: ИПКОН АН СССР, 1982.-238 с.

164. Ковалева И.Б. Энергия связи метана с углем в угольных пластах. Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук.-М.: ИПКОН АН СССР, 1979.— 151 с.

165. Barker-Read G.R., Radchenko S.A. An experimental investigation of coal/air heat transfer. Great Britain, University of Leeds, LUMA, 1990. - P. 193-202.

166. Яковлев А.Н. Оценка эффективности мероприятий по борьбе с выбросами нашахте «Перевальекая» // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Науч.-техн. реф. сб. — 1981. № 8. - С. 10-11.

167. Приборы для прогноза выбросоопасных зон в угольных пластах ПГ-2МА, ЗГ-1 и ПК-1. Инструкция по эксплуатации. — Ворошиловград, 1975. — 8 с.

168. Повышенное метановыделение в выбросоопасных зонах пласта причина снижения его температуры в процессе разработки / И.Л. Эттингер, С.А. Рад-ченко, И.А. Горбунов и др. // Уголь Украины. — 1981. - № 10. - С. 39-40.

169. Определение степени выбросоопасности по изменению температуры пласта / И.А. Горбунов, Д.И. Дорофеев, И.Л. Эттингер и др. // Уголь Украины. — 1983. -№ 1.-С. 32.

170. Дорофеев Д.И., Радченко С.А. Понижение температуры угольных пластов как признак выбросоопасности // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Науч.-техн. реф. сб. -М.: ЦНИЭИуголь, 1981, № 4. С. 16-17.

171. Barker-Read G.R., Radchenko S.A. The influence of geological disturbance of the gas-dynamic behaviour of coal and associated strata. Great Britain, University of Leeds, LUMA, 1988. - P. 15-25.

172. Barker-Read G.R., Radchenko S A. The relationship between pore structure of coal and gas-dynamic behaviour of coal seams // Mining Science and Technology. — 1989.-№8.-P. 109-131.

173. Barker-Read G.R., Radchenko S.A. Gas emission from coal and associated strata: interpretation of quantity sorption-kinetic characteristics // Mining Science and Technology. 1989. - № 8. - P. 263-284.

174. Barker-Read G.R., Radchenko S.A. Methane emission from coal and associated strata samples // International Journal of Mining and Geological Engineering. — 1989.-№7.-P. 101-121.

175. Barker-Read G.R. A study of the gas dynamic behaviour of coal measure strata with particular reference to West Wales outburst prone seams. Ph.D. Thesis, University of Wales, Cardiff, UK, 1984.

176. Griffin P. E. Methane sorption studies with particular reference to the outburst prone anthracites of West Wales. M.Sc. Thesis, University of Wales, Cardiff, UK,

177. Evans J.C., Rowlands C.C., Barker-Read G.R., Cross R.M., Rigby N. Electron paramagnetic resonance studies of South Wales coal // Fuel. — 1985. Vol. 64, August. -P. 1172-1174.

178. Middleton K. Factors affecting gas-dynamic behaviour in seams liable to outbursts. Ph.D. Thesis, University of Wales, Cardiff, UK, 1986.

179. Радченко С.А. Время диффузионной релаксации как характеристика нарушенное™ угля // Сб.: Основные вопросы комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1981. С. 113-118.

180. Эттингер И.Л., Радченко С.А. Определение и использование диффузионного параметра десорбции метана для оценки газовыделения из угля // Сб.: Методы борьбы с рудничными газами и пылью. М.: ИПКОН АН СССР, 1987. - С. 144 -149.

181. Эттингер И.Л., Радченко С.А. Время релаксации как характеристика метано-переноса в углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - № 4. - С. 97-101.

182. Эттингер И.Л., Радченко С.А. Метаноперенос в образцах угля и угольных пластах // Химия твердого топлива. — 1988. № 4. - С. 29-39.

183. Матвиенко Н.Г., Радченко С.А. Использование сорбционно-кинетического показателя для оценки скорости газоотдачи углесодержащих пород // Сб.: Га-зопылеэлектробезопасность горных работ. — М.: ИПКОН АН СССР, 1990. С. 60-68.

184. Радченко С.А., Баранов В.П. Математическое объяснение некоторых эффектов, возникающих при обработке десорбционно-кинетических данных // Сб.: Дифференциальные уравнения и прикладные задачи. — Тула, ТулПИ, 1991. — С. 78-83.

185. О характеристике газопроявлений в угольном пласте по диффузии метана в образцах / И.Л. Эттингер, С.А. Радченко, Н.В. Шульман и др. // Сб.: Актуальные проблемы рудничной аэрогазодинамики. М.: ИПКОН АН СССР, 1986. -С. 88-93.

186. Об информативности кинетических параметров угольных образцов / И.Б. Ковалева, В.В. Лоскутников, Н.В. Шульман и др. // Сб.: Газопылеэлектробезопас-ность горных работ.-М.: ИПКОН АН СССР, 1990. С. 49-60.

187. Pritchard F. W. P. Some measurements of coal seam gas content from surface boreholes. -NCB, 1978, MRDE Internal Report No. 78/19.-28 pp.

188. Daines M.E. The use of a gravimetric technique for measuring the rate of desorption of firedamp from broken coal. NCB, 1972, MRDE Internal Report No. 72/15. -16 p.

189. Grint A. Some observations on the gaseous hydrocarbons in some British coal seams. Ph.D. Thesis, University of Manchester, UK, 1977.

190. Irani M.C., Kissell F.N. Methane emission in underground bituminous coal mines. In: M. Deul and A. G. Kim (Editors). Methane Control Research: Summary of Resuits, 1964-1980. -USBM Bull. No. 687, 1988. P. 7-15.

191. Bielicki R.J., Perkins J.H., Kissell F.N. Methane diffusion parameters for sised coal particles. A measuring apparatus and some preliminary results. USBM Bull. No. 7697, 1972. - 12 p.

192. Kissell F.N., McCulloch C.M., Elder C.H. The direct method of determining methane content of coalbeds for ventilation design. — USBM Report of Investigations No. 7767, 1972.-17 p.

193. Kissell F.N. Methane migration characteristics of the Pocahontas No. 3 Coalbed. -USBM Report of Investigations No. 7649, 1972. 19 p.

194. Perkins J.H., Cervik J. Sorption investigation of methane in coal. — USBM Tech. Prog. Report No. 14, 1969. 6 p.

195. McCulloch C.M., Levine J.R., Kissell F.N., Deul M. Measuring the methane content of bituminous coalbeds. USBM Report of Investigations No. 8043,1975.—22p.

196. Kim A.G., Kissell F.N. Methane formation and migration in coalbeds. In: M. Deul and A. G. Kim (Editors), Methane Control Research: Summary of Results, 19641980. USBM Bull. No. 687, 1988. - P. 18-26.

197. Bertard C., Bruyet В., Gunther J. Determination of desorbable gas concentration of coal // International Journal of Rock Mechanic and Mining Science. — 1970. No. 7. - P. 43-65.

198. Creedy D.P. The origin and distribution of firedamp in some British coal fields. -Ph.D. Thesis, University of Wales, Cardiff, UK, 1985.

199. Creedy D.P., Pritchard F.W. Nitrogen and carbon dioxide occurrence in U.K. coal seams. — International Journal of Mining and Geological Engineering. — 1983. No. 1.-P. 71-77.

200. Радченко C.A. Применение электронного сканирующего микроскопа для оценки макропористости и трещиноватости ископаемых углей // Сб.: Физико-технические проблемы добычи и обогащения полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1980. С. 152-157.

201. Janas H.F. Gasdesorptionsablauf von Kohlenproben// Gluckauf-Forschungshefte. — 50. 1989. - Nr. l.-S. 35-39.

202. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970.

203. Баранов В.П., Радченко С.А., Демидова Г.Е. Определение температурного поля пористой сферической частицы при десорбции из нее газа / Сб.: Дифференциальные уравнения и прикладные задачи. Тула, ТулПИ, 1989. - С. 70-73.

204. A.C. № 1096375 СССР. МКИЕ 21 5/00. Способ определения выбросоопасных зон угольного пласта / Эттингер И.Л., Радченко С.А., Горбунов И.А., Дорофеев Д.И., Шульман Н.В., Ковалева И.Б. Опубл. 8.02.1984, Б. И. № 21.

205. Эттингер И.Л., Радченко С.А., Мельников В.В. О влиянии теплофизических характеристик угля на динамику изменения его температуры // Сб.: Задачи рудничной аэрологии при подземной разработке полезных ископаемых». — М.: ИПКОН АН СССР, 1985.-С. 155-163.

206. Штеренберг Л.Е., Еремин В.В., Штеренберг Людм.Е. Опыты по моделированию метаморфизма углей // Доклады Академии наук СССР. 1970. - Том 192. -№5.-С. 1134-1136.

207. Применение природных углей для очистки промышленных маслоэмульсион-ных сточных вод / Ю.Д. Казначеев, Т.Б. Воронина, С.И. Суринова и др. // Химия твердого топлива. — 1978. № 1. — С. 52-56.

208. Использование ископаемых углей для очистки вод от углеводородов / Эттингер И.Л., Шульман Н.В., Радченко С.А. и др. // Химия и технология воды. — 1980. Том 2. - № 1. - С. 46-49.

209. Эттингер И.Л., Радченко С.А., Шлапакова Э.И. Результаты промышленныхиспытаний по очистке природными углями промышленных стоков от нефтепродуктов // Химия твердого топлива. — 1980. № 5. - С. 143-146.

210. Использование мезопористых углей для очистки сточных вод. Проспект ВДНХ СССР / И.Л. Эттингер, Г.Д. Лидин, С.А. Радченко и др. М.: ИПКОН АН СССР, 1981.-4 с.

211. Расчет фильтра для очистки шахтных вод от ПАВ / И.Л. Эттингер, Э.И. Шла-пакова, М.К. Шуринова и др. // Сб.: Актуальные проблемы рудничной аэрогазодинамики.-М.: ИПКОН АН СССР, 1986.-С. 101-105.

212. Шлапакова Э.И., Радченко С.А. Шахтные воды и защита окружающей среды в Подмосковном угольном бассейне. — Тула: Приокское книжное издательство, 1988. 41 с.

213. Баранов В.П., Радченко С.А. Анализ точности экспериментальных термокинетических кривых // Сб.: Дифференциальные уравнения и прикладные задачи. Тула, ТулПИ, 1992. - С. 114-117.

214. Кальве Э., Прат А. Микрокалориметрия. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1963.-300 с.

215. Дементьев Л.Ф., Жданов М.А., Кирсанов А.Н. Применение математической статистики в нефтегазопромысловой геологии. — М.: Недра, 1977.—255 с.

216. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. — М.: Наука, 1968.-288 с.

217. Солонин И.С. Применение математической статистики в технологии машиностроения. Свердловск, Средне-Уральское книжное изд-во, 1966. — 200 с.

218. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Перевод с англ. под ред. Э.К. Лецкого. -М.: Мир, 1980.-610 с.

219. Деглин Б.М. Блеск и нищета прогнозирования // Уголь Украины. — 2004. № 10.-С. 31-35.

220. Деглин Б.М., Канин В.А., Лунев С.Г. О текущем прогнозе выбросоопасности // Уголь Украины. 2002. - № 7. - С. 27-30.

221. Радченко С.А. Необходимость комплексной оценки опасности внезапных выбросов и взрывов метана в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. 2007. - № 11. - С. 67-70.

222. Smith D.M., Williams F.L. Diffusional effects in the recovery of methane from coalbeds // SPE/DOE Unconventional Gas Recovery Symposium of the Society Petroleum Engineers. Pittsburgh, 1982. - P. 261-273.

223. Smith D.M., Williams F.L. Diffusion models for gas production from coals: application to methane content détermination // Fuel. 1984. - Vol. 63. — P. 251-255.

224. Радченко C.A., Баранов В.П. Уточненный метод описания динамики газовыделения при десорбции метана из угля / Сб.: Дифференциальные уравнения и прикладные задачи. Тула, ТулГТУ, 1993. — С. 57-61.

225. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. — М.: Физматгиз, 1962. С. 94-96.

226. Радченко С. А. О возможности комплексного использования некоторых каменных углей // Добыча угля подземным способом: Науч.-техн. реф. сб. — ЦНИЭИуголь, 1980, № 9. С. 27-28.

227. Эттингер И.Л., Ковалева И.Б., Радченко С.А. Изменение тонкой структуры углей при воздействии на них сорбции и сдвиговых напряжений: Тез. докл. YIII Всесоюзн. конф. по коллоидной химии и физико-химической механике. Часть 5. Ташкент, 1983.

228. Радченко С.А. О новой методике определения газовыделения из угля в шахтных и лабораторных условиях. Информационное письмо ЦБНТИ угольной промышленности. — Донецк, ЦБНТИ угольной промышленности, 1991. - 2 с.

229. Радченко С.А. Новые методы и средства для экспресс-оценки свойств приза-бойной зоны и выявления зон геологических нарушений: Тез. докл. X Межд.конф. по механике горных пород. — М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1993. С. 113-114.

230. Радченко С.А. «Малая» большая наука: путь к возрождению // Промышленный вестник России. 1996. - № 1-2 (13-14). - С. 32-35.

231. Радченко С.А. Чтобы было комфортно и тепло // Международный журнал «Бизнес». 1996. - № 5. - С. 18-19.

232. Радченко С.А. Оптимальное решение — помощь профессионалов и все лучшее из мирового опыта // Информационный бюллетень Российского Союза Энергоэффективности «РСЭ Информ». — 1996. № 4. - С. 19 - 20.

233. Матвиенко Н.Г., Радченко С.А. Совершенствование методов и средств прогноза выбросоопасности призабойной зоны угольных пластов // Горный журнал. 2007. - № 11. - С. 69-72.

234. Радченко С.А. Экспресс-прогноз выбросоопасности и динамики десорбции из угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск 14. Безопасность. 2007. - М.: Мир горной книги, 2007. - С. 300-310.

235. Радченко С.А. Портативные устройства для повышения безопасности буровых и проходческих работ на углеметановых месторождениях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. № 11. — С. 322-329.

236. Радченко С.А. Прогнозирование газодинамических явлений в шахтах по изменению температуры угольного вещества // Инженерная физика. — 2007. № З.-С. 59-62.

237. Радченко С.А. Взаимосвязь газокинетических свойств угля в пласте с его вы-бросоопасностью и загазованием выработок // Инженерная физика. — 2007. № 5. - С. 55-58.

238. Радченко С.А. Определение коэффициентов диффузии метана в угле. Возможности повысить безопасность в шахтах // Инженерная физика. — 2007. № 5.-С. 59-61.

239. Радченко С.А. Устройства для комплексного решения проблем экологии и безопасности в угольных шахтах // Экологические системы и приборы. — 2007. № 4. - С. 55-59.

240. Радченко С.А. Газотеплообмен при разработке метаноносных угольных пластов: Монография. М.: ООО «Линкор», 2008. — 356 с.

241. Радченко С.А. Новые способы и устройства для экспресс-оценки газокинетических свойств призабойной зоны пласта по температуре угля и газовыделению из него: Монография. — Тула: ООО «Промпилот», 2008. — 396 с.

242. Радченко С.А. Повышение безопасности в шахтах за счет комплексного экспресс-прогноза выбросоопасности и газовыделения из угля // Безопасность труда в промышленности. — 2008. № 3. — С. 32-35.

243. Использование природных углей и нефтепродуктов после очистки нефтесо-держащих вод / И.Л. Эттингер, С.А. Радченко, В.И. Шаврин и др. // Промышленная энергетика. 1986. - № 4. - С. 23-24.

244. Радченко С.А. Методы и опыт обеспечения правильного подбора и массового внедрения энергоэффективных материалов и оборудования организациями и населением // Энергосбережение и водоподготовка. — 1999. № 2. - С. 19-25.

245. Кролин A.A., Радченко С.А. Мировой опыт повышения надежности энергоснабжения и защиты потребителей применим и в России // C.O.K. (Сантехника. Отопление. Кондиционирование.). 2005. - № 11. - С. 46-55.

246. Радченко С.А. Мировой опыт и российские возможности решения в регионах проблем ЖКХ, энергосбережения, защиты от аварий и ЧС // Реформа ЖКХ. -2006.-№ 1.-С. 20-27.

247. Водонагреватель / Радченко С.А., Радченко Г.В., Мешкова И.К. Патент России № 2120584. МКИ F 24 Н 6/00. 20.10.1998, Б. И. № 6.

248. Медведев Ю. Не сырьем единым // Техника молодежи.-1995. -№ 6.-С. 2-3.

249. Водонагреватель / Радченко С.А., Фердман Э.Б., Торин С.А., Казенное B.C., Вялкова Н. С. Патент России №2009407,МКИ F 24 Н 1/20.15.03.1994, Б.И. №5.

250. Водонагреватель / Радченко С.А., Фердман Э.Б., Торин С.А., Казеннов B.C., Лебединский В.Г., Ларин Г.В., Пронина И.Б. Патент России № 2009408, МКИ F 24 Н 1/20. 15.03.1994, Б. И. № 5.

Информация о работе

Радченко, Сергей Анатольевич
доктора технических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.20

Диссертация

Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы