Влияние петрографического состава угля на его способность к удержанию метана

Показано, что при разработке угольных пластов достаточно большая часть метана остается в угле призабойной зоны пласта. Используя разработанную в ИПКОН РАН методику, определена остаточная газоносность призабойной зоны угольных пластов шахт им. С.М. Кирова и им. А.Д. Рубана АО «СУЭК-Кузбасс». Исследования углей методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показали, что спектры ЭПР углей представляют собой суперпозиции двух сигналов: от неспаренных электронов сопряженных систем и неспаренных электронов в алифатической части угля, образующих свободные валентности. При этом количество парамагнитных центров в алифатической части угольного вещества значительно меньше у образцов угля с небольшой остаточной газоносностью и больше у углей с более высоким остаточным содержанием метана. Это позволило предположить, что метан удерживается парамагнитными центрами именно алифатической части угольного вещества, и что в угле с более высокой остаточной газоносностью алифатическая составляющая должна быть более рыхлая и менее упорядоченная. Исследования неоднородности микроструктуры этих же углей проводилось методом построения диаграмм «энтропия-сложность», рассчитанных по цифровым изображениям их поверхности, полученным на сканирующем электронном микроскопе. Показано, что кусочки угля с блестящей поверхностью (обогащенные витринитом) из пластов с более высоким остаточным содержанием метана отличаются от углей мало газоносных, с более неоднородной микроструктурой. Для кусочков угля с матовой поверхностью различий в микроструктуре углей с неодинаковой остаточной газоносностью не обнаружено.

Захаров В. Н., Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н. Влияние петрографического состава угля на его способность к удержанию метана // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 12. – С. 88–98. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_88.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 19-05-00824.

Захаров Валерий Николаевич¹ — член-корреспондент РАН, директор ИПКОН РАН, e-mail: ipkon-dir@ipkonran.ru,
Ульянова Екатерина Васильевна¹ — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: ekaterina-ulyanova@yandex.ru,
Малинникова Ольга Николаевна¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: olga_malinnikova@mail.ru,
Пашичев Борис Николаевич¹ — аспирант, ведущий инженер, e-mail: borisnik-pa@yandex.ru,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Ульянова Е.В., e-mail: ekaterina-ulyanova@yandex.ru.

1. Feng Yan-Yan, Jiang Cheng-Fa, Liu Dai-Jun, Chu Weib Microstructure and its influence on CH4 adsorption behavior of deep coal // Chinese Physics B. 2014, vol. 23, no. 2, article 028201. DOI: 10.1088/1674-1056/23/2/028201.

2. Tang Z., Yang S., Zhai C., Xu Q. Coal pores and fracture development during CBM drainage: Their promoting effects on the propensity for coal and gas outbursts // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018, vol. 51, pp. 9—17.

3. Забурдяев В. С. Категории опасности угольных шахт по метану // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № S1. — С. 300—314.

4. Егорова Е. А., Коликов К. С., Никитин С. Г. Оценка условий заблаговременной дегазационной подготовки выбросоопасных угольных пластов в зоне геологических нарушений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № S12. — С. 9—12.

5. Забурдяев В. С. Выделение метана из отбитого в очистном забое угля // Безопасность труда в промышленности. — 2019. — № 11. — С. 13—17. DOI: 10.24000/0409-29612019-11-13-17.

6. Малинникова О. Н., Ульянова Е. В., Харченко А. В., Пашичев Б. Н. Влияние микроструктуры угля на газонасыщенность призабойной зоны // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 3. — С. 25—33. DOI: 10.15372/ FTPRPI20200303.

7. Lin Hua-lin, Li Ke-jian, Zhang Xuwen, Wang Hongxue Structure characterization and model construction of indonesian brown coal // Energy Fuels. 2016, vol. 30, no. 5, pp. 3809— 3814. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5b02696.

8. Zhang Z., Kang Q., Wei S., Yun T., Yan G., Yan K. Large scale molecular model. Construction of xishan bituminous coal // Energy Fuels. 2017, vol. 31, no. 2, pp. 1310—1317. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.6b02623.

9. Русьянова Н. Д. Углехимия. — М.: Наука, 2003. — 317 с.

10. Лукинов В. В., Гончаренко В. А., Бурчак А. В. Перспективы определения сорбционных свойств угля методом электронного парамагнитного резонанса // Уголь Украины. — 2001. — № 6. — С. 44—46.

11. Jiaxun Liu, Xiumin Jiang, Jun Shen, Hai Zhang Chemical properties of superfine pulverized coal particles. Part 1. Electron paramagnetic resonance analysis of free radical characteristics // Advanced Powder Technology. 2014, vol. 25, pp. 916—925.

12. Brazhe A. Shearlet-based measures of entropy and complexity for two-dimensional patterns // Physical Review E. 2018, vol. 97, no. 6, article 061301. DOI: 10.1103/PhysRevE. 97.061301.

13. Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н., Малинникова Е. В. Микроструктура ископаемых углей до и после газодинамических явлений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 5. — С. 10—17. DOI: 10.15372/FTPRPI20190502.

14. Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н. Влияние неоднородности структуры угля на особенности его термического разложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 71—81. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-20-71-81.