К вопросу исследования состава углеводородных газов угольных пластов и пыли с целью возможного прогнозирования их потенциальной опасности

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения безопасности горных работ на высокогазоносных выбросоопасных угольных пластах, опасных по пыли. Это направление связано с исследованием всего состава газов угленосных отложений и, в частности, высших углеводородов, и оценкой их роли в возникновении взрывопожароопасных ситуаций и внезапных выбросов угля и газа в горные выработки. Определение количественного состава углеводородных газов является необходимой составляющей в процессе выявления степени выбросоопасности пластов, а также определения рациональных параметров обработки угольных пластов с целью снижения их газоносности и пылеобразующей способности для уменьшения риска возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций в угольных шахтах. Цель: изучить состав и количество углеводородных газов высокогазоносных выбросоопасных угольных пластов, опасных по пыли; определить интервал температур при термодегазации для полного извлечения сорбированных углеводородов; сравнить полученные данные по углеводородам углей и пыли; оценить роль сорбированных углеводородов угольной пыли в создании пылевзрывоопасных ситуаций в угольных шахтах; рассчитать количество высших углеводородов в выбросоопасных угольных пластах. Методы: анализ отечественного и зарубежного опыта; сбор, систематизация и анализ имеющихся в литературных и фондовых источниках сведений по количеству и составу высших углеводородных газов угольных пластов; газовая хроматография с помощью хроматографа «Кристалл 5000.1», термодегазация проб угля и угольной пыли на газовом хроматографе «М-3700», ситовый анализ фракционного состава угольной пыли; методы математической статистики для оценки достоверности полученных результатов по количеству высших углеводородных газов в угле и угольной пыли. Результаты. Установлено, что основное количество сорбированных углеводородов выделяется из угля при термической дегазации в интервале температур 200–250 °С. Содержание предельных углеводородов от метана до гексана в газах, выделенных из углей средней стадии метаморфизма и угольной пыли, составило 13,4–29,1 см3/кг угля, пыли. Определено обогащение десорбированных углеводородов тяжелыми углеводородами, причем в основном преобладают пропан (С3Н8) и бутан (С4H10), выделение которых в шахтную атмосферу может привести к снижению температуры воспламенения пылегазовоздушной смеси, что представляет потенциальную опасность возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций в угольных шахтах. Полученные данные по высшим углеводородам могут быть использованы для возможного прогнозирования степени выбросоопасности пластов.

The relevance of the research is caused by the need to ensure the safety of mining operations on high-gas-bearing outburst-hazardous coal seams, which are dangerous for dust. This direction is associated with the study of the entire composition of the gases of coal-bearing deposits and, in particular, of higher hydrocarbons, and assessment of their role in occurrence of explosive-fire situations and sudden releases of coal and gas in mines. Determining quantitative composition of hydrocarbon gases is a necessary component in identifying the level of outburst seams, as well as determining rational processing parameters of coal seams in order to decrease their gas content and dust-forming ability to reduce the risk of fire and explosion hazards in coal mines. The main aim of the work is to study the composition and quantity of hydrocarbon gases of high-gas-bearing outburst-hazardous coal seams, dangerous in dust; determine the temperature range during thermal degassing for complete recovery of sorbed hydrocarbons; compare the obtained data on hydrocarbons of coal and dust; assess the role of sorbed hydrocarbon coal dust in creating dust-explosion-hazardous situations in coal mines; calculate the amount of higher hydrocarbons in outburst coal seams. Methods: analysis of domestic and foreign experience; collection, systematization and analysis of information available in literary and stock sources on the number and composition of higher hydrocarbon gases of coal seams; gas chromatography using the «Crystal 5000.1» chromatograph, thermal degassing of coal and coal dust samples on the gas chromatograph «M-3700», screen analysis of the fractional composition of coal dust; methods of mathematical statistics for assessing the reliability of the results obtained by the number of higher hydrocarbon gases in coal and coal dust. Results. It was established that the main amount of sorbed hydrocarbons is released from coal during thermal degassing in the temperature range of 200-250 °C. The content of the ultimate hydrocarbons from methane to hexane in gases extracted from coals of the middle stage of metamorphism and coal dust amounted to 13,4-29,1 cm3-kg of coal and dust. The enrichment of desorbed hydrocarbons with heavy hydrocarbons was determined, with propane (C3H8) and butane (C4H10) being predominant, the release of which into the mine atmosphere can lead to decrease in the ignition temperature of the dust-air mixture, which represents a potential hazard of fire and explosion hazard in coal mines. The obtained data on higher hydrocarbons can be used to predict the degree of outburst hazard.