Способ определения доли сорбционного порового объема в общей пористости образца угля

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оц 783657 Ф(51)М. Кл.01 И 15/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения Б. Т. Акиньшин Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(71) Заявитель 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛИ СОРБЦИОННОГО ПОРОВОГО ОБЪЕМА В ОБЩЕЙ ПОРИСТОСТИ ОБРАЗЦА УГЛЯ Изобретение относится к технике исследования Физических свойств, а именно структуры пористых образцов, например, угля, мохет найти применение в области горного дела, преииу щественно связанной с проблемой прогноза горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.Известен способ определения долевого участия в общей пористости сорб ционного порового объема путем измерения и расчета общей пористости и степени водонасыщения, соответствующей максимальной гигроскопической влах- ности 1). Для этого по образцам горной породы определяют четыре характеристики: объемную плотность, плотность, исходную влажность и максимальную гигроскопическую влажность.Основной недостаток способа заклю О чается в том, что во многих случаях, особенно при керновом бурении при геологоразведочных работах, в зонах геологических нарушений и в выбросоопасных . участках пластов часто. 25 невозможно получить полноценныеобразцы весом не менее 50 г. Поэтому определение объемной плотности методом гидростатического взвешивания невозможно, а следовательно, затруднено 30 определение общей пористости и доли сорбционного порового сбъема.Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ определения сорбционного порового объ" ема в общей пористости образца угляС ), определяемого по зависимостг,тигде Ь% - приращение влажности пробИ6угля с крупностью зерна 2-5 мм в среде с относительной влажностью воздуха 95-98, определяемое за промежуток времени 5-6 ч как отношение приращения массы пробы к массе полностью сухого угля;ЬВ- то хе самое, для пробы угля с крупностью зерна менее 0,2- 0,25 мм. Согласно этому способу отбирают две пробы размельченного образца и помещают их в герметичную камеру с известной влажностью воздуха и измеряют приращение влажности отдельно для каждой пробы 12 .Недостатком способа является невозможность использования его при экспресс-определениях непосредственно в шахтных условиях, поскольку требуется предварительное высушивание об% Расхокдение абсо- лютное Доля сорбционного порового объ- ема предла- гаемым известным способом 0,27 5 мин,431 0 мин,2515 мин,2+0,02 0,29 раэца, взвешивание, длительное насыцение во влажной среде,Целью изобретения является сокращение времени анализа и упрощение способа.Псставленная цель достигается тем,что определяют приращение относительной влажности воздуха в измерительнойгерметичной камере через 1-10 мин,после помещения в нее проб угля отдельно пробы 5-50 мм и пробы 0,25-1 мм,после чего долю сорбционного объема Юв общей пористости образца угля опредедяют по зависимости шоу , Ы , Ю7 Ггде Ь( - прирацение относительнойН)влажности воздуха в измерительной камере с пробой5-50 мм;Ь - то ке,для пробы 0,25-1 мм.щоСущность способа заключается в следующем. Отобранные с интересующего участка пласта пробы угля, набираемые, например, при бурении шпуров или скважин, помещают в герметичную камеру, в 5 которой с помощью гигрометров осуществляют Фиксирование изменения относйтельной влажности воздуха. В зависимости от исходной влажности угля (естественной влажности) воздух над его поверхностью будет осушаться или ув- ЗО лажняться до тех пор, пока не наступнт динамическое равновесие между влажностью угля и относительной влажностью воздуха.П р и м е р. Проводилось определе ние кинетики установления относительной влажности воздухав герметичной камере после помещения в нее проб угля разной крупности угольных пластов, имеющих различную величину доли щ сорбционного порового объема (С,г ), которую определяли также известнйм методом,.Для шахтных исследований был применен баротермогигрометр БН-. 2 с узлом влажности, принцип работы которо-го основан на свойстве капроновой нити изменять свою длину в зависимости от изменения относительной влажности воздуха. Каждый прибор индиви 50 Место взятия проб угля Пласт п 3, опасный повыбросам, шахта им. Артема объединения Артемуголь дуально тарировали для определенного диапазона температур и настраивали в узком диагазоне изменения,относитель-. ной влажности воздуха. Например, для шахтных работ в диапазоне относительной влажности воздуха 30-50, 50-70 и 70-100. Для каждого прибора оценивали индивидуальную погрешность. Как показали проведенные исследования, в диапазоне нормальны температуре 18- 25 С прибор давал допустимую разрешающую способность.При исследованиях, проведенных для оценки доли сорбционного порового объема угЪя (С) герметизацию каЬмеры осуществляли с помоцью полиэтилена, а чтобы уменьшить инерционность и улучшить гигротермодинамические характеристики прибора для измерений испольэовали датчик беэотермогигрометра БМбез корпуса.Исходная относительная влажность воздуха в камере составляла 30-40, В качестве иллюстрации на Фиг, 1-3 и в таблице приведены данные для трех характерных случаев, После помещения пробы угля в камеру периодически снимали отсчет.На Фиг. 1-3 изобракены характеристики кинетики изменения относительной влажности воздуха ц в герметичной камере после помецения в нее проб угля разной крупности и различной нарушенности порового пространства (1 с крупностью зерна менее 1 мм, 2 единичные образцы массой 70-90 г).На Фиг. 1 зависимости получены на коробах угля пласта й, опасного по внезапным выбросам угля и газа (шахта им. Артема объединения Артемуголь, гор. 860 м, восточное крыло шахтного поля, монтажная печь).На фиг. 2 представлены зависимости полученные на пробах угля пласта Ф,) опасного по внезапным выбросам угля и газа (шахта им. Изотова объединенияАртемуголь, гор. 630 м, восток, лава 9 - уступ).На Фиг. 3 - то ке для пласта 1), угрожаемого по горным ударам (шахта им. Орджоникидзе объединения Груз- уголь, гор, 215 м, поле 1, восточный штрек) .-15,5- 0,14 0,76 формула изобретения Пласт п 3 опасный повыбросам, шахта им. Изотова объединения Артемуголь Пласт 1 Ч, угрожаемый погорным ударам, шахтаим, Орджоникидзе объеди-нения Грузуголь Было выявлено, что в зависимости от типа угля, его нарушенности и прочности кинетика десорбции проб угля . разной крупности существенно изменяется. При этом скорость десорбции влаги угля в пространстве каиеры зависит от суммарной поверхности пор и трещин угля.эта поверхность зависит от крупности размельчения и особенносО тей структуры порового пространства. Когда в угле хорошо развита сеть крупных субмакро- и макропор(величина С " ь 0,25), то в этом случае десорбция парообразной влаги практичес ки не зависит от крупности зерна. Чем больше доля сорбционного порового объема в общей пористости и меньше доля субмакро- и макропор (.С. -+ 1), тем существеннее зависимость скорости десорбции парообразной влаги иэ угля разной крупности (но одинаковой массы 1Как видно из таблицы, полученные, расхождения показателей вполне допустимы для экспресс-оценки свойств угля. При создании специальных датчи ков-гигрометров эти погрешности могут быть существенно снижены.Использование предлагаемого способа позволяет существенно ускорить (в 30-100 раз) и упростить определение О ,необходимой для прогноза и борьбы с ;горными ударами и внезапными выбросами физической характеристики угля доли сорбционного парового объема, являющейся показателем нарушенности у 5 структуры порового пространства угля. Способ определения доли сорбционного порового объема в общей пористости образца угля, заключающийся в том, что отбирают две пробы размельченного образца и помещают их в герметичную камеру с известной влажностью воздуха. о т л и ч а ю щ .л й с я тем, что, с целью упрощения и сокращения времени анализа; определяют приращение относительной влажности воздуха в измерительной герметичной камере через 1- 10 мин после помещения в нее проб угля: отдельно пробы 5-50 мм и пробы 0,25-1 мм, после чего долю сорбционного порового объема в общей пористости образца угля определяют по зави- симости ак л 8 ,р 0),р(щ) тдс1 где д (р(л) - приращение относительнойвлажности воздуха в измерительной камере после помещения в нее пробы 550 ммрЬ( Ъ - то же для пробы 0,25-1 мм.Я)Источники информации, принятые во внимание при экспертизе783 б 57 1. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород,Л. вНедрае 1972,у,% Ф и 8. О Кми 10Фиг.2 О 14 15 ниг.З Составитель О.АлексееваТехред С.Мигунова Корректор М, Коста Тираж 1019 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытиЯ 113035, Москва, Ж, Раущская наодписноеСР длиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор Н.КолЗаказ 8532/45 2. Авторское свидетельство СССР 9 б 26397, кл. Л 01 И 15/08, 1977 (прототип),