Способ определения сорбционной способности горных пород и устройство для его осуществления

ао дедам изобретений к открытки(088.8) Дата опубликования описания 30.08.81 1,":,В. С. Маевский и О. Н. Самойленко(72) Авторы изобретения Государственный Макеевский ордена Октябрьской РевоеоцйиФнаучно-исследовательский институт по безопаснрсти работв горной промышленности(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБДИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к горному делу а именно к разработке газоносных горных пород и может быть использовано при прогнозе газообильности угольных пластов.Известен способ определения сорбционной метаноемкости объемным методом,с5 применением промежуточных емкостей для сжатого газа.Для осуществления этого способа известна сорбционная установка, состоящая10 из двух частей: металлической, рассчитанной на давление до 150 атм, и стеклянной, служащей для измерения объемов газа при давлении не более 1 атм 1.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения сорбционной метаноемкости углей объемным методом с применением сжатого метана, включающий калибровку установки, замер пустого пространства сорбционной колбы, тщательную подготовку образца к исследованию. Сорбционную колбу помещают в термостат с автоматическим поддержанием температуры, подключают ее к прибору и дегазируют в течение 4 ч. Затем в прибор подается газ под давлением 760 мм рт,ст. Эти операции повторяются до установления в колбе сорбционного равновесия, что достигается 20-30 впусками в течение 2-3 дней. После установления в колбе равновесия уголь насыщают метаном из баллона, находящегося под давлением около 50 атм.После этого колбу подсоединяют к сорбционному прибору и, откачав газ, приступают к выпускам его через вентиль. После установления в копбе нового сорбционного равновесия производят следующий выпуск газа и так до установления в колбе давления, равного 1 атм. Обычно число выпусков составляет 7-8, т.е. каадые 5-7 атм, Расчет сорбционной газоемкости при 1 атм и количества десорбированного газа после каждого выпуска производится по определенным формулам. Устройство (установка) для осуществления предлагаемого способа состоит из стеклянных емкостей-газосборников ( 700-800 смф), ма( - содержание сорбированного газа при данном давлении газонасыщения, мл/г гм;- интенсивность рассеянного светаот поверхности горных пород приданном уровне гаэонась 1 щения;1 д - интенсивность рассеянного света от поверхности дегвзироввнного образца;3, интенсивность рассеянного светв от поверхности гвэонасыаеииых горных пород с максимальным эвцолнеиием сорбциои-ного объемами где нометра, стеклянной гребенки с краном и соединительных резиновых трубок. Для улавливания влаги ( при определении метвиовмкости естественно-влажных пород) сорбциринвя установка снабжена трубкой с ангидридом, которая помещается между колбой и гвзосборником 21,Недостатком является то, что для определения сорбциониой способности объемным методом требуются большие затраты труда и времени, специальная подготовка образца к исследованию, а также специальная подготовка обслуживающего персонала для работы на установке,Цель изобретения - упрощение методики определения, снижение трудоемкости и повышение оперативности определения сорбционной способности,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения сорбционной способности горных пород, основанном на использовании структурного изменения горных пород при газонасыщении, образец горных пород помещают в камеру высокого давления, герметизируют ее, определяют оптимальное расстояние от образца до источника света, затем камеру вакуумируют, включают источник света, направляют его луч нв поверхность образца и люксметром определяют интенсивность рассеянного30 света от поверхности дегвзированного образца, затем давление в камере ступенчато повышают и определяют интенсивность рассеянного света на каждой ступени гаэонасыщения до полного заполнения сорбционного объема образца, а с степени заполнения объема образца газом судят по отношению интенсивности рассеянного света ив каждой ступени гвзонвсыщения к интенсивности рассеянного света при полном заполнении сорбционного объема.При этом количественное содержание сорбционного газа в.образце определяют по формуле й4( - максимальное содержание сорбированного газа,Кроме того, оптимальное расстояние от образца горнык пород до источника света определяют по разности показаний люксметра при включенном и выключенном магнитострикционном датчике, причем разность их показаний должна превышать погрешность люксметра не менее чем на 3%.Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит люксометр, камеру высокого давления, в которой установлены зеркальная полусфера, датчик-приемник, электроввод высокого давления, калиброванный узконаправленный источник света, заключенный во взрывобезопасную оболочку, магнйтострикционный датчик, телескопическая подставка, ввод для подачи высокого давления и вакуумирования камеры и соединительные герметизирующие узлы, При этом камера высокбго давления выполнена разъемной, причем на внутренней стороне ее верхней части закреплена зеркальная полусфера, в фокусе которой помещен датчик-приемник, подключенный посредством электроввода высокого давления к люксметру, расположенному вне камеры, соосно с датчиком-приемником размещен калиброванный узкона правленный источник света, в нижней же части камеры находится магнитострикционный датчик с закрепленной на нем телескопической подставкой, а также имеется ввод для подачи и вакуумирования камеры.Предлагаемый способ основан на известных представлениях о том, что при адсорбции газа горных пород имеет место их набухание, т,е. изотропное расширение.Набухание твердых пород связано с объемным заполнением микропор газом, в результате чего возникает расклиниваюшее действие, обуславливающее объемное расширение твердык тед и сопровождающееся увеличением размеров поверхностных дефектов типа трещин, что позволяет использовать данный эффект для оценки содержания сорбироввнного газа в горнык породах. На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа.Устройство содержит разъемную камеру высокого давления 1, фокусирующую зеркальную полусферу 2, датчик-приемник 3, вдектроввод 4 высокого давления, регистрирующий прибор (люксметр) 5, узконаправлеииый калиброванный источник 6 света, вэрывобеэопвсиую оболочку 7, магнитострикциоииый датчик 8, телескопическую8 Бпосредством герметизирующего узла 12,расположенного в нижней части камеры1. Затем включают источник света, камеру 1 вакуумируют, Включают источник6 света и определяют интенсивность рас 4.сеянного света от поверхности дегаэированного образца.После этого образец газонасыщают путем подачи давления в камеру 1 черезввод 10 высокого давления и опять определяют интенсивность рассеянного света.Газонасыщение и определение интенсивности рассеянного света определяют до полного заполнения сорбционного объема образца. Степень заполнения сорбционногообъема горных пород газом определяютпо отношению интенсивности рассеянногосвета на каждой ступени давления газонасыщения к интенсивности рассеянного света при полном заполнении сорбционногообъемаДля получения количественного значения сорбционной газоносности йри данномдавлении предварительно устанавливаютмаксимальную сорбционную газоемкостьгорных пород исодержание сорбированного газа определяют по соотношениюь-Огде- содержание сорбированного газапри данном давлении газонасыщения, мл/г гм;3 - интенсивность рассеянного светаот поверхности горных пород приданном уровне газонасыщения;- интенсивность рассеянного светаРот поверхности дегаэированныхгорных пород;- интенсивность рассеянного светаот поверхности газонасыщенныкгорных пород с максимальнымзаполнением сорбционного объема;Я - максимальное содержание сорбци-онного объема газа.В случае излучения сорбционной способности углей можно использовать табличные данные по максимальным значениям количества сорбированного газа Я, которые длябольшинства углей известны,что значительно упростит методику исследования.Использование предлагаемых способаи устройства позволит значительно сократить время опреаеления содержания сорбированного газа в горнык породак, упростить методику измерений и исключитьаналитические расчеты,Особенно целесообразно применениеспособа и устройства при экспресс-мето 5 85988подставку 9, ввод 10 для подачи высокого давления и вакуумирования камеры,соединительные герметизирующие узлы11, герметиэирующий узел 12.К верхней части 13 разъемной камеры 1 высокого давления, на внутреннейее стороне закреплена зеркальная полусфера 2, в фокусе которой помещен датчикприемник 3, подключенный посредствомэлектраввоаа 4 высокого давления к иэмерительному прибору 5 люксметру), который расположен вне камеры 1,Соосно с датчиком-приемником 3 размещен калиброванный узконаправленныйисточник 6 света, заключенный во взрывобезопасную оболочку 7, В нижней части14 камеры 1 находится магнитострикционный датчик 8 с закрепленной на нем телескопической подставкой 9 для удерживания образца горных пород, а также имеется ввод 10 для подачи высокого давленияи вакуумирования камеры. Верхняя 13 инижняя 14 части камеры 1 соединяютсяпосредством соединительных герметизирующих узлов 11, а окончательная герметиэация прибора осуществляется после приведения установки в рабочее состояние посредством герметиэирующего узла 12, расположенного в нижней части 14 камеры 1,4Способ осуществляют следующим образом.Образец горных пород устанавливаютна телескопическую подставку 9, герметически соединяют верхнюю 1 3 и нижнюю14 части камеры высокого давления 135посредством соединительных герметическихузлов 11. Включают узконаправленный калиброванный источник 6 света, направляют его луч на образец и определяют интенсивность отраженного рассеянного светадатчиком-приемником 3, Если интенсивность отраженного света не достаточнадля срабатывания регистрирующего прибора 5, то образец приближают к источнику6 света путем раздвигания телескопичес 45кой подставки 9 до появления показанийлюксметра 5, Для точного определениярасстояния от образца до источника 6света включают магнитострикционный датчик 8, посредством которого имитируют50изменение объема образца при гаэонасыщении и по существенности различия интенсивности рассеянного света при включенном и выключенном магнитострикционномдатчике 8 определяют оптимальное рассто-яние между образцом и источникм 6 света. 55После этого источник 6 света и магнитострикционный датчик 8 выключают ипроизводят полную герметизацию камерыдах. изучения остаточной гаэоносйостигорных пород.Формула изобретения1, Способ определения сорбционной способности горных пород, основанный на использовании структурного изменения горных пород . при гаэонасыщении, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения методики определения, снижениятрудоемкости и повышения. оперативностиопределения сорбционной способности, образец горных пород помещают в камерувысокого давления, герметизируют ее, определяют оптимальное расстояние от образца до источника света, затем камерувакуумируют, включают источник света,направляют его луч на поверхности образца и люксметром определяют интенсивностьрассеянного света от поверхности дегаэированного образца, затем давление в камере ступенчато повышают и определяютинтенсивность рассеянного света на каж, дой ступени гаэонасышения до полногозаполнения сорбционного объема образца,а о степени заполнения объема образцагазом судят по отношению интенсивностирассеянного света на каждой ступени газонасыщения к интенсивности рассеяниясвета при полном заполнении сорбционного объема,2.Способпоп, 1, отличаюзош и й с я тем, что количественное содержанке сорбционного газа в образце определяютпо формулез-:о( й)11 О35где с - содержание сорьционного газапри данном давлении газонасыщения, мл/ггм;Э - интенсивность рассеянного света от поверхности горных по 40род при данном уровне газонасы щения;Эо - интенсивность рассеянного света от поверхности дегазированного образца;:п - интенсивность рассеянного света от поверхности газонасыщенных горных пород е максимальным заполнением сорбционногообъема; Я - максимальное содержание сорбционного газа.З,Способпоп. 1, отличающ и й с я тем, что оптимальное расстояние от образца горных пород до источника света определяют по разности показаний люксметра при включенном и выключенном магнитострикционном датчике, причем разность их показаний должна превышать погрешность люксметра не менее,чем на ЗЖ,4. Устройство для осуществления способа по п, 1, содержащее камеру высокого давления, в которой установлены зер кальная полусфера, датчик-приемник, люксметр, электроввод высокого давления, калиброванный уэконалравленный источниксвета, заключенный во взрывобезопаснуюоболочку, магнитострикционный датчик, телескопическая подставка, ввод для подачивысокого давления и вакуумирбвания камеры и соецинительные герметизирующиеузлы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и оперативности измерения и уменьшения габаритовустановки, камера высокого давления выполнена разъемной, причем на внутреннейстороне ее верхней части закреплена зеркальная полусфера, в фокусе которой помещен датчик-приемник, подключенный посредством электроввода высокого давления к люксметру, расположенному вне камеры, соосно с датчиком-приемником размещен калиброванный узконаправленныйисточник света, в нижней же части камеры находится магнитострикционный датчикс закрепленной на нем телескопическойподставкой, а также имеется ввод для подачи высокого давления и вакуумирования .камеры.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Методические указания по определению содержания сорбционного и . свободного метана в ископаемых углях, Макеевка-Донбасс, 1977, с. 14-17, 21-25.2. Методические указания по определению содержания сорбционного и свобод%ного метана в ископаемых углях. Макеевка-Донбасс, 1977, с. 7-14 прототип)., Голинка а орректор Л, Иванедактор Ю. Се кред з 7536 иал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная 5 Тираж 90ВНИИПИ Госупо делам и113035 Москва Подписноетвенного комитета СССРретений и открытийЖ, Раушская наб., д, 4/5