Способ определения доли сорбционного порового объема в общей пористости образца угля Советский патент 1980 года по МПК G01N15/08 

I

Изобретение относится к технике исследования физических свойств, а именно структуры пористых образцов, например, угля, может найти применение в области горного дела, npemiy- 5 щественно связанной с проблемой прог ноза горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.

Известен способ определения долевого участия в общей пористости сорб- 10 ционного порового объема путем измерения и расчета общей пористости и степени водонасыщения, соответствующей максимальной гигроскопической влажности 1. Для этого по образцам 15 горной породк определяют четыре характеристики: объемную плотность, плотность, исходную влажность и максимальную гигроскопическую влажность.

Основной недостаток способа заклю- 20 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 полноценные образцы весом не менее 50 г. Поэтому определение объемной плотности методом гидростатического взвешивания невозможно, а следовательно, затрудненоЗО

определение общей пористости и доли сорбционного порового объема.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ определения сорбционного порового объема в общей пористости образца угля определяемого по зависимосаг.

ти

,, o.ib d-uvW V)/

max

id

где Л 4; - приращение влажности проб угля 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;

дУД/(11 то ке самое, для пробы угля с крупностью зерна менее 0,20,25 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 2j ,

Недостатком способа является невозможность использования его при экспресс-определениях непосредственно в шахтных условиях, поскольку требуется предварительное высушивание образца, взвешивание, длительное насыщение во влажной среде. Целью изобретения является сокращение времени анализа и упрощение спо соба. Поставленная цель достигается тем, чтр определяют приращение относительной влажности воздуха в измерительной ге|зметичной камере через 1-10 мин, порле помещения в нее проб угля отде ьно пробы 5-50 и пробы 0,25-1мм по|:;ле чего долю сорбционного объема в рбщей пористости образца угля опреде;пяют по зависиг ости ..4 lljjV t Л ЧV приращение относительной влажности воздуха в измерительной камере с пробой , 5-50 мм; iSiCj) - то же,для пробы 0,25--1 мм Сущность способа заключается в еле дающем. Отобранные с интересующего участка пласта.пробы угля, набираемые например, при бурении шпуров или сква , помещают в герметичную камеру, в которой с помощью гигрометров осуществляют фиксирование изменения отно сительной влажности воздуха. В зггвиси мости от исходной влажности угля {естественной влажности) воздух над его поверхностью будет осушаться или увлржняться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие кежду влажностью угля и относительной влажностью воздуха. ; Пример. Проводилось определение кинетики установления относительной влажности воздуха (ср) в герметичной камере после помещения, в нее проб угля разной крупности угольных пластов , имеющих различную величину доли сорбционного порового объема ( ) которую определяли также известныгл Методом„ Для шахтных исследований бьш 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. прибор индивиуально тарировали для определенного диапазона температур и настраивали в узком диапазоне 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 нормальных температуре 1825 С прибор давал допустимую разрешающую способность. При исследованиях, проведенных для оценки доли сорбционного порового объема (С ) герметизацию камеры осуществляли с помощью полиэтилена, а чтобы уменьшить инерционность и улучшить гигротермодинамические характеристики прибора для измерений . использовали датчик безотермогигрометра БМ-2 без корпуса. Исходная относительная влажность воздуха в камере составляла 30-40. В качестве иллюстрации на Лиг. 1-3 и в таблице приведены данные для трех характерных случаев. После помещения пробы угля в камеру периодически снимали отсчет. На фиг. 1-3 изображены характеристики кинетики изменения относительной влажности воздуха ф в герметичной камере после помещения 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 робах угля пласт,а ГПо,, опасного по внезапным выбросам угля и газа (шахта им. Артема объединения Лртемуголь, гор. 860 м, восточное крыло шахтного поля, монтажная печь). На фиг. 2 представлены зависимости полученные на пробах угля пласта т, опасного по внезапным выбросам угля и газа (шахта им. Изотова объединения Лртемуголь, гор. 630 м, восток, лава 9 - уступ),. На фиг. 3 - то же для пласта IV,угрожаемого по горным ударам (шахта им. Орджоникидзе объединения Грузуголь, гор. 215 м, поле Г, восточный Штрек).

Продолжение табл.

Пласт IV, угрохсаемый по 0,9 горным ударам, шахта им. Орджоникидзе объеди- : нения Грузуголь Было выявлено, что в зависимости от типа угля, его нарушенности и проч ности кинетика десорбции проб угля ;. разной крупности существенно изменяется. При этом скорость десорбции влаги угля в пространстве камеры зависит от суммарной поверхности пор и треищн угля.Эта поверхность зависит от крупности размельчения и особеннос тей структуры порового пространства. Когда в угле хорошо развита сеть круп ных субмакро- и макропор(величина . i 0,25) , то в этом случае десорбция парообразной влаги практически не зависит от крупности зерна. Чем больше доля сорбционного порового объема в общей пористости и меньше доля субмакро- и макропор (.СГ1 тем существеннее зависимость скорости десорбции парообразной влаги из угля разной крупности (но одинаковой массы Как видно из таблицы, полученный . расхождения показателей вполне допус|тимы для экспресс-оценки свойств угля. При создании специальных датчиков-гигрометров эти погрешности могут быть существенно снижены. Использование предлагаемого способа позволяет существенно ускорить (в 30-100 раз) и упростить определение I необходимой для прогноза и борьбы с 1горньами ударами и внезапными выбросами физической характеристики угля доли сорбционного порового объема, яв ляющейся показателем нарушенности

-6,7

-0,06 -16,7 -0,15 -0,22

-24,5 -15,5 -0,14 структуры порового пространства угля. Формула изобретения 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 камерус известной влажностью воздуха, отличаю щгдйс я тем, что, с целью упрощения и сокращения времени анализа; определяют приращение относительной влажности воздуха в измерительной герметичной камере через 110 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 е М IS- Ч Ь P EJJ t 1 где д cp W - приращение относительной влажности воздуха в измерительной камере после помещения в нее пробы 550 мм; дер - то же для пробы 0,25-1мм. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 iO( 15 мин Фиг.-5