авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Надмолекулярно-поровая структура и сорбционная способность углей в комплексе геологических факторов прогноза и оценки метаноносности угольных пластов юго-западн

-- [ Страница 2 ] --

2. Формирование порового пространства углей связано с общими условиями преобразования угленосной толщи: в доинверсионной фазе, с увеличением палеоглубин и давления происходит частичное разрушение и закрытие пор, в постинверсионную фазу, при снижении литостатической нагрузки, возрастает объем послойной пористости.

Разработаны модели формирования пор при нелинейной эволюции структуры углей (витринита) в обстановке возрастания давления с палеоглубиной - разрушение и закрытие пор при доинверсионном погружении угленосной толщи (рис. 5 а, б), и при уменьшении нагрузки в постинверсионную фазу - формирование послойной пористости (рис. 6). Общая теория этих процессов была определена Е.Н.Князевой и С.П.Курдюмовым в работе «Основания синергетики». Тип развертывания нелинейного процесса развития – это характеристика сохранения целостности поры или ее разделения на более мелкие поры, с изменением глубины главных геологических фаз метаногенерации, т.е. с изменением геостатического давления. Процессы с обострением в узкой области в условиях деформации и расчленения исходной поры происходят с разбросом максимума давления по новообразованным порам (рис. 5.б). Эти процессы свойственны условиям стабильного нарастания давления при достижении оптимальных его параметров и температуры, т.е. для фазы максимальных глубин погружения угленосной толщи. В условиях давлений выше критической величины процесс с обострением в сокращающемся объеме (поверхности) поры идет без расчленения поры (рис. 5.а).

а б в

Рисунок 5. Кинетическая модель развития полостного пространства поры при приложении нагрузки (доинверсионный этап) в связи с сорбцией молекул метана ископаемым углем: Тип процесса, проходящего в полостном пространстве ископаемых углей: а – общая схема с обострением в сокращающемся объеме, б, в – с обострением в узкой области и разделением поры; f (fracture – разрыв, разделение) – критическая величина (начало разрыва поры); Р1 – давление вкрест наслоения; Р2 и Р3 – давление по наслоению.

В процессе, проходящем без локализации давления, при равномерно изменяющемся или постоянном его характере (рис. 6), размеры пор в закрытых системах уменьшаются или поры «размазываются» - расширяются по напластованию. В открытых системах процесс такого типа характерен для метаногенерации при снижении давления - при регрессивных движениях угленосной толщи.

а б

Рисунок 6. Кинетическая модель развития полостного пространства системы пор при снятии нагрузки (постинверсионный этап): а – распределение и последовательное прохождение нагрузки: 1, 2, 3; б – последовательность развития системы пор и форма их локализации.

Развитие полостного пространства по модели, определенной автором, подтверждается фактическим материалом. В общем числе изученных угольных пластов среднего карбона около относятся к трансгрессивному типу и - к регрессивному, чем подтверждается значение типа движения в формировании полостного пространства. Наличие в разрезе кровли угольных пластов малопроницаемых пород (известняки, аргиллиты) – индикатор формирования угля в режиме общего погружения угленосной толщи. В дальнейшем, нарастающее давление вело к разрушению, разделению и закрытию пор. Примеры на рисунке 1: 4 – пласт k8, и 6 – пласт m3 в Донецко-Макеевском районе; на рисунке 2: стадия 2-3Г – пласт l3 в Красноармейском геолого-промышленном районе.

Залегание проницаемых пород в разрезе кровли угольных пластов свидетельствует о формировании полостного пространства в постинверсионный период при равномерно изменяющемся или постоянном характере давления, размеры пор уменьшаются или поры расширяются по напластованию. Пример на рисунке 2: стадия 4Ж - пласт m5 в Центральном геолого-промышленном районе.

Таким образом, устанавливается связь между режимами геологического движения и развитием полостного пространства в углях.

3. Комплексный анализ надмолекулярно-поровой структуры углей и их сорбционной способности с учетом коллекторских свойств угленосной толщи позволяет выделить в пределах Юго-Западного Донбасса площади с различным потенциалом метаноносности.

Сравнительное изучение надмолекулярно-поровой структуры метаноносных углей по четырем геолого-промышленным районам Юго-Западной части Донбасса показало, что количество метана, который находится в сорбированном состоянии, зависит от стадии метаморфизма угля. Метод метанонасыщения, определяющий количество свободного газа, поглощаемого пробами угля, подтверждает значительную долю сорбированного метана в общем (измеренном) газовыделении угольного пласта в горные выработки.

Лабораторные данные о метаноемкости углей не всегда соответствуют шахтным показателям их метаноносности. Как правило, для углей начальных стадий метаморфизма 1Д, 2-3Г показатели метанонасыщения превышают данные шахтных измерений, исключая случаи расщепляющихся угольных пластов. Для средней стадии метаморфизма 4Ж, 5К, 6ОС шахтные данные превышают лабораторные данные метанонасыщения за счет трещинной проницаемости, т.к. идет подток газа по трещинам со всей площади угольного пласта. Для высокометаморфизованных углей 8Т, 9А, 10А соотношение метаноемкости и метаноносности неоднозначно в зависимости от структуры угольного пласта на данной стадии. Анализ результатов экспериментального метанонасыщения показывает изменение сорбционной метаноемкости углей различного генетического типа с увеличением стадии их метаморфизма. Подтверждено также, что маловосстановленные угли от 1Д до 9-10А на глубинах более 1000 м имеют повышенную метаноемкость, но эти данные в обосновании защищаемого положения не учитываются.

В составе угленосной толщи пласты угля являются концентраторами свободного метана, на который приходится в целом не более трети от общего генерируемого объема этого газа. Причем, в одних случаях уголь является малопроницаемой породой-экраном (стадия 1Д-2Г); в других (стадия 4Ж, 5К, 6ОС) - это коллектор трещинного типа; угли стадии 8Т, 9А, 10А - коллекторы сложного трещинно-порового типа с неравномерным распределением газа.

В пределах распространения угольных пластов малой мощности распределение метана в ряду метаморфизма соответствует форме его нахождения: в пластах с углями стадии 1Д - 2-3Г характерно стабильное (устойчивое) количество метана в диапазоне 10-25 м3/т (в расчете на сухую беззольную массу – с.б.м.); для углей стадии 4Ж-5К-6ОС характерен динамический режим выделения метана от 35-40 м3/т до 20 м3/т с.б.м.. Максимальное отделение метана наблюдается в антрацитах начальных стадий 9-10А - 40-50 м3/т с.б.м.

Распределение метаноносности в разрезе угольных литоциклов в толще среднего карбона показывает, что в Юго-Западном Донбассе трансгрессивные литоциклы характеризуются закономерным распределением генерации газа - с увеличением метаноносности в песчаниках верхней части литоцикла. Регрессивные циклы характеризуются изменчивой метаноносностью и преимущественной дегазацией. Максимумы метаноносности в разрезах приходятся на угольные пласты в литоциклах регрессивного типа.

Кроме анализа распределения метана по типовым разрезам литоциклов, изучалось его распределение по пластам и вмещающим породам трёх основных свит среднего карбона: каменской, алмазной, горловской (С25,С26,С27), с учетом особенностей их строения, в пределах Центрального геолого-промышленного района в поле шахт на южном крыле Горловской антиклинали. Исследование показало: сходство и относительную устойчивость показателей притоков метана из пород свит С25 и С27 – 10-20 м3/т с.б.м. (регионально закрытая система). Неравномерные притоки метана, с максимум 20 м3/т с.б.м., в целом характерны для свиты С26 (регионально открытая система), с осложнением - локальными закрытыми подсистемами, выделяемыми в пределах отдельных шахтных полей.

По доступным материалам ПО «Укруглегеология» был проведен анализ распределения залежей метана в угольных пластах по шахтным полям Юго-Западного Донбасса. Многочисленные локальные залежи здесь имеют небольшие размеры – с поперечником сотни метров в плане и высотой в несколько метров при пологом залегании и десятки метров - при крутых углах падения. Экранирование обусловлено как тектоническими, так и литологическими факторами. В зонах низкого катагенеза залежи антиклинального типа имеют изометричные очертания в плане, или вытянутые в направлении основных систем трещиноватости - при пологом залегании пластов; или полосовидные - при крутом залегании.

По данным изучения надмолекулярно-поровой структуры углей всех стадий метаморфизма, их сорбционной метаноемкости и с учетом коллекторских свойств вмещающих пород Юго-Западная часть Донбасса разделена автором на площади с различным потенциалом метаногенерации (рис.

7). Среди них выделены: 1 - малоперспективные по метаногенерации и перспективные по коллекторским свойствам угленосной толщи (с углями стадии БД, 1Д и с метаноносностью до 10 м3/т с.б.м.); 2 - перспективная по метаногенерации и по коллекторским свойствам угленосной толщи (с преимущественно поровой метаноносностью - угли стадии 2-3Г – 20-30 м3/т с.б.м.; с трещинной метаноносностью - угли стадии 4Ж-5К-6ОС – 25-35 м3/т с.б.м.); 3 - с изменяющейся перспективностью по метаногенерации от высокой (с метаноносностью 30-50 м3/т с.б.м. и углями стадии 7-8Т, 9-10А) до низкой (с метаноносностью менее 5 м3/т с.б.м., стадия 11А) и низкими коллекторскими свойствами вмещающих пород, а с переходом к стадиям 12А-14А (на глубине и по простиранию в восточном направлении) метаноносность пропадает, и участки относятся к бесперспективным по метаногенерации. Это подтверждается данными по количеству выделяющегося метана на шахтах Юго-Западного Донбасса (дегазация и вентиляция по состоянию на 2007г., по материалам ПО «Укруглегеология») (рис. 8).

 Количество выделяющегося метана на шахтах Юго-Западного Донбасса по-5

Рисунок 8. Количество выделяющегося метана на шахтах Юго-Западного Донбасса по перспективности метаногенерации ископаемых углей (по состоянию на 2007 г.): 1 - малоперспективная площадь по метаногенерации и перспективная по коллекторским свойствам угленосной толщи (с углями стадии БД, 1Д – в основном эти участки не разрабатываются); 2- перспективная площадь по метаногенерации и по коллекторским свойствам угленосной толщи (с преимущественно поровой метаноносностью угли стадии 2-3Г; с трещинной метаноносностью – угли стадии 4Ж, 5К, 6ОС); 3 - площадь с изменяющейся перспективностью по метаногенерации от высокой (с углями стадии 7-8Т, 9-10А) до низкой(11А) и низкими коллекторскими свойствами вмещающих пород, с переходом к стадиям 12-14А.

Заключение

Приведенные выше данные позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Исследование надмолекулярно-поровой структуры метаноносных углей всех стадий метаморфизма методами растровой электронной микроскопии и метанонасыщением свидетельствуют о непосредственной связи между параметрами полостного пространства в углях и геологическими условиями их формирования. Развитие полостного пространства в углях происходит как при погружении угленосной толщи, с возрастанием глубины ее залегания и горного давления (разделение и закрытие пор), так и в периоды региональной разгрузки (при восходящих тектонических движениях), которая приводит к увеличению общего объема (расширение пор по напластованию).

2. По данным растровой электронной микроскопии установлено изменение размеров полостного пространства в углях в зависимости от стадии их метаморфизма. В слабо метаморфизованных углях, начиная от марки 1Д до средних стадий 4Ж-5К, размеры пор возрастают; на стадии 6ОС их объем стабилизируется; затем к стадии 7-8Т происходит уменьшение их размеров; но далее, в антрацитах 9-10А размеры пор вновь увеличиваются, что свидетельствует о перестройке структуры угольного вещества на этой стадии.

3. Лабораторными испытаниями метанонасыщения установлено, что интенсивность метаногенерации в ископаемых углях также связана с их стадией метаморфизма. У пластов сложенных антрацитами стадий 9-10А, обладающих повышенной пористостью, метанонасыщаемость и природная метаноносность одинаковы по величине, в чем отражается особое свойство углей начальных стадий антрацитообразования - их повышенная метаноносность.

4. Методом метанонасыщения выявлено также изменение сорбционной метаноемкости углей различного генетического типа в зависимости от стадии их метаморфизма. В частности, подтверждено, что во всем диапазоне глубин - от 200 м до 1000 м и более - маловосстановленные угли от 1Д до 9-10А имеют более высокую метаноемкость, чем восстановленные.

5. Приведенные выше данные о надмолекулярно-поровой структуре ископаемых углей целесообразно использовать в разработках технологий добычи метана из угольных пластов, при контроле профилактических мероприятий и в прогнозах геодинамических явлений.

6. В прогнозных оценках газоносности пластов предлагается учитывать особенности угля как саморегулирующейся системы - его надмолекулярное строение изменяется в процессе газообразования и сорбирования вновь образовавшегося метана угольным веществом.

7. Метаноносность углей в складчатой части Донбасса дифференцирована структурно-тектоническим фактором - в замках синклинальных складок (для одинаковых марок и одинаковых глубин) метаноносность выше, чем в антиклиналях. Этот фактор следует учитывать при региональных прогнозных оценках метаноносности.

8. Установлена также приуроченность локальных залежей метана к участкам расщепления и слияния угольных пластов (поля шахт «Краснолиманская», им. А.Ф. Засядько). Эти данные служат предпосылками для оконтуривания вероятных залежей метана в угольных пластах по площади и могут быть использованы в других бассейнах.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Новикова В.Н. Проблемы прогноза метаноносности месторождений аналогов Воркуты и Донбасса. Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Записки Горного института». Т. 155. Часть 1, С-Пб. 2003. с. 24-27;

2. Кирюков В.В., Новикова В.Н. Геосинергетические проблемы нанопространства и фазовых состояний ископаемых углей и угольного метана. Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Записки Горного института». Т 163, С-Пб, 2005. с. 179-182;

3. Новикова В.Н. Связь надмолекулярной структуры и сорбционной способности витринитовых углей Юго-Западной части Донбасса с геологическими факторами. Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Записки Горного института». Т. 182. С-Пб. 2009. с. 30-33;

4. Новикова В.Н. Обоснование концептуальной модели Воркутского метаноугольного месторождения. Геология угольных месторождений: Межвузовский научно тематический сборник, Екатеринбург: Издательство Уральской Гос. Горно-Геологической Академии, 2003. Вып. 13. с. 133-140;

5. Кирюков В.В., Новикова В.Н. Нанокомпоненты и наноструктуры ископаемых углей. Геология угольных месторождений: Межвузовский научно тематический сборник, Екатеринбург: Издательство Уральской Гос. Горно-Геологической Академии, 2004. Вып. 14. с. 172-183;

6. Кирюков В.В., Кущ О.А. Новикова В.Н. Наноструктуры ископаемых углей - как генераторы и коллекторы метана. Труды института геотехнической механики. Национальная Академия Украины. Днепропетровск, 2005. Вып. 53. с. 65-72;

7. Кирюков В.В., Кущ О.А. Новикова В.Н. Фрактальность надмолекулярной структуры витринита ископаемых углей. Геология угольных месторождений: Межвузовский научно тематический сборник, Екатеринбург: Издательство Уральской Гос. Горно-Геологической Академии, 2005. Вып. 15. с. 159-166;

8. Кирюков В.В., Новикова В.Н. Нанокомпоненты углей. Российская Угольная энциклопедия. Т 2. Изд. Российской Академии естественных наук. 2006. с. 312-313;

9. Кирюков В.В., Кущ О.А. Новикова В.Н. Нанопространство, наноструктура и нанокомпоненты каменных углей и антрацитов в углеобразовании и метаногенерации. Труды 11-го Всероссийского угольного совещания. Ростов на Дону. 2006;

10. Новикова В.Н. Геологические результаты исследования каменных углей методами растровой электронной микроскопии (РЭМ). Литология и геология горючих ископаемых. Межвузовский научно тематический сборник. Екатеринбург: Издательство Уральского Гос. горного университета, 2007. Вып. I (17). с. 185-193.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.