Исследователи НИТУ МИСИС и Геофизического центра РАН совместно с экспертами АО «СУЭК-Кузбасс» рассмотрели пять существующих моделей проницаемости угольных пластов. Об этом сообщили в официальном канале Минобрнауки и высшего образования РФ в MAX.
Проницаемость горных пород определяет, насколько свободно через них могут проходить газы и жидкости. Для угольных пластов этот показатель имеет особое значение, так как от него зависит эффективность извлечения метана и риск возникновения опасных газодинамических явлений в шахтах. Угольные пласты неоднородны: в них присутствуют поры и естественные трещины (кливаж), через которые в основном и движется газ. Увеличение напряжений приводит к закрытию трещин, а их уменьшение — к раскрытию. Взаимодействие с газом влияет на состояние угля: при адсорбции его матрица набухает, а при десорбции — усаживается.
Специалисты провели серию численных экспериментов, в которых рассмотрели эффективные напряжения от 0 до 50 МПа и глубины до 1500 метров. Также они оценили, как модели реагируют на изменения ключевых параметров. Исследование показало, что проницаемость уменьшается нелинейно с ростом нагрузки. Наиболее значительное снижение проницаемости наблюдается при напряжениях около 5–15 МПа, когда активно закрываются естественные трещины. На глубинах более 1000 метров изменения становятся менее выраженными, поскольку деформационный потенциал трещинной структуры исчерпывается.
Не существует универсальной модели, которая могла бы быть применена ко всем угольным пластам. Выбор модели зависит от глубины залегания пласта, диапазона нагрузок, структуры трещинной системы, насыщенности угля газом и характера деформаций. В исследовании было отмечено, что модель Зайдела подходит для учёта сорбционных деформаций угля; подход Палмера и Мансури эффективен для глубоких пластов, где важны изменения пористости; модель Каркашадзе и Хаутиева учитывает влияние упругих свойств горного массива.
Результаты исследования могут быть использованы для создания 3D-моделей угольных месторождений, что позволит оценить эффективность дегазации, спрогнозировать поведение газа в пласте и определить параметры дренажных скважин. Правильный выбор модели поможет более обоснованно подбирать параметры размещения и работы дегазационных скважин, а также снизит неопределённость при проектировании систем дегазации.
«Универсальной модели, одинаково подходящей для всех угольных пластов, нет — ее выбор должен зависеть от глубины залегания пласта, диапазона нагрузок, строения системы трещин, насыщенности угля газом и характера деформаций», – отметили в Минобрнауки РФ.
Правильный выбор модели обеспечивает более обоснованный подбор параметров для размещения и функционирования дегазационных скважин, а также уменьшает неопределённость при планировании систем дегазации. В исследовании принимал участие заведующий кафедрой безопасности и экологии горного производства НИТУ МИСИС, доктор технических наук Константин Коликов.
Промышленная безопасность включает не только прогноз выбросов газа, но и защиту от микроорганизмов. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского Политеха разработали бактерицидный композиционный фильтр на основе активной углеродной ткани, модифицированной частицами металлической меди. Он одновременно улавливает токсичные газы, мелкодисперсные частицы и микроорганизмы, а его эффективность достигает 99,9%.