Анотація до роботи:

Слюсарєв В.В. Обґрунтування способу визначення пористості вугілля для прогнозу параметрів газовиділення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.11 – “Фізичні процеси гірничого виробництва”. – Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2003 р.

Дисертаційна робота містить нове комплексне рішення актуальної наукової і практичної задачі визначення загальної пористості вугілля і прогнозу часу утворення пожежонебезпечних і вибухонебезпечних концентрацій метану в пластових виробках. В результаті аналізу проблем керування газовиділенням у пластові виробки були виявлені загальні проблеми визначення пористості викопного вугілля як джерела метановиділення. Отримані дані про поводження структури і пористості викопного вугілля під високим гідростатичним тиском до 2,1 ГПа. Отримано закономірності руйнування викопного вугілля в умовах високого нерівнокомпонентного тиску до 1,4 ГПа. Показано, що руйнування вугілля в таких умовах відбувається в кілька стадій. Запропоновано модель механізму руйнування, що описує експериментальні дані. Отримані закономірності впливу температури на процеси руйнування при високому нерівнокомпонентному тиску до 1,4 ГПа. Вплив температури носить стадійний характер, впливаючи як на флюїди в поровому об’ємі, так і на аліфатичну складову структури. Показано, що закрита пористість викопного вугілля є джерелом газу, виділення з якого розтягнуто за часом, і в умовах, коли газовиділення описується дифузійними законами, час утворення небезпечних концентрацій зростає зі збільшенням пористості.

На основі отриманих закономірностей руйнування пористості розроблена експрес-методика визначення загальної пористості викопного вугілля, і удосконалений метод прогнозу часу утворення небезпечних концентрацій метану в гірничих виробках.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою в який подано рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає у дослідженні впливу високого гідростатичного тиску до 2,1 ГПа на викопне вугілля, встановленні закономірностей руйнування викопного вугілля високим нерівнокомпонентним тиском до 1,4 ГПа, встановленні впливу температури на процес руйнування, визначенні сумарного об‘єму пор у вугіллі, та розрахунку на його підставі параметрів газовиділення у гірські виробки шахт.

Основні наукові результати і висновки, одержані при виконанні роботи полягають у наступному:

1. Вперше показано, що вплив високого гідростатичного тиску до 2,1 ГПа на викопне вугілля не змінює його структурних параметрів і параметрів поруватої системи. В цілому, викопне вугілля поводить себе під гідростатичних тиском як пружній полікристал.

2. Вперше встановлено, що руйнування викопного вугілля при впливі високого негідростатичного тиску відбувається в кілька стадій при граничних тисках 0,5 ГПа, 0,75 ГПа, 1,25 ГПа, що характеризуються різними механізмами деформації.

3. Встановлено, що вплив температури до 200⁰ С на процеси руйнування вугілля під тиском зводиться до інтенсифікації механізмів руйнування, що були визначені раніше, при температурі понад 200⁰ С відбувається зміна механізму руйнування на механізм із багато більш високою енергією активації руйнування, що дорівнює енергії розриву зв'язків.

4. Через руйнування монолітних зразків викопного вугілля під високим нерівнокомпонентним тиском можливо визначити загальну пористість. Перебування більшої частини метану у вугіллі можливе у вільному стиснутому стані, і частина поруватої системи у вугіллі руйнується за здвиговим механізмом на мікроструктурному рівні, складаючи близько 50% від всього об’єму пор. Такі пори відносяться до закритих пор і евакуація газу з них у нормальному стані відбувається шляхом твердотільної дифузії.

5. Найбільш важливою характеристикою прогнозу вибухонебезпечних і пожежонебезпечних концентрацій метану в пластових виробках є пористість, зокрема, кількість закритих пор. Виділення газу з закритих пор не підкоряється закону Дарсі, а носить більш складний дифузійний характер, що призводить до істотного збільшення часу, протягом якого може утворюватися небезпечна концентрація метану в атмосфері виробки.0

6. На підставі механізмів руйнування вугілля під високим тиском розроблено методику визначення загального об‘єму пор викопного вугілля, що дозволяє більш оперативно прогнозувати час утворення небезпечних концентрацій метану у пластових виробках. Очікуваний економічний ефект від її впровадження може складати до 45 тис. грн. за рахунок підвищення оперативності прогнозу та безпеки праці.

Публікації автора:

1. Поляков П.И., Слюсарев В.В., Штаба В.А. Малогабаритная камера высокого давления для магнитных исследований // Физика и техника высоких давлений. -2000. –Т.10. -№1. – С. 94-96.

2. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Исследование физико-механических свойств углей при гидростатическом обжатии и квазигидростатическом разрушении // Физика и техника высоких давлений. -2000. –Т.10. -№3. – С. 72-85.

3. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Исследование влияния высокого давления на систему уголь-газ //Физика и техника высоких давлений. -2000. –Т.10. -№4. – С. 88-91.

4. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В., Рюмшина Т.А., Крысов В.И. Исследование процессов разрушения углей под действием высокого давления // Сборник трудов 10й научной школы “Деформирование материалов с дефектами и газодинамические явления в горных выработках” -Симферополь, -2000. – С. 32-33.

5. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В., Рюмшина Т.А., Крысов В.И. Стадийность процесса разрушения в ископаемых углях под воздействием высокого давления // Проблемы горного давления. –Донецк: ДонГТУ. –2000. -№ 4. – С. 5-19.

6. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Новая методика определения пористости ископаемых углей // Сборник трудов конференции “Уголь в 21 веке”. Изд-во Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета). – Санкт-Петербург, - 2000. С. 92.

7. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Определение суммарного объема пор в ископаемых углях разрушающим методом // Проблемы горного давления. –Донецк: ДонГТУ. –2001. -№5. – С. 141-148.

8. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Экспериментальное определение свободного объема в ископаемых углях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2001. – №6. С. 54-58.

9. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В., Крысов В.И., Бутузова Л.Ф., Исаева Л.Н. Исследование процесса уплотнения ископаемых углей в экстремальных термобарических условиях // Физико-Технические Проблемы Горного Производства. –Донецк: о.о.о. “Лебедь”. – 2001. – №3. С. 40-49.

10. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Влияние температуры на компрессионные свойства угля // Сборник трудов 11й международной научной школы им. академика А.С. Христиановича “Деформирование материалов с дефектами и газодинамические явления в горных выработках”. –Симферополь. -2001. – С. 37-39.

11. Василенко Т.А., Поляков П.И., Слюсарев В.В. Давление газа в пласте как функция пустотности углей // Сборник трудов 11й международной научной школы им. академика А.С. Христиановича “Деформирование материалов с дефектами и газодинамические явления в горных выработках” -Симферополь, -2001. – С. 40-42.

12. Василенко Т.А., Поляков П.И., Рюмшина Т.А., Слюсарев В.В. Эволюция дефектной структуры углей под действием высокого давления. // Записки Горного института. - СПб. – 2001. – Т. 148 (1). – С. 83-89.

13. Слюсарев В.В. Василенко Т.А. Определение пористости ископаемого угля, с учетом объема закрытых пор // Физико-Технические Проблемы Горного Производства. – Донецк: о.о.о. “Апекс”. – 2002. – №5. С. 79-86.

14. Способ определения общей пористости ископаемого угля: Декларационный патент на изобретение 2001128887. Украина, МКИ G01N1/04,G01N7/00 /Поляков П.И., Слюсарев В.В., Василенко Т.А., Тютенко В.С. № 49528А; Заявлено 21.12.2001; Опубл. 16.09.2002, Бюл. №9. – 2 с.

15. Спосіб відрізнення раптового обрушення (висипання) вугілля від викиду для еспертної оцінкі типу ГДЯ: Керівний нормативний документ. А Алєксєєв, Г. Стариков, Є. Ульянова, С. Луньов, М. Коврига, В. Ревва, З. Пастернак, В. Слюсарєв. Затверджено та надано чинності директором Держвуглепрому Мінпаливенерго України 03.03.2002. КД 12.01.05.070-2001. –Донецьк. – 2002. – 24 с.

16. Метод визначення часу створення у гірничих виробках, що пройдені по пласту, небезпечних конценрацій метану та інших вуглеводнів при пожежах з врахуванням сорбційних властивостей вугілля. Стандарт підприємства. А.Д. Алєксєєв, Г.П. Стариков, І.М. Смоланов, Т.А. Василенко, Л.В. Шевченко, В.В. Завражин, Н.І. Волошина, В.В. Слюсарєв. Затверджено та надано чинності наказом ЦШ ДВГРС Мінпаливенерго України від 1.11.2002. № 143/1. – Донецьк, - 2002. – 38 с.

17. Стариков Г.П., Василенко Т.А., Слюсарев В.В. Роль параметров газовыделения в процессе образования опасных концентраций. // Вісник Донецького Гірничого Інституту. – 2003. – №2. – С. 41-44.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві:

Складається в проектуванні апаратури [1], постановці експериментальних методик, експериментів під високим тиском, математичній обробці результатів експериментів, аналізі результатів [2-8], постановці задачі і виборі об'єктів дослідження [9-12], розробці методу визначення пористості [13, 14], визначенні кількості метану у вугіллі [15,16], аналізі параметрів газовиділення [17].

Здобувач В.В. Слюсарєв