Закономірності впливу слабкого електричного поля на стійкий стан викидонебезпечного вугілля

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової задачі впли- ву електричних полів слабкої напруженості на стан стійкості вугілля. Розроблені методики та лабораторні стенди з вивчення електричних характе- ристик вугілля при одночасному впливі температури, тиску і слабкого електричного струму. У роботі експериментально встановлено новий фізичний ефект, який полягає в тому, що в діапазоні температур 300…315 К електричний струм збуджує у вугіллі хімічні реакції з утворенням газів та вільних радикалів склад яких аналогічний скла- ду газів, отриманих при термічній активації вугілля. Викидонебезпечні вугілля поляризуються до більших значень викликаних по- тенціалів із часом спаду до 10 4 с. Викидонебезпечність обумовлюється властивістю вугільногазової системи зберігати в умовах рівнокомпонентного об'ємного стиснення потенційно високу зда- тність до активного розвитку деструктивних процесів. Порушення рівноваги ініціює перетворення частини органічної маси вугілля в газ. Отримані результати досліджень доповнили деякі принципові положення гео- механічної концепції раптових викидів, що дозволило відповісти на головне питання про походження великої кількості газу.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научной задачи влияния электрических полей слабой напряженности на состояние устойчивости уг- ля марок Г, Ж, К. Разработаны методики и лабораторные стенды по изучению электрических характеристик углей при одновременном воздействии температуры, давления и сла- бого электрического тока, пропускаемого через образец угля. В работе на примере каменных углей средней стадии углефикации впервые экспериментально установлен новый физический эффект, заключающийся в том, что в диапазоне температур 300…315 К под воздействием слабого электрического поля образующийся электрический ток возбуждает в компонентах углей химические ре- акции, которые сопровождаются образованием газов СО 2 , СН 4 и др., свободных ра- дикалов: СНОН, СОН, СО, СН 3 , СН 2 , СН, Н. Установлено, что состав газов и ради- калов, выделившихся из угля при электростимулированной обработке, аналогичен составу газов, полученному при термической активации угля, при этом образование свободных радикалов и устойчивых молекул газа свидетельствует о деструктивных процессах, протекающих в углях. При электростимулированной обработке предва- рительно измельченного угля экспериментально обнаружен эффект образования окиси углерода и метана при температурах 293…315 К, что почти на 150…350 К ниже температур, соответствующих максимальному выходу этих газов при простом нагревании. Выбросоопасные угли поляризуются до больших значений вызванных потен- циалов и характеризуются большим временем спада вызванной поляризации (воз- можно, это связано с дополнительным образованием твердых углеродных фаз, гра- фенов и т.п.). Время релаксации электретного состояния для различных углей до 10 4

с, что в сравнении с максвелловским временем релаксации (~30 с) на несколько по- рядков больше. Установленные значения спада приобретенного потенциала удовле- творительно коррелируют с концентрацией парамагнитных центров, сформирован- ных в углях марки Ж. Учитывая особенности физико-химических превращений в углях, предполага- ется, что выбросоопасное состояние обусловлено свойством этой новообразованной угольногазовой системы, характеризующейся неустойчивым равновесием химиче- ского состояния между компонентами поверхности фазовых превращений и образо- ванным газом, сохранять в условиях равнокомпонентного объемного сжатия потен- циально высокую способность угля с запасенной избыточной энергией к активному развитию деструктивных процессов. В случае нарушения условий равнокомпонент- ного напряженного состояния в системе спонтанно развиваются процессы превра- щения части органической массы угля в газ, обусловленного выделением ранее «за- консервированной» доли запасенной энергии. Полученные результаты экспериментальных исследований дополнили неко- торые принципиальные положения геомеханической концепции внезапных выбро- сов, что позволило ответить на главный вопрос о происхождении большого количе- ства газа.

The dissertation is devoted to deciding the actual scientific problems of effects at the weak electric fields of tension on the stability state of a coal. Developed methods and labor devices for studying the electrical characteristics of coal under the simultaneous effect of temperature, pressure and weak electric current, pene- trated through the sample of a coal. Has been experimentally set a new physical effect, which concluding that at the tem- perature range 300-315 the electrical current excites at the coals the chemical reaction which followed by formation of gases and free radicals which are similar to the composition of the gas obtained by thermal activation of coals. Outburst of coal are polarized to large values of evoked potentials with a time of re- cession to 10 4 C. The outburst is conditioned by the property of coal-gas system to save in the terms of comprehensive volume compression potentially high ability to active development of de- structive processes. Imbalance initiates the conversion of organic matter of coal into gas. The obtained results have complemented some of the fundamental provisions of geomechanical concepts of sudden outbursts, which allowed to answer the main question of the origin of large amounts of gas.