WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

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

На правах рукописи

НОВИКОВА Валентина Николаевна

НАДМОЛЕКУЛЯРНО-ПОРОВАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕЙ В КОМПЛЕКСЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОГНОЗА И ОЦЕНКИ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ЮГО-ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

Специальность 25.00.11 - Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Кирюков Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Якуцени Вера Прокофьевна

кандидат геолого-минералогических наук

Яковлев Олег Николаевич

Ведущее предприятие: Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского» (ФГУП «ВСЕГЕИ»)

Защита диссертации состоится 24 июня 2009 г. в 16:00ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

к. г.-м. н., доцент И.Г. КИРЬЯКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Угольный метан - фактор опасности при ведении горных работ на угольных шахтах, является и дополнительным источником энергетических ресурсов. Решение вопросов генерации, выделения и накопления метана связано с изучением форм его нахождения в углях и вмещающих породах, с исследованием геологических условий формирования и распространения метана в угленосных отложениях. Изучение закономерностей распределения и форм локализации метана в углях (свободной, сорбированной, кластерной) необходимо для прогнозной оценки метаноносности угольных пластов и разработки способов их дегазации как шахтным, так и газопромысловым способами. Оценка параметров надмолекулярной структуры углей и их сорбционной способности необходимы для расчетов метановыделения при угледобыче и для прогноза газодинамических явлений в угольных пластах. Аналитика надмолекулярного уровня имеет большой потенциал в изучении процессов углеобразования и связанной с ними метаногенерации. Закономерности распределения и формы локализации метана в углях, параметры их надмолекулярной структуры и сорбционной способности являются актуальными вопросами современной угольной геологии, теоретической базой для подготовки промышленных решений в сфере комплексного, безопасного и рационального освоения газоугольных месторождений.

Цель работы: Разработка новых методических подходов к анализу процессов метаногенерации и форм локализации угольного метана в углях на основе исследования поровой структуры витринита с использованием растровой электронной микроскопии, для прогноза и оценки газового потенциала угольных пластов.

Основные задачи исследования: 1. Изучение структуры порового пространства и особенностей строения надмолекулярных агрегатов углей методом растровой электронной микроскопии.

2. Выявление корреляционных связей между структурами порового пространства и метаноемкостью углей.

3. Анализ взаимосвязи между параметрами надмолекулярной структуры углей и степенью их метаноносности, с количественной оценкой процессов метаногенерации.

4. Разработка рекомендаций по прогнозной оценке метаноносности угольных пластов при их разработке на глубоких шахтных горизонтах.

Фактический материал и личный вклад автора: Геологической базой для исследования надмолекулярной структуры и сорбционной способности клареновых углей среднего карбона в связи с их метаноносностью был выбран Юго-Западный Донбасс. Первичным материалом для работы стал накопленный в Санкт-Петербургском горном институте фонд данных опробования по 38 угольным пластам в 180 шахтах и в глубоких скважинах на 50 разведочных участках. Использованы также фондовые материалы о данных опробования угольных пластов, замерах выделения метана на шахтах Юго-Западного Донбасса и при разведке отдельных участков. Изучались как отдельные пластопересечения, так и информация в масштабе шахтных полей; 5 полигонов были выбраны для проверки получаемых результатов и мониторинга данных по газовыделениям и изменчивости характеристических параметров. Были выбраны типичные для региона поля шахт «Заперевальная», им. А.А.Скочинского, «Горская», «Запорожская», где шахтными геологами проводились длительные (до 1 года) наблюдения с систематическим опробованием забоев по мере их продвижения. Для возможно полной оценки влияния геологических факторов точки пробоотбора выбирались целенаправленно. Подбирались пробы углей всех стадий метаморфизма: от слабо метаморфизованных до антрацитов начальных стадий. Центральная часть Кальмиус-Торецкой синклинали дополнительно охарактеризована по данным глубокого опорного бурения – использованы материалы по 3 скважинам глубиной до 3 км.

Автором работы проведено изучение углей из составленной выборки методами растровой электронной микроскопии и лабораторного метанонасыщения, разработана методика интерпретации полученных данных, предложены модели формирования полостного пространства в структуре витринита. В целом, в работе применен системный подход с комплексным использованием результатов, полученных различными методами исследования. Основные выводы и заключения базируются на теории метастабильной метаногенерации в процессе углеобразования с послойно-объемным заполнением пор. Составлена схема распространения угольных залежей с различным потенциалом газогенерации на площади Юго-Западного Донбасса.

Исследования, ставшие основой диссертационной работы, выполнены при поддержке Фонда фундаментальных исследований и Программы «Университеты России» Министерства образования и науки РФ.

Основные методы исследований: При выполнении работы использовались два метода изучения надмолекулярной структуры и сорбционной способности метаноносных углей: растровая электронная микроскопия и определение параметров метанонасыщения. Надмолекулярные структуры и поровое пространство витринита в углях всех стадий метаморфизма (от 1Д до 9-10А) изучались автором с использованием более 1000 снимков растровой электронной микроскопии (РЭМ) для 200 проб, ориентированных по напластованию. Характеристика структур витринитового вещества составлена на основе компьютерной обработки этих снимков с применением специализированного программного пакета VideoTest. Параллельно анализировались параметры метанонасыщения для выборки из 400 угольных проб. Испытания метаноемкости углей выполнялись в лаборатории ПО «Укруглегеология» г. Донецка. Для проверки полученных результатов автором использовались данные рентгеноструктурного анализа метаноносных углей всех стадий метаморфизма, полученные при исследованиях, проведенных в Санкт-Петербургском горном институте (В.В.Кирюков, Ш.Чакроборти) и ИПКОН РАН (А.Т.Айруни, И.В.Зверев, М.О.Долгова и др.)

Научная новизна: 1. Установлены закономерные изменения морфологических особенностей и полостного объема порового пространства углей в зависимости от степени их метаморфизма и геодинамических факторов.

2. Выявлено закономерное изменение типов микрозалежей угольного метана в зависимости от особенностей надмолекулярной структуры углей.

Практическая значимость: 1. Установлены закономерности распределения метана в угольных пластах, позволяющие прогнозировать локализацию газовых микрозалежей в пределах шахтных полей.

2. Предложены методы оценки вероятной метаноносности углей по данным растровой электронной микроскопии и лабораторного метанонасыщения.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций обеспечивается большим объемом фактического материала по исследованию витринита с использованием как лабораторных методов (РЭМ и др.), так и геологоразведочных данных. Результаты исследования газоносности углей, полученные на пробах, отражающих все стадии их метаморфизма, хорошо согласуются с результатами исследований, ранее проведенных по этой тематике.

Апробация работы и публикации: Материалы диссертационной работы на отдельных этапах её выполнения докладывались на ежегодных научных конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского горного института «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2003, 2005, 2008 гг.); на 11-ом Всероссийском угольном совещании (Ростов на Дону, октябрь 2006 г.); на Международных научно-практических конференциях «Метан угольных месторождений Украины» в институте геотехнической механики НАН Украины (г. Днепропетровск, октябрь 2006, 2008 гг.).

По материалам диссертации опубликовано 10 статей, в т. ч. 3 - в издании, входящем в перечень ВАК Минобрнауки России).

Структура и объем работы: Диссертационная работа включает 211 машинописных страниц, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 154 наименований, содержит 41 рисунок, 12 таблиц, 7 приложений.

Краткое содержание работы: Во введении обоснована актуальность темы диссертации. В первой главе описаны особенности геологического строения Юго-Западной части Донбасса, как объекта исследований. Во второй главе обосновывается целенаправленный характер подбора фактического материала, использованного в работе. В третьей главе рассмотрено состояние изученности надмолекулярной структуры углей и теоретические основы ее исследования, обосновывается методика исследований двумя основными методами: растровой электронной микроскопии (РЭМ) и метанонасыщения, с необходимыми дополнениями (рентгеноструктурный анализ). Рассмотрены возможности метода РЭМ и разработана методика интерпретации его данных. В четвертой главе приведены результаты изучения полостного пространства в углях методами РЭМ и метанонасыщения. В пятой главе оценивается состояние изученности концентраций метана в угольных пластах, определяются геологические факторы, контролирующие их метаноносность. По комплексу этих факторов, с учетом данных о надмолекулярно-поровой структуре и сорбционной способности метаноносных углей разных стадий метаморфизма, предложена классификация залежей метана в угольных пластах и схема их площадного распространения. В заключении сформулированы основные результаты исследований.

Благодарности: Автор выражает глубокую, искреннюю признательность своему научному руководителю - д.г.-м.н., проф. В.В.Кирюкову за высококвалифицированное руководство и повседневную методическую помощь. Искренняя благодарность обращена к коллективу кафедры Геологии и разведки месторождений полезных ископаемых Горного института за внимание и всестороннюю поддержку, прежде всего, со стороны руководства кафедры - проф. А.В. Козлова и доц. В.Б. Арчегова, а также со стороны доц. В.А. Степанова. Целенаправленный подбор представительного материала для исследований и исчерпывающие консультации по первичным данным были обеспечены научным содружеством Санкт-Петербургского горного института с Донецким ПО «Укруглегеология» (проф. О.А. Кущ; геологи А.Д. Бондаренко, М.Ф. Буряченко, А.А.Козлитин и др.), ПГО «Донбассгеология» (Н.В.Жикаляк, И.Ф.Лысенко), Донецким политехническим институтом (проф. Б.С.Панов, И.Ю.Кессарийская и др).

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ обоснование:

1. Особенности структуры витринита главного компонента ископаемых углей, выявленные методом растровой электронной микроскопии (РЭМ), отражают строение его надмолекулярных агрегатов и закономерно изменяются в зависимости от стадий метаморфизма углей.

В донецких углях среднего карбона гелефицированное вещество – витринит составляет 80-95% от общего объема угольной массы. Витринит является компонентом, который чутко реагирует на газодинамические явления. Сканирующая (растровая) электронная микроскопия (РЭМ) позволяет изучать, с увеличением до 100000, структуры витринита и определять их показатели: размеры надмолекулярных агрегатов; типы и свойства порового, межслоевого и трещинного полостного пространства (рис. 1, 2). С помощью метода РЭМ для генетических типов витринита, различных по восстановленности и стадиям метаморфизма, изучались строение и топография поверхности структурных образований, ориентация надмолекулярных агрегатов и пор. Наблюдения РЭМ раскрывают надмолекулярную структуру углей, как среду генерации и концентрации метана, их результаты позволяют прогнозировать микрогазодинамические явления, их морфометрические, структурные параметры.

Микроскопический анализ высокого разрешения позволил разработать типизацию структур витринитизированного вещества для углей всех стадий метаморфизма. Типовым является витринит с гомогенной (рис. 1.1), глобулярной - овоидной (рис. 1.2) и призматически-таблитчатой (рис. 1.3) структурой. Глобулярный тип характеризуется округлыми формами, наиболее отчетливо проявленными на контактах агрегатов. В углях средней стадии метаморфизма (4Ж-5К-6ОС, Сdaf = 91,8%) глобули деформированы, удлинены по наслоению. Сферолитовая структура (как частный случай глобулярной) характеризуется наиболее правильной формой поверхности. Призматически-таблитчатый тип представлен формами близкими к очертаниям призмы (табл. 1).

Рентгеноструктурными исследованиями методами широкого (СПГГИ(ТУ) - В.В.Кирюков, Ш.Чакроборти) и малоуглового пучка (ИПКОН РАН - Айруни А.Т., Зверев И.В., Долгова М.О. и др.) было установлено, что слабометаморфизованные угли сложены в основном аморфной массой, включающей небольшие рассеянные структурно организованные элементы. Их размеры укрупняются в более высокометаморфизованных углях. Метаморфизм на стадиях каменных углей обусловливает лишь ориентировку и трансформацию отдельных агрегатов, но в антрацитах интенсивно развивается кристаллизация, появляются структурные элементы типа кристаллитов.

В настоящей работе установлено, что, в зависимости от стадии их метаморфизма, изменяются формы и размеры полостного пространства в углях (рис. 2). Длиннопламенные угли 1Д характеризуются мелкими однородными закрытыми порами, чёткими контурами крупных пор по сколам.

Таблица 1. Типы структур витринита метаноносных углей и их характеристика по данным растровой электронной микроскопии (РЭМ).

Стадия метаморфизма Структура витринита двух основных генетических типов углей
Однородное вещество, генетический тип а (маловосстановленные угли) Агрегированное вещество, генетический тип в (восстановленные угли)
Начальная 1Д – 2-3Г Равномерное расположение сферических пор Сферы, сферические поры, сложная межагрегатная пористость
Средняя 4Ж – 5К -6ОС Деформированные поры, эллипсоидные поры, интенсивная трещиноватость Глобулы (деформируются по наслоению, преобразуются в овальную форму), усложнение и расслоение межагрегатных пор, сферические поры деформируются приобретают форму эллипсоида, интенсивно развивается трещиноватость
Переходная фаза от аморфного вещества к кристаллитному 7-8Т Небольшие размеры пор, завершается процесс изменения пористости Призмы, небольшие размеры пор, сложная форма межагрегатных пор
Высокая 9-10А Большой объем пористости, сложная форма пор Сложно- деформированные агрегаты, большой объем пористости, сложная форма пор

Для углей на стадии газовых 2Г-3Г характерна стабилизация формы, распределения и строения пор, их укрупнение сравнительно со стадией 1Д, что связано с началом развития метаногенерации. Распределение пор равномерное с нечеткой ориентировкой по наслоению. Угли по развитию пор неоднородны. На стадиях 4Ж, 5К, 6ОС преобладают сжатые удлинённые крупные поры, а также овальные, кавернозные и поры по наслоению. В углях тощих (Т) и антрацитах (А) типичны одиночные, удлинённые поры и поры по наслоению. В плоскостях сколов по наслоению поры имеет округлые очертания и неровную бугристую поверхность скола, по плоскостям скола наблюдаются гроздья таких пор.

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 7Т-8Т происходит уменьшение их размеров; но далее, в антрацитах 9А-10А размеры пор вновь увеличиваются, как следствие перестройки структуры угольного вещества на этой стадии (рис. 3).

Рисунок 3. Изменение линейных размеров пор в зависимости от стадии метаморфизма метаноносных углей.

Эти данные подтверждаются лабораторными опытами метанонасыщения: интенсивность метаногенерации в углях также связана со стадией их метаморфизма (рис. 4). 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.

Рисунок 4. Изменение сорбционной метаноемкости углей среднего карбона при давлении 50 ат с увеличением их стадии метаморфизма (по выходу летучих веществ Vdaf).

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).

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.



 
Похожие работы:

«Сафин Станислав Газизович ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ НЕДОНАСЫЩЕННЫХ НЕФТЬЮ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛИМИКТОВЫХ ПЛАСТОВ Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Архангельский государственный технический...»

«Рожков-Юрьевский Юрий Донатович ПОЛИТИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ КАК ЭКСКЛАВНОГО РЕГИОНА РОССИИ Специальность 25.00.24 – экономическая, социальная, политическая и рекреационная география Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Калининград...»

«ХАБАРОВА Ирина Анатольевна ПОВЫШЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ФЛОТАЦИОНН ЫХ СВОЙСТВ ПИРРОТИНА И ПЕНТЛАНДИТА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСНОГО ВО З ДЕЙСТВИЯ Специальность 25.00.13 – Обогащение полезных ископаемых Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН), лаборатория теории...»

«ШМИДТ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ОСЛОЖНЕННЫХ СОДЕРЖАНИЕМ МЕХПРИМЕСЕЙ В ПРОДУКЦИИ Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа-2007 г. Работа выполнена в Самарском государственном техническом университете (г. Самара) Научный руководитель Официальные оппоненты: Ведущая организация: доктор технических наук, профессор...»

«Крылаткова Надежда Анатольевна АТРИБУТЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Екатеринбург - 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Уральский государственный горный университет Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный...»

«Рыбальченко Вадим Викторович ГАЗОНОСНОСТЬ И НАПРАВЛЕНИЯ ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЮРСКОЙ ТЕРРИГЕННОЙ ФОРМАЦИИ ВОСТОЧНОГО УСТЮРТА 25.00.12 – Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва - 2012 Работа выполнена в Закрытом акционерном обществе Газпром зарубежнефтегаз и в Обществе с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский институт природных газов...»

«МАНУЭЛЬ ТРЕХО СОТО РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ЗА ОСАДКАМИ И СМЕЩЕНИЯМИ КРУПНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ СПУТНИКОВЫМИ МЕТОДАМИ Специальность: 25.00.32 – Геодезия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре прикладной геодезии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) Научный руководитель доктор технических наук, профессор...»

«Кузьминова Ирина Владимировна Геофизические методы контроля динамики фильтрационных процессов в прискважинной области продуктивных пластов Специальность: 25.00.16 Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук г. Ухта – 2010 г. Работа выполнена в Ухтинском государственном техническом университете Научный руководитель: Кандидат...»

«Исказиев Курмангазы Орынгазиевич Исследование влияния фильтрационной анизотропии на разработку неоднородных коллекторов нефти и газа Специальность 25.00.16.- Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Томск – 2006 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский...»

«ГОРОБЕЦ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ CОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ НЕДОНАСЫЩЕННЫХ НЕФТЬЮ ЗАЛЕЖЕЙ ПОКУРСКОЙ СВИТЫ ПУТЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМ Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2009 Работа выполнена в обществе с ограниченной ответственностью научно-производственном объединении Нефтегазтехнология Научный...»

«Шумаков Алексей Николаевич ЗАИЛЕНИЕ ПРУДОВ И ВОДОХРАНИЛИЩ КАК ЭЛЕМЕНТОВ ЭРОЗИОННО-РУСЛОВЫХ СИСТЕМ В АГРОЛАНДШАФТАХ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РЕГИОНА Специальность 25.00.27 – гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Курск 2007...»

«Скалабан Владимир Дмитриевич ГОСУДАРСТВЕННая система УЧЕТа качества ЗЕМЕЛЬ в составе земельного кадастра Российской федерации (вариант системного подхода, опыт реализации) Специальность 25.00.26 – землеустройство, кадастр и мониторинг земель Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук Москва — 2007 Работа выполнена в Почвенном институте им. В.В.Докучаева Российской академии сельскохозяйственных наук Научный консультант Доктор географических...»

«Кроличенко Витольд Владимирович Методика оценки риска последствий аварий на гидротехнических сооружениях напорного типа с применением аэрогеодезических технологий идентификации их устойчивости в экстремальных ситуациях. Специальность 25.00.36 – Геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) на кафедре прикладной экологии Научный...»

«Одинцова Татьяна Анатольевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ И МОНИТОРИНГА НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Специальность 25.00.36 – Геоэкология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Пермь – 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Горный институт Уральского отделения РАН Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, доцент Бачурин Б.А. Официальные оппоненты: доктор технических наук Крысин Н.И. кандидат...»

«НЕТРЕБИН Петр Борисович МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЛЬЕФА БОЛЬШОГО КАВКАЗА 25.00.25 – геоморфология и эволюционная география АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Краснодар – 2012 Работа выполнена на кафедре геоинформатики географического факультета ФГБОУ ВПО Кубанский государственный университет Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Погорелов Анатолий Валерьевич Официальные оппоненты: доктор...»

«СОКОЛОВ Александр Андреевич ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ В ОРЕНБУРГСКО-КАЗАХСТАНСКОМ ТРАНСГРАНИЧНОМ РЕГИОНЕ Специальность 25.00.36 – геоэкология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Астрахань – 2008 Работа выполнена в Институте степи Уральского отделения Российской академии наук Научный руководитель член-корреспондент РАН, доктор географических наук, Чибилёв Александр Александрович Официальные оппоненты Доктор...»

«Салугашвили Руслан Сергеевич Изменения температуры воздуха в Европе впериод современногоглобальногопотепления Специальность 25.00.30–метеорология, климатология,агрометеорология Автореферат диссертации на соисканиеученой степени кандидатагеографических наук Обнинск - 2012 Работа выполнена вФедеральном государственном бюджетномучреждении Всероссийскийнаучно-исследовательский институтгидрометеорологической информации – Мировой центрданных Научныйруководитель:...»

«ФОСТ Иван Дмитриевич ЭКОНОМИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ БИОМОТОРНОГО ТОПЛИВА НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Специальность 25.00.24 – экономическая, социальная и политическая география АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук...»

«Хайбуллин Дамир Мухаметович Совершенствование технологий и технических средств для предупреждения и удаления солеотложений в добывающих скважинах (на примере месторождений ООО РН-Юганскнефтегаз) Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2010 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов...»

«Тетерин ЕлисейАндреевич Влияниекрепости горных пород на параметры процессасдвижения земной поверхности в условиях ВосточногоДонбасса 25.00.16 – Горнопромышленнаяи нефтегазопромысловая геология, геофизика,маркшейдерское дело и геометриянедр Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата техническихнаук г. Новочеркасск – 2009 г. Работа выполнена вШахтинском институте (филиале)Государственного образовательногоучреждения высшего профессиональногообразования...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

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.