Развитие методов и разработка устройств для оценки метаноотдачи углей в шахтах на основе газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана

На правах рукописи

РАДЧЕНКО Сергей Анатольевич РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕТАНООТДАЧИ УГЛЕЙ В ШАХТАХ НА ОСНОВЕ ГАЗОКИНЕТИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ ДЕСОРБЦИИ МЕТАНА Специальность: 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проб лем комплексного освоения недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН), отдел проблем горной аэрогазопылединамики и безопасности освое ния недр, и в Тульском государственном педагогическом университете им.

Л.Н. Толстого, кафедра машиноведения и безопасности жизнедеятельности.

Научный консультант:

профессор, доктор технических наук Матвиенко Николай Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Бобин Вячеслав Александрович Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН профессор, доктор технических наук Крейнин Ефим Вульфович Открытое акционерное общество «Промгаз» доктор технических наук Коликов Константин Сергеевич Московский государственный горный университет Ведущая организация – Федеральное государственное унитарное предпри ятие Национальный научный центр горного производства – Институт гор ного дела им. А.А. Скочинского.

Защита диссертации состоится 22 октября 2008 года в часов минут на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 в Учреждении Россий ской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН по адресу: 111020, Москва, Е-20, Крюковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Россий ской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан «» _ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г. И. Богданов канд. техн. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема обеспечения безопасности труда в угольных шахтах России и стран СНГ приобретает все более острый харак тер. Интенсивная отработка угольных пластов сопровождается обильными метановыделениями, нередко приводящими к загазированию забоев, причем частота и размеры аварий и катастроф достигли критического значения и наиболее значимые из них в последние годы связаны с взрывами метана с групповыми несчастными случаями. Из 89 действующих шахт России 80% отнесены к опасным по метану, из них 48% шахт наиболее метанообильны и лишь 25% шахт работают с дегазацией угольных пластов и выработанных пространств. Технико-экономические показатели работы газовых шахт на 35-50% ниже, чем негазовых. Неизбежность в настоящее время подземной разработки газоносных угольных месторождений, перспективы ухудшения горно-геологических условий и роста нагрузок определяют высокую акту альность на государственном уровне проблемы метанобезопасности.

Наиболее опасны по интенсивным проявлениям взрывчатых газов в угольных шахтах выработки и скважины первой очереди проходки, буровые и взрывные технологические операции в них. Основное выделение метана из пластов, газодинамические явления и большинство связанных с метаном аварий происходят в подготовительных и очистных забоях.

О сильной зависимости выбросоопасности и метанообильности от газо кинетических свойств угля в призабойной зоне известно давно. Несмотря на то, что существуют много методов и средств, а также нормативных докумен тов по прогнозу характера и интенсивности газовыделений в шахтах, пробле ма обеспечения безопасности и эффективности технологических процессов полностью не решена, в том числе из-за недостаточной надежности результа тов оперативной оценки газоопасности работ в забоях, сложности прогноза характера и интенсивности газовыделения в шахтах и газокинетических свойств углей, недостаточной изученности тепловых эффектов при десорбции метана и трудностей обнаружения изменений свойств угля традиционными методами без проведения в забоях трудоемких и очень дорогих исследований.

Поэтому эта работа посвящена развитию этого направления и научному обоснованию и разработке новых способов и портативных устройств для по вышения достоверности и возможностей экспресс-прогноза в забоях опасно сти труда по газовому фактору и изменений свойств угля без больших затрат и изменений технологии горных работ, что является актуальной проблемой и имеет важнейшее научное, народно-хозяйственное и социальное значение.

Данная работа - продолжение и развитие исследований доктора техни ческих наук И.Л. Эттингера и доктора технических наук, профессора Г.Д.

Лидина и их научной школы. Она выполнена как составная часть исследова ний Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексно го освоения недр Российской академии наук по направлению «Развитие тео ретических основ и методов борьбы с рудничными газами и пылью». Ряд ла бораторных и шахтных исследований, шахтных испытаний новых способов на выбросоопасных угольных пластах выполнены в содружестве ИПКОН АН СССР с МакНИИ и производственным объединением «Ворошиловград уголь», в Лидском университете Великобритании (лабораторные опыты, анализ результатов лабораторных и шахтных исследований ученых Велико британии, США и других стран и компании «British Coal»), а в 2007-2008 гг.

– совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» (Донецк, Украина).

Работа выполнялась с 1978 года в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН (аспирантура и докторантура), в 1988 году – в Лидском университете Великобритании (10 месячная научная стажировка по теме «Изучение современных методов ис следования тепломассообмена в пористых средах и возможности применения этих методов для расчета интенсивности метановыделения из угля в горные выработки»), в 1985-1991 годах – на кафедре теплогазоснабжения и венти ляции Тульского политехнического института (ныне Тульский государствен ный университет) и с 1997 года – на кафедре машиноведения и безопасности жизнедеятельности Тульского государственного педагогического универси тета им. Л.Н. Толстого.

Цель работы – научно обоснованная разработка новых методов и уст ройств для повышения точности, оперативности и доступности количествен ной экспресс-оценки в забоях динамики газовыделения из угля, его газонос ности в призабойной зоне и обнаружения мест изменений других свойств угля в пласте, обеспечивающая совершенствование прогноза выбросоопас ности и метановыделения, повышение безопасности, эффективности и эколо гичности комплексного освоения метаноносных угольных месторождений.

Объектом исследования являются призабойные зоны угольных плас тов, отбитый уголь и буровой штыб из опасных по метану шахт.

Предметом исследования являются процессы десорбции метана, изме нения температуры и теплообмена угля в призабойной зоне пласта и отбитого угля.

Основная идея работы заключается в использовании газокинетических свойств угольного вещества и тепловых эффектов при десорбции метана для повышения точности и оперативности прогноза выбросоопасности, метано отдачи и газоносности угля в призабойной зоне пласта для комплексного решения проблем эффективности и безопасности добычи угля и метана в шахтах при минимальных затратах и изменениях технологии горных работ.

Основные задачи диссертационной работы обусловлены ее целью и заключаются в следующем:

- научно обосновать перспективные направления повышения эффектив ности использования исследований систем «ископаемый уголь – газ» и «уг лесодержащие породы – газ» для более быстрого и надежного прогноза в за бое изменений свойств угля в призабойной зоне (его выбросоопасности, нарушенности, газоносности и т. д.) в целях обеспечения эффективности и метанобезопасности горных работ;

- разработать количественный кинетический показатель для комплексно го экспресс-прогноза в забоях потенциальной выбросоопасности структуры угля и выделения им метана по начальной кинетике десорбции или сорбции;

- экспериментально определить теплоту сорбции и десорбции метана уг лями разных стадий метаморфизма из выбросоопасных и невыбросоопасных зон пластов с различных глубин при разных давлениях газа и температурах;

- экспериментально и аналитически исследовать динамику изменения температуры угля на поверхности и внутри кусков и в призабойной зоне при десорбции метана, влияние на нее теплообмена угля с окружающей средой;

- обосновать и разработать новые технические решения, способы и кон струкции портативных устройств для повышения метанобезопасности в за боях, надежности и оперативности методов прогноза изменений свойств угля в призабойной зоне, его метаноотдачи и выбросоопасности на основе учета газокинетических и тепловых эффектов десорбции метана, не требующие больших затрат средств и труда и изменений технологии горных работ.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод ис следования, включающий:

- изучение кинетики сорбции и десорбции метана углем и тепловых эф фектов комплексами научного оборудования, включающими: низкотемпера турный микрокалориметр Кальве с приставкой высокого давления фирмы «Setaram» и прибор «Сорбтомат» фирмы «Carlo Erba» (в УРАН ИПКОН РАН) и термостатированную сорбционную установку и модели в натуральную ве личину подготовительной выработки и скважины (в Лидском университете Великобритании), точность исследований которыми тепломассообмена угля и метана автор значительно повысил за счет новых технических решений;

- осмотр поверхности образцов угля из нарушенных и ненарушенных зон пластов электронным сканирующим микроскопом JSM-U3 фирмы «Jeol»;

- измерение начальной скорости газовыделения из шпуров, температуры свежеобнаженных поверхностей забоев, стенок шпуров и бурового штыба и десорбции метана из него, остаточной газоносности угля и бурового штыба, концентрации метана в воздухе, температур и скоростей движения воздуха в выработках, изучение угля из выбросоопасных и невыбросоопасных зон пластов нормативными методами с определением показателей Р и J и тех ническим анализом угля для подготовительных и очистных забоев ряда шахт;

- аналитические исследования;

- анализ и обработку по признанным в мире методикам собственных и многочисленных опубликованных результатов для углей и углесодержащих горных пород России, Украины, Великобритании, США и других стран.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Газокинетические и тепловые эффекты десорбции метана углем в при забойной зоне и буровым штыбом отражают происходящие в них механичес кие и физико-химические процессы. Их совместный учет позволяет надеж нее, быстрее и проще выявить изменения свойств угля и зоны повышенной га зоотдачи пласта для выбора мероприятий по обеспечению безопасности и эф фективности комплексного освоения газоносных угольных месторождений.

2. Дифференциальная и интегральная теплота сорбции и десорбции ме тана углем постоянна в пределах шахтопласта в зонах любой геологической нарушенности при содержании летучих веществ VГ от 9% до 30%, при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метамор физма она изменяется в широких пределах (15-28 кДж/моль), ее зависимости от VГ, сорбционной емкости и глубины залегания угля не обнаружено.

3. Величина снижения температуры угля при десорбции из него метана прямо пропорциональна количеству выделившегося метана в случаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь. При теплообмене призабойной зоны пласта с вмещающими породами его охлаждение макси мально в центральной части пласта, а в местах его контакта с породами почвы и кровли оно может быть до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них. Поэтому результаты измерений температуры угля в призабой ной зоне и бурового штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и вре мени теплообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя.

4. Диффузионный параметр, величина которого численно совпадает с временем десорбции постоянной доли от общего количества газа, десорби рованного углем или горной породой с угольными включениями до равнове сия, является информативным количественным показателем динамики де сорбции метана и этана из них. Его преимущества по сравнению с извест ными критериями - быстрота и простота получения количественных харак теристик десорбции (скорости десорбции и времени десорбции части газа, дос тигающей 63% от всего десорбированного до равновесия газа, и коэффици ента диффузии метана в угле), которые можно одновременно использовать для прогноза метановыделения из угля в выработки и выбросоопасности.

5. Совместный учет кинетики десорбции метана углем по диффузион ному параметру и снижению температуры угля в призабойной зоне и буро вого штыба в результате десорбции повышает точность и быстроту оценки газокинетических свойств углей в зонах любой нарушенности и является ос новой оперативных способов количественного экспресс-прогноза выбросо опасности призабойной зоны и метаноносности угля в ней, метаноотдачи угля в призабойной зоне и отбитого угля, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана. В выбросоопасных и нарушенных зонах диффу зионный параметр меньше в несколько раз, а охлаждение угля за счет де сорбции метана значительно больше, чем в ненарушенных зонах пласта.

6. Газокинетические свойства угля по простиранию и мощности боль шинства пластов значительно изменяются даже на малых расстояниях. По этому для повышения точности прогноза выбросоопасности и метановыде ления их следует определять по простиранию и мощности пласта с наиболь шей частотой и быстротой, используя в забоях предложенный комплексный экспресс-метод первичной количественной оценки изменения свойств и газо отдачи свежеобнаженного угля и бурового штыба по их температуре (преж де всего быстро дистанционно) и величине диффузионного параметра угля.

7. Угольные включения в породе имеют те же сорбционные характери стики, что и уголь из соседних пластов. Сорбционную емкость углесодержа щих пород можно принимать прямо пропорциональной содержанию в них частиц угля, а диффузионный параметр пригоден для описания кинетики десорбции метана образцами угля фракции до 60 мм и углесодержащими по родами любой зольности и степени тектонической препарации. Это повы шает достоверность и оперативность прогноза сорбционной метаноемкости и скорости газоотдачи углей и горных пород с угольными включениями.

8. Повысить надежность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта и отбитого угля нормативными методами без боль ших затрат и изменений технологии горных работ можно за счет их приме нения и отбора проб угля прежде всего в местах снижения температуры угля, установленных предварительным замером температуры свежеобнаженной поверхности пласта по простиранию и мощности и бурового штыба на всех интервалах бурения, и использования научно обоснованных и разработанных автором новых технических решений, способов и портативных устройств.

Научное значение работы состоит в установлении взаимосвязи величи ны диффузионного параметра проб угля с температурой и газоотдачей при забойной зоны пласта и штыба, в обосновании и разработке новых техничес ких решений, способов, методик и десорбометров нового технического уровня для совершенствования экспресс-прогноза в забое выбросоопасности и газо носности призабойной зоны пласта, газокинетических характеристик угля и динамики газовыделения из него, перспективности участков пласта и сква жин для добычи метана при минимуме затрат и изменений технологии работ.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

- впервые экспериментально доказаны постоянство и равенство интег ральной и дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана углем из зон любой нарушенности шахтопласта при выходе летучих веществ VГ = 9 30%, давлениях газа до 8,0 МПа и разных температурах, и необходимость определить ее экспериментально для каждого пласта, так как для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма она бывает от 15 до 28 кДж/моль;

- обоснована необходимость и возможность повысить надежность и безопасность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта рядом нормативных методов за счет оптимизации выбора мест их при менения в забоях и отбора проб на основе предварительного установления признаков изменений свойств угля и его большей газоотдачи, например по его более сильному охлаждению при десорбции метана, что позволит их при менять именно в нарушенных местах, так как газокинетические свойства уг лей в пластах изменяются на малом расстоянии по простиранию и мощности;

- доказаны преимущества применения диффузионного параметра по сравнению с рядом других способов оценки газокинетических свойств проб угля и бурового штыба разного петрографического и фракционного состава и горных пород с угольными включениями, особенно в дополнение к ним, и сходимость результатов предложенных автором и уже известных способов;

- обоснована высокая информативность и надежность комплексных спо собов экспресс-прогноза газоносности и выбросоопасности призабойной зо ны, основанных на количественной оценке в забое газокинетических характе ристик угля разных фракций и стадий метаморфизма и времени десорбции до двух третей от десорбированного до равновесия газа за счет одновремен ного быстрого замера температуры угля и начальной скорости десорбции;

- обоснованы возможность и необходимость повысить надежность прог ноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойных зон пластов и отбитого угля нормативными шахтными и лабораторными методами и правильность интерпретации их результатов в забоях без больших затрат и изменений тех нологии горных работ за счет учета свойств угля в каждом пласте и тепло массообмена при десорбции, постоянно используя в забоях и лабораториях разработанные автором новые технические решения, способы и устройства;

- обоснована необходимость и возможность создания и внедрения комп лексных систем постоянного мониторинга безопасности по газовому фак тору в каждом забое с применением звукоулавливающей аппаратуры и раз работанных автором новых технических решений и устройств для быстрой визуальной и количественной оценки изменений свойств угля в забое, спо собных получать, обрабатывать и передавать информацию каждые 10 минут;

- обоснованы и разработаны новые технические решения, способы и портативные устройства, позволяющие повысить правильность интерпрета ции, информативность и быстроту использования в забоях результатов изме рений температуры свежеобнаженного угля и бурового штыба и динамики десорбции метана из них в целях более надежного и оперативного прогноза выбросоопасности, газовыделения из угля и его газокинетических характе ристик, перспективности участков пласта и скважин для добычи метана.

Практическая значимость работы.

Установлено, что одной из причин недостаточной точности локального экспресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений в шахтах норматив ными российскими и зарубежными методами и устройствами является их применение и отбор проб угля без предварительного быстрого поиска в забоях признаков изменений свойств угля и без учета особенностей разрабатывае мых пластов и теплообмена, что снижает вероятность обнаружения ими мест повышенной газоотдачи угля. Поэтому для повышения надежности норма тивных методов прогноза за счет быстрой оптимизации выбора в забоях мест их применения и отбора проб, повышения метанобезопасности и добычи угля и метана без больших затрат и изменений технологии горных работ предло жены новые технические решения, способы и портативные устройства.

Разработаны способы количественной экспресс-оценки в забое газокине тических свойств и газоносности угля в призабойной зоне на основе замеров его температуры при бурении шпуров и скорости сорбции и десорбции мета на (авторское свидетельство № 1096375 и патент на изобретение № 2019706), проведены их промышленные испытания на шахте «Перевальская».

Разработаны, изготовлены и испытаны в лабораторных и шахтных усло виях 3 вида портативных многофункциональных устройств для отбора и экс пресс-исследования образцов угля в забое, ускорения и повышения точности и информативности их изучения в лаборатории (патенты на изобретения № 2016391, № 2034157). Научно обоснованные и предложенные новые техни ческие решения в 2007 году испытаны на шахте Донбасса и в 2007-2008 году использованы совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» для разработки и испытания в забоях десорбометра нового технического уровня.

Применение предложенного комплекта портативных устройств позволя ет обеспечить быструю предварительную визуальную оценку метаноопасно сти работ по снижению температуры свежеобнаженной поверхности забоя и бурового штыба и по начальной интенсивности десорбции метана штыбом.

Доказана возможность повысить оперативность и информативность из вестных методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на за мере десорбции или сорбции газа (Р, Айрея и т. д.), путем включения в них дополнения об определении диффузионного параметра по тем же данным.

Диффузионный параметр использован для экспериментального опре деления коэффициентов диффузии метана в угле разной нарушенности из выбросоопасных и невыбросоопасных зон различных газоносных пластов.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и ре комендаций работы подтверждаются:

- использованием представительных объемов экспериментальных дан ных (более 1000 десорбционно-кинетических опытов с образцами угля раз ных фракций и петрографического состава с выходом летучих веществ VГ = 5-50 % с глубин 300-1100 метров из зон разной нарушенности и с мест газо динамических явлений;

182 высокоточных сорбционно-калориметрических опыта с углями с глубин 300-1100 метров при VГ = 9-30 %;

2134 эксперимен тальных кривых динамики изменения температуры на поверхности и внутри кусков угля разных размеров и форм и проб штыба при сорбции и десорбции метана и при ее отсутствии, разных перепадах температур и давлений метана и скоростях движения омывающего уголь воздуха;

замеры в шахтах с отбо ром и изучением проб угля при проходке 11 подготовительных выработок по пластам К3В Бераль, Big Vein и Pumpquart и в 3 очистных забоях 3 шахт и т.д.);

- достаточной для инженерных расчетов сходимостью результатов лабо раторных исследований с результатами шахтных экспериментов (коэффици енты корреляции 0,62-0,87), совпадением результатов обработки опытов ав тора и многих ведущих ученых России, Великобритании и США (до 99,5%);

- применением двух уникальных экспериментальных комплексов на ос нове высокоточного научного оборудования фирм Франции, Великобрита нии, Италии и Японии (низкотемпературного микрокалориметра Кальве фирмы «Setaram», сорбтомата фирмы «Carlo Erba», лабораторного кондицио нера, приборов и установок фирмы «P.A. Hilton Ltd.», электронного скани рующего микроскопа JSM-U3 фирмы «Jeol» и т.д.), другого научного обору дования в ведущих научных центрах России, Великобритании и Украины;

- подтверждением научных положений и выводов экспериментальными данными, результатами промышленных испытаний при разработке выбросо опасных угольных пластов на различных глубинах на шахтах Украины.

Реализация результатов работы. Полученные научные результаты и выводы, технические решения и изготовленные и модернизированные под руководством и при участии автора установки и устройства использовали УРАН ИПКОН РАН, Лидский университет Великобритании, МакНИИ, Ук раинский филиал ВНИМИ, ПО «Ворошиловградуголь», ООО «Звукоулавли вающая аппаратура», промышленно-коммерческая ассоциация «АПЕКС», АООТ «Региональный промышленно-торговый дом «АПЕКС»» и другие предприятия и организации (имеются их заключения, письма и т.д.).

Результаты исследований используются в учебном процессе ТГПУ им.

Л.Н. Толстого по дисциплинам и курсам «Теплотехника и энергетические машины», «Экологичные ресурсосберегающие технологии» и другим.

Личный вклад автора. Все основные положения, результаты и выводы получены автором лично. Ему принадлежат постановка проблемы и задач исследований, разработка методик лабораторных и аналитических исследо ваний, выполненные им лабораторные и шахтные эксперименты, анализ и обобщение данных своих опытов и опытов российских и зарубежных ученых.

В решении отдельных задач и внедрении полученных автором результа тов в научных исследованиях и при разработке газоносных угольных плас тов в России и на Украине участвовали коллеги автора в УРАН ИПКОН РАН, МакНИИ, Лидском университете Великобритании, производственном объединении «Ворошиловградуголь» и ООО «Звукоулавливающая аппарату ра» и другие. Есть совместные публикации, авторское свидетельство и 10 па тентов России на изобретения, ссылки на которые приведены в диссертации.

Автор дважды участвовал в ВДНХ СССР (1980, 1981 гг.), во Всемирных салонах изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (Брюссель, Бельгия, 1994, 1995 гг.), в Осенней Пловдив ской ярмарке (Пловдив, Болгария, 1992 г.), в Лейпцигском инновационном форуме Центральной и Восточной Европы (Лейпциг, Германия, 1995 г.), в выставке-презентации современной техники, технологий и материалов в Торговом представительстве России во Франции (Париж, Франция, 1996 г.), во Всероссийских и межрегиональных выставках и конкурсах (1994-2007 гг.), во II Тульском экономическом форуме (2007 г.). Он награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР, 2 золотыми и 2 серебряными медалями Всемирных салонов изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика», золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад», 4 раза подряд занимал призовые места в факультетском этапе ежегодного конкурса «Лучший молодой ученый ТулПИ» (1983-1987 гг.), удостоен в связи с важ ным значением полученных им результатов исследований званий академика Международной академии лидеров бизнеса и администрации (International Academy For Leadership In Business And Administration) и лауреата тульского регионального тура Всероссийского конкурса «Инженер года – 2007» по версии «Профессиональные инженеры» в номинации «Теплотехника».

Апробация работы. Основные результаты научных исследований докла дывались и получили одобрение на 53 всесоюзных, всероссийских, междуна родных, региональных и других научно-технических и научно-практических конференциях, совещаниях, семинарах с 1980 по 2008 год, в том числе в ИПКОН АН СССР, УРАН ИПКОН РАН, Лидском университете Великобри тании, МакНИИ, Московском государственном горном университете (9 док ладов на секциях «Недели горняка» в 2004, 2007, 2008 гг.), Тульском госу дарственном университете, Тульском государственном педагогическом уни верситете им. Л.Н. Толстого, на заседании Британского шахтного подкомитета объединенного комитета Великобритании по проблеме внезапных выбросов угля и газа (British Colliery Sub-Committee of the British Joint Advisory Com mittee on Outburst of Coal and Firedamp, Ланелли, Великобритания, 1988 г.).

Изобретения и научно-технические разработки автора и изготовленные с их применением устройства ряда модификаций экспонировались на 5 меж дународных и 15 российских выставках (1980-2002 гг.). Получены 2 золотые и 2 серебряные медали Всемирных салонов изобретений, научных исследова ний и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (Брюссель, Бельгия, 1994, 1995 гг.) и дипломы делегаций России и Югославии на этих Всемирных салонах, золотая медаль «Евро-Интеллект Восток-Запад» (Варна, Болгария, 1995 г.), первые премии на межрегиональной выставке-ярмарке конкуренто способных проектов и разработок «Наследники Демидовых» по группе «Действующие производства и технологии» (1995 г.) и на Тульском город ском конкурсе к 850-летию города Тулы в разделе «Экология, природополь зование и энергосбережение» (1997 г.), диплом Торгового представительства России во Франции (1996 г.), золотой и серебряный дипломы Всероссийской программы-конкурса «100 лучших товаров России» (1999, 2000 гг.).

Публикации. Основное содержание работы

изложено в 72 научных тру дах, в том числе в 3 монографиях и 1 коллективной монографии, 25 статьях в 12 рекомендованных ВАК изданиях, 6 статьях в ведущих зарубежных горных журналах на английском языке общим объемом 88 страниц, 1 авторском свидетельстве и 10 патентах России на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заклю чения, списка использованных источников из 296 наименований и 22 прило жений, изложена на 369 страницах машинописного текста и включает рисунков и 27 таблиц.

Автор выражает признательность проф., д.т.н. Г.Д. Лидину и д.т.н. И.Л.

Эттингеру за постановку работы, искреннюю благодарность научному кон сультанту проф., д.т.н. Н.Г. Матвиенко, академику РАН, проф., д.т.н. К.Н.

Трубецкому, академику РАН, проф., д.т.н. В.А. Чантурия, члену-корреспон денту РАН, проф., д.т.н. Д.Р. Каплунову, члену-корреспонденту РАН, проф., д.т.н. А.Д. Рубану, проф., д.т.н. В.В. Кудряшову, проф., д.т.н. А.Т. Ерыгину, проф., д.т.н. М.А. Иофису, проф., д.т.н. С.В. Кузнецову, проф., д.т.н. С.Д. Вик торову, проф., д.т.н. Е.И. Панфилову, д.т.н. В.А. Бобину, проф., д.т.н. В.Н.

Захарову, проф., д.т.н. А.С. Воронюку, д.т.н. В.С. Забурдяеву, д.т.н. Ю.П.

Галченко и другим сотрудникам УРАН ИПКОН РАН, президенту ТулГУ проф., д.т.н. Э.М. Соколову, проф., д.т.н. Н.М. Качурину, ректору ТГПУ им.

Л.Н. Толстого проф., д.п.н. Н.А. Шайденко, к.т.н. В.П. Баранову, д.т.н. В.С.

Маевскому, к.т.н. Д.И. Дорофееву, к.т.н. Б.М. Деглину, а также сотрудникам Лидского университета Великобритании д.ф. Дж.Р. Баркер-Риду, проф., д.ф.

П.А. Янгу, проф., д.ф. П.А. Дауду и сотруднику компании «British Coal» д.ф.

Д.П. Криди за ценные рекомендации и помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теория и практика безопасной и эффективной разработки газоносных угольных пластов разработаны в трудах многих ученых УРАН ИПКОН РАН, ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, МГГУ, СПГГИ (ТУ), ИУУ СО РАН, ВостНИИ, ВНИМИ, ПечорНИИпроект, ВНИИгаз, ДонУГИ, ТулГУ и других организаций, в том числе производственных и проектных. Важный теорети ческий и практический вклад в решение проблемы шахтного метана внесли А.А. Скочинский, Г.Д. Лидин, К.Н. Трубецкой, А.Т. Айруни, И.В. Сергеев, А.Д. Рубан, С.В. Кузнецов, И.Л. Эттингер, Н.Г. Матвиенко, Ю.Ф. Васючков, Б.М. Иванов, М.А. Иофис, Ю.Н. Малышев, В.А. Бобин, В.Н. Захаров, В.С.

Забурдяев, Г.С. Забурдяев, Н.И. Устинов, В.Н. Одинцев, И.Г. Ищук, В.В.

Гурьянов, А.Э. Петросян, В.В. Ходот, Г.Н. Фейт, Н.В. Ножкин, Л.А. Пучков, Ф.С. Клебанов, Э.М. Соколов, С.В. Сластунов, С.А. Ярунин, Н.О. Каледина, Е.И. Захаров, Н.М. Качурин, А.С. Рябченко, Г.Я. Полевщиков, К.С. Коликов, В.Н. Королева, Н.Н. Красюк, Е.В. Крейнин, В.Н. Пузырев, Е.И. Шемякин, В.Н.

Николин, С.А. Христианович, М.И. Большинский, А.М. Морев, О.И. Чернов, В. Н. Вылегжанин, А.А. Мясников, В.Г. Крупеня, В.С. Маевский, А.Д. Алек сеев, Р.М. Кривицкая, О.И. Касимов, В.А. Садчиков, Л.М. Зенкович, О.Н. Ма линникова, Б.М. Зимаков, И.Б. Ковалева, Н.В. Шульман, И.В. Зверев, В.М.

Фалькович, Б.М. Деглин, Д.И. Дорофеев и многие другие ученые и практики.

Но из-за разнообразия сложных горно-геологических условий угольных месторождений, увеличения глубины разработки и интенсивного ведения горных работ и недостаточного учета газокинетических свойств угля до сих пор происходят внезапные выбросы угля и газа и загазирования выработок.

Поэтому автор провел лабораторные, шахтные и аналитические иссле дования для научного обоснования и разработки новых способов и устройств для экспресс-прогноза в забоях выбросоопасности и газоносности призабой ной зоны, газокинетических характеристик угля и газовыделения из него.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, изложены основные защищаемые положения, научная новизна и практичес кая ценность полученных научных и практических результатов.

В главе 1 приведен анализ современного состояния теории и практики обеспечения безопасности работ на газоносных угольных пластах и необходи мости совершенствования методов прогноза динамики газовыделения и вы бросоопасности, поставлены задачи лабораторных и шахтных исследований.

В главе 2 описаны специально созданные высокоточные комплексы на учного оборудования и методики проведения лабораторных и шахтных ис следований с их помощью, изученные выбросоопасные угольные пласты.

В главе 3 приводятся результаты использования диффузионного пара метра для обработки экспериментальных данных автора и ученых России, Украины, Великобритании, США и других стран, полученных при десорб ции и сорбции метана и этана образцами угля и углесодержащих горных по род, которые доказывают возможность его применения в качестве удобной и информативной количественной газокинетической характеристики угля и горных пород с угольными включениями из зон любой нарушенности при лю бой зольности проб, разных фракциях и разных давлениях и температурах.

В главе 4 приводятся результаты высокоточного экспериментального изучения интегральной и дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана углями разных стадий метаморфизма и разной нарушенности при раз ных давлениях и температурах, лабораторных и аналитических исследований изменения температуры на поверхности и внутри кусков угля разных фрак ций при десорбции метана в разных условиях и влияния на нее теплообмена.

В главе 5 приведены результаты обработки данных экспериментальных исследований газовыделения и температуры угля в зонах разной нарушенно сти в подготовительных выработках и в очистных забоях на выбросоопасных угольных пластах и анализа их взаимосвязи со свойствами проб угля.

В главе 6 описаны научное обоснование и разработка новых технических решений, способов и устройств для экспресс-оценки в забое температуры, га зокинетических свойств и газоносности свежеобнаженного угля и бурового штыба, прогноза десорбции в призабойной зоне пласта и из отбитого угля.

В заключении изложены выводы и рекомендации, обобщающие основ ные результаты выполненного автором комплекса научных исследований.

В 22 приложениях приведены дипломы некоторых из полученных выс ших международных и российских наград, акты промышленных испытаний при разработке выбросоопасных угольных пластов, справки об использова нии научных и практических результатов исследований автора научными ор ганизациями, шахтами, разработчиками и производителями систем экспресс прогноза выбросоопасности, заключения ИПКОН АН СССР, ПО «Вороши ловградуголь» и МакНИИ об актуальности и практической ценности разра ботанных и испытанных автором в рамках договоров о сотрудничестве меж ду ними новых технических решений, способов и методик.

Совершенствование методов оценки пористой структуры и газокинети ческих свойств угля для прогноза выбросопасности и газовыделения В России и за рубежом применяются различные качественные и количе ственные показатели потенциальной выбросоопасности пористой структуры угля и динамики газовыделения из него. Однако известно, что:

- надежность применения показателей, каждый из которых несет инфор мацию только об одном факторе, необходимом для прогноза газодинамичес ких явлений (структурном или газовом), ограничена;

- применение известных комплексных показателей ограничивают как необходимость проведения ряда экспериментов, так и сложность корректи ровки критических величин отдельных параметров для оценки вероятности возникновения внезапного выброса и газовыделения для разных пластов;

- замеры в забоях газовыделения из угля известными методами неточны в связи с десорбцией неизвестного количества газа до герметизации пробы;

- изучение угля в лаборатории обычно длится не менее суток, включая его доставку и подготовку для опытов, а Н.Ю. Заглущенко показана необхо димость измерения газокинетических свойств угля не более чем за сутки;

- в связи со сложностью определения размера микропористых сорбцион ных частиц в угле в России и за рубежом разработан ряд методик для опре деления по кинетике сорбции и десорбции газа углем вместо коэффициента диффузии комплексных диффузионных параметров, в которые входят и коэффициент диффузии D и неизвестный размер микропористой частицы r.

Эти важные проблемы изучают и решают ученые УРАН ИПКОН РАН:

- С.В. Кузнецовым и В.А. Бобиным предложено совместно использовать для прогноза потенциальной выбросоопасности угольных пластов два диффу зионных параметра и а*, определяемых для наиболее подвижного сорбиро ванного метана, а Н.Ю. Заглущенко разработан экспресс-метод их определе ния за 4 часа с вычислением диффузионного параметра по формуле = (tj – ti) : ln Q(ti + t) – Q(ti), (1) Q(tj + t) – Q(tj) причем этот диффузионный параметр равен = r2/2D, (2) где ti, tj – моменты времени регистрации выделяющегося из угля метана;

t – интервал времени регистрации;

Q(t) – количество десорбировавше гося в данный момент времени метана, мл/г;

D – коэффициент диффузии;

- А.Т. Айруни, В.А. Бобиным и другими учеными разработана теория структурной трансформации угольного вещества при десорбции метана;

- автором под научным руководством И.Л. Эттингера на основе резуль татов отечественных и зарубежных исследований предложен и применен для более быстрого комплексного экспресс-прогноза выбросоопасности и газовы деления из угля и углесодержащих горных пород другой диффузионный па раметр для всего газа, десорбируемого углем до сорбционного равновесия, = r2/36D, (3) который просто определяется за несколько минут любым из двух способов.

Первый способ – это вычисление диффузионного параметра по углу наклона или прямолинейного начального участка сорбционно-кинетичес кой или десорбционно-кинетической кривой в координатах [t0,5, at/a0] (рис.1):

= 1 / tg2, = 1 / tg2, (4) или (5), где at – количество газа, сорбированное или десорбированное к данному мо менту времени, мл/г;

a0 – количество газа, сорбированное или десорбиро ванное до сорбционного равновесия при конечном давлении газа, мл/г.

Тождественность формулы (3) формулам (4) и (5) для углей доказана ана литически и экспериментально американскими учеными П.Л. Уокером, Л.Г.

Аустином, С.П. Нанди и О.П. Махайяном, применявшими диффузионный параметр, обратный предложенному автором диффузионному параметру.

Рис. 1. Методика определения Рис. 2. Взаимосвязь диффузионного диффузионного параметра параметра и условного показателя Р Рис. 1 показывает примеры определения величины при температуре 300С для угля пласта К3В Бераль шахты «Перевальская» фракции 0,5-0,25 мм, имеющего Р = 15, при сорбции метана при давлении 0,1 МПа и при десорб ции метана после сброса давления с 1,5 МПа до 0,1 МПа, в которых полу чены такие результаты: при сорбции (1) tg = 0,011634, = 3744 секунды;

при десорбции (2) tg = 0,0124, = 6500 секунд. Взаимосвязь величин и ус ловного показателя начальной скорости газоотдачи Р показана на рис. 2.

Второй способ – вычисление диффузионного параметра по величине констант десорбции n и t0, определяемых из эмпирического уравнения Айрея:

Vt = A{1 – exp[-(t/t0)n]}, мл/г;

(6) где Vt – объем газа, выделившегося из единицы массы угля к моменту времени t, мл/г;

А – объем газа, который может десорбироваться из угля до сорбционного равновесия, мл/г;

t0 – время десорбции 63% от величины А, мин;

n - коэффициент, зависящий от трещиноватости угля (0 n 1).

Хотя не все формулы (3)-(5) позволяют вычислять величины параметра, имеющие размерность времени, их применение для обработки более тысячи опытов для углей и углесодержащих пород России, Украины, Великобрита нии и США показало, что величины параметра всегда численно совпадают с временем сорбции или десорбции образцами определенной доли газа от всего количества, сорбированного или десорбированного ими до равновесия.

а) б) в) г) Рис. 3. Диффузионный параметр и доля метана, десорбированного и сорбиро ванного углем выбросоопасных пластов за время : а, б – вдоль 4 очистных забоев пласта Big Vein на шахте «Cynheidre»;

в, г – вдоль правой и левой стенок двух под готовительных выработок пласта К3В Бераль на шахте «Перевальская»;

- спрог нозированное газодинамическое явление;

- внезапный выброс угля и газа.

Доказано, что параметр является постоянной величиной, не зависящей от времени t, только когда t t0, то есть является константой только при n = 0,5, причем в этом случае t0. Этот вывод подтвержден обработкой дан ных для десорбции метана из 246 проб и этана из 130 этих же проб угля фракции 30-60 мм угольных пластов Великобритании с VГ от 27% до 50%, десорбировавших за время от 63,2 до 63,5 % от всего десорбированного до равновесия метана и этана (то есть при n = 0,5 параметр совпадает с кон стантой Айрея t0 с точностью ± 0,5 %), хотя величина этих проб с глубин 400-1100 м различалась на несколько порядков при зольности от 0% до 75%.

Обработкой экспериментальных данных для этих 246 образцов с вычис лением констант десорбции Айрея t0 и n при n 0,5 доказано, что и в этих случаях величина параметра показывает время десорбции определенной доли газа, но эта доля меньше 0,63 при n 0,5 и больше 0,6З при n 0,5, а доля десорбированного за время газа зависит от величины параметра.

Обработка автором более 1000 сорбционно-кинетических экспериментов для образцов угля пластов России, Украины и Великобритании разных ста дий метаморфизма и 120 сорбционно-калориметрических экспериментов до казала (рис. 3) близость сорбционно-кинетических характеристик образцов угля в ненарушенных зонах и уменьшение величины в нарушенных зонах по сравнению с ненарушенными (рис. 3,а, 3,в). Доля метана, десорбированная (рис. 3,б) или сорбированная (рис. 3,г) за время, и теплоты сорбции и десорб ции метана практически постоянны в зонах любой нарушенности (табл. 1).

Таблица 1.

Экспериментальные данные для угля пласта К3В Бераль шахты «Перевальская» P Сред- Доля Характеристика Средние величины нарушенности зон няя метана, из экспериментов, кДж/моль угольного пласта вели- сор- теплота теплота десорб в местах отбора чина биро- сорбции ции метана, с проб угля ванная метана с Р = 4,0 МПа при 30 0С за при 0,1 МПа и 30 0С время и 0,1 МПа Полости выбросов, 32-28 1090 0,628 21 нарушенная зона Нарушенная зона 27-24 2610 0,659 23 Менее нарушенная 23-19 4000 0,632 22 Ненарушенная зона 18-14 4560 0,635 21 Ненарушенная зона 13-9 7170 0,627 22 На рис. 3,а линии 1-3 показывают изменение угля фракции 0,05-0,3 мм пласта Big Vein шахты «Cynheidre» вдоль трех очистных забоев в ненарушен ной зоне (1 – Panel 98, XM2;

2 – Panel 15, XM3;

3 – Panel 24, XM5), а линия – вдоль очистного забоя Panel 99, XM2 в нарушенной зоне, в том числе для образцов с мест 4 внезапных выбросов (при каждом выброшено от 100 до 250 тонн угля, при самом крупном из них выделилось 18000 м3 метана). Для пласта К3В Бераль шахты «Перевальская» в ненарушенных зонах (линии 1 и на рис. 3,в – вдоль левой и правой стенок 5-го западного бремсберга) вели чина для сорбции метана углем фракции 0,25-0,5 мм при 300С и 0,1 МПа от 60 до 140 минут, а в нарушенных зонах и местах газодинамических явлений с выбросом до 20 тонн угля снижается до 16 минут (линии 2 и 3 на рис. 3,в – вдоль стенок разрезной печи 5-й западной лавы, где спрогнозировано газодинамическое явление). За время уголь пласта К3В Бераль при любых Р сорбировал при 0,1 МПа и 300С в среднем 63% метана (рис. 3,г, табл. 1).

Похожая доля метана десорбирована за время и углями пластов США Pocahontas № 3 и Pittsburgh, очень сильно различающихся по газокинетичес ким свойствам, причем независимо от степени геологической нарушенности зон в местах их отбора и размера частиц, которые влияют на величину.

Рис. 4, разделенный автором на три зоны, показывает долю метана, де сорбированную за время английскими углями и горными породами при разных величинах константы Айрея n. В зону 1 попал уголь из ненарушенных зон фракции 0,05-0,30 мм всех стадий метаморфизма. Уголь из нарушенных зон, выброшенная при выбросах масса, большинство тонкоизмельченных образцов угля и углистый сланец с большим содержанием частиц угля ока зались в зоне 2, а в зоне 3 - образцы с самой высокой долей десорбирован ного газа за время (породы и углистый сланец с малым содержанием угля).

Рис. 5 показывает изменение параметра углей в вертикальных сече ниях пластов: а – для угля пласта Big Vein фракции 0,05-0,3 мм вдоль очист ного забоя после внезапного выброса угля и газа в кровле пласта с образова нием полости выброса между отметками 99 метров и 104 метра (линии пока зывают средние значения: - верх пласта, х – центр пласта по мощности, основание);

б – для угля других пластов Великобритании фракции 30-60 мм.

Рис. 4. Взаимосвязь между долей метана, десорбированной за время, констан той десорбции Айрея n и величиной для 327 образцов угля и углесодержащих пород с 9 шахт Южного Уэльса, Великобритания:, - уголь пласта Big Vein шахты «Cynheidre»;

, # - углистый глинистый сланец и углесодержащая по рода;

, + - уголь пласта Pumpquart;

, - уголь 8 шахт Южного Уэльса.

Обработкой своих опытов и данных И.Л. Эттингера, Г.Д. Лидина, Д.П.

Криди, М.Е. Дейнса и А. Гринта при десорбции метана и других газов угля ми России, Украины и Великобритании и их петрографическими компонен тами (витринитом, экзинитом, фюзинитом и богатым фюзинитом штыбом) доказано малое влияние влажности образцов и начального давления газа на долю метана, десорбированную ими за время, и справедливость установ ленных закономерностей для углей любого петрографического состава.

Рис. 5. Изменение диффузионного параметра в вертикальных сечениях пластов.

Рис. 3 и рис. 5 показывают большую изменчивость газокинетических свойств угля по мощности и простиранию большинства изученных пластов.

Совместно с И.Б. Ковалевой экспериментально получены коэффици енты диффузии метана с применением диффузионного параметра и метода БЭТ, показано их различие в пределах пласта на одной шахте до 1,5 раз, а для разных угольных пластов – на порядки. Поэтому для надежного прогно за безопасности работ в забоях необходим учет свойств угля каждого пласта.

Обработка автором многих английских опытов доказала, что рассеянное угольное вещество во вмещающих породах обладает свойствами концентри рованного угольного вещества. Это позволяет применять предложенные ав тором технические решения и устройства при любой зольности угля и пород.

Исследование теплоты сорбции и десорбции метана углем, его температуры и теплообмена с окружающей средой Известно, дегазирующийся уголь охлаждается, а степень охлаждения зависит от количества десорбированного метана и скорости десорбции. Но прогноз выбросоопасности по снижению температуры угля в призабойной зо не почти не применяют из-за недостаточной изученности процесса теплооб мена угля при десорбции метана и трудностей интерпретации данных замера.

Поэтому автор экспериментально и аналитически исследовал:

- теплоты сорбции и десорбции метана углями с VГ от 9% до 30% при давлениях от 0,02 МПа до 8,1 МПа и температурах 25, 30, 35 и 40 0С с одно временным замером динамики тепловыделения и теплопоглощения микро калориметром Кальве фирмы «Setaram» (Франция), а газовыделения – мо дернизированным прибором «Сорбтомат» фирмы «Carlo Erba» (Италия);

- влияние высоких давлений и температуры на теплоту сорбции метана нарушенным и ненарушенным углем и их пористую структуру на образцах, подвергнутых Л.Е. Штеренберг на 5-7 минут воздействию давлений от МПа до 7700 МПа в установке для получения искусственных алмазов при 250С и 50-900С, применяя замер тепловыделения микрокалориметром Кальве как интегральный метод и электронный сканирующий микроскоп JSM-U фирмы «Jeol» (Япония) для оценки поверхности угля как локальный метод;

- изменение температуры угля при сорбции и десорбции метана и тепло обмене с окружающей средой при разных перепадах температур и скоростях воздуха с замером температуры термопарами на поверхности и внутри образ цов угля разных форм и размеров, размещенных в сорбционных капсулах и на поверхностях моделей в натуральную величину подготовительной выра ботки и скважины, с компьютерной записью данных и построением графи ков для 30 термопар одновременно (всего 72 эксперимента, 2134 графика);

- динамику распределения температуры в частицах угля при десорбции метана (аналитические расчеты вместе с В.П. Барановым и Г.Е. Демидовой);

- теплообмен призабойной зоны пласта с вмещающими породами при десорбции им метана при разной влажности и скорости подвигания забоя;

- точность экспериментальных термокинетических кривых при разных методиках опытов и возможности повышения их информативности для оп ределения дифференциальной теплоты сорбции и десорбции метана углями.

Опыты автора доказали отсутствие зависимости интегральной и диффе ренциальной теплоты сорбции и десорбции метана от стадии метаморфизма и давления при давлениях 0,1 МПа и менее в пределах точности экспери мента. Это подтверждено обработкой 102 термокинетических кривых, полу ченных автором при давлении 0,1 МПа и меньших давлениях при температу рах 25, 30, 35 и 40 0С. Определение теплоты сорбции и десорбции метана уг лями разных шахт Донбасса из ненарушенных и нарушенных зон, имевшими VГ от 9,3% до 30%, в интервале давлений от 8,1до 0,1 МПа при 300С доказало их постоянство и независимость от нарушенности и в этом интервале давле ний, то есть возможность применять для угля каждого пласта постоянную величину теплоты десорбции, определенную для него экспериментально.

Поэтому взаимосвязь между количеством десорбированного метана и снижением температуры угля при VГ от 9 % до 30 % и давлениях до 8,0 МПа линейная в случаях, когда влиянием теплообмена можно пренебречь.

Для более точного изучения влияния десорбции и сорбции на изменение температуры на поверхности и внутри угля в разных условиях автор получил 2134 термокинетических графика соединенными с компьютером термопа рами RS Stock No. 151-237, работающими при температурах от 00С до 700С с точностью ± 0,20С и 1 миллиВольт с постоянной времени 10 секунд (рис. 6).

Высокую точность этих опытов с нагревом и охлаждением образцов угля при наличии сорбции и десорбции и при ее отсутствии, при которых из Рис. 6. Изменение температуры угля на его поверхности (линия 1) и на разном расстоянии от нее термопарами при его нагреве (эксперимент 57) при сорбции и охлаждении (эксперимент 58) при десорбции метана для цилиндрического об разца угля высотой 26 мм и диаметром 28 мм.

менялись абсолютные величины и перепады температур, скорости движения и температуры омывающего образцы воздуха, начальное и конечное давление газа в системе при сорбции и десорбции метана, обеспечили одновременные замеры в сорбционных капсулах и в моделях подготовительной выработки и скважины (шпура) в одинаковых условиях для ряда соединенных с компью тером образцов и выделением тепловых эффектов сорбции и десорбции за счет одновременного повышения или сброса давления в сорбционных кап сулах с цилиндрическим образцом угля и его точной несорбирующей копией.

Доказано, что снижение температуры угля любой влажности в нарушен ных зонах при десорбции больше, особенно в центральной части пласта по мощности, причем в тонком поверхностном слое угля изменение темпера туры быстрое и большое, а на большей глубине – медленное, и измерять тем пературу свежеобнаженного угля лучше малоинерционными термометрами.

Экспериментальные исследования газовыделения и температуры угля в забоях шахт и их взаимосвязи со свойствами образцов угля Температура угля в призабойных зонах пластов и бурового штыба, тепло та сорбции и десорбции метана углем и их взаимосвязь с десорбционно-кине тическими характеристиками угля и метанообильностью выработок изучены:

- при разработке выбросоопасных пластов К3В Бераль на шахте «Пере вальская» ПО «Ворошиловградуголь» совместно с Д.И. Дорофеевым и h Ливенский на шахте им. газеты «Социалистический Донбасс» ПО «Донецк уголь» совместно с В.С. Маевским в соответствии с договорами о сотрудни честве ИПКОН АН СССР с ПО «Ворошиловградуголь» и МакНИИ, а полу ченные автором данные использованы ими для разработки новых способов прогноза выбросоопасности по снижению температуры угля в шпурах на разной глубине, штыба и свежеобнаженной поверхности очистного забоя;

- в Лидском университете совместно с Дж.Р. Баркер-Ридом путем анали за и обработки данных английских шахтных и лабораторных исследований.

Некоторые данные, полученные при испытаниях разработанных авто ром способов и портативных устройств при проходке разрезной печи 5-й за падной лавы по пласту К3В Бераль на шахте «Перевальская», показаны на рис. 3,в и рис. 7. В нарушенной зоне (начиная с пикета № 6), где было газодинамических явления, включая спрогнозированное с помощью разрабо танной автором номограммы внезапное выдавливание угля с повышенным газовыделением, величины и температура стенок шпуров на расстоянии 2,0-2,5 метра от груди забоя t резко уменьшались по сравнению с ненару шенной зоной. При снижении средней величины в забое метанообильность подготовительных выработок при проходке отбойными молотками и сотря сательном взрывании возрастает, что особенно заметно в нарушенных зонах.

Рис. 7. Снижение температуры стенок шпуров и диффузионный параметр образ цов угля вдоль левой стенки разрезной печи 5-й западной лавы, пласт К3В Бе раль, шахта «Перевальская»: 1, и 2, - снижение температуры стенок шпура на расстоянии 2,0-2,5 м и 0,2-0,4 м от забоя;

3, • - параметр фракции 0,5-0,25 мм.

Эксперименты доказали тесную взаимосвязь начальной скорости газо выделения из шпуров длиной 3,5 м, величины охлаждения стенок шпуров на расстоянии 2,0-2,5 м от груди забоя и бурового штыба с этого интервала бу рения с величиной диффузионного параметра угля фракции 0,5-0,25 мм.

Испытания методов измерения температуры угля в подготовительных и очистных забоях шахт доказали необходимость совершенствования методик измерений и интерпретации результатов, особенно когда уголь увлажняется.

Автор доказал обработкой экспериментальных данных для 4 подготови тельных выработок и 3 очистных забоев пласта Big Vein и подготовительной выработки пласта Pumpquart на шахте «Cynheidre», полученных при бурении опережающих скважин длиной 12 м с отбором и исследованием проб с каж дого 3-метрового интервала бурения в зонах разной нарушенности, что:

- через 15 минут после образования штыб десорбирует основную часть газа, поэтому наиболее перспективно его быстрое изучение в забое с заме ром начальной скорости десорбции и вызванного ей снижения температуры;

- метанообильность выработок зависит от газокинетических характери стик угля и его добычи, а ее связи с процентом угля в забое не наблюдается.

Вычисления параметра по данным о десорбции метана и этана образ цами угля из вертикальных сечений 9 английских угольных пластов доказа ли большой разброс газокинетических свойств угля по их мощности и прос тиранию, то есть необходимость оценивать в забоях газокинетические свой ства угля по простиранию и мощности пласта как можно чаще и быстрее.

В результате автором научно обоснованы следующие важные выводы:

- для повышения безопасности работ в метанообильных шахтах, надеж ности прогноза выбросоопасности и перспективности участков и скважин для добычи метана необходим постоянный экспресс-прогноз и учет измене ний свойств угля в призабойной зоне по простиранию и мощности пласта;

- совместное быстрое определение в забое температуры бурового штыба и динамики газовыделения из него является одной из самых перспективных и малозатратных возможностей повысить точность, быстроту и информатив ность контроля газодинамического состояния призабойной зоны пласта;

- для повышения надежности экспресс-прогноза безопасности работ в забое по газовому фактору надо исследовать газокинетические свойства угля и его остаточную газоносность и отбирать его пробы прежде всего в местах с более низкой температурой угля по сравнению с ненарушенными зонами пласта в аналогичных условиях, особенно когда уголь в забое не увлажняют;

- прогнозировать метанообильность выработок и перспективность участ ков пласта для добычи метана необходимо с учетом средних величин диффу зионного параметра угля в забое, определяя их для каждой скважины.

Разработка способов и портативных многофункциональных устройств для экспресс-прогноза в забое газокинетических характеристик угля, выбросоопасности и десорбции газа из отбитого угля Выполненный автором анализ известных методов прогноза показал, что:

- применение нормативных методов прогноза выбросоопасности и от бора проб угля без предварительного быстрого поиска признаков нарушен ности угля в целях оптимизации выбора мест замеров и отбора проб снижает вероятность обнаружения нарушенных зон даже лучшими российскими и зарубежными методами и устройствами и вызывает неоправданные затраты;

- точные места отбора проб в забое и их характеристика зачастую не фиксируются, что затрудняет интерпретацию получаемых результатов;

- часто с момента отбора пробы до начала ее изучения проходит не сколько суток, а результаты шахты получают еще позже, что снижает их практическую ценность для повышения газобезопасности работ в забоях;

- обычно известные способы прогноза выбросоопасности не являются комплексными, а приборы – портативными и многофункциональными, по этому их результаты можно применять для решения одной конкретной задачи.

Поэтому автор научно обосновал и разработал новые технические реше ния, комплексные способы и многофункциональные устройства для повы шения быстроты и надежности экспресс-прогноза выбросоопасности и газо носности призабойной зоны пласта и газокинетических свойств угля, позво ляющие быстро улучшить решение этих проблем в забоях. К ним относятся:

- способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне (рис. 8, патент № 2019706), награжденный золо тыми медалями Всемирного салона изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» и «Евро-Интеллект Восток Запад», и способ определения выбросоопасных зон пласта (авторское свиде тельство № 1096375);

- портативные многофункциональные устройства для отбора и исследова ния газоносных образцов (рис. 9,в, патенты № 2016391 и № 2034157), награжденные серебряной медалью Всемирного салона изобретений, науч ных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» и золо той медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад»;

- портативные многофункциональные устройства класса «РАНИТ», на гражденные золотой и серебряной медалями Всемирного салона изобрете ний, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эври ка», золотой медалью «Евро-Интеллект Восток-Запад» и другими высшими наградами выставок и конкурсов в России и за рубежом. Некоторые их моди фикации (патент на изобретение № 2120584) можно применять в качестве портативных многофункциональных термосов-десорбометров для экспресс оценки в забое десорбции метана из угля и его остаточной газоносности, для облегчения отбора и доставки в лаборатории проб угля, бурового штыба и т.д.;

- новые технические решения для дистанционного замера температуры свежеобнаженной поверхности пласта или бурового штыба, позволяющие сра зу увидеть на большой площади потенциально опасный уголь по более низ кой температуре по сравнению с ненарушенным в таких же условиях и изу чить его нормативными и предложенными методами и устройствами (рис. 9).

Научно обоснованные и разработанные автором технические решения, способы и портативные устройства, в том числе показанный на рис. 9 комп лект портативных многофункциональных устройств, позволяют вести в забое постоянный более надежный и быстрый комплексный прогноз выбросоопас ности, метановыделения из угля и перспективности участков и скважин для добычи метана без больших затрат и изменений технологии работ за счет:

- применения тепловизоров и радиационных термометров для предвари тельного обнаружения признаков изменений газокинетических свойств угля по снижению температуры свежеобнаженной поверхности пласта и бурового штыба для оптимизации выбора мест изучения призабойной зоны и отбора проб нормативными и предложенными автором способами и устройствами;

- определения нарушенности и скорости десорбции прежде всего для угля с более низкой температурой нормативными методами прогноза выбросо опасности, например, по скорости газовыделения g, коэффициенту крепости Отбор пробы штыба а) Загрузка пробы в устройство и герметизация Замер динамики Замер динамики изменения газовыделения температуры штыба Определение количества Определение количества десорбированного газа Vt в десорбированного газа Vt в различные моменты времени различные моменты времени Сравнение полученных результатов и определение наибольшей величины Vt Экспресс-оценка газовыделе- Экспресс-оценка ния из угля и выбросоопас- газоносности угля в ности его структуры призабойной зоне Использо- Передача Использо- Передача вание полу- информации в вание этих информации в ченной ин- данных компьютер компьютер в забое формации б) Использование полученной ин Стационарный формации на всех прибор Компьютер этапах горных работ Поверхность земли Отбор и исследование образцов в Угольный горной выработке пласт Штыб для исследования Бурильная Портативное устройство установка Рис. 8. Блок-схема (а) и принципиальная схема способа (б).

угля f, йодному показателю J и т.д., по разработанным в УРАН ИПКОН РАН диффузионным параметрам и анализу изображений показанного на рис. 9,а тепловизора участков и бурового штыба с температурным разрешением менее 0,1 0С при сохранении до 800-1000 инфракрасных и реальных изображений, а) б) в) г) Рис. 9. Предлагаемый комплект портативных многофункциональных устройств для постоянного использования в забоях метанообильных шахт, особенно на всех интервалах бурения, для повышения безопасности горных работ: а – тепловизор;

б – радиационные термометры;

в – устройства для отбора и изучения газоносных образцов (патенты № 2016391, № 2034157);

г - терминал и контроллер для пере дачи информации от десорбометра на поверхность через аппаратуру «ЗУА-98».

быстро передавая изображения или температуры более охлажденных мест угля на поверхность для анализа и принятия решений о необходимых мерах;

- уменьшения внедрения в опасную зону при бурении за счет постоян ного замера температуры штыба даже без извлечения бурового инструмента;

- устранения необходимости отсева нужной фракции угля, уменьшения веса отбираемой пробы, повышения быстроты и информативности изучения штыба в забое с возможностью сохранить и быстро передать данные на по верхность и сохранить его свойства, легче доставлять пробы в лабораторию;

- значительного снижения трудоемкости и продолжительности изучения образцов угля и углесодержащих пород и повышения производительности труда, что позволит быстрее и массово оценивать и учитывать свойства угля.

Разработанные и испытанные автором устройства для ускорения и об легчения экспресс-оценки газокинетических свойств угля в забоях и лабора ториях (рис. 9,в) просты и удобны в эксплуатации, а разработанный совме стно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» десорбометр выполняет ма тематическую обработку результатов и позволяет изучить динамику газовы деления из угля в забое как совместно со звукоулавливающей аппаратурой «ЗУА-98» (обеспечиваются звуковой и цифровой обмен данными между за боем и диспетчерской службой шахты показанными на рис. 9,г терминалом и контроллером размером 30х85х130 мм каждый, и немедленная обработка данных), так и путем накопления экспериментальных данных с обработкой их после выезда производителя работ на поверхность.

Для уменьшения внедрения бурового инструмента в опасную зону авто ром предложено при сборе штыба в десорбометры нового технического уровня (разработанный совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура» и описанные в патентах № 2016391 и № 2034157) послойно измерять темпе ратуру штыба в десорбометре тепловизором, радиационным термометром или несколькими малоинерционными термопарами. Это позволяет опреде лять температуру разных частей пробы, сохранять ее в базе данных (такие варианты испытаны автором в России и Великобритании) и сразу обнаружить вход в опасную зону по снижению температуры штыба по сравнению с ти пичной для этого интервала бурения в ненарушенной зоне, а затем прекра тить бурение всего на несколько минут для лучшего изучения штыба, изме рения газовыделения из него и динамики его охлаждения с помощью пока занных на рис. 9 устройств в целях быстрого уточнения выбросоопасности нормативными и предложенными автором экспресс-методами, что повысит оперативность и точность прогноза безопасности работ по газовому фактору.

Научно обоснованные и разработанные автором технические решения и устройства позволяют быстро предварительно визуально оценивать метано безопасность работ по снижению температуры свежеобнаженной поверхнос ти забоя и бурового штыба и по десорбции метана штыбом, а также увеличить возможности и эффективность взаимовыгодного сотрудничества шахт с на учными институтами и высшими учебными заведениями в целях более безо пасного, экономичного и экологичного комплексного освоения углеметано вых месторождений на основе новых достижений и лучшего мирового опыта.

В технических заключениях ИПКОН АН СССР, МакНИИ, ПО «Воро шиловградуголь», АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» и ООО «Звукоулавливаю щая аппаратура» о научно обоснованных автором и испытанных способах экспресс-прогноза выбросоопасности и газоносности призабойной части пласта на основе определения величины охлаждения угля за счет десорбции метана и газокинетических свойств угля указывается на их перспективность для повышения безопасности работ в газовых шахтах и на наличие ряда пре имуществ по сравнению с нормативными методами прогноза, в том числе на возможность уменьшить внедрение в опасные зоны пласта и их использова ния на шахтах, так как необходимое оборудование уже имеется в наличии.

Применение научно обоснованных и разработанных автором новых технических решений, способов и портативных устройств в дополнение к включенным в «Инструкцию по безопасному ведению горных работ на плас тах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» РД 05-350- необходимо для повышения безопасности работ в газообильных угольных шахтах еще и потому, что И.Л. Эттингером и Е.С. Жупахиной доказано пре восходство используемого во многих странах условного показателя началь ной скорости газоотдачи Р прежде всего по надежности и информативно сти по сравнению с йодным показателем J, а диффузионный параметр не только имеет все преимущества Р и может определяться по тем же данным, но и является более информативной количественной характеристикой.

Таким образом, в результате 30-летних комплексных лабораторных и шахтных исследований под научным руководством и при поддержке веду щих ученых Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН автор научно обосновал и разработал но вые технические решения, способы и портативные многофункциональные устройства нового технического уровня, позволяющие быстро повысить эф фективность применения нормативных методов прогноза выбросоопасности, метановыделения и добычи метана в шахтах России и любых других стран без больших затрат и изменений технологии горных работ доступными для любой шахты простыми и удобными техническими средствами на основе:

- научно обоснованного учета свойств угля разрабатываемого пласта;

- постоянной удобной и быстрой предварительной визуальной оценки в забоях потенциальной опасности структуры угля в призабойной зоне по газо вому фактору в целях оптимизации выбора мест для первоочередного изуче ния призабойной зоны пласта нормативными методами и отбора проб угля;

- более оперативного, удобного, малозатратного и массового изучения свойств угля в призабойной зоне современными методами для повышения их достоверности, правильности интерпретации и практической ценности.

Поэтому их применение в забоях является одним из самых перспектив ных, доступных и малозатратных направлений улучшения безопасности, эф фективности и экологичности комплексного освоения углеметановых место рождений за счет повышения экономической и технической эффективности противовыбросных, дегазационных и вентиляционных мероприятий на осно ве лучшего использования технических достижений и потенциала взаимовы годного сотрудничества шахт с научными институтами, высшими учебными заведениями и ведущими учеными с применением лучшего мирового опыта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации, являющейся квалификационной научной работой, на учно обоснованы технические решения по развитию методов и устройств для оценки метаноотдачи углей, обеспечения газобезопасности труда в шах тах и комплексного освоения углеметановых месторождений, имеющие важное народно-хозяйственное и социальное значение.

Основные научные и практические результаты, полученные лично авто ром, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Комплексом исследований систем «уголь – метан» и «углесодержащие породы – метан» развиты научные основы и установлены перспективные на правления разработки и совершенствования способов повышения оператив ности и информативности изучения десорбции метана из угля, в том числе в забое, раннего обнаружения выбросоопасных зон, прогноза метановыделе ния и перспективности участков и скважин для добычи метана.

2. Установлены причины недостаточной надежности локального эксп ресс-прогноза выбросоопасности и метановыделений применяемыми рос сийскими и зарубежными нормативными методами и устройствами. Научно обоснована необходимость и возможность повысить надежность, быстроту и безопасность прогноза выбросоопасности и метаноотдачи призабойной зоны пласта и отбитого угля разных фракций нормативными методами без боль ших дополнительных затрат и изменений технологии горных работ за счет:

- оптимизации выбора мест их применения в забоях и отбора проб на основе предварительного экспресс-поиска признаков изменений свойств угля и его повышенной газоотдачи, например, по его более сильному охлажде нию в результате десорбции метана, для увеличения эффективности приме нения нормативных и разработанных автором методов и устройств именно в нарушенных местах угольного пласта и для уменьшения внедрения в опас ные зоны, так как газокинетические свойства углей в пластах значительно изменяются на малом расстоянии по простиранию и мощности;

- ускорения исследования проб угля при их отборе и их подготовки для изучения в лаборатории за счет разработанных автором новых устройств.

3. Установлено, что снижение температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба, обусловленное десорбцией метана, позволяет надежнее и быстрее выявлять зоны повышенной газоотдачи и выбросоопасности.

4. Экспериментально установлено, что дифференциальная и интеграль ная теплоты сорбции и десорбции метана углем постоянны в пределах шахтопласта в зонах любой геологической нарушенности при содержании летучих веществ VГ от 9% до 30% при давлениях до 8,0 МПа, но для разных пластов одинаковых стадий метаморфизма они изменяются в широких пределах (15-28 кДж/моль), зависимости от выхода летучих веществ VГ, сорбционной емкости и глубины залегания угля не обнаружено.

5. Установлено, что снижение температуры угля при десорбции из него метана прямо пропорционально количеству выделившегося метана в слу чаях, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь, а при теплообмене угольного пласта с вмещающими породами его охлаждение наибольшее в центральной части пласта. В местах контакта пласта с поро дами почвы и кровли оно бывает до нескольких раз меньше за счет подвода тепла из них. Поэтому результаты замеров температуры угля в призабойной зоне и бурового штыба следует анализировать с учетом расположения мест замеров и отбора проб, теплоты десорбции метана, влажности и времени теп лообмена угля с окружающей средой, скорости подвигания забоя.

6. Научно обоснована необходимость постоянного осмотра свежеобна женной поверхности разрабатываемого газоносного угольного пласта и бу рового штыба в подготовительных и очистных забоях тепловизором и ра диационным термометром для предварительной оценки размера и располо жения потенциально опасных по газовому фактору зон по более значитель ному снижению их температуры в результате повышенного газовыделения (особенно когда уголь не увлажняют) с быстрой отправкой инфракрасных и реальных изображений таких зон и результатов измерений их температуры на поверхность для анализа в целях более эффективного выбора мест для оп ределения показателей выбросоопасности и нарушенности угля норматив ными и предложенными автором методами и отбора проб угля в забоях.

7. Установлены закономерности метановыделения из образцов угля и горных пород с угольными включениями разных стадий метаморфизма при зольности от 0 % до 94,9 %, доказавшие возможность одинакового описания десорбции из них с применением диффузионного параметра. Сорбционные свойства угля и угольных включений во вмещающих породах одинаковы, сорбционная емкость связана с содержанием частиц угля в них линейно.

8. Научно обоснован и разработан экспресс-метод количественной оценки в забое выбросоопасности слагающего пласт угля путем определения диффузионного параметра, удельной поверхности и среднего размера мик ропористых частиц угля в буровом штыбе, позволяющий оперативно полу чать эти данные с достаточной для инженерных расчетов точностью.

9. Предложенный диффузионный параметр достаточно надежно кор релирует с данными о тектонической нарушенности образцов и динамике га зовыделения из них, получаемыми другими методами, имеет ряд преиму ществ по сравнению с ранее существовавшими и используется для описания десорбции метана, этана и других газов из угля и горных пород с угольными включениями, упрощает интерпретацию экспериментальных данных и рас ширяет область и масштабы их практического применения в горном деле.

Научно обоснована возможность повышения оперативности и информатив ности методов оценки газокинетических свойств угля, основанных на замере динамики десорбции или сорбции (методов Р, Айрея и других), за счет бы строго вычисления диффузионного параметра по тем же эксперименталь ным данным, что повышает практическую ценность их результатов.

10. Научно обоснованы методы создания более надежных и оператив ных портативных комплексных систем прогноза в отдельном забое выбросо опасности, газовыделения из угля и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана при минимуме внедрения в опасную зону с бы стрым замером температуры угля разработанными автором на уровне изоб ретений и испытанными способами и портативными устройствами без больших затрат и изменения технологии при буровых работах и проходке, в том числе без извлечения бурового инструмента.

11. Разработаны и защищены авторским свидетельством и патентами на изобретения способы количественной экспресс-оценки газокинетических ха рактеристик угля, его газоносности в призабойной зоне и перспективности участков пласта и скважин для добычи метана по динамике десорбции метана углем и снижению температуры бурового штыба и конструкции портативных устройств для их реализации, прошедшие апробацию в шахтных условиях и отмеченные высокими международными наградами. Результаты исследова ний внедрены и использованы при изготовлении 3 видов портативных уст ройств, изобретенных автором, что подтверждено актами промышленных ис пытаний на шахтах «Перевальская» и им. А.Ф. Засядько, заключениями ПО «Ворошиловградуголь», МакНИИ, ИПКОН АН СССР, письмами МакНИИ, Украинского филиала ВНИМИ, ООО «Звукоулавливающая аппаратура».

12. Использование в шахтах предложенных комплектов портативных устройств для комплексного экспресс-прогноза в отдельном забое газонос ности и выбросоопасности призабойной зоны, метановыделения из угля и угрозы загазирования выработок, перспективности участков пласта и сква жин для добычи метана с применением научно обоснованных и разработан ных автором методов и устройств (каждый комплект включает тепловизор, радиационный термометр и несколько различных десорбометров: один раз работанный совместно с ООО «Звукоулавливающая аппаратура», совмести мый со звукоулавливающей аппаратурой «ЗУА-98», и несколько десорбо метров на основе патентов № 2016391 и № 2034157 и термосов-десорбомет ров класса «РАНИТ») обеспечивает эффективность, безопасность и эколо гичность комплексного освоения газоносных угольных месторождений.

Основные результаты исследования отражены в следующих публикациях автора:

1. Радченко С.А. Применение электронного сканирующего микроскопа для оценки макропористости и трещиноватости углей // Физико-технические проблемы добычи и обогащения полезных ископаемых. - М.: ИПКОН АН СССР, 1980. – С. 152-157.

2. Физическая химия газоносного угольного пласта / И.Л. Эттингер, Н.В.

Шульман, С.А. Радченко и др. – М.: Наука, 1981. – 104 с.

3. О теплотах сорбции метана ископаемыми углями при давлениях до 8, МПа / И.Л. Эттингер, Н.В. Шульман, И.Б. Ковалева и др. // Химия твер дого топлива. – 1981. № 5. - С. 121-124.

4. Радченко С.А. Время диффузионной релаксации как характеристика нарушенности угля // Основные вопросы комплексного освоения место рождений твердых полезных ископаемых. – М.: ИПКОН АН СССР, 1981.

- С. 113-118.

5. Повышенное метановыделение в выбросоопасных зонах пласта – причина снижения его температуры в процессе разработки/ И.Л. Эттингер, С.А.

Радченко, И.А. Горбунов и др. // Уголь Украины. – 1981. № 10. - С.39-40.

6. Радченко С.А. Зависимость скорости метанопереноса в ископаемом угле от температуры // Разработка и обогащение твердых полезных ископае мых. – М.: ИПКОН АН СССР, 1981. - С. 155-160.

7. Сорбционно-кинетические характеристики угля, позволяющие прогнози ровать газодинамические свойства и температуру угольного пласта в выбросоопасных зонах / И.Л. Эттингер, С.А. Радченко, И.Б. Ковалева и др. // Тез. докл. VII Всесоюзн. конф. по механике горных пород. Днепро петровск, 1981. – М., ИГД им. А.А. Скочинского, 1981.

8. Формирование в земной коре углеметановых месторождений и механизм миграции метана через угольные пласты / И.Л. Эттингер, Г.Д. Лидин, С.А. Радченко С.А. и др. // Тез. докл. II Всесоюзн. конф. «Природные газы Земли и их роль в формировании земной коры и месторождений полезных ископаемых». – М.: МГРИ, 1982. - С. 61-63.

9. Эттингер И.Л., Шульман Н.В., Радченко С.А. Сорбционно-кинетические характеристики угля, позволяющие прогнозировать газодинамические свойства пласта и метанообильность горных выработок // Тез. докл. Все союзн. научн. конф. вузов СССР с участ. научно-исслед. ин-тов. – М.:

МГГУ, 1982. - С. 5.