Вы здесь

Обґрунтування способу визначення пористості вугілля для прогнозу параметрів газовиділення

Автор: 
Слюсарєв Владислав Володимирович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
0404U000265
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Исследования ископаемых углей под высоким давлением
На сегодняшний день широко изучены физические свойства разнообразных минералов и различных типов пород в функции давления [93]. При этом установлена роль минерального состава, структуры, анизотропии, пористости, влажности, возраста, наличия аморфной фазы, явлений метаморфизма, предшествующих пластических деформаций [94].
Так же, широко изучаются в функции давления свойства ряда материалов, таких как порошки металлов и керамики [95]. При прессовании исходных порошков, проводимого с целью устранения исходных неоднородностей структуры, на зависимости относительной плотности от логарифма давления обнаруживаются изломы. Уплотнение материала в пределах каждой стадии происходит путем уплотнения структурных элементов и уменьшения объема пор между ними вследствие их деформации. Появление новой стадии соответствует началу разрушения более мелких и прочных структурных элементов порошка. Характер уплотнения подтверждался данными о распределении пор по размерам, удельной поверхности, пористости, микроструктуре [96].
Таким образом, исследование воздействия высокого давления на структуру и поведение углей представляет не только практический, но и академический интерес, поскольку способствует накоплению информации, необходимой для наиболее полного понимания происходящих здесь процессов, поскольку угольный пласт в природе находится в сложном упруго-напряженном состоянии, а одним из свойств, характеризующих это состояние, является упругость. Говорить об истинно упругих процессах возможно только в условиях отсутствия сдвиговых компонент напряжений, то есть в условиях гидростатического давления, когда влияние сил трения на границе исследуемого твердого тела и передающей давление жидкости пренебрежимо мало [97].
Исследования разрушения углей традиционно проводятся при небольших давлениях, моделирующих напряженное состояние угольного пласта. Такие эксперименты дают в основном информацию о макропроцессах в угле и поведении макротрещин. Угольный же пласт формировался в условиях давлений до 2 ГПа. Поэтому для более полного понимания процессов в нем, для изучения его микроструктуры и процессов в его поровой системе представляет интерес исследовать поведение углей при более высоких давлениях, когда будут деформироваться более мелкие структурные элементы. Кроме этого, для обоснования механизмов деформирования и разрушения, необходимо проведение структурных исследований с использованием других методик, использование которых очень ограничено.
В работе исследованы процессы при обжатии высоким гидростатическим давлением до 2,1 ГПа и деформировании углей высоким неравнокомпонентным давлением до 1,5 ГПа.

2.1.1. Аппаратура и методика создания высоких гидростатических давлений

В работе исследовались угли марки КЖ (ш. Засядько, пласты k8 и l7), марки Т (пласт k5 "Боковский"), а так же марок Д и Г. Образцы представляли собой параллелепипеды (6620 мм), изготовленные из цельного куска угля и порошки фракции 0,2 ... 0,25 мм. Размер частиц порошка контролировался ситовым методом. Данные образцы подвергались воздействию высокого давления (ВД) с помощью специальной аппаратуры.
Создание высоких гидростатических давлений связано с целым рядом трудностей. В основном они связаны с необходимостью применения специфических материалов для изготовления контейнеров высокого давления (КВД); специфической упрочняющей обработки, обеспечивающей высокую прочность и твердость материала при максимальной вязкости и пластичности; новых инженерных решений при конструировании КВД, позволяющих сделать конструкцию более технологичной и простой в эксплуатации, снизить ее габаритные размеры.
Для создания высоких гидростатических давлений (ВГД) использовался двухслойный немагнитный контейнер высокого давления (КВД), разработанный в ДонФТИ НАН Украины им. А.А. Галкина [98].
Разработанное устройство выполнено по схеме поршень-цилиндр. Повышение надежности и увеличение пределов нагружения потребовало использования новых методов упрочнения - автофретирования высокопрочными оправками и автоскрепления наружного и внутреннего слоев [99]. Используя материалы БрБ2 (39-40 HRC) и 40 ХНЮ (45-47 HRC) во всех несущих деталях при соотношении D/d = 4,3-4,8 удалось поднять давление в рабочем объеме камеры до 2,8-2,9 ГПа. Представленная на рис. 2.1 конструкция комбинированной камеры имеет следующие особенности: предварительное (до сборки) автофретирование наружного слоя, для расширения области упругой работы, значение натяга и оптимальные геометрические размеры слоев выбирались из условий одновременного возникновения в них пластической зоны по условию сборки и нагружения внутренним давлением. Внутренняя втулка (угол наклона 20, натяг 0,15 мм) запрессовывалась во внешнюю поддержку.
Уплотнение поршня осуществляется с помощью кольца треугольного сечения из бериллиевой бронзы (9) (35 HRC), тефлонового (8) и резинового (7) колец.

Рис. 2.1. Камера высокого гидростатического давления. (1- стопорная гайка обтюратора; 2- электровводы; 3- обтюратор; 4- уплотнения обтюратора; 5- корпус камеры; 6- запрессовка; 7- резиновое кольцо; 8- тефлоновый грибок; 9- бронзовое кольцо; 10- шток; 11- плунжер; 12- стопорная гайка

Уплотнение обтюратора в корпусе камеры выполнено с помощью колец треугольного сечения из неотвержденной бериллиевой бронзы и тефлонового кольца между ними. Фиксируется обтюратор стопорной гайкой (1).
Габаритные размеры камеры 30?130 мм. Размеры активной части 7,0?30 мм. Толкатель выполнен из никелевого сплава 40 ХНЮ (45-47 HRC), шток (10) изготовлен из инструментальной керамики (68 HRC).
В конструкции все несущие детали изготовлены из сплава 40 ХНЮ(45-47 HRC). Внутренний диаметр 6,5 мм, внешний диаметр 31 мм. Максимальное давление в рабочем объеме камеры 2,8-2,9 ГПа (2,1 ГПа при гелиевых температурах).
Контроль давления в