Малоизученная форма метана в угольных пластах

Кафедра физики Кузбасского государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачева, совместно с лабораторией клатратных соединений Института неорганической химии имени А. В. Николаева, успешно завершила второй этап работы над грантом РФФИ «Экспериментальное обоснование возможности существования в угольном веществе газогидратной формы метана и исследование свойств гидрата метана в матрице каменного угля». Со стороны КузГТУ в реализации этого гранта участвуют доценты кафедры физики Софья Шепелева, Вячеслав Смирнов, заведующая кафедрой физики Татьяна Ким. Научное руководство работами по гранту осуществляет профессор Валерий Дырдин. Было установлено, что не вся сорбированная углем влага способна вовлекаться в образование газовых гидратов. На первом этапе исследования эксперименты проведены с углем марки «К», отобранным из выбросоопасного пласта шахты «Березовская». Использовались автоклавы высокого давления, подключенные к многоканальному прецизионному измерителю температуры МИТ-8 и помещенные в программируемый криостат КРИО-ВТ-01. Помощь в проведении физико-химических анализов оказал Институт углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра Угля и углехимии. Экспериментально определена температура и давление разложения газового гидрата в коксующемся угле, оценена доля воды, содержащаяся в поровой влаге, способной образовывать газовые гидраты при высоком давлении газа. Газовые гидраты существуют при давлении 5,9 МПа и температуре ниже 8°С. Уровень влажности, при превышении которого возможно существование газовых гидратов в угольных порах изученного угля, находится вблизи значения 1,2-1,7 %. Результаты выполнения гранта представлены на российско-американской конференции «Blackcarbon 2016», проходившей в Кемерово в апреле этого года, а также опубликованы в ведущих российских и международных научных изданиях, среди которых журналы «Fuel», «Химия в интересах устойчивого развития», «Известия вузов. Горный журнал» и другие. – В мире нет аналога этому исследованию, – уверяет Вячеслав Геннадьевич. – В разных странах есть несколько научных групп, изучающих свойства газовых гидратов, однако исследование образования газовых гидратов во внутреннем пространстве природного угля проведено впервые. На втором этапе выполнения гранта изучена возможность существования газовых гидратов в других марках угля: длиннопламенном, газовом и антраците. Во всех изучаемых марках экспериментально оценивается граница влажности, при превышении которой возможно существование газовых гидратов в углях данных марок. В настоящий момент идет анализ и обработка экспериментальных данных. По предварительным выводам, доля воды, способной вовлекаться в образование газовых гидратов, увеличивается с повышением степени метаморфизма (степень изменения вещественного состава углей) угля. В течение следующего года ученые планируют собрать установку, которая позволит помещать уголь в состояние высокого газового давления и механических напряжений, близкое к реальным условиям залегания угольных пластов. Поработать с другими марками углей. Выявить закономерности, которые в дальнейшем можно применить к характеристикам углей. Также ученые КузГТУ составят рекомендации по предотвращению образования газовых гидратов для специалистов шахт. Возможно, результаты этого научного труда станут важнейшим шагом в понимании природы метана и обеспечении безопасности.