Research indexJournal article
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ШИРИНЫ РАСКРЫТИЯ И ИЗВИЛИСТОСТИ ТРЕЩИНЫ В УГОЛЬНОМ КЕРНЕ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ
Сердюк, Евстигнеев
Проблемы недропользования1 Jul 2025Open access
NobleIDark:/48914/w1/20260524/C1CAD92FDOI10.25635/2313-1586.2025.02.080
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ШИРИНЫ РАСКРЫТИЯ И ИЗВИЛИСТОСТИ ТРЕЩИНЫ В УГОЛЬНОМ КЕРНЕ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ
Сердюк, Евстигнеев · Проблемы недропользования · 2025
NobleIDark:/48914/w1/20260524/C1CAD92FDOI10.25635/2313-1586.2025.02.080
Abstract
В статье рассматриваются вопросы, связанные с определением фильтрационно-емкостных свойств трещин угольного керна на основе анализа изображений аншлифов, снятых сканирующим электронным микроскопом. С привлечением численного моделирования уравнений газодинамики исследуются особенности установившегося ламинарного режима течения газа в единичной трещине. Показано, что на уменьшение скорости потока газа, проходящего по трещине в угле, существенно влияют ее геометрические особенности. Расход газа в первую очередь зависит от ширины раскрытия трещины и ее извилистости. Остальные факторы, такие как шероховатость, ее тип и клиновидность, меньше влияют на величину потерь напора газа по длине трещины. Простая модификация уравнения Буссинеска, учитывающая вклад каждого фактора, обусловленного геометрией трещины, позволяет описать процесс течения газа в реальной трещине. На примере исследования аншлифов, подготовленных из угольного керна, выбуренного из крупного куска угля Пермяковского разреза Караканского угольного месторождения методом электронной микроскопии и последующей цифровой обработкой полученных изображений с привлечением численных методов моделирования течения газа, показано, что наибольшее сопротивление движению газа в трещине оказывает ее извилистость. Разработана методика определения ширины раскрытия, извилистости и шероховатости берегов трещины, которая позволяет как определить перечисленные геометрические параметры трещины, так и рассчитать газопроницаемость по ней. При необходимости возможно применить методику для предсказания газопроницаемости в угольном керне, но для этого необходимо произвести расчеты смыкания берегов трещины, обусловленные наложением горного давления на границу поверхности керна. The article discusses issues related to the determination of filtration-capacitance properties of cracks in coal core based on the analysis of images of polished sections taken with a scanning electron microscope. Using numerical modeling of gas dynamics equations, the features of the steady-state laminar gas flow regime in a single crack are studied. It has been shown that the decrease in the speed of gas flow passing through a crack in coal is significantly influenced by its geometric features. Gas consumption primarily depends on the opening width of the crack and its tortuosity. Other factors, such as roughness, its type and wedge shape, make a smaller contribution to the amount of gas pressure loss along the length of the crack. A simple modification of the Boussinesq equation, taking into account the contribution of each factor determined by the geometry of the crack, allows us to describe the process of gas flow in a real crack. Using the example of studying polished sections prepared from a coal core drilled from a large piece of coal from the Permyakovsky section of the Karakan coal deposit using electron microscopy and subsequent digital processing of the resulting images using numerical methods for modeling gas flow, it is shown that the greatest resistance to gas movement in a crack is provided by its tortuosity. A method has been developed for determining the opening width, tortuosity and roughness of the crack faces, which allows both to determine the listed geometric parameters of the crack and to calculate the gas permeability along it. If necessary, it is possible to apply the technique to predict gas permeability in a coal core, but for this it is necessary to calculate the closure of the crack faces due to the imposition of rock pressure on the boundary of the core surface.