Prawidłowa, szybka i powtarzalna ocena zawartości metanu w węglu jest kluczowym czynnikiem wpływającym na poziom bezpieczeństwa robót górniczych. Dodatkowa wiedza o tempie emisji metanu z węgla pozwala znacznie poszerzyć opis układu węgiel-metan. Cyfrowy Rejestrator Emisji Metanu CREM pozwala na określanie desorbowalnej zawartości metanu (dzm) w złożu oraz efektywnego współczynnika dyfuzji De. Idea budowy urządzenia reprezentuje zupełnie nowe podejście do prowadzonej obserwacji emisji gazu z próbki. W miejsce krótkich pomiarów, rejestrowany i analizowany jest praktycznie pełny proces uwalniania metanu z węgla. Możliwość taką daje zastosowanie znacznie niższej klasy ziarnowej próbki zwiercin niż obecnie wykorzystywana w ocenie metanonośności i intensywności desorpcji.
Cyfrowy Rejestrator Emisji Metanu zakłada pośredni pomiar ilości metanu emitowanego z próbki węgla, poprzez rejestrację zmian ciśnienia w komorze o znanej objętości. Konstrukcja analizatora znamienna jest następującymi cechami: przyrząd posiada dwie komory (2, 3), pomiędzy którymi mierzone jest ciśnienie różnicowe. Wykorzystany jest różnicowy przetwornik ciśnienia o bardzo wysokiej czułości (4). Zastosowane są dwa miniaturowe elektrozawory (5) łączące pneumatycznie komory przyrządu z otoczeniem. Przyrząd podczas pomiaru wykonuje cyklicznie następujące sekwencje, których początek stanowi hermetyczne zamknięcie pojemnika (1) z węglem nasyconym metanem w komorze pomiarowej (2): • początek cyklu: oba mikroelektrozawory otwarte, zerowe ciśnienie różnicowe między komorami, • zamknięcie obu mikroelektrozaworów: w wyniku emisji gazu z próbki węgla (1), ciśnienie różnicowe w komorze z próbką (2), względem komory odniesienia (3) narasta, • rejestracja wskazań przetwornika ciśnienia (4) do momentu osiągnięcia wartości ciśnienia różnicowego bliskiego zakresowi pomiarowemu manometru różnicowego, • koniec cyklu pomiarowego: ponowne chwilowe otwarcie elektrozaworów i powrót do początku cyklu. Urządzenie ze względu na swoją konstrukcję ma praktycznie nieograniczony górny zakres pomiarowy. Typowa ilość cykli pracy urządzenia (ilość otwarć elektrozaworów) podczas jednego pomiaru waha się w granicach 100-200. Pozwala to wyeliminować konieczność interpretacji zmian ciśnienia różnicowego w obrębie pojedynczego cyklu pomiarowego. Wystarczająca jest czasowa analiza otwarć elektrozaworów, traktowanych jako „wolumetryczne kwanty” metanu.
Co zyskujemy?
- CREM określa desorbowalną zawartość metanu (dzm) w węglu — jest najważniejszą częścią metanonośności. Wartość ta wskazuje, jaka ilość metanu może zostać uwolniona do wyrobiska z węgla. Niska wartość dzm, przy jednocześnie wysokiej metanonośności alarmuje o dużym zagrożeniu zjawiskami gazogeodynamicznymi (wysokie ciśnienie złożowe). Biorąc pod uwagę niską zmienność pojemności sorpcyjnej węgli GZW (przy P = 1 bar CH4), dzm stanowi dobre przybliżenie metanonośności. Pomiar wykonany za pomocą opracowanego urządzenia jest prosty i szybki. Wynik otrzymujemy po dobie, a pomiar mogą rutynowo wykonywać przeszkolone służby kopalniane.
- CREM umożliwia także określenie wartości efektywnego współczynnika dyfuzji De. Do tej pory możliwe to było tylko w warunkach laboratoryjnych na specjalistycznej aparaturze. Wysokie wartości De wskazują na osobliwości struktury węgla wynikające np. z bliskości stref przyuskokowych.
- CREM dokonuje automatycznej korekty „strat gazu” – metanu, którego emisja następuje pomiędzy momentem rozpoczęcia wiercenia fragmentu otworu badawczego a początkiem rejestracji emisji metanu przez przyrząd.
- CREM wykorzystuje model procesu dyfuzji do ekstrapolacji mierzonych danych, co pozwala na skrócenie czasu prowadzenia pomiaru. CREM jest w pełni automatyczny, wszelkie pomiary oraz korekty wykonywane są przez mikroprocesor.
- CREM posiada ogromną funkcjonalność, a jednocześnie niewielkie rozmiary: 16 x 7,5 x 7,5 cm.
Zgłoszenie patentowe: 398973, 2012-04-25, SKOCZYLAS NORBERT, IMG-PAN, Sposób rejestracji przebiegu emisji gazu desorbującego i analizator emisji gazu desorbującego
Prace wykonane w ramach Projektu LIDER/31/103/L-3/11/NCBR/2012
Norbert Skoczylas, Mateusz Kudasik, Mirosław Wierzbicki, Tomasz Murzyn, Barbara Dutka, Katarzyna Socha, Paweł Jamróz, Janusz Kruczkowski, Tadeusz Bacia, Jarosław Aksamit, Tadeusz Bielski
