Файл: Медведев, И. И. Газовыделения на калийных рудниках.pdf

низкой газопроницаемости солей невозможно выделить весь сво­ бодный и связанный газ, а микровключенный газ выделяется только при разрушении кристаллов.

В. П. Шатов [28] определял газоносность как отношение сум­ марного газовыделения в забое (например, за сутки) к суточной добыче плюс остаточная газоносность выданной на поверхность руды. Этот метод имеет следующие недостатки:

по пробам, отобранным в шахте (с поверхности массива, из шпуров и из отбитой руды), можно точно определить состав и со­ держание газов, не входящих в состав атмосферного воздуха; со­

руды, но и из прилегающего к контуру выработки массива, по­ этому неправомерно относить количество выделившегося газа к от­ битой руде.

Таким образом, отношение суммарного газовыделения в забое к суточной добыче (без учета остаточной газоносности) будет ха­ рактеризовать не газоносность, а относительное газовыделение на 1 т (или 1 м3) суточной добычи.

Наиболее достоверным методом изучения газоносности соля­ ных пород, на наш взгляд, является метод, при котором весь газ из породы можно выделить в изолированную от атмосферного воздуха емкость.

В принципе выделение газов из соли невозможно следующими путями: откачкой вакуумным насосом, плавлением образцов, пере­ мещением равновесия в растворах, механическим дроблением соли, растворением образцов.

Нами был опробован вакуумный метод выделения газов при создании максимально возможного разрежения 6—3 мм рт. ст. Как правило, удавалось выделить лишь незначительное количест­ во газа, находящегося в образце. Метод был признан неэффек­ тивным.

Плавление образцов солей хлоридного состава сопровождает­ ся образованием хлористого водорода, поэтому данный метод так­ же не может быть рекомендован к применению.

При растворении солей в различных жидкостях явления, сопут­ ствующие процессу растворения, могут существенно исказить ко­ личество и состав газов в образце. Наибольшее значение имеет растворимость газов в жидкости (растворителе соли) и явление относительно уменьшения объема раствора.

В табл. 4 приведены данные о растворимости газов, которые могут присутствовать в составе природных газов калийных место­ рождений, в воде и водном растворе NaCl. Ошибка, связанная с уменьшением объема, может возникнуть, если растворение произ­ водить в закрытой системе в неизменном объеме растворителя. Так, если растворитель поместить в замкнутый сосуд определенной

25

Т а б л и ц а 4

■* Объем газа (мл), приведенный к О С и 760 мм рт. ст., поглощаемый единицей объема жидкости при парциальном давлении газа 760 мм рт. ст.

емкости, то при растворении в нем образца соли будет происхо­ дить не только выделение газа, стремящегося занять верхнюю часть сосуда, но и постепенное уменьшение объема раствора.

На рис. 6 показано уменьшение объема при растворении неко­ торых солей в воде при температуре 20° С [37]. Если обычно в со­ лях содержится от 20 до 150 мл газа

26

катионы или анионы образуют вещества с малым ионным произ­ ведением (произведением растворимости). Как правило, катионы в солях неоднородны (калин, натрий, магний и т. д.) и количество их непостоянно, поэтому улавливать их затруднительно. Улавли­ вания анионов (ионов хлора) можно достичь путем образования труднорастворимого осадка. Опыты показали, что в концентриро­ ванных растворах при улавливании анионов удается растворить лишь незначительное количество газосодержащей соли. Окисление ионов хлора до хлората сопровождается образованием ядовитого газа — хлора. Таким образом, опыты показали бесперспектив­ ность данного метода выделения газов из солей.

При применении механического дробления соли для освобож­ дения газов имеют место следующие отрицательные явления:

а) неполное выделение микровключеиного газа вследствие не­ достаточно тонкого измельчения соли;

б) увеличение объема газа в результате нагревания, возника­ ющего при дроблении;

в) адсорбция газа тонкоизмельченной солью.

Авторы этого метода [37] разработали установку и условия опыта, так что сопутствующие дроблению явления большей ча­ стью взаимно уничтожаются. В то же время простота метода и незначительное время, затрачиваемое на его осуществление, хотя и при недостаточной его точности, позволили авторам рекомендо­ вать его в качестве экспресс-метода при прогнозировании газо­ носности (см. главу V).

Ме т о д п о в т о р н о г о р а с т в о р е н и я

Исследования показали, что достаточно точный метод опреде­ ления содержания газа в солях может быть основан только на растворении.

Шрадером, Акерманном и Грундом был разработан так назы­ ваемый метод повторного растворения [37]. Сущность метода со­ стоит в следующем. Для растворения образцов используется 60— 80 мл жидкости — насыщенного раствора данной соли в воде для того, чтобы исключить явление, «сжатия» объема. Растворитель циркулирует в закрытой системе путем его испарения, а затем конденсации и при этом растворяет соль. Система снабжена газо­ вой камерой, увеличение объема которой при проведении опыта соответствует объему выделившегося газа. Увеличение объема ка­ меры, появляющееся за счет нагревания, отмечается специальным устройством.

Определение содержания газа в солях осуществляется в систе­ ме, изолированной от атмосферы (рис. 7).

Подготовка к опыту, заключается в следующем. При установке уравнительного сосуда 8 над формованным изделием 7 резиновую камеру 6 закрепляют так, чтобы она была натянута без единой складки (резиновое кольцо имеет толщину 3 мм и диаметр 18 мм).

27

Подготовленное таким образом формованное изделие проводят через среднее высверленное отверстие резиновой пробки, снабжен­ ной трубками 12 и 13. Трубка 12 соединяется резиновым рукавом с баллоном уровня 9. Уравнительный сосуд 8 устанавливают проб-

Рис. 7. Аппарат для определения содержания газа в солях мето­ дом повторного растворения

кой вверх, и через трубку 13 заполняют водой настолько, чтобы оставался зазор 3—4 мм. В баллоне уровня 9 вода (при запол­ ненном уравнительном сосуде) должна находиться выше располо­ женного около дна отверстия.

Далее трубку 13 перекрывают с помощью натянутого на нее резинового рукава и зажима или' пробки. Уравнительный сосуд 8 закрепляют с помощью зажима на штативе в нормальном поло­ жении (пробкой вниз). Резиновая камера 6 испытывается на гер­ метичность, для чего из уравнительного сосуда выпускают 500— 600 мл в о д ь р . в баллон уровня.

Охладитель 14 питается водой постоянной температуры из тер­ мостата. Элю позволяет привести температуру воды охладителя в соответствие с комнатной.

Для поддержания в аппарате равномерной температуры при­ меняют маленький вентилятор. В потоке воздуха вентилятора вы­ веряют термометр. Установившаяся при измерении температура соответствует температуре в колбе 1 и сосуде для растворения 2.

28

Нагревание колбы осуществляется в масляной ванне, так как при этом нагревание происходит равномерно, без местных пере­ гревов, что препятствует сильным всплескам насыщенного рас­ сола. Для регулирования температуры ванны применяют контакт­ ный термометр и соответствующее реле.

Для корректирования нужной температуры необходимо опреде­ лить мертвый объем колбы и сосуда для растворения. Для этого колбу и сосуд для растворения заполняют водой до охладителя и измеряют количество необходимой для этого воды. Из получен­ ного общего объема а вычитают объем взятого для опыта коли­

Благодаря применению охлаждающей воды с отрегулированной температурой температура в шаровом охладителе во время опыта остается постоянной. В газовой камере также сохраняется посто­ янная температура. Объем соединительной трубки и газоизмери­ тельной бюретки 4 очень мал и им можно пренебречь.

После 20—25 измерений резиновую колбу в уравнительном со­ суде заменяют новой.

Опыт проводится следующим образом. Из соли, подлежащей исследованию, при температуре кипения готовится насыщенный раствор и затем охлаждается до комнатной температуры. Часть

пробы соли и устанавливают его на колбу 1. Эту колбу с сосудом для растворения соединяют с охладителем при открытом венти­ ляционном кране 3. Место соединения с колбой покрывают жиро­ вой смазкой, в то время как в месте соединения с охладителем вода оказывается вполне достаточным уплотнительным средством.

К начальной метке газоизмерительной бюретки 4 подводят за­ творную жидкость с помощью уравнительной трубки 5. Проверя­ ют, правильно ли закреплена резиновая камера 6 на формованном изделии 7 и закрывают кран 3. Затем регулируют температуру в колбе и в сосуде для растворения с помощью вентилятора. Через интервалы времени 5 мин проверяют по уровню жидкости в газо­ измерительной бюретке, изменение свободного объема в аппарате. Если объем остается постоянным, что обычно достигается через 15 мин, снова устанавливают равновесие уровней в газоизмерительной бюретке 4 и в уравнительной трубке 5 путем кратковре­ менного открытия вентиляционного крана 3.

Показания температуры снимают с термометра, закрепленного в месте воздушного потока вентилятора, и с термометра, установ­ ленного в колбе 1. Затем колбу погружают в масляную ванну так, чтобы она была погружена в жидкость до горлышка.

Уравнительный сосуд 9 опускают ниже сосуда 8. Ванну нагре­ вают и краном 10 регулируют слив воды из уравнительного со­ суда' 8 таким образом, чтобы уровень жидкости в газоизмеритель-

29