Лекция №2

2. Метан

2.1 Физико-химические свойства метана

Метан – газ без цвета, запаха и вкуса. Его относительная плотность по отношению к плотности воздуха - 0.55. Плохо растворим в воде. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами. В небольших количествах метан физиологически безвреден. Повышение содержания метана опасно лишь вследствие уменьшения содержания кислорода. Однако, при содержании метана 50-80 % и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость.

С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5 % он горит у источника тепла голубоватым пламенем, при этом распространение фронта пламени не происходит. При концентрации от 5 до 14 взрывается, свыше 14 не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при доступе кислорода извне. Наиболее полное представление о пределах взрывчатости метановоздушной смеси дает график к определению взрывчатости метана с воздухом (рис.1.1).

Наибольшей силы взрыв происходит при содержании его 9.5 %. Температура в эпицентре взрыва достигает 1875⁰С, давление 10 атм. Горение метана и взрыв происходят по следующим реакциям:

при достаточном количестве кислорода

СН₄+2О₂= СО₂+2Н₂О

при недостатке кислорода

СН₄+О₂=СО+Н₂+Н₂О

Воспламенение метана происходит при температуре 650-750 С. Метан обладает свойствомзапаздывания вспышки, состоящее в том, что его воспламенение происходит через некоторое время после возникновения контакта с источником тепла.

Например при концентрации метана 6 % и температурах воспламенителя 750, 1000, 1100С, продолжительность индукционного периода соответственно равна 1 с, 0.1 с. и 0.03 с.

Наличие индукционного периода создает условия для предупреждения вспышки метана при взрывных работах путем применения предохранительных ВВ. При этом время остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана должно быть меньше индукционного периода.

Рис.2.1 График к определению взрывчатости смесей метана с воздухом (С_к– содержание кислорода; С_м– содержание метана): 1-взрывчатая смесь; 2-невзрывчатая смесь; 3-смесь, могущая стать взрывчатой при добавлении свежего воздуха.

2.2. Происхождение и виды связи метана с горными породами.

Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения вызываемым деятельностью бактерий.

В породах и в угле метан находится в виде свободного и сорбированного газа. На современных глубинах работ основное количество метана (около 85%) находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи (сорбции) метана твердым веществом:

Адсорбция- связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения;

Абсорбция - проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия;

Хемосорбция - химическое соединение молекул газа и твердого вещества.

Основное количество сорбированного породами газа (80-85 %) находится в адсорбированном состоянии. При разрушении угольного пласта этот газ переходит в свободное состояние и выделяется в горные выработки в течении одного двух часов. Абсорбированный метан выделяется из угля длительное время, а хемосорбированный остается в угле длительное время (десятки лет).